JP7047117B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置及び記録媒体 - Google Patents
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Description
本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置及び記録媒体に関する。
近年、半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、様々な種類の金属膜が用いられ、３次元構造の半導体装置の製造が行なわれている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
３次元構造の半導体装置の一例であるＮＡＮＤ型フラッシュメモリのコントロールゲートにはタングステン膜（Ｗ膜）等が用いられている。このＷ膜の抵抗がデバイス特性に与える影響は大きく、埋め込み性がよく、かつ高品質、低抵抗な膜が要求される。
また、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのコントロールゲートとして用いられるＷ膜は、図１に示すような表面にトレンチやホール等の凹部５が形成され、凹部５の側面から横方向すなわち水平方向に横穴６が形成されたウエハ２００に対して、ガスが供給されて形成される。図１における矢印は、ガスの流れを示している。なお、凹部５は、ウエハ２００の表面に対して垂直な方向に延びるように設けられており、横穴６は、凹部５の側面から凹部５の深さ方向とは異なる方向、すなわち、ウエハ２００の表面に対して平行な方向に延びるように設けられている。なお、図１では、横穴６は、左右方向に延びる様子が示されているが、奥行き方向にも延びるように形成されている。また、横穴６は、ホール状であってもよく、トレンチ状であってもよい。凹部５、横穴６を、それぞれ、第１凹部、第２凹部とも称する。
しかし、ウエハ２００の凹部５から横方向に形成された横穴６にＷ膜を形成する際に、横穴６の入口付近でＷ膜が厚くなる傾向がある。このため、横穴６の入口付近が先に塞がってしまい、横穴６の奥側までガスが届かず、横穴６内にＷ膜が埋め込まれずに隙間が形成されてしまう場合がある。この隙間によりＷ膜が埋め込まれる量が少なくなるため、隙間が無い場合と比べてＷ膜の抵抗が高くなってしまう。
本開示の一態様によれば、
（ａ）表面に、第１凹部と前記第１凹部の側面から前記第１凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部と、が形成された基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記基板に対して、ハロゲン含有ガスを供給する工程と、
（ｄ）前記基板に対して、酸素含有ガスを供給する工程と、
を有する技術が提供される。
（ａ）表面に、第１凹部と前記第１凹部の側面から前記第１凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部と、が形成された基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記基板に対して、ハロゲン含有ガスを供給する工程と、
（ｄ）前記基板に対して、酸素含有ガスを供給する工程と、
を有する技術が提供される。
本開示によれば、表面に形成された凹部とこの凹部の側面から凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた別の凹部に隙間が形成されることを抑制して基板に膜を形成することができる。
＜本開示の一実施形態＞
以下、本開示の一実施形態について、図２～６を参照しながら説明する。基板処理装置１０は半導体装置の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。
以下、本開示の一実施形態について、図２～６を参照しながら説明する。基板処理装置１０は半導体装置の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。
（１）基板処理装置の構成
基板処理装置１０は、加熱手段（加熱機構、加熱系、加熱部）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。
基板処理装置１０は、加熱手段（加熱機構、加熱系、加熱部）としてのヒータ２０７が設けられた処理炉２０２を備える。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成するアウタチューブ２０３が配設されている。アウタチューブ２０３は、例えば石英（ＳｉＯ2）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ２０３の下方には、アウタチューブ２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）などの金属で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部と、アウタチューブ２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となる。
アウタチューブ２０３の内側には、反応容器を構成するインナチューブ２０４が配設されている。インナチューブ２０４は、例えば石英（ＳｉＯ2）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。主に、アウタチューブ２０３と、インナチューブ２０４と、マニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部（インナチューブ２０４の内側）には処理室２０１が形成されている。なお、ここでは、処理容器（反応容器）、処理室２０１の構成にインナチューブ２０４を含めたが、インナチューブ２０４が無い構成であっても良い。
処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。
処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０がマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３２０，３３０が、それぞれ接続されている。このように、基板処理装置１０には３本のノズル４１０，４２０，４３０と、３本のガス供給管３１０，３２０，３３０とが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することができるように構成されている。ただし、本実施形態の処理炉２０２は上述の形態に限定されない。
ガス供給管３１０，３２０，３３０には上流側から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２，３２２，３３２がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管３１０，３２０，３３０には、開閉弁であるバルブ３１４，３２４，３３４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０，３３０のバルブ３１４，３２４，３３４の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管５１０，５２０，５３０がそれぞれ接続されている。ガス供給管５１０，５２０，５３０には、上流側から順に、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２及びバルブ５１４，５２４，５３４がそれぞれ設けられている。
ガス供給管３１０，３２０，３３０の先端部にはノズル４１０，４２０，４３０がそれぞれ連結接続されている。ノズル４１０，４２０，４３０は、Ｌ字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁及びインナチューブ２０４を貫通するように設けられている。ノズル４１０，４２０，４３０の垂直部は、インナチューブ２０４の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状（溝形状）の予備室２０１ａの内部に設けられており、予備室２０１ａ内にてインナチューブ２０４の内壁に沿って上方（ウエハ２００の配列方向上方）に向かって設けられている。
ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から処理室２０１の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ２００と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａが設けられている。これにより、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからそれぞれウエハ２００に処理ガスを供給する。このガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、インナチューブ２０４の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ２０４の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａは、後述するボート２１７の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給された処理ガスは、ボート２１７の下部から上部までに収容されたウエハ２００、すなわちボート２１７に収容されたウエハ２００の全域に供給される。ノズル４１０，４２０，４３０は、処理室２０１の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート２１７の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
ガス供給管３１０からは、処理ガスとして、金属元素を含むガス（以下、「金属含有ガス」とも呼ぶ）が、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。金属含有ガスとしては、例えば金属元素としてのタングステン（Ｗ）を含み、ハロゲン元素としてのフッ素（Ｆ）を含むハロゲン含有ガスとしての六フッ化タングステン（ＷＦ6）ガスが用いられる。
ガス供給管３２０からは、処理ガスとして、還元ガスが、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。還元ガスとしては、例えば水素（Ｈ）を含むガス（以下、「水素含有ガス」とも呼ぶ）である水素（Ｈ2）ガスを用いることができる。
ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、酸素（Ｏ）を含むガス（以下、「酸素含有ガス」とも呼ぶ）が、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４、ノズル４３０を介して処理室２０１内に供給される。酸素含有ガスとしては、例えば酸素（Ｏ2）ガスを用いることができる。
ガス供給管５１０，５２０，５３０からは、不活性ガスとして、例えば窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４、ノズル４１０，４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給される。なお、以下、不活性ガスとしてＮ2ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Ｎ2ガス以外に、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いてもよい。
主に、ガス供給管３１０，３２０，３３０、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２、バルブ３１４，３２４，３３４、ノズル４１０，４２０，４３０により処理ガス供給系（処理ガス供給部）が構成されるが、ノズル４１０，４２０，４３０のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系を、単に、ガス供給系と称することもできる。ガス供給管３１０から金属含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により金属含有ガス供給系（金属含有ガス供給部）が構成されるが、ノズル４１０を金属含有ガス供給系に含めて考えてもよい。また、金属含有ガス供給系をハロゲン含有ガス供給系と称することもできる。ガス供給管３２０から還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０、ＭＦＣ３２２、バルブ３２４により還元ガス供給系（還元ガス供給部）が構成されるが、ノズル４２０を還元ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管３２０から還元ガスとして水素含有ガスを供給する場合、還元ガス供給系を水素含有ガス供給系（水素含有ガス供給部）と称することもできる。ガス供給管３３０から酸素含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０、ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により酸素含有ガス供給系（酸素含有ガス供給部）が構成されるが、ノズル４３０を酸素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４により不活性ガス供給系（不活性ガス供給部）が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。
本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ２０４の内壁と、複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内の予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０，４３０を経由してガスを搬送している。そして、ノズル４１０，４２０，４３０のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａからインナチューブ２０４内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａ、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａ及びノズル４３０のガス供給孔４３０ａにより、ウエハ２００の表面と平行方向、すなわち水平方向に向かって原料ガス等を噴出させている。
排気孔（排気口）２０４ａは、インナチューブ２０４の側壁であってノズル４１０，４２０，４３０に対向した位置、すなわち予備室２０１ａとは１８０度反対側の位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。そのため、ノズル４１０，４２０，４３０のガス供給孔４１０ａ，４２０ａ，４３０ａから処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、残留するガス（残ガス）は、排気孔２０４ａを介してインナチューブ２０４とアウタチューブ２０３との間に形成された隙間で構成される排気路２０６内に流れる。そして、排気路２０６内へと流れたガスは、排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。
排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００と対向する位置（好ましくはボート２１７の上部から下部と対向する位置）に設けられており、ガス供給孔４１０ａ、４２０ａ、４３０ａから処理室２０１内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行方向に向かって流れた後、排気孔２０４ａを介して排気路２０６内へと流れる。すなわち、処理室２０１に残留するガスは、排気孔２０４ａを介してウエハ２００の主面に対して平行に排気される。なお、排気孔２０４ａはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
