WO2015145750A1 - 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 Download PDF

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WO2015145750A1
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metal
processing chamber
gas
wafer
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小川　有人
篤郎 清野
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株式会社日立国際電気
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    • H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a metal film on a substrate (wafer) and a substrate processing apparatus for forming a metal film on the substrate.
  • the metal film is used for, for example, a control electrode of a flash memory, a contact plug of an LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • LSI Large Scale Integration
  • a low-resistance film is required, and as an example, it is conceivable to employ tungsten having a low resistance.
  • the resistance value of the film increases, so that it is desirable to form the film at a low temperature.
  • the film stress of the tungsten film is increased due to thermal expansion, and the film is easily peeled off. If the peeled film adheres to the substrate, there is a concern that the yield, wafer characteristics, etc. may be adversely affected.
  • an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of suppressing film peeling when a low-resistance film is formed.
  • a typical configuration of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention for solving the above problems is as follows. That is, a substrate carrying in a substrate in which a first metal component-containing film containing at least a first metal component is formed on the substrate processing surface and the first metal component-containing film is not formed on the other surface.
  • a process chamber in which a loading step, a metal compound containing at least a second metal component that is a component different from the first metal component, and a first reaction gas reactive to the metal compound are alternately performed a plurality of times.
  • a typical configuration of the substrate processing apparatus is as follows. That is, a first metal component-containing film containing at least a first metal component is formed on the substrate processing surface, and a substrate on which the first metal component-containing film is not formed on the other surface is carried in.
  • the process chamber includes a component different from the first metal component.
  • a metal compound supply system that supplies a metal compound containing at least a second metal component, and reacts with the metal compound when performing the first film formation step and the third film formation step.
  • a second reactive gas having reactivity with the metal compound is used as the metal compound.
  • a second reaction gas supply system to be mixed, an exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber, the metal compound, and the first reaction gas are alternately supplied to the processing chamber a plurality of times,
  • the first film forming step of forming a second metal film on the placed substrate, the metal compound, and the second reaction gas are supplied to the processing chamber so as to mix with each other, and the second metal film is supplied.
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus capable of suppressing film peeling when a low-resistance film is formed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram of an example of the processing furnace suitably used in one embodiment of the present invention and the members accompanying it, and is a view showing the processing furnace part in particular in a longitudinal section.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the processing furnace shown in FIG. 2 that is preferably used in an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the board
  • the substrate processing apparatus is configured as an example of a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device (IC (Integrated Circuits)).
  • IC Integrated Circuits
  • the substrate processing apparatus a case where a vertical apparatus that performs a film forming process or the like on a substrate is used will be described.
  • the present invention is not based on the use of a vertical apparatus, and for example, a single wafer apparatus may be used.
  • a cassette 110 containing a wafer 200 as an example of a substrate is used, and the wafer 200 is made of a material such as silicon.
  • the substrate processing apparatus 101 includes a housing 111, and a cassette stage 114 is installed inside the housing 111.
  • the cassette 110 is carried on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown) or unloaded from the cassette stage 114.
  • the cassette stage 114 is placed by the in-process transfer device so that the wafer 200 in the cassette 110 maintains a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward.
  • the cassette stage 114 rotates the cassette 110 clockwise 90 degrees rearward of the casing 111 so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the casing 111. It is configured to be operable.
  • a cassette shelf 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the casing 111, and the cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows.
  • the cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which the cassette 110 to be transferred by the wafer transfer mechanism 125 is stored.
  • a spare cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 in a preliminary manner.
  • a cassette transport device 118 is installed between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105.
  • the cassette carrying device 118 includes a cassette elevator 118a that can move up and down while holding the cassette 110, and a cassette carrying mechanism 118b as a carrying mechanism.
  • the cassette carrying device 118 is configured to carry the cassette 110 among the cassette stage 114, the cassette shelf 105, and the spare cassette shelf 107 by continuous operation of the cassette elevator 118a and the cassette carrying mechanism 118b.
  • a wafer transfer mechanism 125 is installed behind the cassette shelf 105.
  • the wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator 125b that moves the wafer transfer device 125a up and down.
  • the wafer transfer device 125 a is provided with a tweezer 125 c for picking up the wafer 200.
  • the wafer transfer device 125 loads (charges) the wafer 200 to the boat 217 by using the tweezers 125c as a placement portion of the wafer 200 by continuous operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b.
  • the boat 217 is configured to be detached (discharged).
  • a processing furnace 202 for heat-treating the wafer 200 is provided above the rear portion of the casing 111, and a lower end portion of the processing furnace 202 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter 147.
  • a boat elevator 115 for raising and lowering the boat 217 with respect to the processing furnace 202 is provided below the processing furnace 202.
  • An arm 128 is connected to the lifting platform of the boat elevator 115, and a seal cap 219 is horizontally installed on the arm 128.
  • the seal cap 219 is configured to support the boat 217 vertically and to close the lower end portion of the processing furnace 202.
  • the boat 217 includes a plurality of holding members, and is configured to hold a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 horizontally with the centers thereof aligned in the vertical direction. Yes.
  • the clean unit 134a for supplying clean air that is a cleaned atmosphere is installed.
  • the clean unit 134a includes a supply fan and a dustproof filter, and is configured to distribute clean air inside the casing 111.
  • a clean unit 134 b for supplying clean air is installed at the left end of the housing 111.
  • the clean unit 134b also includes a supply fan and a dustproof filter, and is configured to distribute clean air in the vicinity of the wafer transfer device 125a, the boat 217, and the like.
  • the clean air is exhausted to the outside of the casing 111 after circulating in the vicinity of the wafer transfer device 125a, the boat 217, and the like.
  • the cassette 110 When the cassette 110 is loaded onto the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown), the cassette 110 holds the wafer 200 in a vertical position on the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is directed upward. It is placed so that it faces. Thereafter, the cassette 110 is placed in a clockwise direction 90 in the clockwise direction behind the housing 111 so that the wafer 200 in the cassette 110 is placed in a horizontal posture by the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the housing 111. ° Rotated.
  • the cassette 110 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 118 to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 and temporarily stored, and then the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf. It is transferred from 107 to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 118 or directly transferred to the transfer shelf 123.
  • the wafer 200 is picked up from the cassette 110 through the wafer loading / unloading port by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a and loaded (charged) into the boat 217.
  • the wafer transfer device 125 a that has delivered the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the subsequent wafer 200 into the boat 217.
  • the furnace port shutter 147 that has closed the lower end of the processing furnace 202 is opened, and the lower end of the processing furnace 202 is opened. Thereafter, the boat 217 holding the wafer group 200 is loaded into the processing furnace 202 by the ascending operation of the boat elevator 115, and the lower part of the processing furnace 202 is closed by the seal cap 219.
  • the processing furnace 202 is provided with a heater 207 which is a heating means (heating mechanism, heating system) for heating the wafer 200 as a substrate.
  • the heater 207 includes a cylindrical heat insulating member whose upper portion is closed and a plurality of heater wires, and has a unit configuration in which the heater wires are provided on the heat insulating member.
  • a reaction tube 203 constituting a reaction vessel (processing vessel) concentrically with the heater 207 is disposed inside the heater 207.
  • the reaction tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened.
  • the lower end of the reaction tube 203 is airtightly closed at the lower end of the reaction tube 203 through, for example, stainless steel via an O-ring 220 that is an airtight member and the lower end opening is sealed through an O-ring 220 by a seal cap 219 that is a lid.
  • a processing chamber 201 is formed by the pipe 203, the manifold 209, and the seal cap 219.
  • a boat 217 which is a substrate support member as a substrate support means (substrate support) is erected on the seal cap 219 via the boat support 218, and the boat support 218 includes a holding body that holds the boat in a state of supporting the boat. It has become.
  • the boat 217 has a plurality of boat columns 212, and the columns 212 are provided with a plurality of grooves 212a.
  • the plurality of wafers 200 to be batch-processed are inserted into the plurality of grooves 212a and stacked in a multi-stage in the tube axis direction in a horizontal posture.
  • the boat 217 can be moved up and down (in and out) with respect to the reaction tube 203 by a boat elevator 115 as a transport means (transport mechanism).
  • a boat rotation mechanism 267 that rotates the boat 217 is provided at the lower end of the boat support 218 in order to improve processing uniformity. By driving the boat rotation mechanism 267, the boat 217 supported by the boat support 218 can be rotated.
  • the heater 207 heats the wafer 200 inserted into the processing chamber 201 to a predetermined temperature.
  • a nozzle 410 (first nozzle 410), a nozzle 420 (second nozzle 420), and a nozzle 430 (third nozzle 430) are provided so as to penetrate the lower part of the reaction tube 203.
  • the nozzle 410, the nozzle 420, and the nozzle 430 include a gas supply pipe 310 (first gas supply pipe 310), 320 (second gas supply pipe 320), and 330 (third gas supply pipe 330) as gas supply lines. ) Are connected to each other.
  • the reaction tube 203 is provided with the three nozzles 410, 420, and 430 and the three gas supply tubes 310, 320, and 330.
  • the gas (processing gas) can be supplied.
  • the gas supply pipe 310 is provided with a gas supply source (not shown), a mass flow controller 312 that is a flow rate control device (flow rate control unit), and a valve 314 that is an on-off valve in order from the upstream side.
  • a nozzle 410 is connected to the tip of the gas supply pipe 310.
  • the nozzle 410 is configured as an L-shaped long nozzle, and its horizontal portion is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209.
  • the vertical portion rises in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 along the upper portion from the lower portion of the inner wall of the reaction tube 203 toward the upper side in the loading direction of the wafer 200 (that is,
  • the wafer arrangement region is provided so as to rise from one end side toward the other end side). That is, the nozzle 410 is provided on the side of the wafer arrangement area where the wafers 200 are arranged, in a region that horizontally surrounds the wafer arrangement area, along the wafer arrangement area.
  • a gas supply hole 410 a for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 410.
  • the gas supply hole 410 a is opened to face the center of the reaction tube 203.
  • a plurality of the gas supply holes 410a are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, have the same or inclined opening areas, and are provided at the same opening pitch.
  • a gas supply pipe 310, a mass flow controller 312, a valve 314, and a nozzle 410 constitute a first gas supply system.
  • a carrier gas supply pipe 510 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 310.
  • the carrier gas supply pipe 510 is provided with a gas supply source (not shown), a mass flow controller 512 and a valve 514.
  • a carrier gas supply pipe 510, a mass flow controller 512, and a valve 514 mainly constitute a first carrier gas supply system. Note that the first carrier gas supply system may be included in the first gas supply system.
  • the gas supply pipe 320 is provided with a gas supply source (not shown), a mass flow controller 322 as a flow rate control device (flow rate control unit), and a valve 324 as an on-off valve in order from the upstream side.
  • a nozzle 420 is connected to the tip of the gas supply pipe 320.
  • the nozzle 420 is configured as an L-shaped long nozzle, and a horizontal portion thereof is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209.
  • the vertical portion rises in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 along the upper portion from the lower portion of the inner wall of the reaction tube 203 toward the upper side in the loading direction of the wafer 200 (that is,
  • the wafer arrangement region is provided so as to rise from one end side toward the other end side). That is, the nozzle 420 is provided on the side of the wafer arrangement area where the wafers 200 are arranged, in a region that horizontally surrounds the wafer arrangement area, along the wafer arrangement area.
  • a gas supply hole 420 a for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 420.
  • the gas supply hole 420 a is opened to face the center of the reaction tube 203.
  • a plurality of the gas supply holes 420a are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, have the same or inclined opening areas, and are provided at the same opening pitch.
  • the gas supply pipe 320, the mass flow controller 322, the valve 324, and the nozzle 420 mainly constitute a second gas supply system.
  • a carrier gas supply pipe 520 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 320.
  • the carrier gas supply pipe 520 is provided with a gas supply source (not shown), a mass flow controller 522 and a valve 524.
  • the carrier gas supply pipe 520, the mass flow controller 522, and the valve 524 mainly constitute a second carrier gas supply system. Note that the second carrier gas supply system may be included in the second gas supply system.
  • the gas supply pipe 330 is provided with a gas supply source (not shown), a mass flow controller 332 that is a flow rate control device (flow rate control unit), and a valve 334 that is an on-off valve in order from the upstream side.
  • a nozzle 430 is connected to the tip of the gas supply pipe 330.
  • the nozzle 430 is configured as an L-shaped long nozzle, and a horizontal portion thereof is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209.
  • the vertical portion rises in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 along the upper portion from the lower portion of the inner wall of the reaction tube 203 toward the upper side in the loading direction of the wafer 200 (that is,
  • the wafer arrangement region is provided so as to rise from one end side toward the other end side). That is, the nozzle 430 is provided along the wafer arrangement region in a region that horizontally surrounds the wafer arrangement region on the side of the wafer arrangement region where the wafers 200 are arranged.
  • a gas supply hole 430a for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 430.
  • the gas supply hole 430 a is opened to face the center of the reaction tube 203.
