(57)【要約】【課題】  低温領域において、塩素等の不純物の濃度が低い薄膜を形成する。【解決手段】  基板に対して原料ガスを供給する工程と、基板に対して、基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、各励起部より供給する工程と、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、励起種を各励起部より供給する工程では、複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する励起種の基板の面内における分布を、複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する励起種の基板の面内における分布と異ならせる。【選択図】  図１０
2013225655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の生成条件を、前記他の励起部より供給する前記励起種の生成条件と異ならせる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる基板処理方法。
【請求項４】
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、
前記処理室内の基板の側方に設けられガスをプラズマ励起させる複数の励起部と、
前記各励起部に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた前記複数の励起部において前記反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する処理と、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、前記励起種を前記各励起部より供給する処理では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせるように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記各励起部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５】
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、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する手順と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する手順では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせるプログラム。
【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、その工程で好適に用いられる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】
ＬＳＩ，ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に、例えば酸化膜や窒化膜等の薄膜を形成する基板処理工程が行われることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の薄膜は、例えば、基板に対して原料ガスを供給する工程と、基板に対して反応ガスをプラズマ励起して生成した励起種を供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで成膜できる。このように、反応ガスをプラズマ励起して生成した励起種を用いることで、低温領域において薄膜を成膜できる。しかしながら、上述の手法においては、基板処理の面内均一性、すなわち、基板上に形成される薄膜の基板面内膜厚均一性や基板面内膜質均一性が低下してしまうことがあった。
【０００４】
本発明の目的は、反応ガスをプラズマ励起して生成した励起種を用いて基板を処理する際、基板面内における処理の均一性を向上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】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる基板処理方法が提供される。
【０００７】
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、
前記処理室内の基板の側方に設けられガスをプラズマ励起させる複数の励起部と、
前記各励起部に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた前記複数の励起部において前記反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する処理と、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、前記励起種を前記各励起部より供給する処理では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせるように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記各励起部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。
【０００８】
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、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する手順と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する手順では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反応ガスをプラズマ励起して生成した励起種を用いて基板を処理する際、基板面内における処理の均一性を向上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】
【００１０】
【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】本発明の実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングの一例の他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングの一例の他の例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングの一例の他の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングの一例の他の例を示す図である。
【図１０】（ａ）は複数のバッファ室から供給する励起種の基板面内における分布のバランスを制御する様子を示す図であり、（ｂ）はその変形例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の平面断面図であり、（ａ）はバッファ室を排気口側に寄せて設けた場合を、（ｂ）はバッファ室を排気口から離れた側に設けた場合を示している。
【図１２】本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の平面断面図であり、（ａ）はバッファ室を４つ設けた場合を、（ｂ）はバッファ室を３つ設けた場合を示している。
【図１３】本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、ＭＣＳガスをフラッシュ供給することが可能な処理炉部分を縦断面図で示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、ＭＣＳガスを供給するノズルを複数設けた処理炉部分を縦断面図で示す図である。
【図１５】（ａ）は複数のバッファ室から供給する励起種の基板面内における分布のバランスをガス供給孔の構成を変更することで調整する様子を示す図であり、（ｂ）はその変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上述したように、反応ガスをプラズマ励起させて得た励起種を用いて基板を処理する際、基板処理の面内均一性、すなわち、基板上に形成される薄膜の基板面内膜厚均一性や基板面内膜質均一性が低下してしまうことがあった。
【００１２】
発明者等は、反応ガスをプラズマ励起して生成した励起種を用いて基板を処理する際、基板面内における処理の均一性を向上させる手法について鋭意研究を行った。その結果、「基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、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し、前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる」ことにより、上述の課題を解決可能であるとの知見を得た。
【００１３】
また、発明者等は、「複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて得た励起種を基板に対して供給する」ことにより、各励起部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、基板への励起種の供給量を増やすことができるとの知見を得た。すなわち、基板や処理室内の部材へのプラズマダメージを抑制しつつ、基板処理の効率を高めることができ、処理時間を短縮させることができるとの知見を得た。また、この際、基板上に形成される薄膜から塩素等の不純物を効率的に脱離させ、不純物濃度の極めて低い薄膜を形成することができるとの知見も得た。
【００１４】
本発明は、発明者等が得たかかる知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
＜本発明の実施形態＞
（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。また、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
処理室２０１内には、第１ガス導入部としての第１ノズル２３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル２３３ｂと、第３ガス導入部としての第３ノズル２３３ｃとが、反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられている。第１ノズル２３３ａ、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃには、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃが、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズル２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃと、３本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３３ｃが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは２種類のガスを供給することができるように構成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
第１ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、第１不活性ガス供給管２３２ｄが接続されている。この第１不活性ガス供給管２３２ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１ノズル２３３ａが接続されている。第１ノズル２３３ａは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第１ノズル２３３ａは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第１ノズル２３３ａはＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル２３３ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ａが設けられている。ガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔２４８ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２１】
第２ガス供給管２３２ｂには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ｂ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｂが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この第２不活性ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｂの先端部には、上述の第２ノズル２３３ｂが接続されている。第２ノズル２３３ｂは、ガス分散空間であるバッファ室２３７ｂ内に設けられている。
【００２２】
バッファ室２３７ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、また、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室２３７ｂは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。バッファ室２３７ｂのウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給するガス供給孔２３８ｂが設けられている。ガス供給孔２３８ｂは反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔２３８ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２３】
第２ノズル２３３ｂは、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂが設けられた端部と反対側の端部に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第２ノズル２３３ｂは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第２ノズル２３３ｂはＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。第２ノズル２３３ｂの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ｂが設けられている。ガス供給孔２４８ｂはバッファ室２３７ｂの中心を向くように開口している。このガス供給孔２４８ｂは、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂと同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。この複数のガス供給孔２４８ｂのそれぞれの開口面積は、バッファ室２３７ｂ内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００２４】
本実施形態においては、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔２４８ｂのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこのガス供給孔２４８ｂのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７ｂ内に導入し、バッファ室２３７ｂ内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれよりバッファ室２３７ｂ内に噴出したガスはバッファ室２３７ｂ内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂより処理室２０１内に噴出する。これにより、第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂのそれぞれよりバッファ室２３７ｂ内に噴出したガスは、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂのそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
【００２５】
