(57)【要約】【課題】金属膜の形成において良好な面内膜厚均一性を得ることができる技術を提供する。【解決手段】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、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する工程と、を時分割して所定回数行う工程と、前記基板に対して、前記原料ガスと前記反応ガスが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給する工程と、を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成する工程を有する。【選択図】図５
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【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、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する工程と、
を時分割して所定回数行う工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給する工程と、
を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記原料ガスはハロゲン系ガスである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記処理ガスはハロゲン系ガスである請求項１もしくは請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板を収容する処理室と、
前記基板に対して、原料ガス、前記原料ガスと反応する反応ガス、前記前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室に収容された基板に対して、前記原料ガスを供給する処理と、前記反応ガスを供給する処理とを時分割して所定回数行う処理と、前記処理ガスを供給する処理と、を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成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】
基板に対して、原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する手順と、
を時分割して所定回数行う手順と、
前記基板に対して、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給する手順と、
を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、電極や配線等として、様々な種類の金属膜が用いられている。その中でも、ゲート電極やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のキャパシタ電極では、耐酸化性、電気抵抗率、仕事関数等の観点から金属炭化物系や金属窒化物系の金属膜が用いられることが多い（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属膜としては、例えばチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）が用いられることが多いが、ＴｉＮ膜を形成される際に生成される副生成物の影響により基板面内において膜形成が阻害され、良好な面内膜厚均一性を得ることが困難となる場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、金属膜の形成において良好な面内膜厚均一性を得ることができる技術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、
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、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する工程と、
を時分割して所定回数行う工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給する工程と、
を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属膜の形成において良好な面内膜厚均一性を得ることができる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来技術により形成した膜の面内膜厚分布を示す図である。
【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３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す基板処理装置が有するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるシーケンスを示す図である。
【図６】従来技術と本発明により形成した膜の膜厚比を示す図である。
【図７】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８】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
従来は、基板に対して例えばチタン（Ｔｉ）含有ガスと窒素（Ｎ）含有ガスとを時分割して所定回数供給する方法により、金属膜として例えばＴｉＮ膜を形成していた。しかし、図１に示す通り、従来の方法では、基板の外周部の膜厚が厚くなっていることがわかる。これは、基板の中心部へのガス供給量が少ないのに対して、基板の外周部ではガス供給量が多いことや、Ｔｉ含有ガスおよびＮ含有ガスの反応により生成される副生成物の影響が基板の中心部では大きいのに対して、基板の外周部では小さいことに起因すると考えられる。そこで、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、Ｔｉ含有ガスおよびＮ含有ガスの反応により生成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを基板の外周部に供給することにより、本課題を解決して、良好な面内膜厚均一性を得ることができることを見出した。
【００１０】
＜本発明の第１の実施形態＞
以下、本発明の好適な第１の実施形態について図２および図３を用いて説明する。基板処理装置１０は、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程である基板処理工程において使用される装置の一例として構成されている。
【００１１】
（１）処理炉の構成
処理炉２０２には加熱手段（加熱機構、加熱系）としてのヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状に構成されている。
【００１２】
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は耐熱性材料等（例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ））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。
