JP2012216696A

JP2012216696A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2012216696A
Application number: JP2011081424A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sano; 敦佐野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-11-08

Abstract

【課題】クリーニング後に実施するプリコートにおいて、処理室内壁に形成される薄膜の膜厚を薄くさせ、これによりクリーニング周期を長くでき、生産性を向上させる。
【解決手段】処理室内を所定の成膜温度に加熱させつつ、処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給させて基板上に窒化シリコン膜を形成する成膜処理と、処理室内を所定のクリーニング温度に加熱させつつ、処理室内にクリーニングガスを供給させて処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング処理と、加熱部により処理室内を成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱させつつ、処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給させて処理室内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート処理と、を実施する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板を処理する工程を有する基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）等の薄膜を形成する成膜工程が行われることがある。係る成膜工程は、基板を搬入した処理室内に例えばシリコン含有ガスや窒素含有ガス等の成膜ガスを供給することにより行われる。成膜工程の目的は基板上への薄膜形成であるが、実際には、基板以外、例えば処理室内壁等に対しても薄膜が形成されてしまう場合がある。薄膜が厚く堆積すると加わる応力が増大して割れが生じ、処理室内に異物（パーティクル）を発生させることがある。異物が基板上に載った場合、半導体装置の製造歩留りの悪化を招いてしまう。

そこで、薄膜の厚さが一定の厚さに到達する毎に、堆積した薄膜を除去する必要がある。近年、クリーニングガスと呼ばれるガスを処理室内に流すことで薄膜を除去するドライクリーニング法が好んで用いられるようになってきた。係る方法によれば、処理室を解体する必要がなく、クリーニング工数や部品破損の危険性を低減でき、また、成膜工程の再開までの時間を短縮でき、成膜工程を実施する基板処理装置の稼働率を向上させることができる。

但し、上述のクリーニングを実施すると、その直後に実施する成膜工程において成膜速度が低下してしまうことがあった。これは、処理室内壁の状態がクリーニングの前後で異なるためと推定される。すなわち、クリーニングを行うことで処理室内壁がエッチングされて微小な石英粉が発生したり、処理室内壁にクラックが発生したりすることにより、処理室内壁の実効的な表面積が増大し、これにより処理室内壁での成膜ガスの消費量が増大して、基板への供給量が減少するためと推定される。

成膜速度の低下を防ぐ方法として、例えばクリーニング直後に、基板への成膜条件と同じ処理条件により処理室内壁に窒化シリコン膜等を予め形成するプリコート処理により、処理室内壁の状態をクリーニング前の状態に近づける技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−１００７４３号公報

しかしながら、上述のプリコートを実施すると、処理室内壁に形成される窒化シリコン膜が厚くなりすぎてしまい、クリーニング周期（メンテナンス周期）が短くなり、基板処理の生産性（装置の稼働率）が低下してしまう場合があった。すなわち、プリコート処理による成膜量もクリーニング周期の目安となる処理室内壁の堆積膜厚に加算されるため、プリコート処理によって処理室内壁に厚く成膜がなされると、クリーニング周期が短くなってしまう場合があった。

本発明は、クリーニング後に実施するプリコートにおいて、処理室内壁に形成される薄膜の膜厚を薄くさせ、これによりクリーニング周期を長くさせ、生産性を向上させること
が可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱部と、
前記処理室内にシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理室内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
少なくとも前記加熱部、前記シリコン含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記クリーニングガス供給系をそれぞれ制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記加熱部により前記処理室内を所定の成膜温度に加熱させつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給させて前記基板上に窒化シリコン膜を形成する成膜処理と、
前記加熱部により前記処理室内を所定のクリーニング温度に加熱させつつ、前記クリーニングガス供給系から前記処理室内にクリーニングガスを供給させて前記処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング処理と、
前記加熱部により前記処理室内を前記成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱させつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給させて前記処理室内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート処理と、を実施する基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
加熱部により前記処理室内を所定の成膜温度に加熱しつつ、シリコン含有ガス供給系及び窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給して前記基板上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程と、
前記処理室内から処理後の前記基板を搬出する工程と、
前記加熱部により前記処理室内を所定のクリーニング温度に加熱しつつ、クリーニングガス供給系から前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング工程と、
前記加熱部により前記処理室内を前記成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱しつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給して前記処理室内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート処理と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、クリーニング後に実施するプリコートにおいて、処理室内壁に形成される薄膜の膜厚を薄くさせ、これによりクリーニング周期を長くさせ、生産性を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の斜透視図である。本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の側面透視図である。本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の処理炉の縦断面図である。本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程における温度、圧力、処理ガス供給のタイミング図である。処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜の膜厚を示すグラフ図であり、実線が本発明の実施例を、破線が比較例をそれぞれ示している。従来の基板処理工程における温度、圧力、処理ガス供給のタイミング図である。

＜本発明の第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。

（１）基板処理装置の構成
本実施形態に係る基板処理装置１０１の構成について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１０１の斜透視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１０１の側面透視図である。なお、本実施形態にかかる基板処理装置１０１は、例えばウエハ等の基板に酸化、拡散処理、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｏｎ）処理などを行う縦型の装置として構成されている。

図１及び図２に示すように、基板処理装置１０１は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。基板処理装置１０１は、内部に処理炉２０２などの主要部が設けられる筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの下方には、筐体１１１内をメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が設けられている。正面メンテナンス口１０３には、正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４が設けられている。筐体１１１内への基板搬送容器（ウエハキャリア）としては、カセット１１０が用いられる。カセット１１０内には、Ｓｉ又はＳｉＣ等により構成された基板としてのウエハ２００が、例えば２５枚収納されるように構成されている。正面メンテナンス扉１０４には、カセット１１０を筐体１１１内外へ搬送する開口であるカセット搬入搬出口（基板収納容器搬入搬出口）１１２が、筐体１１１内外を連通するように設けられている。カセット搬入搬出口１１２は、フロントシャッタ（基板収納容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるように構成されている。カセット搬入搬出口１１２の筐体１１１内側には、カセットステージ（基板収納容器受渡し台）１１４が設けられている。カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ１１４上に載置され、また、カセットステージ１１４上から筐体１１１外へ搬出されるように構成されている。

