JP6652652B2 - Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して処理ガスを供給することで行われる基板処理、例えば成膜処理が行われることがある。 As one step of a manufacturing process of a semiconductor device (device), a substrate process performed by supplying a processing gas to a substrate in a processing chamber, for example, a film formation process may be performed.
LSI(Large−Scale Integration)ロジックやメモリの高集積化および高性能化に伴い、バックエンドプロセスにおける配線工程では従来よりも開口部が狭い部分への金属膜の成膜が必要となっている。また、配線工程では低い抵抗率が求められているため、同金属膜にはタングステン(W)含有膜が用いられることが多いが、Si系絶縁膜とW含有膜との密着性は低いため、タンタル窒化膜(TaN膜)やチタン窒化膜(TiN膜)等のバリアメタルがSi系絶縁膜とW含有膜との界面に挿入されることが多い。しかし、TaN膜やTiN膜は抵抗率が高く、かつ、容易に酸化されやすい等の課題がある。 With high integration and high performance of LSI (Large-Scale Integration) logic and memory, a wiring process in a back-end process requires a metal film to be formed in a portion having a smaller opening than in the past. Further, since a low resistivity is required in the wiring process, a tungsten (W) -containing film is often used as the metal film, but since the adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film is low, A barrier metal such as a tantalum nitride film (TaN film) or a titanium nitride film (TiN film) is often inserted at the interface between the Si-based insulating film and the W-containing film. However, the TaN film and the TiN film have problems such as high resistivity and easy oxidation.
本発明の目的は、配線工程において絶縁膜上に金属膜を形成する際、絶縁膜と金属膜であるW含有膜との密着性を向上させるとともに、低い配線抵抗を維持することである。 An object of the present invention is to improve the adhesion between an insulating film and a W-containing film as a metal film when forming a metal film on an insulating film in a wiring step, and to maintain a low wiring resistance.
本発明の一態様によれば、(A)絶縁膜が表面に形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガスからなる第1の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する工程と、(B)前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、 前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給し排気する工程と、 前記基板に対して、前記金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、 前記基板に対して、窒化ガスを供給し排気する工程と、 を順に1回以上行う工程と、(C)前記金属窒化膜上に、直接、第1の金属層を形成する工程であって、 前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給し排気する工程と、 前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する工程と、 を順に1回以上行う工程と、(D)前記第1の金属層上に、直接、第2の金属層を形成する工程であって、 前記基板に対して、前記第1の還元ガスとは異なる第2の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する工程と、を有する技術が提供される。 According to one embodiment of the present invention, (A) a first reducing gas including a borane-based gas or a silane-based gas is supplied to a substrate having an insulating film formed on a surface thereof to reduce the insulating film. And (B) forming a metal nitride film containing a metal element directly on the reduced insulating film, wherein the first reducing gas is supplied to and exhausted from the substrate. A step of supplying and exhausting a metal-containing gas containing the metal element to the substrate, and a step of supplying and exhausting a nitriding gas to the substrate in order, one or more times; C) a step of forming a first metal layer directly on the metal nitride film, comprising: supplying and exhausting the first reducing gas to the substrate; Supplying and exhausting the metal-containing gas; and And (D) a step of forming a second metal layer directly on the first metal layer, wherein a second reduction of the substrate, which is different from the first reduction gas, is performed. Supplying a gas and the metal-containing gas at the same time.
W含有膜を形成する前に、絶縁膜が形成された基板に対して還元ガスを照射して絶縁膜を還元することにより、絶縁膜とW含有膜との密着性を向上させることが可能となる。さらに、抵抗率が高いTaN膜やTiN膜等のバリアメタル膜を用いずに金属膜であるW含有膜を形成するため低い配線抵抗を維持することが可能となる。 By irradiating a substrate on which the insulating film is formed with a reducing gas to reduce the insulating film before forming the W-containing film, it is possible to improve the adhesion between the insulating film and the W-containing film. Become. Further, since a W-containing film, which is a metal film, is formed without using a barrier metal film such as a TaN film or a TiN film having a high resistivity, a low wiring resistance can be maintained.
半導体装置の一工程として、ロジックやメモリのバックエンドプロセスにおけるコンタクトプラグ向けW膜を形成する際には、次のようなプロセスが考えられる。まず基板上に層間絶縁膜として、例えばSiO膜が形成され、このSiO膜の中に配線としてW膜を形成するために、SiO膜上に、ホトレジスト(PR)を塗布し、露光・現像を行い、Wを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりW埋め込み部を開口する。その後、レジスト除去・洗浄を経てバリアメタル/配線膜の成膜工程が行われる。バリアメタルとしてはタングステン窒化膜(WN膜)を形成し、配線膜としてW膜を形成することが考えられる。しかし、Si系絶縁膜とW含有膜との密着性は低いため、従来は、タンタル窒化膜(TaN膜)やチタン窒化膜(TiN膜)等のバリアメタルがSi系絶縁膜とW含有膜との界面に挿入される場合があった。 When forming a W film for a contact plug in a logic or memory back-end process as one process of a semiconductor device, the following process can be considered. First, a SiO film, for example, is formed as an interlayer insulating film on a substrate. In order to form a W film as a wiring in the SiO film, a photoresist (PR) is applied on the SiO film, and exposure and development are performed. , W are masked with a resist except for the region where W is to be buried, and the W buried portion is opened by etching. After that, a barrier metal / wiring film forming process is performed through resist removal and cleaning. It is considered that a tungsten nitride film (WN film) is formed as a barrier metal and a W film is formed as a wiring film. However, since the adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film is low, a barrier metal such as a tantalum nitride film (TaN film) or a titanium nitride film (TiN film) has conventionally been used to form the Si-based insulating film and the W-containing film. In some cases.
発明者らは鋭意研究を行い、Si系絶縁膜とW含有膜との密着性が低い原因として、層間絶縁膜であるSi系絶縁膜上には有機物等が付着しており、その上にW含有膜を形成するため膜の密着性が低くなることを見出した。そこで、図1および図2に示すように、上述のSiO膜の中に配線としてW膜を形成する一連のプロセスにおいて、W含有膜を形成する前に、Si系絶縁膜が形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射するようにした。すなわち、SiO膜上に、ホトレジスト(PR)を塗布し(図2(a))、露光・現像を行い(図2(b))、Wを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりW埋め込み部を開口する(図2(c))。その後、レジスト除去・洗浄を経て(図2(d))、SiO膜を還元してバリアメタル/配線膜の成膜工程を行い(図2(e))、CMPによりWを除去して(図2(f))、サンプルを作製した。図2(e)が作製したサンプルの断面を示す図である。このようにW含有膜を形成する前に、Si系絶縁膜が形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、Si系絶縁膜の表面に付着した有機物等を除去し、かつ、ホウ素(B)もしくはシリコン(Si)等を付着させることでSi系絶縁膜とW含有膜との密着性を向上させることを考案した。以下に、詳細を説明する。 The present inventors have conducted intensive research and found that organic materials and the like adhere to the Si-based insulating film, which is an interlayer insulating film, because the adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film is low. It has been found that the adhesiveness of the film is reduced to form the containing film. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, in a series of processes for forming a W film as a wiring in the above-described SiO film, a substrate on which a Si-based insulating film is formed before forming a W-containing film. On the other hand, a reducing gas such as a borane-based gas or a silane-based gas was irradiated. That is, a photoresist (PR) is applied on the SiO film (FIG. 2A), exposed and developed (FIG. 2B), a region other than a region where W is embedded is masked with a resist, and W is etched by etching. The buried portion is opened (FIG. 2C). Thereafter, after removing and washing the resist (FIG. 2D), the SiO film is reduced to form a barrier metal / wiring film forming step (FIG. 2E), and W is removed by CMP (FIG. 2E). 2 (f)), a sample was prepared. FIG. 2E is a diagram illustrating a cross section of the manufactured sample. Before the formation of the W-containing film, the substrate on which the Si-based insulating film is formed is irradiated with a reducing gas such as a borane-based gas or a silane-based gas, so that the substrate adheres to the surface of the Si-based insulating film. It has been devised to improve the adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film by removing the organic substances and the like and attaching boron (B) or silicon (Si) or the like. The details will be described below.
<本発明の一実施形態> 以下、本発明の一実施形態について、図3〜6を参照しながら説明する。基板処理装置10は半導体装置の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。 <One Embodiment of the Present Invention> Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The substrate processing apparatus 10 is configured as an example of an apparatus used in a semiconductor device manufacturing process.
(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。 (1) Configuration of Substrate Processing Apparatus The substrate processing apparatus 10 includes a processing furnace 202 provided with a heater 207 as a heating unit (heating mechanism, heating system). The heater 207 has a cylindrical shape, and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応容器(処理容器)を構成するアウタチューブ203が配設されている。アウタチューブ203は、例えば石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ203の下方には、アウタチューブ203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)などの金属からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部と、アウタチューブ203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ203は垂直に据え付けられた状態となる。 Inside the heater 207, an outer tube 203 constituting a reaction vessel (processing vessel) concentrically with the heater 207 is provided. The outer tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with an upper end closed and a lower end opened. Below the outer tube 203, a manifold (inlet flange) 209 is disposed concentrically with the outer tube 203. The manifold 209 is made of a metal such as stainless steel (SUS), for example, and is formed in a cylindrical shape having upper and lower ends opened. An O-ring 220a as a sealing member is provided between the upper end of the manifold 209 and the outer tube 203. When the manifold 209 is supported by the heater base, the outer tube 203 is vertically installed.
