特許 6652652 半導体装置の製造方法および基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6652652

(24)【登録日】2020年1月27日

(45)【発行日】2020年2月26日

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法および基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/285 20060101AFI20200217BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20200217BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20200217BHJP

   C23C 16/02 20060101ALI20200217BHJP

   C23C 16/08 20060101ALI20200217BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/285 C

   H01L21/28 A

   H01L21/28 301R

   C23C16/34

   C23C16/02

   C23C16/08

【請求項の数】18

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2018-541806(P2018-541806)

(86)(22)【出願日】2016年9月29日

(86)【国際出願番号】JP2016078819

(87)【国際公開番号】WO2018061144

(87)【国際公開日】20180405

【審査請求日】2018年9月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(72)【発明者】

【氏名】小川 有人

(72)【発明者】

【氏名】清野 篤郎

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２２３４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１９９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１２９２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１８９４９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｃ２３Ｃ １６／０２

Ｃ２３Ｃ １６／０８

Ｃ２３Ｃ １６／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（Ａ）絶縁膜が表面に形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガスからなる第１の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する工程と、
（Ｂ）前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、前記基板に対して、前記金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、前記基板に対して、窒化ガスを供給し排気する工程と、を順に１回以上行う工程と、
（Ｃ）前記金属窒化膜上に、直接、第１の金属層を形成する工程であって、前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する工程と、を順に１回以上行う工程と、
（Ｄ）前記第１の金属層上に、直接、第２の金属層を形成する工程であって、前記基板に対して、前記第１の還元ガスとは異なる第２の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記金属窒化膜はバリアメタル膜であって、チタン窒化膜およびタンタル窒化膜以外の金属窒化膜であり、前記チタン窒化膜の抵抗率および前記タンタル窒化膜の抵抗率より低い抵抗率を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記金属元素は、タングステン、コバルト、ニッケル、モリブデン、アルミニウム、銅、亜鉛、ルテニウムから選択される請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記ボラン系ガスもしくはシラン系ガスは、モノボラン、ジボラン、トリエチルボラン、モノシラン、ジシラン、トリシランから選択される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第２の還元ガスは水素である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記（Ａ）工程では、前記基板に対して前記第１の還元ガスをノンプラズマで供給する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記絶縁膜は、前記金属窒化膜に対してチタン窒化膜やタンタル窒化膜より低い密着性を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸炭窒化膜、ポリシリコン膜から選択される請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記第１の金属層と前記第２の金属層は、同じ組成を有し、前記第１の金属層と前記第２の金属層により金属膜が形成される請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

絶縁膜が形成された基板を処理する処理室と、
前記処理室にボラン系ガスもしくはシラン系ガスを含む第１の還元ガスを供給する第１の還元ガス供給系と、
前記処理室内に、前記第１の還元ガスとは異なる第２の還元ガスとを供給する第２の還元ガス供給系と、
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、
前記処理室内に金属含有ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
（Ａ）前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する処理と、
（Ｂ）前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する処理であって、前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して、前記窒化ガスを供給し排気する工程と、を順に１回以上行う処理と、
（Ｃ）前記金属窒化膜上に、直接、第１の金属層を形成する処理であって、前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する処理と、を順に１回以上行う処理と、
（Ｄ）前記第１の金属層上に、直接、第２の金属層を形成する処理であって、前記基板に対して、前記第２の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する処理と、を実行させるように前記第１の還元ガス供給系と前記第２の還元ガス供給系と前記窒化ガス供給系と前記原料ガス供給系と前記排気系とを制御可能に構成された制御部と、
を有る基板処理装置。

【請求項11】

前記金属窒化膜はバリアメタル膜であって、チタン窒化膜およびタンタル窒化膜以外の金属窒化膜であり、前記チタン窒化膜の抵抗率および前記タンタル窒化膜の抵抗率より低い抵抗率を有する請求項１０に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記金属元素は、タングステン、コバルト、ニッケル、モリブデン、アルミニウム、銅、亜鉛、ルテニウムから選択される請求項１０又は１１に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記ボラン系ガスもしくはシラン系ガスは、モノボラン、ジボラン、トリエチルボラン、モノシラン、ジシラン、トリシランから選択される請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記第２の還元ガスは水素である請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記（Ａ）処理では、前記基板に対して前記第１の還元ガスをノンプラズマで供給する様に前記１の還元ガス供給系が構成される請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記絶縁膜は、前記金属窒化膜に対してチタン窒化膜やタンタル窒化膜より低い密着性を有する請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項17】