カセット１１０は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させ、カセット１１０内のウエハ２００を水平姿勢とさせ、カセット１１０のウエハ出し入れ口を筐体１１１内の後方を向かせることが可能なように構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収納容器載置棚）１０５が設置されている。カセット棚１０５は、複数段、複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５には、ウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。また、カセットステージ１１４の上方には、予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置（基板収納容器搬送装置）１１８が設けられている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収納容器昇降機構）１１８ａと、カセ
ット１１０を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収納容器搬送機構）１１８ｂと、を備えている。これらカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４、カセット棚１０５、予備カセット棚１０７、移載棚１２３の間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設けられている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂと、を備えている。なお、ウエハ移載装置１２５ａは、ウエハ２００を水平姿勢で保持するツイーザ（基板保持体）１２５ｃを備えている。これらウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ウエハ２００を装填（ウエハチャージ）及び脱装（ウエハディスチャージ）することが可能に構成されている。

筐体１１１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部には開口が設けられている。かかる開口は炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。なお、処理炉２０２の構成については後述する。

処理炉２０２の下方には、ボート２１７を昇降させて処理炉２０２内外へ搬入搬出させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、連結具としてのアーム１２８が設けられている。アーム１２８上には、ボート２１７を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ１１５によりボート２１７が上昇したときに処理炉２０２の下端部を気密に閉塞する蓋体としてのシールキャップ２１９が水平姿勢で設けられている。

ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。

カセット棚１０５の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ａが設けられている。クリーンユニット１３４ａは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。

また、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びボートエレベータ１１５側と反対側である筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａ、ボート２１７を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気されるように構成されている。

（２）基板処理装置の動作
次に、本発明の実施例にかかる基板処理装置１０１の動作について説明する。

まず、カセット１１０がカセットステージ１１４上に載置されるに先立って、カセット搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放される。その後、カセット１１０が、図示しない工程内搬送装置によってカセット搬入搬出口１１２から搬入され、ウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、筐体１１１の後方に向けて縦方向に９０°回転させられる。その結果、
カセット１１０内のウエハ２００は水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口は筐体１１１内の後方を向く。

次に、カセット１１０は、カセット搬送装置１１８によって、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット１１０からピックアップされ、ウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作によって移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（ウエハチャージ）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機構１２５は、カセット１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって開放される。続いて、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、ウエハ２００群を保持したボート２１７が処理炉２０２内へ搬入（ボートロード）される。ボートロード後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後、ウエハ２００及びカセット１１０は、上述の手順とは逆の手順で筐体１１１の外部へ払出され、他の基板処理工程を実施する基板処理装置へと搬送される。

（３）処理炉の構成
次に、本実施形態にかかる処理炉２０２の構成を図面に基づいて説明する。図３は本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１０１の処理炉２０２の縦断面図である。

（処理室）
図３に示されているように、処理炉２０２は反応管としてのプロセスチューブ２０３を備えている。プロセスチューブ２０３は内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５とから構成されている。インナーチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料から構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。インナーチューブ２０４の筒中空部には、基板としてのウエハ２００上に薄膜を形成する処理を行う処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、ウエハ２００をボート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。アウターチューブ２０５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料から構成されている。アウターチューブ２０５は、内径がインナーチューブ２０４の外径よりも大きく、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナーチューブ２０４と同心円状に設けられている。

（ヒータ）
プロセスチューブ２０３の外側には、プロセスチューブ２０３の側壁面を囲う同心円状ように、加熱部としてのヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との間には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。ヒータ２０６及び温度センサ２６３には、温度制御部２３８が電気的に接続されている。温度制御部２３８は、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３により検出された
温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を所望のタイミングにて制御するように構成されている。

（マニホールド）
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状にマニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス等から構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５とに係合しており、これらを支持するように設けられている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。図示しないがマニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９とにより反応容器が形成される。

（シリコン含有ガス供給系）
マニホールド２０９には、処理室２０１内にシリコン含有ガス例えばＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスを処理室２０１内に供給するノズル２３０ａが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ａの上流端には、ガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、シリコン含有ガス供給源としてのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給源２７１、バルブ２６２ａ、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ａ、及びバルブ２６１ａが設けられている。主に、ノズル２３０ａ、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２６１ａ，２６２ａ、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給源２７１により、シリコン含有ガス供給系が構成される。

ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２６１ａ，２６２ａには、後述するガス供給・流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス供給・流量制御部２３５は、処理室２０１内に供給されるシリコン含有ガスの流量が、それぞれ所定のタイミングで所定の流量となるように、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２６１ａ，２６２ａをそれぞれ制御するように構成されている。

（窒素含有ガス供給系）
マニホールド２０９には、処理室２０１内に窒素含有ガスとして例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給するノズル２３０ｂが、処理室２０１内に連通するように設けられている。ノズル２３０ｂの上流端には、ガス供給管２３２ｂの下流端が接続されている。ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、窒素含有ガス供給源としてのＮＨ_３ガス供給源２７２、バルブ２６２ｂ、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｂ、及びバルブ２６１ｂが設けられている。主に、ノズル２３０ｂ、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２６１ｂ，２６２ｂ、ＮＨ_３ガス供給源２７２により、窒素含有ガス供給系が構成される。

ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２６１ｂ，２６２ｂには、後述するガス供給・流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス供給・流量制御部２３５は、処理室２０１内に供給される窒素含有ガスの流量が、それぞれ所定のタイミングで所定の流量となるように、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２６１ｂ，２６２ｂをそれぞれ制御するように構成されている。

