WO2018061144A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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WO2018061144A1
WO2018061144A1 PCT/JP2016/078819 JP2016078819W WO2018061144A1 WO 2018061144 A1 WO2018061144 A1 WO 2018061144A1 JP 2016078819 W JP2016078819 W JP 2016078819W WO 2018061144 A1 WO2018061144 A1 WO 2018061144A1
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WO
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gas
film
metal
substrate
processing chamber
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PCT/JP2016/078819
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English (en)
French (fr)
Inventor
小川　有人
篤郎 清野
Original Assignee
株式会社日立国際電気
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a process of manufacturing a semiconductor device there is a case where a substrate process, for example, a film forming process is performed by supplying a processing gas to a substrate in a processing chamber.
  • LSI Large-Scale Integration
  • LSI Large-Scale Integration
  • a metal film in a portion where the opening is narrower than before.
  • a tungsten (W) -containing film is often used for the metal film, but since the adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film is low.
  • a barrier metal such as a tantalum nitride film (TaN film) or a titanium nitride film (TiN film) is inserted at the interface between the Si-based insulating film and the W-containing film.
  • the TaN film and the TiN film have problems such as high resistivity and easy oxidation.
  • An object of the present invention is to improve the adhesion between an insulating film and a W-containing film that is a metal film and maintain a low wiring resistance when a metal film is formed on the insulating film in a wiring process.
  • a first reducing gas composed of a borane-based gas or a silane-based gas is supplied to a substrate having an insulating film formed on the surface to reduce the insulating film.
  • the W-containing film Before forming the W-containing film, it is possible to improve the adhesion between the insulating film and the W-containing film by reducing the insulating film by irradiating the substrate on which the insulating film is formed with a reducing gas. Become. Furthermore, since a W-containing film that is a metal film is formed without using a barrier metal film such as a TaN film or a TiN film having a high resistivity, it is possible to maintain a low wiring resistance.
  • a barrier metal film such as a TaN film or a TiN film having a high resistivity
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a suitable flow for creating a sample.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the sample prepared in the flow of FIG. 1, wherein (a) shows the application of photoresist (PR) on the SiO film, (b) exposure / development, and (c) the region where W is embedded.
  • PR photoresist
  • the resist is masked with a resist, the W buried portion is opened by etching, (d) the resist is removed and washed, (e) the SiO film is reduced to form a barrier metal / wiring film, and (f) the W is removed by CMP. It is a schematic sectional drawing in each process performed in order.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a suitable flow for creating a sample.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the sample prepared in the flow of FIG. 1, wherein (a) shows the application of photoresist (PR) on the SiO film, (b) exposure
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a processing furnace of a substrate processing apparatus preferably used in the embodiment of the present invention, and is a view showing a processing furnace part in a longitudinal sectional view.
  • 4 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a controller included in the substrate processing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a suitable gas supply timing in the film forming process of the embodiment of the present invention.
  • a SiO film is formed as an interlayer insulating film on the substrate, and in order to form a W film as a wiring in the SiO film, a photoresist (PR) is applied on the SiO film, and exposure and development are performed. The regions other than the region where W is buried are masked with a resist, and the W buried portion is opened by etching. Thereafter, a barrier metal / wiring film forming process is performed through resist removal and cleaning.
  • PR photoresist
  • a tungsten nitride film (WN film) is formed as the barrier metal and a W film is formed as the wiring film.
  • a barrier metal such as a tantalum nitride film (TaN film) or a titanium nitride film (TiN film) is used as the Si-based insulating film and the W-containing film. In some cases, it was inserted into the interface.
  • the inventors have intensively studied, and as a cause of low adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film, organic substances or the like are attached on the Si-based insulating film, which is an interlayer insulating film. It has been found that the adhesiveness of the film is lowered because the containing film is formed. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, in a series of processes for forming a W film as a wiring in the above-described SiO film, before forming the W-containing film, the substrate on which the Si-based insulating film is formed is formed. On the other hand, a reducing gas such as borane gas or silane gas was irradiated.
  • a reducing gas such as borane gas or silane gas was irradiated.
  • FIG. 2E is a view showing a cross section of the produced sample.
  • the substrate on which the Si-based insulating film is formed is attached to the surface of the Si-based insulating film by irradiating a reducing gas such as borane-based gas or silane-based gas. It has been devised that the adhesion between the Si-based insulating film and the W-containing film is improved by removing the organic matter and the like, and attaching boron (B) or silicon (Si). Details will be described below.
