JP7195106B2 - 成膜方法及び基板処理システム - Google Patents

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Description

本開示は、成膜方法及び基板処理システムに関する。
高アスペクト比のトレンチやホール等の凹部の内部にボイドを発生させることなくタングステン膜を埋め込むことが可能な成膜方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５－１９００２０号公報
本開示は、凹部に金属膜を埋め込むときのパターン倒れを抑制できる技術を提供する。
本開示の一態様による成膜方法は、絶縁膜を表面に有する凹部が形成された基板に対し、前記凹部内に金属膜を埋め込む成膜方法であって、前記凹部内に下地膜をコンフォーマルに形成する工程と、ハロゲンガスを用いたプラズマレスのエッチングにより、前記凹部の内壁上部の前記絶縁膜の表面を露出させ、前記凹部内の底部に前記下地膜を残存させるように前記下地膜をエッチングする工程と、前記凹部内の底部に残存する前記下地膜の上に金属膜を選択的に成長させる工程と、を有する。
本開示によれば、凹部に金属膜を埋め込むときのパターン倒れを抑制できる。
成膜方法の一例を示すフローチャート 成膜方法の一例を示す工程断面図 基板処理システムの構成例を示す概略図 ＴｉＮ膜を形成する装置の構成例を示す図 ＴｉＮ膜をエッチングする装置の構成例を示す図 タングステン膜を形成する装置の構成例を示す図 ルテニウム膜の選択成長の実験手順の説明図 凹部内の底部に存在するＴｉＮ膜の上にルテニウム膜を選択的に成長させた状態を示すＳＥＭ写真
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔成膜方法〕
一実施形態の成膜方法について説明する。図１は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。
図１に示されるように、一実施形態の成膜方法は、工程Ｓ１０、工程Ｓ２０及び工程Ｓ３０をこの順序で実行することにより、絶縁膜を表面に有する凹部が形成された基板に対し、凹部内に金属膜を埋め込む成膜方法である。工程Ｓ１０は、絶縁膜を表面に有する凹部内に下地膜をコンフォーマルに形成する工程である。「絶縁膜を表面に有する凹部が形成された基板」とは、図２に示されるように表面に凹部Ａが形成された基板Ｆ１の凹部Ａの表面が絶縁膜Ｆ２で覆われている場合と、基板上に形成された絶縁膜のパターンにより凹部が形成されている場合（図示せず）と、を含む。工程Ｓ２０は、凹部内の底部に下地膜を残存させるように下地膜をエッチングする工程である。工程Ｓ３０は、凹部内の底部に残存する下地膜の上に金属膜を選択的に成長させる工程である。
以下、各工程について、図２を参照して説明する。図２は、成膜方法の一例を示す工程断面図である。
工程Ｓ１０は、予め準備された絶縁膜Ｆ２を表面に有する凹部Ａが形成された基板Ｆ１（図２（ａ）参照）に対し、凹部Ａ内に下地膜Ｆ３をコンフォーマルに形成する工程である（図２（ｂ）参照）。工程Ｓ１０では、凹部Ａ内に下地膜Ｆ３をコンフォーマルに形成できればよく、例えば原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を利用できる。ただし、凹部Ａが高アスペクト比であっても凹部Ａ内に下地膜Ｆ３をコンフォーマルに形成できるという観点から、ＡＬＤ法を利用することが好ましい。絶縁膜Ｆ２は、例えばＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜であってよい。下地膜Ｆ３は、例えばＴｉＮ膜、ＴａＮ膜、ＴｉＯＮ膜であってよい。
一実施形態では、減圧状態でチタン含有ガスの供給と窒素含有ガスの供給とをパージガスの供給を挟んで交互に繰り返すことにより、絶縁膜Ｆ２の上にＴｉＮ膜を形成できる。チタン含有ガスとしては、例えばＴｉＣｌ４ガス、ＴｉＢｒ４ガス、ＴｉＩ４ガス、テトラキスエチルメチルアミノチタン（ＴＥＭＡＴ）、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）を利用できる。窒素含有ガスとしては、例えばＮＨ３ガス、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）を利用できる。パージガスとしては、例えばＮ２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスを利用できる。また、窒素含有ガスをプラズマ化してもよい。
工程Ｓ２０は、凹部Ａの内壁上部の絶縁膜Ｆ２の表面を露出させ、凹部Ａ内の底部に下地膜Ｆ３を残存させるように下地膜Ｆ３をエッチングする工程である（図２（ｃ）参照）。工程Ｓ２０では、例えば供給律速状態でエッチングを行うことが好ましい。これにより、エッチングガスの大部分が凹部Ａの内壁上部で消費され、凹部Ａの底部に到達するエッチングガスの量が少なくなる。そのため、凹部Ａの内壁上部の下地膜Ｆ３が除去され、凹部Ａ内の底部に下地膜Ｆ３が残存しやすくなる。なお、供給律速状態とは、処理容器内へ供給するエッチングガスの流量が非常に少ない領域であって、エッチングレートがエッチングガスの供給量に主に支配される状態を意味する。例えば、エッチングガスの供給量を少なくし、処理温度を高くすることにより、供給律速状態を実現できる。
一実施形態では、ハロゲン含有ガスを用いたプラズマレスのエッチングにより、凹部Ａの内壁上部の絶縁膜Ｆ２の表面を露出させ、凹部Ａ内の底部に下地膜Ｆ３を残存させるように下地膜Ｆ３をエッチングできる。ハロゲン含有ガスとしては、例えばＣｌ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ｂｒ２ガス、ＨＢｒガス、Ｉ２ガス、ＨＩガス、Ｆ２ガス、ＮＦ３ガスを利用できる。また、プラズマレスのエッチングに代えて、プラズマエッチングを利用してもよい。プラズマエッチングを利用する場合、例えば上記のハロゲン含有ガスを利用してもよく、Ｈ２ガス、Ａｒガス等を利用してもよい。
工程Ｓ３０は、凹部Ａ内の底部に残存する下地膜Ｆ３の上に金属膜Ｆ４を選択的に成長させる工程である（図２（ｄ）参照）。工程Ｓ３０は、例えば絶縁膜Ｆ２よりも下地膜Ｆ３に対するインキュベーションタイムが短いガスを供給することにより行われる。工程Ｓ３０では、凹部Ａ内の底部に残存する下地膜Ｆ３の上に金属膜Ｆ４を選択的に成長させることができればよく、例えばＡＬＤ法、ＣＶＤ法を利用できる。金属膜Ｆ４は、例えばタングステン膜、ルテニウム膜であってよい。
一実施形態では、減圧状態でタングステン含有ガスの供給と還元ガスの供給とをパージガスの供給を挟んで交互に繰り返すことにより、凹部Ａ内の底部に残存する下地膜Ｆ３の上にタングステン膜を選択的に成長させることができる。タングステン含有ガスとしては、例えばＷＣｌ６ガス、ＷＣｌ５ガス等の塩化タングステンガス、ＷＦ６ガス等のフッ化タングステンガスを利用できる。還元ガスとしては、例えばＨ２ガス、Ｂ２Ｈ６ガスを利用できる。なお、上記のタングステン含有ガスは、いずれも絶縁膜Ｆ２よりも下地膜Ｆ３に対するインキュベーションタイムが短いガスである。そのため、上記のタングステン含有ガスを用いることにより、下地膜Ｆ３の上にタングステン膜を選択的に成長させることができる。
