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特開2024-61057基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム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】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024061057
(43)【公開日】2024-05-07
(54)【発明の名称】基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置
(51)【国際特許分類】
C23C 16/06 20060101AFI20240425BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20240425BHJP
【ＦＩ】
C23C16/06
C23C16/455
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022168735
(22)【出願日】2022-10-21
(71)【出願人】
【識別番号】318009126
【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ
(72)【発明者】
【氏名】栗林 幸永
(72)【発明者】
【氏名】野村 健人
(72)【発明者】
【氏名】加我 友紀直
【テーマコード（参考）】
4K030
【Ｆターム（参考）】
4K030AA06
4K030AA07
4K030AA08
4K030AA09
4K030AA17
4K030BA01
4K030BA05
4K030BA12
4K030BA18
4K030BA20
4K030CA04
4K030HA01
4K030KA05
4K030KA41
4K030LA15
(57)【要約】
【課題】基板上に形成される金属系膜の膜特性を向上させる。
【解決手段】
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１金属膜の上に、第２金属を含む第１膜を形成する工程と、（ｂ）基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１膜と絶縁膜上に第２金属を含む第２膜を形成する工程と、を有する。
【選択図】図４
【解決手段】
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１金属膜の上に、第２金属を含む第１膜を形成する工程と、（ｂ）基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１膜と絶縁膜上に第２金属を含む第２膜を形成する工程と、を有する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属膜の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する工程と、
を有する基板処理方法。
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項2】
（ａ）における前記第２金属含有ガスの供給量を、（ｂ）における第２金属含有ガスの供給量よりも多くする
請求項１に記載の基板処理方法。
請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項3】
前記第２金属含有ガスの供給量は、供給流量である
請求項２に記載の基板処理方法。
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項4】
前記第２金属含有ガスの供給量は、供給時間である
請求項２に記載の基板処理方法。
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項5】
前記第２金属含有ガスの供給量は、前記基板が存在する空間の圧力である
請求項２に記載の基板処理方法。
請求項２に記載の基板処理方法。
【請求項6】
（ｃ） （ｂ）の前に、改質ガスを供給する工程と、
を有する
請求項１に記載の基板処理方法。
を有する
請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項7】
（ａ）と（ｂ）では、還元ガスが供給され、
前記改質ガスは、前記還元ガスとは異なる化合物である
請求項６に記載の基板処理方法。
前記改質ガスは、前記還元ガスとは異なる化合物である
請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項8】
前記改質ガスは、第１３族元素、第１４族元素、第１５元素の少なくとも１つ以上を含む水素化合物である
請求項６に記載の基板処理方法。
請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項9】
前記改質ガスは、ホウ素、シリコン、リン、の少なくとも１つを含む
請求項６に記載の基板処理方法。
請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項10】
前記改質ガスは、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＰＨ３の少なくとも１つを含む
請求項６に記載の基板処理方法。
請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項11】
前記第１金属と前記第２金属は、Ｗ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｍｏの少なくとも１つを含む
請求項１～１０に記載の基板処理方法。
請求項１～１０に記載の基板処理方法。
【請求項12】
（ａ）は、
（ａ１）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給する工程と、
（ａ２）前記基板に対して、第１還元ガスを供給する工程と、
を有する
請求項１～１０に記載の基板処理方法。
（ａ１）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給する工程と、
（ａ２）前記基板に対して、第１還元ガスを供給する工程と、
を有する
請求項１～１０に記載の基板処理方法。
【請求項13】
（ｂ）は、
（ｂ１）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給する工程と、
（ｂ２）前記基板に対して、第２還元ガスを供給する工程と、
を有する
請求項１２に記載の基板処理方法。
（ｂ１）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給する工程と、
（ｂ２）前記基板に対して、第２還元ガスを供給する工程と、
を有する
請求項１２に記載の基板処理方法。
【請求項14】
（ａ）第１金属と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項15】
（ａ）第１金属と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成させる手順と、
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成させる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成させる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項16】
第１金属膜と絶縁膜を有する基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に第２金属含有ガスを供給するガス供給系と、
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属膜の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成する処理と、
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する処理と、
を行わせる様に前記ガス供給系を制御することが可能に構成された制御部と、
を有する基板処理装置。
前記処理容器内に第２金属含有ガスを供給するガス供給系と、
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属膜の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成する処理と、
（ｂ）前記基板に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する処理と、
を行わせる様に前記ガス供給系を制御することが可能に構成された制御部と、
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
３次元構造を持つＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＤＲＡＭのワードラインとして例えば低抵抗なタングステン（Ｗ）膜が用いられている。また、このＷ膜と絶縁膜との間にバリア膜として例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜が用いられることがある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－６６２６３号公報
