JP7209568B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
半導体素子を製造する際の製造プロセスとして、半導体基板の表面に窒化膜である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を成膜する場合がある。このようなＳｉＮ膜の成膜には、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積）法が用いられている。ＡＬＤ法により、ＳｉＮ膜を成膜する際には、原料ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスと、アンモニア（ＮＨ３）ガスとを交互に供給する。
特開２０１２－１４２３８６号公報 特開２０１８－１１００９号公報
ところで、半導体素子を製造する際には、窒化膜の成膜は、半導体基板の平坦な面のみならず、半導体基板等の表面に加工がなされ凹凸が形成されている面にも成膜する場合がある。このように、凹凸が形成されている面に窒化膜等を成膜する場合、ローディング効果により、平坦な面とは異なる膜分布となることから、所望の膜分布となるように窒化膜等を成膜することのできる基板処理方法が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、を有し、前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を１サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、前記熱窒化工程と前記プラズマ窒化工程の窒化時間の比率を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する。
開示の基板処理方法によれば、所望の膜分布となるように窒化膜等を成膜することができる。
第１の実施の形態における基板処理装置の構造図 第１の実施の形態における基板処理装置の説明図（１） 第１の実施の形態における基板処理装置の説明図（２） 基板処理方法のフローチャート 成膜方法１のフローチャート 成膜方法１を説明するタイムチャート 成膜方法２のフローチャート 成膜方法２を説明するタイムチャート 成膜方法３のフローチャート 成膜方法３を説明するタイムチャート 成膜方法１～３により成膜された窒化膜の膜分布の説明図 水素濃度を変化させて成膜された窒化膜の膜分布の説明図 ＳｉＢＮ膜の成膜方法のフローチャート 第１の実施の形態における基板処理方法のフローチャート 第１の実施の形態における基板処理方法を説明するタイムチャート 第１の実施の形態における基板処理方法により成膜された窒化膜の膜分布の説明図 第１の実施の形態における窒化膜の成膜メカニズムの説明図 第２の実施の形態における基板処理方法のフローチャート
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
（基板処理装置）
図１及び図２に基づき第１の実施の形態における基板処理装置について説明する。本実施の形態における基板処理装置は、ＡＬＤ法による成膜装置であり、窒化膜等を成膜するものである。本実施の形態における基板処理装置の説明では、窒化膜としてＳｉＮ膜を成膜する場合について説明するが、後述するＳｉＢＮ膜等の成膜にも適用可能である。尚、本実施の形態における基板処理装置において、ＳｉＮ膜を成膜する際には、Ｓｉの原料ガスとして、例えば、ジクロロシランガス、窒化ガスとして、例えば、アンモニアガスを交互に供給する。
本実施の形態における基板処理装置は、複数枚の基板に対して一括で基板処理を行うバッチ式の縦型基板処理装置である。尚、本実施の形態における基板処理装置は、縦型基板処理装置に限定されるものではなく、例えば、半導体ウエハ等の基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。また、本実施の形態における基板処理装置は、セミバッチ式の装置であってもよい。セミバッチ式の装置は、回転テーブルの回転中心線の周りに配置した複数枚の基板を、回転テーブルと共に回転させ、異なるガスが供給される複数の領域を順番に通過させる。
本実施の形態における基板処理装置は、基板１０が処理される空間を内部に有する処理容器２１と、処理容器２１の下端の開口を気密に塞ぐ蓋体３０と、基板１０を保持する基板保持具４０とを有する。基板１０は、例えば半導体基板であり、より詳細には、シリコンウエハである。基板保持具４０は、ウエハボートとも呼ばれる。
処理容器２１は、下端が開放された有天井の円筒形状の処理容器本体２２を有する。処理容器本体２２は、例えば石英により形成されている。処理容器本体２２の下端には、フランジ部２３が形成されている。また、処理容器２１は、例えば円筒形状のマニホールド２４を有する。マニホールド２４は、例えばステンレス鋼により形成されている。マニホールド２４の上端にはフランジ部２５が形成され、フランジ部２５の上には、処理容器本体２２のフランジ部２３が設置されている。フランジ部２５とフランジ部２３との間には、Ｏリング等のシール部材２６が挟まれている。
蓋体３０は、マニホールド２４の下端の開口に、Ｏリング等のシール部材３１を介して気密に取り付けられている。蓋体３０は、例えばステンレス鋼により形成されており、蓋体３０の中央部には、蓋体３０を鉛直方向に貫通する貫通穴が形成されている。その貫通穴には、回転軸３４が配置されている。蓋体３０と回転軸３４の隙間は、磁性流体シール部３３によってシールされている。回転軸３４の下端部は、不図示の昇降部のアーム３６に回転自在に支持されている。回転軸３４の上端部には、回転プレート３７が設けられる。回転プレート３７上には、保温台３８を介して基板保持具４０が設置されている。
基板保持具４０は、複数枚の基板１０を鉛直方向に間隔をおいて保持している。複数枚の基板１０は、それぞれ、水平に保持されている。基板保持具４０は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されている。不図示の昇降部によりアーム３６を上昇させると、蓋体３０及び基板保持具４０が上昇し、基板保持具４０が処理容器２１の内部に搬入され、処理容器２１の下端の開口が蓋体３０で密閉される。また、不図示の昇降部によりアーム３６を下降させると、蓋体３０及び基板保持具４０が下降し、基板保持具４０が処理容器２１の外部に搬出される。また、回転軸３４を回転させると、回転プレート３７と共に基板保持具４０が回転する。
本実施の形態における基板処理装置は、４本のガス供給管５１、５２、５３、５４を有している。ガス供給管５１、５２、５３、５４は、例えば石英（ＳｉＯ２）により形成されており、処理容器２１の内部にガスを供給する。本実施の形態では４種類のガスが用いられるので、４本のガス供給管５１、５２、５３、５４が設けられる。ガスの種類については後述する。尚、１本のガス供給管が複数の種類のガスを順に吐出するものであってもよく、また、複数本のガス供給管が同じ種類のガスを同時に吐出してもよい。
ガス供給管５１、５２、５３は、例えば、処理容器本体２２の内部に鉛直に配置されているノズル部５１ａ、５２ａ、５３ａを有している。ノズル部５１ａ、５２ａ、５３ａには、鉛直方向に間隔をおいて、複数のガス吐出口５１ｂ、５２ｂ、５３ｂが各々設けられている。複数のガス吐出口５１ｂ、５２ｂ、５３ｂは、ガスを水平に吐出する。ノズル部５１ａ、５２ａ、５３ａは、マニホールド２４を水平に貫通するガス供給管の水平部を各々有しており、各々の水平部に供給されたガスは、ノズル部５１ａ、５２ａ、５３ａに送られ、各々のガス吐出口５１ｂ、５２ｂ、５３ｂから水平に吐出される。一方、ガス供給管５４は、マニホールド２４を水平に貫通しており、マニホールド２４の外からガス供給管５４に供給されたガスは、マニホールド２４の内部に吐出される。
