JP6847202B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
Ｆｌａｓｈメモリのコントロールゲート膜やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のワードライン向け電極、バリア膜を形成するため半導体装置（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、例えば成膜処理や酸化処理等が行われることがある。
特開２０１２−６７３２８号公報
従来、半導体装置の製造方法における選択的な薄膜の成長方法は、結晶Ｓｉ基板にＳｉまたはＳｉＧｅを成長させる、エピタキシャル成長技術や、連続的な原料ガスを供給する方法によって、膜を成長させる選択的CVDなどがある。これらの方法はいずれも、材質の異なる表面における薄膜の成長時間差(インキュベーションタイム)を利用する方法であったが、有限の時間内には厚く成膜できないことや、選択性の不完全性に起因して、実用化は限定的となっていた。また、半導体デバイスの加工には、種々の加工用の薄膜、いわゆるハードマスクが用いられているが、従来の場合、加工したい(エッチングしたい)表面と、そうでない表面とを分ける為に、レジスト等による露光をおこない、ハードマスク自体を加工する必要があった。この方法では、レジスト加工を行う工程分だけ、製造コストが増加する問題があった。したがって、選択性が向上した選択的成長技術が提供できれば、加工したい表面とそうでない表面を、成膜プロセスのみで区分けることが可能となり、半導体装置の製造上、コストの低減に寄与することが可能となる。
本発明の目的は、材質の異なる表面を有する基板に対して選択性良く膜を選択成長させる技術を提供することである。
本発明の一態様によれば、
（ａ）表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、エッチングガスを供給して、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第２の金属膜を除去する工程と、
を有し、（ａ）と（ｂ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる技術が提供される。
材質の異なる表面を有する基板に対して選択性良く膜を選択成長させることができる。
本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った概略的な横断面図である。 図１に示す基板処理装置が有するコントローラの構成を示すブロック図である。 図４（ａ）はインキュベーションタイムを説明する図であり、図４（ｂ）は成膜とエッチングの交互シーケンスを説明する図であり、図４（ｃ）は成膜とエッチングの交互シーケンスによる膜の成長のイメージ図である。 本発明の第１の実施形態の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例１の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例２の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例３の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例４の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第２の実施形態の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。
集積回路の微細化が進むにつれ、ダブルパターニングのような手法が取り入れられ、微細構造を形成するための工程数( = 製造コスト)が増加している。微細構造を形成する際、まずウエハ上に一様に成膜し、次に所望のパターンを描写し、最後に不要な個所を除去する複数の工程が必要になる。本発明では、工程数増加の課題を解決するために成膜したい所にだけ成膜する技術を提供することを意図する。
底が基板Ａ、側壁が基板Ｂで形成されたホールやトレンチの埋め込みを行う際、底と側壁の両方から膜Ｃが成長した場合、最終的には側壁から成長する膜によりガスの入口がふさがれてボイドやシームが発生する。基板Ａ上では成膜するが、基板Ｂ上では成膜しないような選択性のある成膜ができれば、膜はホールやトレンチの底から成長しボイドやシームを生じることなく埋め込みが可能である。
成膜時における選択的成長方法は、それが理想的に機能すれば、所望の部位に成長させることで、目的を達することができる。しかしながら、成膜のみで所望の部位に薄膜を成長させることは、選択性の不完全性（選択性の破れ）がともなうため、困難である場合がある。また、処理ガス（成膜ガス）を連続的に供給する方法においては、もう一つの課題に直面する。それは、成膜する薄膜の厚さが、成長させる部位の表面密度に依存することである。この現象はローディング効果と呼ばれるものであり、連続的に処理ガスを流して行う選択成長において、克服すべき問題である。以下では、成膜とエッチングを繰り返し交互に行う方法において、成膜及びエッチングも交互に行う例について説明する。この方法では、薄膜を成長させるべき表面に対して、十分過剰な成膜原料、エッチング原料を供給することが可能であり、ローディング効果を緩和する効果が大きい。
図４（ａ）のように、膜の付き始めの遅れ（インキュベーション）が下地ごとに異なることを利用する。インキュベーションの長い下地においてもサイクルを重ねるうちに核成長が始まり膜が付き始めるのでこの方法だけでは成膜したくない所に成膜せずに成膜したい所で目的の膜厚を得るには不十分である。そこでエッチングにより成膜したくない下地に成長し始めた膜を除去する。基板Ａだけに膜Ｃを成膜したければ基板Ａ上で所望の膜厚になるまで成膜とエッチングを交互に繰り返す図４（ｂ）のシーケンスを行うことで基板Ａ上に基板Ｂに対して選択的に成膜する。
図４（ｂ）のシーケンスを行った場合の時間に対する膜厚の変化を図４（ｃ）に示す。基板Ａ上では成膜開始直後から膜が付き始める。一方、基板Ｂ上ではインキュベーション時間ｔｄｅｌａｙ経過後に膜が付き始める。このタイミングでエッチングを行い基板Ｂ上の膜を除去する。このエッチングの工程では基板Ａ上の膜もｄＴだけエッチングされる。基板Ｂ上で成膜を抑制しつつ基板Ａ上で膜厚を増やすには(基板Ａに付いた膜厚ＴＡ)＞ｄＴ＞(基板Ｂに付いた膜厚ＴＢ)である必要がある。そのためエッチングには高い制御性が求められる。エッチングの制御性を高める方法としては低温、低圧でエッチングを行うことが考えられる。エッチングの制御性を高めるほかの手法としてはエッチング対象の膜の表面を改質する改質ガスと膜はエッチングしないが改質された層はエッチングするエッチングガスを交互に供給するシーケンスが考えられる。改質ガスによる改質層の厚さは改質ガスの暴露量に対して飽和することが好ましい。
＜本発明の第１の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について、図１〜５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。
（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。
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（ＳｉＯ２）、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、上端およ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。
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（ＳｉＯ２）、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。
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。
処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０がマニホールド２０９の側壁およびインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０，４４０には、ガス供給管３１０，３２０，３３０，３４０が、それぞれ接続されている。ただし、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。ノズル等の数は、必要に応じて、適宜変更される。