マニホールド２０９には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、上流側から順に、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができる。主に、排気孔２０４ａ，排気路２０６，排気管２３１，ＡＰＣバルブ２４３及び圧力センサ２４５により、排気系すなわち排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属で構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９における処理室２０１の反対側には、ウエハ２００を収容するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７及びボート２１７に収容されたウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される断熱板２１８が水平姿勢で多段（図示せず）に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
図３に示すように、インナチューブ２０４内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電量を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル４１０，４２０及び４３０と同様にＬ字型に構成されており、インナチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ）をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピ等を読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３１２，３２２，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４，３３４，５１４，５２４，５３４の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及びＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動及び停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、ボート２１７へのウエハ２００の収容動作等を制御するように構成されている。
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程（成膜工程）
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、図１に示されているような表面にトレンチやホール等の凹部５が形成され、この凹部５に連通し、凹部５からウエハ表面に対して水平方向（横方向）に横穴６が形成されたウエハ２００に金属層としてのＷ層を成膜する工程の一例について、図５及び図６を用いて説明する。本基板処理工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、図１に示されているような表面にトレンチやホール等の凹部５が形成され、この凹部５に連通し、凹部５からウエハ表面に対して水平方向（横方向）に横穴６が形成されたウエハ２００に金属層としてのＷ層を成膜する工程の一例について、図５及び図６を用いて説明する。本基板処理工程は、上述した基板処理装置１０の処理炉２０２を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
本実施形態による基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、
（ａ）表面に第１凹部としての凹部が形成され、この凹部の側面からこの凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部としての横穴が形成されたウエハ２００に対して、金属含有ガスとしてＷＦ6ガスを供給する工程と、
（ｂ）ウエハ２００に対して、還元ガスとしてＨ2ガスを供給する工程と、
を有し、（ａ）と（ｂ）を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程と、
（ｃ）ウエハ２００に対して、ハロゲン含有ガスとしてＷＦ6ガスを供給する工程と、
（ｄ）ウエハ２００に対して、酸素含有ガスとしてＯ2ガスとＨ2ガスを供給する工程と、
を有し、（ｃ）と（ｄ）を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程と、
を行って、ウエハ２００上に金属層であるＷ層を形成する。
（ａ）表面に第１凹部としての凹部が形成され、この凹部の側面からこの凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部としての横穴が形成されたウエハ２００に対して、金属含有ガスとしてＷＦ6ガスを供給する工程と、
（ｂ）ウエハ２００に対して、還元ガスとしてＨ2ガスを供給する工程と、
を有し、（ａ）と（ｂ）を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程と、
（ｃ）ウエハ２００に対して、ハロゲン含有ガスとしてＷＦ6ガスを供給する工程と、
（ｄ）ウエハ２００に対して、酸素含有ガスとしてＯ2ガスとＨ2ガスを供給する工程と、
を有し、（ｃ）と（ｄ）を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程と、
を行って、ウエハ２００上に金属層であるＷ層を形成する。
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（ウエハ搬入）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図２に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介して反応管２０３の下端開口を閉塞した状態となる。
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図２に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介して反応管２０３の下端開口を閉塞した状態となる。
（圧力調整および温度調整）
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。また、回転機構２６７によるウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
［Ｗ層形成工程］
続いて、ウエハ２００上に、金属層として例えばＷ層４を形成するステップを実行する。
続いて、ウエハ２００上に、金属層として例えばＷ層４を形成するステップを実行する。
（ＷＦ6ガス供給 ステップＳ１０）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に金属含有ガスであるＷＦ6ガスを流す。ＷＦ6ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ＷＦ6ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４２０，４３０内へのＷＦ6ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３２０，３３０、ノズル４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に金属含有ガスであるＷＦ6ガスを流す。ＷＦ6ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ＷＦ6ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４２０，４３０内へのＷＦ6ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３２０，３３０、ノズル４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１～６６５０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＷＦ6ガスの供給流量は、例えば０．０１～１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ2ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＷＦ6ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～３０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２５０～５５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に流しているガスはＷＦ6ガスとＮ2ガスのみであり、ＷＦ6ガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの金属含有層としてのＷ含有層が形成される。