前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸炭窒化膜、ポリシリコン膜から選択される請求項１０乃至１６のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項18】

前記第１の金属層と前記第２の金属層は、同じ組成を有し、前記第１の金属層と前記第２の金属層により金属膜が形成される請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して処理ガスを供給することで行われる基板処理、例えば成膜処理が行われることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１８７１０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）ロジックやメモリの高集積化および高性能化に伴い、バックエンドプロセスにおける配線工程では従来よりも開口部が狭い部分への金属膜の成膜が必要となっている。また、配線工程では低い抵抗率が求められているため、同金属膜にはタングステン（Ｗ）含有膜が用いられることが多いが、Ｓｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性は低いため、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）やチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）等のバリアメタルがＳｉ系絶縁膜とＷ含有膜との界面に挿入されることが多い。しかし、ＴａＮ膜やＴｉＮ膜は抵抗率が高く、かつ、容易に酸化されやすい等の課題がある。

【0005】

本発明の目的は、配線工程において絶縁膜上に金属膜を形成する際、絶縁膜と金属膜であるＷ含有膜との密着性を向上させるとともに、低い配線抵抗を維持することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、（Ａ）絶縁膜が表面に形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガスからなる第１の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する工程と、（Ｂ）前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、 前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、 前記基板に対して、前記金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、 前記基板に対して、窒化ガスを供給し排気する工程と、 を順に１回以上行う工程と、（Ｃ）前記金属窒化膜上に、直接、第１の金属層を形成する工程であって、 前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、 前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する工程と、 を順に１回以上行う工程と、（Ｄ）前記第１の金属層上に、直接、第２の金属層を形成する工程であって、 前記基板に対して、前記第１の還元ガスとは異なる第２の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する工程と、を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

Ｗ含有膜を形成する前に、絶縁膜が形成された基板に対して還元ガスを照射して絶縁膜を還元することにより、絶縁膜とＷ含有膜との密着性を向上させることが可能となる。さらに、抵抗率が高いＴａＮ膜やＴｉＮ膜等のバリアメタル膜を用いずに金属膜であるＷ含有膜を形成するため低い配線抵抗を維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、サンプルを作成する好適なフローの例を示す図である。

【図2】図２は、図１のフローで作成したサンプルの概略断面図であって、（ａ）はＳｉＯ膜上へのホトレジスト（ＰＲ）の塗布、（ｂ）露光・現像、（ｃ）Ｗを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりＷ埋め込み部を開口、（ｄ）レジスト除去・洗浄、（ｅ）ＳｉＯ膜を還元してバリアメタル/配線膜の成膜、（ｆ）ＣＭＰによるＷの除去を順に行った各プロセスにおける概略断面図である。

【図3】図３は、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4】図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った概略的な横断面図である。

【図5】図５は、図３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6】図６は、本発明の実施形態の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

半導体装置の一工程として、ロジックやメモリのバックエンドプロセスにおけるコンタクトプラグ向けＷ膜を形成する際には、次のようなプロセスが考えられる。まず基板上に層間絶縁膜として、例えばＳｉＯ膜が形成され、このＳｉＯ膜の中に配線としてＷ膜を形成するために、ＳｉＯ膜上に、ホトレジスト（ＰＲ）を塗布し、露光・現像を行い、Ｗを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりＷ埋め込み部を開口する。その後、レジスト除去・洗浄を経てバリアメタル/配線膜の成膜工程が行われる。バリアメタルとしてはタングステン窒化膜（ＷＮ膜）を形成し、配線膜としてＷ膜を形成することが考えられる。しかし、Ｓｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性は低いため、従来は、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）やチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）等のバリアメタルがＳｉ系絶縁膜とＷ含有膜との界面に挿入される場合があった。

