JP2007046134A - 金属系膜形成方法及びプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

金属系膜形成方法及びプログラムを記録した記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】 結晶構造をコントロールすることによって，従来以上に低い抵抗を有する金属系膜を形成する。
【解決手段】 金属系原料ガスとして例えばＷＦ６ガスを供給するステップと水素化合物ガスとして例えばＳｉＨ４ガスを供給するステップとを，不活性ガス例えばＡｒガス，Ｎ２ガスを供給するパージステップを介在させて，交互に繰り返し実行することによって，非晶質を含む第１タングステン膜を成膜する第１タングステン膜成膜ステップと，第１タングステン膜上に，上記ＷＦ６ガスと還元性ガスとして例えばＨ２ガスを同時に供給することによって，第２タングステン膜を成膜する第２タングステン膜成膜ステップとを含む。ＳｉＨ４ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を変えることにより第１タングステン膜が含む非晶質の割合をコントロールする。
【選択図】 図３

Description

本発明は，被処理体表面に金属系膜を形成する金属系膜形成方法及びプログラムを記録した記録媒体に関する。
一般に，半導体デバイスの製造工程において，被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単に，「ウエハ」とも称する。）の表面に金属系膜を形成する工程がある。例えばウエハ表面に配線パターンを形成したり，配線間の凹部（ビアホール）や基板コンタクト用の凹部（コンタクトホール）を埋め込んだりする場合に金属系膜を成膜する。このような金属系膜としては，例えばＷ（タングステン），ＷＳｉ（タングステンシリサイド），ＷＮ（タングステンナイトライド），Ｔｉ（チタン），ＴｉＮ（チタンナイトライド），ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させた薄膜が挙げられる。
このように，金属系膜は配線などに使用されるので，できる限り低い抵抗のものが望まれる。このような観点から例えばタングステン膜は上記金属系膜のなかでも特に抵抗率が小さいので，配線間の凹部や基板コンタクト用の凹部の埋込みに多用されている。
このようなタングステン膜を形成するには，一般に，ＷＦ６（六フッ化タングステン）ガスを金属系原料ガスとして用い，これを水素，シラン，ジフロルシラン等などの還元性ガスによって還元することにより，タングステン膜を堆積させている。また，タングステン膜を形成する場合には，密着性の向上，下層の配線金属又はウエハとの反応の抑制等の理由から，先ずＴｉＮ膜，又はＴｉ膜上にＴｉＮ膜を形成した積層膜（ＴｉＮ／Ｔｉ膜）などの下地膜となるバリヤ層を形成し，そのバリヤ層上に上記タングステン膜を堆積させる。
このようなタングステン膜の成膜は，一般に，第１ステップ及び第２ステップの２つの過程に別けられる。第１ステップは上記バリヤ層上にタングステンの核を形成するステップである（核付けステップ）。具体的には例えば第１ステップではＷＦ６ガスをウエハ上に供給し，主にＳｉＨ４ガスによって還元することによってタングステンの薄膜を形成する。第２ステップは第１ステップで形成されたタングステンの格付け層上にタングステン膜を成膜する。具体的には例えば第２ステップではタングステンの格付け層上にＷＦ６ガスを供給し，ＳｉＨ４ガスの代わりに還元力の弱いＨ２ガスを還元性ガスとして供給して，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によりタングステン膜の厚膜を堆積し，上記凹部にタングステンを埋込む。この後ウエハ全面をエッチバックして，上記凹部のみにタングステンを残すことにより，コンタクトプラグを形成する。
ところが，下地膜の種類や表面状態によっては上記核付けステップでインキュベーション（成膜遅れ）時間が発生し，均一なタングステン核形成ができない。この不均一な核の上に堆積するタングテン膜は粗悪な膜質となり，タングステン膜自体の抵抗が増大してしまう。従って，インキュベーションの発生を抑制するため，上記第１ステップをＷＦ６ガスと例えばＳｉＨ４（モノシラン）ガスやＢ２Ｈ６（ジボラン）ガスなどの水素化合物ガスとを交互に供給し薄膜を形成するＡＬＤ（Atomic Layered Deposition：原子層堆積）の手法が開示されている（例えば特許文献１，２参照）。この手法によれば，微細なコンタクトホールにも均一な薄膜を形成することができ，これを核として良質なタングステン厚膜の堆積及びコンタクトホールの完全な埋込みが可能となる。
特開２００２−０３８２７１号公報 特開２００３−１９３２３３号公報
ところで，今後は，半導体デバイスの更なる微細化及び動作速度の更なる高速化にともない，コンタクト（ビア）抵抗を下げるためにタングステン膜などの金属系膜について，更なる低抵抗化が要請されている。しかしながら，上述したような従来のタングステン膜などの成膜方法で更なる低抵抗化を図るには限界がある。このため，従来以上の低い抵抗を有する金属系膜を形成するためには，金属系膜形成方法についても従来とは異なる新たな観点から考察する必要がある。
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，従来とは異なる新たな観点，すなわち金属系膜の結晶構造に着目した新たな観点に立って金属系膜を成膜させることにより，従来以上に低抵抗化を図ることができる金属系膜形成方法及びプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，金属系膜形成方法であって，前記金属系原料ガスと水素化合物ガスを交互に繰り返し供給することによって，非晶質を含む第１金属系膜を成膜する第１金属系膜成膜ステップと，前記第１金属系膜上に，前記金属系原料ガスと還元性ガスを同時に供給することによって，第２金属系膜を成膜する第２金属系膜成膜ステップと，を含むことを特徴とする金属系膜形成方法が提供される。また，少なくとも前記第２金属系膜の結晶構造は例えば体心立方構造である。
このような本発明によれば，非晶質（アモルファス）を含む第１金属系膜上に形成される第２金属系膜は最も原子密度が高く原子配置が安定する配向性となり易いという原理を利用することによって，より低い抵抗を有する金属系膜を形成することができる。例えば第１金属系膜を非晶質（アモルファス）を含むように成膜することにより，この第１金属系膜上に成膜される第２金属系膜の結晶構造をより低い抵抗を有する結晶構造に変えることができ，第１金属系膜の膜厚に対する第２金属系膜の膜厚の比率を大きくすれば，金属系膜全体の抵抗をより低くすることができる。なお，前記第２金属系膜の結晶構造が例えば体心立方構造であれば，第２金属系膜は最も原子密度が高く原子配置が安定する（１１０）面方位の配向性となり易い。