（クリーニングガス供給系）
ガス供給管２３２ａのバルブ２６１ａよりも下流側には、処理室２０１内にクリーニングガスとして例えばフッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを供給するガス供給管２３２ｅが接続されている。ガス供給管２３２ｅには、上流側から順に、クリーニングガス供給源としてのＮＦ_３ガス供給源２７４、バルブ２６２ｅ、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｅ、及びバルブ２６１ｅが設けられている。

また、ガス供給管２３２ｂのバルブ２６１ｂよりも下流側には、処理室２０１内にクリーニングガスとしてフッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを供給するガス供給管２３２ｆが接続されている。ガス供給管２３２ｆの上流端は、ガス供給管２３２ｅのバルブ２６２ｅよりも上流側に接続されている。ガス供給管２３２ｆには、上流側から順に、バルブ２６２ｆ、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｆ、及びバルブ２６１ｆが設けられている。

主に、ノズル２３０ａ，２３０ｂ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｅ，２３２ｆ、ＭＦＣ２４１ｅ，２４２ｆ、バルブ２６１ｅ，２６１ｆ，２６２ｅ，２６２ｆ、ＮＦ_３ガス供給源２７４によりクリーニングガス供給系が構成される。

ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２６１ｅ，２６１ｆ，２６２ｅ，２６２ｆには、後述するガス供給・流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス供給・流量制御部２３５は、処理室２０１内に供給されるクリーニングガスの流量が、それぞれ所定のタイミングで所定の流量となるように、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆ、バルブ２６１ｅ，２６１ｆ，２６２ｅ，２６２ｆをそれぞれ制御するように構成されている。

（不活性ガス供給系）
ガス供給管２３２ａのバルブ２６１ａの下流側には、処理室２０１内に不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）ガスを供給するガス供給管２３２ｃが接続されている。ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、不活性ガス供給源としてのＮ_２ガス供給源２７３、バルブ２６２ｃ、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｃ、及びバルブ２６１ｃが設けられている。

また、ガス供給管２３２ｂのバルブ２６１ｂの下流側には、処理室２０１内に不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）ガスを供給するガス供給管２３２ｄが接続されている。ガス供給管２３２ｄの上流端は、ガス供給管２３２ｃのバルブ２６２ｃよりも上流側に接続されている。ガス供給管２３２ｄには、上流側から順に、バルブ２６２ｄ、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１ｄ、及びバルブ２６１ｄが設けられている。

主に、ノズル２３０ａ，２３０ｂ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２６１ｃ，２６１ｄ，２６２ｃ，２６２ｄ、Ｎ_２ガス供給源２７３により、不活性ガス供給系が構成される。

ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２６１ｃ，２６１ｄ，２６２ｃ，２６２ｄには、後述するガス供給・流量制御部２３５が電気的に接続されている。ガス供給・流量制御部２３５は、処理室２０１内に供給される不活性ガスの流量が、それぞれ所定のタイミングで所定の流量となるように、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２６１ｃ，２６１ｄ，２６２ｃ，２６２ｄをそれぞれ制御するように構成されている。

主に、シリコン含有ガス供給系及び窒素含有ガス供給系により、本実施形態に係る成膜ガス（原料ガス）供給系が構成される。また主に、シリコン含有ガス供給系、窒素含有ガス供給系及びクリーニングガス供給系により、本実施形態に係るガス供給系が構成される。

（排気系）
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、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されており、筒状空間２５０に連通して
いる。排気管２３１の下流側（マニホールド２０９との接続側と反対側）には、圧力検出器としての圧力センサ２４５、及び可変コンダクタンスバルブ、例えばＡＰＣ（Ａｕｔｏ
ＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ等の圧力調整装置２４２を介して、真空ポンプ等の真空排気装置２４６が設けられている。真空排気装置２４６は、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう排気するように構成されている。圧力調整装置２４２及び圧力センサ２４５には、後述の圧力制御部２３６が電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるように、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２を所望のタイミングにて制御するように構成されている。

上述のように構成されることで、シリコン含有ガス供給系から供給されたシリコン含有ガス、窒素含有ガス供給系から供給された窒素含有ガス、クリーニングガス供給系から供給されたクリーニングガス、及び不活性ガス供給系から供給された不活性ガスは、それぞれインナーチューブ２０４内（処理室２０１内）を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出し、筒状空間２５０を流下した後、排気管２３１から排気される。主に、排気管２３１、圧力調整装置２４２、真空排気装置２４６により、本実施形態に係る排気系が構成される。

（シールキャップ）
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属により構成されている。シールキャップ２１９は、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。

（回転機構）
シールキャップ２１９の中心部付近であって処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７を下方から支持している。回転機構２５４は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させることが可能に構成されている。

（ボートエレベータ）
シールキャップ２１９は、プロセスチューブ２０３の外部に垂直に設備された基板保持具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。シールキャップ２１９を昇降させることにより、ボート２１７を処理室２０１内外へ搬送することが可能に構成されている。上述したように回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１５が所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。

（シャッタ）
また、マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な第２の炉口蓋体としての炉口シャッタ１４７が設けられている。シャッタ１４７は、昇降及び回動することで処理室２０１内からボート２１７を搬出した後のマニホールド２０９の下端に当接され、ボート２１７を搬出した後の処理室２０１内を気密に閉塞するように構成されている。シャッタ１４７の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。

（ボート）
上述したように基板保持具としてのボート２１７は、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保持するように構成されている。ボート２１７は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。ボート２１７の下部には、断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板２１６は、円板形状に形成されている。断熱板２１６は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料により構成されている。断熱板２１６は、ヒータ２０６からの熱をマニホールド２０９側に伝えにくくするように構成されている。

（コントローラ）
ガス供給・流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、及び温度制御部２３８は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続されている。これら、ガス供給・流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、及び主制御部２３９は、制御部としてのコントローラ２４０として構成されている。

（４）基板処理工程
次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ２００上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程、処理室２０１内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング工程、処理室２０１内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート工程を順に実施する基板処理工程について、主に図４及び図５を参照しながら説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程のフロー図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程における温度、圧力、処理ガス供給のタイミング図である。なお、以下の説明において、基板処理装置１０１を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。