  • a reducing gas such as borane-based gas or silane-based gas.
  • the substrate processing apparatus 10 is configured as an example of an apparatus used in a semiconductor device manufacturing process.
  • the substrate processing apparatus 10 includes a processing furnace 202 provided with a heater 207 as a heating means (heating mechanism, heating system).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
  • an outer tube 203 constituting a reaction vessel (processing vessel) concentrically with the heater 207 is disposed inside the heater 207.
  • the outer tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened.
  • a manifold (inlet flange) 209 is disposed below the outer tube 203 concentrically with the outer tube 203.
  • the manifold 209 is made of a metal such as stainless steel (SUS), for example, and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened.
  • An O-ring 220a as a seal member is provided between the upper end portion of the manifold 209 and the outer tube 203. As the manifold 209 is supported by the heater base, the outer tube 203 is installed vertically.
  • an inner tube 204 constituting a reaction vessel is disposed inside the outer tube 203.
  • the inner tube 204 is made of a heat resistant material such as quartz (SiO) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened.
  • a processing vessel (reaction vessel) is mainly constituted by the outer tube 203, the inner tube 204, and the manifold 209.
  • a processing chamber 201 is formed in a cylindrical hollow portion of the processing container (inside the inner tube 204).
  • the processing chamber 201 is configured to be able to accommodate wafers 200 as substrates in a state where they are arranged in multiple stages in a vertical posture in a horizontal posture by a boat 217 described later.
  • nozzles 410, 420, and 430 are provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204.
  • Gas supply pipes 310 and 330 as gas supply lines are connected to the nozzles 410 and 430, respectively.
  • the nozzle 420 is connected to gas supply pipes 320a and 320b as gas supply lines.
  • the substrate processing apparatus 10 is provided with the three nozzles 410, 420, and 430 and the four gas supply pipes 310, 320 a, 320 b, and 330, and a plurality of types of gases into the processing chamber 201. It is comprised so that it can supply.
  • the processing furnace 202 of this embodiment is not limited to the above-mentioned form.
  • the gas supply pipes 310, 320a, 320b, and 330 are provided with mass flow controllers (MFCs) 312, 322a, 320b, and 332, respectively, which are flow controllers (flow controllers) from the upstream side.
  • MFCs mass flow controllers
  • the gas supply pipes 310, 320, and 330 are provided with valves 314, 324a, 320b, and 334, which are on-off valves, respectively.
  • Gas supply pipes 510, 520, and 530 for supplying an inert gas are connected to the downstream sides of the valves 314, 324a, 320b, and 334 of the gas supply pipes 310, 320a, 320b, and 330, respectively.
  • the gas supply pipes 510, 520, and 530 are provided with MFCs 512, 522, and 532 that are flow rate controllers (flow rate control units) and valves 514, 524, and 534 that are on-off valves in order from the upstream side.
  • MFCs 512, 522, and 532 that are flow rate controllers (flow rate control units) and valves 514, 524, and 534 that are on-off valves in order from the upstream side.
  • Nozzles 410 and 430 are connected to the distal ends of the gas supply pipes 310 and 330, respectively.
  • the nozzle 420 is connected after the gas supply pipe 320a and the gas supply pipe 320b are connected.
  • the nozzles 410, 420, and 430 are configured as L-shaped nozzles, and the horizontal portion thereof is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209 and the inner tube 204.
  • the vertical portions of the nozzles 410, 420, and 430 are provided inside a channel-shaped (groove-shaped) preliminary chamber 201 a that protrudes radially outward of the inner tube 204 and extends in the vertical direction. In the preliminary chamber 201a, it is provided along the inner wall of the inner tube 204 upward (upward in the arrangement direction of the wafers 200).
  • the nozzles 410, 420, and 430 are provided so as to extend from the lower region of the processing chamber 201 to the upper region of the processing chamber 201, and a plurality of gas supply holes 410 a, 420 a, 430 a are respectively provided at positions facing the wafer 200. Is provided. Accordingly, the processing gas is supplied to the wafer 200 from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a of the nozzles 410, 420, and 430, respectively.
  • a plurality of the gas supply holes 410a, 420a, 430a are provided from the lower part to the upper part of the inner tube 204, have the same opening area, and are provided at the same opening pitch.
  • the gas supply holes 410a, 420a, and 430a are not limited to the above-described form.