また，上記方法における第１金属系膜成膜ステップは，前記金属系原料ガスを供給するステップと前記水素化合物ガスを供給するステップとを，不活性ガスを供給するパージステップを介在させて，交互に繰り返し実行することにより前記第１金属系膜を成膜することが好ましい。このように，パージステップを介在させることにより，ウエハ表面や処理容器内の残留ガスを排除することができる。これにより，例えば水素化合物ガスを供給するステップの後のパージステップにより，水素化合物ガスの残留ガスを排除することができるので，第１金属系膜の結晶化を抑えることができることから，非晶質（アモルファス）を含む第１金属系膜を形成することができる。
また，上記方法におけるパージステップにおいて，前記水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を変えることにより前記第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えるようにしてもよい。例えば水素化合物ガスを供給するステップの後のパージステップの実行時間が長いほど，多くの水素化合物ガスの残留ガスが排除されると考えられるので，その分第１金属系膜が結晶化することを抑えることができ，第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えることができる。
また，上記方法におけるパージステップにおいて，少なくとも前記水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップに前記不活性ガスの供給を止めるステップを介在させることにより，前記第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えるようにしてもよい。このように，例えばパージステップの中間期間において不活性ガスの供給を止めることにより，処理容器内圧力が急激に低下する。このような圧力変化により，ウエハ表面や処理容器内の残留ガスの排除効果を高めることができ，その分第１金属系膜が結晶化することを抑えることができ，第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えることができる。
なお，上記金属系原料ガスは例えばＷＦ６ガスなどのハロゲン化合物ガスである。また上記水素化合物ガスは例えばＳｉＨ４ガス，Ｂ２Ｈ６ガス，前記ＳｉＨ４ガスと前記Ｂ２Ｈ６ガスとの混合ガスのいずれかである。
また，上記方法における水素化合物ガスを還元性を有する希釈ガス（例えばＨ２ガス）で希釈することにより，前記第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えるようにしてもよい。この場合の水素化合物ガスは例えばＢ２Ｈ６ガス又はＰＨ３ガスである。さらに，水素化合物ガスは，Ｈ２ガスにより５％以下に希釈したガスであることが好ましい。このようなＢ２Ｈ６ガス，ＰＨ３ガスなどは，ＳｉＨ４ガスよりも強い還元力を有するので，例えばＨ２ガスによって希釈して用いることによって，ウエハ表面への余分ガスの残留を抑制し，その後のパージステップが短くても，処理容器内の残留ガスを十分排除し，ウエハ表面への再付着を防ぐことができる。従って，Ｂ２Ｈ６ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が短くても，非晶質（アモルファス）を含む第１タングステン膜を成膜することができる。
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，コンピュータに，前記金属系原料ガスを供給するステップと前記水素化合物ガスを供給するステップとを，不活性ガスを供給するパージステップを介在させて，交互に繰り返し実行することにより前記第１金属系膜を成膜する第１金属系膜成膜ステップと，前記第１金属系膜上に，前記金属系原料ガスと還元性ガスを同時に供給することによって，第２金属系膜を成膜する第２金属系膜成膜ステップとを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
このような記録媒体からプログラムを読出して第１金属系膜成膜ステップ及び第２金属系膜成膜ステップを実行することにより，非晶質（アモルファス）を含む第１金属系膜を形成することができるので，このような非晶質を含む第１金属系膜上に形成される第２金属系膜は，最も原子密度が高く原子配置が安定する（例えば体心立方構造の場合の（１１０）面方位など）配向性となり易い。第１金属系膜の膜厚に対する第２金属系膜の膜厚の比率を大きくすることにより，第１金属系膜が結晶質である場合に比してより低い抵抗を有する金属系膜を形成することができる。
以上説明したように本発明によれば，従来以上に低い抵抗を示す金属系膜を形成することができる金属系膜形成方法及びプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（成膜装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかる成膜装置について図面を参照しながら説明する。図１は，本実施形態にかかる成膜装置の構成例を示す図である。成膜装置１００は，例えば断面が略円筒形状のアルミニウム製の処理容器１１４を有している。この処理容器１１４内の天井部には流量制御された処理ガスとして例えば各種の成膜ガスや不活性ガス等を，同時に，或いは選択的に導入するためのガス供給手段としてのシャワーヘッド部１１６がＯリング等のシール部材１１８を介して設けられており，この下面に設けた多数のガス噴射口１２０から処理空間Ｓに向けて成膜ガスを噴射するようになっている。
このシャワーヘッド部１１６内には，複数の拡散孔を有する１枚，或いは複数枚の拡散板を設けて，ここに導入されたガスの拡散を促進するようにした構造のものもあるし，或いは内部を複数の区画室に分割し，それぞれ別々に導入したガスを別々に処理空間Ｓへ噴射するようにした構造のものもあり，いずれにしても使用するガス種に応じて適切な構造のシャワーヘッド部を用いる。また，ここでは一例としてＢ２Ｈ６（ジボラン）ガス，ＷＦ６ガス，ＳｉＨ４（モノシラン）ガス，Ｈ２ガス，Ｎ２ガス，Ａｒガス等が用いられるが，各ガスはそれぞれマスフローコントローラのような流量制御器（図示せず）で流量が個別に制御され，またその供給の開始及び停止も制御されるようになっている。なお，上記Ｂ２Ｈ６ガスとしては，後述するように例えばＨ２ガスを希釈ガスとして５％に希釈したＢ２Ｈ６ガスが用いられる。
この処理容器１１４内には，処理容器底部より起立させた円筒状のリフレクタ１２２上に，例えばＬ字状の３本の保持部材１２４（図１では２本のみ記す）を介して被処理体としてのウエハＭを載置するための載置台１２６が設けられている。