アウタチューブ203の内側には、反応容器を構成するインナチューブ204が配設されている。インナチューブ204は、例えば石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。主に、アウタチューブ203と、インナチューブ204と、マニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の筒中空部(インナチューブ204の内側)には処理室201が形成されている。 Inside the outer tube 203, an inner tube 204 constituting a reaction vessel is provided. The inner tube 204 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape having an upper end closed and a lower end opened. A processing container (reaction container) mainly includes the outer tube 203, the inner tube 204, and the manifold 209. A processing chamber 201 is formed in the hollow portion of the processing container (inside the inner tube 204).
処理室201は、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。 The processing chamber 201 is configured to be capable of housing wafers 200 as substrates in a state where the wafers 200 are arranged in multiple stages in the vertical direction in a horizontal posture by a boat 217 described later.
処理室201内には、ノズル410,420,430がマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,430には、ガス供給ラインとしてのガス供給管310,330が、それぞれ接続されている。ノズル420には、ガス供給ラインとしてのガス供給管320a,320bが接続されている。このように、基板処理装置10には3本のノズル410,420,430と、4本のガス供給管310,320a,320b,330とが設けられており、処理室201内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。ただし、本実施形態の処理炉202は上述の形態に限定されない。 In the processing chamber 201, nozzles 410, 420, and 430 are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204. Gas supply pipes 310 and 330 as gas supply lines are connected to the nozzles 410 and 430, respectively. Gas supply pipes 320a and 320b as gas supply lines are connected to the nozzle 420. As described above, the substrate processing apparatus 10 is provided with the three nozzles 410, 420, and 430 and the four gas supply pipes 310, 320a, 320b, and 330. Is configured to be supplied. However, the processing furnace 202 of the present embodiment is not limited to the above-described embodiment.
ガス供給管310,320a,320b,330には上流側から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)312,322a,320b,332がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管310,320,330には、開閉弁であるバルブ314,324a,320b,334がそれぞれ設けられている。ガス供給管310,320a,320b,330のバルブ314,324a,320b,334の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管510,520,530がそれぞれ接続されている。ガス供給管510,520,530には、上流側から順に、流量制御器(流量制御部)であるMFC512,522,532及び開閉弁であるバルブ514,524,534がそれぞれ設けられている。 The gas supply pipes 310, 320a, 320b, and 330 are provided with mass flow controllers (MFCs) 312, 322a, 320b, and 332, respectively, which are flow controllers (flow controllers) in order from the upstream side. The gas supply pipes 310, 320, and 330 are provided with valves 314, 324a, 320b, and 334, respectively, which are on-off valves. Gas supply pipes 510, 520, and 530 for supplying inert gas are connected to the gas supply pipes 310, 320a, 320b, and 330 downstream of the valves 314, 324a, 320b, and 334, respectively. The gas supply pipes 510, 520, and 530 are provided with MFCs 512, 522, and 532 that are flow controllers (flow control units) and valves 514, 524, and 534 that are on-off valves, respectively, in order from the upstream side.
ガス供給管310,330の先端部にはノズル410,430がそれぞれ連結接続されている。ノズル420は、ガス供給管320aとガス供給管320bとが接続された後に連結接続されている。ノズル410,420,430は、L字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430の垂直部は、インナチューブ204の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状(溝形状)の予備室201aの内部に設けられており、予備室201a内にてインナチューブ204の内壁に沿って上方(ウエハ200の配列方向上方)に向かって設けられている。 Nozzles 410 and 430 are connected to the distal ends of the gas supply pipes 310 and 330, respectively. The nozzle 420 is connected and connected after the gas supply pipe 320a and the gas supply pipe 320b are connected. The nozzles 410, 420, and 430 are configured as L-shaped nozzles, and the horizontal portion is provided to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204. The vertical portions of the nozzles 410, 420, and 430 are provided inside a channel-shaped (groove-shaped) preliminary chamber 201a that protrudes radially outward of the inner tube 204 and extends in the vertical direction. In the preliminary chamber 201 a, it is provided upward (upward in the arrangement direction of the wafers 200) along the inner wall of the inner tube 204.
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。 The nozzles 410, 420, and 430 are provided so as to extend from a lower region of the processing chamber 201 to an upper region of the processing chamber 201, and a plurality of gas supply holes 410 a, 420 a, and 430 a are provided at positions facing the wafer 200. Is provided. Thus, the processing gas is supplied to the wafer 200 from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a of the nozzles 410, 420, and 430, respectively. A plurality of the gas supply holes 410a, 420a, and 430a are provided from the lower portion to the upper portion of the inner tube 204, have the same opening area, and are provided at the same opening pitch. However, the gas supply holes 410a, 420a, and 430a are not limited to the above-described embodiments. For example, the opening area may be gradually increased from the lower part to the upper part of the inner tube 204. Thereby, the flow rate of the gas supplied from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a can be made more uniform.
ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aは、後述するボート217の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aから処理室201内に供給された処理ガスは、ボート217の下部から上部までに収容されたウエハ200、すなわちボート217に収容されたウエハ200の全域に供給される。ノズル410,420,430は、処理室201の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート217の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。 A plurality of gas supply holes 410a, 420a, and 430a of the nozzles 410, 420, and 430 are provided at positions from the lower part to the upper part of the boat 217 described later. Therefore, the processing gas supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410 a, 420 a, and 430 a of the nozzles 410, 420, and 430 is stored in the wafer 200 stored from the lower part to the upper part of the boat 217, that is, in the boat 217. The wafer 200 is supplied to the entire area of the wafer 200. The nozzles 410, 420, and 430 may be provided so as to extend from the lower region to the upper region of the processing chamber 201, but are preferably provided to extend near the ceiling of the boat 217.
ガス供給管310からは、処理ガスとして、第1の還元ガスが、MFC312、バルブ314、ノズル410を介して処理室201内に供給される。第1の還元ガスとしては、例えば、ホウ素(B)を含むB含有ガスであるボラン系ガスや、シリコン(Si)を含むシリコン含有ガスであるシラン系ガスが用いられる。本実施形態では、ボラン系ガスとしてジボラン(B2H6)を用いる例について説明する。From the gas supply pipe 310, a first reducing gas is supplied as a processing gas into the processing chamber 201 via the MFC 312, the valve 314, and the nozzle 410. As the first reducing gas, for example, a borane-based gas that is a B-containing gas containing boron (B) or a silane-based gas that is a silicon-containing gas containing silicon (Si) is used. In this embodiment, an example in which diborane (B 2 H 6 ) is used as a borane-based gas will be described.
ガス供給管320aからは、処理ガスとして、反応ガスがMFC322a、バルブ324a、ノズル420を介して処理室201内に供給される。反応ガスとしては、例えば、窒化ガスとして、窒素(N)を含むN含有ガスであるアンモニア(NH3)等が用いられる。From the gas supply pipe 320a, a reaction gas is supplied as a processing gas into the processing chamber 201 via the MFC 322a, the valve 324a, and the nozzle 420. As the reaction gas, for example, ammonia (NH 3 ), which is an N-containing gas containing nitrogen (N), is used as a nitriding gas.
ガス供給管320bからは、処理ガスとして、第1の還元ガスとは異なる第2の還元ガスがMFC322b、バルブ324b、ノズル420を介して処理室201内に供給される。第2の還元ガスとしては、例えば、水素原子(H)を含むH含有ガスである水素(H2)が用いられる。A second reducing gas different from the first reducing gas is supplied from the gas supply pipe 320b into the processing chamber 201 via the MFC 322b, the valve 324b, and the nozzle 420. As the second reducing gas, for example, hydrogen (H 2 ) which is an H-containing gas containing a hydrogen atom (H) is used.
ガス供給管330からは、処理ガスとして、金属元素およびフッ素(F)を含むフッ素含有金属原料ガス(金属含有フッ化ガスとも称する)が、MFC332、バルブ334、ノズル430を介して処理室201内に供給される。原料としては、金属元素としてのタングステン(W)を含む六フッ化タングステン(WF6)が用いられる。From the gas supply pipe 330, as a processing gas, a fluorine-containing metal source gas containing a metal element and fluorine (F) (also referred to as a metal-containing fluoride gas) is supplied into the processing chamber 201 via the MFC 332, the valve 334, and the nozzle 430. Supplied to As a raw material, tungsten hexafluoride (WF 6 ) containing tungsten (W) as a metal element is used.
ガス供給管510,520,530からは、不活性ガスとして、例えば窒素(N2)ガスが、それぞれMFC512,522,532、バルブ514,524,534、ノズル410,420,430を介して処理室201内に供給される。なお、以下、不活性ガスとしてN2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、N2ガス以外に、例えば、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いてもよい。From the gas supply pipes 510, 520, and 530, for example, a nitrogen (N 2 ) gas is supplied as an inert gas through the MFC 512, 522, 532, the valves 514, 524, 534, and the nozzles 410, 420, 430, respectively. 201. Hereinafter, an example in which N 2 gas is used as the inert gas will be described. As the inert gas, for example, an argon (Ar) gas, a helium (He) gas, a neon (Ne) gas may be used in addition to the N 2 gas. And a rare gas such as xenon (Xe) gas.