（残留ガス除去 ステップＳ１１）
Ｗ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、ＷＦ6ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ6ガスを処理室２０１内から排除する。このときバルブ５１４，５２４，５３４は開いたままとして、Ｎ2ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ6ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
Ｗ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、ＷＦ6ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ6ガスを処理室２０１内から排除する。このときバルブ５１４，５２４，５３４は開いたままとして、Ｎ2ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ6ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
（Ｈ2ガス供給 ステップＳ１２）
バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に還元ガスであるＨ2ガスを流す。Ｈ2ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ2ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、Ｈ2ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４１０，４３０内へのＨ2ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５３４を開き、ガス供給管５１０，５３０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３１０，３３０、ノズル４１０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
バルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内に還元ガスであるＨ2ガスを流す。Ｈ2ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ2ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５２４を開き、ガス供給管５２０内にＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５２０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５２２により流量調整され、Ｈ2ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４１０，４３０内へのＨ2ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５３４を開き、ガス供給管５１０，５３０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３１０，３３０、ノズル４１０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２で制御するＨ2ガスの供給流量は、例えば０．１～５０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ2ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｈ2ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．１～２０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２００～６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に流しているガスはＨ2ガスとＮ2ガスのみであり、Ｈ2ガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの金属層としてのＷ層が形成される。
（残留ガス除去 ステップＳ１３）
Ｗ層が形成された後、バルブ３２４を閉じ、Ｈ2ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ１１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ層形成に寄与した後のＨ2ガスを処理室２０１内から排除する。
Ｗ層が形成された後、バルブ３２４を閉じ、Ｈ2ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ１１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ層形成に寄与した後のＨ2ガスを処理室２０１内から排除する。
（所定回数実施）
上記したステップＳ１０～ステップＳ１３を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回））実行することにより、ウエハ２００上に、所定の厚さのＷ層を形成する。上述のサイクルは、複数回実行するのが好ましい。
上記したステップＳ１０～ステップＳ１３を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回））実行することにより、ウエハ２００上に、所定の厚さのＷ層を形成する。上述のサイクルは、複数回実行するのが好ましい。
［Ｗ層エッチング工程］
続いて、ウエハ２００のＷ層表面上に、金属含有層としてのＷ含有層を形成し、このＷ含有層の一部を金属酸素含有層としてのＷＯ含有層に改質する（エッチングする）ステップを実行する。ＷＯ含有層は、例えば、Ｗ含有層の表面側に形成される。即ち、Ｗ含有層の表面側の数層が、ＷＯ含有層に改質した場合は、その数層がエッチングされる。
続いて、ウエハ２００のＷ層表面上に、金属含有層としてのＷ含有層を形成し、このＷ含有層の一部を金属酸素含有層としてのＷＯ含有層に改質する（エッチングする）ステップを実行する。ＷＯ含有層は、例えば、Ｗ含有層の表面側に形成される。即ち、Ｗ含有層の表面側の数層が、ＷＯ含有層に改質した場合は、その数層がエッチングされる。
（ＷＦ6ガス供給 ステップＳ２０）