【００１３】
反応管２０３の下端には、ステンレス等の金属材料からなるマニホールド２０９が取り付けられている。マニホールド２０９は筒状に形成され、その下端開口は蓋体としてのシールキャップ２１９により気密に閉塞される。反応管２０３とマニホールド２０９との間、および、マニホールド２０９とシールキャップ２１９との間には、それぞれＯリング２２０が設けられている。主に、反応管２０３、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９により処理容器が構成され、この処理容器の内部に処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート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。
【００１４】
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。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。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）として構成されている。
【００１５】
基板保持具としてのボート２１７は、複数、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、耐熱性材料等（例えば石英やＳｉＣ）からなる。ボート２１７の下部には、耐熱性材料等（例えば石英やＳｉＣ）からなる断熱板２１８が水平姿勢で多段に支持されている。この構成により、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っている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。ヒータ２０７は処理室２０１内に収容されたウエハ２００を所定の温度に加熱することができる。
【００１６】
処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０がマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３２０，３３０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４１０，４２０，４３０と、３本のガス供給管３１０，３２０，３３０とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは３種類のガス（処理ガス、原料）をそれぞれ専用ラインで供給することができるように構成されている。
【００１７】
ガス供給管３１０，３２０，３３０には上流側から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２，３３２および開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３３４が設けられている。ガス供給管３１０，３２０，３３０の先端部にはノズル４１０，４２０，４３０が連結接続されている。ノズル４１０，４２０，４３０は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０の垂直部は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間に形成される円環状の空間に、反応管２０３の内壁に沿って上方（ウエハ２００の積載方向上方）に向かって立ち上がるように（つまり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。すなわち、ノズル４１０，４２０，４３０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。
【００１８】
ノズル４１０，４２０，４３０の側面にはガスを供給する（噴出させる）ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａが設けられている。ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
【００１９】
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環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送し、ノズル４１０，４２０，４３０にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させており、反応管２０３内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、各ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後に残留するガス（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。
【００２０】
また、ガス供給管３１０，３２０，３３０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５１０，５２０，５３０が接続されている。キャリアガス供給管５１０，５２０，５３０にはＭＦＣ５１２，５２２，５２３およびバルブ５１４，５２４，５３４が設けられている。
【００２１】
上記構成における一例として、ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、金属元素を含む原料ガス（金属含有ガス）が、ＭＦＣ３１２，バルブ３１４，ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。原料ガスとしては、例えば、金属元素としてのチタン（Ｔｉ）を含むハロゲン系原料ガス（ハロゲン化物、ハロゲン系チタン原料とも称する）としての四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスが用いられる。なお、Ｔｉは遷移金属元素に分類される。また、ハロゲン系原料とはハロゲン基を含む原料である。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。
【００２２】
ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、窒素（Ｎ）を含む反応ガスとしてのＮ含有ガスが、ＭＦＣ３２２，バルブ３２４，ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。Ｎ含有ガスとしては、金属元素非含有のＮ含有ガス、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
【００２３】
ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４ガスと、反応ガスとしてのＮＨ３ガスとが反応して生成される副生成物と同じ組成を有する膜厚調整ガスがＭＦＣ３３２，バルブ３３４，ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。膜厚調整ガスとしては、例えば、ハロゲン系ガス（ハロゲン化物、ハロゲン系チタン原料とも称する）としての塩化水素（ＨＣｌ）ガスが用いられる。
【００２４】
キャリアガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２，５３２，バルブ５１４，５２４，５３４，ノズル４１０，４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給される。
【００２５】
ここで、本明細書において、原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態もしくは固体状態である原料を気化もしくは昇華することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。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」、「固体状態である固体原料」、「気体状態である原料ガス」、または、その複合を意味する場合がある。ＴｉＣｌ４等のように、常温常圧下で液体状態である液体原料や常温常圧下で固体状態である固体原料を用いる場合は、液体原料や固体原料を気化器、バブラもしくは昇華器等のシステムにより気化もしくは昇華して、原料ガス（ＴｉＣｌ４ガス等）として供給することとなる。
【００２６】
ガス供給管３１０，３２０，３３０から上述のような処理ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０，３２０，３３０，ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，バルブ３１４，３２４，３３４により処理ガス供給系が構成される。ノズル４１０，４２０，４３０を処理ガス供給系に含めて考えてもよい。処理ガス供給系を、単にガス供給系と称することもできる。
【００２７】
ガス供給管３１０から上述のような原料ガスとしての金属含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０，ＭＦＣ３１２，バルブ３１４により原料ガス供給系としての金属含有ガス供給系が構成される。ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系を原料供給系と称することもできる。ガス供給管から金属含有ガスとしてのハロゲン系原料ガスを流す場合、金属含有ガス供給系をハロゲン系原料ガス供給系と称することもできる。ハロゲン系原料ガス供給系をハロゲン系原料供給系と称することもできる。また、ガス供給管３１０からＴｉＣｌ４ガスを流す場合、ハロゲン系原料ガス供給系をＴｉＣｌ４ガス供給系と称することもできる。ＴｉＣｌ４ガス供給系をＴｉＣｌ４供給系と称することもできる。
【００２８】
ガス供給管３２０から上述のような反応ガスとしてのＮ含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０，ＭＦＣ３２２，バルブ３２４により反応ガス供給系としてのＮ含有ガス供給系が構成される。ノズル４２０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３２０から反応ガスとしてＮ含有ガスを流す場合、反応ガス供給系をＮ含有ガス供給系と称することもできる。また、ガス供給管３２０からＮＨ３ガスを流す場合、Ｎ含有ガス供給系をＮＨ３ガス供給系と称することもできる。反応ガス供給系をＮＨ３供給系と称することもできる。
【００２９】
ガス供給管３３０から膜厚調整ガスとしてハロゲン系ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０，ＭＦＣ３３２，バルブ３３４により膜厚調整ガス供給系としてのハロゲン系ガス供給系が構成される。ノズル４３０を膜厚調整ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３３０からＨＣｌガスを流す場合、膜厚調整ガス供給系をＨＣｌガス供給系と称することもできる。膜厚調整ガス供給系をＨＣｌ供給系と称することもできる。
【００３０】
また、主に、キャリアガス供給管５１０,５２０,５３０,ＭＦＣ５１２,５２２,５２３,バルブ５１４,５２４,５３４によりキャリアガス供給系が構成される。キャリアガスとして不活性ガスを流す場合、キャリアガス供給系を不活性ガス供給系と称することもできる。この不活性ガスは、パージガスとしても作用することから不活性ガス供給系をパージガス供給系と称することもできる。
【００３１】
マニホールド２０９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。排気管２３１は、ノズル４１０，４２０，４３０と同様に、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。排気管２３１は、図３に示すように、平面視において、ウエハ２００を挟んでノズル４１０，４２０，４３０と対向する位置に設けられている。この構成により、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ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、上流側から順に、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，ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３，真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４３は、排気バルブであり、圧力調整部として機能する。また、排気管２３１には、排気ガス中の反応副生成物や未反応の処理ガス等を捕捉するトラップ装置や排気ガス中に含まれる腐食性成分や有毒成分等を除害する除害装置が接続されている場合がある。主に、排気管２３１，ＡＰＣバルブ２４３，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を排気系に含めて考えてもよい。さらには、トラップ装置や除害装置を排気系に含めて考えてもよい。
【００３３】
なお、ＡＰＣバルブ２４３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なうことができ、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。ＡＰＣバルブ２４３は、排気系の排気流路の一部を構成しており、圧力調整部として機能するだけではなく、排気系の排気流路を閉塞したり、さらには、密閉したりすることが可能な排気流路開閉部、すなわち、排気バルブとしても機能する。すなわち、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２４３の弁の開度を調節することにより、処理室２０１内の「実際の圧力」を、所定の「設定圧力」に近づけることができるように構成されている。例えば、処理室２０１内に供給されるガスの流量に変化がない場合や、処理室２０１内へのガス供給を停止している場合等において、処理室２０１内の実際の圧力を変更するには、処理室２０１内の設定圧力を変更し、ＡＰＣバルブ２４３の弁の開度を上述の設定圧力に応じた開度に変更する。その結果、排気ラインの排気能力が変更され、処理室２０１内の実際の圧力が、上述の設定圧力に次第に（曲線的に）近づいて行くこととなる。このように、処理室２０１内の「設定圧力」とは、処理室２０１内の圧力制御を行なう際の「目標圧力」と同義と考えることができ、その値に、処理室２０１内の「実際の圧力」が追従することとなる。また、「処理室２０１内の設定圧力を変更すること」とは、実質的に、「排気ラインの排気能力を変更するためにＡＰＣバルブ２４３の開度を変更すること」と同義であり、「ＡＰＣバルブ２４３の開度を変更するための指令」と考えることができる。