本実施の形態における基板処理装置は、排気管５５が設けられており、排気管５５を介し、処理容器２１の内部が排気される。処理容器２１の内部を排気するため、処理容器本体２２には排気口２８が設けられている。排気口２８は、ガス吐出口５１ｂ、５２ｂ、５３ｂと対向するように配置されており、ガス吐出口５１ｂ、５２ｂ、５３ｂから水平に吐出されたガスは、排気口２８を通った後、排気管５５から排気される。
排気管５５には、開閉弁５７及び排気装置５８が、この順で接続されている。開閉弁５７の開閉により、処理容器２１の内部における排気が制御される。開閉弁５７は、処理容器２１の内部の気圧を制御する圧力制御弁を兼ねている。排気装置５８は、真空ポンプを含み、処理容器２１の内部のガスを排気する。排気されたガスは、不図示の除害装置に送られ、排気ガスの有害成分を除去した後、大気中に放出される。
本実施の形態における基板処理装置は、処理容器加熱部６０を有している。処理容器加熱部６０は、処理容器２１の内部を加熱することにより、処理容器２１の内部に供給されるガスの処理能力が向上する。処理容器加熱部６０は、処理容器２１の外部に配置されており、処理容器２１の外側から処理容器２１の内部を加熱する。例えば、処理容器加熱部６０は、処理容器本体２２を取り囲むように円筒形状に形成されている。処理容器加熱部６０は、例えば電気ヒータ等により構成されている。
本実施の形態における基板処理装置は、原料ガス供給部１１０と、水素ガス供給部１２０と、窒化ガス供給部１３０と、パージガス供給部１４０とを有する。原料ガス供給部１１０より、処理容器２１の内部に原料ガスが供給される。原料ガスは、窒化される元素（例えばシリコン）を含んでいる。
原料ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスが用いられる。尚、この説明においては、原料ガスはＤＣＳガスであるが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。原料ガスとしては、ＤＣＳガスの他に、例えば、モノクロロシラン（ＭＣＳ：ＳｉＨ３Ｃｌ）ガス、トリクロロシラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ３）ガス、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ：ＳｉＣｌ４）ガス、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ：Ｓｉ２Ｃｌ６）ガス、ジヨードシラン（ＤＩＳ：ＳｉＨ２Ｉ２）ガス、トリヨードシラン（ＴＩＳ：ＳｉＨＩ３）ガス等も使用可能である。これらのガスを供給することにより、シリコン（Ｓｉ）を含むＳｉ含有層が基板１０に形成される。Ｓｉ含有層は、Ｓｉの他にハロゲン元素を含んでいる。原料ガスがハロゲン元素を含むからである。よって、原料ガスは、窒化される元素と、ハロゲンとを含む化合物のガスである。
原料ガス供給部１１０は、原料ガス供給源１１１と、原料ガス配管１１２と、流量制御器１１３と、バルブ１１４とを有している。原料ガス配管１１２により、原料ガス供給源１１１とガス供給管５１とが接続されており、原料ガス供給源１１１からガス供給管５１に原料ガスが供給される。原料ガスは、ノズル部５１ａのガス吐出口５１ｂから、基板１０に向けて水平に吐出される。流量制御器１１３及びバルブ１１４は、原料ガス配管１１２の途中に設けられており、流量制御器１１３において原料ガスの流量が制御され、バルブ１１４の開閉により原料ガスの供給が制御される。
水素ガス供給部１２０は、処理容器２１の内部に水素ガスを供給することにより、Ｓｉ含有層を改質する。Ｓｉ含有層の改質は、例えば、Ｓｉ含有層に含まれるハロゲン元素を除去することを含む。ハロゲン元素を除去することにより、Ｓｉの未結合手（Ｄａｎｇｌｉｎｇ Ｂｏｎｄ）が形成される。その結果、Ｓｉ含有層が活性化され、Ｓｉ含有層の窒化が促進される。本実施の形態においては、水素ガスを供給する際に、水素（Ｈ２）ガスとともに不活性ガスを混合して供給してもよい。
水素ガス供給部１２０は、水素ガス供給源１２１と、水素ガス配管１２２と、流量制御器１２３と、バルブ１２４とを有する。水素ガス配管１２２により、水素ガス供給源１２１とガス供給管５２とが接続されており、水素ガス供給源１２１からガス供給管５２に水素ガスが供給される。水素ガスは、ノズル部５２ａのガス吐出口５２ｂから、基板１０に向けて水平に吐出される。流量制御器１２３及びバルブ１２４は、水素ガス配管１２２の途中に設けられており、流量制御器１２３において水素ガスの流量が制御され、バルブ１２４の開閉により水素ガスの供給が制御される。
窒化ガス供給部１３０は、処理容器２１の内部に窒化ガスを供給することにより、Ｓｉ含有層を窒化する。窒化ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガス、または窒素（Ｎ２）ガスが用いられる。また、有機ヒドラジン化合物ガス、アミン系ガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、またはＮＯ２ガスが用いられる。有機ヒドラジン化合物ガスとしては、例えば、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、またはモノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）ガスなどが用いられる。アミン系ガスとしては、例えば、モノメチルアミンガスなどが用いられる。
窒化ガス供給部１３０は、窒化ガス供給源１３１と、窒化ガス配管１３２と、流量制御器１３３と、バルブ１３４とを有している。窒化ガス配管１３２により、窒化ガス供給源１３１とガス供給管５３とが接続されており、窒化ガス供給源１３１からガス供給管５３に窒化ガスが供給される。窒化ガスは、ノズル部５３ａのガス吐出口５３ｂから、基板１０に向けて水平に吐出される。流量制御器１３３及びバルブ１３４は、窒化ガス配管１３２の途中に設けられており、流量制御器１３３において窒化ガスの流量が制御され、バルブ１３４の開閉により窒化ガスの供給が制御される。
パージガス供給部１４０は、処理容器２１の内部にパージガスを供給することにより、処理容器２１の内部に残留する原料ガス、水素ガス、及び窒化ガスを除去する。パージガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。不活性ガスとしては、Ａｒガス等の希ガス、またはＮ２ガスが用いられる。
パージガス供給部１４０は、パージガス供給源１４１と、パージガス配管１４２と、流量制御器１４３と、バルブ１４４とを有している。パージガス配管１４２により、パージガス供給源１４１とガス供給管５４とが接続されており、パージガス供給源１４１からガス供給管５４にパージガスが供給される。ガス供給管５４に供給されたパージガスは、マニホールド２４の内部に吐出される。流量制御器１４３及びバルブ１４４は、パージガス配管１４２の途中に設けられており、流量制御器１４３においてパージガスの流量が制御され、バルブ１４４の開閉によりパージガスの供給が制御される。
尚、本実施の形態においては、水素ガスが供給されるノズル部５２ａと、窒化ガスが供給されるノズル部５３ａとが設けられている場合について説明したが、１つのノズル部において、水素ガス及び窒化ガスを交互に供給するものであってもよい。また、パージガスはパージガス供給源１４１からガス供給管５４を介して供給する場合について説明したが、ガス供給管５１、５２、５３のいずれから供給するものであってもよい。