  • a plurality of the gas supply holes 430a are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, have the same or inclined opening areas, and are provided at the same opening pitch.
  • the gas supply pipe 330, the mass flow controller 332, the valve 334, and the nozzle 430 mainly constitute a third gas supply system.
  • a carrier gas supply pipe 530 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 330.
  • the carrier gas supply pipe 530 is provided with a gas supply source (not shown), a mass flow controller 532 and a valve 534.
  • a third carrier gas supply system is mainly configured by the carrier gas supply pipe 530, the mass flow controller 532, and the valve 534. Note that the third carrier gas supply system may be included in the third gas supply system.
  • the gas supply method includes a nozzle 410 arranged in an arc-like vertically long space defined by the inner wall of the reaction tube 203 and the ends of a plurality of stacked wafers 200, Gas is conveyed via 420 and 430, and then gas is first ejected into the reaction tube 203 from the gas supply holes 410a, 420b and 430c opened in the nozzles 410, 420 and 430, respectively, in the vicinity of the wafer 200. .
  • the main flow of gas in the reaction tube 203 is in a direction parallel to the surface of the wafer 200, that is, in a horizontal direction.
  • the residual gas after the reaction flows toward the exhaust port, that is, the direction of the exhaust pipe 231 described later.
  • the direction of the residual gas flow is appropriately specified by the position of the exhaust port and is limited to the vertical direction. It is not a thing.
  • a first processing gas containing the first predetermined element for example, at least a metal-containing gas (metal compound) that is a source gas and a tungsten (W) element is used.
  • metal-containing gas metal compound
  • W tungsten
  • Tungsten hexafluoride (WF 6 ) which is a W-containing raw material, is supplied into the processing chamber 201 through the mass flow controller 312, the valve 314, and the nozzle 410.
  • the second processing gas containing the second predetermined element for example, diborane (B 2 ) which is an H-containing gas (hydrogen raw material) containing at least a hydrogen (H) element as the first reaction gas.
  • H 6 is supplied into the processing chamber 201.
  • the third processing gas containing the second predetermined element for example, hydrogen (H2) which is an H-containing gas (hydrogen raw material) containing a hydrogen (H) element which is a second reaction gas. It is supplied into the processing chamber 201.
  • hydrogen (H2) which is an H-containing gas (hydrogen raw material) containing a hydrogen (H) element which is a second reaction gas. It is supplied into the processing chamber 201.
  • nitrogen (N 2 ) gas is supplied from the mass flow controllers 512, 522 and 532, valves 514, 524 and 534, gas supply pipes 510, 520 and 530, and nozzles 410 and 420, respectively. And 430 and supplied into the processing chamber 201.
  • the reaction tube 203 is provided with an exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201.
  • the exhaust pipe 231 includes a side where the gas supply hole 410 a of the nozzle 410 of the reaction pipe 203, the gas supply hole 420 a of the nozzle 420, and the gas supply hole 430 a of the nozzle 430 are provided. It is provided on the opposite side, that is, on the opposite side to the gas supply holes 410a, 420a, and 430a with the wafer 200 in between.
  • FIG. 3 in a cross-sectional view, the exhaust pipe 231 includes a side where the gas supply hole 410 a of the nozzle 410 of the reaction pipe 203, the gas supply hole 420 a of the nozzle 420, and the gas supply hole 430 a of the nozzle 430 are provided. It is provided on the opposite side, that is, on the opposite side to the gas supply holes 410a, 420a, and 430a with the wafer 200 in between.
  • the exhaust pipe 231 is provided below the portion where the gas supply holes 410 a, 420 a, and 430 a are provided in a longitudinal sectional view.
  • the gas supplied from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a to the vicinity of the wafer 200 in the processing chamber 201 flows in the horizontal direction, that is, in the direction parallel to the surface of the wafer 200, and then downward. Then, the air flows through the exhaust pipe 231.
  • the main flow of gas in the processing chamber 201 is a flow in the horizontal direction.
  • a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) that detects the pressure in the processing chamber 201 in order from the upstream side, and an exhaust valve configured as a pressure regulator (pressure adjustment unit).
  • An APC (Auto Pressure Controller) valve 243 and a vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device are connected.
  • the exhaust pipe 231 has a trap device that captures reaction by-products and unreacted source gas in the exhaust gas, and a detoxification device that removes corrosive components and toxic components contained in the exhaust gas. May be connected.
  • An exhaust system that is, an exhaust line, is mainly configured by the exhaust pipe 231, the APC valve 243, and the pressure sensor 245.
  • the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • a trap device or a detoxifying device may be included in the exhaust system.
  • the APC valve 243 can open and close the vacuum pump 246 while the vacuum pump 246 is operated, thereby performing vacuum evacuation and stop of the vacuum exhaust in the processing chamber 201.
  • the valve is configured so that the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted by adjusting the valve opening degree.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the reaction tube 203, and the temperature in the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the power supply to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263. It is configured to have a desired temperature distribution.
  • the temperature sensor 263 is configured in an L shape similarly to the nozzles 410, 420, and 430, and is provided along the inner wall of the reaction tube 203.
  • FIG. 5 shows the controller 121.
  • the controller 121 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.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured to exchange data with the CPU 121a via the internal bus 121e.
  • an input / output device 122 configured as a touch panel or the like is connected to the controller 121.
  • the storage device 121c includes, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and the like.
  • a control program that controls the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe that describes the procedure and conditions of the substrate processing described later, and the like are stored in a readable manner.
  • the process recipe is a combination of functions so that a predetermined result can be obtained by causing the controller 121 to execute each procedure in a substrate processing step to be described later, and functions as a program.
  • the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to as simply a 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.
  • the I / O port 121d includes the mass flow controllers 312, 322, 332, 512, 522, 532, the valves 314, 324, 334, 514, 524, 534, 614, the pressure sensor 245, the APC valve 243, the vacuum pump 246, The heater 207, temperature sensor 263, rotation mechanism 267, boat elevator 115, and the like are connected.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c, and to read a process recipe from the storage device 121c in response to an operation command input from the input / output device 122 or the like. Then, the CPU 121a adjusts the flow rates of various gases by the mass flow controllers 312, 322, 332, 512, 522, 532, valves 314, 324, 334, 514, 524, 534, in accordance with the contents of the read process recipe.
  • APC valve 243 opening and closing operation, pressure adjustment operation based on pressure sensor 245 by APC valve 243, temperature adjustment operation of heater 207 based on temperature sensor 263, starting and stopping of vacuum pump 246, boat by rotation mechanism 267 It is configured to control the rotation and rotation speed adjustment operation of 217, the raising / lowering operation of the boat 217 by the boat elevator 115, and the like.
  • the controller 121 is not limited to being configured as a dedicated computer, and may be configured as a general-purpose computer.
  • an external storage device storing the above-described program for example, magnetic tape, magnetic disk such as a flexible disk or hard disk, optical disk such as CD or DVD, magneto-optical disk such as MO, semiconductor memory such as USB memory or memory card
  • the controller 121 according to the present embodiment can be configured by installing a program in a general-purpose computer using the external storage device 123.
  • the means for supplying the program to the computer is not limited to supplying the program via the external storage device 123.
  • the program may be supplied without using the external storage device 123 by using communication means such as the Internet or a dedicated line.
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. Note that when the term “recording medium” is used in this specification, it may include only the storage device 121c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both.
  • LSI large scale integrated circuit
  • a method for forming a tungsten film as a metal film on a substrate will be described.
  • the tungsten film is divided into four steps so as to be formed on the substrate by different film forming methods.
  • a first film formation step a first tungsten film is formed on a substrate by alternately supplying gases.
  • a second tungsten film is formed over the first tungsten film by using a mixed atmosphere of gas as a second film formation step.
  • a third tungsten film is formed on the second tungsten film by alternately supplying gases.
  • a fourth tungsten film is formed on the third tungsten film by using a mixed atmosphere of gas.
  • WF 6 is used as a tungsten (W) -containing raw material
  • B 2 H 6 is used as a first reactive gas
  • H 2 is used as a second reactive gas
  • a tungsten-containing gas supply system metal compound supply system
  • a first reaction gas supply system is configured by the second gas supply system
  • the third gas is supplied.
  • a second reaction gas supply system is configured by the supply system.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram for explaining a wafer carried into the substrate processing apparatus in the present embodiment.
  • the wafer 200 has a wafer processing surface (front surface) 200a, a wafer side surface 200b, and a wafer back surface 200c.
  • FIG. 6B is an enlarged view of a portion ⁇ surrounded by a dotted line in FIG.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating the substrate after the substrate processing method according to this embodiment is performed.
  • FIG. 7B is an enlarged view of a portion ⁇ surrounded by a dotted line in FIG.
  • a silicon oxide (SiO) film 601 formed in the previous step is formed on the wafer processing surface (front surface) 200a, the wafer side surface 200b, and the wafer back surface 200c of the wafer 200.
  • the SiO film 601 is used as a charge storage layer, for example.
  • TiN film 602 (first metal film) as a barrier metal layer is formed on the SiO film on the wafer processing surface 200a. Since a tweezer or the like of the wafer transfer device 125 may physically come into contact with the substrate during transfer, there is a possibility that film peeling may occur. Therefore, the TiN film 602 is not formed on the wafer side surface 200b and the wafer back surface 200c. The TiN film 602 provided on the wafer side surface 200b and the wafer back surface 200c is removed by another apparatus, for example, by an etching process or the like. By not forming the TiN film on the wafer side surface 200b and the wafer back surface 200c, contamination in the transfer system is prevented.
  • titanium is referred to as a first metal component.
  • FIG. 6B is an enlarged view of a portion ⁇ surrounded by a dotted line in FIG.
  • the SiO film 601 and the TiN film 602 are shown as planar films.
  • the ultrafine groove 611 is formed on the wafer processing surface 200a. Are formed, and the SiO film 601 and the TiN film 602 are embedded in the groove 611.
  • 601 is a silicon oxide (SiO) film
  • 602 is a TiN film
  • 611 is an ultrafine groove
  • 612 is a sacrificial film configured as a part of the groove.
  • the SiO film 601 and the TiN film 602 are embedded in the groove 611.
  • the purpose of this embodiment is to form a tungsten film 603 in the groove 611 as shown in FIG.
  • the wafer 200 is supported in the groove 212a of the boat 217, and substrate processing is performed.
  • the side surface 200b and the back surface 200c of the wafer 200 are exposed to the gas, it is conceivable that films also adhere to the side surface 200b and the back surface 200c.
  • the barrier metal layer 602 is not formed on the side surface 200b and the back surface 200c as described above, the tungsten layer on the side surface 200b and the back surface 200c is formed directly on the SiO layer as shown in FIG. For this reason, it is considered that film peeling occurs on the side surface 200b and the back surface 200c due to the film stress generated when the wafer is heated.
  • a tungsten layer is formed on the SiO layer on the side surface of the wafer 200 even when the wafer is supported by a substrate mounting table such as a single wafer apparatus. It is thought that happens.
  • a film capable of suppressing peeling of films attached to the wafer side surface 200b and the back surface 200c without the barrier metal layer 602 is formed while realizing low resistance.
  • FIGS. 7 to 8 show a continuous flow, and A in FIG. 7 is continuous with A in FIG. (Wafer charge process S110)
  • a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge).
  • an ultrafine groove 611 is formed in the loaded wafer 200.
  • a tungsten film is formed in the ultrafine groove 611.
  • the tungsten film is used, for example, as a floating gate electrode of a flash memory, and is required to have a low resistance and a dense film.
  • a silicon oxide (SiO 2) layer 601 as a charge storage layer is formed in advance on the wafer in the ultrafine groove formed on the substrate processing surface, and a titanium nitride (TiN) layer as a barrier metal layer is further formed thereon.
  • 602 (first metal film) is formed.
  • the SiO2 film and the TiN film are formed by another substrate processing apparatus before being processed by the substrate processing apparatus in this embodiment.
  • the barrier metal layer may be tantalum nitride (TaN) instead of TiN.
  • the controller 121 controls the substrate processing apparatus 101 as follows. That is, the heater 207 is controlled to keep the inside of the processing chamber 201 at a temperature in the range of 180 ° C. to 550 ° C., for example, preferably 250 ° C. or less, more preferably 200 ° C. Thereafter, a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217, and the boat 217 is loaded into the processing chamber 201. Thereafter, the boat 217 is rotated by the boat driving mechanism 267 to rotate the wafer 200. Thereafter, the vacuum pump 246 is operated and the APC valve 243 is opened to evacuate the inside of the processing chamber 201. When the temperature of the wafer 200 reaches 200 ° C. and the temperature is stabilized, the temperature in the processing chamber 201 is increased to 450 ° C. The steps described later are sequentially executed in the held state.
  • FIG. 10 shows a film forming sequence of the first tungsten film in the first film forming process S140 according to the present embodiment.
  • the first tungsten film is used as a seed layer.
  • tungsten is referred to as a second metal component.
  • the TiN film 601 is called a first metal film, whereas the first tungsten film formed in this step is called a second metal film.