【００３４】
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への通電量を調整することで、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４１０，４２０，４３０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。
【００３５】
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２１ａ，ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ，記憶装置１２１ｃ，Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ，記憶装置１２１ｃ，Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、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。
【００３６】
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。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できるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、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。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。
【００３７】
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５、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。
【００３８】
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。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピに従って、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作およびＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、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。
【００３９】
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（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等）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。ただし、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。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。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。
【００４０】
（２）基板処理工程（成膜工程）
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、例えばゲート電極を構成する金属膜を形成する工程の一例について図５を用いて説明する。金属膜を形成する工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置１０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。
【００４１】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態の好適な成膜シーケンス（単にシーケンスとも称する）は、ウエハ２００に対して、原料ガス（例えばＴｉＣｌ４ガス）を供給する工程と、上記ウエハ２００に対して、上記原料ガスと反応する反応ガス（例えばＮＨ３ガス）を供給する工程と、を時分割して（非同期、間欠的、パルス的に）所定回数行う工程と、上記ウエハ２００に対して、上記原料ガスと上記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガス（例えばＨＣｌガス）を供給する工程と、を時分割して所定回数行うことにより、上記ウエハ２００上に膜（例えばＴｉＮ膜）を形成する工程を有する。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、本明細書において金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味し、これには、導電性の金属窒化膜（メタルナイトライド膜）、導電性の金属酸化膜（メタルオキサイド膜）、導電性の金属酸窒化膜（メタルオキシナイトライド膜）、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜（メタルシリサイド膜）、導電性の金属炭化膜（メタルカーバイド膜）、導電性の金属炭窒化膜（メタルカーボナイトライド膜）等が含まれる。なお、ＴｉＮ膜（チタン窒化膜）は導電性の金属窒化膜である。
【００４６】
（ウエハチャージおよびボートロード）
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の下端開口を閉塞した状態となる。
【００４７】
（圧力調整および温度調整）
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２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。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への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。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およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ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。
【００４８】
（ＴｉＮ膜形成ステップ）
続いて，ＴｉＮ膜を形成するステップを実行する。ＴｉＮ膜形成ステップは、以下に説明する金属含有ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを含む。
【００４９】