  • the opening area may be gradually increased from the lower part of the inner tube 204 toward the upper part. Thereby, the flow rate of the gas supplied from the gas supply holes 410a, 420a, 430a can be made more uniform.
  • a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a of the nozzles 410, 420, 430 are provided at a height position from the lower part to the upper part of the boat 217 described later. Therefore, the processing gas supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410 a, 420 a, 430 a of the nozzles 410, 420, 430 is accommodated in the wafer 200 accommodated from the lower part to the upper part of the boat 217, that is, the boat 217. Supplied to the entire area of the wafer 200.
  • the nozzles 410, 420, and 430 may be provided so as to extend from the lower region to the upper region of the processing chamber 201, but are preferably provided so as to extend to the vicinity of the ceiling of the boat 217.
  • a first reducing gas is supplied as a processing gas into the processing chamber 201 through the MFC 312, the valve 314, and the nozzle 410.
  • a borane-based gas that is a B-containing gas containing boron (B) or a silane-based gas that is a silicon-containing gas containing silicon (Si) is used.
  • diborane (B 2 H 6 ) is used as the borane-based gas will be described.
  • a reactive gas is supplied as a processing gas into the processing chamber 201 through the MFC 322a, the valve 324a, and the nozzle 420.
  • the reaction gas for example, ammonia (NH 3 ), which is an N-containing gas containing nitrogen (N), is used as a nitriding gas.
  • a second reducing gas different from the first reducing gas is supplied from the gas supply pipe 320b into the processing chamber 201 through the MFC 322b, the valve 324b, and the nozzle 420 as the processing gas.
  • the second reducing gas for example, hydrogen (H 2 ) that is an H-containing gas containing hydrogen atoms (H) is used.
  • a fluorine-containing metal source gas containing metal element and fluorine (F) (also referred to as a metal-containing fluoride gas) as a process gas passes through the MFC 332, the valve 334, and the nozzle 430 to enter the process chamber 201.
  • F fluorine-containing metal source gas containing metal element and fluorine
  • tungsten hexafluoride (WF 6 ) containing tungsten (W) as a metal element is used as tungsten (W) as a metal element.
  • nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas passes through the MFCs 512, 522, 532, valves 514, 524, 534, and nozzles 410, 420, 430, respectively. 201 is supplied.
  • N 2 gas used as the inert gas
  • the inert gas for example, argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas other than N 2 gas.
  • a rare gas such as xenon (Xe) gas may be used.
  • a processing gas supply system is mainly configured by the gas supply pipes 310, 320a, 320b, 330, the MFCs 312, 322a, 322b, 332, the valves 314, 324a, 324b, 334, and the nozzles 410, 420, 430. , 420, 430 may be considered as the processing gas supply system.
  • the processing gas supply system may be simply referred to as a gas supply system.
  • the first reducing gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 310, the MFC 312, and the valve 314, but the nozzle 410 is connected to the first reducing gas supply system. It may be included.
  • the first reducing gas supply system When a borane-based gas is used as the first reducing gas, the first reducing gas supply system may be referred to as a borane-based gas.
  • the first reducing gas supply The system may be referred to as a silane gas supply system.
  • the reaction gas When the reaction gas is allowed to flow from the gas supply pipe 320a, the reaction gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 320a, the MFC 322a, and the valve 324a. However, the nozzle 320 may be included in the reaction gas supply system.
  • the reactive gas supply system when a nitriding gas is allowed to flow as a reactive gas, the reactive gas supply system may be referred to as a nitriding gas supply system.
  • the second reducing gas supply pipe 320b When the second reducing gas is allowed to flow from the gas supply pipe 320b, the gas supply pipe 320b, the MFC 322b, and the valve 324b mainly constitute the second reducing gas supply system, but the nozzle 320 is connected to the second reducing gas supply system. It may be included. Further, when the H-containing gas is allowed to flow as the second reducing gas, the second reducing gas supply system may be referred to as an H-containing gas supply system.
  • the source gas is allowed to flow from the gas supply pipe 330, the source gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 330, the MFC 332, and the valve 334, but the nozzle 430 may be included in the source gas supply system.
  • the source gas supply system can also be referred to as a metal-containing source gas supply system.
  • an inert gas supply system is mainly configured by the gas supply pipes 510, 520, and 530, the MFCs 512, 522, and 532, and the valves 514, 524, and 534.
  • the inert gas supply system can also be referred to as a purge gas supply system, a dilution gas supply system, or a carrier gas supply system.