  • step 141 B 2 H 6 having the property of reducing the fluorine component is passed.
  • B 2 H 6 is passed through the gas supply pipe 320 and a carrier gas (N 2 ) is passed through the carrier gas supply pipe 520.
  • the valve 324 of the gas supply pipe 320, the valve 524 of the carrier gas supply pipe 520, and the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 are both opened.
  • the carrier gas flows from the carrier gas supply pipe 520 and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 522.
  • B 2 H 6 flows from the gas supply pipe 320, is adjusted in flow rate by the mass flow controller 322, mixes the adjusted carrier gas, and is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 420 a of the nozzle 420 while being exhausted in the exhaust pipe 231. Exhausted from.
  • the APC valve 243 is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is in the range of 50 to 1000 Pa, for example, 60 Pa.
  • the supply flow rate of B2H6 controlled by the mass flow controller 322 is 1 to 20 slm.
  • the time for exposing the wafer 200 to B 2 H 6 is 10 to 60 seconds.
  • the temperature of the heater 207 at this time is a predetermined temperature in the range of 180 ° C. to 550 ° C., and is set to 200 ° C., for example.
  • step 12 the valve 324 of the gas supply pipe 320 is closed to stop the supply of B2H6. Further, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and the remaining B 2 H 6 is removed from the processing chamber 201. Further, at this time, an inert gas such as N 2, Purging is supplied to each of the processing chamber 201 from the B 2 H 6 gas is supplied line supply pipe 320 and the gas supply pipe 310 is WF 6 supply line, residual The effect of eliminating B 2 H 6 is further enhanced.
  • N 2 an inert gas
  • step 143 flowing WF 6. Specifically, WF 6 is supplied to the gas supply pipe 310 and carrier gas (N 2 ) is supplied to the carrier gas supply pipe 510.
  • carrier gas N 2
  • the valve 314 of the gas supply pipe 310, the valve 514 of the carrier gas supply pipe 510, and the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 are all opened.
  • the carrier gas flows from the carrier gas supply pipe 510 and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 512.
  • the WF 6 flows from the gas supply pipe 310, the flow rate is adjusted by the mass flow controller 312, the mixed carrier gas is mixed, and exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410. Is done.
  • the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 20 to 50 Pa, for example, 30 Pa.
  • the supply amount of WF 6 controlled by the mass flow controller 312 is 10 to 1000 sccm.
  • the time for exposing the wafer 200 to the WF 6 is 3-30.
  • the temperature of the heater 207 is set so that the wafer temperature is in the range of 180 to 400 ° C., for example, 200 ° C.
  • the gases flowing into the processing chamber 201 are only WF 6 and inert gas such as N 2 and Ar, and B 2 H 6 does not exist. Therefore, WF 6 does not cause a gas phase reaction, and reacts with the surface of the wafer 200 and the base film (chemical adsorption) to form an adsorption layer or W layer (hereinafter referred to as a W-containing layer) of the raw material (WF 6 ).
  • the adsorption layer of WF6 includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer of raw material molecules.
  • the W layer includes a continuous layer composed of W and a W thin film formed by overlapping these layers. In addition, the continuous layer comprised by W may be called W thin film.
  • the WF6 can be prevented from flowing around to the B 2 H 6 side.
  • Steps 141 to 144 are defined as one cycle, and a tungsten film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200 by performing at least once.
  • the hydrogen component of the first reaction gas reacts with the fluorine component on the substrate surface and is reduced to a gas, and the W film is reduced. It is formed.
  • boron (B) which is a residual component of the first reaction gas, remains in the W film as a residue.
  • the film thickness of the tungsten film by the alternate supply is preferably adjusted to 0.5 nm to 5 nm, for example, about 0.5 nm by controlling the number of cycles.
  • the tungsten film formed at this time has a smooth surface and a dense continuous film.
  • Steps 141 to 144 are defined as one cycle, and it is determined whether or not the cycle has been performed a plurality of times (for example, X times). When implemented, the process proceeds to the second film forming step S150. If not, the cycle is repeated until a predetermined number of times is reached.
  • Second film forming step (S150) In the second film formation step, an example will be described in which two kinds of gases are mixed to form a second tungsten film on the first tungsten film.
  • the TiN film 601 is called a first metal film
  • the first tungsten film is called a second metal film
  • the second tungsten film is called a third metal film.
  • FIG. 11 shows a tungsten film deposition sequence in the second film deposition process according to the present embodiment.
  • the controller 121 controls a valve, a mass flow controller, a vacuum pump, etc., and a plurality of gases to be reacted exist simultaneously in the processing chamber so that a gas phase reaction occurs.
  • WF 6 and H 2 are supplied into the processing chamber 201 so that the timing of the process can be achieved.
  • a specific film forming sequence will be described below.
  • WF 6 and H 2 having a property of reducing the fluorine component are flowed in parallel and mixed in the processing chamber 201.
  • WF 6 is passed through the gas supply pipe 310 and carrier gas (N 2 ) is passed through the carrier gas supply pipe 510.
  • carrier gas N 2
  • the valve 314 of the gas supply pipe 310, the valve 514 of the carrier gas supply pipe 510, and the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 are all opened.
  • the carrier gas flows from the carrier gas supply pipe 510 and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 512.
  • the WF 6 flows from the gas supply pipe 310, the flow rate of which is adjusted by the mass flow controller 312, the vaporized gas of the vaporizer 700, and the carrier gas of which the flow rate is adjusted are mixed and supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410. Is done.
  • H 2 is supplied to the gas supply pipe 330 and carrier gas (N 2 ) is supplied to the carrier gas supply pipe 530.
  • carrier gas N 2
  • the valve 334 of the gas supply pipe 330, the valve 534 of the carrier gas supply pipe 530, and the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 are opened.
  • the carrier gas flows from the carrier gas supply pipe 520 and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 522.
  • H 2 flows from the gas supply pipe 330, the flow rate of which is adjusted by the mass flow controller 332, the adjusted carrier gas is mixed, and is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 430 a of the nozzle 430.
  • WF 6 and H 2 supplied into the processing chamber 201 are exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 10 to 30 Pa, for example, 20 Pa.
  • the supply amount of WF 6 controlled by the mass flow controller 312 is 10 to 1000 sccm.
  • the supply amount of H 2 controlled by the mass flow controller 322 is 1 to 20 slm.
  • the time for exposing the wafer 200 to WF 6 and H 2 is until a desired film thickness is reached.
  • the heater 207 temperature is set so that the wafer temperature is in the range of 100 ° C. to 550 ° C., for example, 200 ° C.
  • the heater temperature is set to be substantially the same.
  • the temperature is set to 200 ° C.
  • the gas flowing in the processing chamber 201 is an inert gas such as WF 6 , H 2, N 2 , Ar, etc., and WF 6 and H 2 undergo a gas phase reaction and are formed in the first film formation step.
  • a second metal film is formed on the first metal film.
  • the crystallization of the film depends on the thickness and temperature of the film. Therefore, in the present embodiment, in the second film forming step S150, the supply of gas is stopped before the film thickness reaches the level where crystallization of the W film occurs. That is, an amorphous film is formed in S150.
  • FIG. 12 shows the result of evaluating the crystal structure of the W film formed in the second film formation step by the X-ray analysis method.
  • the horizontal axis indicates the angle at the time of measurement, and the vertical axis indicates the intensity. Furthermore, 10 nm to 2 nm indicate the film thickness.
  • the angle is steep, such as ⁇
  • the bond strength is strong, so that it is in a crystallized state
  • a gentle angle such as ⁇
  • the film is amorphous at a film thickness of 4 nm or less. Therefore, when the amorphous layer is formed in the second film formation step, it is desirable to make the film thickness thinner than 0 m and 4 nm or less.
  • the film thickness at which crystallization does not occur is preferably greater than 0 m and 4 nm or less, and more preferably in the range of 3 nm to 4 nm.
  • the valve 314 of the gas supply pipe 310 and the valve 324 of the gas supply pipe 320 are closed, and the supply of WF 6 and H 2 is stopped.
  • the processing time set in advance is calculated from, for example, a film formation rate and a film thickness that is crystallized, and is a processing time that fits in a film thickness that is not crystallized. If the predetermined time has not elapsed, the gas is continuously supplied to form a film.
  • the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove the residual WF 6 and H 2 from the processing chamber 201.
  • the valve 514 of the gas supply pipe 510 and the valve 524 of the gas supply pipe 520 are kept open and the inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing residual WF 6 and N 2 is further enhanced.
  • Third film forming step (S160)
  • the TiN film 601 is called a first metal film
  • the first tungsten film is called a second metal film
  • the second tungsten film is called a third metal film
  • the third tungsten film is called a fourth metal film. Call it.
  • the third film formation step is substantially the same as the first film formation step, but the value of the number of cycles in the determination step S165 is different. Specifically, the same processing is performed in S141 and S161, S142 and S162, S143 and S163, and S144 and S164. S145 and S165 differ in the number of cycles.
  • Steps 161 to 164 are defined as one cycle, and it is determined whether or not the cycle has been executed once or more (for example, Y times). When implemented, the process proceeds to the second film forming step S150. If not, the cycle is repeated until a predetermined number of times is reached.
  • a crystallized tungsten film is formed on the amorphous tungsten film formed in the film forming step 2.
  • the amorphous tungsten film does not have a thickness to crystallize, a film maintaining an amorphous state can be realized.
  • the decomposed B component remains in the film formed in one cycle. Therefore, as the number of cycles “Y” increases, the residual density of the B component increases.
  • the density of the B component is high, the electrical resistance value increases, so that it is difficult to employ it as an electrode such as a control electrode. Therefore, it is desirable to form a film with a low B component and a low resistance value.
  • the density of the B component is reduced by reducing the number of cycles Y.
  • the tungsten film in this step may be any film that has a low resistance value and that maintains the amorphous state of the amorphous tungsten formed in the second film forming step.
  • the film thickness is preferably adjusted to about 3 mm.
  • the fourth tungsten film is a film formed on the uppermost part of the electrode.
  • the TiN film 601 is called a first metal film
  • the first tungsten film is called a second metal film
  • the second tungsten film is called a third metal film
  • the third tungsten film is called a fourth metal film.
  • the fourth tungsten film is called a fourth metal film.
  • FIG. 11 shows a tungsten film deposition sequence in the second film deposition process according to the present embodiment.
  • the controller 121 controls a valve, a mass flow controller, a vacuum pump, etc., and a plurality of gases to be reacted exist simultaneously in the processing chamber so that a gas phase reaction occurs.
  • WF 6 and H 2 are supplied into the processing chamber 201 so that the timing of the process can be achieved.
  • a specific film forming sequence will be described below.
  • WF 6 and H 2 are flowed in parallel and mixed in the processing chamber 201.
  • WF 6 is passed through the gas supply pipe 310 and carrier gas (N 2 ) is passed through the carrier gas supply pipe 510.
  • carrier gas N 2
  • the valve 314 of the gas supply pipe 310, the valve 514 of the carrier gas supply pipe 510, and the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 are all opened.
  • the carrier gas flows from the carrier gas supply pipe 510 and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 512.
  • the WF 6 flows from the gas supply pipe 310, the flow rate of which is adjusted by the mass flow controller 312, the vaporized gas of the vaporizer 700, and the carrier gas of which the flow rate is adjusted are mixed and supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410. Is done.
  • H 2 is supplied to the gas supply pipe 330 and carrier gas (N 2 ) is supplied to the carrier gas supply pipe 530.
  • carrier gas N 2
  • the valve 334 of the gas supply pipe 330, the valve 534 of the carrier gas supply pipe 530, and the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 are opened.
  • the carrier gas flows from the carrier gas supply pipe 520 and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 522.
  • H 2 flows from the gas supply pipe 330, the flow rate of which is adjusted by the mass flow controller 332, the adjusted carrier gas is mixed, and is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 430 a of the nozzle 430.
  • WF 6 and H 2 supplied into the processing chamber 201 are exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 10 to 30 Pa, for example, 20 Pa.
  • the supply amount of WF 6 controlled by the mass flow controller 312 is 0.1 to 1.0 g / min.
  • the supply amount of H 2 controlled by the mass flow controller 322 is 0.1 to 0.5 slm.
  • the time for exposing the wafer 200 to WF 6 and H 2 is until a desired film thickness is reached.
  • the heater 207 temperature is set so that the wafer temperature is in the range of 100 ° C. to 550 ° C., for example, 200 ° C.
  • the heater temperature is set to be substantially the same.
  • the temperature is set to 450 ° C.
  • the gas flowing in the processing chamber 201 is an inert gas such as WF 6 , H 2, N 2 , Ar, etc., and WF 6 and H 2 undergo a gas phase reaction and are formed in the first film formation step.
  • a second metal film is formed on the first metal film.