また、一実施形態では、ルテニウム含有ガスを用いた熱ＣＶＤ法により、凹部Ａ内の底部に残存する下地膜Ｆ３の上にルテニウム膜を選択的に成長させることができる。ルテニウム含有ガスとしては、例えばＲｕ３（ＣＯ）１２を利用できる。なお、上記のルテニウム含有ガスは、絶縁膜Ｆ２よりも下地膜Ｆ３に対するインキュベーションタイムが短いガスである。そのため、上記のルテニウム含有ガスを用いることにより、下地膜Ｆ３の上にルテニウム膜を選択的に成長させることができる。
以上に説明した成膜方法によれば、凹部Ａ内に下地膜Ｆ３をコンフォーマルに形成し、凹部Ａの内壁上部の下地膜Ｆ３を除去し、凹部Ａ内の底部に下地膜Ｆ３を残存させるように下地膜をエッチングする。その後、凹部Ａ内の底部に残存する下地膜Ｆ３の上に金属膜Ｆ４を選択的に成長させる。これにより、凹部Ａ内において金属膜Ｆ４をボトムアップ成長させることができる。そのため、凹部Ａ内にボイドを発生させることなく金属膜Ｆ４を埋め込むことができる。また、凹部Ａ内が金属膜Ｆ４で埋め込まれる前に凹部Ａの内壁上部において隣接するパターンが接触することを抑制できるので、凹部Ａに金属膜Ｆ４を埋め込むときのパターン倒れを抑制できる。
また、工程Ｓ１０、工程Ｓ２０及び工程Ｓ３０は、同一の処理容器内で連続して行ってもよく、別の処理容器内で行ってもよい。また、工程Ｓ１０、工程Ｓ２０及び工程Ｓ３０のうち２つの工程を同一の処理容器内で行い、残りの１つの工程を別の処理容器内で行ってもよい。ただし、別の処理容器内で行う場合、膜表面の酸化を防止するという観点から、真空搬送室を介して接続された処理容器内で行うことが好ましい。また、各工程における処理温度が異なる場合には、処理温度の変更に要する時間を短縮するという観点から、工程Ｓ１０、工程Ｓ２０及び工程Ｓ３０は真空搬送室を介して接続された別の処理容器内で行うことが好ましい。
〔基板処理システム〕
上記の成膜方法を実現する基板処理システムについて、工程Ｓ１０、工程Ｓ２０及び工程Ｓ３０を、真空搬送室を介して接続された別の処理容器内で行う場合を例に挙げて説明する。図３は、基板処理システムの構成例を示す概略図である。
図３に示されるように、基板処理システムは、処理装置１０１～１０４と、真空搬送室２００と、ロードロック室３０１～３０３と、大気搬送室４００と、ロードポート５０１～５０３と、全体制御部６００と、を備える。ただし、図３に示される基板処理システムは一例であり、処理装置、真空搬送室、ロードロック室、大気搬送室及びロードポートの配置や数は図示の例に限定されるものではない。
処理装置１０１～１０４は、それぞれゲートバルブＧ１１～Ｇ１４を介して真空搬送室２００と接続されている。処理装置１０１～１０４内は真空雰囲気に減圧され、その内部にてウエハＷに各種の処理を施す。一実施形態では、処理装置１０１はＴｉＮ膜を形成する装置であり、処理装置１０２はＴｉＮ膜をエッチングする装置であり、処理装置１０３はタングステン膜を形成する装置である。処理装置１０４は、処理装置１０１～１０３のいずれかと同じ装置であってもよく、別の処理を行う装置であってもよい。
真空搬送室２００内は、真空雰囲気に減圧されている。真空搬送室２００には、減圧状態でウエハＷを搬送可能な搬送機構２０１が設けられている。搬送機構２０１は、処理装置１０１～１０４及びロードロック室３０１～３０３に対してウエハＷを搬送する。搬送機構２０１は、例えば独立に移動可能な２つの搬送アーム２０２ａ，２０２ｂを有する。ただし、搬送機構２０１は１つの搬送アームや３つ以上の搬送アームを有する形態であってもよい。
ロードロック室３０１～３０３は、それぞれゲートバルブＧ２１～Ｇ２３を介して真空搬送室２００と接続され、ゲートバルブＧ３１～Ｇ３３を介して大気搬送室４００と接続されている。ロードロック室３０１～３０３は、その内部を大気雰囲気と真空雰囲気とに切り替え可能である。
大気搬送室４００内は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。大気搬送室４００内には、ウエハＷのアライメントを行うアライナ４０１が設けられている。また、大気搬送室４００には、搬送機構４０２が設けられている。搬送機構４０２は、ロードロック室３０１～３０３、アライナ４０１及びロードポート５０１～５０３のキャリアＣに対してウエハＷを搬送する。搬送機構４０２は、例えば１つの搬送アームを有する。ただし、搬送機構４０２は２つ以上の搬送アームを有する形態であってもよい。
ロードポート５０１～５０３は、大気搬送室４００の長辺の壁面に設けられている。ロードポート５０１～５０３には、ウエハＷが収容されたキャリアＣ又は空のキャリアＣが載置される。キャリアＣとしては、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を利用できる。
全体制御部６００は、基板処理システムの各部を制御する。例えば、全体制御部６００は、処理装置１０１～１０４の動作、搬送機構２０１，４０２の動作、ゲートバルブＧ１１～Ｇ１４，Ｇ２１～Ｇ２３，Ｇ３１～Ｇ３３の開閉、ロードロック室３０１～３０３内の雰囲気の切り替え等を実行する。全体制御部６００は、例えばコンピュータであってよい。
次に、処理装置１０１の構成例について説明する。処理装置１０１は、減圧状態の処理容器内でＡＬＤ法又はＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を形成する第１の処理装置の一例である。図４は、ＴｉＮ膜を形成する装置の構成例を示す図である。
図４に示されるように、処理装置１０１は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部９とを有している。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１は、ウエハＷを収容する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と天壁１４との間はシールリング１５で気密に封止されている。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、ＡｌＮ等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。
載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図４で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属により形成されている。シャワーヘッド３は、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６，３７が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