  • the gas supply method is performed in an annular vertically long space defined by the inner wall of the inner tube 204 and the ends of the plurality of wafers 200, that is, in the spare chamber 201a in a cylindrical space.
  • Gas is conveyed through nozzles 410, 420, and 430 arranged in the above. Then, gas is jetted into the inner tube 204 from a plurality of gas supply holes 410a, 420a, 430a provided at positions facing the wafers of the nozzles 410, 420, 430.
  • a source gas or the like is ejected in a direction parallel to the surface of the wafer 200, that is, in a horizontal direction, by the gas supply hole 410a of the nozzle 410, the gas supply hole 420a of the nozzle 420, and the gas supply hole 430a of the nozzle 430. ing.
  • the exhaust hole (exhaust port) 204a is a through-hole formed in a side wall of the inner tube 204 and facing the nozzles 410, 420, 430, that is, a position 180 degrees opposite to the spare chamber 201a. It is a slit-like through-hole that is elongated in the vertical direction. Therefore, the gas that has been supplied into the processing chamber 201 from the gas supply holes 410a, 420a, and 430a of the nozzles 410, 420, and 430a and has flowed on the surface of the wafer 200, that is, the residual gas (residual gas) is exhausted through the exhaust holes 204a.
  • the exhaust hole 204a is provided at a position facing the plurality of wafers 200 (preferably a position facing from the upper part to the lower part of the boat 217), and from the gas supply holes 410a, 420a, 430a to the wafer 200 in the processing chamber 201.
  • the gas supplied in the vicinity flows in the horizontal direction, that is, in the direction parallel to the surface of the wafer 200, and then flows into the exhaust path 206 through the exhaust holes 204 a. That is, the gas remaining in the processing chamber 201 is exhausted in parallel to the main surface of the wafer 200 through the exhaust hole 204a.
  • the exhaust hole 204a is not limited to being configured as a slit-like through hole, and may be configured by a plurality of holes.
  • the manifold 209 is provided with an exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201.
  • a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201
  • an APC (Auto Pressure Controller) valve 243 a vacuum pump as a vacuum exhaust device 246 is connected.
  • the APC valve 243 can open and close the vacuum pump 246 while the vacuum pump 246 is operated, and can stop the vacuum exhaust and stop the vacuum exhaust in the processing chamber 201. Further, the APC valve 243 can be operated while the vacuum pump 246 is operated. By adjusting the opening, the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted.
  • An exhaust system that is, an exhaust line, is mainly configured by the exhaust hole 204a, the exhaust path 206, the exhaust pipe 231, the APC valve 243, and the pressure sensor 245. Note that the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • a seal cap 219 is provided as a furnace opening lid capable of airtightly closing the lower end opening of the manifold 209.
  • the seal cap 219 is configured to contact the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction.
  • the seal cap 219 is made of a metal such as SUS and is formed in a disk shape.
  • an O-ring 220b is provided as a seal member that comes into contact with the lower end of the manifold 209.
  • a rotation mechanism 267 that rotates the boat 217 that accommodates the wafers 200 is installed on the seal cap 219 on the opposite side of the processing chamber 201.
  • a rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be lifted and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as a lifting mechanism vertically installed outside the outer tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured so that the boat 217 can be carried in and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down.
  • the boat elevator 115 is configured as a transfer device (transfer mechanism) that transfers the boat 217 and the wafer 200 accommodated in the boat 217 into and out of the processing chamber 201.
  • the boat 217 as the substrate support is configured to support a plurality of, for example, 25 to 200 wafers 200 in a horizontal posture and in a multi-stage by aligning them in the vertical direction with their centers aligned. It is configured to arrange at intervals.
  • the boat 217 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC.
  • a heat insulating plate 218 made of a heat resistant material such as quartz or SiC is supported in multiple stages (not shown) in a horizontal posture. With this configuration, heat from the heater 207 is not easily transmitted to the seal cap 219 side.
  • this embodiment is not limited to the above-mentioned form.
  • a heat insulating cylinder configured as a cylindrical member made of a heat resistant material such as quartz or SiC may be provided.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the inner tube 204, and by adjusting the energization amount to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263,
  • the temperature inside the processing chamber 201 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 inner tube 204.
  • the controller 121 which is a control unit (control means), 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 an internal bus.
  • 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, a 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 a semiconductor device manufacturing method described later, and the like are stored in a readable manner.