ガス供給管３１０，３２０，３３０，３４０には上流側から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２，３３２，３４２がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０，３３０，３４０には、開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３３４，３４４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０，３３０，３４０のバルブ３１４，３２４，３３４，３４４の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０，５３０，５４０がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０，５３０，５４０には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２および開閉弁であるバルブ５１４，５２４，５３４，５４４がそれぞれ設けられている。
ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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の側壁およびインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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。
ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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，４４０ａが設けられている。これにより、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ，４４０ａ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，４４０ａ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，４４０ａ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，４４０ａ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。
ノズル４１０，４２０，４３０，４４０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ，４４０ａ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，４４０ａ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４１０，４２０，４３０，４４０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。
ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、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含有ガスであるジボラン（Ｂ２Ｈ６）等が用いられる。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。処理内容に応じて、第１の還元ガスと第２の還元ガスの片方のみを処理室２０１内へ供給してもよいし、第１の還元ガスと第２の還元ガスを切り換えて処理室２０１内へ供給する共通管としてもよい。なお、水素（Ｈ２）を後述する改質工程で用いる場合は還元ガスを改質ガス（第２の改質ガス）と称する場合もある。
ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、金属元素を含む金属含有ガス（金属含有原料（ガス）とも称する）が、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。金属含有ガスとしては、例えば、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。
ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、エッチングガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。エッチングガスとしては、例えば、ハロゲン化物であり、フッ素含有ガスである三フッ化窒素（ＮＦ３）が用いられる。
ガス供給管３４０からは、処理ガスとして、改質ガスが、ＭＦＣ３４２、バルブ３４４、ノズル４４０を介して処理室２０１内に供給される。改質ガスとしては、例えば、酸素含有ガスである酸化ガスとしてオゾン（Ｏ３）が用いられる。改質ガスとして、例えば、窒素含有ガスである窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いることも可能である。Ｈ２を後述する改質工程で改質ガスとして用いる場合は、Ｏ３もしくはＮＨ３を第１の改質ガスと称し、Ｈ２を第２の改質ガスと称する場合もある。
ガス供給管５１０，５２０，５３０，５４０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２、バルブ５１４，５２４，５３４，５４４、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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。
主に、ガス供給管３１０，３２０，３３０，３４０、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，３４２、バルブ３１４，３２４，３３４，３４４、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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により還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を還元ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３２０から金属含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０，ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により金属含有ガス供給系が構成されるが、ノズル３２０を金属含有ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３３０からエッチングガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０，ＭＦＣ３３２、バルブ３３４によりエッチングガス供給系が構成されるが、ノズル４３０をエッチングガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３４０から改質ガスを流す場合、主に、ガス供給管３４０，ＭＦＣ３４２、バルブ３４４により改質ガス供給系が構成されるが、ノズル４４０を改質ガス供給系に含めて考えてもよい。主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０，５４０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２、バルブ５１４，５２４，５３４，５４４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。
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４１０，４２０，４３０，４４０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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，４４０ａからインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａ、ノズル４４０のガス供給孔４４０ａ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。
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４１０，４２０，４３０，４４０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４１０，４２０，４３０，４４０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａ，４４０ａ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。