ガス供給機構５は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給機構５は、ＴｉＣｌ４ガス供給源５１ａ、Ｎ２ガス供給源５３ａ、ＮＨ３ガス供給源５５ａ及びＮ２ガス供給源５７ａを有する。
ＴｉＣｌ４ガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介してチタン含有ガスであるＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５１ｂには、上流側から流量制御器５１ｃ、貯留タンク５１ｄ及びバルブ５１ｅが介設されている。ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。ＴｉＣｌ４ガス供給源５１ａから供給されるＴｉＣｌ４ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５１ｄで一旦貯留され、貯留タンク５１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５１ｄから処理容器１へのＴｉＣｌ４ガスの供給及び停止は、バルブ５１ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク５１ｄへＴｉＣｌ４ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源５３ａは、ガス供給ライン５３ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給するとともに、パージガスとしての機能を有する。ガス供給ライン５３ｂには、上流側から流量制御器５３ｃ、バルブ５３ｅ及びオリフィス５３ｆが介設されている。ガス供給ライン５３ｂのオリフィス５３ｆの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５３ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５３ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５３ｅの開閉により行われる。貯留タンク５１ｄによってガス供給ライン５１ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス５３ｆによってガス供給ライン５１ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン５３ｂに逆流することが抑制される。なお、パージガス供給ラインとキャリアガス供給ラインを別々に設けてもよい。
ＮＨ３ガス供給源５５ａは、ガス供給ライン５５ｂを介して窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５５ｂには、上流側から流量制御器５５ｃ、貯留タンク５５ｄ及びバルブ５５ｅが介設されている。ガス供給ライン５５ｂのバルブ５５ｅの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。ＮＨ３ガス供給源５５ａから供給されるＮＨ３ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５５ｄで一旦貯留され、貯留タンク５５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５５ｄから処理容器１へのＮＨ３ガスの供給及び停止は、バルブ５５ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク５５ｄへＮＨ３ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＮＨ３ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源５７ａは、ガス供給ライン５７ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給するとともに、パージガスとしての機能を有する。ガス供給ライン５７ｂには、上流側から流量制御器５７ｃ、バルブ５７ｅ及びオリフィス５７ｆが介設されている。ガス供給ライン５７ｂのオリフィス５７ｆの下流側は、ガス供給ライン５５ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５７ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５７ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５７ｅの開閉により行われる。貯留タンク５５ｄによってガス供給ライン５５ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス５７ｆによってガス供給ライン５５ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン５７ｂに逆流することが抑制される。なお、パージガス供給ラインとキャリアガス供給ラインを別々に設けてもよい。
制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置１０１の動作を制御する。制御部９は、処理装置１０１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部９が処理装置１０１の外部に設けられている場合、制御部９は、有線又は無線等の通信手段によって、処理装置１０１を制御できる。
次に、処理装置１０２の構成例について説明する。処理装置１０２は、減圧状態の処理容器内でＴｉＮ膜をエッチングする第２の処理装置の一例である。図５は、ＴｉＮ膜をエッチングする装置の構成例を示す図である。
図５に示されるように、処理装置１０２は、処理装置１０１におけるガス供給機構５に代えてガス供給機構５Ａを有している点で処理装置１０１と異なる。なお、その他の点については処理装置１０１と同様であるので、処理装置１０１と異なる点を中心に説明する。
ガス供給機構５Ａは、処理装置１０１におけるガス供給機構５に対して、Ｃｌ２ガス供給源５２ａを更に有している。なお、ＴｉＣｌ４ガス供給源５１ａ、Ｎ２ガス供給源５３ａ、ＮＨ３ガス供給源５５ａ及びＮ２ガス供給源５７ａの構成は、処理装置１０１と同様である。
Ｃｌ２ガス供給源５２ａは、ガス供給ライン５２ｂを介してエッチングガスであるＣｌ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５２ｂには、上流側から流量制御器５２ｃ、バルブ５２ｅ及びオリフィス５４ｆが介設されている。ガス供給ライン５２ｂのオリフィス５２ｆの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｃｌ２ガス供給源５２ａから処理容器１へのＣｌ２ガスの供給及び停止は、バルブ５２ｅの開閉により行われる。貯留タンク５１ｄによってガス供給ライン５１ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス５２ｆによってガス供給ライン５１ｂに供給されるガスがＣｌ２ガス供給ライン５２ｂに逆流することが抑制される。