主に、ガス供給管310,320a,320b,330、MFC312,322a,322b,332、バルブ314,324a,324b,334、ノズル410,420,430により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル410,420,430のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系を、単に、ガス供給系と称することもできる。ガス供給管310から第1の還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管310,MFC312、バルブ314により第1の還元ガス供給系が構成されるが、ノズル410を第1の還元ガス供給系に含めて考えてもよい。第1の還元ガスとしてボラン系ガスを用いる場合、第1の還元ガス供給系をボラン系ガスと称してもよいし、第2の還元ガスとしてシラン系ガスを用いる場合、第1の還元ガス供給系をシラン系ガス供給系と称してもよい。ガス供給管320aから反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管320a,MFC322a、バルブ324aにより反応ガス供給系が構成されるが、ノズル320を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。また、反応ガスとして窒化ガスを流す場合、反応ガス供給系を窒化ガス供給系と称してもよい。ガス供給管320bから第2の還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管320b,MFC322b、バルブ324bにより第2の還元ガス供給系が構成されるが、ノズル320を第2の還元ガス供給系に含めて考えてもよい。また、第2の還元ガスとしてH含有ガスを流す場合、第2の還元ガス供給系をH含有ガス供給系と称してもよい。ガス供給管330から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管330,MFC332、バルブ334により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル430を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガスとして金属含有原料ガスを用いる場合、原料ガス供給系を金属含有原料ガス供給系と称することもできる。また、主に、ガス供給管510,520,530、MFC512,522,532、バルブ514,524,534により不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。 A processing gas supply system is mainly configured by gas supply pipes 310, 320a, 320b, 330, MFCs 312, 322a, 322b, 332, valves 314, 324a, 324b, 334, and nozzles 410, 420, 430. , 420 and 430 may be considered as the processing gas supply system. The processing gas supply system may be simply referred to as a gas supply system. When the first reducing gas flows from the gas supply pipe 310, a first reducing gas supply system mainly includes the gas supply pipe 310, the MFC 312, and the valve 314, and the nozzle 410 is connected to the first reducing gas supply system. May be included. When a borane-based gas is used as the first reducing gas, the first reducing gas supply system may be referred to as a borane-based gas. When a silane-based gas is used as the second reducing gas, the first reducing gas supply system may be used. The system may be referred to as a silane-based gas supply system. When the reaction gas flows from the gas supply pipe 320a, a reaction gas supply system mainly includes the gas supply pipe 320a, the MFC 322a, and the valve 324a. However, the nozzle 320 may be included in the reaction gas supply system. When a nitriding gas flows as a reaction gas, the reaction gas supply system may be referred to as a nitriding gas supply system. When the second reducing gas flows from the gas supply pipe 320b, a second reducing gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 320b, the MFC 322b, and the valve 324b. May be included. When an H-containing gas flows as the second reducing gas, the second reducing gas supply system may be referred to as an H-containing gas supply system. When the source gas flows from the gas supply pipe 330, a source gas supply system mainly includes the gas supply pipe 330, the MFC 332, and the valve 334. However, the nozzle 430 may be included in the source gas supply system. When a metal-containing source gas is used as the source gas, the source gas supply system may be referred to as a metal-containing source gas supply system. In addition, an inert gas supply system is mainly configured by the gas supply pipes 510, 520, 530, the MFCs 512, 522, 532, and the valves 514, 524, 534. The inert gas supply system may be referred to as a purge gas supply system, a dilution gas supply system, or a carrier gas supply system.
本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ204の内壁と、複数枚のウエハ200の端部とで定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内の予備室201a内に配置したノズル410,420,430を経由してガスを搬送している。そして、ノズル410,420,430のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔410a,420a,430aからインナチューブ204内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル410のガス供給孔410a、ノズル420のガス供給孔420a及びノズル430のガス供給孔430aにより、ウエハ200の表面と平行方向、すなわち水平方向に向かって原料ガス等を噴出させている。 The gas supply method according to the present embodiment is performed in the preparatory chamber 201 a in an annular vertically long space defined by the inner wall of the inner tube 204 and the ends of the plurality of wafers 200, that is, in the cylindrical space. The gas is conveyed via the nozzles 410, 420, 430 arranged in the. Then, gas is ejected into the inner tube 204 from a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a provided at positions of the nozzles 410, 420, 430 facing the wafer. More specifically, the source gas or the like is ejected in a direction parallel to the surface of the wafer 200, that is, in a horizontal direction by the gas supply hole 410a of the nozzle 410, the gas supply hole 420a of the nozzle 420, and the gas supply hole 430a of the nozzle 430. ing.
排気孔(排気口)204aは、インナチューブ204の側壁であってノズル410,420,430に対向した位置、すなわち予備室201aとは180度反対側の位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。そのため、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aから処理室201内に供給され、ウエハ200の表面上を流れたガス、すなわち、残留するガス(残ガス)は、排気孔204aを介してインナチューブ204とアウタチューブ203との間に形成された隙間からなる排気路206内に流れる。そして、排気路206内へと流れたガスは、排気管231内に流れ、処理炉202外へと排出される。 The exhaust hole (exhaust port) 204a is a through hole formed at a position facing the nozzles 410, 420, and 430 on the side wall of the inner tube 204, that is, at a position 180 degrees opposite to the preliminary chamber 201a. , Are slit-shaped through holes elongated in the vertical direction. Therefore, the gas supplied from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a of the nozzles 410, 420, and 430 into the processing chamber 201 and flowing on the surface of the wafer 200, that is, the remaining gas (residual gas) is discharged to the exhaust hole 204a. Through the inner tube 204 and the outer tube 203, and flows into an exhaust passage 206 formed by a gap formed between the inner tube 204 and the outer tube 203. Then, the gas flowing into the exhaust path 206 flows into the exhaust pipe 231 and is discharged out of the processing furnace 202.
排気孔204aは、複数のウエハ200と対向する位置(好ましくはボート217の上部から下部と対向する位置)に設けられており、ガス供給孔410a、420a、430aから処理室201内のウエハ200の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ200の表面と平行方向に向かって流れた後、排気孔204aを介して排気路206内へと流れる。すなわち、処理室201に残留するガスは、排気孔204aを介してウエハ200の主面に対して平行に排気される。なお、排気孔204aはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。 The exhaust hole 204a is provided at a position facing the plurality of wafers 200 (preferably, at a position facing the upper part to the lower part of the boat 217), and the gas supply holes 410a, 420a, and 430a are used to discharge the wafer 200 in the processing chamber 201. The gas supplied to the vicinity flows in the horizontal direction, that is, in the direction parallel to the surface of the wafer 200, and then flows into the exhaust passage 206 through the exhaust hole 204a. That is, the gas remaining in the processing chamber 201 is exhausted in parallel with the main surface of the wafer 200 through the exhaust hole 204a. In addition, the exhaust hole 204a is not limited to the case where it is configured as a slit-shaped through hole, and may be configured with a plurality of holes.
マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、上流側から順に、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245,APC(Auto Pressure Controller)バルブ243,真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ243は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができる。主に、排気孔204a,排気路206,排気管231,APCバルブ243及び圧力センサ245により、排気系すなわち排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。 An exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201 is provided in the manifold 209. The exhaust pipe 231 has a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detecting unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201, an APC (Auto Pressure Controller) valve 243, and a vacuum pump as a vacuum exhaust device, in order from the upstream side. 246 are connected. The APC valve 243 can open and close the valve while the vacuum pump 246 is operating, thereby performing evacuation of the processing chamber 201 and stopping the evacuation. Further, the APC valve 243 operates with the vacuum pump 246 operating. The pressure in the processing chamber 201 can be adjusted by adjusting the opening degree. An exhaust system, that is, an exhaust line is mainly configured by the exhaust hole 204a, the exhaust path 206, the exhaust pipe 231, the APC valve 243, and the pressure sensor 245. Note that the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。シールキャップ219における処理室201の反対側には、ウエハ200を収容するボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、アウタチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ115は、ボート217及びボート217に収容されたウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成されている。 Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid capable of hermetically closing the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is configured to contact the lower end of the manifold 209 from below in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as SUS, for example, and is formed in a disk shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring 220b is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 209. On the opposite side of the processing chamber 201 in the seal cap 219, a rotation mechanism 267 for rotating a boat 217 that stores the wafer 200 is installed. The rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the boat 217 to rotate the wafer 200. The seal cap 219 is configured to be vertically moved up and down by a boat elevator 115 serving as a lifting / lowering mechanism installed vertically outside the outer tube 203. The boat elevator 115 is configured to be able to carry the boat 217 into and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down. The boat elevator 115 is configured as a transfer device (transfer mechanism) that transfers the boat 217 and the wafers 200 stored in the boat 217 into and out of the processing chamber 201.
基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば25〜200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる断熱板218が水平姿勢で多段(図示せず)に支持されている。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。 The boat 217 as a substrate support is configured to support a plurality of wafers 200, for example, 25 to 200 wafers in a horizontal posture and in a vertical direction with the centers aligned with each other, that is, to support the wafers 200 in multiple stages. It is configured to be arranged at intervals. The boat 217 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC. Under the boat 217, a heat insulating plate 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC is supported in multiple stages (not shown) in a horizontal posture. This configuration makes it difficult for heat from the heater 207 to be transmitted to the seal cap 219 side. However, the present embodiment is not limited to the above-described embodiment. For example, instead of providing the heat insulating plate 218 at the lower part of the boat 217, a heat insulating tube configured as a cylindrical member made of a heat resistant material such as quartz or SiC may be provided.