【特許文献2】国際公開第２０１９／０５８６０８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、３次元構造のＮＡＮＤ型フラッシュメモリの高層化に伴ってエッチングが困難となっているために、ワード線の薄膜化が課題となっている。
この課題を解決するために、上述したようなバリア膜を形成せずに膜特性の良い金属系膜の成膜方法が求められている。
この課題を解決するために、上述したようなバリア膜を形成せずに膜特性の良い金属系膜の成膜方法が求められている。
【0005】
本開示は、金属系膜の膜特性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様によれば、
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１金属膜の上に、第２金属を含む第１膜を形成する工程と、（ｂ）基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１膜と絶縁膜上に第２金属を含む第２膜を形成する工程と、を有する技術が提供される。
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有する基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１金属膜の上に、第２金属を含む第１膜を形成する工程と、（ｂ）基板に対して、第２金属含有ガスを供給して、第１膜と絶縁膜上に第２金属を含む第２膜を形成する工程と、を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一態様によれば、基板上に形成される金属系膜の膜特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の一実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。
【図3】本開示の一実施形態における基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。
【図4】本開示の一実施形態における基板処理工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図１～４を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
【0010】
（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。
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。
【0011】
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管（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（ＳｉＯ２）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、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）などの金属で構成され、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。
【0012】
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、ＳｉＣなどの耐熱性材料で構成され、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。
【0013】
処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を、支持具としてのボート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。
【0014】
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４１０，４２０，４３０には、ガス供給管３１０，３２０，３３０が、それぞれ接続されている。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。
【0015】
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３１４，３２４，３３４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０，３３０のバルブ３１４，３２４，３３４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。
【0016】
ガス供給管３１０，３２０，３３０の先端部にはノズル４１０，４２０，４３０がそれぞれ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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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、第２金属含有ガスとも呼ぶ）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。
【0020】
ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、還元ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。
【0021】
ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、改質ガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。
【0022】
ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）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。以下、不活性ガスとしてＡｒ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、Ａｒガス以外に、例えば、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。
【0023】
主に、ガス供給管３１０から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガス供給系を金属含有ガス供給系（第２金属含有ガス供給系）と称することもできる。また、ガス供給管３２０から還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４２０を還元ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管３３０か改質ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により改質ガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を改質ガス供給系に含めて考えてもよい。また、金属含有ガス供給系と還元ガス供給系と改質ガス供給系を処理ガス供給系と称することもできる。また、ノズル４１０，４２０，４３０を処理ガス供給系に含めて考えてもよい。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。
【0024】
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、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａにより、ウエハ２００の表面と平行方向に向かって原料ガス等を噴出させている。
【0025】
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。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（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。
【0026】
排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００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。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。
【0027】
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、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
【0028】
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等の金属で構成され、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、搬送系）として構成されている。