（ウエハ搬入工程Ｓ１０）
複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、図３に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７を、ボートエレベータ１１５によって上昇させて処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

ウエハ搬入工程Ｓ１０を実施する際は、処理室２０１内にＮ_２ガスを供給して処理室２０１内をパージする。バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを開くことでＮ_２ガス供給源２７３からガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ内に供給されたＮ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにて所定の流量となるように制御された後、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂを経由して、ノズル２３０ａ、２３０ｂから処理室２０１内に供給される。なお、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給は、基板処理工程の全工程が終了するまで継続する。

（成膜工程Ｓ２０）
処理室２０１内が所定の成膜圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気する。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圧力調整装置２４２がフィードバック制御される。また、処理室２０１内が所定の温度となるようにヒータ２０６によって加熱する。この際、処理室２０１内の温度が所定の温度（成膜温度）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２０６への通電具合がフィードバック制御される（Ｓ２１）。続いて、回転機構２５４によるボート２１７及びウエハ２００の回転を開始する。

処理室２０１内が所定の成膜温度、所定の成膜圧力に維持された状態で、シリコン含有ガスとしてのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及び窒素含有ガスとしてのＮＨ_３ガスの処理室２０１内への供給を開始する（Ｓ２２）。バルブ２６２ａ，２６１ａを開くことでＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給源２７１からガス供給管２３２ａ内に供給されたＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ａにて所定の流量となるように制御された後、ガス供給管２３２ａを通り、ノズル２３０ａから処理室２０１内に供給される。また、バルブ２６２ｂ，２６１ｂを開くことでＮＨ_３ガス供給源２７２からガス供給管２３２ｂ内に供給されたＮＨ_３ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにて所定の流量となるように制御された後、ガス供給管２３２ｂを通り、ノズル２３０ｂから処理室２０１内に供給される。

このとき、処理室２０１内へ供給されるＮ_２ガスは、成膜ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及びＮＨ_３ガス）を希釈する希釈ガスとして、或いは処理室２０１内への拡散を促すキャリアガスとして機能する。Ｎ_２ガスの供給流量を制御することで、成膜ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及びＮＨ_３ガス）の濃度や拡散速度を制御することができる。

処理室２０１内に供給された成膜ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及びＮＨ_３ガス）は、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出し、筒状空間２５０を流下した後、排気管２３１から排気される。成膜ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及びＮＨ_３ガス）は、処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触する。この際、熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００表面上に薄膜、すなわち窒化シリコン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜、以下、単にＳｉＮ膜とも呼ぶ）が堆積（デポジション）される。予め設定された処理時間が経過し、所定の膜厚の窒化シリコン膜が成膜されたら、バルブ２６２ａ，２６１ａ，２６２ｂ，２６１ｂを閉じ、処理室２０１内への成膜ガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス及びＮＨ_３ガス）の供給を停止する。

そして、バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを開いたままの状態とし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする。処理室２０１内の雰囲気がＮ_２ガスに置換されたら、圧力調整装置２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させる。また、ヒータ２０６への通電を停止し、処理室２０１内の温度を所定の温度（ウエハ搬出温度）に降温させる（Ｓ２３）。

本実施形態に係る成膜工程（Ｓ２０）の処理条件としては、
成膜温度：６５０〜８００℃（好ましくは７５０℃近傍）
ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給流量：１００ｓｃｃｍ
ＮＨ_３ガス供給流量：２０００ｓｃｃｍ
成膜圧力：１３３Ｐａ未満（好ましくは６７Ｐａ近傍）
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、ウエハ２００上に例えば１０〜２００ｎｍの膜厚の窒化シリコン膜が形成される。

（ウエハ搬出工程Ｓ３０）
その後、回転機構２５４によるボート２１７及びウエハ２００の回転を停止させ、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させてマニホールド２０９の下端を開口させるとともに、処理済のウエハ２００を保持したボート２１７をプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済のウエハ２００をボート２１７から脱装（ウエハディスチャージ）する。

なお、成膜工程（Ｓ２０）の目的は、ウエハ２００上への窒化シリコン膜の形成であるが、実際には、ウエハ２００以外、例えばインナーチューブ２０４内壁やボート２１７等に対しても窒化シリコン膜が形成されてしまう。窒化シリコン膜が厚く堆積すると、加わ
る応力が増大して割れが生じ、処理室２０１内に異物（パーティクル）を発生させることがある。そこで、上述の成膜工程（Ｓ２０）を繰り返すことで、処理室２０１内に堆積した窒化シリコン膜の厚さが所定の厚さに到達したら、後述するクリーニング工程Ｓ５０を実施する。なお、クリーニング工程Ｓ５０は、処理室２０１内に例えば空のボート２１７を搬入した状態で行う。

（空ボート搬入工程Ｓ４０）
ウエハ２００を装填していない空のボート２１７、すなわちウエハ２００を装填していないボート２１７を、ボートエレベータ１１５によって上昇させて処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。

（クリーニング工程Ｓ５０）
処理室２０１内が所定のクリーニング圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気すると共に、処理室２０１内が所定のクリーニング温度となるようにヒータ２０６によって加熱する（Ｓ５１）。続いて、回転機構２５４によるボート２１７の回転を開始する。なお、ボート２１７は回転させなくてもよい。

処理室２０１内が所定のクリーニング温度、所定のクリーニング圧力に維持された状態で、クリーニングガスとしてのＮＦ_３ガスの処理室２０１内への供給を開始する。バルブ２６２ｅ，２６１ｅ，２６２ｆ，２６１ｆを開くことでＮＦ_３ガス供給源２７４からガス供給管２３２ｅ，２３２ｆ内に供給されたＮＦ_３ガスは、ＭＦＣ２４１ｅ，２４１ｆにて所定の流量となるように制御された後、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂを経由して、ノズル２３０ａ，２３０ｂから処理室２０１内に供給される（Ｓ５２）。