図2に示すように、インナチューブ204内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電量を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、ノズル410,420及び430と同様にL字型に構成されており、インナチューブ204の内壁に沿って設けられている。 As shown in FIG. 2, a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the inner tube 204, and the amount of electricity supplied to the heater 207 is adjusted based on temperature information detected by the temperature sensor 263. The inside of the processing chamber 201 is configured to have a desired temperature distribution. The temperature sensor 263 is formed in an L shape similarly to the nozzles 410, 420, and 430, and is provided along the inner wall of the inner tube 204.
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。 As shown in FIG. 3, the controller 121, which is a control unit (control means), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d. Have been. The RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured to be able to exchange data with the CPU 121a via an internal bus. An input / output device 122 configured as, for example, a touch panel or the like is connected to the controller 121.
記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置121c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程(各ステップ)をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。RAM121bは、CPU121aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。 The storage device 121c includes, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and the like. In the storage device 121c, a control program for controlling the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe describing a procedure and conditions of a semiconductor device manufacturing method described later, and the like are stored in a readable manner. The process recipe is combined so that the controller 121 can execute each step (each step) in a semiconductor device manufacturing method described later and obtain a predetermined result, and functions as a program. Hereinafter, the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to simply as a program. In this specification, the term “program” may include only a process recipe alone, may include only a control program, or may include a combination of a process recipe and a control program. The RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 121a are temporarily stored.
I/Oポート121dは、上述のMFC312,322a,322b,332,512,522,532、バルブ314,324a,324b,334,514,524,534、圧力センサ245、APCバルブ243、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。 The I / O port 121d is connected to the MFC 312, 322a, 322b, 332, 512, 522, 532, the valve 314, 324a, 324b, 334, 514, 524, 534, the pressure sensor 245, the APC valve 243, the vacuum pump 246, The heater 207, the temperature sensor 263, the rotation mechanism 267, the boat elevator 115, and the like are connected.
CPU121aは、記憶装置121cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからレシピ等を読み出すように構成されている。CPU121aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC312,322a,322b,332,512,522,532による各種ガスの流量調整動作、バルブ314,324a,324b,334,514,524,534の開閉動作、APCバルブ243の開閉動作及びAPCバルブ243による圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動及び停止、回転機構267によるボート217の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、ボート217へのウエハ200の収容動作等を制御するように構成されている。 The CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and read a recipe or the like from the storage device 121c in response to an operation command input from the input / output device 122 or the like. The CPU 121a adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 312, 322a, 322b, 332, 512, 522, and 532, and opens and closes the valves 314, 324a, 324b, 334, 514, 524, and 534 in accordance with the contents of the read recipe. Operation, opening / closing operation of the APC valve 243, pressure adjustment operation based on the pressure sensor 245 by the APC valve 243, temperature adjustment operation of the heater 207 based on the temperature sensor 263, start and stop of the vacuum pump 246, rotation of the boat 217 by the rotation mechanism 267 And a rotation speed adjusting operation, a raising / lowering operation of the boat 217 by the boat elevator 115, an operation of storing the wafer 200 in the boat 217, and the like.
コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)123に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置121cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体は、記憶装置121c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置123を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。 The controller 121 is stored in an external storage device (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk and a hard disk, an optical disk such as a CD and a DVD, a magneto-optical disk such as an MO, and a semiconductor memory such as a USB memory and a memory card). The above-described program can be configured by installing the program in a computer. The storage device 121c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively simply referred to as a recording medium. In this specification, the recording medium may include only the storage device 121c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both. The provision of the program to the computer may be performed using communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
(2)基板処理工程(成膜工程) 半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、本実施形態の一例について、図6を用いて説明する。後述の各工程は、上述した基板処理装置10の処理炉202を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。 (2) Substrate Processing Step (Film Forming Step) An example of the present embodiment will be described with reference to FIG. 6 as one step of a semiconductor device (device) manufacturing process. Each step described below is performed using the processing furnace 202 of the substrate processing apparatus 10 described above. In the following description, the operation of each unit constituting the substrate processing apparatus 10 is controlled by the controller 121.
本実施形態による基板処理工程(半導体装置の製造工程)では、(A)SiO膜が表面に形成されたウエハ200に対して、B2H6ガスを供給して、SiO膜を還元する工程と、(B)還元されたSiO膜上に、直接、W元素を含むWN膜を形成する工程であって、 ウエハ200に対して、B2H6ガスを供給し排気する工程と、 ウエハ200に対して、W元素を含むWF6ガスを供給し排気する工程と、 ウエハ200に対して、NH3ガスを供給し排気する工程と、 を順に1回以上行う工程と、(C)WN膜上に、直接、第1のW層を形成する工程であって、 ウエハ200に対して、B2H6ガスを供給し排気する工程と、 ウエハ200に対して、WF6ガスを供給し排気する工程と、 を順に1回以上行う工程と、(D)W核層上に、直接、第2のW層を形成する工程であって、 ウエハ200に対して、H2ガスとWF6ガスを同時に供給する工程と、を行う。In the substrate processing step (semiconductor device manufacturing step) according to the present embodiment, (A) a step of supplying the B 2 H 6 gas to the wafer 200 having the SiO film formed on the surface to reduce the SiO film; (B) a step of forming a WN film containing a W element directly on the reduced SiO film, the step of supplying and exhausting a B 2 H 6 gas to the wafer 200; On the other hand, a step of supplying and exhausting a WF 6 gas containing a W element, a step of supplying and exhausting an NH 3 gas to and from the wafer 200 are sequentially performed at least once, and (C) on the WN film. Forming a first W layer directly, supplying and exhausting a B 2 H 6 gas to the wafer 200, and supplying and exhausting a WF 6 gas to the wafer 200 And (c) sequentially performing one or more times of: A step of forming a second W layer directly on the core layer, a step of simultaneously supplying H 2 gas and WF 6 gas to the wafer 200;
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体(集合体)」を意味する場合(すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合)がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。 In this specification, the term “wafer” means “wafer itself” or “laminate (assembly) of a wafer and predetermined layers and films formed on the surface thereof”. (That is, a wafer including predetermined layers and films formed on the surface). In this specification, the term “surface of the wafer” is used to mean “the surface (exposed surface) of the wafer itself” or “the surface of a predetermined layer or film formed on the wafer. That is, it may mean "the outermost surface of the wafer as a laminate". Note that the use of the word “substrate” in this specification is synonymous with the use of the word “wafer”.
(ウエハ搬入) 最表面に絶縁膜としてのシリコン酸化膜(SiO膜)が形成された(露出した)複数枚のウエハ200を処理室201内に搬入(ボートロード)する。具体的には、複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介して反応管203の下端開口を閉塞した状態となる。 (Wafer Loading) A plurality of wafers 200 (exposed) on which a silicon oxide film (SiO film) as an insulating film is formed (exposed) on the outermost surface are loaded (boat loaded) into the processing chamber 201. Specifically, when a plurality of wafers 200 are loaded on the boat 217 (wafer charging), the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 as shown in FIG. And is carried into the processing chamber 201. In this state, the seal cap 219 closes the lower end opening of the reaction tube 203 via the O-ring 220.
(圧力調整および温度調整) 処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づき、APCバルブ243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。 (Pressure Adjustment and Temperature Adjustment) The inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 to a desired pressure (degree of vacuum). At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 243 is feedback-controlled based on the measured pressure information (pressure adjustment). The vacuum pump 246 keeps operating at least until the processing on the wafer 200 is completed. Further, the inside of the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to reach a desired temperature. At this time, the amount of power to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment). The heating of the inside of the processing chamber 201 by the heater 207 is continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.
[B2H6プリフロー工程] 続いて、ウエハ200上に形成されたSiO膜を還元する工程を実行する。[B 2 H 6 Preflow Step] Subsequently, a step of reducing the SiO film formed on the wafer 200 is performed.
バルブ314を開き、ガス供給管310内に第1の還元ガスであるB2H6ガスを流す。B2H6ガスは、MFC312により流量調整されノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、絶縁膜が表面に形成されたウエハ200に対してB2H6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管510内を流れたN2ガスは、MFC512により流量調整され、B2H6ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル420,430内へのB2H6ガスの侵入を防止するために、バルブ524,534を開き、ガス供給管520,530内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管320a,320b,330、ノズル420,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。The valve 314 is opened, and B 2 H 6 gas, which is the first reducing gas, flows into the gas supply pipe 310. The flow rate of the B 2 H 6 gas is adjusted by the MFC 312, supplied to the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the B 2 H 6 gas is supplied to the wafer 200 having the insulating film formed on the surface. At this time, the valve 514 is opened at the same time, and an inert gas such as N 2 gas flows into the gas supply pipe 510. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 510 is adjusted by the MFC 512, supplied to the processing chamber 201 together with the B 2 H 6 gas, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, in order to prevent the B2H6 gas from entering the nozzle 420 and 430, opening the valve 524 and 534 to flow the N 2 gas into the gas supply pipe 520. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 via the gas supply pipes 320a, 320b, 330 and the nozzles 420, 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1〜3990Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するB2H6の供給流量は、例えば0.01〜20slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するN2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。B2H6ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01〜60秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜350℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。B2H6ガスの供給により、ウエハ200上に形成されたSiO膜が還元される。ウエハ200上に形成されたSiO膜の表面に存在する有機物を除去するとともに、Bを付着させることによりSiO膜と、次に形成するWN膜との密着性を向上させることができる。At this time, the APC valve 243 is adjusted to set the pressure in the processing chamber 201 to a pressure within a range of, for example, 1 to 3990 Pa. The supply flow rate of B 2 H 6 controlled by the MFC 312 is, for example, a flow rate within a range of 0.01 to 20 slm. The supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, a flow rate within a range of 0.1 to 30 slm. The time for supplying the B 2 H 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 0.01 to 60 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to a temperature such that the temperature of the wafer 200 falls within a range of, for example, 100 to 350 ° C. By supplying the B 2 H 6 gas, the SiO film formed on the wafer 200 is reduced. By removing organic substances present on the surface of the SiO film formed on the wafer 200 and attaching B, the adhesion between the SiO film and the WN film to be formed next can be improved.