  • the process recipe is a combination of processes so that a predetermined result can be obtained by causing the controller 121 to execute each step (each step) in the semiconductor device manufacturing method described later, and functions as a program.
  • the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to simply as 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 above-described MFC 312, 322a, 322b, 332, 512, 522, 532, valves 314, 324a, 324b, 334, 514, 524, 534, a pressure sensor 245, an APC valve 243, a 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 recipe and the like from the storage device 121c in response to an operation command input from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 312, 322a, 322b, 332, 512, 522, and 532, and opens and closes the valves 314, 324a, 324b, 334, 514, 524, and 534 in accordance with the contents of the read recipe.
  • the controller 121 is stored in an external storage device 123 (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or a DVD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card).
  • the above-mentioned program can be configured by installing it in a computer.
  • 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.
  • the recording medium may include only the storage device 121c alone, may include only the external storage device 123 alone, or may include both.
  • the program may be provided to the computer using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • the first W layer is directly formed by supplying and exhausting B 2 H 6 gas to the wafer 200, and supplying and exhausting WF 6 gas to the wafer 200.
  • a step of performing the steps one or more times in order, and (D) W A step of directly forming a second W layer on the core layer, the step of simultaneously supplying H 2 gas and WF 6 gas to the wafer 200;
  • wafer when the term “wafer” is used, it means “wafer itself” or “a laminate (aggregate) of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof”. "(That is, a wafer including a predetermined layer or film formed on the surface).
  • wafer surface when the term “wafer surface” is used in this specification, it means “the surface of the wafer itself (exposed surface)” or “the surface of a predetermined layer or film formed on the wafer”. That is, it may mean “the outermost surface of the wafer as a laminated body”.
  • substrate is also synonymous with the term “wafer”.
  • a plurality of wafers 200 having (exposed) a silicon oxide film (SiO film) as an insulating film on the outermost surface are loaded into the processing chamber 201 (boat loading). Specifically, when a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 as shown in FIG. And is carried into the processing chamber 201. In this state, the seal cap 219 closes the lower end opening of the reaction tube 203 via the O-ring 220.
  • SiO film silicon oxide film
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated by a vacuum pump 246 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 243 is feedback-controlled based on the measured pressure information (pressure adjustment). The vacuum pump 246 keeps operating at least until the processing on the wafer 200 is completed. Further, the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature. At this time, the energization amount to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment). The heating of the processing chamber 201 by the heater 207 is continuously performed at least until the processing on the wafer 200 is completed.
  • the valve 314 is opened, and B 2 H 6 gas that is the first reducing gas is caused to flow into the gas supply pipe 310.
  • the flow rate of the B 2 H 6 gas is adjusted by the MFC 312, supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • B 2 H 6 gas is supplied to the wafer 200 on which the insulating film is formed.
  • the valve 514 is opened, and an inert gas such as N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipe 510.
  • the flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 510 is adjusted by the MFC 512, supplied into the processing chamber 201 together with the B 2 H 6 gas, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valves 524 and 534 are opened, and N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipes 520 and 530.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 320a, 320b, 330 and the nozzles 420, 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, in the range of 1 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of B 2 H 6 controlled by the MFC 312 is, for example, a flow rate in the range of 0.01 to 20 slm.
  • the supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is set to a flow rate in the range of 0.1 to 30 slm, for example.
  • the time for supplying the B 2 H 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within the range of 0.01 to 60 seconds.
  • the temperature of the heater 207 is set to such a temperature that the temperature of the wafer 200 becomes a temperature within the range of 100 to 350 ° C., for example.
  • the SiO film formed on the wafer 200 is reduced.
  • the adhesion between the SiO film and the WN film to be formed next can be improved.
  • the valve 314 is closed and the supply of B 2 H 6 gas is stopped. At this time, the film including the reduced SiO film is exposed on the outermost surface of the wafer 200. That is, the surface of the wafer 200 is reduced. At this time, the B 2 H 6 gas may be used in non-plasma without being plasma-excited. By performing preflow with non-plasma, the SiO film can be reduced without causing plasma damage to the SiO film.
  • WN film is a metal nitride film
  • a step of forming a WN film is performed on the wafer 200 where the reduced SiO film is exposed. That is, a WN film is formed directly on the SiO film.
  • the WN film acts as a barrier metal film.
  • B 2 H 6 gas supply step 11 The valve 314 is opened, and B 2 H 6 gas, which is a B-containing gas, is caused to flow into the gas supply pipe 310 as the first reducing gas.