第３ガス供給管２３２ｃには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃが設けられている。また、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃよりも下流側には、第３不活性ガス供給管２３２ｆが接続されている。この第３不活性ガス供給管２３２ｆには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｆ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｆが設けられている。また、第３ガス供給管２３２ｃの先端部には、上述の第３ノズル２３３ｃが接続されている。第３ノズル２３３ｃは、ガス分散空間であるバッファ室２３７ｃ内に設けられている。
【００２６】
バッファ室２３７ｃは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、また、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室２３７ｃは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。バッファ室２３７ｃのウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給するガス供給孔２３８ｃが設けられている。ガス供給孔２３８ｃは反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔２３８ｃは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００２７】
第３ノズル２３３ｃは、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃが設けられた端部と反対側の端部に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第３ノズル２３３ｃは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第３ノズル２３３ｃはＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管２０３の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。第３ノズル２３３ｃの側面にはガスを供給するガス供給孔２４８ｃが設けられている。ガス供給孔２４８ｃはバッファ室２３７ｃの中心を向くように開口している。このガス供給孔２４８ｃは、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃと同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。この複数のガス供給孔２４８ｃのそれぞれの開口面積は、バッファ室２３７ｃ内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
【００２８】
本実施形態においては、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔２４８ｃのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこのガス供給孔２４８ｃのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７ｃ内に導入し、バッファ室２３７ｃ内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃのそれぞれよりバッファ室２３７ｃ内に噴出したガスはバッファ室２３７ｃ内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃより処理室２０１内に噴出する。これにより、第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃのそれぞれよりバッファ室２３７ｃ内に噴出したガスは、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃのそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
【００２９】
このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃおよびバッファ室２３７ｂ，２３７ｃを経由してガスを搬送し、ノズル２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃおよびバッファ室２３７ｂ，２３７ｃにそれぞれ開口されたガス供給孔２４８ａ，２４８ｂ，２４８ｃ，２３８ｂ，２３８ｃからウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に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。
【００３０】
なお、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃは、ウエハ２００の中心（すなわち反応管２０３の中心）を挟んで対向するように配置されている。具体的には、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃは、図２に示すように平面視において、ウエハ２００の中心と、反応管２０３側壁に設けられた後述する排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として、線対称となるように配置されている。そして、バッファ室２３７ｂのガス供給孔２３８ｂ、バッファ室２３７ｃのガス供給孔２３８ｃ、排気口２３１ａの各中心を結ぶ直線が二等辺三角形を構成するように配置されている。これにより、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃからウエハ２００に対して流れるガス流が均一になる。すなわち、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃからウエハ２００に対して流れるガス流が、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称となる。
【００３１】
第１ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料ガス、すなわち、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス（シリコン含有ガス）として、例えば、クロロシラン系原料ガスの一種であるモノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガスが、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。このとき同時に、第１不活性ガス供給管２３２ｄから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄを介して第１ガス供給管２３２ａ内に供給されるようにしてもよい。なお、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。
【００３２】
第２ガス供給管２３２ｂからは、反応ガスとして、窒素を含むガス（窒素含有ガス）、すなわち、窒化ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、第２ノズル２３３ｂ、バッファ室２３７ｂを介して処理室２０１内に供給される。このとき同時に、第２不活性ガス供給管２３２ｅから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅを介して第２ガス供給管２３２ｂ内に供給されるようにしてもよい。
【００３３】
第３ガス供給管２３２ｃからは、反応ガスとして、窒素を含むガス（窒素含有ガス）、すなわち、窒化ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスが、マスフローコントローラ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｃを介して処理室２０１内に供給される。このとき同時に、第３不活性ガス供給管２３２ｆから、不活性ガスが、マスフローコントローラ２４１ｆ、バルブ２４３ｆを介して第３ガス供給管２３２ｃ内に供給されるようにしてもよい。
【００３４】
第１ガス供給管２３２ａから上述のようにガスを流す場合、主に、第１ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、処理室２０１内へ原料ガス（ＭＣＳガス）を供給する第１ガス供給系（原料ガス供給系）、すなわち、シリコン含有ガス供給系（ＭＣＳガス供給系）が構成される。なお、第１ノズル２３３ａを第１ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第１不活性ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより、第１不活性ガス供給系が構成される。第１不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
【００３５】
また、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃから上述のようにガスを流す場合、主に、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｂ，２４１ｃ、バルブ２４３ｂ，２４３ｃにより、後述する各励起部に対して反応ガスとして窒素含有ガス（ＮＨ３ガス）を供給する第２ガス供給系（反応ガス供給系）、すなわち、窒素含有ガス供給系（ＮＨ３ガス供給系）が構成される。なお、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃを第２ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｆ、マスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ｅ，２４３ｆにより第２不活性ガス供給系が構成される。第２不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。なお、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により構成される反応ガス供給系を第１の反応ガス供給系（第１の窒素含有ガス供給系）と称することもでき、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により構成される反応ガス供給系を第２の反応ガス供給系（第２の窒素含有ガス供給系）と称することもできる。
【００３６】
図２に示すように、バッファ室２３７ｂ内には、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の電極である第２の棒状電極２７０ｂが、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿ってそれぞれ配設されている。第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂのそれぞれは、第２ノズル２３３ｂと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂのそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５ｂにより覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９ｂ又は第２の棒状電極２７０ｂのいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。整合器２７２を介して高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に高周波電力を印加することで、第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間のプラズマ生成領域２２４ｂにプラズマが生成される。
【００３７】
同様に、バッファ室２３７ｃ内には、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の電極である第２の棒状電極２７０ｃが、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿ってそれぞれ配設されている。第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃのそれぞれは、第３ノズル２３３ｃと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃのそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５ｃにより覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９ｃ又は第２の棒状電極２７０ｃのいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。整合器２７２を介して高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に高周波電力を印加することで、第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間のプラズマ生成領域２２４ｃにプラズマが生成される。
【００３８】
主に、第１の棒状電極２６９ｂ、第２の棒状電極２７０ｂ、電極保護管２７５ｂにより、プラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第１プラズマ源が構成される。なお、整合器２７２、高周波電源２７３を第１プラズマ源に含めて考えてもよい。また、主に、第１の棒状電極２６９ｃ、第２の棒状電極２７０ｃ、電極保護管２７５ｃにより、プラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第２プラズマ源が構成される。なお、整合器２７２、高周波電源２７３を第２プラズマ源に含めて考えてもよい。第１プラズマ源及び第２プラズマ源は、それぞれ、後述するようにガスをプラズマで励起（活性化）させる励起部（活性化機構）として機能する。なお、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃを励起部に含めて考えてもよい。このように、本実施形態の基板処理装置には、複数、ここでは２つの励起部が設けられている。そして、これら複数の励起部は分散配置されている。第１プラズマ源、第２プラズマ源を、それぞれ、第１の励起部、第２の励起部と称することもできる。なお、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃを、それぞれ、第１の励起部、第２の励起部に含めて考えてもよい。
【００３９】
電極保護管２７５ｂ，２７５ｃは、第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃのそれぞれを、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃの内部の酸素濃度が外気（大気）の酸素濃度と同程度であると、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃ内にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃは、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃの内部を窒素ガスなどの不活性ガスで充填しておくか、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃの内部を不活性ガスパージ機構を用いて窒素ガスなどの不活性ガスでパージすることで、電極保護管２７５ｂ，２７５ｃの内部の酸素濃度を低減させ、第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ又は第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃの酸化を防止することができるように構成されている。
【００４０】
反応管２０３には、上述の排気口２３１ａが設けられている。排気口２３１ａには、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気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により排気系が構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気系は、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。
【００４１】
