JPWO2020189373A1 - 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
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Abstract
低抵抗な膜を形成する。基板を処理室に収容する工程と、基板に第１の元素を含む第１処理ガスを供給して、基板に第１の元素を含む第１の膜を形成する第１の成膜工程と、第１の元素を含む膜に第２の元素を含む第２処理ガスを供給して、第１の元素を含む膜から第１の元素を除去して第２の元素を含む第２の膜に改質する第２の成膜工程と、を有する。
Description
本開示は、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。
近年、半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、様々な種類の金属膜が用いられ、３次元構造の半導体装置の製造が行なわれている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
３次元構造の半導体装置の一例であるＮＡＮＤ型フラッシュメモリのコントロールゲートにはタングステン膜（Ｗ膜）等が用いられている。このＷ膜の抵抗がデバイス特性に与える影響は大きく、低抵抗な膜が要求される。
本開示の一態様によれば、
基板を処理室に収容する工程と、
基板に第１の元素を含む第１処理ガスを供給して、基板に第１の元素を含む膜を形成する第１の成膜工程と、
第１の元素を含む膜に第２の元素を含む第２処理ガスを供給して、第１の元素を含む膜から第１の元素を除去して第２の元素を含む膜に改質する第２の成膜工程と、
を有する技術が提供される。
基板を処理室に収容する工程と、
基板に第１の元素を含む第１処理ガスを供給して、基板に第１の元素を含む膜を形成する第１の成膜工程と、
第１の元素を含む膜に第２の元素を含む第２処理ガスを供給して、第１の元素を含む膜から第１の元素を除去して第２の元素を含む膜に改質する第２の成膜工程と、
を有する技術が提供される。
本開示によれば、低抵抗な膜を形成することが可能となる。
＜実施形態＞
以下、実施形態の例について、図を参照しながら説明する。
以下、実施形態の例について、図を参照しながら説明する。
（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。
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）などの耐熱性材料で構成される。アウタチューブ２０３の形状は、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）などの金属材料で構成される。マニホールド２０９の形状は、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。
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、ＳｉＣなどの耐熱性材料で構成される。インナチューブ２０４の形状は、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４１０，４２０，４３０には、ガス供給管３１０，３２０，３３０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。
ガス供給管３１０，３２０，３３０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）３１２，３２１，３３２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３１４，３２４，３３４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０，３３０のバルブ３１４，３２４，３３４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、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２及びバルブ５１４，５２４，５３４がそれぞれ設けられている。
また、ガス供給管３１０には、ガス供給管３１０−２が接続されていても良い。ガス供給管３１０−２には、上流側から、ＭＦＣ３１２−２、バルブ３１４−２が設けられている。
ガス供給管３１０，３２０，３３０の先端部にはノズル４１０，４２０，４３０がそれぞれ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て配置され、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。
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。
ガス供給管３２０の、ＭＦＣ３２１とバルブ３２４の間には、フラッシュタンク３２２が配置される。
ガス供給管３１０からは、第１処理ガスとして、シリコン（Ｓｉ）元素を含むガスが、ＭＦＣ３１１、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処理ガスとしては、シラン系ガスを用いることができる。シラン系ガスとは、シリコン（Ｓｉ）及び水素（Ｈ）を含み、ハロゲンを含まないガスである。具体的には、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いることができる。ＳｉＨ４は第１の膜を形成する成膜ガスとして作用する。なお、この様な第１処理ガスとして、他には、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が有る。
また、ガス供給管３１０−２が設けられている場合、ガス供給管３１０−２からは、シリコン（Ｓｉ）元素を含み第１処理ガスとは異なる処理ガス（第１の２処理ガスとも呼ぶ）が、ＭＦＣ３１２−２、バルブ３１４−２、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。第１処理ガスとは異なる処理ガスとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ）及び水素を含み、ハロゲンを含むガスである。具体的には、第１処理ガスが、ＳｉＨ４ガスの場合、第１処理ガスとは異なる処理ガスは、ヘキサクロロジシラン（HCDS）ガスが用いられる。
ガス供給管３２０からは、第２処理ガスとして、金属元素を含む原料ガス（金属含有ガス）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。第２処理ガスとしては、例えば金属元素としてのタングステン（Ｗ）を含み、ハロゲン系原料（ハロゲン化物、ハロゲン系タングステン原料）としての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、第３処理ガスとして、反応ガスが、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。反応ガスとしては、例えば水素（Ｈ）を含むＨ含有ガスとしての例えば水素（Ｈ２）ガスを用いることができる。