  • the crystallization of the film depends on the thickness and temperature of the film. Therefore, in the present embodiment, in the fourth film forming step S180, the gas supply is stopped before the film thickness reaches the level where crystallization of the W film occurs. That is, in S180, an amorphous film is formed. It should be noted that the film thickness at which crystallization does not occur is preferably greater than 0 m and 4 nm or less, and here the thickness is in the range of 3 nm to 4 nm.
  • the valve 314 of the gas supply pipe 310 and the valve 324 of the gas supply pipe 320 are closed, and the supply of WF 6 and H 2 is stopped.
  • the processing time set in advance is calculated from, for example, a film formation rate and a film thickness that is crystallized, and is a processing time that fits in a film thickness that is not crystallized. If the predetermined time has not elapsed, the gas is continuously supplied to form a film.
  • the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove the residual WF 6 and H 2 from the processing chamber 201.
  • the valve 514 of the gas supply pipe 510 and the valve 524 of the gas supply pipe 520 are kept open and the inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing residual WF 6 and N 2 is further enhanced.
  • the predetermined time in the determination step S182 may be the same time as the predetermined time in the determination step S152. However, when adjusting the thickness of the tungsten film, it is sufficient that it is a time during which crystallization does not take place and a desired thickness can be achieved, and therefore may differ from the determination time of S152.
  • FIG. 9 and FIG. 13 the relationship between the first film forming step S140 and the second film forming step S150 according to the present embodiment and the films formed in the third film forming step S160 and the fourth film forming step S170 is illustrated in FIG. 9 and FIG. 13 will be described as an example.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating the state of the loaded wafer.
  • the sacrificial film 612 around the grooves forming the ultrafine groove is omitted, and only the formed film is described.
  • a silicon oxide (SiO 2 ) layer 601 as a charge storage layer has already been formed on the wafer, and a titanium nitride (TiN) layer 602 as a barrier metal layer is further formed thereon.
  • the barrier metal layer may be tantalum nitride (TaN) instead of TiN.
  • FIG. 13B is an explanatory diagram of a state in which the first film formation step S140 of the present invention has been performed on the wafer in the state of FIG. 13A.
  • the first film formation step S140 is performed.
  • a seed layer 603a which is a metal film is formed. Since the seed layer 603a is formed in the first film formation step, the surface of the seed layer 603a is in a smooth state. Therefore, it is possible to suppress the roughness of the film that is subsequently formed on the seed layer 603a.
  • FIG. 13C is an explanatory diagram showing a state in which the second film-forming step S150 of the present invention has been performed on the wafer in the state shown in FIG. 13B.
  • an amorphous W layer 603b (1) which is a second metal film is formed.
  • the amorphous layer 603b (1) has low electric resistance because it does not include a residue (B component in the present embodiment) that is generated during the alternate supply process that is the first film forming process or the third film forming process. Further, since the film is not crystallized, it is deposited on the seed layer 603a in a state where no voids or seams are generated.
  • the amorphous layer 603b (1) is made thicker than a thin film W layer 603c described later within a range in which the film is not crystallized in order to increase the film thickness with a low resistivity. By doing in this way, a low resistance film can be formed at a higher film formation rate than the film formation process by only alternate supply.
  • FIG. 13D is an explanatory diagram of a state in which the fourth film-forming step S160 of the present invention has been performed on the wafer in the state of FIG. 13C.
  • FIG. A thin film W layer 603c (1) which is a second metal film is formed.
  • the boron (B) component taken into the film moves to the lower amorphous layer 603b (1) and suppresses crystallization of the amorphous layer.
  • the thin film W layer 603c (1) is formed into the amorphous layer 603b (2) formed on the thin film W layer 603c (1) by the third film formation step S150 performed immediately thereafter. Since it exists between the layer 603b (1) and the amorphous layer 603b (2), the crystallization of the amorphous layer 603b (1) can be suppressed.
  • the B component is referred to as an impurity, for example.
  • FIG. 13E is an explanatory diagram showing a state in which the third film formation step S150 of the present invention has been performed on the wafer in the state of FIG. 13D, and the second film is formed on the thin film W layer 603c (1).
  • An amorphous layer 603b (2) which is a metal film is formed.
  • FIG. 13F is a diagram illustrating a W film formed by repeating the second film forming process and the third film forming process and further performing the fourth process.
  • the amorphous layer 603b (z) formed in the second film forming step and the thin film W layer 603c (z) formed in the third film forming step are alternately formed.
  • a W film having a desired film thickness is formed by repeating the second film formation process and the third film formation process z times including the formation process of the seed layer 603a.
  • the uppermost layer 603d of the W film is a film formed by the fourth film forming process.
  • the thin film W layer 603c is a film formed by alternately supplying a plurality of times as described above, and has a thickness of about 3 mm at most because a decomposed gas is used.
  • the amorphous layer 603b formed by using a gas phase reaction has a thickness of about 3 nm to 4 nm as described later. Therefore, when controlling the film thickness to a few tens of nanometers, it takes a very long time to form the thin film W layer using the third film formation process. Is used to form an amorphous film. In this way, it is possible to efficiently form a film having a low resistance and a desired thickness.
  • an amorphous film is mainly formed, and thus a film with low film stress is formed. That is, as shown in FIG. 7A, even if a film is formed on the wafer side surface 200a or the wafer back surface 200b, a film that does not easily peel off can be formed.
  • annealing process After the film formation, it is desirable to perform annealing treatment (heating treatment) in a nitrogen atmosphere on the formed tungsten film.
  • the annealing process may be performed in the processing chamber 201 following the second film formation step, or may be performed by moving the substrate to another annealing apparatus.
  • a method of annealing in the processing chamber 201 after forming the tungsten film will be described.
  • the following operation is performed before the process proceeds to the atmospheric pressure return process S170.
  • the N 2 gas used as the carrier gas is supplied into the processing chamber 201 from the nozzles of each supply system. A nitrogen atmosphere.
  • the heater 207 is controlled to raise the temperature of the wafer 200 to about 600 ° C., and the wafer is annealed.
  • FIG. 14 shows the results of evaluating the crystal structure by an X-ray analysis method.
  • (A) is an evaluation result of the tungsten layer formed in the first to fourth film forming steps
  • (B) is an evaluation result of a layer obtained by annealing the tungsten layer of (A) at 600 ° C.
  • the horizontal axis indicates the angle at the time of measurement, and the vertical axis indicates the intensity.
  • the coupling strength is strong when the angle is steep, such as ⁇ . Since ⁇ is a steeper angle than ⁇ , it can be said that it is crystallized compared to ⁇ . That is, it can be seen that crystallization is performed by annealing.
  • the wafer charge process, boat load process, pressure / temperature adjustment process, atmospheric pressure return process, boat unload process, and wafer discharge process in the substrate processing method of the comparative example are the same as in the embodiment according to the present invention. Because of this method, the description is omitted. Here, different film forming steps will be described.
  • a substrate similar to that of the present embodiment is a processing target, and an object is to form a W film in the groove 611.
  • the alternate supply of B 2 H 6 and WF 6 is defined as one cycle, and the cycle is performed a plurality of times.
  • the hydrogen component of the first reaction gas reacts with the fluorine component on the substrate surface and is reduced to a gas with respect to the raw material (WF) component formed on the substrate surface, and a W film is formed. .
  • the process of supplying B 2 H 6 decomposes B 2 H 6, degrade WF 6 at step of supplying WF 6. These decomposed gases react every cycle to form a dense film with a high degree of bonding.
  • the comparative example has the following problems compared to the present embodiment.
  • the resistance value is high.
  • the B component is included in each layer, and the layers are stacked until a desired film thickness is obtained. As a result, the resistance value increases. Therefore, unlike the present embodiment, the film is not suitable for use as an electrode. When used for an electrode, the substrate processing method in this embodiment is desirable.
  • FIG. 14 summarizes the formed film and its film stress.
  • “W film (1)” in FIG. 14 is a film formed by performing the first film formation process to the fourth film formation process.
  • the “W film (2)” is a film obtained by annealing the W film (1).
  • stress data measured for each film is shown.
  • the “comparative example W film” is a film formed in the comparative example.
  • the W film (1) is 110.2 MPa
  • the W film (2) is 1122.9 MPa
  • the film stress of the comparative example is 1991.4 MPa. From this, it can be seen that the comparative example has significantly higher film stress than the present embodiment. That is, in the comparative example, film peeling is likely to occur based on the film stress as compared with the present embodiment. On the other hand, in the case of this embodiment, since the film stress is low, film peeling hardly occurs.
  • WF6 and H2 are used when forming the amorphous film.
  • the present invention is not limited to this, and for example, WF6 and B2H6 may be used.
  • the method of forming the floating gate electrode of the flash memory has been described as an example.
  • the present invention is not limited thereto, and may be a control electrode of the flash memory or a metal wiring, for example.
  • the tungsten film including tungsten as the metal film and the tungsten film including boron as the ultrathin film is described.
  • the metal film is titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN). It can be applied to metal nitrides such as molybdenum nitride (MoN) and zinc nitride (ZnN), metal carbide films, metal films such as copper (Cu), ruthenium (Ru), aluminum (Al) and combinations of these.
  • MoN molybdenum nitride
  • ZnN zinc nitride
  • metal carbide films metal films such as copper (Cu), ruthenium (Ru), aluminum (Al) and combinations of these.
  • the present invention can also be applied to the case where a thin metal film, a metal nitride film, a metal carbide film, or a combination of the respective films that maintain an amorphous state is used.
  • the above embodiment is particularly effective in processing a large-diameter wafer. Specifically, for the following reason.
  • the diameter of a conventional wafer for example, 300 mm wafer
  • the film formation area has increased as the substrate becomes larger. Since the influence of thermal stress becomes more prominent when the film formation area increases, a reduction in thermal stress is required. This can be said not only on the substrate side surface and the substrate back surface but also on the substrate processing surface on which the barrier film is formed.
  • the present invention can reduce stress, film peeling can be suppressed even in a large-diameter wafer. Therefore, the invention is more effective for a large-diameter wafer.
  • the increase in diameter has been described.
  • the present invention is not limited to this. For example, it is more effective in a three-dimensional device structure in which the film formation area increases.
  • a metal compound containing at least a second metal component, which is a component different from the first metal component, and a first reaction gas reactive to the metal compound are alternately supplied to the treatment chamber a plurality of times.
  • a second film forming step of forming a metal film A third film-forming step of alternately supplying the metal compound and the first reaction gas at least once to form a fourth metal film on the third metal film; A step of alternately performing the second film-forming step and the third film-forming step a plurality of times; and supplying the metal compound and the second reaction gas to the processing chamber so as to mix with each other; A fourth film forming step of forming a fifth metal film in an amorphous film state on the film; A method of manufacturing a semiconductor device having
  • Appendix 3 The semiconductor device manufacturing method according to appendix 1 or 2, wherein the metal compound contains at least a fluorine component, and the first reaction gas and the second reaction gas have a property of reducing the fluorine component.
  • Appendix 4 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, further comprising a heating step of heating the substrate after the film forming step.
  • Appendix 7 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the first metal component is titanium.
  • a processing chamber in which a first metal component-containing film containing at least a first metal component is formed on the substrate processing surface, and a substrate on which the first metal component-containing film is not formed on the other surface is loaded.
  • the process chamber has a second component that is a component different from the first metal component.
  • a metal compound supply system for supplying a metal compound containing at least a metal component; When performing the first film forming step and the third film forming step, a first reactive gas having reactivity with the metal compound is supplied to the processing chamber alternately with the metal compound.
  • the metal compound and the second reaction gas are supplied to the processing chamber so as to be mixed with each other to form a third metal film in an amorphous film state on the second metal film.
  • a film forming process The third deposition step of alternately supplying the metal compound and the first reaction gas at least once to form a fourth metal film on the third metal film; A step of alternately performing the second film-forming step and the third film-forming step a plurality of times, the metal compound, and the second reactive gas are supplied to the processing chamber so as to be mixed with each other; A fourth film forming step of forming a fifth metal film in an amorphous film state on the film; A substrate processing apparatus.
  • a metal compound containing at least a second metal component, which is a component different from the first metal component, and a first reaction gas reactive to the metal compound are alternately supplied to the treatment chamber a plurality of times.