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内外に対して搬入および搬出することが可能なように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
【００４２】
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に構成されている。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。
【００４３】
反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、第１ノズル２３３ａと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のマスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、高周波電源２７３、整合器２７２等に接続されている。
【００４７】
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ，２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｅ，２４１ｆによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉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の昇降動作等の制御や、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス調整動作等を制御するように構成されている。
【００４８】
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。
【００４９】
（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、基板上に薄膜として絶縁膜である窒化膜を成膜する方法の例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
【００５０】
図４に本実施形態における成膜フロー図を、図５に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミング図を示す。
【００５１】
本実施形態の成膜シーケンスでは、
処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給することで、ウエハ２００上にシリコン含有層を形成する工程と、
処理室２０１内のウエハ２００に対して、ウエハ２００の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスとして窒素含有ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、各励起部より供給することで、シリコン含有層を窒化させてシリコン窒化層に変化させる工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。
【００５２】
なお、励起種を各励起部より供給する工程では、複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布と異ならせるようにする。具体的には、複数の励起部、ここでは一組（一対）の励起部のうち一方の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、他方の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布と異ならせるようにする。より具体的には、第１の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、第２の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布と異ならせるようにする。
【００５３】
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてＭＣＳガスを、窒素含有ガスとしてＮＨ３ガスを用い、図４の成膜フロー、図５の成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に絶縁膜としてシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
（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に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。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によりボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。なお、回転機構２６７によるボート２１７及びウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
【００５９】
（シリコン窒化膜形成工程）
その後、後述する４つのステップ、すなわち、ステップ１ａ〜４ａを順次実行する。
【００６０】
［ステップ１ａ］
第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ、第１不活性ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを開き、第１ガス供給管２３２ａにＭＣＳガス、第１不活性ガス供給管２３２ｄにＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１不活性ガス供給管２３２ｄから流れ、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。ＭＣＳガスは、第１ガス供給管２３２ａから流れ、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＭＣＳガスは、流量調整されたＮ２ガスと第１ガス供給管２３２ａ内で混合されて、第１ノズル２３３ａのガス供給孔２４８ａから、加熱された減圧状態の処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＭＣＳガスが供給されることとなる（ＭＣＳガス供給工程）。
【００６１】
なお、このとき、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内へのＭＣＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｅ，２４３ｆを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第２ガス供給管２３２ｂ、第３ガス供給管２３２ｃ、第２ノズル２３３ｂ、第３ノズル２３３ｃ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃを介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００６２】
このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、大気圧未満、例えば１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＭＣＳガスの供給流量は、例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｄ，２４１ｅ，２４１ｆで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。ＭＣＳガスをウエハ２００に晒す時間は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、上述の圧力帯において処理室２０１内で化学的蒸着反応が生じるような温度となるように設定する。すなわちウエハ２００の温度が、例えば２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ２０７の温度を設定する。
【００６３】
なお、ウエハ２００の温度が３００℃未満となると、ウエハ２００上においてＭＣＳが分解、吸着しにくくなり、成膜速度が低下することがある。特に、ウエハ２００の温度が２５０℃未満となると、ウエハ２００上においてＭＣＳが分解、吸着したとしても、ウエハ２００面内の部位やウエハ２００のポジションにより、分解量、吸着量に差が生じ、ウエハ２００面内やウエハ２００間において、ＭＣＳが均一に分解、吸着しなくなる。また、この温度帯では塩素の脱離反応が起こりにくくなり、後述するステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成を阻害させるＳｉ−Ｃｌ結合の解離やＣｌの脱離が阻害され、結果として膜密度が低下することとなる。ウエハ２００の温度を２５０℃以上とすることで、これらを解消することができ、更に、ウエハ２００の温度を３００℃以上とすることで、成膜速度の低下を抑制することが可能となる。
【００６４】
また、ウエハ２００の温度が５５０℃を超えると気相反応が支配的になり、特に６３０℃を超えると膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。ウエハ２００の温度を６３０℃以下とすることで、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となり、５５０℃以下とすることで気相反応が支配的になる状態を避けることができ、特に５００℃以下とすることで、表面反応が支配的になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。なお、ウエハ２００の温度が６３０℃を超えると、塩素の脱離反応が顕著となり残留塩素量が少なくなるのに対し、６３０℃以下の低温領域においては、塩素の脱離反応は生じるが、高温領域に比べると残留塩素量が多くなる傾向にあり、本実施形態の方式が特に有効となる。
【００６５】
以上のことから、ウエハ２００の温度は２５０℃以上６３０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下とするのがよい。
【００６６】
上述の条件、すなわち、化学的蒸着反応が生じる条件下でＭＣＳガスを処理室２０１内に供給することで、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのシリコン含有層が形成される。シリコン含有層はＭＣＳガスの吸着層であってもよいし、シリコン層（Ｓｉ層）であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。ただし、シリコン含有層はシリコン（Ｓｉ）及び塩素（Ｃｌ）を含む層であることが好ましい。
【００６７】
ここでシリコン層とは、シリコン（Ｓｉ）により構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む総称である。なお、Ｓｉにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。なお、シリコン層を構成するＳｉは、ＣｌやＨとの結合が完全に切れていないものも含む。
【００６８】
また、ＭＣＳガスの吸着層は、ＭＣＳ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、ＭＣＳガスの吸着層は、ＭＣＳ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、ＭＣＳガスの化学吸着層を構成するＭＣＳ（ＳｉＨ３Ｃｌ）分子は、ＳｉとＣｌとの結合やＳｉとＨとの結合が一部切れたもの（ＳｉＨｘ分子やＳｉＨｘＣｌ分子）も含む。すなわち、ＭＣＳの吸着層は、ＳｉＨ３Ｃｌ分子および／またはＳｉＨｘ分子および／またはＳｉＨｘＣｌ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。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。
【００６９】
ＭＣＳガスが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＭＣＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでシリコン層が形成される。ＭＣＳガスが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＭＣＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＭＣＳガスが吸着することでＭＣＳガスの吸着層が形成される。なお、ウエハ２００上にＭＣＳガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ、好ましい。
【００７０】
ウエハ２００上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ３ａでの窒化の作用や塩素脱離作用がシリコン含有層の全体に届きにくくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なシリコン含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。なお、シリコン含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層もしくは１原子層未満とすることで、ステップ３ａでの窒化の作用や塩素脱離作用を相対的に高めることができ、ステップ３ａの窒化反応に要する時間を短縮することもできる。ステップ１ａのシリコン含有層形成に要する時間を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、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。
【００７１】
なお、ステップ１ａでは、塩素（Ｃｌ）含有率が低く、表面吸着力の高いガスであるＭＣＳガスを用いることにより、処理室２０１内に供給される塩素の量を低減させることができる。ＭＣＳは、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）やヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）と比較して、組成式中のＣｌ数、すなわち１モルあたりの塩素の量が少ないため、ステップ１ａにて処理室２０１内に供給される塩素の量を低減させることができる。これにより、シリコン含有層（ＭＣＳガスの吸着層やシリコン層）と結合する塩素の割合、すなわちＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることができ、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することができる。その結果、ステップ３ａにおいて、塩素濃度の低いシリコン窒化層を形成できるようになる。
【００７２】
また、シリコン含有層中のＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることにより、シリコン含有層中のＳｉ−Ｈ結合を増加させることができる。Ｓｉ−Ｃｌ結合は、Ｓｉ−Ｈ結合よりも結合エネルギーが大きく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわち、シリコン含有層の窒化を阻害させるように作用する。逆にＳｉ−Ｈ結合は、Ｓｉ−Ｃｌ結合よりも結合エネルギーが小さく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわち、シリコン含有層の窒化を促進させるように作用する。
【００７３】
すなわち、Ｓｉ−Ｃｌ結合が少なく塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することで、シリコン含有層の窒化を阻害させる要因を減らすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化を促進させることができる。また、Ｓｉ−Ｈ結合をシリコン含有層中に増加させることで、シリコン含有層の窒化を促す要因を増やすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化をさらに促進させることができる。これにより、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化効率を高めることが可能となり、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させることができることとなる。
【００７４】