本実施の形態においては、図２に示すように、処理容器本体２２の周方向一部には、開口部２７が形成されており、開口部２７を囲むように、収容部２９が設けられている。収容部２９は、処理容器本体２２から径方向の外側に突き出すように形成されており、例えば鉛直方向視でＵ字状に形成される。
収容部２９には、水素ガスを供給するためのガス供給管５２のノズル部５２ａ、及び、窒化ガスを供給するためのガス供給管５３のノズル部５３ａが収容されている。水素ガスは、ガス供給管５２のノズル部５２ａのガス吐出口５２ｂから開口部２７に向けて水平に吐出され、開口部２７を介して処理容器本体２２の内部に供給される。同様に、窒化ガスは、ガス供給管５３のノズル部５３ａのガス吐出口５３ｂから開口部２７に向けて水平に吐出され、開口部２７を介して処理容器本体２２の内部に供給される。
一方、原料ガスを供給するためのガス供給管５１のノズル部５１ａは、収容部２９の外部であって、処理容器本体２２の内部に配置されている。
プラズマ発生機構は、例えば、収容部２９を挟むように配置される一対の電極９１、９２と、一対の電極９１、９２の間に高周波電圧を印加する高周波電源（ＲＦ電源）９３とを有している。一対の電極９１、９２は、ガス供給管５２、５３のノズル部５２ａ、５３ａと同様に、鉛直方向に細長く形成されている。また、一対の電極９１、９２が設けられている収容部２９の外側を覆うように、絶縁保護カバー９４が設けられている。
一対の電極９１、９２の間に高周波電圧を印加することにより、収容部２９の内部空間に高周波電力が印加される。水素ガスは、収容部２９の内部空間において、高周波電力によってプラズマ化され、水素ラジカルが生成される。この水素ラジカルは、開口部２７を介して処理容器本体２２の内部に供給され、Ｓｉ含有層を改質する。
Ｓｉ含有層の改質は、例えば、Ｓｉ含有層に含まれるハロゲン元素を除去することを含む。ハロゲン元素を除去することにより、Ｓｉの未結合手が形成される。その結果、Ｓｉ含有層を活性化でき、Ｓｉ含有層の窒化を促進できる。Ｓｉ含有層の窒化は、Ｓｉ含有層の改質の後で行われる。
ガス供給管５３のノズル部５３ａより窒化ガスを供給する際には、一対の電極９１、９２の間に高周波電圧を印加することにより、窒化ガスをプラズマ化し、Ｓｉ含有層をプラズマ窒化する。また、一対の電極９１、９２の間に高周波電圧を印加しないと、窒化ガスはプラズマ化しないため、Ｓｉ含有層は熱窒化される。
次に、図３に基づき、本実施の形態における基板処理装置における制御部１００について説明する。本実施の形態における基板処理装置は、制御部１００を備えている。
制御部１００は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリなどの記憶媒体１０２とを備える。記憶媒体１０２には、本実施の形態における基板処理装置において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１００は、記憶媒体１０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることにより、基板処理装置の動作を制御する。また、制御部１００は、入力インターフェース１０３と、出力インターフェース１０４とを備える。制御部１００は、入力インターフェース１０３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース１０４で外部に信号を送信する。
上記のプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部１００の記憶媒体１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。尚、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部１００の記憶媒体１０２にインストールされてもよい。
（基板処理方法）
本実施の形態における基板処理装置を用いた窒化膜の成膜方法の概要について、図４に基づき説明する。この成膜方法における工程の制御は、制御部１００において行われる。また、この成膜方法による成膜は、繰り返し行うことが可能である。
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）に示すように、基板１０を処理容器２１の内部に搬入する。具体的には、処理容器２１の外部で、複数の基板１０を基板保持具４０に載せる。基板保持具４０には、複数の基板１０は鉛直方向に間隔をおいて水平に保持されている。この後、不図示の昇降部によりアーム３６を上昇させ、蓋体３０及び基板保持具４０を上昇させることにより、基板保持具４０と共に基板１０が処理容器２１の内部に搬入され、処理容器２１の下端の開口が蓋体３０により密閉される。
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）に示すように、基板１０に窒化膜を成膜する。具体的には、処理容器２１の内部の圧力が所定の圧力となるまで処理容器２１の内部を排気し、所定の圧力に到達した後は、処理容器２１の内部に成膜に用いられるガスを順次供給し、基板保持具４０と共に回転する基板１０に窒化膜を成膜する。窒化膜を成膜する際には、処理容器加熱部６０により処理容器２１の内部が加熱され、基板１０に窒化膜が成膜される際の温度は、例えば４００℃以上６５０℃以下であり、処理容器２１の内部の気圧は例えば１３Ｐａ以上１３３３Ｐａ以下である。窒化膜の成膜が終了した後は、パージガスを供給し、処理容器２１の内部の排気を停止し、処理容器２１の内部の圧力を常圧に戻す。
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）に示すように、基板１０を処理容器２１の外部に搬出する。具体的には、不図示の昇降部によりアーム３６を下降させ、蓋体３０及び基板保持具４０を下降させる。これにより、蓋体３０により閉じられていた処理容器２１の下端の開口が開放され、基板保持具４０と共に基板１０が処理容器２１の外部に搬出される。この後、基板１０を基板保持具４０から取り外す。
以上の工程により、基板に窒化膜を成膜することができる。この後、上記と同様の工程を繰り返すことにより、複数の基板１０に、順次、窒化膜の成膜を行うことが可能である。
次に、本願発明者が、窒化膜の成膜方法について検討した結果について説明する。具体的には、最初に、プラズマ窒化による窒化膜の成膜方法を図５及び図６に基づき説明する。次に、水素プラズマを供給する工程を含む窒化膜の成膜方法を図７及び図８に基づき説明する。更に、水素プラズマを供給する工程を含むものであって、熱窒化による窒化膜の成膜方法を図９及び図１０に基づき説明する。尚、プラズマを発生させる際には、高周波電源（ＲＦ電源）９３により、高周波電圧が印加されるため、高周波電力をＲＦパワーと記載する場合がある。また、成膜される窒化膜は、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜である。図１１は、表面が平坦な基板に、上記の各々の成膜方法により成膜された窒化膜の基板面内の膜分布（基板周辺部→基板中心部→基板周辺部の膜厚分布）を模式的に示している。
（窒化膜の成膜方法１（プラズマ窒化））
最初に、図５及び図６に基づき、プラズマ窒化による窒化膜の成膜方法１について説明する。尚、この成膜方法においては、排気装置５８によって内部が排気されている処理容器２１の内部に、パージガス供給部１４０によってパージガスを供給する。これにより、処理容器２１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器２１の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