  • a second film forming step of forming a metal film A third film-forming step of alternately supplying the metal compound and the first reaction gas at least once to form a fourth metal film on the third metal film; A step of alternately performing the second film-forming step and the third film-forming step a plurality of times; and supplying the metal compound and the second reaction gas to the processing chamber so as to mix with each other; A fourth film forming step of forming a fifth metal film in an amorphous film state on the film;
  • the computer-readable recording medium which memorize

Abstract

膜剥がれを抑制するよう、基板処理面に第１の金属成分が含有される第１の金属成分含有膜が形成され、それ以外の面に前記金属成分含有膜が形成されていない基板の搬入工程と、前記第１の金属成分と異なる第２の金属成分を含有する金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する第１の成膜工程と、前記金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する第２の成膜工程と、前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する第３の成膜工程と、前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する第４の成膜工程とを有する方法

Description

半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
　本発明は、半導体デバイスの製造方法および基板処理装置に関し、特に、基板（ウエハ）上に金属膜を形成する工程を備える半導体デバイスの製造方法および基板上に金属膜を形成する基板処理装置に関する。
近年、回路の高集積化及び高性能化に伴い、従来よりも開口部が狭い極細溝への金属膜の成膜が求められている。金属膜は、例えばフラッシュメモリのコントロール電極や、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）のコンタクトプラグ等に用いられている。コントロール電極等では低抵抗の膜が求められており、その一例として抵抗の低いタングステンを採用することが考えられる。
タングステン含有膜を高温で成膜すると膜の抵抗値が上昇するため低温で成膜することが望ましい。しかしながら、低温で成膜するとタングステン膜は熱膨張に起因した膜応力が高くなり、膜剥がれが起きやすくなることが知られている。剥がれた膜が基板に付着したりすると、歩留まりやウエハ特性等に悪影響を及ぼすことが懸念される。
そこで、本発明の目的は、低抵抗な膜を形成する際、膜剥がれを抑制可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することである。
前記課題を解決するための、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属成分含有膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属成分含有膜が形成されていない基板を搬入する基板搬入工程と、前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する第１の成膜工程と、前記金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する第２の成膜工程と、前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する第３の成膜工程と、　前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する第４の成膜工程と、を有する半導体デバイスの製造方法。
  また、本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属成分含有膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属成分含有膜が形成されていない基板が搬入される処理室と、第１の成膜工程、第２の成膜工程、第３の成膜工程、第４の成膜工程を実行する際、前記処理室に前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物金属化合物を供給する金属化合物供給系と、前記第１の成膜工程、前記第３の成膜工程を実行する際、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを前記金属化合物と交互に前記処理室に供給する第１の反応ガス供給系と、前記第２の成膜工程、前記第４の成膜工程を実行する際、記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを前記金属化合物と混合させる第２の反応ガス供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する前記第１の成膜工程と、前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する前記第２の成膜工程と、前記金属化合物と前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する前記第３の成膜工程と、前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と、前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する前記第４の成膜工程と、を行うよう制御する制御部とを有する基板処理装置。
　本発明によれば、低抵抗な膜を形成する際、膜剥がれを抑制可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供できる。
本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の概略的な構成を示す斜透視図である。 本発明の一実施形態にて好適に用いられる処理炉の一例とそれに付随する部材の概略構成図であって、特に処理炉部分を縦断面で示す図である。 本発明の一実施形態にて好適に用いられる図２に示す処理炉のＡ－Ａ線断面図である。 図１に示す基板処理装置１０が有する基板支持部の説明図である。 図１に示す基板処理装置１０が有するコントローラの概略構成を示すブロック図である。 本実施形態において処理をするウエハの説明図である。 本実施形態において処理をするウエハの説明図である。 本発明の第１の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の第１の実施形態における制御フローを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る第１の成膜工程におけるタングステン膜の成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る第２、第４の成膜工程におけるタングステン膜の成膜シーケンスを示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるタングステン膜を説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態における膜形成シーケンスを説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態における結晶度を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態および比較例の膜応力を説明する説明図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
　本実施例に係る基板処理装置は、半導体装置（ＩＣ(Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ)）の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。
下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し成膜処理等を行う縦型の装置を使用した場合について述べる。しかし、本発明は、縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、枚葉装置を使用しても良い。
＜装置全体構成＞
　図１に示す通り、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００はシリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に工程内搬送装置（図示略）によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されたりされる。
　カセットステージ１１４は、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。
　筐体１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。
　カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。
　カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとで構成されている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連続動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。
　カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連続動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。
　筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。
　処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
　ボート２１７は複数の保持部材を備えており、複数枚（例えば５０～１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
　カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。
　筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン及び防塵フィルタで構成されており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。
＜処理装置の動作＞
　続いて、基板処理装置１０１の主な動作について説明する。
　工程内搬送装置（図示略）によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
　その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
　カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、後続のウエハ２００をボート２１７に装填する。
　予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１１５の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。
　ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に対し任意の処理が実施される。その処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０が筐体１１１の外部に搬出される。
＜処理炉の構成＞
　図２および図３に示す通り、処理炉２０２には基板としてのウエハ２００を加熱するための加熱手段（加熱機構、加熱系）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。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）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等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。
　反応管２０３の下端には、例えばステンレス等によりマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板支持手段（基板支持具）としての基板支持部材であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを支持した状態で保持する保持体となっている。
　図４に記載のように、ボート２１７は複数のボート柱２１２を有し、柱２１２には複数の溝２１２ａが設けられている。バッチ処理される複数のウエハ２００は複数の溝２１２ａに差し込まれ、水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。そして、ボート２１７は、搬送手段（搬送機構）としてのボートエレベータ１１５により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート支持台２１８の下端部には、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができるようになっている。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
　処理室２０１内には、ノズル４１０（第１のノズル４１０）、ノズル４２０（第２のノズル４２０）、ノズル４３０（第３のノズル４３０）が反応管２０３の下部を貫通するように設けられている。ノズル４１０、ノズル４２０、ノズル４３０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０（第１のガス供給管３１０）、３２０（第２のガス供給管３２０）、３３０（第３のガス供給管３３０）が、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には３本のノズル４１０、４２０、４３０と、３本のガス供給管３１０、３２０、３３０とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは３種類のガス（処理ガス）を供給することができるように構成されている。
　ガス供給管３１０には上流側から順に、図示しないガス供給源、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ３１２および開閉弁であるバルブ３１４が設けられている。ガス供給管３１０の先端部にはノズル４１０が連結されている。ノズル４１０は、Ｌ字型のロング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の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４１０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。
　ノズル４１０の側面にはガスを供給するガス供給孔４１０ａが設けられている。ガス供給孔４１０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔４１０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、ガス供給管３１０、マスフローコントローラ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０により第１のガス供給系が構成される。
　また、ガス供給管３１０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５１０が接続されている。キャリアガス供給管５１０には、図示しないガス供給源、マスフローコントローラ５１２およびバルブ５１４が設けられている。主に、キャリアガス供給管５１０、マスフローコントローラ５１２、バルブ５１４により第１のキャリアガス供給系が構成される。尚、第１のキャリアガス供給系を第１のガス供給系に含めても良い。
　ガス供給管３２０には上流側から順に図示しないガス供給源、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ３２２および開閉弁であるバルブ３２４が設けられている。ガス供給管３２０の先端部にはノズル４２０が連結されている。ノズル４２０は、Ｌ字型のロング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の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４２０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。
　ノズル４２０の側面にはガスを供給するガス供給孔４２０ａが設けられている。ガス供給孔４２０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔４２０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０により第２のガス供給系が構成される。
　更にガス供給管３２０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５２０が連結されている。キャリアガス供給管５２０には図示しないガス供給源、マスフローコントローラ５２２およびバルブ５２４が設けられている。主に、キャリアガス供給管５２０、マスフローコントローラ５２２、バルブ５２４により第２のキャリアガス供給系が構成される。尚、第２のキャリアガス供給系を第２のガス供給系に含めても良い。