【0010】

発明者らは鋭意研究を行い、Ｓｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性が低い原因として、層間絶縁膜であるＳｉ系絶縁膜上には有機物等が付着しており、その上にＷ含有膜を形成するため膜の密着性が低くなることを見出した。そこで、図１および図２に示すように、上述のＳｉＯ膜の中に配線としてＷ膜を形成する一連のプロセスにおいて、Ｗ含有膜を形成する前に、Ｓｉ系絶縁膜が形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射するようにした。すなわち、ＳｉＯ膜上に、ホトレジスト（ＰＲ）を塗布し（図２（ａ））、露光・現像を行い（図２（ｂ））、Ｗを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりＷ埋め込み部を開口する（図２（ｃ））。その後、レジスト除去・洗浄を経て（図２（ｄ））、ＳｉＯ膜を還元してバリアメタル/配線膜の成膜工程を行い（図２（ｅ））、ＣＭＰによりＷを除去して（図２（ｆ））、サンプルを作製した。図２（ｅ）が作製したサンプルの断面を示す図である。このようにＷ含有膜を形成する前に、Ｓｉ系絶縁膜が形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、Ｓｉ系絶縁膜の表面に付着した有機物等を除去し、かつ、ホウ素（Ｂ）もしくはシリコン（Ｓｉ）等を付着させることでＳｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性を向上させることを考案した。以下に、詳細を説明する。

【0011】

＜本発明の一実施形態＞ 以下、本発明の一実施形態について、図３〜６を参照しながら説明する。基板処理装置１０は半導体装置の製造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。

【0012】

（１）基板処理装置の構成 基板処理装置１０は、加熱手段（加熱機構、加熱系）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。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。

【0013】

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）を構成するアウタチューブ２０３が配設されている。アウタチューブ２０３は、例えば石英（ＳｉＯ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）など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。アウタチューブ２０３の下方には、アウタチューブ２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）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（ＳＵＳ）などの金属からなり、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の上端部と、アウタチューブ２０３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。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となる。

【0014】

アウタチューブ２０３の内側には、反応容器を構成するインナチューブ２０４が配設されている。インナチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）など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。主に、アウタチューブ２０３と、インナチューブ２０４と、マニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部（インナチューブ２０４の内側）には処理室２０１が形成されている。

【0015】

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鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。

【0016】

処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０がマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４３０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３３０が、それぞれ接続されている。ノズル４２０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３２０ａ，３２０ｂが接続されている。このように、基板処理装置１０には３本のノズル４１０，４２０，４３０と、４本のガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０とが設けられており、処理室２０１内へ複数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。ただし、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。

【0017】

ガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ，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）３１２，３２２ａ，３２０ｂ，３３２がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０，３３０には、開閉弁であるバルブ３１４，３２４ａ，３２０ｂ，３３４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０のバルブ３１４，３２４ａ，３２０ｂ，３３４の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０，５３０がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０，５３０には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２，５３２及び開閉弁であるバルブ５１４，５２４，５３４がそれぞれ設けられている。

【0018】

ガス供給管３１０，３３０の先端部にはノズル４１０，４３０がそれぞれ連結接続されている。ノズル４２０は、ガス供給管３２０ａとガス供給管３２０ｂとが接続された後に連結接続されている。ノズル４１０，４２０，４３０は、Ｌ字型の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の側壁及びインナチューブ２０４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、インナチューブ２０４の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状（溝形状）の予備室２０１ａの内部に設けられており、予備室２０１ａ内にてインナチューブ２０４の内壁に沿って上方（ウエハ２００の配列方向上方）に向かって設けられている。

【0019】

ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から処理室２０１の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ２００と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａが設けられている。これにより、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからそれぞれウエハ２００に処理ガスを供給する。このガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、インナチューブ２０４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、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ２０４の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。

【0020】

ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、後述するボート２１７の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給された処理ガスは、ボート２１７の下部から上部までに収容されたウエハ２００、すなわちボート２１７に収容されたウエハ２００の全域に供給される。ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート２１７の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。

【0021】

ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、第1の還元ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。第1の還元ガスとしては、例えば、ホウ素（Ｂ）を含むＢ含有ガスであるボラン系ガスや、シリコン（Ｓｉ）を含むシリコン含有ガスであるシラン系ガスが用いられる。本実施形態では、ボラン系ガスとしてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を用いる例について説明する。