この載置台１２６の下方には，複数本，例えば３本のＬ字状のリフタピン１２８（図示例では２本のみ記す）が上方へ起立させて設けられており，このリフタピン１２８の基部は，上記リフレクタ１２２に形成した縦長挿通孔（図示せず）を挿通して，リング部材１３０に共通に接続されている。そして，このリング部材１３０を処理容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒１３２により上下動させることにより，上記リフタピン１２８を載置台１２６に貫通させて設けたリフタピン孔１３４に挿通させてウエハＭを持ち上げ得るようになっている。
上記押し上げ棒１３２の容器底部の貫通部には，処理容器１１４において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ１３６が介設され，この押し上げ棒１３２の下端はアクチュエータ１３８に接続されている。
また，処理容器１１４の底部の周縁部には，排気口４０が設けられ，この排気口１４０には圧力制御弁１４２及び真空ポンプ１４４を順次介設した真空排気系１４６が接続されており，処理容器１１４内を所定の真空度まで真空引きし得るようになっている。また，処理容器１１４の側壁には，ウエハＭを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ１４８が設けられる。
また，載置台１２６の直下の容器底部には，石英等の熱線透過材料よりなる透過窓１５１がＯリング等のシール部材１５０を介して気密に設けられており，この下方には，透過窓１５１を囲むように箱状の加熱室１５２が設けられている。この加熱室１５２内には加熱手段として例えば複数の加熱ランプ１５４が反射鏡も兼ねる回転台１５６に取り付けられており，この回転台１５６は，回転軸を介して加熱室１５２の底部に設けた回転モータ１５８により回転される。従って，この加熱ランプ１５４より放出された熱線は，透過窓１５１を透過して薄い載置台１２６の下面を照射してこれを加熱し，更にこの載置台１２６上のウエハＭを間接的に加熱し得るようになっている。加熱手段として上記加熱ランプに代えて，載置台１２６に抵抗加熱ヒータを設けてウエハＭを加熱するようにしてもよい。
そして，この成膜装置１００の全体の動作を制御するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部１６０が設けられている。この制御部１６０により，各種ガスの供給開始，その停止，流量制御，ウエハの温度制御及び圧力制御等の成膜処理に必要な一連の制御が行われる。また，この制御部１６０は，上記した装置全体の動作を制御するためのプログラムを記憶するための例えばフロッピディスクやフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体６２を有している。
（成膜装置の動作例）
次に，上記のように構成された成膜装置１００の動作例について説明する。成膜装置１００の各部の動作は上述したように記憶媒体１６２に記憶されたプログラムに基づいて行われる。
先ず，処理容器１１４の側壁に設けたゲートバルブ１４８を開いて図示しない搬送アームにより処理容器１１４内にウエハＭを搬入し，リフタピン１２８を押し上げることによりウエハＭをリフタピン１２８側に受け渡す。そして，リフタピン１２８を，押し上げ棒１３２を下げることによって降下させ，ウエハＭを載置台１２６上に載置する。このウエハＭの表面には，例えば図４（ａ）に示すように埋込み穴２１０の内面も含めて前工程にてすでに下地膜としてＴｉＮ／Ｔｉ膜のようなバリヤ層２２０が形成されている。このバリヤ層２２０は，上記ＴｉＮ／Ｔｉ膜のような積層構造のものに限られるものではなく，例えばＴｉＮ膜の単層構造であってもよい。
次いで，図示しない処理ガス源から処理ガスとして金属系原料ガス，還元性ガスなどの成膜ガスや不活性ガス等を，後述するようなガス供給態様でガス供給手段であるシャワーヘッド部１１６へ所定量ずつ供給して，これを下面のガス噴射口１２０から処理容器１１４内へ略均等に供給する。これと同時に，排気口１４０から内部雰囲気を吸引排気することにより処理容器１１４内を所望する圧力に真空引きしつつ，且つ載置台１２６の下方に位置する加熱手段の各加熱ランプ１５４を回転させながら駆動し，熱エネルギを放射する。
放射された熱線は，透過窓１５１を透過した後，載置台１２６の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台１２６は，前述のように例えば１ｍｍ程度と非常に薄いことから迅速に加熱され，従って，この上に載置してあるウエハＭを迅速に所定の温度まで加熱することができる。供給された成膜ガスは所定の化学反応を生じ，金属系膜例えばタングステン膜の薄膜がウエハ表面の全面に堆積して形成される。
（本発明にかかる金属系膜形成方法の原理）
上記のタングステン膜のように，金属系膜の中でも低い抵抗を有するものは，ウエハ上に形成された配線間の凹部や基板コンタクト用の凹部の埋込みに多用されている。ところが，今後，半導体デバイスの更なる微細化及び動作速度の更なる高速化にともない，コンタクト（ビア）抵抗を下げるためにタングステン膜などの金属系膜について，更なる低抵抗化が要請されている。
このため，本発明者らは，更に低い抵抗の金属系膜を形成する方法を求めて実験を重ねてきたところ，タングステン膜などの金属系膜をその結晶構造をコントロールしながら成膜することによって，より低抵抗化した金属系膜を形成することができることを見出した。以下，この点について図面を参照しながらより詳細に説明する。
先ず，タングステン膜などの体心立方構造（ＢＣＣ：Body Center Cubic）を有する金属系膜について説明する。このような体心立方構造の主な結晶格子面方位（面方位）の具体例を図２に示す。図２では格子面を分かり易くするために，原子サイズを小さく表している。また，格子面の下に見えるはずの原子も省略している。
図２に示す体心立方構造の面方位を面指数（又はミラー指数）で表すと，図２（ａ）に示す面方位は（１１０），図２（ｂ）に示す面方位は（１００），図２（ｃ）に示す面方位は（１１１），図２（ｄ）に示す面方位は（２００）となる。図２（ａ）〜（ｄ）からもわかるように，（２００），（１１１），（１００），（１１０）の順に原子密度が高くなる。
このように，体心立方構造の（１１０）面方位は最も原子密度が高いので，この（１１０）面方位の配向性が高い金属系膜ほど，より低抵抗を有するものと考えられる。従って，このような金属系膜の抵抗（抵抗率）の観点から見れば，結晶構造が（１１０）面方位の配向性が高いものほど好ましい。
