CN112292476A - 成膜方法、成膜系统以及成膜装置 - Google Patents

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CN112292476A CN201980041837.1A CN201980041837A CN112292476A CN 112292476 A CN112292476 A CN 112292476A CN 201980041837 A CN201980041837 A CN 201980041837A CN 112292476 A CN112292476 A CN 112292476A
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gas
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gas supply
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山口克昌
前川浩治
鲛岛崇
中岛滋
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

成膜方法包括以下工序：将形成有绝缘膜的基板配置于处理容器内，在减压气氛下向处理容器内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来形成基底膜；以及通过金属材料在形成有基底膜的基板形成金属层。

Description

成膜方法、成膜系统以及成膜装置
技术领域
本公开涉及一种成膜方法、成膜系统以及成膜装置。
背景技术
在专利文献1中提出一种通过化学蒸镀(CVD)法在基板进行作为金属层的钨膜的成膜的技术。在专利文献1中，从与基板的硅层的密合性、抑制反应的观点出发，使用在硅层上形成TiN膜来作为阻隔层并且在TiN膜上进行钨膜的成膜的方法。另外，在专利文献1中，在钨膜的主膜之前进行核生成(Nucleation)工序，以使钨容易均匀地成膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-213274号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种即使在薄膜化了的情况下也能够实现金属层的低电阻化的技术。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式的成膜方法的特征在于包括以下工序：将形成有绝缘膜的基板配置于处理容器内，在减压气氛下向处理容器内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来形成基底膜；以及通过金属材料在形成有基底膜的基板形成金属层。
发明的效果
根据本公开，即使在薄膜化的了情况下也能够实现金属层的低电阻化。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的成膜系统的整体的概要结构的一例的图。
图2是表示第一实施方式所涉及的成膜装置的概要结构的一例的截面图。
图3是表示第一实施方式所涉及的成膜装置的概要结构的一例的截面图。
图4是表示第一实施方式所涉及的成膜装置的概要结构的一例的截面图。
图5是表示第一实施方式所涉及的成膜方法的各工序的流程的一例的流程图。
图6是示意性地表示第一实施方式所涉及的成膜方法的各工序中的晶圆的状态的截面图。
图7是表示第一实施方式所涉及的进行基底膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。
图8是表示第一实施方式所涉及的进行作为金属层的初始钨膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。
图9是表示第一实施方式所涉及的进行作为金属层的主钨膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。
图10是表示第一实施方式所涉及的晶圆的层结构的一例的图。
图11是表示比较例所涉及的晶圆的层结构的一例的图。
图12是表示电阻率相对于钨膜的厚度的变化的一例的图。
图13A是表示形成有凹部的晶圆W的一例的图。
图13B是表示形成有凹部的晶圆W的一例的图。
图14是表示基底膜的F相对于含Al率的浓度的一例的图。
图15是表示电阻率相对于钨膜的厚度的变化的一例的图。
图16是表示在对TiN膜进行X射线分析时使强产生度峰值的衍射角度的一例的图。
图17A是表示对AlTiN膜进行X射线分析得到的衍射曲线的一例的图。
图17B是表示对AlTiN膜进行X射线分析得到的衍射曲线的一例的图。
图17C是表示对AlTiN膜进行X射线分析得到的衍射曲线的一例的图。
图17D是表示对AlTiN膜进行X射线分析得到的衍射曲线的一例的图。
图18是表示第二实施方式所涉及的进行基底膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。
图19是表示第三实施方式所涉及的成膜装置的概要结构的一例的截面图。
图20是表示第三实施方式所涉及的进行基底膜的成膜时的气体供给序列的图。
图21是表示第三实施方式所涉及的晶圆的层结构的一例的图。
图22是表示其它实施方式所涉及的成膜装置的概要结构的一例的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明本申请公开的成膜方法、成膜系统以及成膜装置的实施方式。此外，并不通过本实施方式来限定公开的成膜方法、成膜系统以及成膜装置。
另外，在制造LSI时，对与MOSFET栅电极、源极/漏极的接触部、存储器的字线等广泛地使用金属层。因此，在通过专利文献1的技术在基板上进行作为金属层的钨膜的成膜的情况下，通过核生成工序生成的初始钨膜(以下也称作“Nucleation膜”。)为高电阻。因此，在使钨膜整体薄膜化的情况下，由于Nucleation膜部分的影响使得钨膜为高电阻。
LSI使配线微细化，并且要求配线的低电阻化。因此，期待即使在薄膜化了的情况下也能够实现金属层的低电阻化。例如，在3D NAND闪存等三维层叠半导体存储器中，将钨膜成膜为字线，但为了微细化而要求钨膜进一步的低电阻化。
(第一实施方式)
[系统的结构]
在本实施方式中，以通过包括多个成膜装置的成膜系统来实施成膜的情况为例进行说明。首先，对本实施方式所涉及的成膜系统进行说明。图1是表示第一实施方式所涉及的成膜系统的整体的概要结构的一例的图。成膜系统100在基板上进行基底膜的成膜，接着在基底膜上进行金属层的成膜。此外，下面，以进行作为金属层的钨膜的成膜的情况为例进行说明，但并不限定于此。成膜系统100可以进行含有Cu(铜)、Co(钴)、Ru(钌)、Mo(钼)中的任一种金属的金属层的成膜。
如图1所示，成膜系统100具有四个成膜装置101～104。在实施方式所涉及的成膜系统100中，以通过成膜装置101来实施基底膜的成膜、通过成膜装置102来实施初始钨膜的成膜、通过成膜装置103～104来分散地实施钨膜的成膜的情况为例进行说明。此外，以本实施方式所涉及的成膜系统100通过一台成膜装置来实施基底膜的成膜、通过另一台成膜装置来实施初始钨膜的成膜、通过两台成膜装置分散地实施主钨膜的成膜的情况为例进行说明，但并不限定于此。例如，成膜系统100也可以通过两台成膜装置分散地实施基底膜的成膜，并通过两台成膜装置分散地实施钨膜的成膜。在该情况下，期望基底膜的成膜装置或主钨膜的成膜装置具备初始钨膜的成膜、或具有与初始钨膜同等的功能的核形成膜的成膜功能。
成膜装置101～104与搬送机构连接，通过搬送机构来搬送作为成膜对象的被处理基板。例如如图1所示，成膜装置101～104分别经由闸阀G而与平面形状呈七边形的真空搬送室301的四个壁部连接。真空搬送室301内通过真空泵而被排气从而被保持为规定的真空度。即，成膜系统100为多腔室类型的真空处理系统，能够不破坏真空地连续进行基底膜、钨膜的成膜。也就是说，在成膜装置101～104的处理容器内进行的全部工序都能够以不使硅晶圆W(以下称作“晶圆W”。)暴露在大气中的方式。
真空搬送室301的其它三个壁部经由闸阀G1与三个加载互锁室302连接。在隔着加载互锁室302与真空搬送室301相反的一侧设置有大气搬送室303。三个加载互锁室302经由闸阀G2而与大气搬送室303连接。当在大气搬送室303与真空搬送室301之间搬送晶圆W时，加载互锁室302在大气压与真空之间控制压力。
在大气搬送室303的与安装有加载互锁室302的壁部相反一侧的壁部设置有三个承载件安装端口305，所述三个承载件安装端口305安装用于收容晶圆W的承载件(FOUP等)C。另外，在大气搬送室303的侧壁设置有进行晶圆W的对准的对准腔室304。在大气搬送室303内形成清洁空气的下降流。
在真空搬送室301内设置有搬送机构306。搬送机构306相对于成膜装置101～104、加载互锁室302搬送晶圆W。搬送机构306具有可独立地移动的两个搬送臂307a、307b。
在大气搬送室303内设置有搬送机构308。搬送机构308相对于承载件C、加载互锁室302、对准腔室304搬送晶圆W。
成膜系统100具有整体控制部310。整体控制部310例如构成为计算机，具有CPU等主控制部、输入装置(键盘、鼠标等)、输出装置(打印机等)、显示装置(显示器等)、存储装置(存储介质)。主控制部控制成膜装置101～104的各结构部、真空搬送室301的排气机构、气体供给机构和搬送机构306、加载互锁室302的排气机构和气体供给机构、大气搬送室303的搬送机构308、闸阀G、G1、G2的驱动系统等。整体控制部310的主控制部例如基于内置于存储装置中的存储介质或被设置于存储装置中的存储介质中存储的处理制程，来使成膜系统100执行规定的动作。此外，整体控制部310可以为如后述的成膜装置101所具有的控制部6那样的各单元的控制部的上位的控制部。
接着，对如以上那样构成的成膜系统100的动作进行说明。以下的成膜系统100的处理动作基于整体控制部310的存储介质中存储的处理制程来执行。
首先，通过搬送机构308从与大气搬送室303连接的承载件C取出晶圆W。然后，在使取出的晶圆W经过对准腔室304后，打开任一加载互锁室302的闸阀G2来将该晶圆W搬入加载互锁室302内。然后，关闭闸阀G2，之后对加载互锁室302内进行真空排气。
在加载互锁室302成为规定的真空度的时间点打开闸阀G1，通过搬送机构306的搬送臂307a、307b中的任一搬送臂从加载互锁室302取出晶圆W。
然后，打开成膜装置101的闸阀G，将搬送机构306的任一搬送臂307a、307b保持的晶圆W搬入成膜装置101。然后，使空的搬送臂返回真空搬送室301，并且关闭闸阀G，通过成膜装置101来进行基底膜的成膜处理。
在基底膜的成膜处理结束后，打开成膜装置101的闸阀G，通过搬送机构306的搬送臂307a、307b中的任一搬送臂搬出晶圆W。然后，通过成膜装置102对晶圆W进行初始钨膜的成膜处理。
在初始钨的成膜处理结束后，打开成膜装置102的闸阀G，通过搬送机构306的搬送臂307a、307b中的任一搬送臂搬出晶圆W。然后，通过成膜装置103或104对晶圆W进行主钨膜的成膜处理。下面，以通过成膜装置103对晶圆W进行主钨膜的成膜处理的情况为例进行说明。
例如，打开成膜装置103的闸阀G，将搬送臂307a、307b中的任一搬送臂所保持着的晶圆W搬入成膜装置103，使空的搬送臂返回真空搬送室301，并且关闭闸阀G。然后，通过成膜装置103在形成于晶圆W上的初始钨膜上进行主钨膜的成膜处理。在像这样进行主钨膜的成膜后，打开成膜装置103的闸阀G，通过搬送机构306的搬送臂307a、307b中的任一搬送臂搬出晶圆W。然后，打开任一加载互锁室302的闸阀G1，将搬送臂上的晶圆W搬入加载互锁室302内。然后，使搬入了晶圆W的加载互锁室302内恢复为大气状态，打开闸阀G2，通过搬送机构308使加载互锁室302内的晶圆W返回承载件C。
同时对多个晶圆W并行地进行以上的处理，来完成规定个数的晶圆W的钨膜的成膜处理。
由此，成膜系统100能够以高生产率实现基底膜的成膜和钨膜的成膜。此外，本实施例的成膜系统100表示为搭载有四个成膜装置的真空处理系统，但成膜装置的数量并不限定于此。只要为能够搭载多个成膜装置的真空处理系统即可，成膜装置的数量可以为两个或三个或四个以上。例如，可以为搭载有八个以上的成膜装置的真空处理系统。另外，本实施例的成膜系统100以将真空搬送室301设为七边形的情况为例进行了说明，但并不限定于此。真空搬送室301只要能够连接多个成膜装置即可，例如也可以为五边形、六边形等其它多边形。另外，成膜系统100也可以连接多个多边形的真空搬送室。