次に、処理装置１０３の構成例について説明する。処理装置１０３は、減圧状態の処理容器内でＡＬＤ法によりタングステン膜を形成する第３の処理装置の一例である。図６は、タングステン膜を形成する装置の構成例を示す図である。
図６に示されるように、処理装置１０３は、処理装置１０１におけるガス供給機構５に代えてガス供給機構６を有している点で処理装置１０１と異なる。なお、その他の点については処理装置１０１と同様であるので、処理装置１０１と異なる点を中心に説明する。
ガス供給機構６は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給機構６は、ＷＣｌ６ガス供給源６１ａ、Ｎ２ガス供給源６２ａ、Ｎ２ガス供給源６３ａ、Ｈ２ガス供給源６４ａ、Ｎ２ガス供給源６６ａ、Ｎ２ガス供給源６７ａ及びＨ２ガス供給源６８ａを有する。
ＷＣｌ６ガス供給源６１ａは、ガス供給ライン６１ｂを介してＷＣｌ６ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６１ｂには、上流側から流量制御器６１ｃ、貯留タンク６１ｄ及びバルブ６１ｅが介設されている。ガス供給ライン６１ｂのバルブ６１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。ＷＣｌ６ガス供給源６１ａから供給されるＷＣｌ６ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６１ｄで一旦貯留され、貯留タンク６１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６１ｄから処理容器１へのＷＣｌ６ガスの供給及び停止は、バルブ６１ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６１ｄへＷＣｌ６ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＷＣｌ６ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源６２ａは、ガス供給ライン６２ｂを介してパージガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６２ｂには、上流側から流量制御器６２ｃ、貯留タンク６２ｄ及びバルブ６２ｅが介設されている。ガス供給ライン６２ｂのバルブ６２ｅの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６２ａから供給されるＮ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６２ｄで一旦貯留され、貯留タンク６２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６２ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６２ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６２ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＮ２ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源６３ａは、ガス供給ライン６３ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６３ｂには、上流側から流量制御器６３ｃ、バルブ６３ｅ及びオリフィス６３ｆが介設されている。ガス供給ライン６３ｂのオリフィス６３ｆの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６３ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源６３ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６３ｅの開閉により行われる。貯留タンク６１ｄ，６２ｄによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６３ｆによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン６３ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ２ガス供給源６４ａは、ガス供給ライン６４ｂを介して還元ガスであるＨ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６４ｂには、上流側から流量制御器６４ｃ、バルブ６４ｅ及びオリフィス６４ｆが介設されている。ガス供給ライン６４ｂのオリフィス６４ｆの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。Ｈ２ガス供給源６４ａから供給されるＨ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｈ２ガス供給源６４ａから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６４ｅの開閉により行われる。貯留タンク６６ｄ，６８ｄによってガス供給ライン６６ｂ，６８ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６４ｆによってガス供給ライン６６ｂ，６８ｂに供給されるガスがＨ２ガス供給ライン６４ｂに逆流することが抑制される。
Ｎ２ガス供給源６６ａは、ガス供給ライン６６ｂを介してパージガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６６ｂには、上流側から流量制御器６６ｃ、貯留タンク６６ｄ及びバルブ６６ｅが介設されている。ガス供給ライン６６ｂのバルブ６６ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６６ａから供給されるＮ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６６ｄで一旦貯留され、貯留タンク６６ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６６ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６６ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６６ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＮ２ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