ところが，従来の成膜方法で金属系膜を形成すると，下地膜の結晶構造を反映して，金属系膜が成長するため，必ずしも（１１０）面方位の配向性を高くすることができない。従って，下地膜の結晶構造の影響を抑制して，（１１０）面方位の配向性が高くなるように金属系膜を成長させることができれば，従来以上に低抵抗な金属系膜を形成することができることがわかる。
そこで，発明者らは実験と検証を重ねたところ，体心立方構造の金属系膜を形成する場合，第１金属系膜を形成した上に第２金属系膜を形成すると，第１金属系膜が含む非晶質（アモルファス）の割合が高いほど，その第１金属系膜上には（１１０）面方位の配向性が高い第２金属系膜が成長することがわかった。しかも，第１金属系膜さえ非晶質（アモルファス）の割合が高くなるように成膜方法を改良すれば，たとえ第２金属系膜は従来の成膜方法でも（１１０）面方位の配向性が高いものを成長させることができる。
これは，非晶質（アモルファス）の割合が高い第１金属系膜ほど，この第１金属系膜の結晶構造（例えば格子面間隔）の影響を受けずに第２金属系膜が成長するため，この第２金属系膜は最も原子密度が高く原子配置が安定する（１１０）面方位の配向性が高い結晶構造になり易いと考えられるからである。
ところで，もし第１金属系膜が完全な結晶質の結晶構造の場合には，第１金属系膜の結晶構造（例えば格子面間隔）の影響を受けて第２金属系膜が成長されるため，従来の成膜方法のように第１金属系膜自体が例えば（１１０）面方位よりも原子密度の低い（２００）面方位の配向性が高いと，その第１金属系膜上に形成される第２金属系膜についても（２００）面方位の配向性が高い結晶構造になり易いため，金属系膜全体として（２００）面方位の配向性が高い結晶構造が形成されてしまう。
例えばバリヤ層となるＴｉＮ膜などの下地膜上に核付け層となる第１タングステン膜を形成する場合を考えると，ＴｉＮ膜の結晶構造が面心立方構造（ＦＣＣ：Face Center Cubic）であることから，第１タングステン膜自体がこのＴｉＮ膜の結晶構造の影響を受けるため，（２００）面方位の配向性が高い第１タングステン膜が形成され易い。このため，そのような第１タングステン膜上に形成される第２タングステン膜についても（２００）面方位の配向性が高い結晶構造が形成され易くなるため，タングステン膜全体として（１１０）面方位よりも原子密度の低い（２００）面方位の配向性が高い結晶構造が形成されてしまう。
そこで，本発明では，第１金属系膜をその結晶成長を抑えて非晶質（アモルファス）を含むように成膜する。これにより，バリヤ層などの下地膜の結晶構造に影響を受けることなく，第１金属系膜上により低い抵抗（抵抗率）を有する結晶構造（例えば（１１０）面方位の配向性が高い結晶構造）の第２金属系膜を成長させることができる。
しかも，例えばタングステン膜などの金属系膜では，第１金属系膜の膜厚よりも第２金属系膜の膜厚の方が厚くなるように金属系膜が形成されるので，金属系膜全体の抵抗率などの特性は第２金属系膜の特性に大きく依存する。この点，本発明では，膜厚比率の大きい第２金属系膜を低抵抗化することができるので，金属系膜全体を低抵抗化することができる。
また，本発明では，第１金属系膜自体の抵抗が下がるわけではないので，金属系膜全体の膜厚に対して第１金属系膜の膜厚を薄く形成するほど，金属系膜全体の抵抗を下げることができる。例えば金属系膜全体の膜厚に対して第１金属系膜の膜厚が無視できるほど第１金属系膜を薄く形成すれば，金属系膜全体の抵抗をより大きく下げることが可能となる。
さらに，第１金属系膜が含む非晶質（アモルファス）の割合が高い方が，金属系膜全体が低抵抗化する傾向がある。このため，第１金属系膜が含む非晶質（アモルファス）の割合が高いほど好ましく，第１金属系膜が完全に非晶質化することがより好ましい。この点，本発明では，第１金属系膜が含む非晶質（アモルファス）の割合を変えて成膜することにより，この第１金属系膜上に形成される第２金属系膜の結晶構造をコントロールすることができ，これによって，より低い抵抗を有する金属系膜を形成することができる。
（金属系膜形成方法の具体例）
以上のような本発明の原理を利用した本実施形態にかかる金属系膜形成方法について説明する。ここでは，コンタクトホール又はビアホールなどに形成されたバリヤ層上に，金属系膜として例えばタングステン膜を形成する場合について説明する。本実施形態では，第１金属系膜成膜ステップとしての第１タングステン膜成膜ステップと，第２金属系膜成膜ステップとしての第２タングステン膜成膜ステップとの２段階の成膜ステップによって，タングステン膜を形成する。すなわち，第１タングステン膜成膜ステップで非晶質（アモルファス）を含むように第１タングステン膜を成膜することによって，この第１タングステン膜上に第２タングステン膜成膜ステップで第２タングステン膜を成膜すると，その第２タングステン膜はより低い抵抗を有する結晶構造，すなわち原子密度が最も高く安定した結晶構造（例えば（１１０）面方位の配向性が高い結晶構造）になる。
以下，上記各成膜ステップにおける各ガス供給態様の具体例について図面を参照しながら説明する。図３は各ガス供給態様の具体例を示す図であり，図４はウエハＭの表面にタングステン膜が形成される過程を示す模式図である。図３に示すガス供給態様においては，一連の成膜ステップの間，処理容器１１４内は連続的に真空引きされると共に，キャリアガスまたはパージガスとしてＮ２ガスおよび／またはＡｒガスを一定の流量で（又は必要に応じて流量を変えて）流している。またＮ２ガスが，処理容器１１４内に残留する成膜ガスのパージガスとして必要に応じて供給される。さらに各成膜ステップにおけるプロセス温度としては，３００〜４００℃の範囲内の例えば３５０℃で行う。このプロセス温度は，最後の第２タングステン膜形成工程まで，例えば変えることなく同一に設定することができる。
（第１金属系膜成膜ステップの具体例）
先ず，図４（ａ）に示すようなウエハＭに対して第１タングステン膜成膜ステップを実行する。第１タングステン膜成膜ステップでは，金属系原料ガスを供給するステップと水素化合物ガスを供給するステップとを，不活性ガスを供給するパージステップを介在させて，交互に繰り返し実行することにより，例えば核付け層となる第１タングステン膜（第１金属系膜）２２０を非晶質（アモルファス）を含むように成膜する（図４（ｂ）参照）。
具体的には，図３に示すように，金属系原料ガスとして例えばＷＦ６ガスと，水素化合物ガスとして例えばＳｉＨ４ガスとをこの順序で複数間交互に短時間ずつ繰り返し供給し，且つ両ガスの供給ステップ間では直前に供給したガスを容器内から排除するパージステップを行う。このパージステップの際には，パージガスとして例えば不活性ガスであるＮ２ガスを供給することにより，残留ガスの排除を促進するのが好ましい。