[成膜装置的结构]
关于第一实施方式所涉及的成膜装置101和成膜装置102～104，除了供给气体的气体供给机构的结构以外，设为大致相同的结构。下面，主要说明成膜装置101的结构，并且主要说明成膜装置102～104的结构不同的部分。
对第一实施方式所涉及的成膜装置101的结构进行说明。图2是表示第一实施方式所涉及的成膜装置101的概要结构的一例的截面图。成膜装置101具有处理容器1、载置台2、喷淋头3、排气部4、气体供给机构5以及控制部6。
处理容器1由铝等金属构成，具有大致圆筒状。处理容器1收容作为被处理基板的晶圆W。在处理容器1的侧壁形成有用于进行晶圆W的搬入和搬出的搬入搬出口11，通过闸阀12对搬入搬出口11进行开闭。在处理容器1的主体上设置有截面为矩形的圆环状的排气管13。在排气管13中沿内周面形成有狭缝13a。在排气管13的外壁形成有排气口13b。在排气管13的上表面以封堵处理容器1的上部开口的方式设置有顶壁14。排气管13与顶壁14之间通过被密封环15气密地密封。
载置台2在处理容器1内将晶圆W水平地支承。载置台2形成为大小与晶圆W对应的圆板状，被支承构件23支承。载置台2由氮化铝(AlN)等陶瓷材料、铝、镍合金等金属材料形成，并且在该载置台2的内部埋入有用于将晶圆W进行加热的加热器21。加热器21被加热器电源(未图示)供电而且发热。而且，通过设置于载置台2的上表面附近的热电偶(未图示)的温度信号来控制加热器21的输出，由此将晶圆W控制为规定的温度。在载置台2上，以覆盖上表面的外周区域和侧面的方式设置有由氧化铝等陶瓷形成的罩构件22。
在载置台2的底面设置有支承载置台2的支承构件23。支承构件23从载置台2的底面的中央贯通形成于处理容器1的底壁的孔部并延伸至处理容器1的下方，支承构件23的下端与升降机构24连接。载置台2通过升降机构24，借助支承构件23在图2所示的处理位置与其下方的用双点划线表示的能够搬送晶圆W的搬送位置之间进行升降。在支承构件23且处理容器1的下方安装有凸缘部25，在处理容器1的底面与凸缘部25之间设置有将处理容器1内的气氛与外部气氛划分开且伴随载置台2的升降动作进行伸缩的波纹管26。
在处理容器1的底面附近以从升降板27a向上方突出的方式设置有三个(仅图示两个)晶圆支承销27。晶圆支承销27通过设置于处理容器1的下方的升降机构28，借助升降板27a进行升降。晶圆支承销27穿过被设置于处于搬送位置的载置台2的贯通孔2a，能够相对于载置台2的上表面突出和退回。通过使晶圆支承销27进行升降，来在搬送机构(未图示)与载置台2之间进行晶圆W的交接。
喷淋头3向处理容器1内喷淋状地供给处理气体。喷淋头3由金属制成，具有与载置台2大致相同的直径。喷淋头3以与载置台2相向的方式配置。喷淋头3具有固定于处理容器1的顶壁14的主体部31、以及与主体部31的下部连接的喷淋板32。在主体部31与喷淋板32之间形成有气体扩散空间33，针对气体扩散空间33以贯通处理容器1的顶壁14和主体部31的中央的方式设置有气体导入孔36、37。在喷淋板32的周缘部形成有向下方突出的环状突起部34。在环状突起部34的内侧的平坦面形成有气体喷出孔35。在载置台2存在于处理位置的状态下，在载置台2与喷淋板32之间形成处理空间38，罩构件22的上表面接近环状突起部34而形成环状间隙39。
排气部4对处理容器1的内部进行排气。排气部4具有连接于排气口13b的排气配管41以及连接于排气配管41且具有真空泵、压力控制阀等的排气机构42。在进行处理时，处理容器1内的气体经由狭缝13a到达排气管13，并且从排气管13经过排气配管41后通过排气机构42而被进行排气。
气体供给机构5与气体导入孔36、37连接，能够供给进行成膜所使用的各种气体。例如，气体供给机构5具有含Al气体供给源51a、N2气体供给源52a、N2气体供给源53a、N2气体供给源54a、NH3气体供给源55a、含Ti气体供给源56a以及N2气体供给源57a，来作为进行基底膜的的成膜的气体供给源。此外，在图2所示的气体供给机构5中，将各气体供给源分开地示出，但也可以使可共用化的气体供给源共用化。
含Al气体供给源51a经由气体供给线路51b向处理容器1内供给含Al气体。作为含Al气体，例如可列举AlCl3气体、TMA(三甲基铝：C6H18Al2)气体。例如，含Al气体供给源51a供给TMA气体来作为含Al气体。在气体供给线路51b中，从上游侧起设置有流量控制器51c、贮存罐51d以及阀51e。气体供给线路51b中的阀51e的下游侧与气体导入孔36连接。从含Al气体供给源51a供给的含Al气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存在贮存罐51d中，在贮存罐51d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀51e来进行含Al气体的从贮存罐51d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将含Al气体暂时贮存于贮存罐51d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给含Al气体。
N2气体供给源52a经由气体供给线路52b向处理容器1内供给作为吹扫气体的N2气体。在气体供给线路52b中，从上游侧起设置有流量控制器52c、贮存罐52d以及阀52e。气体供给线路52b中的阀52e的下游侧与气体供给线路51b连接。从N2气体供给源52a供给的N2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐52d中，在贮存罐52d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀52e进行N2气体的从贮存罐52d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将N2气体暂时贮存于贮存罐52d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给N2气体。
N2气体供给源53a经由气体供给线路53b向处理容器1内供给作为载气的N2气体。在气体供给线路53b中，从上游侧起设置有流量控制器53c、阀53e以及节流孔53f。气体供给线路53b中的节流孔53f的下游侧与气体供给线路51b连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从N2气体供给源53a供给的N2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀53e进行N2气体的从N2气体供给源53a向处理容器1的供给和停止供给。通过贮存罐51d、52d来以比较大的流量向气体供给线路51b、52b供给气体，但通过节流孔53f能够抑制被供给至气体供给线路51b的气体向气体供给线路53b逆流。
N2气体供给源54a经由气体供给线路54b向处理容器1内供给作为吹扫气体的N2气体。在气体供给线路54b中，从上游侧起设置有流量控制器54c、贮存罐54d以及阀54e。气体供给线路54b中的阀54e的下游侧与气体供给线路55b连接。从N2气体供给源54a供给的N2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐54d中，在贮存罐54d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀54e进行N2气体的从贮存罐54d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将N2气体暂时贮存于贮存罐54d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给N2气体。
NH3气体供给源55a经由气体供给线路55b向处理容器1内供给反应气体。作为反应气体，例如可列举含N气体、稀有气体、非活性气体。作为可用作反应气体的含N气体，可列举氨气(NH3气体)、肼(N2H4)气体。例如，NH3气体供给源55a向处理容器1内供给NH3气体来作为反应气体。在气体供给线路55b中，从上游侧起设置有流量控制器55c、贮存罐55d以及阀55e。气体供给线路55b中的阀55e的下游侧与气体导入孔37连接。从NH3气体供给源55a供给的NH3气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐55d中，在贮存罐55d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀55e进行NH3气体的从贮存罐55d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样暂时将NH3气体贮存于贮存罐55d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给NH3气体。
含Ti气体供给源56a经由气体供给线路56b向处理容器1内供给含Ti气体。作为含Ti气体，例如可列举TiCl4、TDMAT(四(二甲胺)钛：Ti[N(CH3)2]4)气体、TMEAT(四(甲乙胺)钛：C12H32N4Ti)气体。例如，含Ti气体供给源56a供给TiCl4气体来作为含Ti气体。在气体供给线路56b中，从上游侧起设置有流量控制器56c、贮存罐56d以及阀56e。气体供给线路56b中的阀56e的下游侧与气体供给线路55b连接。从含Ti气体供给源56a供给的含Ti气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐56d中，在贮存罐56d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀56e进行含Ti气体的从贮存罐56d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将含Ti气体暂时贮存于贮存罐56d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给含Ti气体。
N2气体供给源57a经由气体供给线路57b向处理容器1内供给作为载气的N2气体。在气体供给线路57b中，从上游侧起设置有流量控制器57c、阀57e以及节流孔57f。气体供给线路57b中的节流孔57f的下游侧与气体供给线路55b连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从N2气体供给源57a供给的N2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀57e进行N2气体的从N2气体供给源57a向处理容器1的供给和停止供给。通过贮存罐55d、56d来以比较大的流量向气体供给线路55b、56b供给气体，但通过节流孔57f能够抑制被供给至气体供给线路55b的气体向气体供给线路57b逆流。
如上述那样构成的成膜装置101的动作由控制部6统一进行控制。控制部6例如为计算机，具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、辅助存储装置等。CPU基于ROM或辅助存储装置中保存的程序来运行，从而控制装置整体的动作。控制部6可以设置于成膜装置101的内部，也可以设置于外部。在控制部6设置于外部的情况下，控制部6能够通过有线或无线的通信单元等控制成膜装置101。
接着，对第一实施方式所涉及的成膜装置102的结构进行说明。图3是表示第一实施方式所涉及的成膜装置102的概要结构一例的截面图。关于成膜装置102，除了使用的气体和供给气体的气体供给机构5以外，设为与图2所示的成膜装置101相同的结构。对成膜装置102的与成膜装置101相同的部分标注相同的标记并且省略说明，主要说明不同点。
气体供给机构5与气体导入孔36、37连接，能够供给进行成膜所使用的各种气体。例如，气体供给机构5具有WF6气体供给源61a、N2气体供给源62a、N2气体供给源63a、B2H6气体供给源65a、N2气体供给源66a以及N2气体供给源67a，来作为进行初始钨膜的成膜的气体的供给源。此外，在图3所示的气体供给机构5中也是，将各气体供给源分开地示出，但也可以使可共用化的气体供给源共用化。