（金属含有ガス供給ステップ）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に金属含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを流す。ガス供給管３１０内を流れたＴｉＣｌ４ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整される。流量調整されたＴｉＣｌ４ガスは、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ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ＴｉＣｌ４ガスが供給されることとなる。すなわちウエハ２００の表面はＴｉＣｌ４ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、キャリアガス供給管５１０内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。キャリアガス供給管５１０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整される。流量調整されたＮ２ガスはＴｉＣｌ４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、ノズル４２０、ノズル４３０内へのＴｉＣｌ４ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４、５３４を開き、キャリアガス供給管５２０、キャリアガス供給管５３０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３２０、ガス供給管３３０、ノズル４２０、ノズル４３０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。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２００〜５００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に流しているガスはＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスのみであり、ＴｉＣｌ４ガスの供給により、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Ｔｉ含有層が形成される。
【００５０】
Ｔｉ含有層はＴｉ単一原子のみを含むＴｉ層となることは少なく、実際には、各原料由来のその他の原子を含むことが多いため、金属含有ガス供給ステップではハロゲン系元素であるＣｌを含むことが多い。すなわち、Ｔｉ含有層はほぼＴｉＣｌ４の吸着層であるＴｉＣｌ４層であるといえる。ＴｉＣｌ４層は、ＴｉＣｌ４分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層も含む。すなわち、ＴｉＣｌ４層は、ＴｉＣｌ４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吸着層を含む。ＴｉＣｌ４層を構成するＴｉＣｌ４分子は、ＴｉとＣｌとの結合が一部切れたものも含む。すなわち、ＴｉＣｌ４層は、ＴｉＣｌ４の物理吸着層や化学吸着層を含む。ただし、上述の処理条件下では、ウエハ２００上へのＴｉＣｌ４の物理吸着よりも化学吸着の方が優勢となる。
【００５１】
ここで、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。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。この点は後述の例についても同様である。
【００５２】
（残留ガス除去ステップ）
Ｔｉ含有膜が形成された後、バルブ３１４を閉じ、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３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Ｔｉ含有膜形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを処理室２０１内から排除する。すなわち、Ｔｉ含有層が形成されたウエハ２００が存在する空間に残留する未反応もしくはＴｉ含有層の形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを除去する。このときバルブ５１４，５２４，５３４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、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉ含有膜形成に寄与した後のＴｉＣｌ４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。
【００５３】
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において悪影響が生じることはない。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、その後のステップにおいて悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。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。
【００５４】
（反応ガス供給ステップ）
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に反応ガスであるＮＨ３ガスを流す。ガス供給管３２０内を流れたＮＨ３ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給される。処理室２０１内に供給されたＮＨ３ガスは熱で活性化された後、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。すなわちウエハ２００の表面は熱で活性化されたＮＨ３ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５２４を開き、キャリアガス供給管５２０内にＮ２ガスを流す。キャリアガス供給管５２０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整される。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。このとき、ノズル４１０，４３０内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５３４を開き、キャリアガス供給管５１０，５３０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３１０，３３０，ノズル４１０，ノズル４３０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。このときのヒータ２０７の温度は、金属含有ガス供給ステップと同様の温度に設定する。
【００５５】
このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ３ガスとＮ２ガスのみである。ＮＨ３ガスは、金属含有ガス供給ステップでウエハ２００上に形成されたＴｉ含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、Ｔｉ含有層に含まれるＴｉとＮＨ３ガスに含まれるＮとが結合して、ウエハ２００上にＴｉとＮとを含むＴｉＮ層が形成される。同時に、処理室２０１内ではＴｉ含有層に含まれるＣｌとＮＨ３ガスとが結合してＨＣｌやＮＨｘＣｌ等の反応副生成物（単に副生成物とも称する）が形成される。ウエハ２００の中心部ではＨＣｌやＮＨｘＣｌ等の反応副生成物（単に副生成物とも称する）の影響が大きく、ウエハ２００の外周部ではＨＣｌやＮＨｘＣｌ等の反応副生成物（単に副生成物とも称する）の影響が小さいため、ウエハ２００の面内の膜厚分布は凹型となる場合がある。