最初に、ステップ１１２（Ｓ１１２）に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、原料ガス供給部１１０より原料ガスを供給する。原料ガスは、例えばＤＣＳガスである。これにより、基板１０の表面にＳｉ含有層が形成される。原料ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図６に示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間行われ、この間の時間は、２秒～１０秒である。時刻ｔ２において、原料ガスの供給が停止されるため、この後、時刻ｔ２から時刻ｔ５の間がパージ工程となる。
次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）に示すように、プラズマ化した窒化ガスを供給するプラズマ窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０より窒化ガスを供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、プラズマ発生機構９０によりアンモニアガスをプラズマ化する。それにより生成したアンモニアガスの活性種によりＳｉ含有層を窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図６に示されるように、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間行われ、この間の時間は、１５秒～６０秒である。
この成膜方法では、上記工程を１サイクルとし、所定の膜厚となるまで複数サイクル繰り返すことにより、窒化膜の成膜がなされる。尚、時刻ｔ６において、窒化ガスを供給が停止され、プラズマの発生も停止されるため、この後、時刻ｔ６から、次の原料ガスが供給されるまでの間がパージ工程となる。
この成膜方法により成膜された窒化膜の膜分布を図１１の成膜方法１として示す。図１１に示されるように、この成膜方法により成膜された窒化膜の膜分布は、中心部及び周辺部が略平坦な膜である。
（窒化膜の成膜方法２（プラズマ窒化））
次に、図７及び図８に基づき、プラズマ窒化による窒化膜の成膜方法２について説明する。尚、この成膜方法おいても、上記と同様に、排気装置５８によって内部が排気されている処理容器２１の内部に、パージガス供給部１４０によってパージガスを供給する。これにより、処理容器２１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器２１の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
最初に、ステップ１１２（Ｓ１１２）に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、原料ガス供給部１１０より原料ガスを供給する。原料ガスは、例えばＤＣＳガスである。これにより、基板１０の表面にＳｉ含有層が形成される。原料ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図８に示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間行われ、この間の時間は、２秒～１０秒である。時刻ｔ２において、原料ガスの供給が停止されるため、この後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間がパージ工程となる。
次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）に示すように、プラズマ化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、水素ガス供給部１２０より水素ガスを供給する。この際、プラズマ発生機構９０により、水素ガスをプラズマ化して供給する。水素ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図８に示されるように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間行われ、この間の時間は、１０秒～６０秒である。時刻ｔ４において、水素ガスの供給が停止されるとともに、プラズマの発生も停止されるため、この後、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間がパージ工程となる。
次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）に示すように、プラズマ化した窒化ガスを供給するプラズマ窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により内部の排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０により供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、プラズマ発生機構９０により、アンモニアガスをプラズマ化する。それにより生成したアンモニアガスの活性種によりＳｉ含有層をプラズマ窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図８に示されるように、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間行われ、この間の時間は、１５秒～６０秒である。
この成膜方法では、上記工程を１サイクルとし、所定の膜厚となるまで複数サイクル繰り返すことにより、窒化膜の成膜がなされる。尚、時刻ｔ６において、窒化ガスを供給が停止され、プラズマの発生も停止されるため、この後、時刻ｔ６から、次の原料ガスが供給されるまでの間がパージ工程となる。
この成膜方法により成膜された窒化膜の膜分布を図１１の成膜方法２として示す。図１１に示されるように、この成膜方法により成膜された窒化膜の膜分布は、中心部及び周辺部が略平坦な膜である。
（窒化膜の成膜方法３（熱窒化））
次に、図９及び図１０に基づき、熱窒化による窒化膜の成膜方法３について説明する。この成膜方法では、窒化ガスを供給する際にプラズマを発生させることなく、処理容器加熱部６０により処理容器２１の内部が加熱されている熱により窒化するものであり、熱窒化と記載する場合がある。尚、この成膜方法おいても、上記と同様に、排気装置５８によって内部が排気されている処理容器２１の内部に、パージガス供給部１４０によってパージガスを供給する。これにより、処理容器２１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器２１の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
最初に、ステップ１１２（Ｓ１１２）に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、原料ガス供給部１１０より原料ガスを供給する。原料ガスは、例えばＤＣＳガスである。これにより、基板１０の表面にＳｉ含有層が形成される。原料ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１０に示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間行われ、この間の時間は、２秒～１０秒である。時刻ｔ２において、原料ガスの供給が停止されるため、この後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間がパージ工程となる。