シリコンを含む原料ガスとしては、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガスの他、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、テトラクロロシランガス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）ガス等のクロロシラン系原料ガスや、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス等の無機原料ガスや、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：２ＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスなどの有機原料ガスを用いることができる。ただし、塩素（Ｃｌ）を含むクロロシラン系原料ガスを用いる場合は、その組成式中（１分子中）におけるＣｌ数の少ない原料ガスを用いるのが好ましく、ＭＣＳガスを用いるのが最も好ましい。不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００７５】
［ステップ２ａ］
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉じ、ＭＣＳガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＭＣＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、このとき、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆは開いたままとして、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＭＣＳガスを処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる（第１のパージ工程）。
【００７６】
なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ３ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ３ａにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【００７７】
このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＭＣＳガスの供給時と同じく２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。パージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【００７８】
［ステップ３ａ］
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ウエハ２００の側方に設けられた２つの励起部（プラズマ発生部）においてＮＨ３ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたＮＨ３ガス、すなわち、ＮＨ３ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、２つの励起部（プラズマ発生部）から処理室２０１内のウエハ２００に対して同時に供給する（ＮＨ３ガス供給工程）。
【００７９】
すなわち、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを開き、第２ガス供給管２３２ｂ内にＮＨ３ガスを流す。第２ガス供給管２３２ｂ内を流れたＮＨ３ガスは、マスフローコントローラ２４１ｂにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは第２ノズル２３３ｂのガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７ｂ内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７ｂ内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、励起種、すなわち活性種（ＮＨ３＊）としてガス供給孔２３８ｂから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してプラズマ励起されたＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｅを開き、第２不活性ガス供給管２３２ｅ内にＮ２ガスを流すようにしてもよい。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。
【００８０】
また同時に、第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃを開き、第３ガス供給管２３２ｃ内にＮＨ３ガスを流す。第３ガス供給管２３２ｃ内を流れたＮＨ３ガスは、マスフローコントローラ２４１ｃにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは第３ノズル２３３ｃのガス供給孔２４８ｃからバッファ室２３７ｃ内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７ｃ内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、励起種、すなわち活性種（ＮＨ３＊）としてガス供給孔２３８ｃから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してプラズマ励起されたＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｆを開き、第３不活性ガス供給管２３２ｆ内にＮ２ガスを流すようにしてもよい。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。
【００８１】
なお、このとき、第１ノズル２３３ａ内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｄ内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、第１ガス供給管２３２ａ、第１ノズル２３３ａを介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
【００８２】
ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより励起種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ｂ，２４１ｃで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍ（１〜１０ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ２４１ｅ，２４１ｆ，２４１ｄで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。プラズマ励起させたＮＨ３ガス、すなわち、ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた励起種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１２０秒間の範囲内の時間とする。ヒータ２０７の温度は、スループットを考慮すると、シリコン含有層が窒化される温度であって、ステップ１ａのＭＣＳガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ１ａとステップ３ａとで処理室２０１内の温度を同様な温度帯に保持するように設定することが好ましい。この場合、ステップ１ａとステップ３ａとでウエハ２００の温度、すなわち処理室２０１内の温度が２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ２０７の温度を設定するのが好ましい。さらには、ステップ１ａ〜ステップ４ａ（後述）にかけて処理室２０１の温度を同様な温度帯に保持するように、ヒータ２０７の温度を設定するのがより好ましい。高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９ｂ，２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｂ，２７０ｃ間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。このとき、ＮＨ３ガスを熱励起、すなわち熱で活性化させて供給することもできる。しかしながら、減圧雰囲気下でＮＨ３ガスを熱的に活性化させて流す場合に十分な窒化力を得るには、処理室２０１内の圧力を比較的高い圧力帯、例えば１０〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とし、また、ウエハ２００の温度を５５０℃以上とする必要がある。これに対し、ＮＨ３ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室２０１内の温度を例えば２５０℃以上とすれば、十分な窒化力が得られる。なお、ＮＨ３ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室２０１内の温度を常温としても十分な窒化力が得られる。ただし、処理室２０１内の温度を１５０℃未満とすると処理室２０１内やウエハ２００等に塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）等の反応副生成物が付着する。よって、処理室２０１内の温度は１５０℃以上とするのが好ましく、本実施形態では２５０℃以上としている。
【００８３】
上述の条件にてＮＨ３ガスを処理室２０１内に供給することで、プラズマ励起されることにより励起種となったＮＨ３ガス（ＮＨ３＊）は、ステップ１ａでウエハ２００上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これにより、シリコン含有層に対して窒化処理が行われ、この窒化処理により、シリコン含有層はシリコン窒化層（Ｓｉ３Ｎ４層、以下、単にＳｉＮ層ともいう。）へと変化させられる（改質される）。
【００８４】
なお、ステップ３ａでは、複数のプラズマ発生部（励起部）を用いることで、各プラズマ生成部（励起部）に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして各プラズマ発生部（励起部）におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができる。これにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことが可能となる。
【００８５】
そしてこれにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができ、窒化力を高め、シリコン含有層の窒化を促進させることができる。すなわち、窒化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の窒化が飽和してセルフリミットがかかる状態（窒化されきった状態）まで素早く遷移させることが可能となり、窒化時間を短縮させることができる。その結果として処理時間を短縮させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ２００面内全域に対して励起種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ２００の外周付近とウエハ２００の中心側との間で窒化の度合いに顕著な違いが起こらないようにできる。
【００８６】
また、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができ、ステップ１ａにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。なお、シリコン含有層から脱離した塩素は、排気管２３１から処理室２０１外へと排気される。
【００８７】
なお、ステップ３ａでは、複数の励起部（プラズマ発生部）から供給する励起種のウエハ２００の面内における分布のバランスを制御するようにする。すなわち、複数の励起部（プラズマ発生部）のうち少なくとも一つの励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布と異ならせるようにする。
【００８８】
例えば、複数の励起部（プラズマ発生部）のうち少なくとも一つの励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中央部まで及ぶ（届く）分布とし、他の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中央部以外の部分まで及ぶ（届く）分布とする。例えば、複数の励起部（プラズマ発生部）のうち少なくとも一つの励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中央部まで及ぶ（届く）分布とし、他の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の周縁部まで及ぶ（届く）分布とするようにしてもよい。
【００８９】
具体的には、第１の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、第２の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布と異ならせるようにする。
【００９０】
例えば、図１０（ａ）に例示するように、第１の励起部すなわちバッファ室２３７ｂから供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中心部を通り抜けてウエハ２００の反対側の周縁部まで及ぶような広範囲な分布とし、第２の励起部すなわちバッファ室２３７ｃから供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の周縁部にのみ及ぶようなガス供給孔２３８ｃ側に偏在した分布とする。なお、図中の符号３００ｂはバッファ室２３７ｂから供給される励起種のウエハ２００の面内における分布領域を示しており、符号３００ｃはバッファ室２３７ｃから供給される励起種のウエハ２００の面内における分布領域を示している。この場合、ウエハ２００の周縁部には合計３箇所（符号３００ｂの分布により２か所、符号３００ｃの分布により１か所）で励起種が供給され、ウエハ２００の中央部には１箇所（符号３００ｂの分布により１か所）で励起種が供給されることとなる。
【００９１】
また例えば、図１０（ｂ）に例示するように、第１の励起部すなわちバッファ室２３７ｂから供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中心部まで及び、ウエハ２００の反対側の周縁部までは及ばないような分布とし、第２の励起部すなわちバッファ室２３７ｃから供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の周縁部にのみ及ぶようなガス供給孔２３８ｃ側に偏在した分布とする。この場合、ウエハ２００の周縁部には合計２箇所（符号３００ｂの分布により１か所、符号３００ｃの分布により１か所）で励起種が供給され、ウエハ２００の中央部には１箇所（符号３００ｂの分布により１か所）で励起種が供給されることとなる。
【００９２】
励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ａ）のように設定した場合、ウエハ２００の中央部に対する周縁部での窒化処理や改質処理（塩素等の不純物除去処理）を、図１０（ｂ）のように設定した場合と比べて促進させ易くなる。逆に、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ｂ）のように設定した場合、ウエハ２００の周縁部に対する中央部での窒化処理や改質処理を、図１０（ａ）のように設定した場合と比べて促進させ易くなる。したがって、ウエハ２００の中央部に対する周縁部でのシリコン含有層の窒化や改質を相対的に促進させたい場合には、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ａ）のように設定すればよく、また、ウエハ２００の周縁部に対する中央部でのシリコン含有層の窒化や改質を相対的に促進させたい場合には、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ｂ）のように設定すればよい。このように、第１の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、第２の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布と異ならせることによって、すなわち、分布のバランス（供給箇所数のバランス）を制御することによって、結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【００９３】