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。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、ＭＦＣ３１１，３２２，３３２、バルブ３１４，３２４，３３４、ノズル４１０，４２０，４３０によりガス供給部が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０のみをガス供給部と考えてもよい。ガス供給管３１０から第１処理ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１１、バルブ３１４により第１処理ガス供給部が構成されるが、ノズル４１０のみを第１処理ガス供給部と考えてもよい。また、ガス供給管３２０から第２処理ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により第２処理ガス供給部が構成されるが、ノズル４２０のみを第２処理ガス供給部に含めて考えてもよい。また、フラッシュタンク３２２を第２処理ガス供給部に含めて考えても良い。また、ガス供給管３３０から反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により第３処理ガス供給部（反応ガス供給部）が構成されるが、ノズル４３０のみを第３処理ガス供給部に含めて考えてもよい。ガス供給管３３０から反応ガスとして窒素含有ガスを供給する場合、反応ガス供給部を窒素含有ガス供給部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部が構成される。
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の表面と平行方向に向かって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に対向した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。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で構成された排気路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の側面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。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、排気コンダクタンスを調整することにより、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、排気部が構成される。少なくとも排気口２０４ａを排気部と考えても良い。真空ポンプ２４６を排気部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等の金属材料で構成される。シールキャップ２１９の形状は、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。
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば１〜２００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間隔を空けて配列可能なように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で形成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で形成される断熱板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。
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。
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。本開示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。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２１，３３２，５１２，５２２，５３２，３１２−２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４，３１４−２、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等を、制御可能に接続されている。ここで接続とは、電気的に直接接続されていることや、間接的に接続されていること、電気信号を直接又は間接的に送受信可能に構成されていることも含む。
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、ＭＦＣ３１２，３２１，３３２，５１２，５２２，５３２，３１２−２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４，３１４−２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。
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。本開示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。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。
（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、ウエハ２００上に、例えばフラッシュメモリのコントロールゲート膜や、ＭＯＳＦＥＴのワードライン電極を構成する金属膜を形成する工程の一例について、図４を用いて説明する。金属膜を形成する工程は、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１２１により制御される。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００上に、例えばフラッシュメモリのコントロールゲート膜や、ＭＯＳＦＥＴのワードライン電極を構成する金属膜を形成する工程の一例について、図４を用いて説明する。金属膜を形成する工程は、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１２１により制御される。
なお、ウエハ２００の表面には、後述のＷＦ６ガス中のフッ素（Ｆ）がウエハ２００上に形成された絶縁膜（不図示）に拡散することを抑制するバリアメタルとしての窒化チタニウムＴｉＮ膜が形成されている。この様なバリアメタルの上にワードライン電極としてのタングステン（Ｗ）膜を形成する場合、Ｗ膜の抵抗率が高くなる課題があり、Ｗ膜の抵抗率を低くすることが求められる。
本開示において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」、「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」、「ウエハとその表面に形成された構造体」を意味する場合がある。本開示において「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」、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面」、「ウエハとその表面に形成された構造体」を意味する場合がある。本開示において「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。