このような第１タングステン膜成膜ステップでは，ＷＦ６ガスの供給ステップでウエハ表面にＷＦ６ガス分子層を吸着させて，次のＳｉＨ４ガスの供給ステップでＷＦ６ガス分子層をＳｉＨ４ガスにより還元して，１回の交互供給につき数原子層のタングステン膜を成長させる。これを任意の回数繰り返して所望の膜厚の第１タングステン膜２２０を形成する（図４（ｂ）参照）。すなわち，あるＷＦ６ガス供給ステップから次のＷＦ６ガス供給ステップまでの期間を１サイクルとし，必要に応じて数サイクルから数十サイクル程度の処理を行う。なお，１サイクルでＷＦ６を１分子層吸着させ，その後の還元ガスとの反応で１原子層のＷを形成することが好ましい。これを繰り返すことにより，結晶成長が完全に抑えられて，第１タングステン膜は完全なアモルファス（非晶質）となり得る。なお，不活性ガスは，必要に応じてＮ２ガス，Ａｒガスを両方流したり，一方のみを流すことができる。
また，上記パージステップにおいて，水素化合物ガス例えばＳｉＨ４ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を変えることにより，第１タングステン膜が含む非晶質（アモルファス）の割合を変えることができる。例えばＳｉＨ４ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を長くするほど，直接ウエハ表面の余分ガスを剥ぎ取るとともに，処理容器１１４内の残留ガスを十分排除し，ウエハ表面への再付着を防ぐことができる。このため，次にＷＦ６ガス分子層を吸着させる前に，ウエハ表面から未反応の余分なＳｉＨ４ガスを十分に排除させることができるからである。すなわち，ＷＦ６ガスをウエハに供給する際にウエハ表面にＳｉＨ４ガス分子が残留していると，この時点で反応が起こり，従来の核付け層と同様な結晶核が形成されるものと推論できる。
したがって，この結晶核の発生を抑制して，第１タングステン膜を完全にアモルファス化するためには，ＷＦ６ガス供給時にウエハ表面にＳｉＨ４ガス分子が残留していないことが必要となる。これを実現するためには，ＳｉＨ４ガス供給後のパージステップの時間が重要になる。
このようなＳｉＨ４ガス供給後のパージステップの実行時間ｔ１４はより長くした方が好ましいが，あまり長くしすぎるとスループットの低下等を招くので，ガス供給時間ｔ１１，ｔ１２の６倍〜４０倍くらいの時間に設定することが好ましい。例えばｔ１１〜ｔ１３が１．５ｓｅｃ程度の場合には，ｔ１４は１０ｓｅｃ〜６０ｓｅｃ程度に設定することが好ましい。なお，この場合の１サイクル当たりの成膜レートは，プロセス条件によっても異なるが，例えば０．７〜１．２ｎｍ程度であり，通常は第１タングステン膜の膜厚は６〜７ｎｍに設定する。
こうしてＳｉＨ４ガス供給後のパージステップの時間を調整することにより，第１タングステン膜を非晶質（アモルファス）を含むように成膜（完全に非晶質化するように成膜する場合も含む）ことができる。
（第２金属系膜成膜ステップの具体例）
次に，第２タングステン膜成膜ステップを実行する。第２タングステン膜成膜ステップでは，金属系原料ガスと還元性ガスを同時に供給する通常のＣＶＤ法によって，第１タングステン膜上に主膜層となる第２タングステン膜（第２金属系膜）２４０を成膜する（図４（ｃ）参照）。なお，第２タングステン膜の膜厚は，コンタクトホール又はビアホールの径に応じて設定されるが，通常は２０〜４０ｎｍに設定される。
具体的には，図３に示すように，金属系原料ガスとして例えばＷＦ６ガスと，還元性ガスとして例えばＨ２ガスとを同時に供給して，高い成膜レートでＣＶＤ法により第２タングステン膜２４０を堆積させ，埋込み穴２１０を完全に埋込む（図４（ｃ））。
こうして形成される第２タングステン膜は，第１タングステン膜の非晶質（アモルファス）の割合が高いほど，（１１０）面方位の配向性が高い結晶構造となる。しかも，第１タングステン膜さえ非晶質（アモルファス）の割合が高くなるように成膜すれば，第２タングステン膜の成膜方法に拘らず（例えば従来の成膜方法で成膜したとしても），（１１０）面方位の配向性が高い第２タングステン膜を形成することができる。
なお，上記第２タングステン膜成膜ステップが終了すると，このウエハＭを成膜装置１００から取り下し，これにエッチバック処理やＣＭＰ（化学機械研磨）処理をかけることにより，図４（ｄ）に示すように平面を平坦化して余分なタングステン膜やバリヤ層を除去し，コンタクトプラグ２５０を形成することになる。これ以降は，所定の処理が行われて半導体デバイス（半導体装置）が製造されることになる。
なお，図３に示す各ガス供給態様の具体例では，水素化合物ガスとしてＳｉＨ４ガスを用いる場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではない。例えばＳｉＨ４ガスの代りに，このＳｉＨ４ガスよりも還元力の強い例えばＢ２Ｈ６（ジボラン）ガス，ＰＨ３（フォスフィン）ガスなどの水素化合物ガスを用いてもよい。これらのガスを用いても，非晶質（アモルファス）を含む第１金属系膜例えば第１タングステン膜を成膜することができる。
ここで，Ｂ２Ｈ６ガスを水素化合物ガスとして用いた場合の各ガス供給態様の具体例を図５に示す。図５に示すように，第１タングステン膜成膜ステップでは，ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスとをこの順序で複数間交互に短時間ずつ繰り返し供給し，且つ両ガスの供給ステップ間では直前に供給したガスを容器内から排除するパージステップを行う。このパージステップの際には，パージガスとして例えば不活性ガスであるＮ２ガスを供給することにより，残留ガスの排除を促進するのが好ましい。なお，この場合にも不活性ガスは，必要に応じてＮ２ガス，Ａｒガスを両方流したり，一方のみを流すことができる。ＷＦ６ガスを流す時には，Ｎ２ガスやＡｒガスをキャリアガスとして流すのがましく，Ｂ２Ｈ６ガスを流す時には，Ａｒガスをキャリアガスとして流すのが好ましい。
このような第１タングステン膜成膜ステップでは，ＷＦ６ガス供給ステップでウエハ表面に吸着したＷＦ６ガス分子層を次ステップで供給するＢ２Ｈ６ガスにより還元して，１回の交互供給につき数原子層のタングステン膜を成長させる。これを任意の回数繰り返して所望の膜厚の第１タングステン膜を形成する。すなわち，あるＷＦ６ガス供給ステップから次のＷＦ６ガス供給ステップまでの期間を１サイクルとし，必要に応じて数サイクルから数十サイクル程度の処理を行う。
この場合，パージステップにおいて，ＳｉＨ４ガスの場合と同様に，Ｂ２Ｈ６ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を変えることにより，第１タングステン膜が含む非晶質（アモルファス）の割合を変えることもできる。また，Ｂ２Ｈ６ガスは，ＳｉＨ４ガスよりも強い還元力を示すので，例えばＨ２ガスなどの還元性を有する希釈ガスによって希釈して用いることによって，その後のパージステップが短くても，直接ウエハ表面の余分ガスを剥ぎ取るとともに，処理容器１１４内の残留ガスを十分排除することができる。従って，Ｂ２Ｈ６ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が短くても，非晶質（アモルファス）を含む第１タングステン膜を成膜することができる。