なお、励起種のウエハ２００の面内における分布のバランスを制御しつつ、さらに、第１の励起部より供給する励起種と、第２の励起部より供給する励起種と、の窒化力や改質力の比率を制御することによって、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。すなわち、励起種のウエハ２００の面内における分布のバランスを所定のバランスに設定しつつ、さらに、各励起部から供給する励起種による窒化力や改質力、例えば、励起種の供給量、供給時間、供給方法等を異ならせることによって、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をさらに向上させることが可能となる。
【００９４】
例えば、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定した場合、いずれもの場合も、バッファ室２３７ｂから供給される励起種によって主にウエハ２００の中心部での窒化処理や改質処理（塩素等の不純物除去処理）が行われることとなり、バッファ室２３７ｃから供給される励起種によって主にウエハ２００の周縁部での窒化処理や改質処理が行われることとなる。そのため、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ａ）や図１０（ｂ）のいずれかのように設定しつつ、さらに、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種による窒化力や改質力（不純物除去力）の比率をそれぞれ調整することにより、シリコン含有層に対する窒化処理や改質処理の面内分布の均一性をさらに向上させることができる。すなわち、ウエハ２００の周縁部に対する中心部でのシリコン含有層の窒化や改質を相対的に促進させたい場合には、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ｂ）のように設定するだけでなく、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ａ）や図１０（ｂ）のいずれかのように設定しつつ、さらに、バッファ室２３７ｂから供給される励起種による窒化力や改質力を相対的に増大させるか、バッファ室２３７ｃから供給される励起種による窒化力や改質力を相対的に低下させればよい。逆に、ウエハ２００の中央部に対する周縁部でのシリコン含有層の窒化や改質を相対的に促進させたい場合には、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ａ）のように設定するだけでなく、励起種のウエハ２００の面内における分布を図１０（ａ）や図１０（ｂ）のいずれかのように設定しつつ、さらに、バッファ室２３７ｃから供給される励起種による窒化力や改質力を相対的に増大させるか、バッファ室２３７ｂから供給される励起種による窒化力や改質力を相対的に低下させればよい。結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【００９５】
なお、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率は、例えば、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内の各電極間に印加する高周波電力、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内に供給されるＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給流量、供給時間、供給方法（間欠供給、連続供給等）、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内に供給される反応ガスの種類、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃに設けられるガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃの開口面積や向き等の各種条件（励起種の生成条件や供給条件）により、適宜調整することが可能である。
【００９６】
例えば、図５に示すように、第１の励起部における第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に印加する高周波電力（供給電力）と、第２の励起部における第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に印加する高周波電力（供給電力）との比率を変更することで、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。すなわち、第１の励起部における第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に印加する高周波電力と、第２の励起部における第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に印加する高周波電力とを、異ならせることで、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。
【００９７】
図５では、少なくとも一つの励起部において反応ガスをプラズマ励起させるために、少なくとも一つの励起部に印加する電力を、他の励起部において反応ガスをプラズマ励起させるために、他の励起部に印加する電力よりも大きくする例、つまり、第１の励起部における第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に印加する高周波電力を、第２の励起部における第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に印加する高周波電力よりも大きくする例を示している。すなわち、第２の励起部における第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に印加する高周波電力を、第１の励起部における第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に印加する高周波電力よりも小さくする例を示している。この場合、第１の励起部における第１の棒状電極２６９ｂ及び第２の棒状電極２７０ｂ間に印加する高周波電力を、例えば１００〜１０００Ｗとし、第２の励起部における第１の棒状電極２６９ｃ及び第２の棒状電極２７０ｃ間に印加する高周波電力を、例えば５０〜５００Ｗとする。これにより、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができ、また、バッファ室２３７ｂから供給される励起種の供給量を、バッファ室２３７ｃから供給される励起種の供給量よりも多くすることもできる。
【００９８】
また例えば、図６に示すように、第１の励起部すなわちバッファ室２３７ｂ内に供給するＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給流量と、第２の励起部すなわちバッファ室２３７ｃ内に供給するＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給流量との比率を変更することでも、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。すなわち、バッファ室２３７ｂ内に供給するＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給流量と、バッファ室２３７ｃ内に供給するＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給流量とを、異ならせることで、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。
【００９９】
図６では、少なくとも一つの励起部に対して供給する反応ガスの供給流量を、他の励起部に対して供給する反応ガスの供給流量よりも大きくする例、つまり、バッファ室２３７ｂ内に供給するＮＨ３ガスの供給流量を、バッファ室２３７ｃ内に供給するＮＨ３ガスの供給流量よりも大きくする例を示している。すなわち、バッファ室２３７ｃ内に供給するＮＨ３ガスの供給流量を、バッファ室２３７ｂ内に供給するＮＨ３ガスの供給流量よりも小さくする例を示している。この場合、バッファ室２３７ｂ内に供給するＮＨ３ガスの供給流量を、例えば２〜１０ｓｌｍとし、バッファ室２３７ｃ内に供給するＮＨ３ガスの供給流量を、例えば１〜５ｓｌｍとする。これにより、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができ、また、バッファ室２３７ｂから供給される励起種の供給量を、バッファ室２３７ｃから供給される励起種の供給量よりも多くすることもできる。
【０１００】
また例えば、図７、図８、図９に示すように、第１の励起部すなわちバッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給時間と、第２の励起部すなわちバッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給時間との比率を調整することでも、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。すなわち、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給時間と、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスやＮ２ガスの供給時間とを、異ならせることで、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。
【０１０１】
図７では、少なくとも一つの励起部に対して供給する反応ガスの供給時間を、他の励起部に対して供給する反応ガスの供給時間よりも長くする例、つまり、ステップ３ａにおける、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給時間を、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給時間よりも長くする例を示している。すなわち、ステップ３ａにおける、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給時間を、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給時間よりも短くする例を示している。この場合、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給時間を、例えば２〜１２０秒とし、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給時間を、例えば１〜６０秒とする。これにより、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができる。また、バッファ室２３７ｂから供給される励起種の供給時間を、バッファ室２３７ｃから供給される励起種の供給時間よりも長くすることができる。また、バッファ室２３７ｂから供給される励起種の供給量を、バッファ室２３７ｃから供給される励起種の供給量よりも多くすることもできる。
【０１０２】
図８では、少なくとも一つの励起部に対して供給する反応ガスの供給方法を、他の励起部に対して供給する反応ガスの供給方法と異ならせる例、つまり、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給を間欠的に行うようにし、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給のタイミングと、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給のタイミングとを、同期させないようにする（非同期とする）と共に、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）を、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）よりも多くする例を示している。すなわち、図８では、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから励起種を間欠的に供給するようにし、バッファ室２３７ｂから供給する励起種の供給のタイミングと、バッファ室２３７ｃから供給する励起種の供給のタイミングとを、同期させないようにする（非同期とする）と共に、バッファ室２３７ｂから供給する励起種の供給回数（パルス数）を、バッファ室２３７ｃから供給する励起種の供給回数（パルス数）よりも多くする例を示している。この場合、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）を、例えば５〜６０回とし、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）を、例えば１〜３０回とする。これにより、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができ、また、バッファ室２３７ｂから供給される励起種の供給量を、バッファ室２３７ｃから供給される励起種の供給量よりも多くすることもできる。
【０１０３】
図９では、少なくとも一つの励起部に対して供給する反応ガスの供給方法を、他の励起部に対して供給する反応ガスの供給方法と異ならせる他の例、つまり、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給を間欠的に行うようにし、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給のタイミングと、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給のタイミングとを、同期させるようにすると共に、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）を、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）よりも多くする例を示している。すなわち、図９では、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから励起種を間欠的に供給するようにし、バッファ室２３７ｂから供給する励起種の供給のタイミングと、バッファ室２３７ｃから供給する励起種の供給のタイミングとを、同期させるようにすると共に、バッファ室２３７ｂから供給する励起種の供給回数（パルス数）を、バッファ室２３７ｃから供給する励起種の供給回数（パルス数）よりも多くする例を示している。この場合、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）を、例えば５〜６０回とし、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給回数（パルス数）を、例えば１〜３０回とする。これにより、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができ、また、バッファ室２３７ｂから供給される励起種の供給量を、バッファ室２３７ｃから供給される励起種の供給量よりも多くすることもできる。
【０１０４】
なお、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給を間欠的に行う際、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給のタイミングと、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給のタイミングとを、図８のように同期させないように（非同期と）してもよいし、図９のように同期させるようにしてもよいし、一部非同期とし一部同期させるようにしてもよい。また、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給を間欠的に行い、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給を連続的に行うようにしてもよい。また、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ内へのＮＨ３ガスの供給を連続的に行い、バッファ室２３７ｃ内へのＮＨ３ガスの供給を間欠的に行うようにしてもよい。すなわち、ステップ３ａにおいて、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのうち少なくともいずれか一方のバッファ室内へのＮＨ３ガスの供給を間欠的に行うようにしてもよい。
【０１０５】