以下に図４〜図８に基づいて、本開示の半導体装置の製造方法のフローやガス供給シーケンスについて説明する。なお、図６、図８の横軸は時間を表し、縦軸は、それぞれのガスのＯＮ／ＯＦＦを示している。
［基板搬入工程Ｓ３０１］
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（ボートロード）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。
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（ボートロード）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。
［雰囲気調整工程Ｓ３０２］
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。
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。
［初期成膜工程Ｓ３００］
続いて、初期成膜工程Ｓ３００が行われる。初期成膜工程Ｓ３００は、少なくとも、以下に記載する第１の成膜工程Ｓ３０３と第２の成膜工程Ｓ３０５を有する。それぞれの工程について、図５、図６、図７を用いて説明する。
続いて、初期成膜工程Ｓ３００が行われる。初期成膜工程Ｓ３００は、少なくとも、以下に記載する第１の成膜工程Ｓ３０３と第２の成膜工程Ｓ３０５を有する。それぞれの工程について、図５、図６、図７を用いて説明する。
［第１の成膜工程Ｓ３０３］
第１の成膜工程Ｓ３０３は、図５，図６の実線で示す様に、少なくとも、第１処理ガスの供給工程Ｓ３０３ａを有する。なお、図５，図６の破線で示す様に、パージ工程Ｓ３０３ｂ，Ｓ３０３ｄ、第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ｃ、判定工程Ｓ３０３ｅを含む様に構成しても良い。以下に、それぞれの工程について説明する。
第１の成膜工程Ｓ３０３は、図５，図６の実線で示す様に、少なくとも、第１処理ガスの供給工程Ｓ３０３ａを有する。なお、図５，図６の破線で示す様に、パージ工程Ｓ３０３ｂ，Ｓ３０３ｄ、第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ｃ、判定工程Ｓ３０３ｅを含む様に構成しても良い。以下に、それぞれの工程について説明する。
［第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａ］
第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａでは、処理室２０１内のウエハ２００に、第１処理ガスとしてのＳｉＨ４ガスが供給される。
第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａでは、処理室２０１内のウエハ２００に、第１処理ガスとしてのＳｉＨ４ガスが供給される。
（ＳｉＨ４ガス供給）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に第１処理ガスであるＳｉＨ４ガスを流す。ＳｉＨ４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、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、ＳｉＨ４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やノズル４３０内へのＳｉＨ４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３２０，３３０、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。このとき、ウエハ２００に対してＳｉＨ４ガスとＮ２ガスが同時に供給されることとなる。
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に第１処理ガスであるＳｉＨ４ガスを流す。ＳｉＨ４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、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、ＳｉＨ４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やノズル４３０内へのＳｉＨ４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３２０，３３０、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。このとき、ウエハ２００に対してＳｉＨ４ガスとＮ２ガスが同時に供給されることとなる。
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１〜３９９０Ｐａ、好ましくは５〜２６６０Ｐａ、より好ましくは１０〜１５００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＳｉＨ４ガスの供給流量は、例えば０．１〜５ｓｌｍ、好ましくは０．３〜３ｓｌｍ、より好ましくは０．５〜２ｓｌｍの範囲内の流量とする。具体的には、１．０ｓｌｍ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０．０１〜２０ｓｌｍ、好ましくは０．１〜１０ｓｌｍ、より好ましくは０．１〜１ｓｌｍの範囲内の流量とする。
ＳｉＨ４ガスを供給することで、ウエハ２００上に第１の膜としてのシリコン（Ｓｉ）膜が形成される。なお、Ｓｉ膜は、例えば、２原子層以上形成し、好ましくは、２ｎｍ〜３０ｎｍであり、更に好ましくは５ｎｍ程度形成する。
第１の膜としてのＳｉ膜は、ＳｉＨ４ガスの供給を連続的に供給して、気相成長させても良いし、二つのＳｉ系ガスを交互に供給して、行っても良い。二つのＳｉ系ガスを交互に供給することにより、ウエハ２００上に形成された構造体表面に形成されるＳｉ膜の均一性を向上させることが可能となる。即ち、カバレッジ特性を向上させることが可能となる。Ｓｉ系ガスを交互に供給する工程のフローについて図５，図６を用いて説明する。
まず、第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａの後、第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ｃを行うが、第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａと第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ｃの間で、パージ工程Ｓ３０３ｂが行われても良い。
［パージ工程Ｓ３０３ｂ］