WF6气体供给源61a经由气体供给线路61b向处理容器1内供给WF6气体。在气体供给线路61b中，从上游侧起设置有流量控制器61c、贮存罐61d以及阀61e。气体供给线路61b中的阀61e的下游侧与气体导入孔36连接。从WF6气体供给源61a供给的WF6气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐61d中，在贮存罐61d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀61e进行WF6气体的从贮存罐61d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样暂时将WF6气体贮存于贮存罐61d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给WF6气体。
N2气体供给源62a经由气体供给线路62b向处理容器1内供给作为吹扫气体的N2气体。在气体供给线路62b中，从上游侧起设置有流量控制器62c、贮存罐62d以及阀62e。气体供给线路62b中的阀62e的下游侧与气体供给线路61b连接。从N2气体供给源62a供给的N2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐62d中，在贮存罐62d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀62e进行N2气体的从贮存罐62d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样暂时将N2气体贮存于向贮存罐62d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给N2气体。
N2气体供给源63a经由气体供给线路63b向处理容器1内供给作为载气的N2气体。在气体供给线路63b中，从上游侧起设置有流量控制器63c、阀63e以及节流孔63f。气体供给线路63b中的节流孔63f的下游侧与气体供给线路61b连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从N2气体供给源63a供给的N2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀63e进行N2气体的从N2气体供给源63a向处理容器1的供给和停止供给。通过贮存罐61d、62d来以比较大的流量向气体供给线路61b、62b供给气体，但通过节流孔63f能够抑制被供给至气体供给线路61b、62b的气体向气体供给线路63b逆流。
B2H6气体供给源65a经由气体供给线路65b向处理容器1内供给作为还原气体的B2H6气体。在气体供给线路65b中，从上游侧起设置有流量控制器65c、贮存罐65d以及阀65e。气体供给线路65b中的阀65e的下游侧与气体供给线路64b连接。气体供给线路64b中的下游侧与气体导入孔37连接。从B2H6气体供给源65a供给的B2H6气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐65d中，在贮存罐65d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀65e进行B2H6气体的从贮存罐65d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将B2H6气体暂时贮存于贮存罐65d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给B2H6气体。
N2气体供给源66a经由气体供给线路66b向处理容器1内供给作为吹扫气体的N2气体。在气体供给线路66b中，从上游侧起设置有流量控制器66c、贮存罐66d以及阀66e。气体供给线路66b中的阀66e的下游侧与气体供给线路64b连接。从N2气体供给源66a供给的N2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐66d中，在贮存罐66d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀66e进行N2气体的从贮存罐66d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将N2气体暂时贮存于贮存罐66d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给N2气体。
N2气体供给源67a经由气体供给线路67b向处理容器1内供给作为载气的N2气体。在气体供给线路67b中，从上游侧起设置有流量控制器67c、阀67e以及节流孔67f。气体供给线路67b中的节流孔67f的下游侧与气体供给线路64b连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从N2气体供给源67a供给的N2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀67e进行N2体的从N2气体供给源67a向处理容器1的供给和停止供给。通过贮存罐65d、66d来以比较大的流量向气体供给线路65b、66b供给气体，但通过节流孔67f能够抑制被供给至气体供给线路65b、66b的气体向气体供给线路67b逆流。
接着，对第一实施方式所涉及的成膜装置103、104的结构进行说明。第一实施方式所涉及的成膜装置103、104为大致相同的结构，因此代表性地说明成膜装置103的结构。图4是表示第一实施方式所涉及的成膜装置103的概要结构的一例的截面图。关于成膜装置103，除了使用的气体和供给气体的气体供给机构5以外，设为与图2、图3所示的成膜装置101、102相同的结构。对成膜装置103的与成膜装置101、102相同的部分标注相同的标记并且省略说明，主要说明不同点。
气体供给机构5与气体导入孔36、37连接，能够供给进行成膜所使用的各种气体。例如，气体供给机构5具有WF6气体供给源61a、N2气体供给源62a、N2气体供给源63a、H2气体供给源64a、N2气体供给源66a、N2气体供给源67a、以及H2气体供给源68a，来作为进行钨膜的成膜的气体的供给源。此外，在图4所示的气体供给机构5中也是，将各气体供给源分开地示出，但也可以使可共用化的气体供给源共用化。
WF6气体供给源61a经由气体供给线路61b向处理容器1内供给WF6气体。在气体供给线路61b中，从上游侧起设置有流量控制器61c、贮存罐61d以及阀61e。气体供给线路61b中的阀61e的下游侧与气体导入孔36连接。从WF6气体供给源61a供给的WF6气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐61d中，在贮存罐61d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀61e进行WF6气体的从贮存罐61d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将WF6气体暂时贮存于贮存罐61d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给WF6气体。
N2气体供给源62a经由气体供给线路62b向处理容器1内供给作为吹扫气体的N2气体。在气体供给线路62b中，从上游侧起设置有流量控制器62c、贮存罐62d以及阀62e。气体供给线路62b中的阀62e的下游侧与气体供给线路61b连接。从N2气体供给源62a供给的N2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐62d中，在贮存罐62d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀62e进行N2气体的从贮存罐62d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将N2气体暂时贮存于贮存罐62d中，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给N2气体。
N2气体供给源63a经由气体供给线路63b向处理容器1内供给作为载气的N2气体。在气体供给线路63b中，从上游侧起设置有流量控制器63c、阀63e以及节流孔63f。气体供给线路63b中的节流孔63f的下游侧与气体供给线路61b连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从N2气体供给源63a供给的N2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀63e进行N2气体的从N2气体供给源63a向处理容器1的供给和停止供给。通过贮存罐61d、62d来以比较大的流量向气体供给线路61b、62b供给气体，但通过节流孔63f能够抑制被供给至气体供给线路61b、62b的气体向气体供给线路63b逆流。
H2气体供给源64a经由气体供给线路64b向处理容器1内供给作为还原气体的H2气体。在气体供给线路64b中，从上游侧起设置有流量控制器64c、阀64e以及节流孔64f。气体供给线路64b中的节流孔64f的下游侧与气体导入孔37连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从H2气体供给源64a供给的H2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀64e进行H2气体的从H2气体供给源64a向处理容器1的供给和停止供给。通过后述的贮存罐66d、68d来以比较大的流量向气体供给线路66b、68b供给气体，但通过节流孔64f能够抑制被供给至气体供给线路66b、68b的气体向气体供给线路64b逆流。
H2气体供给源68a经由气体供给线路68b向处理容器1内供给作为还原气体的H2气体。在气体供给线路68b中，从上游侧起设置有流量控制器68c、贮存罐68d以及阀68e。气体供给线路68b中的阀68e的下游侧与气体供给线路64b连接。从H2气体供给源68a供给的H2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐68d中，在贮存罐68d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀68e进行H2气体的从贮存罐68d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将H2气体暂时贮存于贮存罐68d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给H2气体。
N2气体供给源66a经由气体供给线路66b向处理容器1内供给作为吹扫气体的N2气体。在气体供给线路66b中，从上游侧起设置有流量控制器66c、贮存罐66d以及阀66e。气体供给线路66b中的阀66e的下游侧与气体供给线路64b连接。从N2气体供给源66a供给的N2气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐66d中，在贮存罐66d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀66e进行N2气体的从贮存罐66d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将N2气体暂时贮存于贮存罐66d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给N2气体。
N2气体供给源67a经由气体供给线路67b向处理容器1内供给作为载气的N2气体。在气体供给线路67b中，从上游侧起设置有流量控制器67c、阀67e以及节流孔67f。气体供给线路67b中的节流孔67f的下游侧与气体供给线路64b连接。在进行晶圆W的成膜的期间，从N2气体供给源67a供给的N2气体被连续地供给至处理容器1内。通过阀67e进行N2体的从N2体供给源67a向处理容器1的供给和停止供给。通过贮存罐66d、68d来以比较大的流量向气体供给线路66b、68b供给气体，但通过节流孔67f能够抑制被供给至气体供给线路66b、68b的气体向气体供给线路67b逆流。