このとき、処理室２０１内へ供給されるＮ_２ガスは、クリーニングガスであるＮＦ_３ガスを希釈する希釈ガスとして、或いは処理室２０１内への拡散を促すキャリアガスとして機能する。Ｎ_２ガスの供給流量を制御することで、ＮＦ_３ガスの濃度や拡散速度を制御するこができる。

処理室２０１内に供給されたＮＦ_３ガスは、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０内に流出し、筒状空間２５０内を流下した後、排気管２３１から排気される。ＮＦ_３ガスは、処理室２０１内を通過する際に、処理室２０１内に累積した窒化シリコン膜等と接触し、熱化学反応により窒化シリコン膜等を除去する。すなわち、加熱されて活性化したＮＦ_３ガスはエッチング種となり、処理室２０１内に累積した窒化シリコン膜等をエッチングして除去する。なお、本実施形態では、処理室２０１内へＮＦ_３ガスを供給するノズルとして、処理室２０１内へ成膜ガスを供給するノズル２３０ａ，２３０ｂを用いている。係る構成によれば、ノズル２３０ａ，２３０ｂ内に堆積した窒化シリコン膜をも効率的に除去することができる。予め設定された処理時間が経過し、窒化シリコン膜等の除去が完了したら、バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを閉じ、処理室２０１内へのＮＦ_３ガスの供給を停止する。

そして、バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを開いたままの状態とし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする（Ｓ５３）。

なお、本実施形態に係るクリーニング工程（Ｓ５０）の処理条件としては、
クリーニング温度：５９０〜６５０℃（好ましくは６２０℃近傍）
ＮＦ_３ガス供給流量：５００〜１５００ｓｃｃｍ
クリーニング圧力：８００〜７０００Ｐａ（好ましくは５０００Ｐａ近傍）
が例示される。

（プリコート工程Ｓ６０）
上述のクリーニング工程Ｓ５０を実施することで、処理室２０１内に堆積した窒化シリコン膜等を除去することができ、処理室２０１内における異物の発生を回避することができる。しかしながら、クリーニング工程Ｓ５０を実施すると、その直後に実施する成膜工程Ｓ２０において、成膜速度が低下してしまうことがあった。これは、処理室２０１内壁の状態がクリーニング工程Ｓ５０の前後で異なるためと推定される。すなわち、クリーニング工程Ｓ５０を行うことで処理室２０１内壁がエッチングされて微小な石英粉が発生したり、処理室２０１内壁にクラックが発生したりすることにより、処理室２０１の内壁の実効的な表面積が増大し、これにより処理室２０１の内壁での成膜ガスの消費量が増大して、ウエハ２００への供給量が減少するためと推定される。

そこで本実施形態では、クリーニング工程Ｓ５０直後の処理室２０１内壁に窒化シリコン膜を予め形成するプリコート工程Ｓ６０を実施し、クリーニング工程Ｓ５０直前の処理室２０１内壁の状態を復元することで、クリーニング工程Ｓ５０直後の成膜速度の低下を防ぐようにしている。但し、プリコート工程Ｓ６０による成膜量も、クリーニング周期の目安となる処理室２０１内壁の堆積膜厚に加算される。そのため、プリコート工程Ｓ６０によって処理室２０１内壁に窒化シリコン膜が厚く成膜がなされると、クリーニング周期が短くなってしまう。そこで本実施形態では、プリコート工程Ｓ６０における処理温度（プリコート温度）を、成膜工程Ｓ２０における処理温度（成膜温度）よりも低い温度とすることで、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の成膜速度を抑え、膜厚を薄くするようにしている。

但し、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の膜厚を薄くする場合であっても、処理室２０１内壁等が露出しないようにプリコートを確実に行う必要がある。そこで本実施形態では、プリコート工程Ｓ６０において、処理室２０１内へシリコン含有ガスを供給して排気する処理と、処理室２０１内へＮＨ_３ガスを供給して排気する処理と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施するＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることで、形成する窒化シリコン膜の段差被覆性（ステップカバレッジ）や膜厚制御性を高めるようにしている。

以下に、本実施形態に係るプリコート工程Ｓ６０について詳しく述べる。

クリーニング工程Ｓ５０の終了直後、ウエハ２００を装填していない空のボート２１７が処理室２０１内に搬入（ボートロード）されたままの状態で、処理室２０１内が所定のプリコート圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気すると共に、処理室２０１内が所定のクリーニング温度となるようにヒータ２０６によって加熱する（Ｓ６１）。続いて、回転機構２５４によるボート２１７の回転を開始する。なお、プリコート温度は、成膜工程Ｓ２０における成膜温度より低く設定する。

そして、シリコン含有ガスとしてのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの処理室２０１内への供給を開始する（Ｓ６２）。バルブ２６２ａ，２６１ａを開くことでＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給源２７１からガス供給管２３２ａ内に供給されたＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスは、ＭＦＣ２４１ａにて所定の流量となるように制御された後、ノズル２３０ａから処理室２０１内に供給される。このとき、処理室２０１内へ供給されるＮ_２ガスは、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを希釈する希釈ガスとして、或いは処理室２０１内への拡散を促すキャリアガスとして機能する。

処理室２０１内に供給されたＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスは、インナーチューブ２０４内（処理
室２０１内）を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出し、筒状空間２５０を流下した後、排気管２３１から排気される。ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスは、処理室２０１内を通過する際に処理室２０１内壁やボート２１７表面等と接触し、これらの表面に１原子層未満から数原子層のシリコン含有層であるシリコン層（Ｓｉ層）を形成する。なお、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、成膜工程Ｓ２０における処理室２０１内の最大圧力よりも大きくすることで、処理室２０１内壁やボート２１７表面へのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を促すことができ、処理室２０１内壁やボート２１７表面に形成されたクラック等の凹凸構造内にも、シリコン層を切れ目なく（連続的に）形成することができ、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の段差被覆性を向上させることができる。予め設定された処理時間が経過し、シリコン層の形成が完了したら、バルブ２６２ａ，２６１ａを閉じ、処理室２０１内へのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を停止する。