次に、ステップ１１４（Ｓ１１４）に示すように、プラズマ化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、水素ガス供給部１２０より水素ガスを供給する。この際、プラズマ発生機構９０により、水素ガスをプラズマ化して供給する。水素ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１０に示されるように、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間行われ、この間の時間は、１０秒～６０秒である。時刻ｔ４において、水素ガスの供給が停止されるため、この後、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間がパージ工程となる。
次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）に示すように、プラズマを発生させることなく、窒化ガスを供給する熱窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により内部の排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０により供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、処理容器加熱部６０により加熱されたアンモニアガスにより、Ｓｉ含有層を熱窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１０に示されるように、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間行われ、この間の時間は、１５秒～６０秒である。
この成膜方法では、上記工程を１サイクルとし、所定の膜厚となるまで複数サイクル繰り返すことにより、窒化膜の成膜がなされる。尚、時刻ｔ６において、窒化ガスを供給が停止されるため、この後、時刻ｔ６から、次の原料ガスが供給されるまでの間がパージ工程となる。
この成膜方法により成膜された窒化膜の膜分布を図１１の成膜方法３として示す。図１１に示されるように、この成膜方法により成膜された窒化膜の膜分布は、中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くなっており、表面に凹凸が形成されている基板に成膜した場合、成膜される窒化膜の膜厚の膜分布を均一に近づけることが可能である。
以上の検討の結果、成膜方法３のように、原料ガスを供給した後、プラズマ化した水素を供給し、その後熱窒化することにより、成膜される窒化膜を中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くなるような膜分布にすることが可能である。
（水素濃度）
ところで、上記の成膜方法３においては、窒化膜が成膜される間も、パージガスとして、窒素ガスが供給されるため、水素ガスを供給する際にも窒素ガスが供給されている。このため、水素ガスを供給する際の水素ガスの流量比率と基板面内の膜分布との関係について調べた結果を図１２に示す。水素濃度は、処理容器２１の内部に供給される水素の濃度を示すものであり、（水素の流量）／（水素の流量＋窒素の流量）より算出される値である。尚、処理容器２１の内部の圧力は、０．２Torrであり一定である。
水素濃度が３１％の場合は、水素の流量が２０００ｓｃｃｍに対し、パージガスである窒素の流量が４４５０ｓｃｃｍの場合である。水素濃度が５４％の場合は、水素の流量が２０００ｓｃｃｍに対し、パージガスである窒素の流量が１７００ｓｃｃｍの場合である。水素濃度が７１％の場合は、水素の流量が２０００ｓｃｃｍに対し、パージガスである窒素の流量が８００ｓｃｃｍの場合である。水素濃度が１００％の場合は、水素の流量が２０００ｓｃｃｍに対し、パージガスである窒素が供給されていない場合、即ち、窒素ガスの流量が０ｓｃｃｍの場合である。
図１２に示されるように、水素濃度が、３１％、５４％の場合には、成膜された窒化膜の膜分布は、中心部よりも周辺部の膜厚が厚くなっている。７１％の場合にも、成膜された窒化膜の膜分布は中心部よりも周辺部の膜厚が若干厚いが、略平坦に近づくように膜厚の差が小さくなっている。水素濃度が、１００％の場合には、成膜された窒化膜の膜分布は、中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くなっている。従って、本実施の形態においては、水素ガスを供給する際の水素濃度は、７２％以上の濃度であることが好ましく、成膜される窒化膜を中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くなるような膜分布にすることが可能である。
（ＳｉＢＮ膜の成膜）
次に、本実施の形態における基板処理装置を用いて、ＳｉＢＮ膜を成膜する場合について、図１３に基づき説明する。ＳｉＢＮ膜の成膜は、図１３に示されるように、ステップ１２２（Ｓ１２２）におけるＢＮ膜を成膜する工程と、ステップ１２４（Ｓ１２４）におけるＳｉＮ膜を成膜する工程とを所望の膜厚となるまで交互に繰り返すことにより成膜される。尚、本実施の形態においては、ステップ１２４のＳｉＮ膜の成膜は、図５及び図６に示される成膜方法１を１サイクルとし２サイクル行う。
最初に、ステップ１２２に示されるＢＮ膜を成膜する工程について、図１４及び図１５に基づき説明する。この成膜方法は、本実施の形態における基板処理方法であり、窒化膜がＢＮ膜である場合を例に説明するものである。
この成膜方法おいても、排気装置５８によって内部が排気されている処理容器２１の内部に、パージガス供給部１４０によってパージガスを供給する。これにより、処理容器２１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であり、連続して処理容器２１の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
最初に、ステップ１３２（Ｓ１３２）に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、原料ガス供給部１１０より原料ガスを供給する。原料ガスは、例えばＢＣｌ３ガスである。これにより、基板１０の表面にＢ含有層が形成される。原料ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１５に示されるように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間行われ、この間の時間は、５秒～１０秒である。時刻ｔ１２において、原料ガスの供給が停止されるため、この後、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の間がパージ工程となる。原料ガスとしては、ＢＣｌ３ガスの他に、例えば、トリフルオロボラン（ＢＦ３）ガス、トリブロモボラン（ＢＢｒ３）ガス、トリヨードボラン（ＢＩ３）ガス等のハロゲン化ホウ素ガスが挙げられる。
次に、ステップ１３４（Ｓ１３４）に示すように、プラズマ化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、水素ガス供給部１２０より水素ガスを供給する。この際、プラズマ発生機構９０により、ＲＦパワーを印加して水素ガスをプラズマ化して供給する。水素ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１５に示されるように、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間行われ、この間の時間は、１０秒～６０秒である。時刻ｔ１４において、水素ガスの供給が停止され、プラズマの発生も停止されるため、この後、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の間がパージ工程となる。