〔成膜方法〕
接着，说明使用如上述那样构成的成膜系统100进行的、钨膜的成膜方法。图5是表示第一实施方式所涉及的成膜方法的各工序的流程的一例的流程图。图6是示意性地表示第一实施方式所涉及的成膜方法的各工序中的晶圆的状态的截面图。
首先，最初在本实施方式所涉及的成膜方法中准备形成有绝缘膜的晶圆W(图6的(a))。例如准备形成有沟槽、孔等凹部的具有硅膜的晶圆W(图6的(a))。在晶圆W的表面形成有作为绝缘膜的AlO层。绝缘膜也可以为SiO2层、SiN层。在晶圆W上实际形成有沟槽、孔(接触部孔或导通孔)等凹部，但方便起见，在图6中省略凹部。
成膜装置101通过ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)法来在晶圆W上进行基底膜的成膜(步骤S1：图6的(b))。例如，成膜装置101向处理容器1内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来进行基底膜的成膜。此外，在后文中叙述进行基底膜的成膜的工序的详情。
成膜装置102间隔着作为吹扫气体的N2气体地向处理容器1内对晶圆W交替地供给WF6气体和B2H6气体，来在晶圆W的表面形成Nucleation膜，该Nucleation膜为用于生成钨的核的初始钨膜(步骤S2：图6的(c))。此外，步骤S2可以设为成膜装置102以规定时间或者间歇地向处理容器1内供给B2H6气体来对晶圆W的表面进行处置的工序
成膜装置103对晶圆W进行钨膜的成膜(步骤S3：图6的(d))。此外，在后文中叙述成膜钨膜的工序的详情。
成膜系统100如上述那样进行步骤S1～S3所示的成膜方法的各工序的处理，在形成有绝缘膜的晶圆W上依次进行基底膜、金属层(Nucleation膜、钨膜)的成膜。下面，说明步骤S1～S3的各步骤的成膜方法的详情。
〔基底膜的成膜〕
接着，说明成膜装置101进行基底膜的成膜的流程。成膜装置101向处理容器1内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来进行基底膜的成膜。例如，成膜装置101通过将以下工序至少重复一次来进行基底膜的成膜：将隔着吹扫工序进行的含Ti气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第一基底膜；以及将隔着吹扫工序进行的含Al气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第二基底膜。在本实施方式中，进行作为基底膜的AlTiN膜的成膜，所述AlTiN膜是将作为第一基底膜的TiN膜与作为第二基底膜的AlN膜层叠而成的。
图7是表示第一实施方式所涉及的进行基底膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。成膜装置101的控制部6控制载置台2的加热器21，来将晶圆W加热至规定的温度(例如250℃～550℃)。另外，控制部6控制排气机构42的压力控制阀，来将处理容器1内调整至规定的压力(例如0.1Torr～10Torr)。
控制部6使阀53e、57e打开，来使N2气体供给源53a、57a分别向气体供给线路53b、57b供给规定流量的载气(N2气体)。另外，控制部6使N2气体供给源52a、54a、NH3气体供给源55a和含Ti气体供给源56a分别向气体供给线路52b、54b、55b、56b供给N2气体、NH3气体和含Ti气体。此时，阀52e、54e、55e、56e是关闭的，因此N2气体、NH3气体及含Ti气体分别贮存于贮存罐52d、54d、55d、56d中，使得贮存罐51d、55d、56d内升压。
控制部6使阀56e打开，来将贮存罐56d中贮存的含Ti气体供给至处理容器1内，并使由含Ti气体形成的膜吸附于晶圆W的表面(步骤S11)。例如，在将TiCl4气体用作了含Ti气体的情况下，进行TiCl4+NH3→TiN+HCl↑的反应，TiN吸附于晶圆W的表面。另外，例如在将TDMAT气体用作了含Ti气体的情况下，进行(Ti[N(CH3)2]4)+NH3→TiN+CxHy↑的反应，TiN吸附于晶圆W的表面。另外，例如在将TMEAT气体用作了含Ti气体的情况下，进行C12H32N4Ti+NH3→TiN+CxHy↑的反应，TiN吸附于在晶圆W的表面。
控制部6在从使阀56e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀56e关闭来停止向处理容器1内供给含Ti气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S12)。此时，从压力上升了的状态贮存罐52d、54d供给N2气体，因此能够以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的含Ti气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从含Ti气体气氛置换为N2气体气氛。另外，通过使阀56e关闭，使得从含Ti气体供给源56a供给至气体供给线路56b的含Ti气体被贮存在贮存罐56d中，从而贮存罐56d内升压。另外，通过使阀56e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的含Ti气体进行排气。
控制部6在从使阀52e、54e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀52e、54e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀55e打开，来将贮存罐55d中贮存的NH3气体供给至处理容器1内，以使吸附于晶圆W的表面的含Ti气体还原(步骤S13)。
控制部6在从使阀55e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀55e关闭来停止向处理容器1内供给NH3气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S14)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的NH3气体迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从NH3气体气氛置换为N2气体气氛。另外，通过使阀55e关闭，使得从NH3气体供给源55a供给至气体供给线路55b的NH3气体被贮存在贮存罐55d中，从而贮存罐55d内升压。另外，通过使阀55e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的NH3气体进行排气。
该步骤S11～S14的A循环与形成第一基底膜的工序对应。
控制部6使阀53e、57e打开，来使N2气体供给源53a、57a分别向气体供给线路53b、57b供给规定流量的载气(N2气体)。另外，控制部6使含Ti气体供给源56a停止供给含Ti气体。另外，控制部6使含Al气体供给源51a、N2气体供给源52a、54a和NH3气体供给源55a分别向气体供给线路51b、52b、54b、55b供给含Al气体、N2气体及NH3气体。此时，阀51e、52e、54e、55e是关闭的，因此含Al气体、N2气体及NH3气体分别贮存于贮存罐51d、52d、54d、55d中，使得贮存罐51d、55d、54d、56d内升压。
控制部6使阀51e打开，来将贮存罐51d中贮存的含Al气体供给至处理容器1内，并使由含Al气体形成的膜吸附于晶圆W的表面(步骤S15)。例如，在将AlCl3气体用作了含Al气体的情况下，进行AlCl3+NH3→AlN+HCl↑的反应，AlN吸附于晶圆W的表面。另外，例如在将TMA气体用作了含Al气体的情况下，进行C6H18Al2+NH3→AlN+CxHy↑的反应，AlN吸附于晶圆W的表面。
控制部6在从使阀51e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀51e关闭，停止向处理容器1内供给含Al气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S16)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的含Al气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从含Al气体气氛置换为N2气体气氛。另外，通过使阀51e关闭，使得从含Al气体供给源51a供给至气体供给线路51b的含Al气体被贮存于贮存罐51d中，从而贮存罐51d内升压。另外，通过使阀51e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的含Al气体进行排气。
控制部6在从使阀52e、54e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀52e、54e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀55e打开，来将贮存罐55d中贮存的NH3气体供给至处理容器1内，以使吸附于晶圆W的表面的含Al气体还原(步骤S17)。
控制部6在从使阀55e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀55e关闭来停止向处理容器1内供给NH3气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54e中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S18)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的NH3气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从NH3气体气氛置换为N2气体气氛。通过使阀55e关闭，使得从NH3气体供给源55a供给至气体供给线路55b的NH3气体被贮存于贮存罐55d中，从而贮存罐55d内升压。另外，通过使阀55e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的NH3气体进行排气。
该步骤S15～S18的B循环与形成第二基底膜的工序对应。
控制部6通过将步骤S11～S18的循环重复多次，成膜出具有期望的膜厚的AlTiN膜来作为基底膜。
此外，图7所示的进行基底膜的成膜时的气体供给序列和工艺气体的条件是一例，但并不限定于此。基底膜的成膜也可以使用其它气体供给序列和工艺气体的条件。
在此，在图7所示的气体供给序列中，通过步骤S11～S14的A循环来形成含Ti膜，通过步骤S15～S18的B循环来形成含Al膜。因而，在实施基底膜的成膜时，通过改变A循环和B循环的实施次数，能够控制基底膜的Ti和Al的含有率。
从密合性、抑制反应的观点出发，优选在AlO层上基底膜的下部的含Ti率高。另外，从金属层的形成难度、取向的观点出发，优选在AlO层上基底膜的上部的含Al率高。因而，优选AlTiN膜的下部的含Ti率高且上部的含Al率高。
因此，在形成基底膜的情况下，控制部6控制形成第一基底膜的工序和形成第二基底膜的工序的执行次数，来调整第一基底膜和第二基底膜的成膜比率。由此，能够使基底膜中呈现出元素浓度的渐变。另外，例如在形成基底膜的下部的情况下，控制部6使形成第一基底膜的工序比形成第二基底膜的工序的执行次数多。另外，在形成基底膜的上部的情况下，控制部6使形成第二基底膜的工序比形成第一基底膜的工序的执行次数多。例如，控制部6将步骤S11～S18的循环设为一个组合，通过将组合重复Z次来进行AlTiN膜的成膜。在进行AlTiN膜的下部的成膜的期间，控制部6针对每个组合，使实施A循环的次数比实施B循环的次数多。另外，在进行AlTiN膜的上部的成膜的期间，控制部6针对每个组合，使实施B循环的次数比实施A循环的次数多。另外，例如控制部6进行控制，以使得在进行基底膜的成膜的初期的组合中更多地实施A循环，在基底膜的成膜的末期的组合中更多地实施B循环。作为一例，在进行基底膜的下部的成膜的期间，控制部6在实施两次A循环之后实施一次B循环。在进行基底膜的中央部分的成膜的期间，控制部6在实施一次A循环之后实施一次B循环。在进行基底膜的上部的成膜的期间，控制部6在实施一次A循环之后实施两次B循环。此外，例示的A循环和B循环的实施次数是一例，但并不限定于此。关于基底膜，从其与AlO层的密合性的观点出发，优选首先实施A循环。另外，关于基底膜，从金属层的形成难度、取向的观点出发，优选最后实施B循环。