【0022】

ガス供給管３２０ａからは、処理ガスとして、反応ガスがＭＦＣ３２２ａ、バルブ３２４ａ、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。反応ガスとしては、例えば、窒化ガスとして、窒素（Ｎ）を含むＮ含有ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）等が用いられる。

【0023】

ガス供給管３２０ｂからは、処理ガスとして、第1の還元ガスとは異なる第２の還元ガスがＭＦＣ３２２ｂ、バルブ３２４ｂ、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。第２の還元ガスとしては、例えば、水素原子（Ｈ）を含むＨ含有ガスである水素（Ｈ_２）が用いられる。

【0024】

ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、金属元素およびフッ素（Ｆ）を含むフッ素含有金属原料ガス（金属含有フッ化ガスとも称する）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。原料としては、金属元素としてのタングステン（Ｗ）を含む六フッ化タングステン（ＷＦ_６）が用いられる。

【0025】

ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ_２）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。なお、以下、不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Ｎ_２ガス以外に、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いてもよい。

【0026】

主に、ガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０、ＭＦＣ３１２，３２２ａ，３２２ｂ，３３２、バルブ３１４，３２４ａ，３２４ｂ，３３４、ノズル４１０，４２０，４３０により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０のみを処理ガス供給系と考えてもよい。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。ガス供給管３１０から第1の還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０，ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により第1の還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を第1の還元ガス供給系に含めて考えてもよい。第１の還元ガスとしてボラン系ガスを用いる場合、第１の還元ガス供給系をボラン系ガスと称してもよいし、第２の還元ガスとしてシラン系ガスを用いる場合、第１の還元ガス供給系をシラン系ガス供給系と称してもよい。ガス供給管３２０ａから反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０ａ，ＭＦＣ３２２ａ、バルブ３２４ａにより反応ガス供給系が構成されるが、ノズル３２０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。また、反応ガスとして窒化ガスを流す場合、反応ガス供給系を窒化ガス供給系と称してもよい。ガス供給管３２０ｂから第２の還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０ｂ，ＭＦＣ３２２ｂ、バルブ３２４ｂにより第２の還元ガス供給系が構成されるが、ノズル３２０を第２の還元ガス供給系に含めて考えてもよい。また、第２の還元ガスとしてＨ含有ガスを流す場合、第２の還元ガス供給系をＨ含有ガス供給系と称してもよい。ガス供給管３３０から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０，ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガスとして金属含有原料ガスを用いる場合、原料ガス供給系を金属含有原料ガス供給系と称することもできる。また、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４により不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。

【0027】

本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ２０４の内壁と、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、円筒状の空間内の予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０，４３０のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ及びノズル４３０のガス供給孔４３０ａにより、ウエハ２００の表面と平行方向、すなわち水平方向に向かって原料ガス等を噴出させている。

【0028】

排気孔（排気口）２０４ａは、インナチューブ２０４の側壁であってノズル４１０，４２０，４３０に対向した位置、すなわち予備室２０１ａとは１８０度反対側の位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。そのため、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、残留するガス（残ガス）は、排気孔２０４ａを介してインナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間からなる排気路２０６内に流れる。そして、排気路２０６内へと流れたガスは、排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。

【0029】

排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００と対向する位置（好ましくはボート２１７の上部から下部と対向する位置）に設けられており、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の表面と平行方向に向かって流れた後、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れる。すなわち、処理室２０１に残留するガスは、排気孔２０４ａを介してウエハ２００の主面に対して平行に排気される。なお、排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。

【0030】

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、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内の真空排気及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。主に、排気孔２０４ａ，排気路２０６，排気管２３１，ＡＰＣバルブ２４３及び圧力センサ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。

【0031】

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の下端に鉛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ＳＵＳ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、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。シールキャップ２１９における処理室２０１の反対側には、ウエハ２００を収容するボート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、アウタチューブ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によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７及びボート２１７に収容されたウエハ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。

【0032】

基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、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鉛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、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が水平姿勢で多段（図示せず）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。

【0033】

図２に示すように、インナチューブ２０４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及び４３０と同様にＬ字型に構成されており、インナチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。