Ｎ２ガス供給源６７ａは、ガス供給ライン６７ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６７ｂには、上流側から流量制御器６７ｃ、バルブ６７ｅ及びオリフィス６７ｆが介設されている。ガス供給ライン６７ｂのオリフィス６７ｆの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６７ａから供給されるＮ２ガスはウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源６７ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６７ｅの開閉により行われる。貯留タンク６６ｄ，６８ｄによってガス供給ライン６６ｂ，６８ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６７ｆによってガス供給ライン６６ｂ，６８ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン６７ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ２ガス供給源６８ａは、ガス供給ライン６８ｂを介して還元ガスであるＨ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６８ｂには、上流側から流量制御器６８ｃ、貯留タンク６８ｄ及びバルブ６８ｅが介設されている。ガス供給ライン６８ｂのバルブ６８ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｈ２ガス供給源６８ａから供給されるＨ２ガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク６８ｄで一旦貯留され、貯留タンク６８ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６８ｄから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６８ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク６８ｄへＨ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のＨ２ガスを処理容器１内に安定して供給できる。
〔基板処理システムの動作〕
次に、基板処理システムの動作の一例について、図３を参照して説明する。
まず、全体制御部６００は、搬送機構４０２を制御して、例えばロードポート５０１のキャリアＣに収容されたウエハＷをアライナ４０１に搬送させる。ウエハＷには、絶縁膜を表面に有する凹部が形成されている。全体制御部６００は、アライナ４０１を動作させてウエハＷの位置合わせを行う。続いて、全体制御部６００は、ゲートバルブＧ３１を開けると共に、搬送機構４０２を制御して、アライナ４０１のウエハＷをロードロック室３０１に搬送させる。全体制御部６００は、ゲートバルブＧ３１を閉じ、ロードロック室３０１内を真空雰囲気とする。なお、ウエハＷの位置合わせが不要な場合には、全体制御部６００は、搬送機構４０２を制御して、ロードポート５０１のキャリアＣに収容されたウエハＷを、アライナ４０１に搬送させることなく、ロードロック室３０１に搬送させる。
全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１１，Ｇ２１を開けると共に、搬送機構２０１を制御して、ロードロック室３０１のウエハＷを処理装置１０１に搬送させる。全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１１，Ｇ２１を閉じ、処理装置１０１を動作させる。これにより、処理装置１０１は、ウエハＷに対し、凹部内にＴｉＮ膜をコンフォーマルに形成する処理を施す。
続いて、全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１１，Ｇ１２を開けると共に、搬送機構２０１を制御して、処理装置１０１にて処理されたウエハＷを処理装置１０２に搬送させる。全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１１，Ｇ１２を閉じ、処理装置１０２を動作させる。これにより、処理装置１０２は、ウエハＷに対し、凹部の内壁上部の絶縁膜の表面を露出させ、凹部内の底部にＴｉＮ膜を残存させるようにＴｉＮ膜をエッチングする処理を施す。
続いて、全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１２，Ｇ１３を開けると共に、搬送機構２０１を制御して、処理装置１０２にて処理されたウエハＷを処理装置１０３に搬送させる。全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１２，Ｇ１３を閉じ、処理装置１０３を動作させる。これにより、処理装置１０３は、ウエハＷに対し、凹部内の底部に残存するＴｉＮ膜の上にタングステン膜を選択的に成長させる処理を施す。
続いて、全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１３，Ｇ２３を開けると共に、搬送機構２０１を制御して、処理装置１０３にて処理されたウエハＷをロードロック室３０３に搬送させる。全体制御部６００は、ゲートバルブＧ１３，Ｇ２３を閉じ、ロードロック室３０３内を大気雰囲気とする。全体制御部６００は、ゲートバルブＧ３３を開けると共に、搬送機構４０２を制御して、ロードロック室３０３のウエハＷをロードポート５０３のキャリアＣに搬送して収容させる。
このように、図３に示す基板処理システムによれば、処理装置１０１～１０３によってウエハＷに処理が施される間、ウエハＷが大気に曝露されることがない。言い換えると、図３に示す基板処理システムによれば、真空を破らずにウエハＷに所定の処理を施すことができる。
以下、処理装置１０１～１０３の動作（工程Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０）について、図４から図６を参照して説明する。
（処理装置１０１の動作）
図４を参照して、処理装置１０１の動作について説明する。まず、バルブ５１ｅ，５３ｅ，５５ｅ，５７ｅが閉じられた状態で、ゲートバルブ１２を開いて搬送機構（図示せず）によりウエハＷを処理容器１内に搬送し、搬送位置にある載置台２に載置する。搬送機構を処理容器１内から退避させた後、ゲートバルブ１２を閉じる。載置台２のヒータ２１によりウエハＷを所定の温度に加熱すると共に載置台２を処理位置まで上昇させ、処理空間３８を形成する。また、排気機構４２の圧力制御バルブ（図示せず）により処理容器１内を所定の圧力に調整する。