次に、ステップ１３６（Ｓ１３６）に示すように、プラズマを発生させることなく、窒化ガスを供給する熱窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により内部の排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０により窒化ガスを供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、処理容器加熱部６０により加熱されたアンモニアガスにより、Ｂ含有層を熱窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１５に示されるように、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６の間行われる。
次に、ステップ１３８（Ｓ１３８）に示すように、プラズマ化した窒化ガスを供給するプラズマ窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により内部の排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０により供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、プラズマ発生機構９０により、ＲＦパワーを印加してアンモニアガスをプラズマ化する。それにより生成したアンモニアガスの活性種により、Ｂ含有層をプラズマ窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。この工程は、図１５に示されるように、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７の間行われる。尚、時刻ｔ１７において、窒化ガスを供給が停止され、プラズマの発生も停止するため、この後、時刻ｔ１７から、次の原料ガスが供給されるまでの間がパージ工程となる。
次に、ステップ１２４に示されるＳｉＮ膜を成膜する工程について説明する。このＳｉＮ膜を成膜する工程では、図５及び図６に示される成膜方法１の工程を１サイクルとし、２サイクル繰り返して行う。
以上の工程により成膜されたＳｉＢＮ膜の膜分布について、図１６に基づき説明する。図１６の横軸の熱／プラズマとは、ＢＮ膜を成膜する際の熱窒化の時間とプラズマ窒化の時間の比率を示すものである。具体的には、ステップ１３６の熱窒化の時間と、ステップ１３８のプラズマ窒化の時間の和を２５秒とし、熱窒化の時間とプラズマ窒化の時間の比率（熱／プラズマ）を示す。
熱／プラズマが０／２５の場合とは、熱窒化の時間が０秒、プラズマ窒化の時間が２５秒の場合（プラズマ窒化のみによる窒化する場合）であり、図１６に示されるように、成膜されるＳｉＢＮ膜の膜分布は、中心部の膜厚よりも周辺部の膜厚が厚くなる。
熱／プラズマが１０／１５の場合とは、熱窒化の時間が１０秒、プラズマ窒化の時間が１５秒の場合であり、図１６に示されるように、成膜されるＳｉＢＮ膜の膜分布は、中心部及び周辺部が略同じ膜厚となる。
熱／プラズマが２５／０の場合とは、熱窒化の時間が２５秒、プラズマ窒化の時間が０秒の場合（熱窒化のみによる窒化する場合）であり、図１６に示されるように、成膜されるＳｉＢＮ膜の膜分布は、中心部の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くなる。
以上のように、本実施の形態における基板処理方法である窒化膜の成膜方法では、熱／プラズマの時間の比率を変えることにより、所望の膜分布の窒化膜を成膜することができる。従って、基板の表面が平坦な場合のみならず、表面に形成されている凹凸の状態に対応して、熱／プラズマの時間の比率を変えることにより、所望の膜分布で窒化膜を成膜することができる。
尚、上記の成膜方法は、ＢＮ膜やＳｉＢＮ膜以外の窒化膜にも適用可能である。よって、窒化膜を成膜する際には、窒化膜を成膜する際の熱窒化の時間とプラズマ窒化の時間の比率を変えることにより、所望の膜分布の窒化膜を成膜することができる。具体的には、ＳｉＮ膜を成膜する場合であっても、ＳｉＮ膜を成膜する際の熱窒化の時間とプラズマ窒化の時間の比率を変えることにより、所望の膜分布のＳｉＮ膜を成膜することができる。
上記の説明では、熱窒化の時間とプラズマ窒化の時間との比率を変えた場合について説明したが、熱窒化の時間とプラズマ窒化の時間とを一定にして、熱窒化とプラズマ窒化におけるガス流量や印加するＲＦパワー等を変えてもよい。このような方法でも、成膜される窒化膜を所望の膜分布にすることが可能である。
（窒化膜の成膜のメカニズム）
次に、本実施の形態における基板処理方法における窒化膜の成膜のメカニズムについて、図１７に基づき、図１４及び図１５に示されるＢＮ膜の成膜を例に説明する。
最初に、ステップ１３２（Ｓ１３２）において、原料ガスであるＢＣｌ３を供給することにより、基板１０には、ＢＣｌ３からＣｌが１つ脱離しＢＣｌ２となり付着する。次に、ステップ１３４（Ｓ１３４）において、プラズマ化された水素が供給されると、プラズマ化された水素により、基板１０に付着しているＢＣｌ２より、Ｃｌが脱離し、更に、Ｃｌが脱離したＢの未結合手に水素が置換し結合する。ＢＮ膜を成膜する際には、基板１０は回転しており、プラズマ化された水素は、基板周辺部側より供給されるため、基板１０の中央部よりも周辺部の方が、多く水素が結合する。ステップ１３６（Ｓ１３６）において、窒化ガスとしてプラズマ化されていないアンモニアガスが供給されるが、Ｂと結合した水素と置換するほどのエネルギーを有していないため、水素と結合されていない部分のＢとの反応が支配的に進行し、基板１０の周辺部よりも中心部の方が多くアンモニアガスが結合する。このため、図１６に示されるように、基板１０の周辺部よりも中心部の方が窒化膜の膜厚が厚くなるものと推察される。
ここで、ステップ１３４の工程の後に、熱窒化を行うことなく、プラズマ窒化により窒化した場合、Ｂと結合している水素は、プラズマに晒されると容易に脱離するため、水素と結合していた部分のＢも窒化が進行する。プラズマ化された窒化ガスは、基板周辺部より供給されるため、基板１０の中心部よりも周辺部の方が多くアンモニアが結合する。このため、図１６に示されるように、基板１０の中心部よりも周辺部の方が窒化膜の膜厚が厚くなるものと考えられる。
また、上記の説明では、先に熱窒化工程を行い、その後プラズマ窒化工程を行う場合について説明したが、順序が逆（プラズマ窒化→熱窒化）の場合であっても同様の効果を得ることができる。しかしながら、上記の説明のように、先に熱窒化工程を行い、その後プラズマ窒化工程を行う場合の方がより好ましい。即ち、プラズマ窒化工程を先に行った場合、例えばアンモニアをプラズマ化し窒化が進行する過程で発生する水素が、Ｂの未結合手(特に基板１０の中心部)と結合して熱窒化の進行を妨げる可能性がある。この場合、熱窒化による基板１０の周辺部よりも中心部を窒化する効果を弱めることになり、窒化膜の膜分布の調整範囲が狭まる可能性があることから、先に熱窒化工程を行い、その後プラズマ窒化工程を行う場合の方がより好ましい。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における基板処理装置を用いた基板処理方法であり、第１の実施の形態とは異なる窒化膜の成膜方法である。具体的には、図１８に示されるように、ステップ２１０（Ｓ２１０）の熱窒化による窒化膜の成膜工程と、ステップ２２０（Ｓ２２０）のプラズマ窒化による窒化膜の成膜工程とを行うものである。本願においては、熱窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２１０）を第１の窒化膜の成膜工程と記載し、プラズマ窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２２０）を第２の窒化膜の成膜工程と記載する場合がある。