　ガス供給管３３０には上流側から順に図示しないガス供給源、流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ３３２および開閉弁であるバルブ３３４が設けられている。ガス供給管３３０の先端部にはノズル４３０が連結されている。ノズル４３０は、Ｌ字型のロング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の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４３０は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。
　ノズル４３０の側面にはガスを供給するガス供給孔４３０ａが設けられている。ガス供給孔４３０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔４３０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、ガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０により第３のガス供給系が構成される。
　更にガス供給管３３０にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５３０が連結されている。キャリアガス供給管５３０には図示しないガス供給源、マスフローコントローラ５３２およびバルブ５３４が設けられている。主に、キャリアガス供給管５３０、マスフローコントローラ５３２、バルブ５３４により第３のキャリアガス供給系が構成される。尚、第３のキャリアガス供給系を第３のガス供給系に含めても良い。
　このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル４１０、４２０、４３０を経由してガスを搬送し、その後ノズル４１０、４２０、４３０にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ、４２０ｂ、４３０ｃからウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させている。反応管２０３内におけるガスの主たる流れはウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
　上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０からは、第１の所定元素を含む第１の処理ガスとして、例えば原料ガスである少なくとも金属含有ガス（金属化合物）であってタングステン（Ｗ）元素を含むＷ含有原料である六フッ化タングステン（ＷＦ６）がマスフローコントローラ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。
　ガス供給管３２０からは、第２の所定元素を含む第２の処理ガスとして、例えば第１の反応ガスである少なくとも水素（Ｈ）元素を含むＨ含有ガス（水素原料）であるジボラン（Ｂ２Ｈ６）が処理室２０１内に供給される。
　ガス供給管３３０からは、第２の所定元素を含む第３の処理ガスとして、例えば第２の反応ガスである水素（Ｈ）元素を含むＨ含有ガス（水素原料）である水素（Ｈ２）が処理室２０１内に供給される。
　キャリアガス供給管５１０、５２０および５３０からは、例えば窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれマスフローコントローラ５１２、５２２および５３２、バルブ５１４、５２４および５３４、ガス供給管５１０、５２０および５３０、ノズル４１０、４２０および４３０を介して処理室２０１内に供給される。
　反応管２０３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。図３に示すように、横断面視において、排気管２３１は、反応管２０３のノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ、およびノズル４３０のガス供給孔４３０ａが設けられる側と対向する側、すなわちウエハ２００を挟んでガス供給孔４１０ａ、４２０ａ、４３０ａとは反対側に設けられている。また、図２に示すように縦断面視において、排気管２３１は、ガス供給孔４１０ａ、４２０ａ、４３０ａが設けられる箇所よりも下方に設けられている。この構成により、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の表面と平行な方向に向かって流れた後、下方に向かって流れ、排気管２３１より排気されることとなる。処理室２０１内におけるガスの主たる流れが水平方向へ向かう流れとなるのは上述の通りである。
　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、圧力調整器（圧力調整部）として構成された排気バルブとしての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。また、排気管２３１には、排気ガス中の反応副生成物や未反応の原料ガス等を捕捉するトラップ装置や排気ガス中に含まれる腐食性成分や有毒成分等を除害する除害装置が接続されている場合がある。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、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。さらには、トラップ装置や除害装置を排気系に含めて考えてもよい。
　なお、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なうことができ、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ように構成されているバルブである。
　反応管２０３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への通電具合を調整することで、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および４３０と同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
　図５には、コントローラ１２１が示されている。図３に示されているように、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１２１ｅ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や、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ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や制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、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、その両方を含む場合がある。また、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、上述のマスフローコントローラ３１２、３２２、３３２、５１２、５２２，５３２、バルブ３１４、３２４、３３４、５１４、５２４、５３４、６１４、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。 
　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からプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ１２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ３１２、３２２、３３２、５１２、５２２、５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４、３２４、３３４、５１４、５２４、５３４、６１４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の昇降動作等を制御するように構成されている。
　なお、コントローラ１２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（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を用意し、係る外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ１２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、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る。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、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。
＜半導体装置の製造方法＞
　次に、上述の基板処理装置の処理炉２０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　ＩｎｔｅｇｒａＷｏｎ；ＬＳＩ）を製造する際などに、基板上に金属を成膜する方法の例について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置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。
［第１の実施形態］
　本実施形態では、金属膜としてタングステン膜を基板上に形成する方法について説明する。タングステン膜を基板上にそれぞれ異なる成膜方法で形成するよう４つの工程に分ける。まず第１の成膜工程としてガスを交互に供給することで基板上に第１のタングステン膜を成膜する。次に、第２の成膜工程としてガスを混合雰囲気とすることで第１のタングステン膜上に第２のタングステン膜を成膜する。更に、第３の成膜工程として、ガスを交互に供給することで第２のタングステン膜上に第３のタングステン膜を成膜する。更に、第４の成膜工程として、ガスを混合雰囲気とすることで第３のタングステン膜上に第４のタングステン膜を成膜する。
　本実施形態では、タングステン（Ｗ）含有原料としてＷＦ６を、第１の反応ガスとしてＢ２Ｈ６を、第２の反応ガスとしてＨ２を用いる例について説明する。尚、この例では、第１のガス供給系によりタングステン含有ガス供給系（金属化合物供給系）が構成され、第２のガス供給系により第１の反応ガス供給系が構成され、第３のガス供給系により第２の反応ガス供給系が構成される。
　ここで、本実施形態で処理する基板について図６、図７を用いて説明する。
図６（Ａ）は本実施形態における基板処理装置に搬入されるウエハを説明するための説明図である。ウエハ２００はウエハ処理面（表面）２００ａ、ウエハ側面２００ｂ、ウエハ裏面２００ｃを有する。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の点線で囲んだ部分αを拡大した図である。図７（Ａ）は本実施形態における基板処理方法を実施した後の基板を説明する図である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の点線で囲んだ部分βを拡大した図である。
ウエハ２００のウエハ処理面（表面）２００ａ、ウエハ側面２００ｂ、ウエハ裏面２００ｃには、前の工程で形成されたシリコン酸化（ＳｉＯ）膜６０１が形成されている。ＳｉＯ膜６０１は、例えば電化蓄積層として用いられる。
　ウエハ処理面２００ａにおけるＳｉＯ膜上には、バリアメタル層としての窒化チタン（ＴｉＮ）膜６０２（第１の金属膜）が形成されている。基板搬送時にウエハ移載機１２５のツィーザ等が物理的に接触し、それによって膜剥がれが起きる可能性があるため、ウエハ側面２００ｂおよびウエハ裏面２００ｃではＴｉＮ膜６０２が形成されていない。ウエハ側面２００ｂおよびウエハ裏面２００ｃに設けられていたＴｉＮ膜６０２は、別の装置にて、例えばエッチング処理等で除去されている。ウエハ側面２００ｂおよびウエハ裏面２００ｃにＴｉＮ膜を形成しないことで、搬送系における汚染を防止している。ここでは、チタンを第１の金属成分と呼ぶ。
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の点線で囲んだ部分αを拡大した図である。
図６（Ａ）においては説明の便宜上ＳｉＯ膜６０１、ＴｉＮ膜６０２が平面状の膜として記載されているが、具体的には図５（Ｂ）のようにウエハ処理面２００ａには極細溝６１１が複数形成され、ＳｉＯ膜６０１、ＴｉＮ膜６０２は溝６１１に埋め込まれている。
　６０１はシリコン酸化（ＳｉＯ）膜、６０２はＴｉＮ膜、６１１は極細溝、６１２は溝の一部として構成される犠牲膜である。ＳｉＯ膜６０１、ＴｉＮ膜６０２は溝６１１に埋め込まれている。本実施形態においては、図７（Ｂ）のように、溝６１１にタングステン膜６０３を形成することを目的とする。
　ところで、本実施形態では、ボート２１７の溝２１２ａにウエハ２００を支持し、基板処理を行う。この場合、ウエハ２００の側面２００ｂや裏面２００ｃがガスに曝されるため、側面２００ｂ、裏面２００ｃにも膜が付着することが考えられる。この場合、前述のように、側面２００ｂ、裏面２００ｃにはバリアメタル層６０２が形成されていないため、図７のように側面２００ｂ、裏面２００ｃのタングステン層はＳｉＯ層の上に直接形成される。このため、ウエハ加熱時に発生する膜応力によって、側面２００ｂや裏面２００ｃにおいて膜剥がれが起きることが考えられる。
　ここではウエハをボートで支持する場合について説明したが、枚葉装置のような基板載置台で支持する場合でもウエハ２００の側面ではＳｉＯ層の上にタングステン層が形成されることから、同様の現象が起きると考えられる。
　以上の問題点に鑑み、本実施形態では、低抵抗を実現しつつ、バリアメタル層６０２の無いウエハ側面２００ｂや裏面２００ｃに付着した膜の剥がれを抑制可能な膜を形成する。
続いて、図７、図８を用いて本実施形態のフローを説明する。図７から図８は連続したフローであり、図７のＡは図８のＡに連続している。
（ウエハチャージ工程　Ｓ１１０）
まず、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。
（ボートロード工程　Ｓ１２０）
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の下端をシールした状態となる。
　搬入されたウエハ２００には、極細溝６１１が形成されており、本発明ではその極細溝６１１にタングステン膜を形成する。タングステン膜は、例えばフラッシュメモリのフローティングゲート電極として用いられ、低抵抗化や膜の緻密さが求められている。
　基板処理面に形成された極細溝には、予め電荷蓄積層としてのシリコン酸化（ＳｉＯ２）層６０１がウエハ上に形成されており、更にその上にはバリアメタル層としての窒化チタン（ＴｉＮ）層６０２（第１金属膜）が形成されている。ＳｉＯ２膜やＴｉＮ膜は本実施例における基板処理装置で処理される前に、別の基板処理装置にて形成される。尚、バリアメタル層は、ＴｉＮの替わりに窒化タンタル（ＴａＮ）でも良い。バリアメタル層を用いることで、本発明で形成するＷ層とＳｉＯ２層との密着性を高めることが可能となる。
（圧力・温度調整工程　Ｓ１３０）
成膜プロセスでは、コントローラ１２１が、基板処理装置１０１を下記の通りに制御する。すなわち、ヒータ２０７を制御して処理室２０１内を例えば１８０℃～５５０℃の範囲の温度であって、好適には２５０℃以下、より好ましくは２００℃に保持する。その後、複数枚のウエハ２００をボート２１７に装填し、ボート２１７を処理室２０１に搬入する。その後、ボート２１７をボート駆動機構２６７により回転させ、ウエハ２００を回転させる。その後、真空ポンプ２４６を作動させるとともにＡＰＣバルブ２４３を開いて処理室２０１内を真空引きし、ウエハ２００の温度が２００℃に達して温度等が安定したら、処理室２０１内の温度を４５０℃に保持した状態で後述するステップを順次実行する。
（１）第１の成膜工程（Ｓ１４０）
　図１０に、本実施形態に係る第１の成膜工程Ｓ１４０における第１のタングステン膜の成膜シーケンスを示す。第１のタングステン膜はシード層として用いる。ここでは、タングステンを第２の金属成分と呼ぶ。また、ＴｉＮ膜６０１を第１金属膜と呼ぶのに対して、本工程で形成する第１のタングステン膜を第２金属膜と呼ぶ。
（第１の反応ガス供給工程　Ｓ１４１）
　ステップ１４１では、フッ素成分を還元する性質を有するＢ２Ｈ６を流す。ガス供給管３２０にＢ２Ｈ６を、キャリアガス供給管５２０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３２０のバルブ３２４、キャリアガス供給管５２０のバルブ５２４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。Ｂ２Ｈ６は、ガス供給管３２０から流れ、マスフローコントローラ３２２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。Ｂ２Ｈ６を流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調節して処理室２０１内圧力を５０～１０００Ｐａの範囲であって、例えば６０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３２２で制御するＢ２Ｈ６の供給流量は１～２０ｓｌｍである。Ｂ２Ｈ６にウエハ２００を晒す時間は１０～６０秒間である。このときのヒータ２０７の温度は、１８０℃～５５０℃の範囲の所定の温度であって、例えば２００℃になるよう設定してある。
　上記処理と併行して、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、開閉バルブ５１４を開けて不活性ガスを流すと、ＷＦ６側にＢ２Ｈ６が回り込むことを防ぐことができる。
（残留ガス除去工程　Ｓ１４２）
　ステップ１２では、ガス供給管３２０のバルブ３２４を閉めて、Ｂ２Ｈ６の供給を止める。また、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留するＢ２Ｈ６を処理室２０１から排除する。また、この時には、Ｎ2等の不活性ガスを、Ｂ２Ｈ６供給ラインであるガス供給管３２０およびＷＦ６供給ラインであるガス供給管３１０からそれぞれ処理室２０１に供給してパージすると、残留Ｂ２Ｈ６を排除する効果が更に高まる。
（金属化合物供給工程　Ｓ１４３）
　ステップ１４３では、ＷＦ６を流す。具体的には、ガス供給管３１０にＷＦ６を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＷＦ６は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給されつつ排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を２０～５０Ｐａの範囲であって、例えば３０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３１２で制御するＷＦ６の供給量は１０～１０００ｓｃｃｍである。ＷＦ６にウエハ２００を晒す時間は３～３０である。このときヒータ２０７の温度は、ウエハの温度が１８０～４００℃の範囲であって、例えば２００℃になるよう設定してある。
このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＷＦ６とＮ2、Ａｒ等の不活性ガスのみであり、Ｂ２Ｈ６は存在しない。したがって、ＷＦ６は気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００の表面や下地膜と表面反応（化学吸着）して、原料（ＷＦ６）の吸着層またはＷ層（以下、Ｗ含有層）を形成する。ＷＦ６の吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ｗ層とは、Ｗにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるＷ薄膜をも含む。尚、Ｗにより構成される連続的な層をＷ薄膜という場合もある。
　これと併行して、ガス供給管３２０の途中につながっているキャリアガス供給管５２０から、バルブ５２４を開けて不活性ガスを流すと、Ｂ２Ｈ６側にＷＦ６が回り込むことを防ぐことができる。
（残留ガス除去工程　Ｓ１４４）
　ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉めて処理室へのＷＦ６の供給を停止し、バルブ６１４を開けてベントラインへＷＦ６を流す。これによりＷＦ６を常に安定して処理室へ供給することができる。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＷＦ６を処理室２０１内から排除する。このときＮ2等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＷＦ６を排除する効果が高まる。
上記ステップ１４１～１４４を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なうことによりウエハ２００上に所定膜厚のタングステン膜を成膜する。具体的には、Ｓ１４３で基板表面に形成された原料（ＷＦ）成分に対して、第１の反応ガスの水素成分が、基板表面のフッ素成分と反応し気体となって還元され、Ｗ膜が形成される。尚、第１の反応ガスの残留成分であるホウ素（Ｂ）は、残留物としてＷ膜中に残留する。
　尚、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ１４１におけるＢ２Ｈ６の成分により構成される雰囲気と、ステップ１４３におけるＷＦ６により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室２０１内で混合しないように成膜することに留意する。
　また、交互供給によるタングステン膜の膜厚は、サイクル数を制御して、０．５ｎｍ～５ｎｍであって、例えば０．５ｎｍ程度に調整すると良い。このときに形成されるタングステン膜は、表面が滑らか（スムーズ）であって且つ緻密な連続膜となる。
（判定工程　Ｓ１４５）
　上記ステップ１４１～１４４を１サイクルとし、そのサイクルを複数回（例えばＸ回）実施したか否かを判定する。実施した場合、第２の成膜工程Ｓ１５０へ移行する。実施していない場合、所定回数に到達するまでサイクルを繰り返す。
（２）第２の成膜工程（Ｓ１５０）
　第２の成膜工程では、二種類のガスを混合して第１のタングステン膜上に第２のタングステン膜を形成する例について説明する。ここでは、ＴｉＮ膜６０１を第１金属膜、第１のタングステン膜を第２金属膜と呼ぶのに対して、第２のタングステン膜を第３金属膜と呼ぶ。
（金属化合物ガス及び第２の反応ガス供給工程　Ｓ１５１）
　図１１に、本実施形態に係る第２の成膜工程におけるタングステン膜の成膜シーケンスを示す。第２の成膜工程によるタングステン膜の堆積は、コントローラ１２１が、バルブ、マスフローコントローラ、真空ポンプ等を制御して、気相反応が起こるように、反応させる複数のガスが、処理室内に同時に存在するタイミングが出来るようにＷＦ６とＨ２を処理室２０１内に供給する。以下に、具体的な成膜シーケンスを説明する。
　本工程では、ＷＦ６とフッ素成分を還元する性質を有するＨ２を併行して流し、処理室２０１内で混合させる。ガス供給管３１０にＷＦ６を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＷＦ６は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、気化器７００により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給される。
また、ガス供給管３３０にＨ２を、キャリアガス供給管５３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３３０のバルブ３３４、キャリアガス供給管５３０のバルブ５３４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。Ｈ２は、ガス供給管３３０から流れ、マスフローコントローラ３３２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給される。
　そして、処理室２０１内に供給されたＷＦ６とＨ２は、排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を１０～３０Ｐａの範囲であって、例えば２０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３１２で制御するＷＦ６の供給量は１０～１０００ｓｃｃｍである。マスフローコントローラ３２２で制御するＨ２の供給量は１～２０ｓｌｍである。ＷＦ６及びＨ２にウエハ２００を晒す時間は所望の膜厚に達するまでである。このときヒータ２０７温度は、ウエハの温度が１００℃～５５０℃の範囲であって、例えば２００℃になるよう設定してある。
　ここで、第１の成膜工程と第２の成膜工程では、実質的に同じヒータ温度になるように設定しており、この場合は２００℃としている。このように実質的に同じ温度としてインサイチューで処理を行うことにより、処理時間の短縮を図り、半導体装置の生産性を高める効果がある。
処理室２０１内に流しているガスは、ＷＦ６とＨ２及びＮ2、Ａｒ等の不活性ガスであり、ＷＦ６とＨ２が気相反応を起こして、第１の成膜工程で形成した第１の金属膜上に第２の金属膜が形成される。
　前述したように、ＣＶＤ法のような気相反応の場合、結晶化によって微細溝に対してボイドやシームが発生することが考えられるが、その原因は膜の結晶化であると考えられる。発明者は、膜の結晶化は膜の厚みや温度に依存することを見出した。そこで、本実施形態においては、第２の成膜工程Ｓ１５０においては、Ｗ膜の結晶化が起きる膜厚となる前に、ガスの供給を停止する。即ち、Ｓ１５０においては非晶質状態の膜を形成する。
図１２は、第２の成膜工程で形成したＷ膜の結晶構造をＸ線解析手法にて評価した結果である。横軸は測定時の角度を示し、縦軸は強度を示している。更には、１０ｎｍ…２ｎｍは、膜厚を示している。この評価結果においては、αのように急峻な角度の場合は結合強度が強いため結晶化された状態であり、βのようになだらかな角度の場合は非晶質化されている状態を示す。
　この表から、4ｎｍ以下の膜厚では非晶質化されていることがわかる。したがって、第２の成膜工程で非晶質層を形成する際は、０ｍよりも大きく４ｎｍ以下の薄い膜厚とすることが望ましい。
本実施形態においては、結晶化が起きない膜厚として、０ｍよりも大きく、４ｎｍ以下が望ましく、より良くはここでは３ｎｍから４ｎｍの範囲の厚みとする。
（判定工程　Ｓ１５２）
　判定工程Ｓ１５２にて、予め設定された処理時間が経過したと判断すると、ガス供給管３１０のバルブ３１４及びガス供給管３２０のバルブ３２４を閉め、ＷＦ６及びＨ２の供給を停止する。ここで、予め設定された処理時間とは、例えば成膜レートと結晶化となる膜厚から算出し、結晶化されない膜厚に収まるような処理時間とする。所定時間を経過していない場合は、引き続きガスを供給し、膜を形成する。
このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＷＦ６及びＨ２を処理室２０１内から排除する。またこのとき、ガス供給管５１０のバルブ５１４及びガス供給管５２０のバルブ５２４は開けておき、不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＷＦ６及びＮ２を排除する効果が高まる。
（残留ガス除去工程　Ｓ１５３）
　結晶化されない膜厚の非晶質タングステン膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。
（３）第３の成膜工程（Ｓ１６０）
　第３の成膜工程では、二種類のガスを混合して第２のタングステン膜上に第３のタングステン膜を形成する例について説明する。ここでは、ＴｉＮ膜６０１を第１金属膜、第１のタングステン膜を第２金属膜、第２のタングステン膜を第３金属膜と呼ぶのに対して、第３のタングステン膜を第４金属膜と呼ぶ。
　第３の成膜工程は第１の成膜工程とほぼ同様であるが、判定工程Ｓ１６５におけるサイクル回数の値が異なる。具体的には、Ｓ１４１とＳ１６１、Ｓ１４２とＳ１６２、Ｓ１４３とＳ１６３、Ｓ１４４とＳ１６４は同様の処理を行う。Ｓ１４５とＳ１６５はサイクル数において相違する。
　以下、第３の成膜工程について説明するが、Ｓ１６１、Ｓ１６２、Ｓ１６３、Ｓ１６４については第１の成膜工程と同様であるので説明を省略する。
（判定工程　Ｓ１６５）
　上記ステップ１６１～１６４を１サイクルとし、そのサイクルを１回以上（例えばＹ回）実施したか否かを判定する。実施した場合、第２の成膜工程Ｓ１５０へ移行する。実施していない場合、所定回数に到達するまでサイクルを繰り返す。
　尚、各サイクル中で、上記の通りに、ステップ１４１におけるＢ２Ｈ６の成分により構成される雰囲気と、ステップ１４３におけるＷＦ６により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室２０１内で混合しないように成膜することに留意する。
　このようにして、成膜工程２で形成した非晶質のタングステン膜上に結晶化されたタングステン膜を形成する。その結果、非晶質のタングステン膜が結晶化する厚みとならないので、非晶質状態を維持した膜を実現できる。
ところで、上記のように第１の反応ガスとしてＢ２Ｈ６を用いた場合、分解したＢ成分が１サイクルで形成する膜中に残留してしまう。従って、サイクル数「Ｙ」が多いほど、Ｂ成分の残留密度が高くなる。Ｂ成分の密度が高いと電気抵抗値が上昇するため、コントロール電極等の電極として採用することは困難である。従って、Ｂ成分の少ない抵抗値が低い膜を形成することが望ましい。本実施形態においては、サイクル数Ｙの回数を少なくすることでＢ成分の密度を低減させる。
この工程におけるタングステン膜は、抵抗値が低く、更には第２成膜工程で形成した非晶質タングステンの非晶質状態を維持する膜であればよいので、例えばサイクル数Yを１回とし、その膜厚を３Åｍ程度に調整すると良い。
（判定工程　Ｓ１７０）
　第２の成膜工程Ｓ１５０及び第３の成膜工程Ｓ１６０が所定回数（Ｚ回）実施されたか否かを判定する。所定回数実施されている場合、第４の成膜工程Ｓ１８０を開始する。所定回数実施されていない場合、第３の成膜工程Ｓ１６０の成膜処理を開始する。このようにして、所望の膜厚の非晶質タングステン膜を形成する。
（４）第４の成膜工程（Ｓ１８０）
　第４の成膜工程では、二種類のガスを混合して第３のタングステン膜上に第４のタングステン膜を形成する例について説明する。第４のタングステン膜は、電極のもっとも上部に形成される膜である。ここでは、ＴｉＮ膜６０１を第１金属膜、第１のタングステン膜を第２金属膜、第２のタングステン膜を第３金属膜、第３のタングステン膜を第４金属膜と呼ぶのに対して、第４のタングステン膜を第４金属膜と呼ぶ。
（金属化合物ガス及び第２の反応ガス供給工程　Ｓ１８１）
　図１１に、本実施形態に係る第２の成膜工程におけるタングステン膜の成膜シーケンスを示す。第２の成膜工程によるタングステン膜の堆積は、コントローラ１２１が、バルブ、マスフローコントローラ、真空ポンプ等を制御して、気相反応が起こるように、反応させる複数のガスが、処理室内に同時に存在するタイミングが出来るようにＷＦ６とＨ２を処理室２０１内に供給する。以下に、具体的な成膜シーケンスを説明する。
　本工程では、ＷＦ６とＨ２を併行して流し、処理室２０１内で混合させる。ガス供給管３１０にＷＦ６を、キャリアガス供給管５１０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３１０のバルブ３１４、キャリアガス供給管５１０のバルブ５１４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５１０から流れ、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。ＷＦ６は、ガス供給管３１０から流れ、マスフローコントローラ３１２により流量調整され、気化器７００により気化され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給される。
また、ガス供給管３３０にＨ２を、キャリアガス供給管５３０にキャリアガス（Ｎ2）を流す。ガス供給管３３０のバルブ３３４、キャリアガス供給管５３０のバルブ５３４、および排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を共に開ける。キャリアガスは、キャリアガス供給管５２０から流れ、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。Ｈ２は、ガス供給管３３０から流れ、マスフローコントローラ３３２により流量調整され、流量調整されたキャリアガスを混合し、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給される。
　そして、処理室２０１内に供給されたＷＦ６とＨ２は、排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を１０～３０Ｐａの範囲であって、例えば２０Ｐａに維持する。マスフローコントローラ３１２で制御するＷＦ６の供給量は０．１～１．０ｇ／ｍｉｎである。マスフローコントローラ３２２で制御するＨ２の供給量は０．１～０．５ｓｌｍである。ＷＦ６及びＨ２にウエハ２００を晒す時間は所望の膜厚に達するまでである。このときヒータ２０７温度は、ウエハの温度が１００℃～５５０℃の範囲であって、例えば２００℃になるよう設定してある。
　ここで、第１の成膜工程と第２の成膜工程では、実質的に同じヒータ温度になるように設定しており、この場合は４５０℃としている。このように実質的に同じ温度としてインサイチューで処理を行うことにより、処理時間の短縮を図り、半導体装置の生産性を高める効果がある。
処理室２０１内に流しているガスは、ＷＦ６とＨ２及びＮ2、Ａｒ等の不活性ガスであり、ＷＦ６とＨ２が気相反応を起こして、第１の成膜工程で形成した第１の金属膜上に第２の金属膜が形成される。
　前述したように、ＣＶＤ法のような気相反応の場合、結晶化によって微細溝に対してボイドやシームが発生することが考えられるが、その原因は膜の結晶化であると考えられる。発明者は、膜の結晶化は膜の厚みや温度に依存することを見出した。そこで、本実施形態においては、第４の成膜工程Ｓ１８０においては、Ｗ膜の結晶化が起きる膜厚となる前に、ガスの供給を停止する。即ち、Ｓ１８０においては非晶質状態の膜を形成する。尚、結晶化が起きない膜厚として、０ｍよりも大きく、４ｎｍ以下が望ましく、ここでは３ｎｍから４ｎｍの範囲の厚みとする。
（判定工程　Ｓ１８２）
　判定工程Ｓ１５２にて、予め設定された処理時間が経過したと判断すると、ガス供給管３１０のバルブ３１４及びガス供給管３２０のバルブ３２４を閉め、ＷＦ６及びＨ２の供給を停止する。ここで、予め設定された処理時間とは、例えば成膜レートと結晶化となる膜厚から算出し、結晶化されない膜厚に収まるような処理時間とする。所定時間を経過していない場合は、引き続きガスを供給し、膜を形成する。
このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、残留ＷＦ６及びＨ２を処理室２０１内から排除する。またこのとき、ガス供給管５１０のバルブ５１４及びガス供給管５２０のバルブ５２４は開けておき、不活性ガスを処理室２０１内へ供給すると、更に残留ＷＦ６及びＮ２を排除する効果が高まる。
なお、判定工程Ｓ１８２における所定時間は、判定工程Ｓ１５２における所定時間と同様の時間であっても良い。しかしながら、タングステン膜の厚みを調整する場合は、結晶化しない時間であって、且つ所望の厚みを達成できる時間であればよく、したがってＳ１５２の判定時間と異なっても良い。
（残留ガス除去工程　Ｓ１７３）
　結晶化されない膜厚の非晶質タングステン膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ2ガス等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。残留ガスを排出したら、基板処理を終了し、大気圧復帰工程Ｓ１９０に移行する。
（大気圧復帰工程　Ｓ１９０）
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）。
（ボートアンロード工程　Ｓ２００）
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とともに、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。
（ウエハディスチャージ工程　Ｓ２１０）
その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。これにより１回の成膜処理（バッチ処理）が終了する。
　続いて、本実施形態に係る第１成膜工程Ｓ１４０、第２成膜工程Ｓ１５０と、第３成膜工程Ｓ１６０、第４成膜工程Ｓ１７０で形成される膜との関係について、図８、図９及び図１３を例に説明する。
　図１３（Ａ）は、搬入されたウエハの状態を説明した図であり、説明の便宜上、極細溝を構成する溝周囲の犠牲膜６１２等は省略し、形成済みの膜のみ記載している。搬入されたウエハ２００には、既に電荷蓄積層としてのシリコン酸化（ＳｉＯ２）層６０１がウエハ上に形成されており、更にその上にはバリアメタル層としての窒化チタン（ＴｉＮ）層６０２が形成されている。尚、バリアメタル層は、ＴｉＮの替わりに窒化タンタル（ＴａＮ）でも良い。バリアメタル層を用いることで、本発明で形成するＷ層とＳｉＯ２層６０１との密着性を高めることが可能となる。