  • the flow rate of the B 2 H 6 gas is adjusted by the MFC 312, supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 410 a of the nozzle 410, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • B 2 H 6 gas is supplied to the wafer 200.
  • the valve 514 is opened and N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipe 510.
  • the flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 510 is adjusted by the MFC 512.
  • N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 together with B 2 H 6 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valves 524 and 534 are opened, and N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipes 520 and 530.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 320a, 320b, 330 and the nozzles 420, 430, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 When flowing the B 2 H 6 gas, the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, in the range of 10 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of the B 2 H 6 gas controlled by the MFC 312 is, for example, a flow rate in the range of 0.01 to 20 slm.
  • the supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is set to a flow rate in the range of 0.0.01 to 30 slm, for example.
  • the time for supplying the B 2 H 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within the range of 0.01 to 60 seconds.
  • the temperature of the heater 207 is set to such a temperature that the temperature of the wafer 200 becomes a temperature within the range of 100 to 350 ° C., for example.
  • the gas flowing into the processing chamber 201 is only B 2 H 6 gas and N 2 gas, and the outermost surface of the wafer 200 is reduced by supplying the B 2 H 6 gas.
  • the valve 334 is opened, and the WF 6 gas which is a raw material gas is caused to flow in the gas supply pipe 330.
  • the flow rate of the WF 6 gas is adjusted by the MFC 332, supplied from the gas supply hole 430 a of the nozzle 430 into the processing chamber 201, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • WF 6 gas is supplied to the wafer 200.
  • the valve 534 is opened, and an inert gas such as N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipe 530.
  • the flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 530 is adjusted by the MFC 532, supplied into the processing chamber 201 together with the WF 6 gas, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valves 514 and 524 are opened, and N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipes 510 and 520.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 310, 320 a, 320 b and the nozzles 410, 420 and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, in the range of 0.1 to 6650 Pa.
  • the supply flow rate of the WF 6 gas controlled by the MFC 332 is, for example, a flow rate in the range of 0.01 to 10 slm.
  • the supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is set to a flow rate in the range of 0.1 to 30 slm, for example.
  • the time for supplying the WF 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within the range of 0.01 to 600 seconds.
  • the temperature of the heater 207 is set to such a temperature that the temperature of the wafer 200 becomes the same as that in step 11, for example.
  • the gases flowing into the processing chamber 201 are only WF 6 gas and N 2 gas.
  • NH 3 gas supply step 15 After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the valve 324a is opened, and NH 3 gas, which is an N-containing gas, is allowed to flow as a reaction gas into the gas supply pipe 320a. The flow rate of NH 3 gas is adjusted by the MFC 322 a, supplied to the processing chamber 201 from the gas supply hole 420 a of the nozzle 420, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, NH 3 gas is supplied to the wafer 200. At the same time, the valve 524 is opened, and N 2 gas is caused to flow into the gas supply pipe 520. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 520 is adjusted by the MFC 522.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 together with the NH 3 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valves 514 and 534 are opened, and the N 2 gas is caused to flow into the gas supply pipes 510 and 530.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipes 310 and 330 and the nozzles 410 and 430 and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 When flowing NH 3 gas, the APC valve 243 is adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, a pressure in the range of 0.1 to 6650 Pa.
  • the supply flow rate of NH 3 gas controlled by the MFC 322a is, for example, a flow rate in the range of 0.1 to 20 slm.
  • the supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is set to a flow rate in the range of 0.1 to 30 slm, for example.
  • the time for supplying the NH 3 gas to the wafer 200 is, for example, a time within the range of 0.01 to 30 seconds. At this time, the temperature of the heater 207 is set to the same temperature as in step 11.
  • the gases flowing into the processing chamber 201 are only NH 3 gas and N 2 gas.
  • the NH 3 gas undergoes a substitution reaction with at least a part of the W-containing layer formed on the wafer 200 in step 13.
  • W contained in the W-containing layer and N contained in the NH 3 gas are combined to form a WN layer containing W and N on the wafer 200.
  • a barrier metal having a predetermined thickness (for example, 0.1 to 3 nm) is formed on the wafer 200 by performing a cycle of performing the above steps 11 to 16 one or more times (a predetermined number of times (n times)).
  • a WN film which is a metal nitride film, is formed, and the above-described cycle is preferably repeated a plurality of times, and when forming a WN film, B 2 H 6 gas and WF 6 gas are mixed with each other.