パージ工程Ｓ３０３ｂでは、不活性ガスとしてのＮ２ガスが処理室２０１内に供給される。処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給し、処理室２０１内の圧力調整が行われる。Ｎ２ガスの流量は、例えば０．１〜５ｓｌｍ、好ましくは０．３〜３ｓｌｍ、より好ましくは０．５〜２ｓｌｍの範囲内の流量とする。この時の圧力は、後の第１ガスの供給時の圧力となる様に調整される。圧力は、例えば１〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。
パージ工程Ｓ３０３ｂでは、不活性ガスとしてのＮ２ガスが処理室２０１内に供給される。処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給し、処理室２０１内の圧力調整が行われる。Ｎ２ガスの流量は、例えば０．１〜５ｓｌｍ、好ましくは０．３〜３ｓｌｍ、より好ましくは０．５〜２ｓｌｍの範囲内の流量とする。この時の圧力は、後の第１ガスの供給時の圧力となる様に調整される。圧力は、例えば１〜３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。
Ｎ２ガスを所定時間供給後、Ｎ２ガスの供給を停止又は流量減少させる。なお、Ｎ２ガスの供給は、処理室２０１内に存在する全てのノズルから行う様に構成しても良いし、いずれか一つから供給する様に構成しても良い。また、次の工程で使われるノズル以外のノズルから供給する様に構成しても良い。また、Ｎ２ガス供給を停止又は流量減少させた状態で、所定時間維持し、処理室２０１内に存在する未反応のＳｉＨ４ガスや、副生成物を除去する。
［第１処理ガスとは異なる処理ガス（第１の２処理ガス）供給工程Ｓ３０３ｃ］
第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ａでは、処理室２０１内のウエハ２００に、第１処理ガスとは異なる処理ガスとしてのHCDSガスが供給される。
第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ａでは、処理室２０１内のウエハ２００に、第１処理ガスとは異なる処理ガスとしてのHCDSガスが供給される。
（HCDSガス供給）
バルブ３１４−２を開き、ガス供給管３１０内に第１処理ガスとは異なる処理ガスであるHCDSガスを流す。HCDSガスは、ＭＦＣ３１２−２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、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、HCDS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やノズル４３０内へのHCDS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３２０，３３０、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。このとき、ウエハ２００に対してHCDSガスとＮ２ガスが同時に供給されることとなる。
バルブ３１４−２を開き、ガス供給管３１０内に第１処理ガスとは異なる処理ガスであるHCDSガスを流す。HCDSガスは、ＭＦＣ３１２−２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、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、HCDS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やノズル４３０内へのHCDS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３２０，３３０、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。このとき、ウエハ２００に対してHCDSガスとＮ２ガスが同時に供給されることとなる。
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１〜３９９０Ｐａ、好ましくは５〜２６６０Ｐａ、より好ましくは１０〜１５００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するHCDSガスの供給流量は、例えば０．１〜５ｓｌｍ、好ましくは０．３〜３ｓｌｍ、より好ましくは０．５〜２ｓｌｍの範囲内の流量とする。具体的には、１．０ｓｌｍ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０．０１〜２０ｓｌｍ、好ましくは０．１〜１０ｓｌｍ、より好ましくは０．１〜１ｓｌｍの範囲内の流量とする。所定時間経過後、バルブ３１４−２を閉じる。
HCDSガスを供給することで、ウエハ２００上に第１の膜としてのシリコン（Ｓｉ）膜が形成される。
［パージ工程Ｓ３０３ｄ］
続いて、パージ工程Ｓ３０３ｄが行われる。なお、パージ工程Ｓ３０３ｄは、上述のパージ工程Ｓ３０３ｂと略同様の工程であるので、説明を省略する。パージ工程Ｓ３０３ｄを行うことにより、処理室２０１内に存在する未反応のHCDSガスや、副生成物（ＨＣｌ）を除去する。
続いて、パージ工程Ｓ３０３ｄが行われる。なお、パージ工程Ｓ３０３ｄは、上述のパージ工程Ｓ３０３ｂと略同様の工程であるので、説明を省略する。パージ工程Ｓ３０３ｄを行うことにより、処理室２０１内に存在する未反応のHCDSガスや、副生成物（ＨＣｌ）を除去する。
［判定工程Ｓ３０３ｅ］
続いて、判定工程Ｓ３０３ｅが行われても良い。判定工程Ｓ３０３ｅでは、第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａと第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ｃとが、所定回数行われたか、を判定する。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、第１の成膜工程Ｓ３０３を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、第１の成膜工程Ｓ３０３を再度行わせる様に構成される。
続いて、判定工程Ｓ３０３ｅが行われても良い。判定工程Ｓ３０３ｅでは、第１処理ガス供給工程Ｓ３０３ａと第１処理ガスとは異なる処理ガス供給工程Ｓ３０３ｃとが、所定回数行われたか、を判定する。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、第１の成膜工程Ｓ３０３を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、第１の成膜工程Ｓ３０３を再度行わせる様に構成される。
第１の成膜工程Ｓ３０３では、ウエハ２００上にＳｉ膜が形成される。
続いて、第２の成膜工程Ｓ３０５が行われる。なお、第１の成膜工程Ｓ３０３と第２の成膜工程Ｓ３０５との間で、パージ工程Ｓ３０４が行われても良い。
［パージ工程Ｓ３０４］
なお、パージ工程Ｓ３０４は、上述のパージ工程Ｓ３０３ｂ,Ｓ３０３ｄと略同様の工程であるので、説明を省略する。ここでパージ工程を行うことにより、処理室２０１内の第１処理ガスや第１処理ガスとは異なる処理ガスが、第２の成膜工程Ｓ３０５で供給される金属含有ガスと反応することを抑制することが可能となる。例えば、HCDSガスとＷＦ６ガスとが反応し、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）が生成されることを抑制する。