絶縁膜が還元された後、バルブ314を閉じ、B2H6ガスの供給を停止する。このとき、ウエハ200ウエハ200の最表面には、還元されたSiO膜を含む膜が露出する。すなわち、ウエハ200の表面が還元される。このとき、B2H6ガスをプラズマ励起せず、ノンプラズマで用いるとよい。ノンプラズマでプリフローを行うことにより、SiO膜に対してプラズマダメージを与えることなく、SiO膜を還元することができる。After the insulating film is reduced, the valve 314 is closed, and the supply of the B 2 H 6 gas is stopped. At this time, a film including the reduced SiO film is exposed on the outermost surface of the wafer 200. That is, the surface of the wafer 200 is reduced. At this time, the B 2 H 6 gas may be used without plasma excitation without using plasma. By performing preflow using non-plasma, the SiO film can be reduced without causing plasma damage to the SiO film.
[残留ガス除去工程] B2H6ガスの供給を停止した後、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはSiO膜の還元に寄与した後のB2H6ガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534は開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはSiO膜の還元に寄与した後のB2H6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。[Residual Gas Removal Step] After the supply of the B 2 H 6 gas is stopped, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 while the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open. The unreacted B 2 H 6 gas that has contributed to the reduction of the SiO film is removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 514, 524, and 534 are kept open, and the supply of the N 2 gas into the processing chamber 201 is maintained. The N 2 gas acts as a purge gas, and can enhance the effect of eliminating the B 2 H 6 gas remaining in the processing chamber 201 and remaining after contributing to the reduction of the SiO film from the processing chamber 201.
[タングステン窒化膜(WN膜)形成工程] 続いて、還元されたSiO膜が露出するウエハ200上に、金属窒化膜であるWN膜を形成するステップを実行する。すなわち、SiO膜上に、直接、WN膜を形成する。WN膜はバリアメタル膜として作用する。 [Step of Forming Tungsten Nitride Film (WN Film)] Subsequently, a step of forming a WN film, which is a metal nitride film, on the wafer 200 on which the reduced SiO film is exposed is performed. That is, the WN film is formed directly on the SiO film. The WN film functions as a barrier metal film.
(B2H6ガス供給 ステップ11) バルブ314を開き、ガス供給管310内に、第1の還元ガスとしてB含有ガスであるB2H6ガスを流す。B2H6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、B2H6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガスを流す。ガス供給管510内を流れたN2ガスは、MFC512により流量調整される。N2ガスはB2H6ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル420,430内へのB2H6ガスの侵入を防止するために、バルブ524,534を開き、ガス供給管520,530内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管320a,320b,330、ノズル420,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。(B 2 H 6 gas supply step 11) The valve 314 is opened, and the B 2 H 6 gas, which is a B-containing gas, flows as the first reducing gas into the gas supply pipe 310. The flow rate of the B 2 H 6 gas is adjusted by the MFC 312, supplied to the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the B 2 H 6 gas is supplied to the wafer 200. At this time, the valve 514 is opened at the same time, and N 2 gas flows into the gas supply pipe 510. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 510 is adjusted by the MFC 512. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 together with the B 2 H 6 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, in order to prevent the B 2 H 6 gas from entering the nozzles 420 and 430, the valves 524 and 534 are opened, and the N 2 gas flows into the gas supply pipes 520 and 530. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 via the gas supply pipes 320a, 320b, 330 and the nozzles 420, 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
B2H6ガスを流すときは、APCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜3990Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するB2H6ガスの供給流量は、例えば0.01〜20slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.0.01〜30slmの範囲内の流量とする。B2H6ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01〜60秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜350℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室201内に流しているガスはB2H6ガスとN2ガスのみであり、B2H6ガスの供給により、ウエハ200の最表面が還元されるWhen flowing the B 2 H 6 gas, the APC valve 243 is adjusted to set the pressure in the processing chamber 201 to a pressure within a range of, for example, 10 to 3990 Pa. The supply flow rate of the B 2 H 6 gas controlled by the MFC 312 is, for example, a flow rate within a range of 0.01 to 20 slm. The supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, a flow rate in a range of 0.0.01 to 30 slm. The time for supplying the B 2 H 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 0.01 to 60 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to a temperature such that the temperature of the wafer 200 falls within a range of, for example, 100 to 350 ° C. The gases flowing into the processing chamber 201 are only the B 2 H 6 gas and the N 2 gas, and the outermost surface of the wafer 200 is reduced by the supply of the B 2 H 6 gas.
(残留ガス除去 ステップ12) B2H6ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ314を閉じて、B2H6ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のB2H6ガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534は開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のB2H6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。(Residual Gas Removal Step 12) After supplying the supply of the B 2 H 6 gas for a predetermined time, the valve 314 is closed to stop the supply of the B 2 H 6 gas. At this time, while the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 and the B 2 H 6 gas remaining in the processing chamber 201 remains unreacted or contributes to reduction. Is removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 514, 524, and 534 are kept open, and the supply of the N 2 gas into the processing chamber 201 is maintained. The N 2 gas acts as a purge gas, and can enhance the effect of removing the unreacted or remaining B 2 H 6 gas remaining in the processing chamber 201 from the processing chamber 201.
(WF6ガス供給 ステップ13) バルブ334を開き、ガス供給管330内に原料ガスであるWF6ガスを流す。WF6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WF6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管530内を流れたN2ガスは、MFC532により流量調整され、WF6ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,420内へのWF6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N2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,320a,320b、ノズル410,420を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。(WF 6 Gas Supply Step 13) The valve 334 is opened, and the WF 6 gas, which is a raw material gas, flows into the gas supply pipe 330. The flow rate of the WF 6 gas is adjusted by the MFC 332, supplied to the processing chamber 201 from the gas supply hole 430 a of the nozzle 430, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the WF 6 gas is supplied to the wafer 200. At this time, the valve 534 is opened at the same time, and an inert gas such as N 2 gas flows into the gas supply pipe 530. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 530 is adjusted by the MFC 532, supplied to the processing chamber 201 together with the WF 6 gas, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, in order to prevent the WF 6 gas from entering the nozzles 410 and 420, the valves 514 and 524 are opened, and the N 2 gas flows through the gas supply pipes 510 and 520. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 310, 320a, 320b and the nozzles 410, 420, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば0.1〜6650Paの範囲内の圧力とする。MFC332で制御するWF6ガスの供給流量は、例えば0.01〜10slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するN2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。WF6ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01〜600秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えばステップ11と同様の温度となるような温度に設定する。このとき、処理室201内に流しているガスはWF6ガスとN2ガスのみである。WF6ガスの供給により、ウエハ200上に、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さのW含有層が形成される。At this time, the APC valve 243 is adjusted to set the pressure in the processing chamber 201 to a pressure within a range of, for example, 0.1 to 6650 Pa. The supply flow rate of the WF 6 gas controlled by the MFC 332 is, for example, a flow rate in a range of 0.01 to 10 slm. The supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, a flow rate within a range of 0.1 to 30 slm. The time for supplying the WF 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 0.01 to 600 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to a temperature at which the temperature of the wafer 200 becomes, for example, the same as that in step 11. At this time, the gases flowing into the processing chamber 201 are only the WF 6 gas and the N 2 gas. By supplying the WF 6 gas, a W-containing layer having a thickness of, for example, less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200.
(残留ガス除去 ステップ14) W含有層等が形成された後、バルブ334を閉じ、WF6ガスの供給を停止する。そして、ステップ12と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくはW含有層形成に寄与した後のWF6ガスを処理室201内から排除(除去)する。(Residual Gas Removal Step 14) After the W-containing layer and the like are formed, the valve 334 is closed, and the supply of the WF 6 gas is stopped. Then, the WF 6 gas remaining in the processing chamber 201 and remaining unreacted or having contributed to the formation of the W-containing layer is removed (removed) from the processing chamber 201 by the same processing procedure as in step 12.
(NH3ガス供給 ステップ15) 処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ324aを開き、ガス供給管320a内に、反応ガスとしてN含有ガスであるNH3ガスを流す。NH3ガスは、MFC322aにより流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このときウエハ200に対して、NH3ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガスを流す。ガス供給管520内を流れたN2ガスは、MFC522により流量調整される。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル410,430内へのNH3ガスの侵入を防止するために、バルブ514,534を開き、ガス供給管510,530内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,330、ノズル410,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。(NH 3 gas supply step 15) After removing the residual gas in the processing chamber 201, the valve 324a is opened, and NH 3 gas, which is an N-containing gas, is supplied as a reaction gas into the gas supply pipe 320a. The flow rate of the NH 3 gas is adjusted by the MFC 322 a, supplied to the processing chamber 201 through the gas supply hole 420 a of the nozzle 420, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the NH 3 gas is supplied to the wafer 200. At this time, the valve 524 is simultaneously opened, and the N 2 gas flows into the gas supply pipe 520. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 520 is adjusted by the MFC 522. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 together with the NH 3 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, in order to prevent the NH 3 gas from entering the nozzles 410 and 430, the valves 514 and 534 are opened, and the N 2 gas flows through the gas supply pipes 510 and 530. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 310 and 330 and the nozzles 410 and 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
NH3ガスを流すときは、APCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば0.1〜6650Paの範囲内の圧力とする。MFC322aで制御するNH3ガスの供給流量は、例えば0.1〜20slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するN2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。NH3ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01〜30秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ207の温度は、ステップ11と同様の温度に設定する。When flowing the NH 3 gas, the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, in the range of 0.1 to 6650 Pa. The supply flow rate of the NH 3 gas controlled by the MFC 322a is, for example, a flow rate within a range of 0.1 to 20 slm. The supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, a flow rate within a range of 0.1 to 30 slm. The time for supplying the NH 3 gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 0.01 to 30 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to the same temperature as in step 11.