控制部6调整第一基底膜与第二基底膜的成膜比率，以使得基底膜的Ti与Al的组成比为20～95％：5～80％。
〔金属层的成膜〕
接着，说明进行金属层的成膜的流程。在本实施方式中，成膜装置102进行作为金属层的初始钨膜的成膜，成膜装置103进行作为金属层的主钨膜的成膜。图8是表示第一实施方式所涉及的进行作为金属层的初始钨膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。
成膜装置102的控制部6控制载置台2的加热器21，来将晶圆W加热至规定的温度(例如250℃～550℃)。另外，控制部6控制排气机构42的压力控制阀，来将处理容器1内调整为规定的压力(例如0.1Torr～10Torr)。
控制部6使阀63e、67e打开，来使N2气体供给源63a、67a分别向气体供给线路63b、67b供给规定流量的载气(N2气体)。另外，控制部6使WF6气体供给源61a和B2H6气体供给源65a分别向气体供给线路61b、65b供给WF6气体和B2H6气体。此时，阀61e、65e是关闭的，因此WF6气体和B2H6气体分别贮存于贮存罐61d、65d中，使得贮存罐61d、65d内升压。
接着，控制部6使阀61e打开，来将贮存罐61d中贮存的WF6气体供给至处理容器1内，并使该WF6气体吸附于晶圆W的表面(步骤S21)。另外，控制部6与向处理容器1内进行的WF6气体的供给并行地使N2气体供给源62a、66a向气体供给线路62b、66b分别供给吹扫气体(N2气体)。此时，通过使阀62e、66e关闭，使得吹扫气体被贮存于贮存罐62d、66d中，从而贮存罐62d、66d内升压。
控制部6在从使阀61e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀61e关闭来停止向处理容器1内供给WF6气体。另外，控制部6使阀62e、66e打开，来将贮存罐62d、66d中分别贮存的吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S22)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐62d、66d进行供给，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的WF6气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从WF6气体气氛置换为包含N2气体的气氛。另一方面，通过使阀61e关闭，使得从WF6气体供给源61a供给至气体供给线路61b的WF6气体被贮存于贮存罐61d中，从而贮存罐61d内升压。
控制部6在从使阀62e、66e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀62e、66e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀65e打开，来将贮存罐65d中贮存的B2H6气体供给至处理容器1内，以使吸附于晶圆W的表面的WF6气体还原(步骤S23)。此时，通过使阀62e、66e关闭，使得从N2气体供给源62a、66a分别供给至气体供给线路62b、66b的吹扫气体被贮存于贮存罐62d、66d中，从而贮存罐62d、66d内升压。
控制部6在从使阀65e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀65e关闭来停止向处理容器1内供给B2H6气体。另外，控制部6使阀62e、66e打开，来将贮存罐62d、66d中分别贮存的吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S24)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐62d、66d进行供给，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的B2H6气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从B2H6气体气氛置换为包含N2气体的气氛。另一方面，通过使阀65e关闭，使得从B2H6气体供给源65a供给至气体供给线路65b的B2H6气体被贮存于贮存罐65d中，从而贮存罐65d内升压。
控制部6通过将步骤S21～S24的循环重复进行多次(例如1～50次循环)，来成膜出具有期望的膜厚的初始钨膜。
此外，图8所示的进行初始钨膜的成膜时的气体供给序列和工艺气体的条件是一例，并不限定于此。初始钨膜的成膜也可以使用其它气体供给序列和工艺气体的条件。
图9是表示第一实施方式所涉及的进行作为金属层的主钨膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。成膜装置103的控制部6控制载置台2的加热器21，来将晶圆W加热至规定的温度(例如250℃～550℃)。另外，控制部6控制排气机构42的压力控制阀，来将处理容器1内调整为规定的压力(例如0.1Torr～10Torr)。
控制部6使阀63e、67e打开，来使N2气体供给源63a、67a分别向气体供给线路63b、67b供给规定的流量的载气(N2气体)。另外，控制部6使阀64e打开，来使H2气体供给源64a向气体供给线路64b供给规定流量的H2气体。另外，控制部6使WF6气体供给源61a和H2气体供给源68a分别向气体供给线路61b、68b供给WF6气体和H2气体。此时，阀61e、68e是关闭的，因此WF6气体和H2气体分别贮存于贮存罐61d、68d中，使得贮存罐61d、68d内升压。
接着，控制部6使阀61e打开，来将贮存罐61d中贮存的WF6气体供给至处理容器1内，并使该WF6气体吸附于晶圆W的表面(步骤S21)。另外，控制部6与向处理容器1内进行的WF6气体的供给并行地使N2气体供给源62a、66a向气体供给线路62b、66b分别供给吹扫气体(N2气体)。此时，通过使阀62e、66e关闭，使得吹扫气体被贮存于贮存罐62d、66d中，从而贮存罐62d、66d内升压。
控制部6在从使阀61e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀61e关闭来停止向处理容器1内供给WF6气体。另外，控制部6使阀62e、66e打开，来将贮存罐62d、66d中分别贮存的吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S22)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐62d、66d进行供给，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的WF6气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从WF6气体气氛置换为包含H2气体和N2气体的气氛。另一方面，通过使阀61e关闭，使得从WF6气体供给源61a供给至气体供给线路61b的WF6气体被贮存于贮存罐61d中，从而贮存罐61d内升压。
控制部6在从使阀62e、66e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀62e、66e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀68e打开，来将贮存罐68d中贮存的H2气体供给至处理容器1内，以使吸附于晶圆W的表面的WF6气体还原(步骤S23)。此时，通过使阀62e、66e关闭，使得从N2气体供给源62a、66a分别供给至气体供给线路62b、66b的吹扫气体被贮存于贮存罐62d、66d中，从而贮存罐62d、66d内升压。
控制部6在从使阀68e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀68e关闭来停止向处理容器1内供给H2气体。另外，控制部6使阀62e、66e打开，来将贮存罐62d、66d中分别贮存的吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S24)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐62d、66d进行供给，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的H2气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从H2气体气氛置换为包含H2气体和N2气体的气氛。另一方面，通过使阀68e关闭，使得从H2气体供给源68a供给至气体供给线路68b的H2气体被贮存于贮存罐68d中，从而贮存罐68d内升压。
控制部6通过使步骤S21～S24的循环重复进行多次(例如50～3000次循环)，来成膜出具有期望的膜厚的钨膜。
此外，图9所示的进行主钨膜的成膜时的气体供给序列和工艺气体的条件是一例，并不限定于此。钨膜的成膜可以使用其它气体供给序列和工艺气体的条件。
[作用和效果]
接着，对本实施方式所涉及的成膜方法的作用和效果进行说明。图10是表示第一实施方式所涉及的晶圆的层结构的一例的图。图10表示通过第一本实施方式所涉及的成膜方法进行了成膜的晶圆W的层结构的一例。在晶圆W中，在未图示的硅(SiO2)层上形成有用于阻挡的AlO层。而且，关于晶圆W，从密合性、抑制反应的观点出发，优选通过本实施方式所涉及的成膜方法在AlO层上形成厚度例如为1nm的AlTiN膜来作为基底膜。AlTiN膜以下部的Ti的含有率高且上部的Al的含有率高的方式进行了成膜。而且，晶圆W在AlTiN膜上形成有厚度例如为1nm的钨的Nucleation膜(Nuc)来作为初始钨膜。而且，在晶圆W中，在Nucleation膜上形成有电阻低的钨膜(W)。
在此，下面统一地记载实施方式所涉及的成膜方法的工艺条件的一例。
·AlTiN膜
温度：250℃～550℃
压力：0.1Torr～10Torr
含Ti气体：10sccm～500sccm
含Al气体：10sccm～500sccm
载气(N2)：3000sccm～30000sccm
吹扫气体(N2)：0sccm～20000sccm
NH3气体：1000sccm～20000sccm
时间：
含Ti气体：0.05秒～5秒
含Al气体：0.05秒～5秒
吹扫：0.05秒～5秒
NH3气体：0.05秒～5秒
吹扫：0.05秒～5秒
·Nucleation膜：
温度：250℃～550℃
压力：0.1Torr～10Torr
含W气体：10sccm～500sccm
载气(N2)：3000sccm～30000sccm
吹扫气体(N2)：1000sccm～10000sccm
H2气体：1000sccm～10000sccm
SiH4气体、B2H6气体：10sccm～1000sccm
时间：
含W气体：0.05秒～5秒
吹扫：0.05秒～5秒
SiH4气体、B2H6气体：0.05秒～5秒
吹扫：0.05秒～5秒
·W膜：
温度：250℃～550℃
压力：0.1Torr～10Torr
含W气体：100sccm～500sccm
载气(N2)：3000sccm～30000sccm
吹扫气体(N2)：1000sccm～10000sccm
H2气体：1000sccm～10000sccm
时间：
含W气体：0.05秒～15秒
吹扫：0.05秒～15秒
H2气体：0.05秒～15秒
吹扫：0.05秒～15秒
关于晶圆W，通过在AlO层上进行下部的Ti的含有率高的AlTiN膜的成膜能够得到密合性，并且能够抑制AlO层的反应。关于AlTiN膜，优选将厚度设为3.5nm以下，如果厚度为1nm左右，则能够得到与AlO层的密合性，并且能够抑制AlO层的反应。另外，通过提高AlTiN膜的下部的Ti的含有率，能够进一步提高与AlO层的密合性。另外，通过提高AlTiN膜的上部的Al的含有率，能够取消TiN的取向。由此，在晶圆W中，能够使用来成膜的钨的晶粒生长得更大，从而能够使钨膜的电阻下降。