【００５６】
（残留ガス除去ステップ）
ＴｉＮ層を形成した後、バルブ３２４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２４３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ＴｉＮ層の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。このときバルブ５１４，５２４，５３４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、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉＮ層の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。
【００５７】
このとき、金属含有ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様に、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。
【００５８】
（所定回数実施）
上記した金属含有ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に時分割して行うサイクルを１回以上（所定回数）行うことにより、すなわち、金属含有ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップの処理を１サイクルとして、これらの処理をｎ１サイクル（ｎ１は１以上の整数）だけ実行することにより、ウエハ２００上に、所定の厚さのＴｉＮ膜を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
【００５９】
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、後述する例においても同様である。
【００６０】
（膜厚調整ステップ）
続いて、膜厚を調整するステップを行う。膜厚調整ステップは、以下に説明する膜厚調整ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを含む。
【００６１】
（膜厚調整ガス供給ステップ）
バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に膜厚調整ガスであるＨＣｌガスを流す。ガス供給管３３０内を流れたＨＣｌガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整される。流量調整されたＨＣｌガスは、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対してＨＣｌガスが供給されることとなる。すなわちウエハ２００の表面はＨＣｌガスに暴露されることとなる。ＨＣｌガスの供給流量は、主にウエハ２００の外周部に影響し、ウエハ２００の中心部へは影響が少ないような供給流量となるよう設定する。このとき同時にバルブ５３４を開き、キャリアガス供給管５３０内にＮ２ガスを流す。キャリアガス供給管５３０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５３２により流量調整される。流量調整されたＮ２ガスはＨＣｌ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。なお、このとき、ノズル４１０，ノズル４２０内へのＨＣｌガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４を開き、キャリアガス供給管５１０，キャリアガス供給管５２０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３１０，３２０，ノズル４１０，４２０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。このときのヒータ２０７の温度は、金属含有ガス供給ステップと同様の温度に設定する。処理室２０１内に流れているガスは、ＨＣｌガスとＮ２ガスのみであり、主にウエハ２００の外周部に形成されたＴｉＮ膜と反応してＴｉＮ膜をエッチングし、ウエハ２００の外周部におけるＴｉＮ膜の膜厚を減少させる。
【００６２】
（残留ガス除去ステップ）
その後、バルブ３３４を閉じてＨＣｌガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３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上記したＴｉＮ膜のエッチングに寄与した後のＨＣｌガスを処理室２０１内から排除する。なお、このときバルブ５１０，５２０，５３０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上記したＴｉＮ膜のエッチングに寄与した後のＨＣｌ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】
このとき、金属含有ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様に、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。
【００６４】
（所定回数実施）
上述したＴｉＮ膜形成ステップと、上述した膜厚調整ステップとを、時分割してｎ２回（ｎ２は１以上の整数）だけ実行することにより、ウエハ２００上に、膜厚調整により良好な面内均一性が得られたＴｉＮ膜を形成する。上述のステップは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、ＴｉＮ膜形成ステップを行う回数（上述のｎ１回）および膜厚調整ステップにおけるＨＣｌの供給流量により、最終的に形成されるＴｉＮ膜の膜厚均一性を調整することができる。
【００６５】
（パージおよび大気圧復帰）
バルブ５１４，５２４，５３４を開き、ガス供給管５１０，５２０，５３０のそれぞれからＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスや副生成物が処理室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）。
【００６６】
（ボートアンロードおよ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。そして、処理済ウエハ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より取り出される（ウエハディスチャージ）。
【００６７】
（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
【００６８】