【0029】
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等の耐熱性材料で構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されるダミー基板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の下部にダミー基板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
【0030】
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４１０，４２０，４３０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。
【0031】
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。
【0032】
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（基板処理方法）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（基板処理方法）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。
【0033】
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、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。
【0034】
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、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２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ことが可能なように構成されている。
【0035】
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。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。
【0036】
（２）基板処理工程
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００上に、例えば３ＤＮＡＮＤのコントロールゲート電極として用いられる第２金属を含有する膜（第２金属含有膜とも呼ぶ）を形成する工程の一例について、図４を用いて説明する。第２金属含有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。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００上に、例えば３ＤＮＡＮＤのコントロールゲート電極として用いられる第２金属を含有する膜（第２金属含有膜とも呼ぶ）を形成する工程の一例について、図４を用いて説明する。第２金属含有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。
【0037】
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）第１金属膜と絶縁膜を有するウエハ２００に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属膜の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）ウエハ２００に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する工程と、
を行い、ウエハ２００の上に、第２金属を含む第１膜と第２膜とを形成する。
（ａ）第１金属膜と絶縁膜を有するウエハ２００に対して、第２金属含有ガスを供給して、前記第１金属膜の上に、前記第２金属を含む第１膜を形成する工程と、
（ｂ）ウエハ２００に対して、前記第２金属含有ガスを供給して、前記第１膜と前記絶縁膜上に前記第２金属を含む第２膜を形成する工程と、
を行い、ウエハ２００の上に、第２金属を含む第１膜と第２膜とを形成する。
【0038】
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」を意味する場合がある。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」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」を意味する場合がある。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。
【0039】
（ウエハ搬入）
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、処理容器に収容される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してアウタチューブ２０３の下端開口を閉塞した状態となる。
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、処理容器に収容される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介してアウタチューブ２０３の下端開口を閉塞した状態となる。
【0040】
ここで、ウエハ２００は、第１金属膜と、絶縁膜を有する。
【0041】
絶縁膜としては、第１３族元素、第１４族元素、第３族元素、等、の少なくとも１つの元素を含む酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、炭酸化膜、炭酸窒化膜、等がある。例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜、酸化チタニウム（ＴｉＯ）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）膜、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜、炭酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜、炭酸窒化シリコン（ＳｉＯＣＮ）膜、等がある。また、これらの材料の複合膜であっても良いし、これら材料の積層膜であっても良い。なお、ここに記したＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮのＳｉは、他の第１３族元素、第１４族元素、第３族元素、等に置き換えた膜であっても良い。
【0042】
なお、ウエハ２００が有する第１金属膜と絶縁膜は、同じ水平面上に形成されている場合や、異なる面に形成されている場合がある。異なる面とは、例えば、ウエハ２００に複数の凹部が形成されている場合であって、凹部の奥面に第１金属膜が形成され、凹部の側壁が絶縁膜で形成されている様な構成である。
【0043】
第１金属と、第２金属としては、例えば、タングステン（Ｗ）、チタニウム（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）の少なくとも１つを含む金属である。第１金属と第２金属は同じ元素を主元素とする金属単体や、化合物であっても良い。また、第１金属と第２金属は異なる元素を主元素とする金属単体や、化合物であっても良い。第２金属含有ガスは、この第２金属と、少なくとも１つ以上のハロゲン元素を含む。ハロゲン元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）である。第２金属含有ガスの具体例としては、例えば、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）ガス、三塩化モリブデン（ＭｏＣｌ３）ガス五塩化モリブデン（ＭｏＣｌ５）ガス、Ｍｏと酸素（Ｏ）とＣｌを含む例えば二酸化二塩化モリブデン（ＭｏＯ２Ｃｌ２）ガス、四塩化酸化モリブデン（ＭｏＯＣｌ４）、六フッ化ルテニウム（ＲｕＦ６）ガス、等がある。
【0044】
この様なハロゲン元素を含む化合物（本開示では、単にハロゲン化物と呼ぶ）を用いる成膜では、ハロゲン化物自体や、ハロゲン化物を用いることにより生じる反応副生成物が、ウエハ２００上に形成される第２金属含有層をエッチング（除去）する反応が生じ得る。このエッチング反応の発生量は、例えば、処理対象となるウエハ２００の構成、基板処理工程のガス供給シーケンス、種々の処理条件、等により、調整（制御）することができる。
【0045】
ウエハ２００の構成は、例えば、ウエハ２００の表面に存在する膜の種類、ウエハ２００の表面に存在する構造体である。例えば、膜の種類においては、金属系膜上より、絶縁膜上の方が、エッチング反応が生じ易い。即ち、第２金属含有層の形成中における第２金属含有層の除去反応は、絶縁膜上の方が生じやすい。
【0046】