このとき処理室201内に流しているガスは、NH3ガスとN2ガスのみである。NH3ガスは、ステップ13でウエハ200上に形成されたW含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、W含有層に含まれるWとNH3ガスに含まれるNとが結合して、ウエハ200上にWとNとを含むWN層が形成される。At this time, the gas flowing into the processing chamber 201 is only the NH 3 gas and the N 2 gas. The NH 3 gas undergoes a substitution reaction with at least a part of the W-containing layer formed on the wafer 200 in Step 13. At the time of the substitution reaction, W contained in the W-containing layer and N contained in the NH 3 gas are combined to form a WN layer containing W and N on the wafer 200.
(残留ガス除去 ステップ16) WN層を形成した後、バルブ324aを閉じて、NH3ガスの供給を停止する。そして、ステップ12と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくはWN層の形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除(除去)する。(Residual Gas Removal Step 16) After the formation of the WN layer, the valve 324a is closed, and the supply of the NH 3 gas is stopped. Then, according to the same processing procedure as in step 12, the NH 3 gas or reaction by-product remaining in the processing chamber 201 and remaining after the reaction has contributed to the formation of the WN layer is eliminated (removed) from the processing chamber 201.
(所定回数実施) 上記したステップ11〜16を順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定の厚さ(例えば0.1〜3nm)のバリアメタル膜としての金属窒化膜であるWN膜を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。このように、WN膜を形成する場合は、B2H6ガスとWF6ガスを互いに混合しないよう(時分割して)交互にウエハ200に対して供給する。(Execution of a predetermined number of times) A cycle of sequentially performing the above steps 11 to 16 is performed at least once (a predetermined number of times (n times), so that a barrier metal having a predetermined thickness (for example, 0.1 to 3 nm) is formed on the wafer 200. A WN film, which is a metal nitride film, is preferably formed by repeating the above-described cycle a plurality of times, in which case the B 2 H 6 gas and the WF 6 gas are mixed with each other. It is supplied to the wafer 200 alternately (in a time-sharing manner) so as not to be performed.
[タングステン(W)核層形成工程(NucleationW deposition)] 続いて、WN膜が形成されたウエハ200上に、金属核層であるW核層を形成するステップを実行する。すなわち、WN層の上に、直接、W核層を形成する。 [Tungsten (W) Nucleation Layer Forming Step (Nucation W Deposition)] Subsequently, a step of forming a W nucleation layer, which is a metal nucleation layer, on the wafer 200 on which the WN film is formed is executed. That is, the W nucleus layer is formed directly on the WN layer.
(B2H6ガス供給 ステップ21) ステップ11と同様の処理手順および処理条件で、処理室201内にB2H6ガスを流す。処理室201内に流しているガスはB2H6ガスとN2ガスのみであり、B2H6ガスの供給により、ウエハ200の最表面が還元される。(B 2 H 6 gas supply step 21) B 2 H 6 gas is flown into the processing chamber 201 under the same processing procedure and processing conditions as those in step 11. The gases flowing into the processing chamber 201 are only the B 2 H 6 gas and the N 2 gas, and the outermost surface of the wafer 200 is reduced by the supply of the B 2 H 6 gas.
(残留ガス除去 ステップ22) B2H6ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ324aを閉じて、B2H6ガスの供給を停止する。そして、ステップ12と同様の処理手順で処理室201内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のB2H6ガスを処理室201内から排除(除去)する。(Residual Gas Removal Step 22) After supplying the B 2 H 6 gas for a predetermined time, the valve 324a is closed, and the supply of the B 2 H 6 gas is stopped. Then, the B 2 H 6 gas remaining in the processing chamber 201 and remaining unreacted or contributing to the reduction is eliminated (removed) from the processing chamber 201 in the same processing procedure as in step 12.
(WF6ガス供給 ステップ23) ステップ13と同様の処理手順および処理条件で、処理室201内にWF6ガスを流す。このとき、処理室201内に流しているガスはWF6ガスとN2ガスのみである。WF6ガスの供給により、ウエハ200上に、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さのW含有層が形成される。(WF 6 Gas Supply Step 23) The WF 6 gas is flown into the processing chamber 201 under the same processing procedure and processing conditions as those in Step 13. At this time, the gases flowing into the processing chamber 201 are only the WF 6 gas and the N 2 gas. By supplying the WF 6 gas, a W-containing layer having a thickness of, for example, less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200.
(残留ガス除去 ステップ24) W含有層等が形成された後、バルブ334を閉じ、WF6ガスの供給を停止する。そして、ステップ14と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくはW含有層形成に寄与した後のWF6ガスを処理室201内から排除する。(Residual Gas Removal Step 24) After the W-containing layer and the like are formed, the valve 334 is closed, and the supply of the WF 6 gas is stopped. Then, the WF 6 gas remaining in the processing chamber 201 and remaining after it has contributed to the formation of the W-containing layer is removed from the processing chamber 201 by the same processing procedure as in step S14.
(所定回数実施) 上記したステップ21〜24を順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定の厚さ(例えば0.5〜2nm)のW核層としてのW含有層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。このように、W核層を形成する場合は、B2H6ガスとWF6ガスを互いに混合しないよう(時分割して)交互にウエハ200に対して供給する。なお、W核層を第1の金属層や第1のW層と称する場合がある。(Execution of a predetermined number of times) A cycle of sequentially performing the above-described steps 21 to 24 is performed at least once (a predetermined number of times (n times), so that a W nucleus having a predetermined thickness (for example, 0.5 to 2 nm) is formed on the wafer 200. Forming a W-containing layer as a layer, the above-described cycle is preferably repeated a plurality of times, and thus, in the case of forming a W nucleus layer, the B 2 H 6 gas and the WF 6 gas are not mixed with each other ( It is alternately supplied to the wafer 200 (in a time-division manner) to the wafer 200. The W nucleus layer may be referred to as a first metal layer or a first W layer.
[W層形成工程(W deposition)] 続いて、W核層を核として、金属層であるW層を形成するステップを実行する。すなわち、W核層の上に、直接、W層を形成する。 [W layer formation step (W deposition)] Subsequently, a step of forming a W layer which is a metal layer with the W nucleus layer as a nucleus is performed. That is, the W layer is formed directly on the W core layer.
バルブ324b、330を開き、ガス供給管320b,330内にそれぞれH2ガス、WF6ガスを流す。ガス供給管320b内を流れたH2ガスおよびガス供給管330内を流れたWF6ガスは、MFC322b,330によりそれぞれ流量調整されてノズル420,430のガス供給孔420a,430aからそれぞれ処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してH2ガスおよびWF6ガスが供給されることとなる。すなわちウエハ200の表面はH2ガスおよびWF6ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ514,524を開き、キャリアガス供給管510,520内にそれぞれN2ガスを流す。キャリアガス供給管510,520内を流れたN2ガスは、MFC512,522によりそれぞれ流量調整されてH2ガスもしくはWF6ガスと一緒にそれぞれ処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル410内へのH2ガスおよびWF6ガスの侵入を防止するために、バルブ514を開き、キャリアガス供給管510内にN2ガスを流す。N2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。The valves 324b and 330 are opened, and H 2 gas and WF 6 gas flow into the gas supply pipes 320b and 330, respectively. The H 2 gas flowing in the gas supply pipe 320b and the WF 6 gas flowing in the gas supply pipe 330 are flow-adjusted by the MFCs 322b and 330, respectively, and are supplied from the gas supply holes 420a and 430a of the nozzles 420 and 430 to the processing chamber 201, respectively. And exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the H 2 gas and the WF 6 gas are supplied to the wafer 200. That is, the surface of the wafer 200 is exposed to the H 2 gas and the WF 6 gas. At this time, the valves 514 and 524 are simultaneously opened, and the N 2 gas flows into the carrier gas supply pipes 510 and 520, respectively. The flow rates of the N 2 gas flowing through the carrier gas supply pipes 510 and 520 are adjusted by the MFCs 512 and 522, respectively, supplied to the processing chamber 201 together with the H 2 gas or the WF 6 gas, and exhausted from the exhaust pipe 231. You. At this time, in order to prevent the H 2 gas and the WF 6 gas from entering the nozzle 410, the valve 514 is opened, and the N 2 gas flows through the carrier gas supply pipe 510. The N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipe 310 and the nozzle 410, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
このときAPCバルブ243を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜3990Paの範囲内の圧力とする。MFC322bで制御するH2ガスの供給流量は、例えば100〜20000sccmの範囲内の流量とし、MFC330で制御するWF6ガスの供給流量は、例えば10〜1000sccmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば10〜10000sccmの範囲内の流量とする。H2ガスおよびWF6ガスをウエハ200に対して供給する時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜1000秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜600℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室201内に流しているガスはH2ガスおよびWF6ガスのみであり、WF6ガスの供給により、ウエハ200の上に形成されたW核層上に、例えば、10〜30nmの厚さのW層が形成される。なお、W層を第2の金属層や第2のW層と称する場合がある。W核層とW層は実質的に同じ組成を有する。At this time, the APC valve 243 is appropriately adjusted, and the pressure in the processing chamber 201 is set to, for example, a pressure in the range of 10 to 3990 Pa. The supply flow rate of the H 2 gas controlled by the MFC 322b is, for example, a flow rate in a range of 100 to 20,000 sccm, and the supply flow rate of the WF 6 gas controlled by the MFC 330 is, for example, a flow rate in a range of 10 to 1,000 sccm. The supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is, for example, a flow rate within a range of 10 to 10000 sccm. The time for supplying the H 2 gas and the WF 6 gas to the wafer 200, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a time within a range of 1 to 1000 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to a temperature such that the temperature of the wafer 200 falls within a range of, for example, 100 to 600 ° C. The gas flowing into the processing chamber 201 is only the H 2 gas and the WF 6 gas, and the supply of the WF 6 gas causes the W nucleus layer formed on the wafer 200 to have a thickness of, for example, 10 to 30 nm. Is formed. Note that the W layer may be referred to as a second metal layer or a second W layer. The W core layer and the W layer have substantially the same composition.