【0034】

図３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。

【0035】

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、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ）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、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、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。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。

【0036】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２ａ，３２２ｂ，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４ａ，３２４ｂ，３３４，５１４，５２４，５３４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、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。

【0037】

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からレシピ等を読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１２，３２２ａ，３２２ｂ，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４ａ，３２４ｂ，３３４，５１４，５２４，５３４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及び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の起動及び停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転及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、ボート２１７へのウエハ２００の収容動作等を制御するように構成されている。

【0038】

コントローラ１２１は、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に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。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ている。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。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

【0039】

（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、本実施形態の一例について、図６を用いて説明する。後述の各工程は、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。

【0040】

本実施形態による基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、（Ａ）ＳｉＯ膜が表面に形成されたウエハ２００に対して、Ｂ_２Ｈ_６ガスを供給して、ＳｉＯ膜を還元する工程と、（Ｂ）還元されたＳｉＯ膜上に、直接、Ｗ元素を含むＷＮ膜を形成する工程であって、 ウエハ２００に対して、Ｂ_２Ｈ_６ガスを供給し排気する工程と、 ウエハ２００に対して、Ｗ元素を含むＷＦ_６ガスを供給し排気する工程と、 ウエハ２００に対して、ＮＨ_３ガスを供給し排気する工程と、 を順に１回以上行う工程と、（Ｃ）ＷＮ膜上に、直接、第１のＷ層を形成する工程であって、 ウエハ２００に対して、Ｂ_２Ｈ_６ガスを供給し排気する工程と、 ウエハ２００に対して、ＷＦ_６ガスを供給し排気する工程と、 を順に１回以上行う工程と、（Ｄ）Ｗ核層上に、直接、第２のＷ層を形成する工程であって、 ウエハ２００に対して、Ｈ_２ガスとＷＦ_６ガスを同時に供給する工程と、を行う。

【0041】

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。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義である。

【0042】

（ウエハ搬入） 最表面に絶縁膜としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）が形成された（露出した）複数枚のウエハ２００を処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。具体的には、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。

【0043】

（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。

【0044】

［Ｂ_２Ｈ_６プリフロー工程］ 続いて、ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ膜を還元する工程を実行する。

【0045】

バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に第１の還元ガスであるＢ_２Ｈ_６ガスを流す。Ｂ_２Ｈ_６ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整されノズル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、絶縁膜が表面に形成されたウエハ２００に対してＢ_２Ｈ_６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ_２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、Ｂ_２Ｈ_６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４２０，４３０内へのＢ２Ｈ６ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３２０ａ，３２０ｂ，３３０、ノズル４２０，４３０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。

【0046】

このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＢ_２Ｈ_６の供給流量は、例えば０．０１〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１〜３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｂ_２Ｈ_６ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１００〜３５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給により、ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ膜が還元される。ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ膜の表面に存在する有機物を除去するとともに、Ｂを付着させることによりＳｉＯ膜と、次に形成するＷＮ膜との密着性を向上させることができる。

【0047】

絶縁膜が還元された後、バルブ３１４を閉じ、Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給を停止する。このとき、ウエハ２００ウエハ２００の最表面には、還元されたＳｉＯ膜を含む膜が露出する。すなわち、ウエハ２００の表面が還元される。このとき、Ｂ_２Ｈ_６ガスをプラズマ励起せず、ノンプラズマで用いるとよい。ノンプラズマでプリフローを行うことにより、ＳｉＯ膜に対してプラズマダメージを与えることなく、ＳｉＯ膜を還元することができる。

【0048】

［残留ガス除去工程］ Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給を停止した後、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ＳｉＯ膜の還元に寄与した後のＢ_２Ｈ_６ガスを処理室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、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２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ＳｉＯ膜の還元に寄与した後のＢ_２Ｈ_６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。

【0049】

［タングステン窒化膜（ＷＮ膜）形成工程］ 続いて、還元されたＳｉＯ膜が露出するウエハ２００上に、金属窒化膜であるＷＮ膜を形成するステップを実行する。すなわち、ＳｉＯ膜上に、直接、ＷＮ膜を形成する。ＷＮ膜はバリアメタル膜として作用する。