第２金属含有層を形成する際の条件としては、例えば、ガス供給シーケンス、ウエハ２００の温度、第２金属含有ガスの供給量がある。ウエハ２００の温度を高くし、第２金属含有ガスの反応性を高めることにより、エッチング反応を生じ易くすることができる。また、ウエハ２００の温度を第２金属含有ガスの分解反応が生じ得る温度に設定することも有効である。また、条件としての、第２金属含有ガスの供給量を増加させることにより、エッチング反応を生じ易くすることができる。ここで、供給量とは、第２金属含有ガスの供給流量、供給時間、処理室２０１内の圧力の少なくとも１つを意味する。また、これらを組み合わせて、第２金属含有ガスの供給量を増加させる様にしても良い。例えば、供給流量と供給時間の積を調整することにより、供給量を増加させることができる。また、供給流量と供給時間の積を調整とは、供給流量と供給時間の少なくとも１つを増加させることにより、供給量を増加させることができる。
【0047】
なお、エッチング反応の量を低減させる、もしくはエッチング反応の量よりも、成膜反応の量が多くなる様な方法としては、例えば、これらの逆の制御や、ウエハ２００の表面状態を改質する方法がある。
【0048】
ウエハ２００の表面状態を改質する方法としては、例えば、ウエハ２００の表面に第２金属含有ガスの吸着を促進又は吸着を阻害する改質ガスを、ウエハ２００に供給する方法がある。この様な改質ガスをウエハ２００に供給することにより、ウエハ２００に改質ガスの少なくとも１部を吸着させることができる。吸着した改質ガスの少なくとも１部と、第２金属含有ガスとの結合のし易さを調整することにより、エッチング反応の量を調整（制御）することができる。これらの第２金属含有層（第２金属含有膜）の形成量（成膜量）とエッチング量を制御する例について後述する。
【0049】
ここで、第２金属含有層の形成量とエッチング量の調整は、特に、ウエハ２００に次の様な構造体が形成されている場合に有効である。ウエハ２００に形成されている構造体としては、例えば、複数の凹部が形成されており、凹部の最奥面に第１金属膜が露出し、凹部の側壁面に絶縁膜が露出している、という構造がある。
【0050】
なお、ハロゲン化物を用いることにより生じる反応副生成物とは、例えば、以下の少なくとも１つを含む。基板処理工程のガス供給シーケンスや、種々の条件により、生じる反応副生成物が変わり得る。
Ａ）ハロゲン化物が分解することにより生じるハロゲン。このような生成は、例えば、ハロゲン化物を供給する際のウエハ２００の温度が分解する温度になっている場合や、処理室２０１内やウエハ２００の表面に、ハロゲン化物を分解させるガスが存在する場合に、生じる。
Ｂ）ハロゲン化物が、ウエハ２００の表面に接触した際に生じるハロゲン。このような生成は、例えば、ハロゲン化物がウエハ２００の表面に接触した際に、ハロゲン化物に含まれるハロゲンが脱離して、生じる。
Ｃ）ハロゲン化物と、反応ガス（還元ガス）との反応により生じるハロゲン。この様な生成は、ウエハ２００の表面に吸着したハロゲン化物に反応ガスが供給された際に、ハロゲン化物と反応ガスとが反応して生じる。また、処理室２０１内での気相中で、ハロゲン化物と反応ガスとが反応して生じることもある。
Ａ）ハロゲン化物が分解することにより生じるハロゲン。このような生成は、例えば、ハロゲン化物を供給する際のウエハ２００の温度が分解する温度になっている場合や、処理室２０１内やウエハ２００の表面に、ハロゲン化物を分解させるガスが存在する場合に、生じる。
Ｂ）ハロゲン化物が、ウエハ２００の表面に接触した際に生じるハロゲン。このような生成は、例えば、ハロゲン化物がウエハ２００の表面に接触した際に、ハロゲン化物に含まれるハロゲンが脱離して、生じる。
Ｃ）ハロゲン化物と、反応ガス（還元ガス）との反応により生じるハロゲン。この様な生成は、ウエハ２００の表面に吸着したハロゲン化物に反応ガスが供給された際に、ハロゲン化物と反応ガスとが反応して生じる。また、処理室２０１内での気相中で、ハロゲン化物と反応ガスとが反応して生じることもある。
【0051】
（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（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。
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（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。
【0052】
［第１層（第１膜）の形成工程］
［第２金属含有ガス供給、ステップＳ１１］
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に原料ガスである第２金属含有ガスを流す。第２金属含有ガスは、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に対して第２金属含有ガスが供給される。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、第２金属含有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内への第２金属含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流しても良い。Ａｒガスは、ガス供給管３２０、ノズル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。
［第２金属含有ガス供給、ステップＳ１１］
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に原料ガスである第２金属含有ガスを流す。第２金属含有ガスは、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に対して第２金属含有ガスが供給される。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、第２金属含有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内への第２金属含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流しても良い。Ａｒガスは、ガス供給管３２０、ノズル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。
【0053】
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の範囲内の圧力であって、例えば１０００Ｐａとする。ＭＦＣ３１２で制御する第２金属含有ガスの供給流量は、例えば０．１～３．０ｓｌｍ、好ましくは０．４～２．５ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２で制御するＡｒガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。第２金属含有ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１～６０秒、好ましくは１～１０秒とする。ウエハ２００の温度は、３００～７００℃の温度とする。好ましくは、５００～７００℃である。なお、本開示における「１～３９９０Ｐａ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１～３９９０Ｐａ」とは「１Ｐａ以上３９９０Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
【0054】
このとき処理室２０１内に流しているガスは第２金属含有ガスとＡｒガスのみである。第２金属含有ガスの供給により、ウエハ２００上に第２金属含有層が形成される。
【0055】
ここで、第２金属含有ガスの供給量を、後述のステップＳ２１よりも多くすることで、ウエハ２００が有する第１金属膜上に、優先的に第１の第２金属含有層を形成することができる。ここで、第２金属含有ガスの供給量とは、第２金属含有ガスの供給流量、第２金属含有ガスの供給時間、ウエハ２００が存在する空間としての処理室２０１内の圧力の少なくとも１つ以上を意味する。これらの少なくとも１つ以上を後述のステップＳ２１の時とよりも多くする。また、これらの組み合わせで、第２金属含有ガスの供給量を調整しても良い。
【0056】
また、第１層（第１膜）の形成工程におけるウエハ２００の温度（ウエハ２００が存在する空間としての処理室２０１内の温度）を第２層（第２膜）の形成工程におけるウエハ２００の温度よりも高くすることにより、第１金属膜上に、優先的に第１の第２金属含有層を形成することを促進できる。
【0057】
（残留ガス除去、ステップＳ１２）
第２金属含有ガスの供給を開始してから所定時間経過後であって例えば１～６０秒後に、ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉じて、第２金属含有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第１の第２金属含有層形成に寄与した後の第２金属含有ガスを処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。このときバルブ５１４，５２４は開いたままとして、Ａｒガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ａｒ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第１の第２金属含有層形成に寄与した後の第２金属含有ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