次いで、バルブ５３ｅ，５７ｅを開き、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａから夫々ガス供給ライン５３ｂ，５７ｂにキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、ＴｉＣｌ４ガス供給源５１ａからＴｉＣｌ４ガスをガス供給ライン５１ｂに供給し、ＮＨ３ガス供給源５５ａからＮＨ３ガスをガス供給ライン５５ｂに供給する。このとき、バルブ５１ｅ，５５ｅが閉じられているので、ＴｉＣｌ４ガス及びＮＨ３ガスは、貯留タンク５１ｄ，５５ｄに夫々貯留され、貯留タンク５１ｄ，５５ｄ内が昇圧する。
次いで、バルブ５１ｅを開き、貯留タンク５１ｄに貯留されたＴｉＣｌ４ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着させる。
バルブ５１ｅを開いてから所定の時間が経過した後、バルブ５１ｅを閉じることにより、処理容器１内へのＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このとき、処理容器１内にはキャリアガスが供給されているため、処理容器１内に残留するＴｉＣｌ４ガスが排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＴｉＣｌ４ガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に置換される。一方、バルブ５１ｅが閉じられたことにより、ＴｉＣｌ４ガス供給源５１ａからガス供給ライン５１ｂに供給されるＴｉＣｌ４ガスが貯留タンク５１ｄに貯留され、貯留タンク５１ｄ内が昇圧する。
バルブ５１ｅを閉じてから所定の時間が経過した後、バルブ５５ｅを開く。これにより、貯留タンク５５ｄに貯留されたＮＨ３ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ４ガスを還元する。
バルブ５５ｅを開いてから所定の時間が経過した後、バルブ５５ｅを閉じることにより、処理容器１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。このとき、処理容器１内にはキャリアガスが供給されているため、処理容器１内に残留するＮＨ３ガスが排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＮＨ３ガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に置換される。一方、バルブ５５ｅが閉じられたことにより、ＮＨ３ガス供給源５５ａからガス供給ライン５５ｂに供給されるＮＨ３ガスが貯留タンク５５ｄに貯留され、貯留タンク５５ｄ内が昇圧する。
上記のサイクルを１回実施することにより、ＴｉＮ膜の表面に薄いＴｉＮ単位膜を形成する。そして、上記のサイクルを複数回繰り返すことにより所望の膜厚のＴｉＮ膜を形成する。その後、処理容器１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷを処理容器１から搬出する。
なお、処理装置１０１を用いて凹部内にＴｉＮ膜をコンフォーマルに形成する場合の好ましい成膜条件の一例は以下の通りである。
＜成膜条件＞
ウエハ温度：４６０～６５０℃
処理容器内圧力：３～５Ｔｏｒｒ（４００～６６７Ｐａ）
ＴｉＣｌ４ガス流量：１５０～３００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス流量：３８００～７０００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２ガス）流量：１０００～６０００ｓｃｃｍ
また、処理装置１０１に高周波電源を設け、ＴＤＭＡＴ及びＡｒの混合ガスの供給とＮＨ３、Ａｒ及びＨ２の混合ガスの供給とをパージガスの供給を挟んで交互に繰り返すことにより、凹部内にＴｉＮ膜をコンフォーマルに形成してもよい。このとき、ＮＨ３、Ａｒ及びＨ２の混合ガスはプラズマ化することが好ましい。この場合の好ましい成膜条件の一例は以下の通りである。
＜成膜条件＞
ウエハ温度：２００～４００℃
処理容器内圧力：１～５Ｔｏｒｒ（１３３～６６７Ｐａ）
ＴＤＭＡＴ／Ａｒ流量：５０～２００ｓｃｃｍ／１０００～６０００ｓｃｃｍ
ＮＨ３／Ａｒ／Ｈ２流量：５００～１５００ｓｃｃｍ／５００～５０００ｓｃｃｍ／５００～５０００ｓｃｃｍ
高周波電力：３００～１５００Ｗ
（処理装置１０２の動作）
図５を参照して、処理装置１０２の動作について説明する。まず、バルブ５１ｅ，５２ｅ，５３ｅ，５５ｅ，５７ｅが閉じられた状態で、ゲートバルブ１２を開いて搬送機構（図示せず）によりウエハＷを処理容器１内に搬送し、搬送位置にある載置台２に載置する。搬送機構を処理容器１内から退避させた後、ゲートバルブ１２を閉じる。載置台２のヒータ２１によりウエハＷを所定の温度に加熱すると共に載置台２を処理位置まで上昇させ、処理空間３８を形成する。また、排気機構４２の圧力制御バルブ（図示せず）により処理容器１内を所定の圧力に調整する。
次いで、バルブ５３ｅ，５７ｅを開き、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａから夫々ガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに所定の流量のキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、バルブ５２ｅを開き、Ｃｌ２ガス供給源５２ａからＣｌ２ガスをガス供給ライン５２ｂに供給する。これにより、処理容器１内にＣｌ２ガスが供給されるので、ＴｉＮ膜がエッチングされる。このとき、凹部の内壁上部のＴｉＮ膜が除去され、凹部内の底部にＴｉＮ膜が残存するようにＴｉＮ膜をエッチングする。
バルブ５２ｅを開いてから所定の時間が経過した後、バルブ５２ｅを閉じることにより、処理容器１内へのＣｌ２ガスの供給を停止する。このとき、処理容器１内にはキャリアガスが供給されているため、処理容器１内に残留するＣｌ２ガスが排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＣｌ２ガス雰囲気からＮ２ガス雰囲気に置換される。
バルブ５２ｅを閉じてから所定の時間が経過した後、バルブ５３ｅ，５７ｅを閉じることにより、処理容器１内へのキャリアガスの供給を停止する。その後、処理容器１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷを処理容器１から搬出する。
なお、処理装置１０２を用いて凹部の内壁上部の絶縁膜の表面を露出させ、凹部内の底部にＴｉＮ膜を残存させるようにＴｉＮ膜をエッチングする場合の好ましいエッチング条件は以下の通りである。
＜エッチング条件＞
ウエハ温度：１００～３００℃
処理容器内圧力：０．５～５Ｔｏｒｒ（６７～６６７Ｐａ）
Ｃｌ２ガス流量：３０～１０００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２ガス）：１０００～６０００ｓｃｃｍ