そして、バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを開いたままの状態とし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする（Ｓ６３）。

そして、窒素含有ガスとしてのＮＨ_３ガスの処理室２０１内への供給を開始する（Ｓ６４）。バルブ２６２ｂ，２６１ｂを開くことでＮＨ_３ガス供給源２７２からガス供給管２３２ｂ内に供給されたＮＨ_３ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにて所定の流量となるように制御された後、ノズル２３０ｂから処理室２０１内に供給される。このとき、処理室２０１内へ供給されるＮ_２ガスは、ＮＨ_３ガスを希釈する希釈ガスとして、或いは処理室２０１内への拡散を促すキャリアガスとして機能する。

処理室２０１内に供給されたＮＨ_３ガスは、インナーチューブ２０４内（処理室２０１内）を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に流出し、筒状空間２５０を流下した後、排気管２３１から排気される。ＮＨ_３ガスは、処理室２０１内を通過する際に処理室２０１内壁やボート２１７表面に形成されたシリコン層と接触する。これにより、シリコン層が窒化され、１原子層未満から数原子層の窒化シリコン層（ＳｉＮ層）が形成される。なお、ＮＨ_３ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、成膜工程Ｓ２０における処理室２０１内の最大圧力よりも大きくすることで、処理室２０１内壁やボート２１７表面に形成されたシリコン層へのＮＨ_３ガスの供給を促すことができ、シリコン層全体を切れ目なく窒化させることができ、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の膜質均一性を高めることができる。予め設定された処理時間が経過し、窒化シリコン層の窒化が完了したら、バルブ２６２ｂ，２６１ｂを閉じ、処理室２０１内へのＮＨ_３ガスの供給を停止する。

そして、バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを開いたままの状態とし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする（Ｓ６５）。

上述したＳ６２〜Ｓ６５を１サイクルとして、このサイクルを１回以上行うことにより、処理室２０１内壁やボート２１７表面に所定の膜厚の窒化シリコン膜（プリコート膜）を形成する（Ｓ６６）。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。

本実施形態に係るプリコート工程（Ｓ６０）の処理条件としては、
プリコート温度：５９０〜６５０℃（好ましくは６２５℃近傍）
ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給流量：１００〜２００ｓｃｃｍ
ＮＨ_３ガス供給流量：２５００〜６０００ｓｃｃｍ
ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス供給時の処理圧力：４００〜２０００Ｐａ
ＮＨ_３ガス供給時の処理圧力：６７〜２０００Ｐａ
サイクル数：１００〜１０００回
が例示される。それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、処理室２０１内壁やボート２１７表面に例えば１０〜１００ｎｍの膜厚の窒化シリコン膜（プリコート膜）が形成される。

上述のサイクルを所定回数実施し、所定の膜厚の窒化シリコン膜（プリコート膜）が成膜されたら、バルブ２６２ｃ，２６１ｃ，２６２ｄ，２６１ｄを開いたままの状態とし、処理室２０１内へのＮ_２ガスの供給を継続しつつ、処理室２０１内を排気することで、処理室２０１内をパージする。処理室２０１内がＮ_２ガスに置換されたら、圧力調整装置２４２の開度を調整して処理室２０１内の圧力を常圧に復帰させる。また、ヒータ２０６への通電を停止し、処理室２０１内の温度を所定の温度（ボート搬出温度）に降温させる（Ｓ６７）

（空ボート搬出工程Ｓ７０）
その後、回転機構２５４によるボート２１７の回転を停止させ、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降させてマニホールド２０９の下端を開口させるとともに、空のボート２１７をマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンロード）させる。以後、カセット１１０がカセットステージ１１４上に載置されると、上述のウエハ搬入工程Ｓ１０、成膜工程Ｓ２０が順次実施される。

（５）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。
（ａ）本実施形態では、クリーニング工程Ｓ５０直後に、処理室２０１内壁に窒化シリコン膜を形成するプリコート工程Ｓ６０を実施する。これにより、クリーニング工程Ｓ５０直前の処理室２０１内壁の状態を復元することができ、クリーニング工程Ｓ５０直後の成膜工程Ｓ２０における成膜速度の低下を防ぐことができる。

（ｂ）本実施形態では、プリコート工程Ｓ６０における処理温度（プリコート温度）を、成膜工程Ｓ２０における処理温度（成膜温度）よりも低い温度とすることで、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の成膜速度を抑え、形成する窒化シリコン膜（プリコート膜）の膜厚を薄くするようにしている。これにより、クリーニング周期（メンテナンス周期）を長くでき、基板処理の生産性（装置の稼働率）を向上させることができる。

参考までに、従来の基板処理工程における温度、圧力、処理ガス供給のタイミングを図７に示す。図７に示すように、従来の基板処理工程では、プリコート工程Ｓ６０’の成膜条件を成膜工程Ｓ２０の成膜条件と同じとしていた。すなわち、プリコート工程Ｓ６０’の処理温度（プリコート温度）を、成膜工程Ｓ２０の処理温度（成膜温度）と同じ温度としていた。また、プリコート工程Ｓ６０’では、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスとを処理室内に同時に供給するＣＶＤ法により成膜することとしていた。このため、従来の基板処理工程では、プリコート工程Ｓ６０’にて形成される窒化シリコン膜（プリコート膜）が厚くなりすぎてしまい、クリーニング周期が短くなり、基板処理の生産性が低下してしまう場合があった。

図６は、処理室の内壁に堆積した窒化シリコン膜の膜厚を示すグラフ図であり、実線が本発明の基板処理工程を用いた場合（実施例）を、破線が従来の基板処理工程を用いた場合（比較例）をそれぞれ示している。図６の横軸は経過時間を、縦軸は処理室の内壁に堆積した窒化シリコン膜の膜厚を示している。図６の実線に示すように、実施例のプリコート工程Ｓ６０では、プリコート工程Ｓ６０にて形成される窒化シリコン膜（プリコート膜
）を薄くすることができ、これにより、クリーニングが必要な膜厚に達するまでの時間、すなわちクリーニング周期を長くできることが分かる。これに対し、図６の破線に示すように、比較例のプリコート工程Ｓ６０’では、成膜条件を成膜工程Ｓ２０の成膜条件と同じとしているため、プリコート工程Ｓ６０’にて形成される窒化シリコン膜（プリコート膜）が厚くなりすぎてしまい、これにより、クリーニングが必要な膜厚に達するまでの時間、すなわちクリーニング周期が短くなっていることが分かる。