另外，关于晶圆W，通过形成Nucleation膜能够提高用来成膜的钨的密合性。另外，关于晶圆W，通过形成Nucleation膜能够提高用来成膜的钨的均匀性。关于Nucleation膜，优选将厚度设为0.5nm-5nm左右。
在此，使用比较例来说明效果。图11是表示比较例所涉及的晶圆的层结构的一例的图。图11示出现有的晶圆W的层结构的一例。在晶圆W中，在未图示的硅(SiO2)层上形成用于阻挡的AlO层，从密合性、抑制反应的观点出发，在AlO层上形成有厚度例如为1nm的TiN膜。而且，在晶圆W中，在TiN膜上形成有厚度例如为1nm的AlN膜。而且，在晶圆W中，在AlN膜上形成有厚度例如为1nm的钨的Nucleation膜(Nuc)。而且，在晶圆W中，在Nucleation膜上形成有电阻低的钨膜(W)。
下面，记载进行比较例的各膜的成膜的工艺条件的一例。
·Nucleation膜：
温度：250℃～550℃
压力：0.1Torr～10Torr
含W气体：10sccm～500sccm
载气(N2)：3000sccm～30000sccm
吹扫气体(N2)：1000sccm～10000sccm
H2气体：1000sccm～20000sccm
SiH4气体、B2H6气体：10sccm～1000sccm
时间：
含W气体：0.05秒～5秒
吹扫：0.05秒～5秒
SiH4气体、B2H6气体：0.05秒～5秒
吹扫：0.05秒～5秒
·W膜：
温度：250℃～550℃
压力：0.1Torr～20Torr
含W气体：100sccm～500sccm
载气(N2)：1000sccm～10000sccm
吹扫气体(N2)：0sccm～10000sccm
H2气体：500sccm～20000sccm
时间：
含W气体：0.05秒～15秒
吹扫：0.05秒～15秒
H2气体：0.05秒～15秒
吹扫：0.05秒～15秒
图12是表示电阻率相对于钨膜的厚度的变化的一例的图。在图12中表示图10所示的本实施方式的层结构和图11所示的比较例的层结构中的电阻率根据钨膜的厚度产生的变化。在图12的例子中，从与AlO层之间的界面处测量钨膜的厚度。即，在本实施方式的层结构中，将AlTiN膜、Nucleation膜(Nuc)、钨膜(W)的厚度设为钨膜的厚度。在比较例的层结构中，将TiN膜、AlN膜、Nucleation膜(Nuc)、钨膜(W)的厚度设为钨膜的厚度。另外，在图12的例子中，示出以厚度为10nm的情况下的比较例的电阻率为基准进行标准化后的电阻率。如图12所示，在厚度为12nm的情况下，本实施方式的层结构相比于比较例的层结构，电阻率下降39％。另外，在厚度为22nm的情况下，本实施方式的层结构相比于比较例的层结构，电阻率下降35％。
在此，如上述那样，LSI使配线微细化，并且要求配线的低电阻化。例如，在3D NAND闪存等三维层叠半导体存储器中，将钨膜成膜为字线，但为了微细化而要求钨膜的进一步的低电阻化。
与此相对地，本实施方式的层结构即使在薄膜化了的情况下也能够实现钨膜的低电阻化。
另外，在图11所示的比较例的层结构中，分别通过不同的成膜装置来进行TiN膜和AlN膜的成膜，因此需要在成膜装置间进行晶圆W的搬送的搬送时间。另一方面，在图10所示的本实施方式的层结构中，能够通过一个成膜装置101来进行AlTiN膜的成膜，因此能够削减在成膜装置间进行晶圆W的搬送时间，从而生产性提高。
另外，在图11所示的比较例的层结构中，在通过不同的成膜装置来进行TiN膜和AlN膜的成膜并且在成膜装置间在大气中进行了搬送的情况下，表面发生氧化。另一方面，在图10所示的本实施方式的层结构中，能够通过一个成膜装置101来进行AlTiN膜的成膜，因此能够防止表面发生氧化。
另外，还对进行了金属层的成膜的晶圆W实施蚀刻等各种基板处理。图13A和图13B为表示形成有凹部的晶圆W的一例的图。在图13A中，对图10所示的本实施方式的层结构的晶圆W进行蚀刻而形成有凹部H1。在图13B中，对图11所示的比较例的层结构的晶圆W进行蚀刻而形成有凹部H1。在图13B中，在凹部H1中AlN膜的截面露出。
如图13B所示，在凹部H1AlN膜的截面露出的情况下，当对晶圆W进行湿蚀刻时，AlN膜从截面被蚀刻而导致凹部H1的形状不良。另一方面，例如即使对图13A的晶圆W进行湿蚀刻，AlTiN膜也由于蚀刻速率低而能够抑制凹部H1产生形状不良。
另外，在比较例的方法中，引起AlN+ClF3→AlF的反应，AlF由于挥发性低而成为微粒源，因此例如难以通过ClF3等进行腔室内的干清洁。另一方面，在本实施方式的方法中，例如在通过ClF3等进行干清洁的情况下，引起AlTiN+ClF3→AlTiF的反应，AlTiF具有能够通过干清洁而被去除的可能性，因此能够进行腔室的干清洁。
另外，在本实施方式所涉及的成膜方法中，能够控制被成膜为基底膜的AlTiN膜的Ti和Al的含有率。基底膜的Al比率越高，则氟(F)的阻隔性越高。图14是表示基底膜的F相对于基底膜的含Al率的浓度的一例的图。在图14中表示将基底膜的含Al率设为0％、5％、30％、50％、100％来分别对晶圆W进行图10所示的本实施方式的层结构的成膜并且测量基底膜的F的浓度得到的结果。将基底膜视作整块，根据基底膜整体求出基底膜的含Al率。基底膜在含Al率为0％的情况下为TiN膜，在含Al率为5％、30％、50的情况下为AlTiN膜，在含Al率为100％的情况下为AlN膜。利用通过靠近试样的背面侧对试样表面附近进行分析的Backside SIMS的测量方法来测量F的浓度。在图14中，以含Al率为0％的F的浓度为基准进行标准化来表示F的浓度。如图14所示，基底膜具有含Al率越高则F的浓度越低的倾向。例如，基底膜在含Al率为50％的情况下，相比于含Al率为0％的情况，F的浓度下降约50％。另外，基底膜在含Al率为100％的情况下，相比于含Al率为0％的情况，F的浓度约下降70％。因而，在本实施方式所涉及的成膜方法中，以含Al率为30％以上的方式进行基底膜的成膜，由此能够使基底膜的F的阻隔性提高。
另外，在图10所示的本实施方式的层结构中，钨膜(W)的电阻率根据基底膜的Al比率发生变化。图15是表示电阻率相对于钨膜的厚度的变化的一例的图。在图15中示出将基底膜的含Al率设为0％、10％、30％、50％、100％的情况下的钨膜的相对于厚度的电阻率。从与AlO层的界面处测量钨膜的厚度。在图15中示出将基底膜的含Al率设为0％、10％、30％、50％、100％的情况下的钨膜的电阻率。基底膜的含Al率为10％、30％、50％、100％的情况下的电阻率如范围A1所示的那样被标记为相同程度。在基底膜的含Al率为10％～100％的情况下，钨膜的电阻率与含Al率无关地发生同样的变化。另一方面，基底膜的含Al率为0％的电阻率被标记在范围A1上方。在图15中示出表示基底膜的含Al率为10％～100％的情况下的变化倾向的线L1、以及表示基底膜的含Al率为0％的情况下的电阻率的变化倾向的线L2。当基底膜的Al比率为10％以上时，钨膜的电阻率下降。例如，在钨膜为15nm的情况下，在基底膜的含Al率为10～100％的情况下，钨膜的电阻率相比于基底膜的含Al率为0％的情况下降41％。因而，在本实施方式所涉及的成膜方法中，以含Al率为10％以上的方式进行基底膜的成膜，由此能够使钨膜电阻化。
另外，由于TiN的影响，被成膜为基底膜的AlTiN膜的结晶性根据Al比率发生变化。TiN膜为具有结晶性的膜，因此在进行X射线分析(X-ray diffraction：XRD)的情况下，在特定的衍射角度时产生强度峰值。图16是表示对TiN膜进行X射线分析时产生强度峰值的衍射角度的一例的图。TiN膜例如在衍射角度40°的附近、衍射角度60°的附近产生强度峰值。关于AlTiN膜，TiN的影响程度根据Al比率发生变化，因此能够通过Al比率来控制结晶性。图17A～图17D是表示对AlTiN膜进行X射线分析得到的衍射曲线的一例的图。在图17A中示出将含Al率设为0％的实质性的TiN膜的衍射曲线。在图17B中示出将含Al率设为10％的AlTiN膜的衍射曲线。在图17C中示出将含Al率设为30％的AlTiN膜的衍射曲线。在图17D中示出将含Al率设为50％的AlTiN膜的衍射曲线。在图17A～图17D中分别示出AlTiN膜的膜厚为
Figure BDA0002849342600000311
的情况下的衍射曲线的波形。在衍射曲线的波形中，在膜具有结晶性的情况下，膜厚越厚则强度表现出越大的峰值。例如，如图17A～图17C所示，在将AlTiN膜的含Al率设为0％～30％的情况下，TiN膜在产生强度峰值的衍射角度60°的附近产生了强度峰值。因此，关于AlTiN膜，在将含Al率设为0％～30％的情况下，能够判别为该AlTiN膜被成膜为具有结晶性的膜。另一方面，如图17D所示，在将AlTiN膜的含Al率设为50％的情况下，即使在衍射角度60°的附近也未产生峰值。因此，关于AlTiN膜，在将含Al率设为50％的情况下，能够判别为该AlTiN膜被成膜为不具有结晶性的非晶膜。在下层的AlTiN膜具有结晶性的情况下，Nucleation膜的下部会继承结晶性，为了取消结晶性以使钨生长，需要某种程度的固定量的膜厚，成膜为高电阻的膜。另一方面，在下层的AlTiN膜为非晶膜的情况下，Nucleation膜的下部无结晶性，因此能够使Nucleation膜较薄，因此能够成膜为电阻低的膜。因而，在本实施方式所涉及的成膜方法中，通过以含Al率为50％以上的方式进行AlTiN膜的成膜来将AlTiN膜设为非晶膜，由此能够使Nucleation膜低电阻化，因此能够使钨膜进一步低电阻化。
像这样，本实施方式所涉及的成膜方法包括以下工序：将形成有绝缘膜(AlO层)的晶圆W配置于处理容器1内，在减压气氛下向处理容器1内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来形成基底膜；以及通过金属材料在形成有基底膜的晶圆W形成金属层。由此，本实施方式所涉及的成膜方法即使在薄膜化了的情况下也能够实现钨膜的低电阻化。
另外，在本实施方式所涉及的成膜方法中，形成基底膜的工序中，将以下工序至少重复一次以上：将隔着吹扫工序进行的含Ti气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第一基底膜(A循环)；以及将隔着吹扫工序进行的含Al气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第二基底膜(B循环)。由此，本实施方式所涉及的成膜方法能够使基底膜中呈现出Ti、Al的元素浓度的渐变。
另外，在本实施方式所涉及的成膜方法中，在形成基底膜的工序中，在形成基底膜的下部的情况下，相比于形成第二基底膜的工序更多地执行形成第一基底膜的工序，在形成基底膜的上部的情况下，相比于形成第一基底膜的工序更多地执行形成第二基底膜的工序。由此，本实施方式所涉及的成膜方法能够以基底膜的下部的Ti的含有率高且基底膜的上部的Al的含有率高的方式进行成膜。
另外，在本实施方式所涉及的成膜方法中，在形成基底膜的工序中，首先执行形成第一基底膜的工序。由此，本实施方式所涉及的成膜方法能够提高绝缘膜与基底膜的密合性。
另外，在本实施方式所涉及的成膜方法中，在形成基底膜的工序中，最后执行形成第二基底膜的工序。由此，本实施方式所涉及的成膜方法能够成膜出均匀性好的金属层。
(第二实施方式)
接着，说明第二实施方式。第二实施方式所涉及的成膜系统100及成膜装置101～104与图1至图4所示的第一实施方式所涉及的成膜系统100及成膜装置101～104结构相同，因此省略说明。
说明成膜装置101进行基底膜的成膜的流程。成膜装置101向处理容器1内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来进行基底膜的成膜。
图18是表示第二实施方式所涉及的进行基底膜的成膜时的气体供给序列的一例的图。控制部6使阀53e、57e打开，来使N2气体供给源53a、57a分别向气体供给线路53b、57b供给规定流量的载气(N2气体)。另外，控制部6使含Al气体供给源51a、N2气体供给源52a、54a、NH3气体供给源55a和含Ti气体供给源56a分别向气体供给线路51b、52b、54b、55b、56b供给含Al气体、N2气体、NH3气体及含Ti气体。此时，阀51e、52e、54e、55e、56e是关闭的，因此含Al气体、N2气体、NH3气体及含Ti气体分别贮存于贮存罐52d、54d、55d、56d中，使得贮存罐52d、54d、55d、56d内升压。