また例えば、少なくとも一つの励起部に対して供給する反応ガスの種類を、他の励起部に対して供給する反応ガスの種類と異ならせることでも、つまり、第１の励起部すなわちバッファ室２３７ｂ内に供給する反応ガスの種類を、第２の励起部すなわちバッファ室２３７ｃ内に供給する反応ガスの種類と異ならせることでも、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。反応ガスの種類が異なると、生成された励起種の寿命（励起種が生成されてから失活するまでの時間）が変化し、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃから供給された励起種が失活（消滅）するまでに到達することが可能な距離が異なることとなる。そのため、例えば、バッファ室２３７ｂ内に供給する反応ガスの種類を、生成された励起種の寿命が比較的長い種類のガスとし、バッファ室２３７ｃ内に供給する反応ガスの種類を、生成された励起種の寿命が比較的短い種類のガスとすることで、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができる。また、バッファ室２３７ｂからウエハ２００に対して供給される励起種の供給量を、バッファ室２３７ｃからウエハ２００に対して供給される励起種の供給量よりも多くすることもできる。
【０１０６】
また例えば、図１５（ａ）に示すように、少なくとも一つの励起部より励起種を供給する供給孔の開口面積を、他の励起部より励起種を供給する供給孔の開口面積と異ならせることでも、つまり、第１の励起部すなわちバッファ室２３７ｂに設けられたガス供給孔２３８ｂの開口面積Ｓ１を、第２の励起部すなわちバッファ室２３７ｃに設けられたガス供給孔２３８ｃの開口面積Ｓ２と異ならせることでも、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。仮に、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内での励起種の生成条件が互いに同じである場合、つまり、単位時間当たりの励起種の生成量が互いに同じである場合、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃの開口面積Ｓ１，Ｓ２を異ならせると、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃから供給される励起種の流速に差異が生じ（開口面積が小さい方が流速が大きく、開口面積が大きい方が流速が小さくなり）、励起種が到達することが可能な距離が異なることとなる。そのため、例えば、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内での励起種の生成条件が互いに同じである場合、ガス供給孔２３８ｂの開口面積Ｓ１をガス供給孔２３８ｃの開口面積Ｓ２より小さくすると、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのそれぞれから供給される励起種（プラズマ励起されたＮＨ３ガス）のウエハ２００の面内における分布を、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のように設定することができる。
【０１０７】
また例えば、図１５（ｂ）に示すように、少なくとも一つの励起部より励起種を供給する供給孔を、励起種をウエハ２００の中心部に向けて流すような方向に開設し、他の励起部より励起種を供給する供給孔を、励起種をウエハ２００の周縁部に向けて流すような方向に開設することでも、つまり、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃのいずれか一方を、励起種をウエハ２００の中心部に向けて流すような方向に開設し、他方を、励起種をウエハ２００の周縁部に向けて流すような方向に開設することでも、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を調整することができる。
【０１０８】
なお、図１５（ａ）や図１５（ｂ）に示す手法では、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃの構成（開口面積や方向）と、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給される励起種のウエハ２００の面内における分布と、の関係をＣＦＤ法等の手法を用いて事前に求めておき、それに基づき、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃの構成を、所望の励起種分布が得られるような構成に設定することとなる。ただし、この場合、基板処理装置のハードウエア変更（バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ側壁への機械加工）が必要になる。また、この場合、ガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃの構成は固定となることから、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給される励起種のウエハ２００の面内における分布を微調整するには、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内における励起種の生成条件を調整することで対応することとなる。これに対し、図５〜９に示す手法や、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ内に供給する反応ガスの種類を異ならせる手法では、基板処理装置のハードウエア変更は不要であり、プロセスレシピの変更や、反応ガスの種類の変更のみで、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃから供給されるそれぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を適正に調整することができる。
【０１０９】
このように、少なくとも一つの励起部より供給する励起種の生成条件を、他の励起部より供給する励起種の生成条件と異ならせたり、或いは、少なくとも一つの励起部より供給する励起種の供給条件を、他の励起部より供給する励起種の供給条件と異ならせたりすることにより、それぞれの励起種のウエハ２００の面内における分布や、それぞれの励起種による窒化力や改質力の比率を、適宜調整することが可能である。そして、複数の励起部のそれぞれから供給する励起種のウエハ２００の面内における分布のバランスを制御することにより、窒化処理および改質処理（塩素等の不純物除去処理）のウエハ面内均一性を向上させることが可能となる。結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。なお、複数の励起部のそれぞれから供給する励起種のウエハ２００の面内における分布のバランスを制御する上述の手法は、任意に組み合わせて行うことが出来る。
【０１１０】
窒素含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガス以外に、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等を用いてもよく、また、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス等の窒素元素を含むアミン系のガスを用いてもよい。また、バッファ室２３７ｂ内に供給する反応ガスの種類を、バッファ室２３７ｃ内に供給する反応ガスの種類と異ならせる場合には、上述の窒素含有ガスのうちいずれかの窒素含有ガスをバッファ室２３７ｂ内に供給し、他の窒素含有ガスをバッファ室２３７ｃ内に供給してもよく、また、上述の窒素含有ガスのうちいずれかの窒素含有ガスをバッファ室２３７ｂ内に供給し、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスのうち少なくともいずれかのガスを反応ガスとしてバッファ室２３７ｃ内に供給してもよい。例えば、ＮＨ３ガスをバッファ室２３７ｂ内に供給し、Ｎ２ガスをバッファ室２３７ｃ内に供給してもよい。
【０１１１】
［ステップ４ａ］
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、第２ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂ及び第３ガス供給管２３２ｃのバルブ２４３ｃをそれぞれ閉じ、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は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。なお、このとき、バルブ２４３ｅ，２４３ｆ，２４３ｄは開いたままとして、不活性ガスとしてのＮ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を更に高めることができる（第２のパージ工程）。
【０１１２】
なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１ａにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１ａにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
【０１１３】
このときのヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度がＮＨ３ガスの供給時と同じく２５０〜６３０℃、好ましくは３００〜５００℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。パージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２０００ｓｃｃｍ（０．１〜２ｓｌｍ）の範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを用いてもよい。
【０１１４】
（所定回数実施）
上述したステップ１ａ〜４ａを１サイクルとして、このサイクルを所定回数、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、単にＳｉＮ膜ともいう。）を成膜することが出来る。
【０１１５】
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。
【０１１６】
（パージ及び大気圧復帰）
所定膜厚のシリコン窒化膜が成膜されると、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ，２４３ｆを開き、第１不活性ガス供給管２３２ｄ、第２不活性ガス供給管２３２ｅ、第３不活性ガス供給管２３２ｆのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスが処理室２０１内から除去される（パージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
【０１１７】
（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に保持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【０１１８】
（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つまたは複数の効果を奏する。
【０１１９】
（ａ）本実施形態に係るステップ１ａでは、塩素（Ｃｌ）含有率が低く、表面吸着力の高いガスであるＭＣＳガスを用いる。これにより、処理室２０１内に供給される塩素の量を低減させることができる。そしてこれにより、シリコン含有層と結合する塩素の割合、すなわちＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることができ、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することができる。そしてこれが一つの要因となり、ステップ３ａにおいて、塩素濃度の低いシリコン窒化層を形成できるようになる。その結果として、塩素濃度の低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度の高いシリコン窒化膜を形成できるようになり、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性を向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜の絶縁性を向上させることも可能となる。
【０１２０】
また、シリコン含有層中のＳｉ−Ｃｌ結合を減少させることにより、シリコン含有層中のＳｉ−Ｈ結合を増加させることができる。Ｓｉ−Ｃｌ結合は、Ｓｉ−Ｈ結合よりも結合エネルギーが大きく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を阻害させるように作用する。逆に、Ｓｉ−Ｈ結合は、Ｓｉ−Ｃｌ結合よりも結合エネルギーが小さく、ステップ３ａでのＳｉ−Ｎ結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を促進させるように作用する。
【０１２１】
すなわち、Ｓｉ−Ｃｌ結合が少なく、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成する（層中のＳｉ−Ｃｌ結合を減少させる）ことで、シリコン含有層の窒化を阻害させる要因を減らすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化を促進させることができる。また、Ｓｉ−Ｈ結合をシリコン含有層中に増加させることで、シリコン含有層の窒化を促す要因を増やすことができ、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化をさらに促進させることができる。そしてこれらが一つの要因となることで、ステップ３ａでのシリコン含有層の窒化効率を高めることが可能となり、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させることができることとなる。
【０１２２】
（ｂ）本実施形態に係るステップ３ａでは、複数のプラズマ発生部においてプラズマ励起させたＮＨ３ガスを各プラズマ発生部より同時に供給してシリコン含有層を窒化させる。このように、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ発生部に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして、各プラズマ発生部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができる。そしてこれにより、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことが可能となる。
【０１２３】
なお、プラズマ発生部を１つしか設けない場合、ウエハ２００への励起種の供給量を増加させるには、プラズマ出力を大きくする必要がある。しかしながら、係る場合には、プラズマ化される範囲が大きくなり過ぎてしまい、ウエハ２００までもがプラズマに晒されてしまうことがある。そして、ウエハ２００やウエハ２００上に形成するシリコン窒化膜に大きなダメージ（プラズマダメージ）が加わってしまうことがある。また、ウエハ２００やその周辺がプラズマによりスパッタリングされることでパーティクルが発生したり、シリコン窒化膜の膜質を低下させてしまうことがある。また、ウエハ２００上に形成するシリコン窒化膜の膜質が、プラズマに晒されるウエハ２００の外周付近とプラズマに晒されないウエハ２００の中心側との間で、顕著に異なってしまうことがある。
【０１２４】
これに対して本実施形態のように複数のプラズマ発生部を用いる場合、各プラズマ発生部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができ、これらの問題を生じさせないようにすることができる。
【０１２５】
（ｃ）本実施形態では、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができ、窒化力を高め、シリコン含有層の窒化を促進させることができる。すなわち、窒化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の窒化が飽和してセルフリミットがかかる状態（窒化されきった状態）まで素早く遷移させることが可能となり、窒化時間を短縮させることができる。これにより、シリコン窒化膜の成膜時間を短縮でき、生産性を向上させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ２００面内全域に対して励起種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ２００の外周付近とウエハ２００の中心側との間でシリコン窒化膜の膜質や膜厚に顕著な違いが起こらないようにできる。その結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【０１２６】