（ｃ）本実施形態によれば、プリコート工程Ｓ６０にて窒化シリコン膜（プリコート膜）を形成する際、シリコン含有ガス供給系から処理室２０１内へシリコン含有ガスを供給して排気する工程と、窒素含有ガス供給系から処理室２０１内へ窒素含有ガスを供給して排気する工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施するＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いている。これにより、窒化シリコン膜（プリコート膜）の段差被覆性（ステップカバレッジ）や膜厚制御性を高めることができる。そして、窒化シリコン膜（プリコート膜）の膜厚を薄くする場合であっても、処理室２０１内壁等が露出しないよう、プリコートを確実に行う行うことが可能となる。これにより、クリーニング工程Ｓ５０直後の成膜工程Ｓ２０における成膜速度の低下をより確実に防ぐことができる。

（ｄ）本実施形態によれば、プリコート工程Ｓ６０にてＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、成膜工程Ｓ２０における処理室２０１内の最大圧力よりも大きくするようにしている。これにより、処理室２０１内壁やボート２１７表面へのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を促すことができ、処理室２０１内壁やボート２１７表面に形成されたクラック等の凹凸構造内にも、シリコン層を切れ目なく（連続的に）形成することができ、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の段差被覆性を向上させることができる。これにより、クリーニング工程Ｓ５０直後の成膜工程Ｓ２０における成膜速度の低下をより確実に防ぐことができる。

（ｅ）本実施形態によれば、プリコート工程Ｓ６０にてＮＨ_３ガスを供給する際の処理室２０１内の最大圧力を、成膜工程Ｓ２０における処理室２０１内の最大圧力よりも大きくするようにしている。これにより、処理室２０１内壁やボート２１７表面に形成されたシリコン層へのＮＨ_３ガスの供給を促すことができ、シリコン層全体を切れ目なく（連続的に）窒化させることができ、プリコート工程Ｓ６０にて形成する窒化シリコン膜の膜質均一性を高めることができる。これにより、クリーニング工程Ｓ５０直後の成膜工程Ｓ２０における成膜速度の低下をより確実に防ぐことができる。

＜本発明の第２の実施形態＞
本実施形態では、プリコート工程にて形成する窒化シリコン膜（プリコート膜）を２層構造とし、プリコート膜の下層（下地層）を段差被覆性や膜厚制御性の高いＡＬＤ法により形成し、プリコート膜の上層（表面層）を成膜工程Ｓ２０と同じＣＶＤ法で形成するようにしている点が、上述の実施形態と異なる。

具体的には、まず、ヒータ２０６により処理室２０１内を成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱させつつ、シリコン含有ガス供給系から処理室２０１内へＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを供給させて排気する工程と、窒素含有ガス供給系から処理室２０１内へＮＨ_３ガスを供給させて排気する処理と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する第１プリコート工程を実施することで、プリコート膜の下層（下地層）としてのＡＬＤ−ＳｉＮ層を形成する。係る工程は、上述の実施形態の工程Ｓ６１〜Ｓ６７と同様に行う。

そして、ヒータ２０６により処理室２０１内を所定の成膜温度に加熱させつつ、シリコン含有ガス供給系からの処理室２０１内へのＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給と、窒素含有ガス
供給系からの処理室２０１内へのＮＨ_３ガスの供給と、を同時に実施する第２プリコート工程を実施することで、プリコート膜の上層（表面層）としてのＣＶＤ−ＳｉＮ層を形成する。係る工程は、上述の実施形態の工程Ｓ２１〜Ｓ２３と同様に行う。

本実施形態によれば、プリコート膜の上層（表面層）が、成膜工程Ｓ２０と同じ成膜条件（温度、圧力、ガス供給シーケンス）により形成される。そのため、クリーニング工程Ｓ５０直前の処理室２０１内壁の状態を、より正確に復元することができ、クリーニング工程Ｓ５０直後の成膜工程Ｓ２０における成膜速度の変化をより確実に防ぐことができる。

なお、本実施形態においても、第１プリコート工程におけるサイクル数や第２プリコート工程における処理時間を調整し、プリコート膜の下層（下地層）としてのＡＬＤ−ＳｉＮ層と、プリコート膜の上層（表面層）としてのＣＶＤ−ＳｉＮ層との合計膜厚を薄くするようにすることで、クリーニング周期（メンテナンス周期）を長くでき、基板処理の生産性（装置の稼働率）を向上させることができる。

＜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。

例えば、上述の実施形態では、処理室２０１内にガスを供給するノズルとしてショートノズルを例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えば各ウエハ２００の処理領域に直接ガスを供給できるようにガス供給口が複数形成されたロングノズルを用いてもよい。例えばＬ字型のノズルを１つ以上用いて、ガスを供給する位置をウエハ２００の処理領域まで延在させることで、ガスをウエハ２００の近傍で供給することができるようにしても良い。

また例えば、上述の実施形態に係るクリーニング工程Ｓ５０及びプリコート工程Ｓ６０は、ウエハ２００を装填していない空のボート２１７を処理室２０１内に搬入した状態で実施しているが、本発明は係る形態に限らず、例えばダミー用ウエハを装填したボート２１７を処理室２０１内に搬入した状態で実施するようにしても構わない。

また例えば、上述の実施形態に係るクリーニング工程では、フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを処理室２０１内に連続的に供給しているが、本発明は係る形態に限らず、ＮＦ_３ガスを断続的に複数回供給するようにしてもよい。