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内にハロゲン含有ガスであるＷＦ6ガスを流す。ＷＦ6ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ＷＦ6ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４２０，４３０内へのＷＦ6ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３２０，３３０、ノズル４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内にハロゲン含有ガスであるＷＦ6ガスを流す。ＷＦ6ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＷＦ6ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整され、ＷＦ6ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４２０，４３０内へのＷＦ6ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３２０，３３０、ノズル４２０，４３０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１～６６５０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＷＦ6ガスの供給流量は、例えば０．０１～１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ2ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＷＦ6ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～３０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２５０～５５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に流しているガスはＷＦ6ガスとＮ2ガスのみであり、ＷＦ6ガスの供給により、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さの金属含有層としてのＷ含有層が形成される。
（残留ガス除去 ステップＳ２１）
Ｗ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、ＷＦ6ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ１１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ6ガスを処理室２０１内から排除する。
Ｗ含有層が形成された後、バルブ３１４を閉じ、ＷＦ6ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ１１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ含有層形成に寄与した後のＷＦ6ガスを処理室２０１内から排除する。
（Ｈ2ガス、Ｏ2ガス供給 ステップＳ２２）
バルブ３２４，３３４を開き、ガス供給管３２０，３３０内にそれぞれ水素含有ガスであるＨ2ガスと酸素含有ガスであるＯ2ガスを流す。Ｈ2ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。Ｏ2ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整され、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ2ガスとＯ2ガスが同時に供給されることとなる。またこのとき同時にバルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にそれぞれＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５２０，５３０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５２２，５３２により流量調整され、Ｈ2ガス、Ｏ2ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４１０内へのＨ2ガス、Ｏ2ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
バルブ３２４，３３４を開き、ガス供給管３２０，３３０内にそれぞれ水素含有ガスであるＨ2ガスと酸素含有ガスであるＯ2ガスを流す。Ｈ2ガスは、ＭＦＣ３２２により流量調整され、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。Ｏ2ガスは、ＭＦＣ３３２により流量調整され、ノズル４３０のガス供給孔４３０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ2ガスとＯ2ガスが同時に供給されることとなる。またこのとき同時にバルブ５２４，５３４を開き、ガス供給管５２０，５３０内にそれぞれＮ2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５２０，５３０内を流れたＮ2ガスは、ＭＦＣ５２２，５３２により流量調整され、Ｈ2ガス、Ｏ2ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４１０内へのＨ2ガス、Ｏ2ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ2ガスを流す。Ｎ2ガスは、ガス供給管３１０、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
このとき処理室２０１内に供給されるＯ2ガスの供給量を、処理室２０１内に供給されるＨ2ガスの供給量に比べて多くする。言い換えれば、処理室２０１内に供給されるＯ2ガスの供給比率を、Ｈ2ガスの供給比率よりも大きくする。なお、供給量は、流量と供給時間のいずれか又は両方により調整される。この様に供給することで、ＷＯ含有層の酸素比率を増やすことが可能となる。ＷＯ含有層の酸素比率を増やすことで、昇華させやすくなる。
このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２で制御するＨ2ガスの供給流量は、例えば０．１～５０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ３３２で制御するＯ2ガスの供給流量は、例えば０．１～１０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ2ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｈ2ガス、Ｏ2ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．１～２０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば２００～６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。このとき処理室２０１内に流しているガスはＨ2ガスとＯ2ガスとＮ2ガスのみであり、Ｈ2ガスとＯ2ガスの供給により、ステップＳ２０～ステップＳ２１においてウエハ２００（表面の下地膜）上に形成されたＷ含有層の一部が酸化されて、金属酸素含有層としてのＷＯ含有層に改質される。なお、ＷＯ含有層は、Ｗ含有層の表面側に形成される。金属酸素含有層は、少なくとも金属元素および酸素元素を含む層であり、この層を金属酸化層と称することもできる。本ステップにおいて、Ｗ含有層の少なくとも一部が酸化されることでタングステン酸化物ＷＯｘが生成される。ここでｘは自然数である。ＷＯｘは、上述の処理条件下で、昇華させることが可能である。すなわち、上述の処理条件は、Ｗ含有層の少なくとも一部をＷＯ含有層へ改質させると共に、改質されたＷＯ含有層を昇華させることが可能な処理条件である。つまり、本ステップでは、Ｗ含有層の少なくとも一部をＷＯ含有層へ改質させた後、このＷＯ含有層が自身の蒸気圧により、昇華が開始される。なお、Ｗ含有層の内、酸化されなかった部分は、Ｗ含有層として残ることとなる。
なお、Ｈ2ガスとＯ2ガスとを供給することにより、Ｏ2のみを供給した場合と比較して、酸化力の強い活性種を生成することが可能となる。酸化力の強い活性種を生成することにより、Ｗ含有層の表面のＷＯ含有層の均一性を向上させることが可能となる。
（残留ガス除去 ステップＳ２３）