（ｄ）本実施形態では、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ２００への励起種の供給量を増やすことができ、ステップ１ａにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができ、シリコン窒化膜の塩素濃度をさらに低減できる。その結果として、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度が極めて高いシリコン窒化膜を形成できるようになり、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性を一層向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜の絶縁性を一層向上させることも可能となる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。そして、シリコン窒化膜の成膜時間をさらに短縮でき、生産性を一層向上させることができる。
【０１２７】
（ｅ）本実施形態では、複数のプラズマ発生部を用いることで、成膜中におけるウエハ２００の回転数を高めた（回転速度を速くした）場合と同等の効果を得ることができ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスでは、ウエハ２００を回転させながらＭＣＳガスやＮＨ３ガスの間欠供給を行うが、係るシーケンスでは、ウエハ２００の回転数とシリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性との間に一定の相関関係が存在する。具体的には、回転数が高いほど（回転速度が速いほど）、１回のガス供給でカバーされるウエハ２００の領域が増加するため、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。しかしながら、ウエハ２００の振動防止等のため、ウエハ２００の回転数には上限があり、例えば３ｒｐｍより大きくすることが困難な場合がある。これに対し本実施形態では、２つのプラズマ発生部を用いることで、回転数を実質的に２倍に増加させることと同等の効果を得ることができ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。係る効果は、シリコン窒化膜を例えば５０Å以下の厚さの薄膜とする場合に特に有効である。
【０１２８】
（ｆ）本実施形態では、複数の励起部（プラズマ発生部）から供給する励起種のウエハ２００の面内における分布のバランスを制御する。例えば、第１の励起部から供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中心部を通り抜けてウエハ２００の反対側の周縁部まで及ぶような広範囲な分布とし、第２の励起部から供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の周縁部にのみ及ぶような偏在した分布とする。また例えば、第１の励起部から供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中心部まで及び、ウエハ２００の反対側の周縁部までは及ばないような分布とし、第２の励起部から供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の周縁部にのみ及ぶような偏在した分布とする。その結果、第１の励起部から供給される励起種によって主にウエハ２００の中心部での窒化処理や改質処理（塩素等の不純物除去処理）が行われることとなり、第２の励起部から供給される励起種によって主にウエハ２００の周縁部での窒化処理や改質処理が行われることとなる。励起種のウエハ２００の面内における分布をこのように設定することにより、第１の励起部および第２の励起部から供給されるそれぞれの励起種による窒化力や改質力（不純物除去力）の比率をそれぞれ調整することができ、シリコン含有層に対する窒化処理や改質処理（塩素等の不純物除去処理）のウエハ面内均一性を向上させることが可能となる。結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【０１２９】
（ｇ）以上述べたとおり、本実施形態の成膜シーケンスによれば、例えば５００℃以下、さらには４００℃以下の低温領域において、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度が極めて高いシリコン窒化膜を形成することができる。これにより、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性及び絶縁性を向上させ、膜質を向上させることが可能となる。また、ウエハ２００やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、シリコン含有層の窒化効率を高め、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させ、スループットを向上させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、成膜時における立体障害による未結合手の発生を低減させることが可能となる。また、膜中の塩素濃度が低いことから、ボートアンロード時等のウエハ２００搬送中におけるシリコン窒化膜の自然酸化を抑制することが可能となる。
【０１３０】
なお、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜の密度は、一般的なＤＣＳとＮＨ３との交互供給により形成したシリコン窒化膜の密度よりも高密度となることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜中の塩素等の不純物の濃度は、一般的なＤＣＳとＮＨ３との交互供給により形成したシリコン窒化膜中の塩素等の不純物の濃度よりもきわめて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、原料ガスとして塩素を含まないシラン系原料ガスを用いた場合であっても、フッ化水素に対するエッチングレートを低くできることを確認した。
【０１３１】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
【０１３２】
上述の実施形態では、ステップ１ａ，２ａ，３ａ，４ａをこの順に行い、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜する例について説明したが、ステップ１ａとステップ３ａとを入れ替えてもよい。すなわち、ステップ３ａ，２ａ，１ａ，４ａをこの順に行い、これを１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜するようにしてもよい。
【０１３３】
また、上述の実施形態では、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃの対応する側面同士がウエハ２００の中心を挟んで対向する例について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃは、平面視において、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられていればよく、図１１（ａ）に示すようにそれぞれが排気口２３１ａ側に寄っていても、或いは図１１（ｂ）に示すように排気口２３１ａから離れた側に寄っていてもよい。言い換えれば、バッファ室２３７ｂの中心とウエハ２００の中心とを結ぶ直線と、バッファ室２３７ｃの中心とウエハ２００の中心とを結ぶ直線と、がつくる中心角（バッファ室２３７ｂ，２３７ｃの各中心を両端とする弧に対する中心角）は、１８０°である場合に限らず、１８０°未満であっても、１８０°を超えていてもよい。なお、図２、図１１（ａ）、図１１（ｂ）のいずれにおいても、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃは、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられている。なお、図１１においては、便宜上、反応管２０３、ヒータ２０７、ウエハ２００、排気管２３１、排気口２３１ａ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ以外の構成部材の図示を省略している。
【０１３４】
また、上述の実施形態では、プラズマ発生部（励起部）が２つ設けられている場合について説明したが、３つ以上設けられていてもよい。係る場合においても、複数のプラズマ発生部（励起部）は、平面視において、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられていることが好ましい。例えば、プラズマ発生部（励起部）を４つ設ける場合、図１２（ａ）に示すように、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ及びバッファ室２３７ｄ，２３７ｅは、それぞれ、平面視において、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられていることが好ましい。また、プラズマ発生部（励起部）を３つ設ける場合、図１２（ｂ）に示すように、２つのバッファ室２３７ｂ，２３７ｃは、平面視において、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられていることが好ましく、もう一つのバッファ室２３７ｄは、これらの中央、すなわちウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線上にその中心が位置するように設けることが好ましい。なお、図１２においては、便宜上、反応管２０３、ヒータ２０７、ウエハ２００、排気管２３１、排気口２３１ａ、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ，２３７ｄ，２３７ｅ以外の構成部材の図示を省略している。
【０１３５】
なお、プラズマ発生部（励起部）を３つ以上設ける場合、バッファ室は等間隔に配置することがより好ましい。例えば、プラズマ発生部を４つ設ける場合、図１２（ａ）に示すように、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ，２３７ｄ，２３７ｅは、隣接するバッファ室の各中心を両端とする４つの弧に対する中心角がそれぞれ９０°になるように配置することがより好ましい。また、プラズマ発生部を３つ設ける場合、図１２（ｂ）に示すように、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃ，２３７ｄは、隣接するバッファ室の各中心を両端とする３つの弧に対する中心角がそれぞれ１２０°になるように配置することがより好ましい。なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）のいずれにおいても、バッファ室２３７ｂ，２３７ｃのガス供給孔２３８ｂ，２３８ｃは、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられており、バッファ室２３７ｄ，２３７ｅのガス供給孔２３８ｄ，２３８ｅは、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられている。バッファ室を等間隔に配置することで、ウエハ２００面内全域に対して励起種をより均一に供給することが可能となる。これにより、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【０１３６】
また、上述の実施形態では、第１ガス供給管２３２ａ内にＭＣＳガスを供給するＭＣＳガス供給源や第１ガス供給管２３２ａの上流側等（すなわち、ガス保管庫やシリンダーキャビネット等）に、ＭＣＳガスの保管温度を例えば３０℃程度に維持する温度調整機構を設けてもよい。ＭＣＳガスは分解性が高く、一般的な特殊高圧ガスの保管温度では分解してしまうことがある。ＭＣＳガスの分解によりモノシラン（ＳｉＨ４）が生成されると、シリコン窒化膜の膜厚均一性が低下したり、生産性が悪化したりすることがある。また、ＭＣＳガスの保管温度を低温にしすぎると、ＭＣＳが気化し難くなり、処理室２０１内へのＭＣＳガスの供給流量が減少してしまう懸念がある。温度調整機構を設けることで、これらの課題を解決できる。
【０１３７】
また例えば、上述の実施形態では、処理室２０１内にＭＣＳガスを供給する際（ステップ１ａ，１ｂ）、ＡＰＣバルブ２４４を開いた状態で処理室２０１内を連続的に排気しながらＭＣＳガスを供給するようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、図１３に示すように、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側にガス溜め部（タンク）２５０ａを設け、ガス溜め部２５０ａ内に溜めた高圧のＭＣＳガスを、ＡＰＣバルブ２４４を閉じた状態で減圧された処理室２０１内へ一気に（パルス的に）供給し、その後、ＭＣＳガスの供給によって昇圧状態となった処理室２０１内を所定時間維持するようにしてもよい。
【０１３８】
ガス溜め部２５０ａを用いてＭＣＳガスを一気に供給するには、まず、第１ガス供給管２３２ａのガス溜め部２５０ａよりも下流側に設けられたバルブ２４３ａ’を閉じ、ガス溜め部２５０ａの上流側に設けられたバルブ２４３ａを開くことで、ガス溜め部２５０ａ内へＭＣＳガスを溜める。そして、ガス溜め部２５０ａ内に所定圧、所定量のＭＣＳガスが溜まったら、上流側のバルブ２４３ａを閉じる。ガス溜め部２５０ａ内には、ガス溜め部２５０ａ内の圧力が例えば２００００Ｐａ以上になるようにＭＣＳガスを溜める。ガス溜め部２５０ａ内に溜めるＭＣＳガス量は例えば１００〜１０００ｃｃとする。また、ガス溜め部２５０ａと処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、処理室２０１の容積とこれに対する必要なガス溜め部２５０ａの容積との比として考えると、処理室２０１の容積が例えば１００ｌ（リットル）の場合においては、ガス溜め部２５０ａの容積は１００〜３００ｃｃであることが好ましく、処理室２０１の容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【０１３９】
ガス溜め部２５０ａ内にＭＣＳガスを充填する間、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を処理室２０１内の圧力が２０Ｐａ以下の圧力となるように排気しておく。ガス溜め部２５０ａ内へのＭＣＳガスの充填及び処理室２０１内の排気が完了したら、ＡＰＣバルブ２４４を閉じて処理室２０１内の排気を停止し、その後、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ’を開く。これにより、ガス溜め部２５０ａ内に溜められた高圧のＭＣＳガスが処理室２０１内へ一気に（パルス的に）供給される。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４が閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇し、例えば９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。その後、処理室２０１内の昇圧状態を所定時間（例えば１〜１０秒）維持し、高圧のＭＣＳガス雰囲気中にウエハ２００を晒すことで、ウエハ２００上にシリコン含有層を形成する。
【０１４０】
このように、ガス溜め部２５０ａを用いてＭＣＳガスを一気に供給すると、ガス溜め部２５０ａ内と処理室２０１内との圧力差により、第１ノズル２３３ａから処理室２０１内に噴出されるＭＣＳガスは例えば音速（３４０ｍ／ｓｅｃ）程度にまで加速され、ウエハ２００上のＭＣＳガスの速度も数十ｍ／ｓｅｃ程度と早くなる。その結果、ＭＣＳガスがウエハ２００の中央部まで効率的に供給されるようになる。その結果、シリコン窒化膜のウエハ２００面内の膜厚均一性や膜質均一性を向上させることができる。以下、この供給方法をフラッシュフローと称することとする。
【０１４１】
また、上述の実施形態では、ＭＣＳガスを一つのノズル２３３ａを介して供給する例について説明したが、本発明は係る形態に限定されず、ＭＣＳガスを複数のノズルを介して供給するようにしてもよい。例えば、図１４に示すように、ＭＣＳガスを供給するノズルとしてノズル２３３ａと同一形状のノズル２３３ａ’を更に設けるようにしてもよい。この場合、ノズル２３３ａ，２３３ａ’は、バッファ室２３７ａ，２３７ｂと同様に、平面視において、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けることが好ましい。すなわち、ノズル２３３ａ，２３３ａ’のガス供給孔２４８ａ，２４８ａ’は、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称に設けられていることが好ましい。これにより、２つのノズル２３３ａ，２３３ａ’からウエハ２００に対して流れるＭＣＳガスのガス流が均一になる。すなわち、２つのノズル２３３ａ，２３３ａ’からウエハ２００に対して流れるＭＣＳガスのガス流が、ウエハ２００の中心と排気口２３１ａの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称となる。その結果、ＭＣＳガスをウエハ２００面内にわたり均一に供給できるようになり、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