控制部6使阀56e打开，来将贮存罐56d中贮存的含Ti气体供给至处理容器1内，并使由含Ti气体形成的膜吸附于晶圆W的表面(步骤S51)。
控制部6在从使阀56e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀56e关闭来停止向处理容器1内供给含Ti气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S52)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的含Ti气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从含Ti气体气氛置换为N2气体气氛。另外，通过使阀56e关闭，使得从含Ti气体供给源56a供给至气体供给线路56b的含Ti气体被贮存于贮存罐56d中，从而贮存罐56d内升压。另外，通过使阀56e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的含Ti气体进行排气。
控制部6在从使阀52e、54e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀52e、54e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀51e打开，来将贮存罐51d中贮存的含Al气体供给至处理容器1内，以使由含Al气体形成的膜吸附于晶圆W的表面(步骤S53)。
控制部6在从使阀51e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀51e关闭来停止向处理容器1内供给含Al气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S54)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的含Al气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从含Al气体气氛置换为N2气体气氛。另外，通过使阀51e关闭，使得从含Al气体供给源51a供给至气体供给线路51b的含Al气体被贮存于贮存罐51d中，从而贮存罐51d内升压。另外，通过使阀51e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给来的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的含Al气体进行排气。
控制部6在从使阀52e、54e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀52e、54e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀55e打开，来将贮存罐55d中贮存的NH3气体供给至处理容器1内，以使吸附于晶圆W的表面的含Al气体和含Ti气体还原(步骤S55)。
控制部6在从使阀55e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀55e关闭来停止向处理容器1内供给NH3气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S56)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的NH3气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从NH3气体气氛置换为N2气体气氛。通过使阀55e关闭，使得从NH3气体供给源55a供给至气体供给线路55b的NH3气体被贮存于贮存罐55d中，从而贮存罐55d内升压。另外，通过使阀55e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给来的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的NH3气体进行排气。
控制部6以多次循环(例如2～1000循环)重复进行步骤S51～S55的X循环，由此能够成膜期望的膜厚的AlTiN膜作为基底膜。
在此，在图18所示的气体供给序列中，通过改变含Ti气体的供给量和含Al气体的供给量，能够控制Ti的含有率和Al的含有率。
从密合性、抑制反应的观点出发，优选在AlO层上基底膜的下部的Ti的含有率高。另外，从金属层的形成难度、取向的观点出发，优选在AlO层上基底膜的上部的Al的含有率高。例如，优选AlTiN膜的下部的Ti的含有率高，上部的Al的含有率高。
因此，在形成基底膜的情况下，控制部6调整含Ti气体的供给量与含Al气体的供给量之比。由此，能够使基底膜中呈现出Ti和Al的元素浓度的渐变。例如，在形成基底膜的下部的情况下，控制部6控制为含Ti气体的供给量比含Al气体的供给量多，在形成所述基底膜的上部的情况下，控制部6控制为含Ti气体的供给量比含Al气体的供给量少。例如，在形成基底膜的下部的情况下，控制部6进行使含Ti气体的供给时间变长的控制以及使含Al气体的供给时间变短的控制这两方或其中一方，来控制为含Ti气体的供给量比含Al气体的供给量多。另外，在形成基底膜的上部的情况下，控制部6进行使含Ti气体的供给时间变短的控制以及使含Al气体的供给时间变长的控制这两方或其中一方，来控制为含Ti气体的供给量比含Al气体的供给量少。由此，如图10所示那样以下部的Ti的含有率高且上部的Al的含有率高的方式成膜出AlTiN膜。
此外，图18所示的进行基底膜的成膜时的气体供给序列和工艺气体的条件是一例，并不限定于此。基底膜的成膜也可以使用其它气体供给序列和工艺气体的条件。
像这样，在本实施方式所涉及的成膜方法中，在形成基底膜的下部的情况下，使含Ti气体的供给量比含Al气体的供给量多，在形成基底膜的上部的情况下，使含Ti气体的供给量比含Al气体的供给量少，并且隔着吹扫工序重复向处理容器1内依次供给含Ti气体、所述含Al气体以及反应气体，来形成基底膜。由此，本实施方式所涉及的成膜方法能够以基底膜的下部的Ti的含有率高且基底膜的上部的Al的含有率高的方式进行成膜。
(第三实施方式)
接着，说明第三实施方式。第三实施方式使成膜装置101具备成膜装置102的功能，成膜装置102能够设为与成膜装置103、104同样的结构。此外，第三实施方式所涉及的成膜系统100与第一实施方式及第二实施方式相同，因此省略。
对第三实施方式所涉及的成膜装置101的结构进行说明。图19是表示第三实施方式所涉及的成膜装置101的概要结构的一例的截面图。第三实施方式所涉及的成膜装置101与第一实施方式及第二实施方式所涉及的成膜装置101的结构局部相同，因此对相同的部分标注相同的标记并省略说明，主要说明不同点。
气体供给机构5还具有作为进行基底膜的成膜的气体供给源的、核生成气体供给源58a。此外，在图19所示的气体供给机构5中也是，将各气体供给源分开地示出，但也可以使可共用化的气体供给源共用化。
核生成气体供给源58a经由气体供给线路58b向处理容器1内供给核生成气体，来生成之后要形成的金属层的核。核生成气体是用于生成核以使得容易对晶圆W均匀地进行金属层的成膜的气体，在将金属层设为钨膜的情况下，核生成气体可列举B2H6气体、BCl3气体、SiH4气体、Si2H6气体、SiH2Cl2气体。例如，核生成气体供给源58a供给作为核生成气体的B2H6气体。在气体供给线路58b中，从上游侧起设置有流量控制器58c、贮存罐58d以及阀58e。气体供给线路58b的阀58e的下游侧与气体供给线路55b连接。从核生成气体供给源58a供给的核生成气体在被供给至处理容器1内之前被暂时贮存于贮存罐58d中，在贮存罐58d内被升压至规定的压力，之后被供给至处理容器1内。通过阀58e进行核生成气体的从贮存罐58d向处理容器1的供给和停止供给。通过像这样将核生成气体暂时贮存于贮存罐58d，能够以比较大的流量向处理容器1内稳定地供给核生成气体。
接着，说明第三实施方式所涉及的成膜装置101进行基底膜的成膜的流程。成膜装置101向处理容器1器内重复供给含Ti气体、含Al气体以及核生成气体来进行基底膜的成膜。例如，成膜装置101通过将以下工序至少重复一次来形成基底膜：将隔着吹扫工序进行的含Ti气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第一基底膜；将隔着吹扫工序进行的含Al气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第二基底膜；以及将隔着吹扫工序进行的核生成气体的供给至少重复一次，由此形成第三基底膜。在本实施方式中，进行作为基底膜的AlTiBN膜的成膜，所述AlTiBN膜是将作为第一基底膜的TiN膜、作为第二基底膜的AlN膜以及作为第三基底膜的通过B2H6气体形成的含B膜较薄地交替层叠而成的。
图20是表示第三实施方式所涉及的进行基底膜的成膜时的气体供给序列的图。图20所示的气体供给序列的步骤S11～S18与图7所示的气体供给序列相同，因此省略说明。
控制部6使阀53e、57e打开，来使N2气体供给源53a、57a分别向气体供给线路53b、57b供给规定流量的载气(N2气体)。另外，控制部6使含Ti气体供给源56a、含Al气体供给源51a和NH3气体供给源55a停止供给含Ti气体、含Al气体以及NH3气体。另外，控制部6使N2气体供给源52a、54a、核生成气体供给源58a分别向气体供给线路52b、54b、58b供给N2气体和核生成气体。此时，阀52e、54e、58e是关闭的，因此N2气体和核生成气体分别贮存于贮存罐52d、54d、58d中，使得贮存罐52d、54d、58d内升压。
控制部6在从使阀52e、54e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀52e、54e关闭来停止向处理容器1内供给吹扫气体。另外，控制部6使阀58e打开，来将贮存罐58d中贮存的核生成气体供给至处理容器1内，以在晶圆W的表面生成核(步骤S19)。
控制部6在从使阀58e打开起经过了规定时间(例如0.05秒～5秒)后，使阀58e关闭来停止向处理容器1内供给核生成气体。另外，控制部6使阀52e、54e打开，来将贮存罐52d、54d中贮存的N2气体作为吹扫气体供给至处理容器1内(步骤S20)。此时，从压力上升了的状态的贮存罐52d、54d供给N2气体，因此以比较大的流量、例如比载气的流量大的流量向处理容器1内供给吹扫气体。因此，处理容器1内残留的核生成气体能够迅速地向排气配管41排出，使得处理容器1内在短时间内从核生成气体气氛置换为N2气体气氛。通过使阀58e关闭，使得从核生成气体供给源58a供给至气体供给线路58b的核生成气体贮存于贮存罐58d中，从而贮存罐58d内升压。另外，通过使阀58e关闭，使得从气体供给线路53b和气体供给线路57b供给的载气(N2)也作为吹扫气体发挥功能，从而能够对多余的核生成气体进行排气。
该步骤S19～S20的C循环与形成第三基底膜的工序对应。
控制部6通过将步骤S11～S20的循环重复多次，成膜出具有期望的膜厚的AlTiBN膜来作为基底膜。
此外，图20所示的进行基底膜的成膜时的气体供给序列和工艺气体的条件为一例，并不限定于此。基底膜的成膜可以使用其它气体供给序列和工艺气体的条件。
在此，在图20所示的气体供给序列中，通过步骤S11～S14的A循环来形成含Ti膜，通过步骤S15～S18的B循环来形成含Al膜，通过步骤S19～S20的C循环来形成含B膜。因而，在实施基底膜的成膜时，通过改变A循环、B循环、C循环的实施次数，能够控制基底膜的Ti、Al、B的含有率。
从密合性、抑制反应的观点出发，优选在AlO层上基底膜的下部的含Ti率高。另外，从金属层的形成难度、取向的观点出发，优选在AlO层上基底膜的中间部分的含Al率高。另外，从成膜钨膜的观点出发，优选基底膜的上部的含B率高。因而，AlTiBN膜优选下部的Ti的含有率高、中间部分的含Al率高且上部的含B率高。