【0050】

（Ｂ_２Ｈ_６ガス供給 ステップ１１） バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に、第１の還元ガスとしてＢ含有ガスであるＢ_２Ｈ_６ガスを流す。Ｂ_２Ｈ_６ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、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、Ｂ_２Ｈ_６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ_２ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整される。Ｎ_２ガスはＢ_２Ｈ_６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４２０，４３０内へのＢ_２Ｈ_６ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３２０ａ，３２０ｂ，３３０、ノズル４２０，４３０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。

【0051】

Ｂ_２Ｈ_６ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＢ_２Ｈ_６ガスの供給流量は、例えば０．０１〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．０．０１〜３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｂ_２Ｈ_６ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１００〜３５０℃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Ｂ_２Ｈ_６ガスとＮ_２ガスのみであり、Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給により、ウエハ２００の最表面が還元される

【0052】

（残留ガス除去 ステップ１２） Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ３１４を閉じて、Ｂ_２Ｈ_６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還元に寄与した後のＢ_２Ｈ_６ガスを処理室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、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２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還元に寄与した後のＢ_２Ｈ_６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】

（ＷＦ_６ガス供給 ステップ１３） バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に原料ガスであるＷＦ_６ガスを流す。ＷＦ_６ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整され、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａ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ＷＦ_６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内にＮ_２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５３０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５３２により流量調整され、ＷＦ_６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４１０，４２０内へのＷＦ_６ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管５１０，５２０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ、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。

【0054】

このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１〜６６５０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３３２で制御するＷＦ_６ガスの供給流量は、例えば０．０１〜１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１〜３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＷＦ_６ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１〜６００秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えばステップ１１と同様の温度となるような温度に設定する。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＷＦ_６ガスとＮ_２ガスのみである。ＷＦ_６ガスの供給により、ウエハ２００上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＷ含有層が形成される。

【0055】

（残留ガス除去 ステップ１４） Ｗ含有層等が形成された後、バルブ３３４を閉じ、ＷＦ_６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１２と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ_６ガスを処理室２０１内から排除（除去）する。

【0056】

（ＮＨ_３ガス供給 ステップ１５） 処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３２４ａを開き、ガス供給管３２０ａ内に、反応ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ_３ガスを流す。ＮＨ_３ガスは、ＭＦＣ３２２ａにより流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ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、ＮＨ_３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＮ_２ガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整される。Ｎ_２ガスはＮＨ_３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ＮＨ_３ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５３４を開き、ガス供給管５１０，５３０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３１０，３３０、ノズル４１０，４３０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。

【0057】

ＮＨ_３ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１〜６６５０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２ａで制御するＮＨ_３ガスの供給流量は、例えば０．１〜２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１〜３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＮＨ_３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１〜３０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１１と同様の温度に設定する。

【0058】

このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ_３ガスとＮ_２ガスのみである。ＮＨ_３ガスは、ステップ１３でウエハ２００上に形成されたＷ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、Ｗ含有層に含まれるＷとＮＨ_３ガスに含まれるＮとが結合して、ウエハ２００上にＷとＮとを含むＷＮ層が形成される。

【0059】

（残留ガス除去 ステップ１６） ＷＮ層を形成した後、バルブ３２４ａを閉じて、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１２と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷＮ層の形成に寄与した後のＮＨ_３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除（除去）する。

【0060】

（所定回数実施） 上記したステップ１１〜１６を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さ（例えば０．１〜３ｎｍ）のバリアメタル膜としての金属窒化膜であるＷＮ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。このように、ＷＮ膜を形成する場合は、Ｂ_２Ｈ_６ガスとＷＦ_６ガスを互いに混合しないよう（時分割して）交互にウエハ２００に対して供給する。

【0061】

［タングステン（Ｗ）核層形成工程（ＮｕｃｌｅａｔｉｏｎＷ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）］ 続いて、ＷＮ膜が形成されたウエハ２００上に、金属核層であるＷ核層を形成するステップを実行する。すなわち、ＷＮ層の上に、直接、Ｗ核層を形成する。

【0062】

（Ｂ_２Ｈ_６ガス供給 ステップ２１） ステップ１１と同様の処理手順および処理条件で、処理室２０１内にＢ_２Ｈ_６ガスを流す。処理室２０１内に流しているガスはＢ_２Ｈ_６ガスとＮ_２ガスのみであり、Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給により、ウエハ２００の最表面が還元される。