また、ガス供給機構５ＡとしてＣｌＦ３ガス供給源を設け、処理容器１内にＣｌＦ３ガスを供給することにより、凹部の内壁上部の絶縁膜の表面を露出させ、凹部内の底部にＴｉＮ膜を残存させるようにＴｉＮ膜をエッチングしてもよい。この場合の好ましいエッチング条件の一例は以下の通りである。
＜エッチング条件＞
ウエハ温度：１００～２００℃
処理容器内圧力：０．５～５Ｔｏｒｒ（６７～６６７Ｐａ）
ＣｌＦ３ガス流量：５～５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２ガス）：１０００～６０００ｓｃｃｍ
（処理装置１０３の動作）
図６を参照して、処理装置１０３の動作について説明する。まず、バルブ６１ｅ～６４ｅ，６６ｅ～６８ｅが閉じられた状態で、ゲートバルブ１２を開いて搬送機構（図示せず）によりウエハＷを処理容器１内に搬送し、搬送位置にある載置台２に載置する。搬送機構を処理容器１内から退避させた後、ゲートバルブ１２を閉じる。載置台２のヒータ２１によりウエハＷを所定の温度に加熱すると共に載置台２を処理位置まで上昇させ、処理空間３８を形成する。また、排気機構４２の圧力制御バルブ（図示せず）により処理容器１内を所定の圧力に調整する。
次いで、バルブ６３ｅ，６７ｅを開き、Ｎ２ガス供給源６３ａ，６７ａから夫々ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂにキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、バルブ６４ｅを開き、Ｈ２ガス供給源６４ａからガス供給ライン６４ｂにＨ２ガスを供給する。また、ＷＣｌ６ガス供給源６１ａ及びＨ２ガス供給源６８ａから夫々ＷＣｌ６ガス及びＨ２ガスをガス供給ライン６１ｂ，６８ｂに供給する。このとき、バルブ６１ｅ，６８ｅが閉じられているので、ＷＣｌ６ガス及びＨ２ガスは、貯留タンク６１ｄ，６８ｄに夫々貯留され、貯留タンク６１ｄ，６８ｄ内が昇圧する。
次いで、バルブ６１ｅを開き、貯留タンク６１ｄに貯留されたＷＣｌ６ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着させる。また、処理容器１内へのＷＣｌ６ガスの供給に並行して、Ｎ２ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂに夫々パージガス（Ｎ２ガス）を供給する。このとき、バルブ６２ｅ，６６ｅが閉じられたことにより、パージガスは貯留タンク６２ｄ，６６ｄに貯留され、６２ｄ，６６ｄ内が昇圧する。
バルブ６１ｅを開いてから所定の時間が経過した後、バルブ６１ｅを閉じると共にバルブ６２ｅ，６６ｅを開く。これにより、処理容器１内へのＷＣｌ６ガスの供給を停止すると共に貯留タンク６２ｄ，６６ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク６２ｄ，６６ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＷＣｌ６ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＷＣｌ６ガス雰囲気からＨ２ガスとＮ２ガスとを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ６１ｅが閉じられたことにより、ＷＣｌ６ガス供給源６１ａからガス供給ライン６１ｂに供給されるＷＣｌ６ガスが貯留タンク６１ｄに貯留され、貯留タンク６１ｄ内が昇圧する。
バルブ６２ｅ，６６ｅを開いてから所定の時間が経過した後、バルブ６２ｅ，６６ｅを閉じると共にバルブ６８ｅを開く。これにより、処理容器１内へのパージガスの供給を停止すると共に貯留タンク６８ｄに貯留されたＨ２ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着したＷＣｌ６ガスを還元する。このとき、バルブ６２ｅ，６６ｅが閉じられたことにより、Ｎ２ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂに夫々供給されるパージガスが貯留タンク６２ｄ，６６ｄに貯留され、貯留タンク６２ｄ，６６ｄ内が昇圧する。
バルブ６８ｅを開いてから所定の時間が経過した後、バルブ６８ｅを閉じると共にバルブ６２ｅ，６６ｅを開く。これにより、処理容器１内へのＨ２ガスの供給を停止すると共に貯留タンク６２ｄ，６６ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク６２ｄ，６６ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＨ２ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＨ２ガス雰囲気からＨ２ガスとＮ２ガスとを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ６８ｅが閉じられたことにより、Ｈ２ガス供給源６８ａからガス供給ライン６８ｂに供給されるＨ２ガスが貯留タンク６８ｄに貯留され、貯留タンク６８ｄ内が昇圧する。
上記のサイクルを１回実施することにより、ＴｉＮ膜の表面に薄いタングステン単位膜を形成する。そして、上記のサイクルを複数回繰り返すことにより所望の膜厚のタングステン膜を成膜する。このとき、凹部の内壁上部のＴｉＮ膜が除去され、凹部内の底部にＴｉＮ膜が残存しているので、凹部内の底部に残存するＴｉＮ膜の上にタングステン膜が選択的に成長する。これにより、凹部内においてタングステン膜をボトムアップ成長させることができる。そのため、凹部内にボイドを発生させることなく金属膜を埋め込むことができる。また、凹部内が金属膜で埋め込まれる前に凹部の内壁上部において隣接するパターンが接触することを抑制できるので、凹部に金属膜を埋め込むときのパターン倒れを抑制できる。凹部にタングステン膜を埋め込んだ後、処理容器１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷを処理容器１から搬出する。
なお、処理装置１０３を用いて凹部内の底部に残存するＴｉＮ膜の上にタングステン膜を選択的に成長させる場合の好ましい成膜条件は以下の通りである。
＜成膜条件＞
ウエハ温度：４５０～６５０℃
処理容器内圧力：１５～４０Ｔｏｒｒ（２．０～５．３ｋＰａ）
ＷＣｌ６ガス流量：３～３０ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス流量：１０００～９０００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２ガス）流量：１０００～８０００ｓｃｃｍ
また、ガス供給機構６としてＲｕ３（ＣＯ）１２ガス供給機構を設け、Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガスを用いた熱ＣＶＤ法により、凹部内の底部に残存するＴｉＮ膜の上にルテニウム膜を選択的に成長させてもよい。なお、Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガス供給機構は、例えば固体状のＲｕ３（ＣＯ）１２を収容して加熱可能な原料容器と、原料容器内にキャリアガスとしてのＣＯガスを供給可能なキャリアガス供給配管と、を有する。この場合の好ましい成膜条件の一例は以下の通りである。