[残留ガス除去] W層を形成した後、バルブ324b、330を閉じて、H2ガスおよびWF6ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはW層形成に寄与した後のWF6ガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534は開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはW層形成に寄与した後のWF6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。[Removal of Residual Gas] After the formation of the W layer, the valves 324b and 330 are closed, and the supply of the H 2 gas and the WF 6 gas is stopped. At this time, while the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the WF 6 gas remaining in the processing chamber 201 remains unreacted or contributes to W layer formation. Is removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 514, 524, and 534 are kept open, and the supply of the N 2 gas into the processing chamber 201 is maintained. The N 2 gas acts as a purge gas, and can enhance the effect of removing the WF 6 gas remaining in the processing chamber 201 after unreacted or contributing to W layer formation from the processing chamber 201.
(アフターパージおよび大気圧復帰) ガス供給管510,520,530のそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスや副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。(After-Purge and Return to Atmospheric Pressure) N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 from each of the gas supply pipes 510, 520, and 530, and exhausted from the exhaust pipe 231. The N 2 gas acts as a purge gas, whereby the inside of the processing chamber 201 is purged with an inert gas, and gases and by-products remaining in the processing chamber 201 are removed from the inside of the processing chamber 201 (after-purging). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (replacement with an inert gas), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
(ウエハ搬出) その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、反応管203の下端が開口される。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態で反応管203の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。 Then, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, and the lower end of the reaction tube 203 is opened. Then, the processed wafer 200 is unloaded (boat unloaded) from the lower end of the reaction tube 203 to the outside of the reaction tube 203 while being supported by the boat 217. Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharging).
(3)本実施形態による効果 本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を得ることができる。(a)絶縁膜が形成された基板に対して、W含有膜としてのWN膜を形成する前に、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、絶縁膜の表面を還元し、絶縁膜とWN膜との密着性を向上させることができる。(b)絶縁膜が形成された基板に対して、W含有膜としてのWN膜を形成する前に、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、絶縁膜の表面に付着した有機物等を除去し、かつ、BもしくはS)等を付着させることで絶縁膜とWN膜との密着性を向上させることができる。(c)基板に形成された絶縁膜の上に、直接、WN膜をバリアメタル膜として形成することができるため、TaN膜やTiN膜をバリアメタル膜として用いる場合と比較して、低い配線抵抗を維持(達成)することができる。(d)金属配線としてのW膜を形成する際、W核層を形成した後に、W核層を核としてW層を形成させるため、膜特性の良好なW膜を形成することができる。 (3) Effects of this embodiment According to this embodiment, one or more effects described below can be obtained. (A) Before a WN film as a W-containing film is formed on a substrate on which an insulating film is formed, a reducing gas such as a borane-based gas or a silane-based gas is irradiated to reduce the surface of the insulating film. Thus, the adhesion between the insulating film and the WN film can be improved. (B) Before the WN film as the W-containing film is formed on the substrate on which the insulating film is formed, the substrate is irradiated with a reducing gas such as a borane-based gas or a silane-based gas, so that the substrate adheres to the surface of the insulating film. By removing the organic substances and the like and attaching B or S), the adhesion between the insulating film and the WN film can be improved. (C) Since the WN film can be directly formed as a barrier metal film on the insulating film formed on the substrate, the wiring resistance is lower than in the case where a TaN film or a TiN film is used as a barrier metal film. Can be maintained (achieved). (D) When forming a W film as a metal wiring, after forming the W nucleus layer, the W nucleus layer is used as a nucleus to form the W layer, so that a W film having good film characteristics can be formed.
上述の実施形態では、B2H6プリフロー工程でB2H6ガスを連続的に供給する例(すなわちB2H6プリフローを1サイクル行う例)について説明した。本発明はこれに限らず、例えば、B2H6プリフロー工程とその後の残留ガス除去工程とを複数回交互に繰り返してもよい。In the above-described embodiment, an example in which the B 2 H 6 gas is continuously supplied in the B 2 H 6 preflow step (that is, an example in which one cycle of the B 2 H 6 preflow is performed) has been described. The present invention is not limited to this. For example, the B 2 H 6 pre-flow step and the subsequent residual gas removing step may be alternately repeated a plurality of times.
また、上述の実施形態では、W層形成工程でH2ガスおよびWF6ガスを連続的に供給する例について説明した。本発明はこれに限らず、例えば、H2ガスおよびWF6ガスを供給する工程と、その後の残留ガス除去工程とを複数回交互に繰り返してもよい。すなわち、H2ガスおよびWF6ガスを互いに混合しないよう(時分割して)交互にウエハ200へ供給してもよい。Further, in the above-described embodiment, the example in which the H 2 gas and the WF 6 gas are continuously supplied in the W layer forming process has been described. The present invention is not limited to this. For example, the step of supplying the H 2 gas and the WF 6 gas and the subsequent step of removing the residual gas may be alternately repeated a plurality of times. That is, the H 2 gas and the WF 6 gas may be alternately supplied to the wafer 200 so as not to mix with each other (by time division).
また、上述の実施形態では、絶縁膜としてSiO膜が基板上に形成されている例について説明したが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)、ポリシリコン膜(Poly−Si膜)が形成された基板にたいしても適用可能である。 In the above-described embodiment, an example in which the SiO film is formed on the substrate as the insulating film has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxynitride film (SiON film) It is also applicable to a substrate on which a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film) and a polysilicon film (Poly-Si film) are formed.
また、上述の実施形態では、絶縁膜を還元する第1の還元ガスとしてB2H6を用いる例について説明したが、これに限らず、モノボラン(BH3)、トリエチルボラン((CH3CH2)3B、TEB)等のボラン系ガスを用いてもよい。また、モノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、トリシラン(Si3H8)等のシラン系ガスを用いてもよい。Further, in the above-described embodiment, an example in which B 2 H 6 is used as the first reducing gas for reducing the insulating film has been described. However, the present invention is not limited thereto, and monoborane (BH 3 ), triethylborane ((CH 3 CH 2 ) 3 B, it may be used borane-based gas TEB) or the like. Alternatively, a silane-based gas such as monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), or trisilane (Si 3 H 8 ) may be used.
また、上述の実施形態では、窒化ガスとしてNH3を用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、窒素(N2)、亜酸化窒素(N2O)、ジアゼン(N2H2)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、N3H8ガス、モノメチルヒドラジン(CH6N2)、ジメチルヒドラジン(C2H8N2)、モノメチルアミン((CH3)NH2)、ジメチルアミン((CH3)2NH)、トリメチルアミン((CH3)3N)、モノエチルアミン(CH3CH2NH2)、ジエチルアミン((C2H5)2NH)、トリエチルアミン((C2H5)3N)等を用いることも可能である。In the above-described embodiment, an example in which NH 3 is used as the nitriding gas has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, nitrogen (N 2 ), nitrous oxide (N 2 O), and diazene (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4) gas, N 3 H 8 gas, monomethyl hydrazine (CH 6 N 2), dimethylhydrazine (C 2 H 8 N 2) , monomethylamine ((CH 3) NH 2) , dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH), trimethylamine ((CH 3 ) 3 N), monoethylamine (CH 3 CH 2 NH 2 ), diethylamine ((C 2 H 5 ) 2 NH), triethylamine ((C 2 H 5 ) 3 N) can also be used like.
また、上述の実施形態では、第2の還元ガスとしてH含有ガスとしてのH2ガスを用いる例について説明したが、H2ガスの代わりに、他元素非含有のH含有ガスである重水素(D2)ガス等を用いることも可能である。Further, in the above-described embodiment, an example was described in which H 2 gas was used as the H-containing gas as the second reducing gas. However, instead of H 2 gas, deuterium (H-containing gas containing no other elements) was used. D 2 ) It is also possible to use a gas or the like.
また、上述の実施形態では、金属元素として、Wを用いる例について説明したが、これに限らずチタン(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、イットリウム(Y)、ルテニウム(Ru)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)等を用いることも可能である。 In the above-described embodiment, an example in which W is used as the metal element has been described. However, the present invention is not limited to this, and titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), yttrium (Y), ruthenium (Ru), It is also possible to use aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), manganese (Mn), nickel (Ni), or the like.