ＷＯ含有層が形成された後、バルブ３２４，３３４を閉じ、Ｈ2ガスとＯ2ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ１１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷＯ含有層形成に寄与した後のＨ2ガスとＯ2ガスを処理室２０１内から排除する。なお、本ステップにおいても、ステップＳ２２で形成されたＷＯ含有層を昇華させることが可能であり、ステップＳ２２でＷＯ含有層を昇華し切れなかった場合は、本ステップにおいて残留したＷＯ含有層を昇華させることが可能である。
ＷＯ含有層が形成された後、バルブ３２４，３３４を閉じ、Ｈ2ガスとＯ2ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ１１と同様の処理手順により、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷＯ含有層形成に寄与した後のＨ2ガスとＯ2ガスを処理室２０１内から排除する。なお、本ステップにおいても、ステップＳ２２で形成されたＷＯ含有層を昇華させることが可能であり、ステップＳ２２でＷＯ含有層を昇華し切れなかった場合は、本ステップにおいて残留したＷＯ含有層を昇華させることが可能である。
（所定回数実施）
上記したステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うことにより、ウエハ２００上の所定の厚さのＷ含有層がＷＯ含有層に改質され、生成されたＷＯ含有層は昇華される。すなわち、ウエハ２００上のＷ含有層の内、所定厚さのＷ含有層が酸化されてエッチングされる。上記したステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｍ回））行うことにより、サイクル毎に、Ｗ含有層が所定の厚さ毎にエッチングされる。上述のサイクルは、Ｗ含有層が目的の厚さ分エッチングされるまで、複数回実行するのが好ましい。
上記したステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うことにより、ウエハ２００上の所定の厚さのＷ含有層がＷＯ含有層に改質され、生成されたＷＯ含有層は昇華される。すなわち、ウエハ２００上のＷ含有層の内、所定厚さのＷ含有層が酸化されてエッチングされる。上記したステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｍ回））行うことにより、サイクル毎に、Ｗ含有層が所定の厚さ毎にエッチングされる。上述のサイクルは、Ｗ含有層が目的の厚さ分エッチングされるまで、複数回実行するのが好ましい。
［所定回数実施］
そして、上述したＷ層形成工程のステップＳ１０～ステップＳ１３を順に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行った後、Ｗ層エッチング工程のステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うサイクルを所定回数（ｍ回）行って、このＷ層形成工程とＷ層エッチング工程を交互に所定回数（ｐ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さのＷ層を形成する。上述のサイクルは、複数回行うのが好ましい。なお、上記したｎは、ｍより大きい整数である。また、ｎとｍの比率は、Ｗ層形成工程の成膜レートや、Ｗ層エッチング工程のエッチングレートによって、適宜変更しても良い。また、横穴６を埋める工程の初期と後期とで、ｎとｍの比率を変更する様に構成しても良い。
そして、上述したＷ層形成工程のステップＳ１０～ステップＳ１３を順に行うサイクルを所定回数（ｎ回）行った後、Ｗ層エッチング工程のステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うサイクルを所定回数（ｍ回）行って、このＷ層形成工程とＷ層エッチング工程を交互に所定回数（ｐ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さのＷ層を形成する。上述のサイクルは、複数回行うのが好ましい。なお、上記したｎは、ｍより大きい整数である。また、ｎとｍの比率は、Ｗ層形成工程の成膜レートや、Ｗ層エッチング工程のエッチングレートによって、適宜変更しても良い。また、横穴６を埋める工程の初期と後期とで、ｎとｍの比率を変更する様に構成しても良い。
ここで、図７（Ａ）～図７（Ｅ）は、比較例における基板処理工程を用いて形成されるウエハ２００の断面を示す図である。比較例では、上述したＷ層形成工程（ステップＳ１０～Ｓ１３）のみを複数回行って、Ｗ層エッチング工程（ステップＳ２０～Ｓ２３）を行わない。比較例では、図７（Ａ）に示すように、表面に凹部５が形成され、凹部５から横方向に横穴６が形成されたウエハ２００の横穴６にＷ層４を形成する（埋め込む）際に、先ず凹部５と横穴６の表面に、金属層でありバリア層としての窒化チタン層（ＴｉＮ層）３を形成する（図７（Ｂ））。そして、上述したＷ層形成工程を複数回行うことにより、横穴６の入口付近でＷ層が厚くなり（図７（Ｃ））、横穴の入口付近が閉塞して横穴６の奥までＷ層４が埋め込まれずに隙間が形成されてしまう（図７（Ｄ））。図７（Ｅ）は、図７（Ｄ）の後に、凹部５と横穴６の入口付近に形成されたＷ層４とＴｉＮ層３をエッチバックした図を示している。
本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、表面に凹部５が形成され、凹部５から横方向に横穴６が形成されたウエハ２００の横穴６にＷ層４を形成する際に、先ず凹部５と横穴６の表面に、金属層でありバリア層としての窒化チタン層（ＴｉＮ層）３を形成する（図８（Ｂ））。そして、上述したＷ層形成工程とＷ層エッチング工程を交互に複数回行うことにより、凹部５と横穴６内に金属層であるＷ層４を埋め込む（図８（Ｃ）～図８（Ｅ））。すなわち、上述のＷ層形成工程を行って、横穴６内を埋め込むように、Ｗ層４を形成し（図８（Ｃ））、横穴６の入口付近が塞がる前に、上述のＷ層エッチング工程を行って、Ｗ層４をエッチングして横穴６の入口付近の間口を広げる（図８（Ｄ））。このように、Ｗ層形成工程とＷ層エッチング工程とをそれぞれ複数回行うことにより、ガスを横穴６の奥方向へ進入させて、Ｗ層４で埋め込まれない隙間を少なくすることができ、ウエハ２００の横穴６がＷ層４で埋め込まれる（図８（Ｅ））。そして、凹部５と横穴６の入口付近に埋め込まれたＷ層４とＴｉＮ層３に対して、エッチバックを行う（図８（Ｆ））。
つまり、Ｗ層エッチング工程としてＷ層形成工程後に酸素含有ガスであるＯ2ガスとＨ2ガスを供給することにより、ウエハ２００の横穴６の入口付近に形成されたＷ含有層を酸化させてＷＯ含有層に改質させる。これにより横穴６の入口付近に形成され、酸化層に改質されたＷＯ含有層がエッチングされる。すなわち、酸化した部分がエッチングされ、ガスを横穴６の奥方向へ進入させて、Ｗ層４に隙間を生じさせずに横穴６内にＷ層４を埋め込むことができる。そして、隙間が生じてしまったウエハ２００と比べて低抵抗化を達成できる。
なお、Ｗ層形成工程のサイクル数（ｎ回）と、Ｗ層エッチング工程のサイクル数（ｍ回）を比率制御することで、横穴６内に隙間を生じさせずにＷ層４を形成する（埋め込む）ことができる。また、Ｗ層形成工程において形成されるＷ層の膜厚（成膜レート）の割合によって、Ｗ層形成工程とＷ層エッチング工程のサイクル数の比率を制御することにより、横穴６内に隙間を生じさせずにＷ層４を形成する（埋め込む）ことができる。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
ガス供給管５１０，５２０，５３０のそれぞれからＮ2ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスや副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
ガス供給管５１０，５２０，５３０のそれぞれからＮ2ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガスや副生成物が処理室２０１内から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（ウエハ搬出）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