＜成膜条件＞
ウエハ温度：１００～２５０℃
処理容器内圧力：１～１００ｍＴｏｒｒ（０．１３～１３．３Ｐａ）
Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガス流量：１～５ｓｃｃｍ
ＣＯガス流量：３００～７００ｓｃｃｍ
（実験例）
次に、実験例について説明する。図７は、ルテニウム膜の選択成長の実験手順の説明図である。
実験例では、図７に示されるように、基板１００１上にＴｉＮ膜１００２及びライン状にパターニングされたＳｉＯ２膜１００３が積層された試料に対し、熱ＣＶＤ法によりルテニウム（Ｒｕ）膜を２０ｎｍの厚さで成膜した。また、作製した試料の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）により観察した。
図８は、凹部内の底部に存在するＴｉＮ膜の上にルテニウム膜を選択的に成長させた状態を示すＳＥＭ写真である。図８に示されるように、ＴｉＮ膜の表面にルテニウム膜が成膜されているのに対し、ＳｉＯ２膜の表面にはルテニウム膜が成膜されていないことが分かる。このことから、凹部内の底部にＴｉＮ膜を残存させることにより、凹部内にルテニウム膜をボトムアップ成長させることができると言える。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、基板として半導体ウエハを例に挙げて説明したが、半導体ウエハはシリコンウエハであってもよく、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の化合物半導体ウエハであってもよい。また、基板は半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等であってもよい。
上記の実施形態では、ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の装置を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、一度に複数のウエハに対して処理を行うバッチ式の装置であってもよい。
１０１～１０４ 処理装置
２００ 真空搬送室
６００ 全体制御部
Ｆ１ 基板
Ｆ２ 絶縁膜
Ｆ３ 下地膜
Ｆ４ 金属膜
Ｗ ウエハ

Claims (9)

  1. 絶縁膜を表面に有する凹部が形成された基板に対し、前記凹部内に金属膜を埋め込む成膜方法であって、
    前記凹部内に下地膜をコンフォーマルに形成する工程と、
    ハロゲンガスを用いたプラズマレスのエッチングにより、前記凹部の内壁上部の前記絶縁膜の表面を露出させ、前記凹部内の底部に前記下地膜を残存させるように前記下地膜をエッチングする工程と、
    前記凹部内の底部に残存する前記下地膜の上に金属膜を選択的に成長させる工程と、
    を有する、
    成膜方法。
  2. 前記下地膜をエッチングする工程は、供給律速状態で行われる、
    請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記金属膜を選択的に成長される工程は、前記絶縁膜よりも前記下地膜に対するインキュベーションタイムが短いガスを供給することにより行われる、
    請求項１又は２に記載の成膜方法。
  4. 前記下地膜をコンフォーマルに形成する工程と、前記下地膜をエッチングする工程と、前記金属膜を選択的に成長させる工程とは、同一の処理容器内で連続して行われる、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  5. 前記下地膜をコンフォーマルに形成する工程と、前記下地膜をエッチングする工程と、前記金属膜を選択的に成長させる工程とは、真空搬送室を介して接続された別の処理容器内で行われる、
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  6. 前記下地膜をコンフォーマルに形成する工程は、チタン含有ガスを用いたＡＬＤ法により行われる、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
  7. 前記金属膜を選択的に成長させる工程は、タングステン含有ガス又はルテニウム含有ガスを用いたＣＶＤ法又はＡＬＤ法により行われる、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
  8. 絶縁膜を表面に有する凹部が形成された基板に対し、前記凹部内に金属膜を埋め込む成膜方法を実行する基板処理システムであって、
    減圧状態で基板を搬送可能な搬送機構を内部に有する真空搬送室と、
    前記真空搬送室に接続された第１の処理装置、第２の処理装置及び第３の処理装置と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記搬送機構により前記基板を前記第１の処理装置に搬送し、前記第１の処理装置において前記凹部内に下地膜をコンフォーマルに形成する工程と、
    前記搬送機構により前記基板を前記第１の処理装置から前記真空搬送室を介して前記第２の処理装置に搬送し、ハロゲンガスを用いたプラズマレスのエッチングにより、前記凹部の内壁上部の前記絶縁膜の表面を露出させ、前記凹部内の底部に前記下地膜を残存させるように前記下地膜をエッチングする工程と、
    前記搬送機構により前記基板を前記第２の処理装置から前記真空搬送室を介して前記第３の処理装置に搬送し、前記凹部内の底部に残存する前記下地膜の上に金属膜を選択的に成長させる工程と、
    をこの順序で実行するように、前記真空搬送室、前記第１の処理装置、前記第２の処理装置及び前記第３の処理装置を制御する、
    基板処理システム。
  9. 絶縁膜を表面に有する凹部が形成された基板に対し、前記凹部内に金属膜を埋め込む成膜方法を実行する基板処理システムであって、
    処理装置と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記処理装置に基板を搬送し、前記処理装置において、
    前記凹部内に下地膜をコンフォーマルに形成する工程と、
    ハロゲンガスを用いたプラズマレスのエッチングにより、前記凹部の内壁上部の前記絶縁膜の表面を露出させ、前記凹部内の底部に前記下地膜を残存させるように前記下地膜をエッチングする工程と、
    前記凹部内の底部に残存する前記下地膜の上に金属膜を選択的に成長させる工程と、
    をこの順序で連続して実行するように、前記処理装置を制御する、
    基板処理システム。
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