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，４４０ａ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。
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内の真空排気およ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および圧力センサ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。
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内外に搬入およ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およびボート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。
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。
図２に示すように、インナチューブ２０４内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電量を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル４１０，４２０，４３０，４４０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。
図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ，ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ，記憶装置２８０ｃ，Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ，記憶装置２８０ｃ，Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ２８０ａ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２８０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２８２が接続されている。
記憶装置２８０ｃ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２８０ｃ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２８０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、プロセスレシピおよび制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａ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。
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２，３３２，３４２，５１２，５２２，５３２，５４２、バルブ３１４，３２４，３３４，３４２，５１４，５２４，５３４，５４４、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。
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃ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２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからレシピ等を読み出すように構成されている。ＣＰＵ２８０ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，３４２，５１２，５２２，５３２，５４２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，３４４，５１４，５２４，５３４，５４４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作および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の起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転およ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。
コントローラ２８０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２８０ｃや外部記憶装置２８３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２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８３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２８３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。
（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、基板に金属膜を選択成長させる工程の一例について、図５を用いて説明する。基板に金属膜を選択成長させる工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。
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。
（ウエハ搬入）
最表面にチタン窒化膜（ＴｉＮ膜、第１の金属膜）と、酸化物やシリコン（Ｓｉ）膜等であって第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された（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。
（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。
続いて、最表面にチタン窒化膜（ＴｉＮ膜、第１の金属膜）と、酸化物やシリコン（Ｓｉ）膜等であって第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された（露出した）ウエハ２００上のＴｉＮ膜上に、Ｗ膜（第２の金属膜）を選択成長させる工程を実行する。
［タングステン（Ｗ）層形成工程（Ｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）］
まず、ウエハ２００上に、金属層であるＷ層を形成する工程を実行する。
（Ｂ２Ｈ６ガス供給ステップ）
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４２０，４３０，４４０内へのＢ２Ｈ６ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４，５４４を開き、ガス供給管５２０，５３０，５４０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３２０，３３０，３４０、ノズル４２０，４３０，４４０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。
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。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２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。
（残留ガス除去ステップ）
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５１４，５２４，５３４，５４４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。
（ＷＦ６ガス供給ステップ）
バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に原料ガスであるＷＦ６ガスを流す。ＷＦ６ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ６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ガス等の不活性ガスを流す。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、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４１０，４３０，４４０内へのＷＦ６ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５３４，５４４を開き、ガス供給管５１０，５３０，５４０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３１０，３３０，３４０、ノズル４１０，４３０，４４０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。
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。ＭＦＣ３２２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。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２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２１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層が形成される。
（残留ガス除去ステップ）
Ｗ層が形成された後、バルブ３２４を閉じ、ＷＦ６ガスの供給を停止する。そして、Ｂ２Ｈ６ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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。
（所定回数実施）
上記したステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ１回）行うことにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に、所定の厚さ（例えば０．１〜４．０ｎｍ）のＷ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。
［エッチング工程］
続いて、ウエハ２００の絶縁膜上に形成されたＷ層をエッチングする工程を実行する。
（ＮＦ３ガス供給ステップ）
バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内にエッチングガスであるＮＦ３ガスを流す。ＮＦ３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ＮＦ３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、ＮＦ３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４１０，４２０，４４０内へのＮＦ３ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４，５４４を開き、ガス供給管５１０，５２０，５４０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３１０，３２０，３４０、ノズル４１０，４２０，４４０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。
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０〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。好ましくは、Ｗ層形成工程より低圧とする。ＭＦＣ３３２で制御するＮＦ３ガスの供給流量は、例えば０．０１〜１ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２で制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１〜５ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＮＦ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば３０〜６００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１００〜５００℃の範囲内の時間とする。好ましくは、Ｗ層形成工程より低温とする。
このとき、ＮＦ３ガスにより、ウエハ２００上に形成されたＷ層がエッチングされる。インキュベーションタイムの差により、ウエハ２００上のＴｉＮ膜上に形成されたＷ層は、絶縁膜上に形成されたＷ層より厚いため、絶縁膜上に形成されたＷ層がエッチングされた後も、所定の厚さだけ、ＴｉＮ膜上にはＷ層が残る。絶縁膜上に形成されたＷ層がエッチングされたら、ＮＦ３ガスの供給を止める。
（残留ガス除去ステップ）
Ｗ層がエッチングされた後、バルブ３３４を閉じ、ＮＦ３ガスの供給を停止する。そして、Ｂ２Ｈ６ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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層のエッチングに寄与した後のＮＦ３ガスを処理室２０１内から排除する。
［所定回数実施］
Ｗ層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ２回）行うことにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に、所定の厚さ（例えば２〜２０ｎｍ）のＷ膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
ガス供給管５１０，５２０，５３０，５４０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）。
（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）。
（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）Ｗ層形成とエッチングとを交互に行うことにより、金属膜と絶縁膜とが形成された基板の金属膜上にのみＷ膜を選択性よく選択成長させることが可能となる。
（ｂ）Ｗ膜形成工程より低温、低圧でエッチング工程を行うことにより、エッチングの制御性を高め、金属膜と絶縁膜とが形成された基板の金属膜上にのみＷ膜を選択性よく選択成長させることが可能となる。
＜変形例１＞
第１の実施形態の変形例１について、図６を用いて説明する。ここで、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例１が第１の実施形態と異なる箇所は、主に、エッチング工程において、ＮＦ３ガス供給ステップを行う前に前処理（ｐｒｅ−ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）ステップを行う点である。以下に、前処理工程について説明する。
（前処理（ｐｒｅ−ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）ステップ（Ｏ３ガス供給ステップ））
バルブ３４４を開き、ガス供給管３４０内に改質ガス（酸化ガス）であるＯ３ガスを流す。Ｏ３ガスは、ＭＦＣ３４２により流量調整され、ノズル４４０のガス供給孔４４０ａ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Ｏ３ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５４４を開き、ガス供給管５４０内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５４０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５４２により流量調整され、Ｏ３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４１０，４２０，４３０内へのＯ３ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４，５３４を開き、ガス供給管５１０，５２０，５３０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３１０，３２０，３３０、ノズル４１０，４２０，４３０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。