なお、パージ工程Ｓ３０４は、上述のパージ工程Ｓ３０３ｂ,Ｓ３０３ｄと略同様の工程であるので、説明を省略する。ここでパージ工程を行うことにより、処理室２０１内の第１処理ガスや第１処理ガスとは異なる処理ガスが、第２の成膜工程Ｓ３０５で供給される金属含有ガスと反応することを抑制することが可能となる。例えば、HCDSガスとＷＦ６ガスとが反応し、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）が生成されることを抑制する。
［第２の成膜工程Ｓ３０５］
第２の成膜工程Ｓ３０５は、図７の実線で示す様に、少なくとも第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａを有する。図７の破線で示す様に、パージ工程Ｓ３０５ｂや判定工程Ｓ３０５ｃを含む様に構成しても良い。以下にそれぞれの工程について説明する。
第２の成膜工程Ｓ３０５は、図７の実線で示す様に、少なくとも第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａを有する。図７の破線で示す様に、パージ工程Ｓ３０５ｂや判定工程Ｓ３０５ｃを含む様に構成しても良い。以下にそれぞれの工程について説明する。
［第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａ］
第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａでは、ウエハ２００に第２処理ガスとしてのＷＦ６ガスが供給される。
第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａでは、ウエハ２００に第２処理ガスとしてのＷＦ６ガスが供給される。
（ＷＦ６ガス供給）
バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に第２処理ガスであるＷＦ６ガスを流す。ＷＦ６スは、ＭＦＣ３２１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、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。このとき、ノズル４１０やノズル４３０内へのＷＦ６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。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ６ガスとＮ２ガスが同時に供給されることとなる。
バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に第２処理ガスであるＷＦ６ガスを流す。ＷＦ６スは、ＭＦＣ３２１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、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。このとき、ノズル４１０やノズル４３０内へのＷＦ６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。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ６ガスとＮ２ガスが同時に供給されることとなる。
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１〜３９９０Ｐａ、好ましくは５〜２６６０Ｐａ、より好ましくは１０〜１５００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＷＦ６ガスの供給流量は、例えば０．１〜５ｓｌｍ、好ましくは０．３〜３ｓｌｍ、より好ましくは０．５〜２ｓｌｍの範囲内の流量とする。具体的には、１．０ｓｌｍ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０．０１〜２０ｓｌｍ、好ましくは０．１〜１０ｓｌｍ、より好ましくは０．１〜１ｓｌｍの範囲内の流量とする。
ＷＦ６ガスは、ウエハ２００上に形成された第１の膜としてのシリコン（Ｓｉ）膜と接することで次式の反応が生じる。６Ｓｉ＋４ＷＦ６→６ＳｉＦ４＋４Ｗの反応が生じる。この反応により、ウエハ２００上に形成された第１の膜としてのＳｉ膜が、第２の膜としてのタングステン（Ｗ）膜にコンバージョン（変化）する。ウエハ２００上に形成されていたＳｉは、ＳｉＦ４として脱離（昇華）する。なお、この反応の過程でウエハ２００上にあったＳｉのサイトにＷが入れ替わり、Ｗ膜が形成される。これにより、ウエハ２００上にＷ膜が形成される。Ｗ原子（Ｗ結晶）が密に並んだ膜が形成される。よって、例えば、バリアメタル上に、直接、後述の第３の成膜工程を行って形成したＷ膜よりも低抵抗なＷ膜が形成される。
なお、好ましくは、事前にフラッシュタンク３２２に、ＷＦ６ガスを溜めておき、ＷＦ６ガスをフラッシュ供給する様に構成する。ＷＦ６ガスをフラッシュ供給することにより、ＷＦ６ガスを供給しつつ、反応で生じる副生成物の除去効率を向上させることができる。
ここで、ウエハ２００上にＳｉ膜が、５ｎｍ形成されている場合は、３ｎｍ程度のＷ膜が形成されるまで、ＷＦ６ガスの供給を継続して、ウエハ２００上のＳｉ膜からＷ膜へのコンバージョンを行う。なお、Ｗ膜中の不純物（Ｓｉやフッ素（Ｆ））の除去のため、第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａを間欠的に行わせても良い。言い換えると、図７に示す様に、第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａとパージ工程Ｓ３０５ｂとを繰り返し行う様に構成しても良い。
［パージ工程Ｓ３０５ｂ］
パージ工程Ｓ３０５ｂは、上述の他のパージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。パージ工程Ｓ３０５ｂを行うことにより、ウエハ２００上や処理室２０１内に存在する副生物を除去する。これにより、第２の膜としてのＷ膜中の不純物濃度を低下させることが可能となる。即ち、Ｗ膜の抵抗率を低下させることが可能となる。
パージ工程Ｓ３０５ｂは、上述の他のパージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。パージ工程Ｓ３０５ｂを行うことにより、ウエハ２００上や処理室２０１内に存在する副生物を除去する。これにより、第２の膜としてのＷ膜中の不純物濃度を低下させることが可能となる。即ち、Ｗ膜の抵抗率を低下させることが可能となる。
［判定工程Ｓ３０５ｃ］
判定工程Ｓ３０５ｃでは、第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａが所定時間（所定回数）行われたか否かを判定する。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、第２の成膜工程Ｓ３０５を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、第２の成膜工程Ｓ３０３を再度行わせる様に構成される。
判定工程Ｓ３０５ｃでは、第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａが所定時間（所定回数）行われたか否かを判定する。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、第２の成膜工程Ｓ３０５を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、第２の成膜工程Ｓ３０３を再度行わせる様に構成される。