  • the wafers 200 are alternately supplied to the wafers 200 (time division).
  • B 2 H 6 gas supply step 21 B 2 H 6 gas is allowed to flow into the processing chamber 201 under the same processing procedure and processing conditions as in step 11.
  • the gases flowing into the processing chamber 201 are only B 2 H 6 gas and N 2 gas, and the outermost surface of the wafer 200 is reduced by supplying the B 2 H 6 gas.
  • Step 22 After supplying the B 2 H 6 gas for a predetermined time, the valve 324a is closed and the supply of the B 2 H 6 gas is stopped. Then, the B 2 H 6 gas remaining in the processing chamber 201 and contributing to reduction is removed (removed) from the processing chamber 201 by the same processing procedure as in Step 12.
  • the WF 6 gas is caused to flow into the processing chamber 201 under the same processing procedure and processing conditions as in Step 13. At this time, the gases flowing into the processing chamber 201 are only WF 6 gas and N 2 gas.
  • a W-containing layer having a thickness of, for example, less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200.
  • a W nucleus having a predetermined thickness (for example, 0.5 to 2 nm) is formed on the wafer 200.
  • a W-containing layer is formed as a layer, and the above-described cycle is preferably repeated a plurality of times, and when forming a W nucleus layer, B 2 H 6 gas and WF 6 gas should not be mixed with each other ( (Time division) is alternately supplied to the wafer 200.
  • the W nucleus layer may be referred to as a first metal layer or a first W layer.
  • the valves 324b and 330 are opened, and H 2 gas and WF 6 gas are allowed to flow into the gas supply pipes 320b and 330, respectively.
  • the flow rate of the H 2 gas flowing in the gas supply pipe 320b and the WF 6 gas flowing in the gas supply pipe 330 are adjusted by the MFCs 322b and 330, respectively, and the processing chamber 201 is supplied from the gas supply holes 420a and 430a of the nozzles 420 and 430, respectively. Is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • H 2 gas and WF 6 gas are supplied to the wafer 200. That is, the surface of the wafer 200 is exposed to H 2 gas and WF 6 gas.
  • the valves 514 and 524 are opened, and N 2 gas is caused to flow into the carrier gas supply pipes 510 and 520, respectively.
  • the N 2 gas flowing through the carrier gas supply pipes 510 and 520 is adjusted in flow rate by the MFCs 512 and 522, supplied to the processing chamber 201 together with the H 2 gas or WF 6 gas, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the valve 514 is opened and N 2 gas is allowed to flow into the carrier gas supply pipe 510.
  • the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 through the gas supply pipe 310 and the nozzle 410 and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the APC valve 243 is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is, for example, in the range of 10 to 3990 Pa.
  • the supply flow rate of H 2 gas controlled by the MFC 322b is set to a flow rate in the range of 100 to 20000 sccm, for example, and the supply flow rate of WF 6 gas controlled by the MFC 330 is set to a flow rate in the range of 10 to 1000 sccm, for example.
  • the supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFCs 512, 522, and 532 is set to a flow rate within a range of 10 to 10,000 sccm, for example.
  • the time for supplying the H 2 gas and WF 6 gas to the wafer 200 is, for example, a time within the range of 1 to 1000 seconds.
  • the temperature of the heater 207 is set to such a temperature that the temperature of the wafer 200 becomes a temperature within the range of 100 to 600 ° C., for example.
  • the gases flowing into the processing chamber 201 are only H 2 gas and WF 6 gas, and a thickness of, for example, 10 to 30 nm is formed on the W nucleus layer formed on the wafer 200 by the supply of the WF 6 gas.
  • W layer is formed. Note that the W layer may be referred to as a second metal layer or a second W layer.
  • the W nucleus layer and the W layer have substantially the same composition.
  • the valves 324b and 330 are closed, and the supply of H 2 gas and WF 6 gas is stopped.
  • the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the WF 6 gas remaining in the processing chamber 201 and contributing to formation of the W layer is left.
  • the valves 514, 524, and 534 remain open, and the supply of N 2 gas into the processing chamber 201 is maintained.
  • the N 2 gas acts as a purge gas, and it is possible to enhance the effect of removing the unreacted WF 6 gas remaining in the processing chamber 201 or contributing to formation of the W layer from the processing chamber 201.