第２金属含有ガスの供給を開始してから所定時間経過後であって例えば１～６０秒後に、ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉じて、第２金属含有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第１の第２金属含有層形成に寄与した後の第２金属含有ガスを処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。このときバルブ５１４，５２４は開いたままとして、Ａｒガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ａｒ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第１の第２金属含有層形成に寄与した後の第２金属含有ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
【0058】
（第１還元ガス供給、ステップＳ１３）
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、第１還元ガスを流す。第１還元ガスは、ＭＦＣ３２２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、第１還元ガスが供給される。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整される。Ａｒガスは第１還元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内への第１還元ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガスを流す。Ａｒ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。
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、第１還元ガスを流す。第１還元ガスは、ＭＦＣ３２２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、第１還元ガスが供給される。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整される。Ａｒガスは第１還元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内への第１還元ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガスを流す。Ａｒ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。
【0059】
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１～１３０００Ｐａの範囲内の圧力であって、例えば１００００Ｐａとする。ＭＦＣ３２２で制御する第１還元ガスの供給流量は、例えば１～５０ｓｌｍ、好ましくは１５～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２で制御するＡｒ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。このとき第１還元ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、第１の時間である５分以上３０分以下の範囲内の時間であって、例えば２０分とする。第１還元ガスをウエハ２００に対して供給する時間を５分以上とすることによりウエハ２００に吸着した第２金属含有ガスを還元することができ、３０分以下とすることによりスループットを向上させ、生産性を確保することができる。
【0060】
このとき処理室２０１内に流しているガスは、第１還元ガスとＡｒガスのみである。第１還元ガスは、ステップＳ１１で形成された第１の第２金属含有層の少なくとも一部と置換反応する。そして、第１金属膜上に優先的に第１膜としての第２金属層（第２金属膜）が形成される。
【0061】
ここで、第１還元ガスとしては、例えば水素（Ｈ）で構成されるガスである。好ましくは、水素単体で構成されるガスである。具体的には、水素（Ｈ２）ガス、重水素（Ｄ２）を用いることができる。
【0062】
（残留ガス除去、ステップＳ１４）
第２金属層を形成した後、バルブ３２４を閉じて、第１還元ガスの供給を停止する。
そして、上述したステップＳ１２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第２金属層の形成に寄与した後の第１還元ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。
第２金属層を形成した後、バルブ３２４を閉じて、第１還元ガスの供給を停止する。
そして、上述したステップＳ１２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第２金属層の形成に寄与した後の第１還元ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。
【0063】
（所定回数実施）
上記したステップＳ１１～ステップＳ１４を順に行うサイクルを所定回数（Ｘ回、Ｘは１または２以上の整数）行うことにより、第１金属膜の上に優先的に所定の厚さの第１膜（第２金属膜）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。
上記したステップＳ１１～ステップＳ１４を順に行うサイクルを所定回数（Ｘ回、Ｘは１または２以上の整数）行うことにより、第１金属膜の上に優先的に所定の厚さの第１膜（第２金属膜）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。
【0064】
なお、ウエハ２００に上述の様な構造体が形成されている場合には、凹部の奥面から第１膜が形成されていくこととなる。
【0065】
[改質層の形成工程］
第１膜の形成工程と、第２膜の形成工程との間で、改質層の形成工程を行っても良い。
第１膜の形成工程の条件と、第２膜の形成工程の条件とを異ならせることのみで、第１膜の形成形態と、第２膜の形成形態とを異ならせることも可能であるが、改質層の形成工程を行うことにより、更に容易に、第１膜の形成形態と、第２膜の形成形態を異ならせることができる。なお、改質層の形成工程を行う場合には、第１膜の形成工程の条件と、第２膜の形成工程の条件は大きく異ならせなくてもよい。例えば、第１膜の形成工程のウエハ２００の温度設定と、第２膜の形成工程のウエハ２００の温度設定とを異ならせること無く、基板処理を行う条件がある。
第１膜の形成工程と、第２膜の形成工程との間で、改質層の形成工程を行っても良い。
第１膜の形成工程の条件と、第２膜の形成工程の条件とを異ならせることのみで、第１膜の形成形態と、第２膜の形成形態とを異ならせることも可能であるが、改質層の形成工程を行うことにより、更に容易に、第１膜の形成形態と、第２膜の形成形態を異ならせることができる。なお、改質層の形成工程を行う場合には、第１膜の形成工程の条件と、第２膜の形成工程の条件は大きく異ならせなくてもよい。例えば、第１膜の形成工程のウエハ２００の温度設定と、第２膜の形成工程のウエハ２００の温度設定とを異ならせること無く、基板処理を行う条件がある。
【0066】
改質層の形成工程の例について説明する。
【0067】
（改質ガスの供給、ステップＳ３１）
バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に改質ガスを流す。改質ガスは、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に対して改質ガスが供給される。このとき同時にバルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内にＡｒガス等の不活性ガスを流しても良い。ガス供給管５３０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５３２により流量調整され、改質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４１０，４２０内へ改質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Ａｒガスを流しても良い。Ａｒ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。
バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に改質ガスを流す。改質ガスは、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に対して改質ガスが供給される。このとき同時にバルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内にＡｒガス等の不活性ガスを流しても良い。ガス供給管５３０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５３２により流量調整され、改質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４１０，４２０内へ改質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Ａｒガスを流しても良い。Ａｒ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。