本実施形態においては、基板の外周部へＴｉ含有ガスおよびＮ含有ガスの反応により生成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給することにより、基板の外周部の膜厚が厚くなってしまう課題を解決し、面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。
【００６９】
上述の効果は、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス以外の金属含有ガスを用いる場合や、反応ガスとしてＮＨ３ガス以外のＮ含有ガスを用いる場合、膜厚調整ガスとしてＨＣｌガス以外のハロゲン系ガスを用いる場合にも、同様に奏する。
【００７０】
＜本発明の他の実施形態＞
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。さらに、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。
【００７１】
上述の実施形態では、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを用いて一定膜厚のＴｉＮ膜を形成する工程と、膜厚調整ステップを、時分割して所定回数行う例について説明したが、例えば、所定回数が１回の場合は、金属含有ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップ、膜厚調整ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に時分割して所定回数行うこととなる。すなわち、ＴｉＣｌ４ガスの供給、残留ガス除去、ＮＨ３ガスの供給、残留ガス除去、ＨＣｌガスの供給、残留ガス除去を順に時分割して所定回数行うこととなる。
【００７２】
また、上述の実施形態では、ＮＨ３ガスを供給した後にＨＣｌガスを供給する例について説明したが、これに限らず、ＴｉＣｌ４ガスを供給した後にＨＣｌガスを供給してもよい。すなわち、金属含有ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、膜厚調整ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に時分割して所定回数行ってもよい。言い換えると、ＴｉＣｌ４ガスの供給、残留ガス除去、ＨＣｌガスの供給、残留ガス除去、ＮＨ３ガスの供給、残留ガス除去を順に時分割して所定回数行うこととなる。
【００７３】
また、ＨＣｌガスは、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスの両方もしくは片方と同時にウエハ２００へ供給してもよい。
【００７４】
図６は、膜厚調整ステップを行わずＴｉＮ膜形成ステップのみでＴｉＮ膜を形成する従来技術により形成されたＴｉＮ膜の膜厚を１として規格化した場合と、ＴｉＣｌ４ガスの供給後に膜厚調整ステップを行った場合およびＮＨ３ガスの供給後に膜厚調整ステップを行った場合の膜厚を比較したものである。図６より、ＴｉＣｌ４ガスの供給後に膜厚調整ステップを行った場合およびＮＨ３ガスの供給後に膜厚調整ステップを行った場合のいずれにおいても、膜厚を減少させる効果があることがわかる。
【００７５】
また、上述の実施形態では、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、ＨＣｌガスをそれぞれ異なるノズルから処理室２０１内へ供給する例について説明したが、これに限らず、ＨＣｌガスはＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガスと同じノズルから供給してもよい。すなわち、ＴｉＣｌ４ガスと同じノズルから供給してもよいし、ＮＨ３ガスと同じノズルから供給してもよい。
【００７６】
上述の実施形態では、原料ガスとして金属元素であるＴｉを含むＴｉＣｌ４ガスを用いる例について説明した。本発明は上述の態様に限定されず、Ｗ，タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属元素や、シリコン（Ｓｉ）等の元素を含む原料ガスを用いる場合にも適用可能である。また、反応ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ３ガスを用いる例について説明したが、本発明は上述の態様に限定されず、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）等を含む反応ガスを用いる場合にも適用可能である。
【００７７】
例えば、適用可能な膜としては、  例えば、適用可能な金属窒化膜や金属炭化膜としては、ＷＮ膜、ＴａＮ膜、ＭｏＮ膜、ＺｎＮ膜、ＷＣ膜、ＴｉＣ膜、ＴａＣ膜、ＭｏＣ膜、ＺｎＣ膜、ＷＣＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＴａＣＮ膜、ＭｏＣＮ膜、ＺｎＣＮ膜等のメタルナイトライド系の膜やメタルカーバイド系の膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜等の絶縁膜、およびこれらを組み合わせた膜が挙げられる。
【００７８】
原料ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４の他に、四フッ化チタニウム（ＴｉＦ４）、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）、六フッ化タングステン（ＷＦ６）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ５）、五フッ化タンタル（ＴａＦ５）、五フッ化モリブデン（ＭｏＦ５）、五塩化モリブデン（ＭｏＣｌ５）、二塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）、二フッ化亜鉛（ＺｎＦ２）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、六塩化二ケイ素（Ｓｉ２Ｃｌ６）等を用いることも可能である。
【００７９】
反応ガスとしては、例えば、ＮＨ３の他に、トリエチルアミン（ＴＥＡ），ジエチルアミン（ＤＥＡ），ジメチルアミン（ＤＭＡ），ターシャリーブチルアミン（ＴＢＡ）等を用いることも可能である。
【００８０】
膜厚調整ガスとしては、例えば、ＨＣｌの他に、塩素（Ｃｌ２）等のハロゲン系ガスを用いることも可能である。
【００８１】
また、上述の実施形態では、不活性ガスとして、Ｎ２ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。
【００８２】
また、上述の実施形態では、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極やＤＲＡＭのキャパシタ電極に適用する例について説明したが、これに限らず、本発明はバリアメタルやハードマスク等にも適用可能である。
【００８３】