この様にして、第２の成膜工程Ｓ３０５が行われる。第２の成膜工程Ｓ３０５の後は、第３の成膜工程Ｓ４００が行われるが、第２の成膜工程Ｓ３０５と、第３の成膜工程Ｓ４００の間で、パージ工程Ｓ３０６と判定工程Ｓ３０７とを行わせても良い。
［パージ工程Ｓ３０６］
パージ工程Ｓ３０６は、上述の他のパージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。パージ工程Ｓ３０６を行うことにより、第２の膜としてのＷ膜中の不純物濃度を低下させることが可能となる。即ち、Ｗ膜の抵抗率を低下させることが可能となる。
パージ工程Ｓ３０６は、上述の他のパージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。パージ工程Ｓ３０６を行うことにより、第２の膜としてのＷ膜中の不純物濃度を低下させることが可能となる。即ち、Ｗ膜の抵抗率を低下させることが可能となる。
［判定工程Ｓ３０７］
判定工程Ｓ３０７は、第１の成膜工程Ｓ３０３と第２の成膜工程Ｓ３０５とを繰り返す場合に、この２つの工程が、所定回数行われたか否かを判定する。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、初期膜成膜工程Ｓ３００を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、初期膜成膜工程Ｓ３００を再度行わせる様に構成される。
判定工程Ｓ３０７は、第１の成膜工程Ｓ３０３と第２の成膜工程Ｓ３０５とを繰り返す場合に、この２つの工程が、所定回数行われたか否かを判定する。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、初期膜成膜工程Ｓ３００を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、初期膜成膜工程Ｓ３００を再度行わせる様に構成される。
［メイン膜形成工程（第３の成膜工程）Ｓ４００］
初期膜成膜工程Ｓ３００の後、メイン膜形成工程（第３の成膜工程）Ｓ４００が行われる。メイン膜形成工程Ｓ４００は、図４の実線に示す様に、少なくとも第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と、第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とが行われる。ウエハ２００上に形成するメイン膜の膜特性を向上のため、図４の破線で示すパージ工程Ｓ４０４，Ｓ４０６、判定工程Ｓ４０７を行わせても良い。以下にそれぞれの工程について説明する。
初期膜成膜工程Ｓ３００の後、メイン膜形成工程（第３の成膜工程）Ｓ４００が行われる。メイン膜形成工程Ｓ４００は、図４の実線に示す様に、少なくとも第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と、第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とが行われる。ウエハ２００上に形成するメイン膜の膜特性を向上のため、図４の破線で示すパージ工程Ｓ４０４，Ｓ４０６、判定工程Ｓ４０７を行わせても良い。以下にそれぞれの工程について説明する。
［第２処理ガス供給工程Ｓ４０３］
第２処理ガス供給工程Ｓ４０３では、第２の膜としてのＷ膜を有する初期膜が形成されたウエハ２００に対して、上述の第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａと略同様の手順が行われるので、説明は省略する。第２処理ガス供給工程Ｓ４０３が行われることにより、第２の膜としてのＷ膜を有する初期膜上にＷとＦを含む（ＷＦｘ）膜が形成される。ここでｘは４よりも小さい自然数である。なお、初期のＷ膜の結晶（Ｗ原子）は密に並んでおり、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３では、この初期のＷ膜の結晶（Ｗ原子）の並びに沿って、ＷＦｘが吸着する。
第２処理ガス供給工程Ｓ４０３では、第２の膜としてのＷ膜を有する初期膜が形成されたウエハ２００に対して、上述の第２処理ガス供給工程Ｓ３０５ａと略同様の手順が行われるので、説明は省略する。第２処理ガス供給工程Ｓ４０３が行われることにより、第２の膜としてのＷ膜を有する初期膜上にＷとＦを含む（ＷＦｘ）膜が形成される。ここでｘは４よりも小さい自然数である。なお、初期のＷ膜の結晶（Ｗ原子）は密に並んでおり、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３では、この初期のＷ膜の結晶（Ｗ原子）の並びに沿って、ＷＦｘが吸着する。
［パージ工程Ｓ４０４］
次に、パージ工程Ｓ４０４が行われる。パージ工程Ｓ４０４は、上述の各パージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。
次に、パージ工程Ｓ４０４が行われる。パージ工程Ｓ４０４は、上述の各パージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。
［第３処理ガス供給工程Ｓ４０５］
第３処理ガス供給工程Ｓ４０５では、ＷＦｘが吸着したウエハ２００に対して、第３処理ガス（反応ガス）としての、Ｈ２ガスが供給される。
第３処理ガス供給工程Ｓ４０５では、ＷＦｘが吸着したウエハ２００に対して、第３処理ガス（反応ガス）としての、Ｈ２ガスが供給される。
（Ｈ２ガス供給）
バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に反応ガスであるＨ２ガスを流す。Ｈ２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Ｈ２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、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４１０，４２０内へのＨ２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３１０，３２０、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。
バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に反応ガスであるＨ２ガスを流す。Ｈ２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Ｈ２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、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４１０，４２０内へのＨ２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３１０，３２０、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。