【0063】

（残留ガス除去 ステップ２２） Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ３２４ａを閉じて、Ｂ_２Ｈ_６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１２と同様の処理手順で処理室２０１内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のＢ_２Ｈ_６ガスを処理室２０１内から排除（除去）する。

【0064】

（ＷＦ_６ガス供給 ステップ２３） ステップ１３と同様の処理手順および処理条件で、処理室２０１内にＷＦ_６ガスを流す。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＷＦ_６ガスとＮ_２ガスのみである。ＷＦ_６ガスの供給により、ウエハ２００上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＷ含有層が形成される。

【0065】

（残留ガス除去 ステップ２４） Ｗ含有層等が形成された後、バルブ３３４を閉じ、ＷＦ_６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１４と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ_６ガスを処理室２０１内から排除する。

【0066】

（所定回数実施） 上記したステップ２１〜２４を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さ（例えば０．５〜２ｎｍ）のＷ核層としてのＷ含有層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。このように、Ｗ核層を形成する場合は、Ｂ_２Ｈ_６ガスとＷＦ_６ガスを互いに混合しないよう（時分割して）交互にウエハ２００に対して供給する。なお、Ｗ核層を第１の金属層や第１のＷ層と称する場合がある。

【0067】

［Ｗ層形成工程（Ｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）］ 続いて、Ｗ核層を核として、金属層であるＷ層を形成するステップを実行する。すなわち、Ｗ核層の上に、直接、Ｗ層を形成する。

【0068】

バルブ３２４ｂ、３３０を開き、ガス供給管３２０ｂ，３３０内にそれぞれＨ_２ガス、ＷＦ_６ガスを流す。ガス供給管３２０ｂ内を流れたＨ_２ガスおよびガス供給管３３０内を流れたＷＦ_６ガスは、ＭＦＣ３２２ｂ，３３０によりそれぞれ流量調整されてノズル４２０，４３０のガス供給孔４２０ａ，４３０ａからそれぞれ処理室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Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６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Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５１４，５２４を開き、キャリアガス供給管５１０，５２０内にそれぞれＮ_２ガスを流す。キャリアガス供給管５１０，５２０内を流れたＮ_２ガスは、ＭＦＣ５１２，５２２によりそれぞれ流量調整されてＨ_２ガスもしくはＷＦ_６ガスと一緒にそれぞれ処理室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内へのＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、キャリアガス供給管５１０内にＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス供給管３１０，ノズル４１０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。

【0069】

このときＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２ｂで制御するＨ_２ガスの供給流量は、例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、ＭＦＣ３３０で制御するＷＦ_６ガスの供給流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ_２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１〜１０００秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１００〜６００℃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Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスのみであり、ＷＦ_６ガスの供給により、ウエハ２００の上に形成されたＷ核層上に、例えば、１０〜３０ｎｍの厚さのＷ層が形成される。なお、Ｗ層を第２の金属層や第２のＷ層と称する場合がある。Ｗ核層とＷ層は実質的に同じ組成を有する。

【0070】

［残留ガス除去］ Ｗ層を形成した後、バルブ３２４ｂ、３３０を閉じて、Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６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Ｗ層形成に寄与した後のＷＦ_６ガスを処理室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、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ_２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Ｗ層形成に寄与した後のＷＦ_６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。

【0071】

（アフターパージおよび大気圧復帰） ガス供給管５１０，５２０，５３０のそれぞれからＮ_２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ_２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（アフターパージ）。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）。

【0072】

（ウエハ搬出） 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）。

【0073】

（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を得ることができる。（ａ）絶縁膜が形成された基板に対して、Ｗ含有膜としてのＷＮ膜を形成する前に、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、絶縁膜の表面を還元し、絶縁膜とＷＮ膜との密着性を向上させることができる。（ｂ）絶縁膜が形成された基板に対して、Ｗ含有膜としてのＷＮ膜を形成する前に、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、絶縁膜の表面に付着した有機物等を除去し、かつ、ＢもしくはＳ）等を付着させることで絶縁膜とＷＮ膜との密着性を向上させることができる。（ｃ）基板に形成された絶縁膜の上に、直接、ＷＮ膜をバリアメタル膜として形成することができるため、ＴａＮ膜やＴｉＮ膜をバリアメタル膜として用いる場合と比較して、低い配線抵抗を維持（達成）することができる。（ｄ）金属配線としてのＷ膜を形成する際、Ｗ核層を形成した後に、Ｗ核層を核としてＷ層を形成させるため、膜特性の良好なＷ膜を形成することができる。