（３）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を得ることができる。
（ａ）表面に凹部が形成され、凹部から横方向に形成された横穴に隙間を生じさせずにＷ層を形成する（埋め込む）ことができる。
（ｂ）隙間が生じてしまったＷ層と比べて低抵抗化を達成できる。
（ｃ）横穴の形状や大きさに応じて、Ｗ層形成工程のサイクル数と、Ｗ層エッチング工程のサイクル数を比率制御することで、横穴に隙間を生じさせずにＷ層を形成する（埋め込む）ことができる。
（ｄ）Ｗ層形成工程において形成されるＷ層の膜厚（成膜レート）の割合によって、Ｗ層形成工程のサイクル数と、Ｗ層エッチング工程のサイクル数を比率制御することで、横穴に隙間を生じさせずにＷ層を形成する（埋め込む）ことができる。
（ｅ）Ｗ層エッチング工程において酸素含有ガスとしてＨ2ガスとＯ2ガスを用いる際に、Ｈ2ガスを９９％～０％の範囲内、Ｏ2ガスを１％～１００％の範囲内で、Ｈ2ガスとＯ2ガスの供給比率を異なるようにすることにより、エッチングレートを調整（制御）することができる。
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を得ることができる。
（ａ）表面に凹部が形成され、凹部から横方向に形成された横穴に隙間を生じさせずにＷ層を形成する（埋め込む）ことができる。
（ｂ）隙間が生じてしまったＷ層と比べて低抵抗化を達成できる。
（ｃ）横穴の形状や大きさに応じて、Ｗ層形成工程のサイクル数と、Ｗ層エッチング工程のサイクル数を比率制御することで、横穴に隙間を生じさせずにＷ層を形成する（埋め込む）ことができる。
（ｄ）Ｗ層形成工程において形成されるＷ層の膜厚（成膜レート）の割合によって、Ｗ層形成工程のサイクル数と、Ｗ層エッチング工程のサイクル数を比率制御することで、横穴に隙間を生じさせずにＷ層を形成する（埋め込む）ことができる。
（ｅ）Ｗ層エッチング工程において酸素含有ガスとしてＨ2ガスとＯ2ガスを用いる際に、Ｈ2ガスを９９％～０％の範囲内、Ｏ2ガスを１％～１００％の範囲内で、Ｈ2ガスとＯ2ガスの供給比率を異なるようにすることにより、エッチングレートを調整（制御）することができる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上記実施形態では、Ｗ層形成工程のステップＳ１０とＷ層エッチング工程のステップＳ２０において、同じ種類のガス（ＷＦ6ガス）を用いる例について説明したが、これに限らず、異なるガスを用いる場合にも適用できる。例えば、Ｗ層エッチング工程におけるハロゲン含有ガスとして、Ｗ層形成工程における金属元素を含まないハロゲンのみを含んでいればよい。ハロゲン元素は、例えば、フッ素（Ｆ）である。例えば、Ｆを含む３フッ化窒素（ＮＦ3）ガス、Ｆ2ガス等を用いる場合にも適用できる。Ｆを含むＦ系ガスは、エッチングガスとして好適に用いられる。Ｆ系ガスは、塩素（Ｃｌ）を含むＣｌ系ガスに比べて蒸気圧が高く、昇華しやすい反応生成物（ＷＦxＯy）が生成されるためである。
また上記実施形態では、Ｗ層エッチング工程のステップＳ２２において、Ｈ2ガスとＯ2ガスを同時に供給する場合を例にして説明したが、これに限らず、図９に示すように、Ｈ2ガスをＯ2ガスよりも先に処理室２０１内に供給し、先に供給を停止するようにしてもよい。言い換えれば、Ｏ2ガス供給をＨ2ガスよりも後に処理室２０１内に供給し、後に供給を停止するようにしてもよい。先に水素含有ガスを供給することで、ハロゲンガス分子中のハロゲン元素の一部を除去し、その後に供給される酸素含有ガスとウエハ２００上のハロゲンとの反応性を高くすることができる。上述の例では、ＷＦxとＯ2ガスとの反応性を向上させることができる。また、水素含有ガスを先に止めることにより、Ｗ層の表面に形成される反応生成物が還元され、反応生成物の昇華性が低下してしまうことを抑制することができる。
また上記実施形態では、Ｗ層エッチング工程のステップＳ２２において、処理室２０１内に供給されるＯ2ガスの流量を、処理室２０１内に供給されるＨ2ガスの流量に比べて多くする場合を例にして説明したが、これに限らず、処理室２０１内に供給されるＯ2ガスの供給時間を、処理室２０１内に供給されるＨ2ガスの供給時間に比べて長くするようにしてもよい。
また上記実施形態では、Ｗ層エッチング工程のステップＳ２２において、酸素含有ガスとしてＨ2ガスとＯ2ガスを用いる例について説明したが、これに限らず、Ｏ2ガス、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、水（Ｈ2Ｏ）等を用いる場合にも適用できる。Ｏ2ガス、Ｎ2Ｏガス、ＮＯガスは、Ｗ層内に入り込むため、複数層毎にエッチングすることが可能である。また、Ｈ2Ｏは、Ｗ層の表面に吸着するので、表面１層毎にエッチングすることが可能である。即ち、Ｈ2Ｏの様に、水素元素と酸素元素の両方を含むガス（酸素元素と水素元素の化合ガス）を供給した場合には、水素含有ガスと酸素含有ガスとを別々に供給した場合と比べて、エッチングレートを小さくすることが可能となる。即ち、膜厚のコントロール性が向上する。故に、隙間の形成が少ない場合には、Ｈ2Ｏの様なガスを供給して、開口を開ける様に処理工程を構成しても良い。また、処理工程の終盤で、ガスをＨ2Ｏに切り替えて、膜厚を調整するサイクルを行っても良い。
また上記実施形態では、上述したＷ層エッチング工程のステップＳ２２において、Ｏ2ガスと同時に供給する還元ガスとしてＨ2ガスを用いる例について説明したが、これに限らず、シラン（ＳｉＨ4）ガス、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2、略称ＤＣＳ）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガス等を用いる場合にも適用できる。ＳｉＨ4ガス、Ｓｉ2Ｈ6ガスは、成膜にも寄与するため、エッチングレートを調整することが可能である。
また上記実施形態では、金属層としてＷ層を形成する例について説明したが、これに限らず、成膜とエッチバックを行う導電性の膜に適用できる。
また上記実施形態では、フラッシュメモリのコントロールゲートにＷ層を用いる例について説明したが、これに限らず、ＭＯＳＦＥＴのワードライン向け電極やバリア膜を形成する場合にも適用できる。
以下に実施例を説明するが、本開示はこれらの実施例により限定されるものではない。
＜実施例＞
図１０（Ａ）は、本実施例におけるＷ層の成膜膜厚とエッチング膜厚のサイクル依存性を示す図であって、図１０（Ｂ）は、Ｗ層の成膜速度とエッチング速度を示す図である。
図１０（Ａ）は、本実施例におけるＷ層の成膜膜厚とエッチング膜厚のサイクル依存性を示す図であって、図１０（Ｂ）は、Ｗ層の成膜速度とエッチング速度を示す図である。
Ｗ層の成膜では、上述した基板処理装置１０を用いて上述の基板処理工程におけるＷ層形成工程（ステップＳ１０～Ｓ１３）を用いた。また、Ｗ層のエッチングでは、上述した基板処理装置１０を用いて上述の基板処理工程におけるＷ層エッチング工程（ステップＳ２０～Ｓ２３）を用いた。いずれの工程も処理室２０１内の温度を３８０℃で行った。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示されているように、Ｗ層の成膜は、ステップＳ１０～ステップＳ１３を順に行うサイクルを１００回以上行うと、サイクル数に応じて形成されるＷ層も膜厚が厚くなることが確認された。一方で、Ｗ層のエッチングは、ステップＳ２０～ステップＳ２３を順に行うサイクルを数十回行うだけで、Ｗ層がエッチングされ、成膜速度に比べてエッチング速度が速いことが確認された。
また、Ｗ層のエッチングにおいて、酸素含有ガスとしてＯ2ガスのみを用いる場合の方が、Ｈ2ガスとＯ2ガスを用いる場合と比較して、エッチング速度が速く、処理時間を短くすることができることが確認された。また、Ｗ層のエッチングにおいて、Ｈ2ガスとＯ2ガスを用いる場合の方が、Ｏ2ガスのみを用いる場合と比較して、エッチング速度（エッチングレート）を微調整できることが確認された。
すなわち、エッチングの目的によって、エッチング工程における酸素含有ガスとして、Ｏ2ガスのみを用いたり、Ｈ2ガスとＯ2ガスを用いたりして使い分けることで、エッチングレートを選択することができることとなる。