因此，在形成基底膜的情况下，控制部6控制形成第一基底膜的工序、形成第二基底膜的工序以及形成第三基底膜的工序的执行次数，来调整第一基底膜、第二基底膜以及第三基底膜的成膜比。由此，能够使基底膜中呈现出元素浓度的渐变。例如，在形成基底膜的下部的情况下，控制部6使得相比于形成第二基底膜的工序和形成第三基底膜的工序更多地执行形成第一基底膜的工序。另外，在形成基底膜的中间部分的情况下，控制部6使得相比于形成第一基底膜的工序和形成第三基底膜的工序更多地执行形成第二基底膜的工序。另外，在形成基底膜的上部的情况下，控制部6使得相比于形成第一基底膜的工序和形成第二基底膜的工序更多地执行形成第三基底膜的工序。此外，从与AlO层的密合性的观点出发，优选对基底膜首先实施A循环。另外，从金属层的形成难度、均匀性、取向的观点出发，优选对基底膜最后实施C循环。
在第三实施方式所涉及的成膜系统100中，将进行了AlTiBN膜的成膜的晶圆W搬送至成膜装置102～104的任一成膜装置，并且通过成膜装置102～104中的任一成膜装置对晶圆W进行钨膜的成膜处理。
图21是表示第三实施方式所涉及的晶圆的层结构的一例的图。图21表示通过第三实施方式所涉及的成膜方法进行了成膜的晶圆W的层结构的一例。在晶圆W中，在未图示的硅(SiO2)层上形成有用于阻挡的AlO层。而且，关于晶圆W，从密合性、抑制反应的观点出发，通过本实施方式所涉及的成膜方法在AlO层上形成有厚度例如为1nm的AlTiBN膜来作为基底膜。AlTiBN膜以下部的Ti的含有率高、中间部分的Al的含有率高、上部的B的含有率高的方式进行了成膜。而且，在晶圆W中，在AlTiBN膜上形成有电阻低的钨膜(W)。
在本实施方式的层结构中，AlTiBN膜兼作Nucleation膜的功能，因此不需要进行Nucleation膜的成膜。由此，本实施方式的层结构能够以将钨膜加厚与Nucleation膜的厚度相应的量的方式进行成膜，因此即使在薄膜化了的情况下也能够实现钨膜的低电阻化。
像这样，在本实施方式所涉及的成膜方法中，在形成基底膜的工序中还向处理容器1内重复供给核生成气体来形成基底膜。由此，本实施方式所涉及的成膜方法不需要进行Nucleation膜的成膜，因此即使在薄膜化了的情况下也能够实现钨膜的低电阻化。
另外，在本实施方式所涉及的成膜方法中，在形成基底膜的工序中，将以下工序至少重复一次：将隔着吹扫工序进行的Ti气体和反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第一基底膜；将隔着吹扫工序进行的含Al气体和所述反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第二基底膜；以及将隔着吹扫工序进行的核生成气体的供给至少重复一次，由此形成第三基底膜。由此，本实施方式所涉及的成膜方法能够交替地层叠较薄的第一基底膜、第二基底膜以及第三基底膜来进行基底膜的成膜，并且能够通过改变第一基底膜、第二基底膜、第三基底膜的比率来呈现出元素浓度的渐变。
以上说明了实施方式，但应当认为本次公开的实施方式在所以方面均为例示，而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够以多种方式来具体实现。另外，上述的实施方式不脱离权利要求书及其主旨的情况下能够以各种方式进行省略、置换、变更。
例如，实施方式所涉及的成膜系统100以通过不同的成膜装置来实施基底膜的成膜和金属层的成膜的情况为例进行了说明，但并不限定于此。例如，也可以通过相同的成膜装置来实施基底膜的成膜和金属层的成膜。例如，在成膜系统100中，成膜装置101～104可以分别实施基底膜的成膜和金属层的成膜。在该情况下，成膜装置101～104为共同享有图2～4所示的气体供给机构5的结构即可。图22是表示其它实施方式所涉及的成膜装置的概要结构的一例的截面图。图22所示的成膜装置101除了图2所示的气体供给机构5的结构以外还具有图3、图4所示的气体供给机构5的结构。在成膜系统100中，通过成膜装置101～104来分别实施基底膜的成膜和金属层的成膜，由此能够削减在基底膜的成膜与金属层的成膜之间在成膜装置间搬送晶圆W的搬送时间，从而生产性提高。
另外，关于实施方式所涉及的成膜系统100，以在进行AlTiN膜的成膜、AlTiBN膜的成膜时将NH3气体用作与含Ti气体、含Al气体发生反应的反应气体的情况为例进行了说明，但并不限定于此。例如，也可以将肼气体用作反应气体。另外，也可以使用NH3气体和肼气体。例如，可以使含Ti气体与肼气体发生反应来使TiN吸附于晶圆W的表面，使含Al气体与NH3气体发生反应来使AlN吸附于晶圆W的表面。另外，可以使含Ti气体与NH3气体发生反应来使TiN吸附于晶圆W的表面，使含Al气体与肼气体发生反应来使AlN吸附于晶圆W的表面。
另外，关于实施方式所涉及的成膜系统100，可列举将H2气体用作用于形成钨膜的还原气体的情况为例进行了说明，但只要为包含氢的还原性气体即可，也能够使用H2气体之外的SiH4气体、B2H6气体、NH3气体等。也可以是，能够供给H2气体、SiH4气体、B2H6气体以及NH3气体中的两种以上的气体来作为用于形成主钨膜的还原气体。另外，可以使用这些气体以外的其它还原气体，例如PH3气体、SiH2Cl2气体。从进一步减少膜中的杂质以得到低电阻值的观点出发，优选使用H2气体。并且，还能够将Ar气体等其它非活性气体用作吹扫气体和载气，以取代N2气体。
另外，作为基板，以半导体晶圆为例进行了说明，但半导体晶圆也可以为硅，也可以为GaAs、SiC、GaN等化合物半导体，并且，并不限定于半导体晶圆，也能够应用液晶显示装置等FPD(平板显示器)中使用的玻璃基板、陶瓷基板等。
附图标记说明
1：处理容器；5：气体供给机构；6：控制部；100：成膜系统；101～104：成膜装置；W：晶圆。

Claims (26)

1.一种成膜方法，其特征在于，包括以下工序：
将形成有绝缘膜的基板配置于处理容器内，在减压气氛下向所述处理容器内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来形成基底膜；以及
通过金属材料在形成有所述基底膜的所述基板形成金属层。
2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，将以下工序至少重复一次：
将隔着吹扫工序进行的所述含Ti气体和所述反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第一基底膜；以及
将隔着吹扫工序进行的含Al气体和所述反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第二基底膜。
3.根据权利要求2所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，
在形成所述基底膜的下部的情况下，相比于形成所述第二基底膜的工序更多地执行形成所述第一基底膜的工序，
在形成所述基底膜的上部的情况下，相比于形成所述第一基底膜的工序更多地执行形成所述第二基底膜的工序。
4.根据权利要求2或3所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，首先执行形成所述第一基底膜的工序。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，最后执行形成所述第二基底膜的工序。
6.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，
在形成所述基底膜的下部的情况下，使所述含Ti气体的供给量比所述含Al气体的供给量多，在形成所述基底膜的上部的情况下，使所述含Ti气体的供给量比所述含Al气体的供给量少，并且隔着吹扫工序重复向所述处理容器内依序供给所述含Ti气体、所述含Al气体以及所述反应气体，来形成所述基底膜。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述含Ti气体包括TiCl4、TDMAT、TMEAT中的任一方，
所述含Al气体包括TMA、AlCl3中的任一方。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，将所述基板的温度加热至250℃～550℃来形成基底膜。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
形成所述金属层的工序包括形成金属的初始膜的核形成工序和形成金属的主膜的主工序。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述金属材料含有W、Cu、Co、Ru、Mo中的任一方。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述反应气体为含N气体、稀有气体、非活性气体中的任一方。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述反应气体为NH3气体、肼气体中的任一方。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述基底膜的膜厚设为3.5nm以下。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在所述基底膜中，Ti与Al的组成比为20～95％：5～80％。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述基底膜为非晶膜。
16.根据权利要求1至5、7至15中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，还将核生成气体重复供给至所述处理容器内来形成所述基底膜。
17.根据权利要求16所述的成膜方法，其特征在于，
在形成所述基底膜的工序中，将以下工序至少重复一次：
将隔着吹扫工序进行的所述含Ti气体和所述反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第一基底膜；
将隔着吹扫工序进行的含Al气体和所述反应气体的交替供给至少重复一次，由此形成第二基底膜；以及
将隔着吹扫工序进行的核生成气体的供给至少重复一次，由此形成第三基底膜。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述绝缘膜为AlO层、SiO2层以及SiN层中的任一方。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述基板具有凹部，在所述凹部的内部表面的至少一部分所述绝缘膜露出，
在所述绝缘膜上形成所述基底膜和所述金属层来填埋所述凹部。
20.一种成膜系统，其特征在于，执行以下处理：
将形成有绝缘膜的基板配置于处理容器内，在减压气氛下向所述处理容器内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来形成基底膜，
通过金属材料在形成有所述基底膜的所述基板形成金属层。
21.根据权利要求20所述的成膜系统，其特征在于，
所述基底膜的形成和所述金属层的形成是在不同的处理容器内进行的。
22.根据权利要求20或21所述的成膜系统，其特征在于，
所述基底膜的形成和所述金属层的形成是在不打破真空的情况下进行的。
23.根据权利要求20至22中的任一项所述的成膜系统，其特征在于，
形成所述金属层的工序包括形成初始金属膜的工序和形成主金属膜的工序，
所述基底膜的形成和所述初始金属膜的形成是在相同的处理容器内进行的。
24.根据权利要求20所述的成膜系统，其特征在于，
所述基底膜的形成和所述金属层的形成是在相同的处理容器内进行。
25.一种成膜装置，其特征在于，执行以下处理：
将形成有绝缘膜的基板配置于处理容器内，在减压气氛下向所述处理容器内重复供给含Ti气体、含Al气体以及反应气体来形成基底膜，
通过金属材料在形成有所述基底膜的所述基板形成金属层。
26.一种成膜方法，其特征在于，在该成膜方法中，
将形成有绝缘膜的基板配置于处理容器内，在减压气氛下重复进行向所述基板供给TiCl4气体、TMA气体以及NH3气体的循环，来在所述绝缘膜上形成基底膜，
重复向形成有所述基底膜的所述基板交替地供给WF6气体和B2H6气体来形成初始钨膜，
重复向形成有所述初始钨膜的所述基板交替地供给WF6气体和H2气体来形成主钨膜。
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