上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置であって、１つの反応管内に処理ガスを供給するノズルが立設され、反応管の下部に排気口が設けられた構造を有する処理炉を用いて成膜する例について説明したが、他の構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。例えば、同心円状の断面を有する２つの反応管（外側の反応管をアウタチューブ、内側の反応管をインナチューブと称する）を有し、インナチューブ内に立設されたノズルから、アウタチューブの側壁であって基板を挟んでノズルと対向する位置（線対称の位置）に開口する排気口へ処理ガスが流れる構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。また、処理ガスはインナチューブ内に立設されたノズルから供給されるのではなく、インナチューブの側壁に開口するガス供給口から供給されるようにしてもよい。このとき、アウタチューブに開口する排気口は、処理室内に積層して収容された複数枚の基板が存在する高さに応じて開口していてもよい。また、排気口の形状は穴形状であってもよいし、スリット形状であってもよい。
【００８４】
また、上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。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。これらの場合においても、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。
【００８５】
例えば、図７に示す処理炉３０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用できる。処理炉３０２は、処理室３０１を形成する処理容器３０３と、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド３０３ｓと、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持台３１７と、支持台３１７を下方から支持する回転軸３５５と、支持台３１７に設けられたヒータ３０７と、を備えている。シャワーヘッド３０３ｓのインレット（ガス導入口）には、上述の原料ガスを供給するガス供給ポート３３２ａと、上述の反応ガスを供給するガス供給ポート３３２ｂと、が接続されている。ガス供給ポート３３２ａには、上述の実施形態の原料ガス供給系と同様の原料ガス供給系が接続されている。ガス供給ポート３３２ｂには、上述の実施形態の反応ガス供給系と同様の反応ガス供給系が接続されている。シャワーヘッド３０３ｓのアウトレット（ガス排出口）には、処理室３０１内にガスをシャワー状に供給するガス分散板が設けられている。処理容器３０３には、処理室３０１内を排気する排気ポート３３１が設けられている。排気ポート３３１には、上述の実施形態の排気系と同様の排気系が接続されている。
【００８６】
また例えば、図８に示す処理炉４０２を備えた基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、本発明は好適に適用できる。処理炉４０２は、処理室４０１を形成する処理容器４０３と、１枚または数枚のウエハ２００を水平姿勢で支持する支持台４１７と、支持台４１７を下方から支持する回転軸４５５と、処理容器４０３のウエハ２００に向けて光照射を行うランプヒータ４０７と、ランプヒータ４０７の光を透過させる石英窓４０３ｗと、を備えている。処理容器４０３には、上述の原料ガスを供給するガス供給ポート４３２ａと、上述の反応ガスを供給するガス供給ポート４３２ｂと、が接続されている。ガス供給ポート４３２ａには、上述の実施形態の原料ガス供給系と同様の原料ガス供給系が接続されている。ガス供給ポート４３２ｂには、上述の実施形態の反応ガス供給系と同様の反応ガス供給系が接続されている。処理容器４０３には、処理室４０１内を排気する排気ポート４３１が設けられている。排気ポート４３１には、上述の実施形態の排気系と同様の排気系が接続されている。
【００８７】
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。
【００８８】
これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等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、処理手順、処理条件等）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等の入力負担等）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。
【００８９】
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
【００９０】
以下、本発明の望ましい形態について付記する。
【００９１】
〔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、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する工程と、
を時分割して所定回数行う工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給する工程と、
を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００９２】
〔付記２〕
付記１に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスはハロゲン系ガスである。
【００９３】
〔付記３〕
付記１もしくは付記２に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスはハロゲン系ガスである。
【００９４】
〔付記４〕
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板に対して、原料ガス、前記原料ガスと反応する反応ガス、前記前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室に収容された基板に対して、前記原料ガスを供給する処理と、前記反応ガスを供給する処理とを時分割して所定回数行う処理と、前記処理ガスを供給する処理と、を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成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。
【００９５】
〔付記５〕
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手順と、
前記基板に対して、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する手順と、
を時分割して所定回数行う手順と、
前記基板に対して、前記原料ガスと前記反応ガスとが反応して形成される副生成物と同じ組成を有する処理ガスを供給する手順と、
を時分割して所定回数行うことにより、前記基板上に膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム、または該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上のように、本発明は、例えば、半導体装置の製造方法、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０・・・基板処理装置
２００・・・ウエハ
２０１・・・処理室
２０２・・・処理炉
【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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