【0068】
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の範囲内の圧力であって、例えば、１０００Ｐａとする。ＭＦＣ３３２で制御する改質ガスの供給量は、例えば、０．０１～５．０ｓｌｍの範囲内の流量とする。改質ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１～６００秒の範囲内の時間とする。
【0069】
このとき処理室２０１内に流しているガスは、改質ガスのみ、または、改質ガスと不活性ガスとなる。改質ガスの供給により、ウエハ２００上に、改質ガスの吸着層（第３層）が形成される。
【0070】
ここで、改質ガスは、例えば、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素の少なくとも１つを含むガスである。これらの元素としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）がある。更に好ましくは、改質ガスは、水素化合物である。第１３族元素を含む水素化合物としては、例えば、モノボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、等の水素化ホウ素がある。第１４族元素を含む水素化合物としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、等の水素化シリコンがある。第１５族元素を含む水素化合物としては、ホスフィン（ＰＨ３）、ジホスフィン（Ｐ２Ｈ４）、等の水素化リンが有る。なお、第１５族元素を含む改質ガスとしては、水素化物以外に、トリメチルホスフィン（（ＣＨ３）３Ｐ）ガス、トリエチルホスフィン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｐ）ガス、トリノルマルプロピルホスフィン（（ｎ－Ｃ３Ｈ７）３Ｐ）ガス、トリイソプロピルホスフィン（（ｉ－Ｃ３Ｈ７）３Ｐ）ガス、トリノルマルブチルホスフィン（（ｎ－Ｃ４Ｈ９）３Ｐ）ガス、トリイソブチルホスフィン（（ｉ－Ｃ４Ｈ９）３Ｐ）ガス、トリターシャリーブチルホスフィン（（ｔ－Ｃ４Ｈ９）３Ｐ）ガス、ターシャリーブチルホスフィン（ｔ－Ｃ４Ｈ９ＰＨ２）ガス等のアルキルホスフィン系ガスや、アミノホスフィン（ＮＨ２ＰＨ２）ガス、トリス（ジメチルアミノ）ホスフィン（[（ＣＨ３）２Ｎ）]３Ｐ）ガス、ビス（ジメチルアミノ）ホスフィン（ＰＨ[Ｎ（ＣＨ３）２]２）ガス、ビス（ジメチルアミノ）クロロホスフィン（[（ＣＨ３）２Ｎ]２ＰＣｌ）ガス等のアミノホスフィン系ガスや、ビス（ジメチルアミノ）メチルホスフィン（ＣＨ３Ｐ[Ｎ（ＣＨ３）２]２）ガス、ジメチルアミノジメチルホスフィン（（ＣＨ３）２ＰＮ（ＣＨ３）２）ガス、ジエチルアミノジエチルホスフィン（（Ｃ２Ｈ５）２ＰＮ（Ｃ２Ｈ５）２）ガス等のホスフィナスアミド系ガス、等を用いることができる場合がある。
【0071】
改質ガスは、好ましくは、Ｐと水素（Ｈ）を含むガスが用いられる。このようなガスをウエハ２００に供給することで、ウエハ２００の表面に少なくともＰを含む改質層を形成する。好ましくは、改質層は、ＰとＨを含む層である。さらに好ましくは、改質層は、第１５族元素含有材料の分子や、第１５族元素含有材料の分子が一部分解した状態の物を含む層である。例えば、第１５族元素含有材料として、ＰＨ３を用いた場合に形成される第１層は、Ｐ，Ｈ，ＰＨｘを含み得る。ここでＸは、３以下の整数であり、ＰＨｘは、例えば、ＰＨ、ＰＨ２、ＰＨ３の少なくとも１つ以上である。なお、このような物質を含む改質層を形成するため、処理室２０１内の温度は、第１５族元素含有材料の一部が分解可能な温度することが好ましい。例えば、第１５族元素含有材料として、ＰＨ３を用いた場合、処理室２０１内の温度は、３００℃～６５０℃の範囲の温度とする。
【0072】
（残留ガス除去、ステップＳ３２）
改質ガスの供給を開始してから所定時間経過後に、ガス供給管３３０のバルブ３３４を閉じて、改質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改質層の形成に寄与した後の改質ガスを処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内の雰囲気を排気する。処理室２０１内の圧力を下げることにより、ガス供給管３３０やノズル４３０内に残留する改質ガスを排気することができる。ガス供給管３３０やノズル４３０内に残留する改質ガスを排気することで、次の第２膜の形成工程で、ガス供給管３３０やノズル４３０内に残留した改質ガスが処理室２０１内に供給されることを抑制できる。なお、このときバルブ５１４，５２４，５３４は開いたままとして、Ａｒガスの処理室２０１内への供給を維持してもよい。Ａｒガスは各ノズルへのガス進入抑制ガスとして作用する他、パージガスとして作用させることができる。パージガスとしてＡｒガスを供給する場合、処理室２０１内に残留する未反応もしくは改質層の形成に寄与した後の改質ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
改質ガスの供給を開始してから所定時間経過後に、ガス供給管３３０のバルブ３３４を閉じて、改質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改質層の形成に寄与した後の改質ガスを処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内の雰囲気を排気する。処理室２０１内の圧力を下げることにより、ガス供給管３３０やノズル４３０内に残留する改質ガスを排気することができる。ガス供給管３３０やノズル４３０内に残留する改質ガスを排気することで、次の第２膜の形成工程で、ガス供給管３３０やノズル４３０内に残留した改質ガスが処理室２０１内に供給されることを抑制できる。なお、このときバルブ５１４，５２４，５３４は開いたままとして、Ａｒガスの処理室２０１内への供給を維持してもよい。Ａｒガスは各ノズルへのガス進入抑制ガスとして作用する他、パージガスとして作用させることができる。パージガスとしてＡｒガスを供給する場合、処理室２０１内に残留する未反応もしくは改質層の形成に寄与した後の改質ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
【0073】
［第２層（第２膜）の形成工程］
（第２金属含有ガス供給、ステップＳ２１）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に原料ガスである第２金属含有ガスを流す。なお、第２膜形成工程で用いられる第２金属含有ガスは、上述の第１膜形成工程で用いられた第２金属含有ガスと同じガスであっても良いし、異なる種類の第２金属含有ガスであっても良い。ここでは、第１膜形成工程で用いた第２金属含有ガスと同じガスが用いられることを例に説明する。第２金属含有ガスは、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に対して第２金属含有ガスが供給される。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、第２金属含有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内への第２金属含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流す。Ａｒガスは、ガス供給管３２０、ノズル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。
（第２金属含有ガス供給、ステップＳ２１）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に原料ガスである第２金属含有ガスを流す。なお、第２膜形成工程で用いられる第２金属含有ガスは、上述の第１膜形成工程で用いられた第２金属含有ガスと同じガスであっても良いし、異なる種類の第２金属含有ガスであっても良い。ここでは、第１膜形成工程で用いた第２金属含有ガスと同じガスが用いられることを例に説明する。第２金属含有ガスは、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に対して第２金属含有ガスが供給される。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、第２金属含有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内への第２金属含有ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流す。Ａｒガスは、ガス供給管３２０、ノズル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。
【0074】