以上、本開示の種々の典型的な実施形態及び実施例を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態及び実施例に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
１０ 基板処理装置
１２１ コントローラ
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
１２１ コントローラ
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
Claims (24)
- （ａ）表面に、第１凹部と前記第１凹部の側面から前記第１凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部と、が形成された基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、
（ｂ）前記基板に対して、還元ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記基板に対して、ハロゲン含有ガスを供給する工程と、
（ｄ）前記基板に対して、酸素含有ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - （ｅ）前記（ａ）と、前記（ｂ）と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程を有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
- （ｆ）前記（ｃ）と、前記（ｄ）と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程を有する請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
- 前記（ｄ）において、前記酸素含有ガスに加えて、水素含有ガスを供給する請求項１から３のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素含有ガスの供給量を前記水素含有ガスの供給量よりも多くする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素含有ガスの供給流量を前記水素含有ガスの供給流量よりも多くする請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素含有ガスの供給時間を前記水素含有ガスの供給時間よりも長くする請求項４から６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記（ｄ）において、前記酸素含有ガスの供給は、前記水素含有ガスの供給を開始した後に開始する請求項４から７のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- 前記（ｄ）において、前記水素含有ガスの供給を停止した後に前記酸素含有ガスの供給を停止する請求項４から８のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- （ｇ）前記（ｆ）工程の後に、前記（ｃ）工程と、前記基板に対して酸素と水素とを含むガスを供給する工程と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する工程を有する請求項３から９のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- 前記（ｄ）において、前記酸素含有ガスは、水素を含む請求項１から３のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ハロゲン含有ガスは、フッ素含有ガスである請求項１から１１のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- 前記（ａ）において金属含有層を形成し、
前記（ｂ）において金属層を形成し、
前記（ｃ）において金属含有層を形成し、
前記（ｄ）において前記（ｃ）で形成した金属含有層を金属酸素含有層に改質する請求項１から１２のいずれか記載の半導体装置の製造方法。 - 前記（ａ）と、前記（ｂ）と、を少なくとも含むサイクルを複数回行った後に、前記（ｃ）と、前記（ｄ）と、を少なくとも含むサイクルを複数回行う工程を有する請求項１から１３のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
- 表面に、第１凹部と前記第１凹部の側面から前記第１凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部と、が形成された基板に対して、金属含有ガスを供給する金属含有ガス供給系と、
前記基板に対して、還元ガスを供給する還元ガス供給系と、
前記基板に対して、ハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給系と、
前記基板に対して、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
（ａ）前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給する処理と、（ｂ）前記基板に対して、前記還元ガスを供給する処理と、（ｃ）前記基板に対して、前記ハロゲン含有ガスを供給する処理と、（ｄ）前記基板に対して、前記酸素含有ガスを供給する処理と、を実行するように、前記金属含有ガス供給系、前記還元ガス供給系、前記ハロゲン含有ガス供給系及び前記酸素含有ガス供給系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記制御部は、（ｅ）前記（ａ）と、前記（ｂ）と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行するように制御することが可能なように構成される請求項１５記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、（ｆ）前記（ｃ）と、前記（ｄ）と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行するように制御することが可能なように構成される請求項１５又は１６に記載の基板処理装置。
- 前記基板に対して、前記酸素含有ガスに加えて、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系をさらに有し、
前記制御部は、前記（ｄ）において、前記酸素含有ガスに加えて、前記水素含有ガスを供給するように制御することが可能なように構成される請求項１５から１７のいずれか記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、前記酸素含有ガスの供給量を、前記水素含有ガスの供給量よりも多くするよう制御することが可能なように構成される請求項１８に記載の基板処理装置。
- （ａ）表面に、第１凹部と前記第１凹部の側面から前記第１凹部の深さ方向とは異なる方向に延びるように設けられた第２凹部と、が形成された基板に対して、金属含有ガスを供給する手順と、
（ｂ）前記基板に対して、還元ガスを供給する手順と、
（ｃ）前記基板に対して、ハロゲン含有ガスを供給する手順と、
（ｄ）前記基板に対して、酸素含有ガスを供給する手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - （ｅ）前記（ａ）と、前記（ｂ）と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する手順をさらに有する請求項２０記載の記録媒体。
- （ｆ）前記（ｃ）と、前記（ｄ）と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実行する手順をさらに有する請求項２０又は２１記載の記録媒体。
- 前記（ｄ）の手順において、前記酸素含有ガスに加えて、水素含有ガスを供給する請求項２０から２２のいずれか記載の記録媒体。
- 前記酸素含有ガスの供給量を、前記水素含有ガスの供給量よりも多くする請求項２３に記載の記録媒体。
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