また例えば、シリコン含有ガスとしてＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスを例示したが、本発明は係る形態に限らず、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤ）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４、略称：ＳＴＣ）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３、略称：ＴＣＳ）等の他のクロロシラン系や、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８、略称：ＴＳ）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６、略称：ＤＳ）、モノシラン（ＳｉＨ_４、略称：ＭＳ）等の無機原料や、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（ＣＨ_３）_２］４、略称：４ＤＭＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２Ｈ_２、略称：２ＤＥＡＳ）、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、略称：ＢＴＢＡＳ）などの有機原料を用いることができる。

また例えば、窒素含有ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを例示したが、これに限らず、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）ガスや二酸化窒素（ＮＯ_２）ガス等を用いても良く、ま
たこれらの組み合わせて用いてもよい。

また、例えば、クリーニングガスとして三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを例示したが、これに限らず、例えば、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）ガス、フッ素（Ｆ_２）ガス等のフッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）等のハロゲンを含むハロゲン含有ガスを用いても良く、またこれらを組み合わせて用いても良い。

また、例えば不活性ガスとして窒素（Ｎ_２）ガスを例示したが、これに限らず、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス等を用いても良く、また窒素ガスとこれらの希ガスとを組み合わせて用いても良い。

また、例えば上述したように、本発明に係る処理炉２０２の構成では、ウエハ２００を多数処理するバッチ式装置として構成されているが、これに限らず、ウエハ２００を１枚毎に処理する枚様式装置に本発明を適用してもよい。

また、例えば上述したように、本発明に係る処理炉２０２の構成では、熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ膜）を成膜する構成としているが、これに限らず、プラズマを用いてウエハ２００の表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ膜）を成膜する構成に本発明を適用してもよい。

＜本発明の好ましい形態＞
以下に、本発明の好ましい形態について付記する。

好ましくは、
前記成膜温度は６５０℃以上８００℃以下、さらに好ましくは７５０℃である。

また好ましくは、
前記プリコート温度は５９０℃以上６５０℃未満、さらに好ましくは６２５℃である。

また好ましくは、
前記制御部は、前記成膜処理において、前記シリコン含有ガス供給系からの前記処理室内へのシリコン含有ガスの供給と、前記窒素含有ガス供給系からの前記処理室内への窒素含有ガスの供給とを同時に行う。

また好ましくは、
前記制御部は、前記プリコート処理において、前記シリコン含有ガス供給系から前記処理室内へシリコン含有ガスを供給して排気する処理と、前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内へ窒素含有ガスを供給して排気する処理と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する。

また好ましくは、
前記処理室内を排気する排気系を備え、
前記制御部は、前記成膜処理における前記処理室内の最大圧力よりも、前記プリコート処理における前記処理室内の最大圧力のほうが大きくなるように、前記排気系、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系をそれぞれ制御する。

また好ましくは、
前記成膜処理における前記処理室内の圧力は１３３Ｐａ未満、さらに好ましくは６７Ｐａである。

また好ましくは、
前記プリコート処理における前記シリコン含有ガス供給時の前記処理室内の圧力は４００Ｐａ以上２０００Ｐａ以下である。

また好ましくは、
前記プリコート処理における前記窒素含有ガス供給時の前記処理室内の圧力は６７Ｐａ以上２０００Ｐａ以下である。

また好ましくは、
前記制御部は、前記プリコート処理において、
前記加熱部により前記処理室内を前記成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱させつつ、前記シリコン含有ガス供給系から前記処理室内へシリコン含有ガスを供給させて排気する処理と、前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内へ窒素含有ガスを供給させて排気する処理と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施する第１プリコート工程と、
前記加熱部により前記処理室内を所定の成膜温度に加熱させつつ、前記シリコン含有ガス供給系からの前記処理室内へのシリコン含有ガスの供給と、前記窒素含有ガス供給系からの前記処理室内への窒素含有ガスの供給と、を同時に実施する第２プリコート工程と、を実施する。

本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
加熱部により前記処理室内を所定の成膜温度に加熱しつつ、シリコン含有ガス供給系及び窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給して前記基板上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程と、
前記処理室内から処理後の前記基板を搬出する工程と、
前記加熱部により前記処理室内を所定のクリーニング温度に加熱しつつ、クリーニングガス供給系から前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング工程と、
前記加熱部により前記処理室内を前記成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱
しつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給して前記処理室内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート処理と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。

１０１基板処理装置
２００ウエハ（基板）
２０１処理室
２０２処理炉
２０６ヒータ（加熱部）
２４０コントローラ

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱部と、
前記処理室内にシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理室内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理室内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
少なくとも前記加熱部、前記シリコン含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記クリーニングガス供給系をそれぞれ制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記加熱部により前記処理室内を所定の成膜温度に加熱させつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給させて前記基板上に窒化シリコン膜を形成する成膜処理と、
前記加熱部により前記処理室内を所定のクリーニング温度に加熱させつつ、前記クリーニングガス供給系から前記処理室内にクリーニングガスを供給させて前記処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング処理と、
前記加熱部により前記処理室内を前記成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱させつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給させて前記処理室内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート処理と、を実施することを特徴とする基板処理装置。
処理室内に基板を搬入する工程と、
加熱部により前記処理室内を所定の成膜温度に加熱しつつ、シリコン含有ガス供給系及び窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給して前記基板上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程と、
前記処理室内から処理後の前記基板を搬出する工程と、
前記加熱部により前記処理室内を所定のクリーニング温度に加熱しつつ、クリーニングガス供給系から前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内壁に堆積した窒化シリコン膜を除去するクリーニング工程と、
前記加熱部により前記処理室内を前記成膜温度よりも低い所定のプリコート温度に加熱しつつ、前記シリコン含有ガス供給系及び前記窒素含有ガス供給系から前記処理室内にシリコン含有ガス及び窒素含有ガスをそれぞれ供給して前記処理室内壁に所定の厚さの窒化シリコン膜を形成するプリコート処理と、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。