【0074】

上述の実施形態では、Ｂ_２Ｈ_６プリフロー工程でＢ_２Ｈ_６ガスを連続的に供給する例（すなわちＢ_２Ｈ_６プリフローを１サイクル行う例）について説明した。本発明はこれに限らず、例えば、Ｂ_２Ｈ_６プリフロー工程とその後の残留ガス除去工程とを複数回交互に繰り返してもよい。

【0075】

また、上述の実施形態では、Ｗ層形成工程でＨ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを連続的に供給する例について説明した。本発明はこれに限らず、例えば、Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを供給する工程と、その後の残留ガス除去工程とを複数回交互に繰り返してもよい。すなわち、Ｈ_２ガスおよびＷＦ_６ガスを互いに混合しないよう（時分割して）交互にウエハ２００へ供給してもよい。

【0076】

また、上述の実施形態では、絶縁膜としてＳｉＯ膜が基板上に形成されている例について説明したが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜）が形成された基板にたいしても適用可能である。

【0077】

また、上述の実施形態では、絶縁膜を還元する第１の還元ガスとしてＢ_２Ｈ_６を用いる例について説明したが、これに限らず、モノボラン（ＢＨ_３）、トリエチルボラン（（ＣＨ_３ＣＨ_２）_３Ｂ、ＴＥＢ）等のボラン系ガスを用いてもよい。また、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）等のシラン系ガスを用いてもよい。

【0078】

また、上述の実施形態では、窒化ガスとしてＮＨ_３を用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、窒素（Ｎ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、Ｎ_３Ｈ_８ガス、モノメチルヒドラジン（ＣＨ_６Ｎ_２）、ジメチルヒドラジン（Ｃ_２Ｈ_８Ｎ_２）、モノメチルアミン（（ＣＨ_３）ＮＨ_２）、ジメチルアミン（（ＣＨ_３）_２ＮＨ）、トリメチルアミン（（ＣＨ_３）_３Ｎ）、モノエチルアミン（ＣＨ_３ＣＨ_２ＮＨ_２）、ジエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_２ＮＨ）、トリエチルアミン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｎ）等を用いることも可能である。

【0079】

また、上述の実施形態では、第２の還元ガスとしてＨ含有ガスとしてのＨ_２ガスを用いる例について説明したが、Ｈ_２ガスの代わりに、他元素非含有のＨ含有ガスである重水素（Ｄ_２）ガス等を用いることも可能である。

【0080】

また、上述の実施形態では、金属元素として、Ｗを用いる例について説明したが、これに限らずチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、イットリウム（Ｙ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることも可能である。

【0081】

また、上述の実施形態では、金属膜として、ＷＦ_６を用いてＷ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、四フッ化チタン（ＴｉＦ_４）を用いて形成するＴｉ膜、五フッ化タンタル（ＴａＦ_５）を用いて形成するＴａ膜、二フッ化コバルト（ＣｏＦ_２）を用いて形成するＣｏ膜、三フッ化イットリウム（ＹＦ_３）を用いて形成するＹ膜、三フッ化ルテニウム（ＲｕＦ_３）を用いて形成するＲｕ膜、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）を用いて形成するＡｌ膜、五フッ化モリブデン（ＭｏＦ_５）を用いて形成するＭｏ膜、三フッ化ニオブ（ＮｂＦ_３）を用いて形成するＮｂ膜、二フッ化マンガン（ＭｎＦ_２）を用いて形成するＭｎ膜、二フッ化ニッケル（ＮｉＦ_２）を用いて形成するＮｉ膜、等を用いることも可能である。

【0082】

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。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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【符号の説明】

【0086】

１０ 基板処理装置１２１ コントローラ２００ ウエハ（基板）２０１ 処理室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】