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５０〜５００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３４２で制御するＯ３ガスの供給流量は、例えば０．１〜３ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２で制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１〜３ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｏ３ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば２００〜２０００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１００〜４００℃の範囲内の時間とする。このとき、Ｏ３ガスにより、ウエハ２００上に形成されたＷ層が改質（酸化）される。
（残留ガス除去ステップ）
Ｗ層が十分に改質された後、バルブ３４４を閉じ、Ｏ３ガスの供給を停止する。そして、Ｂ２Ｈ６ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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層の改質に寄与した後のＯ３ガスを処理室２０１内から排除する。
次に、上述したＮＦ３ガス供給ステップおよびその後の残留ガス除去ステップを行う。
（所定回数実施）
Ｏ３ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、ＮＦ３ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ３回）行うことにより、絶縁膜上に形成されたＷ層をエッチングする。
その後、上述のＷ層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ４回）行うことにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に、上述の所定の厚さのＷ膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、上述の前処理ステップでは、改質ガスとして酸化ガスであるＯ３ガスを用いて酸化する例について説明したが、これに限らず、改質ガスとして窒化ガスを用いて、改質として窒化を行ってもよい。窒化ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
（４）本変形例１による効果
本変形例１によれば、本実施形態で得られる上述の（ａ）（ｂ）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（ｃ）Ｗ層を改質（酸化）することにより、エッチングに必要とされるエッチング温度を低くすることができるため、よりエッチング効率および制御性を向上させることが可能となる。
＜変形例２＞
第１の実施形態の変形例２について、図７を用いて説明する。ここで、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例２が第１の実施形態と異なる箇所は、主に、エッチング工程において、ＮＦ３ガス供給ステップを行った後に後処理（ｐost−ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）ステップを行う点である。以下に、後処理工程について説明する。
（後処理（ｐｏｓｔ−ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）ステップ（Ｈ２ガス供給ステップ））
バルブ３１４を開き、ガス供給管３４０内に第２の還元ガスであるＨ２ガスを流す。Ｈ２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Ｈ２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、Ｈ２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４２０，４３０，４４０内へのＨ２ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４，５４４を開き、ガス供給管５２０，５３０，５４０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３２０，３３０，３４０、ノズル４２０，４３０，４４０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。
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５００〜２０００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＨ２ガスの供給流量は、例えば０．５〜３ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２で制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．５〜３ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｈ２ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１８００〜７２００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１００〜４００℃の範囲内の時間とする。このとき、Ｈ２ガスにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に形成されたＷ層が改質（還元）される。
（残留ガス除去ステップ）
Ｗ層が十分に改質された後、バルブ３１４を閉じ、Ｈ２ガスの供給を停止する。そして、Ｂ２Ｈ６ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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層の改質に寄与した後のＨ２ガスを処理室２０１内から排除する。
次に、上述したＮＦ３ガス供給ステップおよびその後の残留ガス除去ステップを行う。
（所定回数実施）
ＮＦ３ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、Ｈ２ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ５回）行うことにより、絶縁膜上に形成されたＷ層をエッチングする。
その後、上述のＷ層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ６回）行うことにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に、上述の所定の厚さのＷ膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
（５）本変形例２による効果
本変形例２によれば、本実施形態で得られる上述の（ａ）（ｂ）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（ｄ）エッチングガスの供給と改質を交互に行うことにより、エッチング効率および制御性を向上させることが可能となる。
＜変形例３＞
第１の実施形態の変形例３について、図８を用いて説明する。ここで、第１の実施形態や他の変形例と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例３は、変形例１と変形例２を組み合わせたものであって、エッチング工程において、ＮＦ３ガス供給ステップを行う前に変形例１に記載の前処理ステップを行い、ＮＦ３ガス供給ステップを行った後に変形例２に記載の後処理ステップを行うものである。
Ｏ３ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、ＮＦ３ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、Ｈ２ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ７回）行うことにより、絶縁膜上に形成されたＷ層をエッチングする。
その後、上述のＷ層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ８回）行うことにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に、上述の所定の厚さのＷ膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
（６）本変形例３による効果