　図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の状態のウエハに対して本発明の第１の成膜工程Ｓ１４０を実施した状態の説明図であり、第１の成膜工程Ｓ１４０にて第１の金属膜であるシード層６０３ａを形成する。第１の成膜工程でシード層６０３ａを形成しているので、シード層６０３ａの表面は滑らかな状態である。したがって、この後にシード層６０３ａ上に形成される膜のラフネスを抑える事が可能となる。
　図１３（Ｃ）は、図１３（Ｂ）の状態のウエハに対して、本発明の第２の成膜工程Ｓ１５０を実施した状態の説明図である。シード層６０３ａ上に、第２の金属膜である非晶質Ｗ層６０３ｂ（１）を形成する。非晶質層６０３ｂ（１）は、第１の成膜工程や第３の成膜工程である交互供給処理時に発生する残留物（本実施形態ではＢ成分）を含まないため電気抵抗が低い。更には結晶化されていない膜であるのでボイドやシームが発生しない状態でシード層６０３ａ上に堆積される。非晶質層６０３ｂ（１）は、抵抗率が少ない状態で膜厚を稼ぐために、膜が結晶化しない範囲で後述する薄膜Ｗ層６０３ｃよりも厚くする。このようにすることで、交互供給のみによる成膜処理よりも、早い成膜速度で且つ低抵抗の膜を形成することができる。
　図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）の状態のウエハに対して本発明の第４の成膜工程Ｓ１６０を実施した状態の説明図であり、非晶質層６０３ｂ（１）上に、第２の金属膜である薄膜Ｗ層６０３ｃ（１）を形成する。このとき、膜中に取り込まれるボロン（Ｂ）成分が下方の非晶質層６０３ｂ（１）に移動し、非晶質層の結晶化を抑制する。更には、薄膜Ｗ層６０３ｃ（１）は、この直後に行われる第３の成膜工程Ｓ１５０によって、薄膜Ｗ層６０３ｃ（１）上に形成される非晶質層６０３ｂ（２）と非晶質層６０３ｂ（１）との間に存在するので、非晶質層６０３ｂ（２）を形成する際の非晶質層６０３ｂ（１）の結晶化を抑制することができる。ここではＢ成分を、例えば不純物と呼ぶ。
　図１３（Ｅ）は、図１３（Ｄ）の状態のウエハに対して本発明の第３の成膜工程Ｓ１５０を実施した状態の説明図であり、薄膜Ｗ層６０３ｃ（１）上に第２の金属膜である非晶質層６０３ｂ（２）を形成する。
　図１３（Ｆ）は、第２の成膜工程及び第３の成膜工程を繰り返し、更に第４工程を実施しすることで形成されるＷ膜を説明した図である。シード層６０３ａ上には、第２の成膜工程で形成される非晶質層６０３ｂ（ｚ）と第３の成膜工程で形成される薄膜Ｗ層６０３ｃ（ｚ）が交互に形成されている。シード層６０３ａの形成工程を含め、第２の成膜工程及び第３の成膜工程をｚ回繰り返すことで所望の膜厚のＷ膜を形成する。
Ｗ膜の最上層６０３ｄは第４の成膜工程によって形成される膜である。薄膜Ｗ層６０３ｃは、前述のように複数回交互に供給して形成する膜であり、分解したガスを用いるため、せいぜい３Å程度の厚みである。それに対し、気相反応を用いて形成される非晶質層６０３ｂは、後述するように３ｎｍから４ｎｍ程度である。したがって、十数ｎｍの膜厚に制御する際は、第３の成膜工程を用いて薄膜Ｗ層を形成する場合非常に時間がかかるため、膜厚を調整する場合、第４の成膜工程を用いて非晶質膜を形成する。このようにすることで、低抵抗であり且つ所望の厚みを有する膜を効率良く形成することが可能となる。
　以上のような方法で膜を形成すると、非晶質状態の膜が主となるので、膜応力の低い膜が形成される。即ち、図７（Ａ）のように、ウエハ側面２００ａやウエハ裏面２００ｂに膜が形成されたとしても、膜剥がれが起きにくい膜を形成することができる。
（アニール工程）
成膜後、形成されたタングステン膜に対して、窒素雰囲気でアニール処理（加熱処理）を行うことが望ましい。アニール処理は、第２の成膜工程に引き続き、処理室２０１内で実施しても、他のアニール装置に基板を移動してアニール処理しても良い。ここでは、タングステン膜を形成した後、引き続き処理室２０１内でアニールする方法について説明する。
　第１の成膜工程から第４の成膜工程を実施したら、大気圧復帰工程Ｓ１７０に移行する前に、次の動作を実施する。
　残留ガス除去工程Ｓ１５３の後、第１の成膜工程及び第２の成膜工程を所定回数実施したら、各供給系のノズルからキャリアガスとして使用していたＮ２ガスを処理室２０１内に供給し、窒素雰囲気とする。それと共に、ウエハ２００の温度を６００℃程度に上昇させるようヒータ２０７を制御し、ウエハのアニール処理を行う。
図１４は、結晶構造をＸ線解析手法にて評価した結果である。（Ａ）は、第１から第４の成膜工程で形成したタングステン層の評価結果であり、（Ｂ）は（Ａ）のタングステン層を６００℃でアニール処理した層の評価結果である。横軸は測定時の角度を示し、縦軸は強度を示している。この評価結果においては、αのように急峻な角度の場合は結合強度が強いと判断される。αはβに比べ急峻な角度であるので、βに比べて結晶化化されているといえる。即ち、アニール処理をすることで、結晶化されることがわかる。
（比較例の説明）
　続いて比較例を説明する。
　比較例では、本発明に係る実施形態と同様の装置を用いるが、基板処理方法及びそれに関する装置の制御方法が異なる。
以下の説明においては、比較例の基板処理方法におけるウエハチャージ工程、ボートロード工程、圧力・温度調整工程、大気圧復帰工程、ボートアンロード工程、ウエハディスチャージ工程は、本発明に係る実施形態と同様の方法であるので説明を省略する。ここでは、相違する成膜工程について説明する。
　（比較例における基板処理方法）
　（成膜工程）
　比較例に係る成膜工程では、本実施形態と同様の基板を処理対象とし、溝６１１にＷ膜を形成することを目的とする。
　基板が搬入されたのち、処理室内の圧力、温度が所望の値となったら、Ｂ２Ｈ６とＷＦ６の交互供給を１サイクルとし、そのサイクルを複数回行う。そのサイクルでは、基板表面に形成された原料（ＷＦ）成分に対して、第１の反応ガスの水素成分が、基板表面のフッ素成分と反応し気体となって還元され、Ｗ膜が形成される。
　Ｂ２Ｈ６を供給する工程ではＢ２Ｈ６を分解し、ＷＦ６を供給する工程ではＷＦ６を分解する。それら分解したガスが一サイクルごとに反応し、結合度の高い緻密な膜を形成する。
（比較例と本実施形態との比較）
　ところで、比較例は本実施形態に比べ次の問題がある。
　第１に抵抗値が高い点である。比較例の場合、一層ごとにＢ成分が含まれ、その層が所望の膜厚になるまで積層されるので、結果的に抵抗値が上昇する。従って、本実施形態と違い、電極への採用に適さない膜となってしまう。電極に用いる際には、本実施形態における基板処理方法が望ましい。
　第２に、応力が高い点である。応力については図１４を用いて説明する。図１４は形成された膜とその膜応力をまとめたものである。図１４の「Ｗ膜（１）」は、第１の成膜工程から第４の成膜工程を実施して形成した膜である。「Ｗ膜（２）」は、Ｗ膜（１）をアニールした膜である。ここでは膜ごとに計測した応力データを掲載している。「比較例のＷ膜」は比較例で形成した膜である。
図１４に記載のように、Ｗ膜（１）は１１１０.２ＭＰａであり、Ｗ膜（２）は１１２２.９ＭＰａであり、比較例の膜応力は１９９１．４ＭＰａである。このことから、比較例は本実施形態に比べ、膜応力が著しく高いことがわかる。即ち、比較例は本実施形態にべ、膜応力に基づいく膜剥がれが起きやすい。これに対して、本実施形態の場合膜応力が低いので、膜剥がれが起きにくい。
尚、上記実施形態では非晶質膜を形成する際にＷＦ６とＨ２を用いたが、本発明はそれに限るものではなく、例えばＷＦ６とＢ２Ｈ６でも良い。
　また、上記実施形態では、フラッシュメモリのフローティングゲート電極の形成方法を例にして説明したが、本発明はそれに限るものではなく、例えばフラッシュメモリのコントロール電極や金属製の配線でも良い。
また、上記実施形態では金属膜としてタングステン、極薄膜としてボロンを含んだタングステン膜を用いて説明したが本発明はそれに限るものではなく、金属膜としては窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化亜鉛（ＺｎＮ）などの金属窒化物や金属炭化膜、銅（Ｃｕ）やルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜やそれぞれを組み合わせた膜にも適応でき、極薄膜としては非晶質を保つ薄い金属膜や金属窒化膜、金属炭化膜やそれぞれを組み合わせた膜を用いた場合にも適用できる。
　また、上記実施形態は、大口径化ウエハの処理において特に有効である。具体的には次の理由による。
　近年、歩留まり向上を目的として、従来のウエハ（例えば３００ｍｍウエハ）から大口径化（例えば４５０ｍｍ）が図られており、大きな基板になるほど成膜面積が増加している。成膜面積が増加するとより熱応力の影響が顕著になるため、熱応力の低下が求められている。これは、基板側面や基板裏面に限らず、バリア膜が形成されている基板処理面にも言える。
　本発明は、応力を低くすることが可能であるので、大口径化ウエハにおいても膜剥がれを抑制することができる。従って、大口径化ウエハにおいてはより有効な発明である。なお、上記においては大口径化について記載したが、それに限るものではなく、例えば成膜面積が増加する３次元デバイス構造においてもより有効である。
　［本発明の好ましい態様］
　以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属膜が形成されていない基板を搬入する基板搬入工程と、
前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する第１の成膜工程と、
　前記金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する第２の成膜工程と、
　前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する第３の成膜工程と、
　前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と
　前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する第４の成膜工程と、
を有する半導体デバイスの製造方法。
（付記２）
　前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスは異なるガス種であって、それぞれの反応ガスは少なくとも還元性の性質を有するガスである付記１記載の半導体デバイスの製造方法。
（付記３）
　前記金属化合物は、少なくともフッ素成分を含有し、前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスは、前記フッ素成分を還元する性質を有する付記１または２記載の半導体デバイスの製造方法。
（付記４）
前記成膜工程の後、前記基板を加熱する加熱工程とを有する付記１から３の内、いずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
（付記５）
　前記第４の金属膜は、前記第３の金属膜よりも薄く形成される付記１から４の内、いずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
（付記６）
　前記第２の金属成分はタングステンである付記１から５の内、いずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
（付記７）
　前記第１の金属成分はチタンである付記１から６の内、いずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
（付記８）
　　基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属成分含有膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属成分含有膜が形成されていない基板が搬入される処理室と、
　第１の成膜工程、第２の成膜工程、第３の成膜工程、第４の成膜工程を実行する際、前記処理室に前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物金属化合物を供給する金属化合物供給系と、
　前記第１の成膜工程、前記第３の成膜工程を実行する際、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを前記金属化合物と交互に前記処理室に供給する第１の反応ガス供給系と、
　前記第２の成膜工程、前記第４の成膜工程を実行する際、記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを前記金属化合物と混合させる第２の反応ガス供給系と、
　前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
　前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する前記第１の成膜工程と、
　前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する前記第２の成膜工程と、
　前記金属化合物と前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する前記第３の成膜工程と、
　前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と
前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する前記第４の成膜工程と、
を行うよう制御する制御部と
　を有する基板処理装置。
（付記９）
基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属膜が形成されていない基板を搬入する基板搬入工程と、
前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する第１の成膜工程と、
　前記金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する第２の成膜工程と、
　前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する第３の成膜工程と、
　前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と
　前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する第４の成膜工程と、
をコンピュータに実行させるプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
　２００　ウエハ
　２０１　処理室
　２０２　処理炉
　２０３　反応管
　２０７　ヒータ
　２１７　ボート
　２１８　ボート支持台
　２３１　排気管
　２４３　バルブ
　２４６　真空ポンプ
　２６７　ボート回転機構
　２８０　コントローラ
　３１０，３２０、３３０　ガス供給管
　３１２，３２２，３３２　マスフローコントローラ
　３１４，３２４，３３４　バルブ
　４１０，４２０，４３０　ノズル
　４１０ａ，４２０ａ、４３０ａ　ガス供給孔
 
 

Claims (5)

  1. 基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属成分含有膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属成分含有膜が形成されていない基板を搬入する基板搬入工程と、
    前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する第１の成膜工程と、
    　前記金属化合物と、前記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する第２の成膜工程と、
    　前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する第３の成膜工程と、
    　前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と
    　前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する第４の成膜工程と、
    を有する半導体デバイスの製造方法。
  2. 　前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスは異なるガス種であって、それぞれの反応ガスは少なくとも還元性の性質を有するガスである請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。
  3. 　前記金属化合物は、少なくともフッ素成分を含有し、前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスは、前記フッ素成分を還元する性質を有する請求項１または２記載の半導体デバイスの製造方法。
  4. 前記成膜工程の後、前記基板を加熱する加熱工程とを有する請求項１から３の内、いずれか一つに記載の半導体デバイスの製造方法。
  5. 　基板処理面に少なくとも第１の金属成分が含有される第１の金属成分含有膜が形成され、それ以外の面に前記第１の金属成分含有膜が形成されていない基板が搬入される処理室と、
    　第１の成膜工程、第２の成膜工程、第３の成膜工程、第４の成膜工程を実行する際、前記処理室に前記第１の金属成分と異なる成分である第２の金属成分を少なくとも含有する金属化合物金属化合物を供給する金属化合物供給系と、
    　前記第１の成膜工程、前記第３の成膜工程を実行する際、前記金属化合物に対して反応性を有する第１の反応ガスを前記金属化合物と交互に前記処理室に供給する第１の反応ガス供給系と、
    　前記第２の成膜工程、前記第４の成膜工程を実行する際、記金属化合物に対して反応性を有する第２の反応ガスを前記金属化合物と混合させる第２の反応ガス供給系と、
    　前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
    　前記金属化合物と、前記第１の反応ガスを交互に複数回処理室に供給して、前記処理室内に載置された基板に第２の金属膜を形成する前記第１の成膜工程と、
    　前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第２の金属膜上に非晶質膜状態の第３の金属膜を形成する前記第２の成膜工程と、
    　前記金属化合物と前記第１の反応ガスを交互に少なくとも１回供給して、前記第３の金属膜上に第４の金属膜を形成する前記第３の成膜工程と、
    　前記２の成膜工程と第３の成膜工程を交互に複数回行う工程と、
    前記金属化合物と、前記第２の反応ガスを互いに混合するよう前記処理室に供給して、前記第４の金属膜上に、非晶質膜状態の第５の金属膜を形成する前記第４の成膜工程と、
    を行うよう制御する制御部と
    　を有する基板処理装置。
     
     
     
     
     
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