そこで，本実施形態においてＢ２Ｈ６ガスを供給する場合には，還元性を有する希釈ガス（例えばＨ２ガス）により例えば５％に希釈したＢ２Ｈ６ガスを供給する。これにより，Ｂ２Ｈ６ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が，ＳｉＨ４ガスを還元性ガスとして用いる場合より短くても，非晶質（アモルファス）を含む第１タングステン膜を成膜することができる。例えばｔ２１〜ｔ２３が１．５ｓｅｃ程度の場合，Ｂ２Ｈ６ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間ｔ２４を例えば１．５ｓｅｃくらいに短く設定しても，完全に非晶質（アモルファス）化した第１タングステン膜を形成することができる。
さらに，Ｂ２Ｈ６ガスをＨ２ガスにより希釈して使用することによって，不安定なＢ２Ｈ６ガスが例えば重合してデカボランになることを抑制することができる。これにより，例えば生成したデカボラン微粒子が供給ラインの経路で凝集して安定供給ができなくなったり，パーティクルが発生したりすることも防止できる。従って，Ｂ２Ｈ６ガスは重合を抑制するＨ２ガスにより希釈してボンベに充填した上で，ガス供給に使用することが好ましい。
こうしてＢ２Ｈ６ガスを還元性を有する希釈ガス（例えばＨ２ガス）により希釈して用いることによって，非晶質（アモルファス）を含む第１タングステン膜（完全に非晶質化した場合も含む）を形成することができる。これにより，次の第２タングステン膜成膜ステップによって（１１０）面方位の配向性が高い結晶構造の第２タングステン膜を成長させることができる。また，Ｂ２Ｈ６ガスの希釈の度合に応じて，第１タングステン膜が含む非晶質の割合を変えることができる。なお，第２タングステン膜成膜ステップについては図３に示す場合と同様であるため，詳細な説明を省略する。
また，上記Ｂ２Ｈ６ガスと同様に，還元力の強いＰＨ３ガスなどの水素化合物ガスを用いてもよい。例えばＰＨ３ガスをＨ２ガスを希釈ガスとして例えば５％に希釈して用いることによって，ＰＨ３ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間がＳｉＨ４ガスを用いる場合よりも短くしても，非晶質を含む第１タングステン膜を成膜することができるなど，Ｂ２Ｈ６ガスを用いた場合と同様の効果を奏することができる。
（第１タングステン膜の結晶性の検証）
次に，成膜装置１００によって実際に成膜した第１タングステン膜の結晶性を検証した結果について説明する。図６〜図８は，第１タングステン膜を電子線回折法で観察した電子線回折像を示す図である。図６及び図７は水素化合物ガスとしてＳｉＨ４ガスを用いた図３に示すガス供給態様においてｔ１１〜ｔ１３を１．５ｓｅｃとした場合であって，図６はパージステップの実行時間ｔ１４を１．５ｓｅｃ程度の短い時間に設定して第１タングステン膜を成膜した場合，すなわち「ＳｉＨ４／ショートパージ」の場合であり，図７はパージステップの実行時間ｔ１４を６０ｓｅｃの長い時間に設定して第１タングステン膜を成膜した場合，すなわち「ＳｉＨ４／ロングパージ」の場合である。
また図８は水素化合物ガスとしてＢ２Ｈ６ガスをＨ２ガスを希釈ガスとして５％に希釈して用いた図５に示すガス供給態様においてｔ２１〜ｔ２３を１．５ｓｅｃとした場合に，ｔ２４を１．５ｓｅｃ程度の短い時間に設定して第１タングステン膜を成膜した場合，すなわち，「Ｂ２Ｈ６／Ｈ２希釈」の場合である。
このような実験結果のうち，図６に示す電子線回折像には，タングステンの結晶質構造を反映し，原子配列にはっきりした周期性を持つ回折スポットが観察されるため，ＳｉＨ４ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が短い場合，すなわち「ＳｉＨ４／ショートパージ」の場合には，第１タングステン膜は結晶質になる。しかも，図６には非晶質構造を反映する輪郭のぼけたハローパターンが観察されていないので，「ＳｉＨ４／ショートパージ」によって成膜される第１タングステン膜は，非晶質（アモルファス）を含まない完全な結晶質の結晶構造になっていることがわかる。
これに対して，図７及び図８に示す電子線回折像では，タングステンの非晶質構造を反映し，ハローパターンが観察されるため，ＳｉＨ４ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が長い場合（「ＳｉＨ４／ロングパージ」の場合）やＢ２Ｈ６ガスをＨ２ガスによって希釈して用いた場合（「Ｂ２Ｈ６／Ｈ２希釈」の場合）には，第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）になることがわかる。しかも，図７ではハローパターンのみならず，回折スポットも多少観察されるので，「ＳｉＨ４／ロングパージ」の場合には第１タングステン膜に結晶質と非晶質の両方を含んでいることがわかる。一方，図８では回折スポットが観察されていないので，「Ｂ２Ｈ６／Ｈ２希釈」の場合には完全に第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）になっていることがわかる。
（タングステン膜全体の結晶構造の検証）
次に，上述した各第１タングステン膜（図６〜図８参照）にそれぞれ第２タングステン膜を成膜することによって形成された各タングステン膜全体の結晶構造を検証した結果を図９に示す。図９は，第１タングステン膜及び第２タングステン膜を含む各タングステン膜全体についてＸ線回折分析を行い，それによって観察された体心立方の結晶構造の（１１０）面方位と（２００）面方位の配向性を，各面の回折ピーク強度の強度比（（１１０）／（２００））の棒グラフで示したものである。このような図９においては，強度比（（１１０）／（２００））が大きいほど（１１０）面方位の配向性が高く，強度比（（１１０）／（２００））が小さいほど（２００）面方位の配向性が高いことを示す。
図９に示す棒グラフによれば，第１タングステン膜が結晶質の場合（図６参照）の「ＳｉＨ４／ショートパージ」，第１タングステン膜が結晶質と非晶質（アモルファス）を含む場合（図７参照）の「ＳｉＨ４／ロングパージ」，第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）の場合（図８参照）の「Ｂ２Ｈ６／Ｈ２希釈」の順に強度比（（１１０）／（２００））が大きくなっている。従って，第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）を含む割合が高いほど，図９に示すようにタングステン膜全体として（１１０）面方位の配向性が高くなることがわかる。
（タングステン膜全体の抵抗率の検証）