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。ＭＦＣ３３２で制御するＨ２ガスの供給流量は、例えば０．１〜５０ｓｌｍ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０．１〜２０ｓｌｍ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０．１〜２０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２００〜６００℃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ガスとＮ２ガスのみであり、Ｈ２ガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、第３の膜として、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの金属層としてのＷ層が形成される。
なお、ここでは、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とを別々に行う例を説明したが、これに限らず、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とを同時に行う様に構成しても良い。第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とを別々に行うことにより、メイン膜中のＦ濃度の低減や、カバレッジ向上、等の効果が得られる。一方で、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とを同時に行うことで、これらの効果は期待できないが、成膜レートを向上させることができ、スループットを向上させることができる。
［パージ工程Ｓ４０６］
次に、パージ工程Ｓ４０６が行われる。パージ工程Ｓ４０６では、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Ｈ２ガスを処理室２０１内から排除する。なお、パージ工程Ｓ４０６は、上述の各パージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。
次に、パージ工程Ｓ４０６が行われる。パージ工程Ｓ４０６では、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Ｈ２ガスを処理室２０１内から排除する。なお、パージ工程Ｓ４０６は、上述の各パージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。
［判定工程Ｓ４０７］
次に判定工程Ｓ４０７が行われる。判定工程Ｓ４０７では、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とが、所定回数行われたか否かが判定される。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、メイン膜成膜工程Ｓ４００を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、メイン膜成膜工程Ｓ４００を再度行わせる様に構成される。
次に判定工程Ｓ４０７が行われる。判定工程Ｓ４０７では、第２処理ガス供給工程Ｓ４０３と第３処理ガス供給工程Ｓ４０５とが、所定回数行われたか否かが判定される。所定回数行われていれば、ＹＥＳ（Ｙ）判定とし、メイン膜成膜工程Ｓ４００を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、Ｎｏ（Ｎ）判定として、メイン膜成膜工程Ｓ４００を再度行わせる様に構成される。
メイン膜成膜工程Ｓ４００の後、雰囲気調整工程Ｓ３０８と基板搬出工程Ｓ３０９とが行われる。それぞれについて以下に説明する。
（雰囲気調整工程Ｓ３０８）
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）。
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）。
（基板搬出工程Ｓ３０９）
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）。
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）実施形態による効果
本実施形態の例によれば、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）ＴｉＮ膜上に密にＷ層を形成することができる。（ｂ）Ｗ膜の抵抗率を低下させることができる。例えば、図９の▲で示す様に、本技術によれば、従来技術◆に比べて、抵抗率を低減することが可能となる。（ｃ）被覆率（カバレッジ）を向上させつつ、抵抗率を向上させることが可能となる。
本実施形態の例によれば、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）ＴｉＮ膜上に密にＷ層を形成することができる。（ｂ）Ｗ膜の抵抗率を低下させることができる。例えば、図９の▲で示す様に、本技術によれば、従来技術◆に比べて、抵抗率を低減することが可能となる。（ｃ）被覆率（カバレッジ）を向上させつつ、抵抗率を向上させることが可能となる。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述の第１の膜は、第１の元素を主成分とする膜を意味し、第２の膜は、第２の元素を主成分とする膜を意味し、第３の膜は第２の元素を主成分とする膜を意味する。なお、第１の元素として、Ｓｉを例に説明したが、１４族元素であれば、本開示の技術を適用できる可能性がある。例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）がある。また、第２の元素は、金属元素である。ここで、本開示における主成分とは、膜組成の原子比率が５０％以上となる膜を意味し、好ましくは９０％以上を構成する膜を意味する。膜組成の原子比率が増すことで、上述の反応効率が上がり、所望の膜を得ることが可能となる。
上述では、第２処理ガスとしてＷＦ６を用いて説明したが、これに限らず、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、四塩化タンタル（ＴａＣｌ４）、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）、五塩化タングステン（ＷＣｌ５）、四塩化モリブデン（ＭｏＣｌ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、六塩化二ケイ素（Ｓｉ２Ｃｌ６、ヘキサクロロジシラン（HCDSＳ））等のハロゲン含有ガスおよびそれらを用いて形成される膜種に適用することができる。
なお、第２処理ガスは、ハロゲン元素と金属元素を含むガスであれば、ウエハ２００に形成された第１の膜としてのＳｉ膜と反応し、第１の膜を第２の膜に改質させられる可能性がある。ここで、ハロゲン元素とは、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）である。金属元素は、例えば、タングステン（Ｗ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、等である。