本変形例３によれば、本実施形態で得られる上述の（ａ）（ｂ）の効果に加えて、（ｃ）（ｄ）の効果を得ることができる。
＜変形例４＞
第１の実施形態の変形例４について、図９を用いて説明する。ここで、第１の実施形態や他の変形例と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例４は、エッチング工程において、変形例３を行った後に、再度、後処理ステップを行うものである。プロセス条件等は、変形例３に記載の後処理ステップと同様なので省略する。
（７）本変形例４による効果
本変形例４によれば、本実施形態で得られる上述の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（ｅ）エッチング工程の最後に再度、改質を行うことにより、次のＷ層形成工程においてＷ層を効率よく形成することが可能となる。
＜本発明の第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図１０を用いて説明する。ここで、第１の実施形態や他の変形例と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
第２の実施形態では、Ｗ層形成工程を２段階で行う。下地であるＴｉＮ膜との密着性等を確保するために、まずＷ核層形成工程によりＷ核層を形成し、Ｗ核層を核として、次に、後述のＷバルク層形成工程によりＷバルク層を形成する。具体的には、第１の実施形態で説明したＷ層形成工程がＷ核層形成工程となり、Ｗ核層形成工程で形成されるＷ層をＷ核層と称する。以下に、Ｗバルク層形成工程について説明する。
［Ｗバルク層形成工程（Ｂｕｌｋ Ｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）］
Ｗ核層を形成した後、金属バルク層であるＷバルク層を形成するステップを実行する。
（Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガス供給ステップ）
バルブ３１４、３２４を開き、ガス供給管３１０，３２０内にそれぞれＨ２ガス、ＷＦ６ガスを流す。ガス供給管３１０内を流れたＨ２ガスおよびガス供給管３２０内を流れたＷＦ６ガスは、ＭＦＣ３１２，３２２によりそれぞれ流量調整されてノズル４１０，４２０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ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５３４，５４４を開き、キャリアガス供給管５３０，５４０内にそれぞれＮ２ガスを流す。キャリアガス供給管５３０，５４０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５３２，５４２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４３０，４４０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５３４，５４４を開き、キャリアガス供給管５３０，５４０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３３０，３４０，ノズル４３０，４４０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。
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。ＭＦＣ３１２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、ＭＦＣ３２２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。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２，５４２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バルク層が形成される。
（残留ガス除去ステップ）
バルクＷ層を形成した後、バルブ３１２、３２２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バルクＷ層形成に寄与した後のＨ２ガスおよびＷＦ６ガスを処理室２０１内から排除する。このときバルブ５１４，５２４，５３４，５４４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バルクＷ層形成に寄与した後のＨ２ガスおよび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。
次に、変形例１と同様に、前処理ステップ、残留ガス除去ステップ、ＮＦ３ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ１１回）行うことにより、絶縁膜上に形成されたＷ層をエッチングする。
その後、上述のＷ層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ１２回）行うことにより、ウエハ２００のＴｉＮ膜上に、上述の所定の厚さのＷ膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、本実施形態に、適宜、第１の実施形態の各変形例を組み合わせてもよい。
（８）第２の実施形態による効果
本実施形態によれば、第１の実施形態および変形例１〜４で得られる上述の（ａ）〜（ｅ）の効果のうち少なくともひとつが得られるとともに、以下の効果を得ることができる。
（ｆ）Ｗ核層形成工程によりＷ核層を形成し、Ｗ核層を核として、次に、Ｗバルク層形成工程によりＷバルク層を形成することにより、下地であるＴｉＮ膜との密着性よくＷ膜を形成することが可能となる。
また、上述の実施形態では、金属窒化膜としてＴｉＮ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、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）、モリブデン窒化膜（ＭｏＮ膜）、亜鉛窒化膜（ＺｎＮ膜）、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）等にも適用可能である。
また、上述の実施形態では、第１の還元ガスとしてＢ含有ガスとしてのＢ２Ｈ６を用いる例について説明したが、Ｂ２Ｈ６の代わりにトリボラン（Ｂ３Ｈ８）ガス等を用いることも可能であり、Ｂ含有ガスの代わりに、リン（Ｐ）含有ガスであるホスフィン（ＰＨ３）や、シリコン（Ｓｉ）含有ガス（シラン系ガス）としてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスやジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス等を用いることも可能である。
また、上述の実施形態では、エッチングガスとしてＦ含有ガスであるＮＦ３を用いる例について説明したが、ＮＦ３の代わりにＣｌＦ３、ＨＦ、Ｆ２等のＦ含有ガスや塩素（Ｃｌ）含有ガス等を用いることも可能である。
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）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガス等を用いることも可能である。
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。
また、上述の実施形態では、Ｗ層形成工程とエッチング工程とを同じ処理室内で行う例について説明したが、これに限らず、Ｗ層形成工程とエッチング工程とをそれぞれ異なる処理室で行ってもよい。
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。
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２８３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置２８０ｃ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ＣＰＵ２８０ａが、記憶装置２８０ｃ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。
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。
１０ 基板処理装置
２８０ コントローラ
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室

Claims (17)

  1. （ａ）表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する工程と、