次に，上述した各第１タングステン膜（図６〜図８参照）にそれぞれ第２タングステン膜を成膜することによって形成された各タングステン膜全体の抵抗率を検証した結果を図１０に示す。図１０は，第１タングステン膜と第２タングステン膜を含む各タングステン膜全体の抵抗率を棒グラフで示した図である。なお，ここで第１タングステン膜の膜厚は６ｎｍであり，第２タングステン膜の膜厚は２０ｎｍである。
図１０に示す棒グラフによれば，第１タングステン膜が結晶質の場合（図６参照）の「ＳｉＨ４／ショートパージ」，第１タングステン膜が結晶質と非晶質（アモルファス）を含む場合（図７参照）の「ＳｉＨ４／ロングパージ」，第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）の場合（図８参照）の「Ｂ２Ｈ６／Ｈ２希釈」の順に抵抗率が低くなっている。従って，第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）を含む割合が高いほど，図１０に示すようにタングステン膜全体の抵抗率が低くなることがわかる。
しかも，従来のように第１タングステン膜が結晶質の場合（例えば「ＳｉＨ４／ショートパージ」の場合）に比して，第１タングステン膜が非晶質を含む場合（例えば「ＳｉＨ４／ロングパージ」の場合）では抵抗率が略２０％低下し，第１タングステン膜が非晶質の場合（例えば「Ｂ２Ｈ６／Ｈ２希釈」の場合）では抵抗率が略４０％と大幅に低下している。従って，本実施形態によれば，従来に比してより一層低い抵抗率のタングステン膜を形成することができることがわかる。
以上，図６〜図１０の結果により，第１タングステン膜が非晶質（アモルファス）を含む割合が高いほど，その第１タングステン膜上に成長する第２タングステン膜は，図９に示すようにタングステン膜全体として（１１０）面方位の配向性が高くなり，図１０に示すように抵抗率が低くなることを検証することができた。
このように，本実施形態によれば，非晶質（アモルファス）を含む第１金属系膜上に形成される第２金属系膜は，最も原子密度が高く原子配置が安定する（例えば体心立方構造の場合の（１１０）面方位など）配向性となり易いという原理を利用することによって，より低い抵抗を有する金属系膜を形成することができる。例えば第１タングステン膜を非晶質（アモルファス）を含むように成膜することにより，この第１タングステン膜上に成膜される第２タングステン膜の結晶構造をより低い抵抗を有する結晶構造（例えば体心立方構造の場合の（１１０）面方位の配向性が高い結晶構造）に変えることができ，これにより金属系膜全体の抵抗をより低くすることができる。
なお，第１金属系膜を非晶質を含むように成膜する方法（完全に非晶質化するように成膜する場合も含む）としては，例えば図３に示すように第１タングステン膜成膜ステップにおいてＳｉＨ４ガスなどの水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を変えたり，例えば図５に示すようにＢ２Ｈ６ガスなどの水素化合物ガスをＨ２ガスにより希釈して用いたりする場合を説明したが，必ずしもこれに限定されるものではない。例えば不活性ガスの供給態様や圧力を変えたりすることによっても，第１金属系膜が含む非晶質（アモルファス）の割合を変えることができる。
例えば金属系原料ガスを供給するステップと水素化合物ガスを供給するステップとの後にそれぞれ実行するパージステップにおいて，少なくとも水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップに不活性ガスの供給を止めるステップを介在させることにより，第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えるようにしてもよい。
具体的には例えば図１１に示す各ガス供給態様のように，ＷＦ６ガスを金属系原料ガスとして供給するステップと，ＳｉＨ４ガスを水素化合物ガスとして供給するステップとの後にそれぞれ実行するパージステップにおいて，各パージステップに不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるステップを介在させる。
こうすることにより，各パージステップｔ３２，ｔ３４における略中間期間ｔ３５，ｔ３６において不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を完全に停止し，この間は真空引きのみが継続的に行われて，処理容器１１４内圧力が急激に低下する。このような圧力変化により，ウエハ表面や処理容器１１４内の残留ガスの排除効果をより高めることができる。
このように，ＳｉＨ４ガスを水素化合物ガスとして供給するステップの後に実行するパージステップ（ｔ３４）において，不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるステップ（ｔ３６）を介在させることにより，ウエハ表面や処理容器１１４内の残留ガスの排除効果を高めることができるため，ＳｉＨ４ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が短くても，非晶質を含む第１タングステン膜を成膜することができる。
また，ＷＦ６ガスを金属系原料ガスとして供給するステップの後に実行するパージステップ（ｔ３２）においても，不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるステップ（例えばｔ３５）を介在させることによって，第１タングステン膜のフッ素濃度を減少させることができる。これにより，バリヤ層上にタングステン膜を形成する場合には，バリヤ層とタングステン膜との境界部分のフッ素濃度を低減できるので，その分，バリヤ層側へフッ素が拡散したり，突き抜けが発生したりすることを抑制してボルケーノ等の発生も阻止することができる。
なお，図１１に示す各ガス供給態様では，ＷＦ６ガスを供給するステップと，ＳｉＨ４ガスを供給するステップとの後にそれぞれ実行するパージステップにおいて，各パージステップに不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるステップを介在させる場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，例えばＳｉＨ４ガスを供給するステップの後に実行するパージステップのみに不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるステップを介在させるようにしても，非晶質を含む第１タングステン膜を成膜することができる。