また、上述では、第１処理ガスや、第１処理ガスとは異なる処理ガスとして、Ｓｉ系の原料として、ＳｉＨ４を用いて説明したが、これに限らず、ＳｉとＨを含む例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ３）２］３）等であっても良い。
また、第１処理ガスは、上述のシラン系ガスを用いて、第１処理ガスとは異なる処理ガスとして、ハロシラン系のガスを用いても良い。このように、２種類の処理ガスを用いることで、膜の平坦性を向上させることが可能となる。ここで、ハロシラン系ガスとは、ハロゲン基を有するシラン系ガスのことである。ハロゲン基には、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Ｓｉソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、等を用いることができる。
また、上述では、第１処理ガスや、第１処理ガスとは異なる処理ガスとして、Ｓｉ系の原料を用いたが、Ｓｉ系に限らず、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）を含む原料であっても良い。例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガス、ホスフィン（ＰＨ３）ガス、等のガスを適用することができる。
また、上述では、第３処理ガスとして、Ｈ２ガスを用いて説明したが、これに限るものでは無く、ハロゲン系材料を還元できるガスであれば良い。
また、上述では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて成膜を行う構成について説明したが、本開示はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜を行う場合にも、好適に適用できる。
また、上述では、半導体基板としてのウエハを用いる例を示したが、他の材料で構成される基板。例えば、セラミック基板やガラス基板等の材料を用いた基板処理を行う場合にも適用することができる。
以上、本開示の種々の典型的な実施形態及び実施例を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態及び実施例に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
１０ 基板処理装置
１２１ コントローラ
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
１２１ コントローラ
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
Claims (15)
- 基板を処理室に収容する工程と、
前記基板に第１の元素を含む第１処理ガスを供給して、前記基板に第１の元素を含む第１の膜を形成する第１の成膜工程と、
前記第１の元素を含む膜に第２の元素を含む第２処理ガスを供給して、前記第１の膜から前記第１の元素を除去して前記第２の元素を含む第２の膜に改質する第２の成膜工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第２の成膜工程では、前記第２処理ガスを連続して供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第２の成膜工程では、前記第２処理ガスを間欠供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第２の成膜工程では、フラッシュタンクを介して前記第２処理ガスを供給する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の成膜工程では、前記第１処理ガスと、前記第１の元素を含み前記第１処理ガスとは異なる処理ガスを供給する工程を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の成膜工程では、前記第１処理ガスと前記第１処理ガスとは異なる処理ガスとを、交互に供給する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１処理ガスは、シリコンと水素を含みハロゲンを含まない原料であり、
前記第１処理ガスとは異なる処理ガスは、シリコンと水素とハロゲンを含む原料である請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第１処理ガスは、シラン系の原料であり、
前記第１処理ガスとは異なる処理ガスは、ハロシラン系の原料である請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第２の膜に、前記第２処理ガスと第３処理ガスとを供給して、前記基板に第２の元素を含む第３の膜をさらに形成する第３の成膜工程と、を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第３の成膜工程では、前記第２処理ガスと前記第３処理ガスとを交互に供給する請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の元素は、１４族元素であり、前記第２の元素は、金属元素である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１の膜は、前記第１の元素を主成分とする膜であり、
前記第２の膜は、前記第２の元素を主成分とする膜である
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第３の膜は、前記第２の元素を主成分とする膜である
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内の前記基板に対して第１の元素を含む第１処理ガスを供給する第１処理ガス供給部と、
前記処理室内の前記基板に対して第２の元素を含む第２処理ガスを供給する第２処理ガス供給部と、
前記基板に対して前記第１処理ガスを供給して、前記基板に第１の元素を含む膜を形成する処理と、前記基板上の前記第１の元素を含む第１の膜に前記第２処理ガスを供給して、前記第１の膜から前記第１の元素を除去して前記第２の元素を含む第２の膜に改質する処理と、を行うように前記第１処理ガス供給部と前記第２処理ガス供給部とを制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板を処理室に収容させる手順と、
前記基板に第１の元素を含む第１処理ガスを供給して、前記基板に第１の元素を含む膜を成膜させる第１の成膜手順と、
前記第１の元素を含む第１の膜に第２の元素を含む第２処理ガスを供給して、前記第１の膜から前記第１の元素を除去して前記第２の元素を含む第２の膜に改質させる第２の成膜手順と、をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。
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| JPH11340463A (ja) * | 1988-02-18 | 1999-12-10 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 半導体材料を高融点金属に変換する方法及び前記方法を利用して製造されるｍｏｓ装置 |
-
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