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の範囲内の圧力であって、例えば１０００Ｐａとする。ＭＦＣ３１２で制御する第２金属含有ガスの供給量は、第１膜の形成工程の時よりも少ない供給量とする。ここで、供給量の調整は、例えば、供給流量で行われる。第２金属含有ガスの供給流量は、例えば０．１～１．０ｓｌｍ、好ましくは０．１～０．３ｓｌｍの範囲内の流量とする。この様に、ステップＳ１１で供給する流量よりも小さくすることが好ましい。ＭＦＣ５１２，５２２で制御するＡｒガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。第２金属含有ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１～６０秒、好ましくは５～２０秒とする。ウエハ２００の温度は、３００～７００℃の温度とする。好ましくは、３００～６００℃である。ここで、第２金属含有層は、第１膜と絶縁膜のそれぞれに形成させる場合に、第２金属含有ガスの供給量は、第１膜の形成工程の時よりも少なくすることが好ましい。すなわち、第２金属含有ガスの供給流量、供給時間、処理室２０１内の圧力、等の少なくとも１つ以上を、ステップＳ１１の時よりも少なくする。第１膜の形成工程の後に、改質層の形成が行われている場合には、第２金属含有ガスの供給量は、第１膜の形成工程と同様であっても良い。
【0075】
また、第２層（第２膜）の形成工程におけるウエハ２００の温度（処理室２０１内の温度）を第１層（第１膜）の形成工程におけるウエハ２００の温度よりも低くすることにより、第１膜の上と絶縁膜の上の両方に、第２膜を形成することを促進できる。
【0076】
このとき処理室２０１内に流しているガスは第２金属含有ガスとＡｒガスのみである。第２金属含有ガスの供給により、ウエハ２００上に第２の第２金属含有層が形成される。ここで、ウエハ２００に第１膜と絶縁膜とが露出している場合には、第２の第２金属含有層は、第１膜の上と、絶縁膜の上、のそれぞれに形成される。
【0077】
第１膜の形成工程の後に、改質層の形成工程が行われている場合には、第１膜の上と絶縁膜の上に形成された改質層と第２金属含有ガスとが反応し、第２金属を含む分子が第１膜の上と絶縁膜の上に堆積する。また、改質層と第２金属含有ガスとが反応し、改質層に含まれる元素や分子が改質層から脱離する。この脱離の過程で、第２の第２金属含有層中に、改質層を構成する元素や分子を取り込むことができる。
【0078】
（残留ガス除去、ステップＳ２２）
第２の第２金属含有層を形成した後、バルブ３１４を閉じて、第２金属含有ガスの供給を停止する。そして、上述したステップＳ１２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第２の第２金属含有層形成に寄与した後の第２金属含有ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。
第２の第２金属含有層を形成した後、バルブ３１４を閉じて、第２金属含有ガスの供給を停止する。そして、上述したステップＳ１２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第２の第２金属含有層形成に寄与した後の第２金属含有ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。
【0079】
（第２還元ガス供給、ステップＳ２３）
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、第２還元ガスを流す。第２還元ガスは、ＭＦＣ３２２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、第２還元ガスが供給される。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整される。Ａｒガスは第２還元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内への第２還元ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガスを流す。Ａｒ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。なお、第２還元ガスは、第１還元ガスと同じ種類のガスを用いても良いし、異なる種類の還元ガスを用いる様に構成しても良い。
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、第２還元ガスを流す。第２還元ガスは、ＭＦＣ３２２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、第２還元ガスが供給される。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＡｒガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＡｒガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整される。Ａｒガスは第２還元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内への第２還元ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＡｒガスを流す。Ａｒ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。なお、第２還元ガスは、第１還元ガスと同じ種類のガスを用いても良いし、異なる種類の還元ガスを用いる様に構成しても良い。
【0080】
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１～１３０００Ｐａの範囲内の圧力であって、例えば１００００Ｐａとする。ＭＦＣ３２２で制御する還元ガスの供給流量は、例えば１～５０ｓｌｍ、好ましくは１５～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２で制御するＡｒ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。
【0081】
このとき処理室２０１内に流しているガスは、第２還元ガスとＡｒガスのみである。第２還元ガスは、ステップＳ２１でウエハ２００上に形成された第２の第２金属含有層の少なくとも一部と置換反応する。そして、ウエハ２００上に第２膜としての第２金属層が形成される。
【0082】
（残留ガス除去、ステップＳ２４）
第２金属層を形成した後、バルブ３２４を閉じて、第２還元ガスの供給を停止する。
そして、上述したステップＳ１４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第２金属層の形成に寄与した後の第２還元ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。
第２金属層を形成した後、バルブ３２４を閉じて、第２還元ガスの供給を停止する。
そして、上述したステップＳ１４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第２金属層の形成に寄与した後の第２還元ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。すなわち、処理室２０１内をパージする。
【0083】
（所定回数実施）
上記したステップＳ２１～ステップＳ２４を順に行うサイクルを所定回数（Ｙ回、Ｙは１または２以上の整数）行うことにより、第１膜が形成されたウエハ２００上に、所定の厚さの第２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。
上記したステップＳ２１～ステップＳ２４を順に行うサイクルを所定回数（Ｙ回、Ｙは１または２以上の整数）行うことにより、第１膜が形成されたウエハ２００上に、所定の厚さの第２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。
【0084】
なお、ウエハ２００が第１金属膜と絶縁膜を有する場合に、第２膜は、第１膜上及び絶縁膜上に形成される。即ち、第１膜とは異なり、ウエハ２００の全体に第２膜が形成されることになる。
【0085】
（アフターパージおよび大気圧復帰）
ガス供給管５１０，５２０のそれぞれからＡｒガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ａｒ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反応副生成物が処理室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）。
ガス供給管５１０，５２０のそれぞれからＡｒガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ａｒ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反応副生成物が処理室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）。
【0086】
（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、アウタチューブ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アウタチューブ２０３の下端からアウタチューブ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）。