また，ＳｉＨ４ガスを供給するステップの後に実行するパージステップの間は常に不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるようにしてもよく，さらにＳｉＨ４ガスを供給している間も不活性ガス（Ａｒガス，Ｎ２ガス）の供給を止めるようにしてもよい。これによっても，処理容器１１４内が低圧となることから，ウエハ表面や処理容器１１４内の残留ガスの排除効果を高めることができるため，ＳｉＨ４ガスなどの水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間が短くても，非晶質を含む第１タングステン膜を成膜することができる。
なお，上記実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステム或いは装置に供給し，そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成されることは言うまでもない。
この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭ，或いはネットワークを介したダウンロードなどを用いることができる。
なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば上記実施形態では，金属系原料ガスとしてＷＦ６ガスを用いてタングステン膜を成膜する場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，金属系原料ガスとして例えばＴａＣｌ系の金属ハロゲン化合物を用いてＴａ膜，ＴａＮ膜などを成膜するようにしてもよい。また，第１金属系膜の金属系原料ガスとして有機タングステン化合物を用いるとともに，第２金属系膜の金属系原料ガスとしてＷＦ６ガスを用いることも可能である。
本発明は，被処理体表面に金属系膜を形成する金属系膜形成方法及びプログラムを記録した記録媒体に適用可能である。
本発明の実施形態にかかる成膜装置の構成例を示す断面図である。 体心立方構造の主な面方位の具体例を示す図である。 同実施形態にかかる各ガス供給態様を示す図である。 ウエハ表面にタングステン膜が形成される過程を示す模式図である。 Ｂ２Ｈ６ガスを水素化合物ガスとして用いた場合の各ガス供給態様を示す図である。 第１タングステン膜を電子線回折法で観察した電子線回折像を示す図であって，第１タングステン膜が結晶質となる場合である。 第１タングステン膜を電子線回折法で観察した電子線回折像を示す図であって，第１タングステン膜が結晶質と非晶質を含む場合である。 第１タングステン膜を電子線回折法で観察した電子線回折像を示す図であって，第１タングステン膜が非晶質となる場合である。 タングステン膜全体の結晶構造を検証した結果を示す図である。 タングステン膜全体の抵抗率を検証した結果を示す図である。 パージステップに不活性ガス供給停止ステップを介在させる場合の各ガス供給態様を示す図である。
符号の説明
１００ 成膜装置
１１４ 処理容器
１１６ シャワーヘッド部
１１８ シール部材
１２０ ガス噴射口
１２２ リフレクタ
１２４ 保持部材
１２６ 載置台
１２８ リフタピン
１３０ リング部材
１３２ 上げ棒
１３４ リフタピン孔
１３６ ベローズ
１３８ アクチュエータ
１４０ 排気口
１４２ 圧力制御弁
１４６ 真空排気系
１４８ ゲートバルブ
１５０ シール部材
１５１ 透過窓
１５２ 加熱室
１５４ 加熱ランプ
１５６ 回転台
１５８ 回転モータ
１６０ 制御部
１６２ 記憶媒体
２１０ 埋込み穴
２２０ バリヤ層
２３０ 第１タングステン膜（第１金属系膜）
２４０ 第２タングステン膜（第２金属系膜）
２５０ コンタクトプラグ
Ｍ ウエハ

Claims (11)

  1. 金属系膜形成方法であって，
    前記金属系原料ガスと水素化合物ガスを交互に繰り返し供給することによって，非晶質を含む第１金属系膜を成膜する第１金属系膜成膜ステップと，
    前記第１金属系膜上に，前記金属系原料ガスと還元性ガスを同時に供給することによって，第２金属系膜を成膜する第２金属系膜成膜ステップと，
    を含むことを特徴とする金属系膜形成方法。
  2. 少なくとも前記第２金属系膜の結晶構造は，体心立方構造であることを特徴とする請求項１に記載の金属系膜形成方法。
  3. 前記第１金属系膜成膜ステップは，前記金属系原料ガスを供給するステップと前記水素化合物ガスを供給するステップとを，不活性ガスを供給するパージステップを介在させて，交互に繰り返し実行することにより前記第１金属系膜を成膜することを特徴とする請求項１に記載の金属系膜形成方法。
  4. 前記パージステップにおいて，前記水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップの実行時間を変えることにより前記第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えることを特徴とする請求項３に記載の金属系膜形成方法。
  5. 前記パージステップにおいて，少なくとも前記水素化合物ガスを供給するステップ後のパージステップに前記不活性ガスの供給を止めるステップを介在させることにより，前記第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えることを特徴とする請求項３に記載の金属系膜形成方法。
  6. 前記金属系原料ガスはハロゲン化合物ガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属系膜形成方法。
  7. 前記水素化合物ガスはＳｉＨ４ガス，Ｂ２Ｈ６ガス，前記ＳｉＨ４ガスと前記Ｂ２Ｈ６ガスとの混合ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属系膜形成方法。
  8. 前記水素化合物ガスを還元性を有する希釈ガスで希釈することにより，前記第１金属系膜が含む非晶質の割合を変えることを特徴とする請求項３に記載の金属系膜形成方法。
  9. 前記水素化合物ガスはＢ２Ｈ６ガス又はＰＨ３ガスであることを特徴とする請求項８に記載の金属系膜形成方法。
  10. 前記水素化合物ガスは，Ｈ２ガスを希釈ガスとして５％以下に希釈したガスであることを特徴とする請求項８又は９に記載の金属系膜形成方法。
  11. コンピュータに，
    前記金属系原料ガスを供給するステップと前記水素化合物ガスを供給するステップとを，不活性ガスを供給するパージステップを介在させて，交互に繰り返し実行することにより前記第１金属系膜を成膜する第１金属系膜成膜ステップと，
    前記第１金属系膜上に，前記金属系原料ガスと還元性ガスを同時に供給することによって，第２金属系膜を成膜する第２金属系膜成膜ステップと，
    を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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