また、上述の実施形態では、金属膜として、WF6を用いてW膜を形成する例について説明したが、これに限らず、四フッ化チタン(TiF4)を用いて形成するTi膜、五フッ化タンタル(TaF5)を用いて形成するTa膜、二フッ化コバルト(CoF2)を用いて形成するCo膜、三フッ化イットリウム(YF3)を用いて形成するY膜、三フッ化ルテニウム(RuF3)を用いて形成するRu膜、三フッ化アルミニウム(AlF3)を用いて形成するAl膜、五フッ化モリブデン(MoF5)を用いて形成するMo膜、三フッ化ニオブ(NbF3)を用いて形成するNb膜、二フッ化マンガン(MnF2)を用いて形成するMn膜、二フッ化ニッケル(NiF2)を用いて形成するNi膜、等を用いることも可能である。Further, in the above-described embodiment, an example in which a W film is formed using WF 6 as the metal film has been described. However, the present invention is not limited to this, and a Ti film formed using titanium tetrafluoride (TiF 4 ), Ta film formed by using a tantalum fluoride (TaF 5), Co film formed by using a two-cobalt fluoride (CoF 2), Y film formed by using a three-yttrium fluoride (YF 3), trifluoroethylene Ru film formed using ruthenium (RuF 3 ), Al film formed using aluminum trifluoride (AlF 3 ), Mo film formed using molybdenum pentafluoride (MoF 5 ), niobium trifluoride ( It is also possible to use an Nb film formed using NbF 3 ), a Mn film formed using manganese difluoride (MnF 2 ), a Ni film formed using nickel difluoride (NiF 2 ), or the like. Ah .
また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置であって、1つの反応管内に処理ガスを供給するノズルが立設され、反応管の下部に排気口が設けられた構造を有する処理炉を用いて成膜する例について説明したが、他の構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。また、処理ガスはインナチューブ内に立設されたノズルから供給されるのではなく、インナチューブの側壁に開口するガス供給口から供給されるようにしてもよい。このとき、アウタチューブに開口する排気口は、処理室内に積層して収容された複数枚の基板が存在する高さに応じて開口していてもよい。また、排気口の形状は穴形状であってもよいし、スリット形状であってもよい。 In the above-described embodiment, the substrate processing apparatus is a batch-type vertical apparatus that processes a plurality of substrates at a time, and a nozzle for supplying a processing gas is provided upright in one reaction tube. Although an example in which a film is formed using a processing furnace having a structure in which an exhaust port is provided in the lower part of the above is described, the present invention is also applicable to a case where film formation is performed using a processing furnace having another structure. Further, the processing gas may not be supplied from a nozzle provided upright in the inner tube, but may be supplied from a gas supply port opened in a side wall of the inner tube. At this time, the exhaust port opened to the outer tube may be opened according to the height at which the plurality of substrates stacked and accommodated in the processing chamber exists. Further, the shape of the exhaust port may be a hole shape or a slit shape.
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。 Even when these substrate processing apparatuses are used, film formation can be performed under the same sequence and processing conditions as in the above-described embodiment.
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。 The process recipes (programs describing processing procedures and processing conditions) used for forming these various thin films include the contents of the substrate processing (film type, composition ratio, film quality, film thickness, processing procedure, processing It is preferable to individually prepare (prepare a plurality of them) according to conditions and the like. When starting the substrate processing, it is preferable to appropriately select an appropriate process recipe from a plurality of process recipes according to the content of the substrate processing. Specifically, the substrate processing apparatus is provided with a plurality of process recipes individually prepared according to the contents of the substrate processing via an electric communication line or a recording medium (external storage device 123) on which the process recipe is recorded. It is preferable to store (install) in the storage device 121c in advance. When starting the substrate processing, the CPU 121a included in the substrate processing apparatus appropriately selects an appropriate process recipe from a plurality of process recipes stored in the storage device 121c according to the content of the substrate processing. Is preferred. With this configuration, a single substrate processing apparatus can form thin films having various film types, composition ratios, film qualities, and film thicknesses in a general-purpose manner and with good reproducibility. In addition, it is possible to reduce an operator's operation load (input of a processing procedure, processing conditions, and the like), and to quickly start substrate processing while avoiding an operation error.
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。 The present invention can also be realized by, for example, changing a process recipe of an existing substrate processing apparatus. When the process recipe is changed, the process recipe according to the present invention is installed in an existing substrate processing apparatus via an electric communication line or a recording medium on which the process recipe is recorded, or the input / output of the existing substrate processing apparatus is performed. It is also possible to operate the apparatus and change the process recipe itself to the process recipe according to the present invention.
10 基板処理装置121 コントローラ200 ウエハ(基板)201 処理室 10 substrate processing apparatus 121 controller 200 wafer (substrate) 201 processing chamber
Claims (18)
(B)前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給し排気する工程と、前記基板に対して、前記金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、前記基板に対して、窒化ガスを供給し排気する工程と、を順に1回以上行う工程と、
(C)前記金属窒化膜上に、直接、第1の金属層を形成する工程であって、前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給し排気する工程と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する工程と、を順に1回以上行う工程と、
(D)前記第1の金属層上に、直接、第2の金属層を形成する工程であって、前記基板に対して、前記第1の還元ガスとは異なる第2の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
(A) a step of supplying a first reducing gas composed of a borane-based gas or a silane-based gas to a substrate having an insulating film formed on a surface thereof to reduce the insulating film;
(B) forming a metal nitride film containing a metal element directly on the reduced insulating film, wherein the first reducing gas is supplied to and exhausted from the substrate; A step of supplying and exhausting a metal-containing gas containing the metal element to the substrate, and a step of supplying and exhausting a nitriding gas to the substrate one or more times in order,
(C) a step of forming a first metal layer directly on the metal nitride film, the step of supplying and exhausting the first reducing gas to the substrate; Performing the steps of supplying and exhausting the metal-containing gas one or more times in sequence,
(D) forming a second metal layer directly on the first metal layer, wherein a second reducing gas different from the first reducing gas and the metal are formed on the substrate; Simultaneously supplying the contained gas;
A method for manufacturing a semiconductor device having:
The said metal nitride film is a barrier metal film, is a metal nitride film other than a titanium nitride film and a tantalum nitride film, and has a resistivity lower than the resistivity of the titanium nitride film and the resistivity of the tantalum nitride film. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
The metal element is tungsten, cobalt, nickel, molybdenum, aluminum, copper, zinc, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2 selected from ruthenium.
The borane-based gas or a silane gas, monoboranes, diborane, triethylborane, monosilane, disilane, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 selected from trisilane.
The second reducing gas manufacturing method of a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 is hydrogen.
Wherein in the step (A), a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 for supplying the first reducing gas in non-plasma to the substrate.
The insulating layer, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 having a lower adhesion than the titanium nitride film or a tantalum nitride film with respect to the metal nitride layer.
The method according to claim 7, wherein the insulating film is selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon oxycarbonitride film, and a polysilicon film.
Wherein the first metal layer a second metal layer have the same composition, any one of the first of claims 1 to 8 metal film is formed by a metal layer and said second metal layer 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to the above item .
前記処理室にボラン系ガスもしくはシラン系ガスを含む第1の還元ガスを供給する第1の還元ガス供給系と、 A first reducing gas supply system that supplies a first reducing gas containing a borane-based gas or a silane-based gas to the processing chamber;
前記処理室内に、前記第1の還元ガスとは異なる第2の還元ガスとを供給する第2の還元ガス供給系と、 A second reducing gas supply system that supplies a second reducing gas different from the first reducing gas into the processing chamber;
前記処理室内に窒化ガスを供給する窒化ガス供給系と、 A nitriding gas supply system for supplying a nitriding gas into the processing chamber;
前記処理室内に金属含有ガスを供給する原料ガス供給系と、 A source gas supply system for supplying a metal-containing gas into the processing chamber,
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、 An exhaust system for exhausting an atmosphere in the processing chamber;
(A)前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する処理と、(A) a process of supplying the first reducing gas to the substrate to reduce the insulating film;
(B)前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する処理であって、前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して、前記窒化ガスを供給し排気する工程と、を順に1回以上行う処理と、(B) a process of forming a metal nitride film containing a metal element directly on the reduced insulating film, the process comprising supplying the first reducing gas to the substrate and exhausting the substrate; For the substrate, a process of supplying and exhausting the metal-containing gas, and for the substrate, a process of supplying and exhausting the nitriding gas, sequentially performing one or more times,
(C)前記金属窒化膜上に、直接、第1の金属層を形成する処理であって、前記基板に対して、前記第1の還元ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する処理と、を順に1回以上行う処理と、(C) a process of forming a first metal layer directly on the metal nitride film, the process comprising supplying the first reducing gas to the substrate and exhausting the substrate; A process of supplying and exhausting the metal-containing gas one or more times in sequence,
(D)前記第1の金属層上に、直接、第2の金属層を形成する処理であって、前記基板に対して、前記第2の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する処理と、を実行させるように前記第1の還元ガス供給系と前記第2の還元ガス供給系と前記窒化ガス供給系と前記原料ガス供給系と前記排気系とを制御可能に構成された制御部と、(D) a process of forming a second metal layer directly on the first metal layer, the process of simultaneously supplying the second reducing gas and the metal-containing gas to the substrate; A control unit configured to control the first reducing gas supply system, the second reducing gas supply system, the nitriding gas supply system, the source gas supply system, and the exhaust system so as to execute ,
を有る基板処理装置。A substrate processing apparatus.
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