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、アウタチューブ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アウタチューブ２０３の下端からアウタチューブ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）。
【0087】
（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）特性の異なる第２金属含有膜を積層することができる。
（ｂ）ウエハ２００に凹凸が形成され、凹部の奥面に金属膜が露出し、凹部の側面に絶縁膜が露出している場合に、ウエハ２００の奥面から、第２金属含有膜を形成することができる。即ち、凹部内を均一に第２金属含有膜で埋めることができる。また、凹部の奥面から、第２金属含有膜を埋めることにより、凸部（凹部の側壁）が倒れることを抑制できる。即ち、ウエハ２００に形成されたパターンが倒れることを抑制することができる。
（ｃ）第１膜の形成工程における第２金属含有ガスの供給量を、第２膜の形成工程における第２金属含有ガスの供給量よりも多くすることにより、第１膜の形成工程において、凹部の底面（第１金属膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも多くし、凹部の側壁（絶縁膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも少なくすることができる。即ち、第１金属膜上に優先的に第１膜を形成することができる。言い換えると、第１金属膜上に選択的に第１膜を形成することができる。また、第１膜形成の選択性を向上させることができる。
（ｄ）第１膜の形成工程におけるウエハ２００の温度を、第２膜の形成工程におけるウエハ２００の温度よりも高くすることにより、第１膜の形成工程において、凹部の底面（第１金属膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも多くし、凹部の側壁（絶縁膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも少なくすることができる。即ち、第１金属膜上に優先的に第１膜を形成することができる。言い換えると、第１金属膜上に選択的に第１膜を形成することができる。また、第１膜形成の選択性を向上させることができる。
（ｅ）第１膜の形成工程の後に、改質層の形成工程を行うことにより、第２膜の形成工程において、各部のエッチング量よりも膜の形成量を多くすることができる。即ち、改質層の形成工程の後の第２膜の形成工程では、ウエハ２００上に均一に第２膜を形成することが可能となる。言い換えると、第２膜の形成の選択性を低下させることができる。具体的には、改質ガスとして、ＰＨ３ガスを用いることにより、改質層として、ＰＨｘを含む層が形成される。このＰＨｘとハロゲン化物とは化学反応が起こり易く、ウエハ２００の上には、第２金属を含む層が形成され、改質層から、Ｐを含む分子が脱離する。Ｐを含む分子は例えば、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）がある。このような反応が生じるため、第２金属含有膜の成膜速度を向上させることができる。即ち、成膜速度がエッチング速度を上回った状態とすることができる。なお、この化学反応により、第２金属含有膜中に改質層に含まれていた元素（例えばＰ）が取り込まれる改質層に含まれていた元素が第２金属含有膜中に拡散するとも言う）。
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）特性の異なる第２金属含有膜を積層することができる。
（ｂ）ウエハ２００に凹凸が形成され、凹部の奥面に金属膜が露出し、凹部の側面に絶縁膜が露出している場合に、ウエハ２００の奥面から、第２金属含有膜を形成することができる。即ち、凹部内を均一に第２金属含有膜で埋めることができる。また、凹部の奥面から、第２金属含有膜を埋めることにより、凸部（凹部の側壁）が倒れることを抑制できる。即ち、ウエハ２００に形成されたパターンが倒れることを抑制することができる。
（ｃ）第１膜の形成工程における第２金属含有ガスの供給量を、第２膜の形成工程における第２金属含有ガスの供給量よりも多くすることにより、第１膜の形成工程において、凹部の底面（第１金属膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも多くし、凹部の側壁（絶縁膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも少なくすることができる。即ち、第１金属膜上に優先的に第１膜を形成することができる。言い換えると、第１金属膜上に選択的に第１膜を形成することができる。また、第１膜形成の選択性を向上させることができる。
（ｄ）第１膜の形成工程におけるウエハ２００の温度を、第２膜の形成工程におけるウエハ２００の温度よりも高くすることにより、第１膜の形成工程において、凹部の底面（第１金属膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも多くし、凹部の側壁（絶縁膜）側での膜の形成量をエッチング量よりも少なくすることができる。即ち、第１金属膜上に優先的に第１膜を形成することができる。言い換えると、第１金属膜上に選択的に第１膜を形成することができる。また、第１膜形成の選択性を向上させることができる。
（ｅ）第１膜の形成工程の後に、改質層の形成工程を行うことにより、第２膜の形成工程において、各部のエッチング量よりも膜の形成量を多くすることができる。即ち、改質層の形成工程の後の第２膜の形成工程では、ウエハ２００上に均一に第２膜を形成することが可能となる。言い換えると、第２膜の形成の選択性を低下させることができる。具体的には、改質ガスとして、ＰＨ３ガスを用いることにより、改質層として、ＰＨｘを含む層が形成される。このＰＨｘとハロゲン化物とは化学反応が起こり易く、ウエハ２００の上には、第２金属を含む層が形成され、改質層から、Ｐを含む分子が脱離する。Ｐを含む分子は例えば、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ３）がある。このような反応が生じるため、第２金属含有膜の成膜速度を向上させることができる。即ち、成膜速度がエッチング速度を上回った状態とすることができる。なお、この化学反応により、第２金属含有膜中に改質層に含まれていた元素（例えばＰ）が取り込まれる改質層に含まれていた元素が第２金属含有膜中に拡散するとも言う）。
【0088】
（４）他の実施形態
上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、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膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、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膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、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膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。
上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、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膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、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膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、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膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。
【0089】
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
【0090】
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。
【0091】
また、本開示は、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、本開示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開示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。
【0092】
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示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。
【符号の説明】
【0093】
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】