    （ｂ−１）前記基板に対して、第１の改質ガスを供給して、前記第２の金属膜を改質する工程と、
    （ｂ−２）（ｂ−１）の後で、前記改質された第２の金属膜に対してエッチングガスを供給する工程と、
    を有し、
    （ｃ）（ｂ−１）と（ｂ−２）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された前記第２の金属膜を除去する工程と、
    を有し、（ａ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる半導体装置の製造方法。
  2. 前記第１の改質ガスは、酸化ガスもしくは窒化ガスである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記エッチングガスは、ハロゲン化物である請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. （ａ）表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する工程と、
    （ｂ−１）前記基板に対して、エッチングガスを供給する工程と、
    （ｂ−２）（ｂ−１）の後に、前記基板に対して第２の改質ガスを供給して、前記エッチングガスが供給された後の基板を改質する工程と、
    （ｃ）（ｂ−１）と（ｂ−２）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第２の金属膜を除去する工程と、
    を有し、（ａ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる半導体装置の製造方法。
  5. 前記第２の改質ガスは、水素含有ガスである請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第２の金属膜は、タングステン膜もしくはチタン窒化膜である請求項１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. （ｄ）（ａ）の前に、前記第１の金属膜と前記絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと第１の還元ガスとを交互に供給して、前記基板上に第１の金属層を形成する工程と、
    （ｅ）（ａ）と（ｄ）とを、交互に繰り返すことにより、前記基板上に第２の金属膜を形成する工程と、
    を有し、
    （ｆ）（ｅ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記金属含有ガスはフッ化タングステンであり、前記第１の還元ガスはジボラン、モノシラン、ジシランのいずれかであり、前記第２の金属膜はタングステン膜である請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室に、金属含有ガス、反応ガス、エッチングガス、第１の改質ガスを供給するガス供給系と、
    （ａ）前記処理室に収容された基板であって、表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと前記反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する処理と、
    （ｂ−１）前記基板に対して前記第１の改質ガスを供給して、前記第２の金属膜を改質する処理と、
    （ｂ−２）（ｂ−１）の後で、前記基板に対して、前記エッチングガスを供給する処理と、
    （ｃ）（ｂ−１）と（ｂ−２）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第２の金属膜を除去する処理と、
    を有し、（ａ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させるよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  10. 前記ガス供給系は、前記反応ガスとして、酸化ガスもしくは窒化ガスを供給可能に構成される請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記ガス供給系は、前記エッチングガスとして、ハロゲン化物を供給可能に構成される請求項９又は１０に記載の基板処理装置。
  12. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室に、金属含有ガス、反応ガス、エッチングガス、第２の改質ガスを供給するガス供給系と、
    （ａ）前記処理室に収容された基板であって、表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと前記反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する処理と、
    （ｂ−１）前記基板に対して、前記エッチングガスを供給して、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第２の金属膜を除去する処理と、
    （ｂ−２）（ｂ−１）の後に、前記基板に対して前記第２の改質ガスを供給して、前記エッチングガスが供給された後の基板を改質する処理と、
    （ｃ）（ｂ−１）と（ｂ−２）とを交互に繰り返すことにより、前記絶縁膜上に形成された前記第２の金属膜を除去する処理と、
    （ａ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させるよう前記ガス供給系を制御することが可能に構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  13. （ａ）基板処理装置の処理室に収容された基板であって、表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する手順と、
    （ｂ−１）前記基板に対して第１の改質ガスを供給させて、第２の金属膜を改質させる手順と、
    （ｂ−２）（ｂ−１）の後で、前記基板に対して、エッチングガスを供給させる手順と、
    （ｃ）（ｂ−１）と（ｂ−２）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第２の金属膜を除去する手順と、
    を有し、（ａ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる手順をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
  14. 前記第１の改質ガスは、酸化ガスもしくは窒化ガスである請求項１３に記載のプログラム。
  15. 前記エッチングガスは、ハロゲン化物である請求項１３又は１４のいずれか一項に記載のプログラム。
  16. （ａ）基板処理装置の処理室に収容された基板であって、表面に、第１の金属膜と、前記第１の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第２の金属膜を形成する手順と、
    （ｂ−１）前記基板に対して、エッチングガスを供給させる手順と、
    （ｂ−２）（ｂ−１）の後に、前記基板に対して第２の改質ガスを供給させて、前記エッチングガスが供給された後の基板を改質させる手順と、
    （ｃ）（ｂ−１）と（ｂ−２）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に形成された前記第２の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第２の金属膜を除去する手順と、
    を有し、（ａ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる手順をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
  17. （ｄ）（ａ）の前に、前記第１の金属膜と前記絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと第１の還元ガスとを交互に供給して、前記基板上に第１の金属層を形成させる手順と、
    （ｅ）（ａ）と（ｄ）とを、交互に繰り返すことにより、前記基板上に第２の金属膜を形成させる手順と、
    を有し、
    （ｆ）（ｅ）と（ｃ）とを交互に繰り返すことにより、前記第１の金属膜上に前記第２の金属膜を選択成長させる請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載のプログラム。
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