最初に、熱窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２１０）について説明する。この成膜方法においても、上記と同様に、排気装置５８によって内部が排気されている処理容器２１の内部に、パージガス供給部１４０によってパージガスを供給する。これにより、処理容器２１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器２１の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
最初に、ステップ１３２（Ｓ１３２）に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、原料ガス供給部１１０より原料ガスを供給する。原料ガスは、例えばＤＣＳガスである。これにより、基板１０の表面にＳｉ含有層が形成される。原料ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下である。
次に、ステップ１３４（Ｓ１３４）に示すように、プラズマ化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、水素ガス供給部１２０より水素ガスを供給する。この際、プラズマ発生機構９０により、水素ガスをプラズマ化して供給する。水素ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。
次に、ステップ１３６（Ｓ１３６）に示すように、プラズマを発生させることなく、窒化ガスを供給する熱窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により内部の排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０により供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、処理容器加熱部６０により加熱されたアンモニアガスにより、Ｓｉ含有層を熱窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。
尚、ステップ１３２とステップ１３４との間、ステップ１３４とステップ１３６との間、ステップ１３６と次の工程との間には、パージガスによるパージがなされる。
熱窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２１０）においては、上記の工程を１サイクルとし、複数サイクル繰り返し行ってもよい。
次に、プラズマ窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２２０）について説明する。熱窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２１０）の後、処理容器２１の内部に、パージガス供給部１４０によってパージガスを供給する。これにより、処理容器２１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器２１の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
最初に、ステップ１３２（Ｓ１３２）に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、原料ガス供給部１１０より原料ガスを供給する。原料ガスは、例えばＤＣＳガスである。これにより、基板１０の表面にＳｉ含有層が形成される。原料ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上３０００ｓｃｃｍ以下である。
次に、ステップ１３４（Ｓ１３４）に示すように、プラズマ化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を行う。具体的には、排気装置５８により排気されている処理容器２１の内部に、水素ガス供給部１２０より水素ガスを供給する。この際、プラズマ発生機構９０により、水素ガスをプラズマ化して供給する。水素ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。
次に、ステップ１３８（Ｓ１３８）に示すように、プラズマ化した窒化ガスを供給するプラズマ窒化工程を行う。具体的には、排気装置５８により内部の排気されている処理容器２１の内部に、窒化ガス供給部１３０により供給する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスであり、プラズマ発生機構９０によりアンモニアガスをプラズマ化する。それにより生成したアンモニアガスの活性種により、Ｓｉ含有層をプラズマ窒化する。窒化ガスの流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上７０００ｓｃｃｍ以下である。
尚、ステップ１３２とステップ１３４との間、ステップ１３４とステップ１３８との間、ステップ１３８と次の工程との間には、パージガスによるパージがなされる。
プラズマ窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２２０）においては、上記の工程を１サイクルとし、複数サイクル繰り返し行ってもよい。
また、上記の説明では、水素ガス供給工程を含む場合について説明したが、例えばＳｉの含有層をプラズマ窒化する場合には、水素ガス供給工程を省略することができる。窒化膜の成膜方法１（図５、図６）、窒化膜の成膜方法２（図７、図８）、および図１１で説明したように、水素ガス供給工程の有無に関わらず同様の膜分布になるからである。
本実施の形態は、熱窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２１０）における工程のサイクル数、プラズマ窒化による窒化膜の成膜工程（Ｓ２２０）における工程のサイクル数を適宜調整することにより、所望の膜分布となるように窒化膜を成膜することが可能である。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
また、本実施の形態における基板処理装置及び基板処理方法において成膜される窒化膜は、シリコン窒化膜には限定されるものではなく、例えば、チタン窒化膜、ホウ素窒化膜、タングステン窒化膜等であってもよい。チタン窒化膜を形成する場合、原料ガスとしては例えばＴｉＣｌ４ガスが用いられる。ホウ素窒化膜を形成する場合、原料ガスとしては例えばＢＣｌ３ガスが用いられる。タングステン窒化膜を形成する場合、原料ガスとしては例えばＷＣｌ６ガスが用いられる。
また、プラズマを発生させる方法は、収容部２９の内部空間に高周波電力を印加する方法に限定されるものではなく、誘導結合プラズマやマイクロ波プラズマ等であってもよい。また、基板１０には、シリコンウエハ等の半導体基板に代えて、ガラス基板等を用いてもよい。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
１０ 基板
２１ 処理容器
２８ 排気口
５１、５２、５３、５４ ガス供給管
５１ａ、５２ａ、５３ａ ノズル部
５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ ガス吐出口
５５ 排気管
５７ 開閉弁
５８ 排気装置
９１、９２ 電極
９３ 高周波電源
１００ 制御部
１１０ 原料ガス供給部
１２０ 水素ガス供給部
１３０ 窒化ガス供給部
１４０ パージガス供給部

Claims (16)