【０１４２】
また、上述の実施形態では、ステップ３ａにおいて、第１の励起部から供給する励起種をウエハ２００の中心部に及ぶように広範囲に分布させると共に、第２の励起部から供給する励起種をウエハ２００の周縁部にのみ及ぶように偏在させて分布させるようにする例について説明したが、第１の励起部から供給する励起種をウエハ２００の周縁部にのみ及ぶように分布させると共に、第２の励起部から供給する励起種をウエハ２００の中心部に及ぶように広範囲に分布させるように偏在させて分布させるようにすることもできる。すなわち、一方の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中央部まで及ぶ分布とし、他方の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、励起種がウエハ２００の中央部以外の部分まで及ぶ分布とすればよい。なお、一方の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、その励起種がウエハ２００の中央部まで及ぶ分布とし、他方の励起部より供給する励起種のウエハ２００の面内における分布を、その励起種がウエハ２００の周縁部まで及ぶ分布とするようにしてもよい。
【０１４３】
上述の実施形態で形成したシリコン窒化膜は、膜中の塩素濃度が低く、膜密度が高く、フッ化水素に対する高い耐性を有している。そのため、上述の実施形態で形成したシリコン窒化膜は、ゲート絶縁膜や容量絶縁膜だけでなく、サイドウォールスペーサやエッチングストッパ層として好適に用いることができる。また、例えばＳＴＩ形成工程におけるハードマスクとしても好適に用いることができる。
【０１４４】
また、上述の実施形態では、薄膜としてシリコン窒化膜を形成する例について説明したが、本発明は、例えばシリコン酸化膜を形成する場合にも適用することができる。
【０１４５】
この場合、原料ガスとして上述の実施形態と同様な原料ガスを用い、反応ガスとして窒素含有ガスの代わりに酸素含有ガスを用い、上述の実施形態と同様の成膜シーケンスにより成膜を行うことができる。なお、酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、水素（Ｈ２）ガス＋酸素（Ｏ２）ガス、Ｈ２ガス＋Ｏ３ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いることができる。処理条件は、上述の実施形態と同様な処理条件を用いることができる。
【０１４６】
また、上述の実施形態では、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窒化膜を形成する例について説明したが、本発明は係る場合に限定されない。例えば、本発明は、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。
【０１４７】
例えば、本発明は、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成する場合や、ジルコニウム窒化膜（ＺｒＮ膜）を形成する場合や、ハフニウム窒化膜（ＨｆＮ膜）を形成する場合や、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）を形成する場合や、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）を形成する場合や、モリブデン窒化膜（ＭｏＮ膜）を形成する場合にも、好適に適用することができる。
【０１４８】
この場合、原料ガスとして金属元素を含む原料ガスを用い、上述の実施形態と同様の成膜シーケンスにより成膜を行うことができる。なお、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、原料ガスとして供給することとなる。窒素含有ガスは、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。処理条件も、上述の実施形態と同様な処理条件を用いることができる。
【０１４９】
例えば、ＴｉＮ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）ガス、テトラキスエチルメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＴ）ガス、テトラキスジメチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：ＴＤＭＡＴ）ガス、テトラキスジエチルアミノチタニウム（Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、略称：ＴＤＥＡＴ）ガス等を用いることができる。
【０１５０】
また例えば、ＺｒＮ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）ガス、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＺ）ガス、テトラキスジメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：ＴＤＭＡＺ）ガス、テトラキスジエチルアミノジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、略称：ＴＤＥＡＺ）ガス等を用いることができる。
【０１５１】
また例えば、ＨｆＮ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）ガス、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＨ）ガス、テトラキスジメチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：ＴＤＭＡＨ）ガス、テトラキスジエチルアミノハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、略称：ＴＤＥＡＨ）ガス等を用いることができる。
【０１５２】
また例えば、ＴａＮ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）ガス、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ５）ガス、ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、略称：ＰＥＴ）ガス、トリスジエチルアミノターシャリーブチルイミノタンタル（Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３、略称：ＴＢＴＤＥＴ）ガス等を用いることができる。
【０１５３】
また例えば、ＡｌＮ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）ガス、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ３）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガス等を用いることができる。
【０１５４】
また例えば、ＭｏＮ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）ガス、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ５）ガス等を用いることができる。
【０１５５】
このように、本発明は、シリコン窒化膜だけでなく、金属窒化膜の成膜にも適用することができ、この場合であっても、上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。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窒化膜を形成する場合に好適に適用することができる。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
また、上述の実施形態や各変形例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。
【０１５９】
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピ等を変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更することも可能である。
【０１６０】
＜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。  
【０１６１】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる半導体装置の製造方法が提供される。
【０１６２】
（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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記励起種が前記基板の中央部まで及ぶ分布とし、
前記他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記励起種が前記基板の中央部以外の部分まで及ぶ分布とする。
【０１６３】
（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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記励起種が前記基板の中央部まで及ぶ分布とし、
前記他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記励起種が前記基板の周縁部まで及ぶ分布とする。
【０１６４】
（付記４）
付記１乃至３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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部に対して供給する前記反応ガスの供給流量を、
前記他の励起部に対して供給する前記反応ガスの供給流量よりも大きくする。
【０１６５】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の供給量を、
前記他の励起部より供給する前記励起種の供給量よりも多くする。
【０１６６】
（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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部に対して供給する前記反応ガスの供給時間を、
前記他の励起部に対して供給する前記反応ガスの供給時間よりも長くする。
【０１６７】
（付記７）
付記１乃至６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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の供給時間を、
前記他の励起部より供給する前記励起種の供給時間よりも長くする。
【０１６８】
（付記８）
付記１乃至７のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部において前記反応ガスをプラズマ励起させるために、前記少なくとも一つの励起部に印加する電力を、
前記他の励起部において前記反応ガスをプラズマ励起させるために、前記他の励起部に印加する電力よりも大きくする。
【０１６９】
（付記９）
付記１乃至８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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部に対して供給する前記反応ガスの種類を、
前記他の励起部に対して供給する前記反応ガスの種類と異ならせる。
【０１７０】
（付記１０）
付記１乃至９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、
前記少なくとも一つの励起部より前記励起種を供給する供給孔の開口面積を、
前記他の励起部より前記励起種を供給する供給孔の開口面積と異ならせる。
【０１７１】
（付記１１）
付記１乃至９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、
前記少なくとも一つの励起部より前記励起種を供給する供給孔を、前記励起種を前記基板の中心部に向けて流すような方向に開設し、
前記他の励起部より前記励起種を供給する供給孔を、前記励起種を前記基板の周縁部に向けて流すような方向に開設する。
【０１７２】
（付記１２）
付記１乃至３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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の生成条件を、
前記他の励起部より供給する前記励起種の生成条件と異ならせる。
【０１７３】
（付記１３）
付記１乃至３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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、
前記少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の供給条件を、
前記他の励起部より供給する前記励起種の供給条件と異ならせる。
【０１７４】
（付記１４）
本発明の他の態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する工程と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する工程では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせる基板処理方法が提供される。
【０１７５】
（付記１５）
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、
前記処理室内の基板の側方に設けられガスをプラズマ励起させる複数の励起部と、
前記各励起部に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた前記複数の励起部において前記反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する処理と、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、前記励起種を前記各励起部より供給する処理では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせるように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記各励起部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。
【０１７６】
（付記１６）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する手順と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する手順では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異ならせるプログラムが提供される。
【０１７７】
（付記１７）
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、前記基板の側方に設けられた複数の励起部において反応ガスをプラズマ励起させて生成した励起種を、前記各励起部より供給する手順と、
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、
前記励起種を前記各励起部より供給する手順では、前記複数の励起部のうち少なくとも一つの励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布を、前記複数の励起部のうち前記少なくとも一つの励起部とは異なる他の励起部より供給する前記励起種の前記基板の面内における分布と異なら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】
【０１７８】
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
２３３ａ  第１ノズル
２３３ｂ  第２ノズル
２３３ｃ  第３ノズル
２３７ｂ，２３７ｃ  バッファ室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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