  1. 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を有し、
    前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を１サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、
    前記熱窒化工程と前記プラズマ窒化工程の窒化時間の比率を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する、
    基板処理方法。
  2. 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を有し、
    前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を１サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、
    前記熱窒化工程及び前記プラズマ窒化工程において供給される前記窒化ガスの流量、前記プラズマ窒化工程において印加されるＲＦパワーの少なくとも１つを調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する、
    基板処理方法。
  3. 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    前記熱窒化工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を行う請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    を１サイクルとし、１サイクル以上繰り返す第１の窒化膜の成膜工程と、
    窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を１サイクルとし、１サイクル以上繰り返す第２の窒化膜の成膜工程と、
    を含み、
    前記第１の窒化膜の成膜工程と前記第２の窒化膜の成膜工程のサイクル数を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する、
    基板処理方法。
  5. 前記第１の窒化膜の成膜工程、前記第２の窒化膜の成膜工程を交互に、複数回繰り返す請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 前記第２の窒化膜の成膜工程において、前記原料ガス供給工程と前記プラズマ窒化工程の間に、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を含む、請求項４または５に記載の基板処理方法。
  7. 前記水素ガス供給工程は、水素ガスとともに不活性ガスを供給するものであって、
    （水素の流量）／（水素の流量＋不活性ガスの流量）の値は、７２％以上である請求項１から６のいずれかに記載の基板処理方法。
  8. 前記原料ガスは、前記元素と、ハロゲンとを含む化合物である請求項１から７のいずれかに記載の基板処理方法。
  9. 処理容器と、
    前記処理容器の内部に収容される基板を加熱する加熱部と、
    前記処理容器の内部に、窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記処理容器の内部に、水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
    前記処理容器の内部に、窒素を含む窒化ガスを供給する窒化ガス供給部と、
    前記水素ガス及び窒化ガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、
    制御部とを備え、
    前記制御部は、
    窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を有し、
    前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を１サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、
    前記熱窒化工程と前記プラズマ窒化工程の窒化時間の比率を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御可能に構成される、
    基板処理装置。
  10. 前記制御部における制御は、前記熱窒化工程または前記プラズマ窒化工程のいずれか一方のみを行う制御を含む請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記制御部の制御により、
    窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    前記熱窒化工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を行う請求項９に記載の基板処理装置。
  12. 処理容器と、
    前記処理容器の内部に収容される基板を加熱する加熱部と、
    前記処理容器の内部に、窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記処理容器の内部に、水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
    前記処理容器の内部に、窒素を含む窒化ガスを供給する窒化ガス供給部と、
    前記水素ガス及び窒化ガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、
    制御部とを備え、
    前記制御部は、
    窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
    前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
    を１サイクルとし、１サイクル以上繰り返す第１の窒化膜の成膜工程と、
    窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
    前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
    を１サイクルとし、１サイクル以上繰り返す第２の窒化膜の成膜工程と、
    を含み、
    前記第１の窒化膜の成膜工程と前記第２の窒化膜の成膜工程のサイクル数を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御可能に構成される、
    基板処理装置。
  13. 前記第１の窒化膜の成膜工程、前記第２の窒化膜の成膜工程を交互に、複数回繰り返す請求項１２に記載の基板処理装置。
  14. 前記第２の窒化膜の成膜工程において、前記原料ガス供給工程と前記プラズマ窒化工程の間に、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を含む、請求項１２または１３に記載の基板処理装置。
  15. 前記水素ガス供給工程は、水素ガスとともに不活性ガスを供給するものであって、
    （水素の流量）／（水素の流量＋不活性ガスの流量）の値は、７２％以上である請求項９から１４のいずれかに記載の基板処理装置。
  16. 前記原料ガスは、前記元素と、ハロゲンとを含む化合物である請求項９から１５のいずれかに記載の基板処理装置。
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