  • N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 from each of the gas supply pipes 510, 520, and 530 and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the N 2 gas acts as a purge gas, whereby the inside of the processing chamber 201 is purged with an inert gas, and the gas and by-products remaining in the processing chamber 201 are removed from the inside of the processing chamber 201 (after purge). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
  • B 2 H 6 gas is continuously supplied in the B 2 H 6 preflow process (that is, an example in which one cycle of B 2 H 6 preflow is performed) has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • the B 2 H 6 preflow process and the subsequent residual gas removal process may be alternately repeated a plurality of times.
  • the H 2 gas and WF 6 gas described continuously examples of supplying the W layer forming step are not limited to this, and for example, the step of supplying H 2 gas and WF 6 gas and the subsequent residual gas removal step may be alternately repeated a plurality of times. That is, the H 2 gas and the WF 6 gas may be alternately supplied to the wafer 200 so as not to be mixed with each other (time-division).
  • the present invention is not limited thereto, and for example, a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxynitride film (SiON film)
  • SiN film silicon nitride film
  • SiON film silicon oxynitride film
  • the present invention can also be applied to a substrate on which a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film) or a polysilicon film (Poly-Si film) is formed.
  • the present invention is not limited to this, and monoborane (BH 3 ), triethylborane ((CH 3 CH 2). ) 3 B, may be used borane-based gas TEB) or the like.
  • a silane-based gas such as monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), or trisilane (Si 3 H 8 ) may be used.
  • NH 3 gas as a nitriding gas, not limited to this, for example, nitrogen (N 2), nitrous oxide (N 2 O), diazene (N 2 H 2) Gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, N 3 H 8 gas, monomethyl hydrazine (CH 6 N 2 ), dimethyl hydrazine (C 2 H 8 N 2 ), monomethylamine ((CH 3 ) NH 2 ), dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH), trimethylamine ((CH 3 ) 3 N), monoethylamine (CH 3 CH 2 NH 2 ), diethylamine ((C 2 H 5 ) 2 NH), triethylamine ((C 2 H 5 ) 3 N) or the like can also be used.
  • deuterium has been described an example of using H 2 gas as H-containing gas as the second reducing gas, instead of H 2 gas, H-containing gas other elements free ( It is also possible to use D 2 ) gas or the like.
  • W is used as the metal element.
  • the present invention is not limited thereto, and titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), yttrium (Y), ruthenium (Ru), Aluminum (Al), molybdenum (Mo), niobium (Nb), manganese (Mn), nickel (Ni), or the like can also be used.
  • the substrate processing apparatus is a batch type vertical apparatus that processes a plurality of substrates at a time, and a nozzle for supplying a processing gas is erected in one reaction tube, and the reaction tube
  • the processing gas may be supplied from a gas supply port that opens in a side wall of the inner tube, instead of being supplied from a nozzle standing in the inner tube.
  • the exhaust port opened to the outer tube may be opened according to the height at which there are a plurality of substrates stacked and accommodated in the processing chamber.
  • the shape of the exhaust port may be a hole shape or a slit shape.
  • film formation can be performed with the same sequence and processing conditions as in the above-described embodiment.
  • the process recipes are the contents of the substrate processing (film type, composition ratio, film quality, film thickness, processing procedure, processing of the thin film to be formed) It is preferable to prepare individually (multiple preparations) according to the conditions. And when starting a substrate processing, it is preferable to select a suitable process recipe suitably from several process recipes according to the content of a substrate processing.
  • the substrate processing apparatus includes a plurality of process recipes individually prepared according to the contents of the substrate processing via an electric communication line or a recording medium (external storage device 123) on which the process recipe is recorded. It is preferable to store (install) in the storage device 121c in advance.
  • the CPU 121a included in the substrate processing apparatus When starting the substrate processing, the CPU 121a included in the substrate processing apparatus appropriately selects an appropriate process recipe from a plurality of process recipes stored in the storage device 121c according to the content of the substrate processing. Is preferred. With this configuration, thin films with various film types, composition ratios, film qualities, and film thicknesses can be formed for general use with good reproducibility using a single substrate processing apparatus. In addition, it is possible to reduce the operation burden on the operator (such as an input burden on the processing procedure and processing conditions), and to quickly start the substrate processing while avoiding an operation error.
  • the present invention can be realized by changing a process recipe of an existing substrate processing apparatus, for example.
  • the process recipe according to the present invention is installed in an existing substrate processing apparatus via a telecommunication line or a recording medium recording the process recipe, or input / output of the existing substrate processing apparatus It is also possible to operate the apparatus and change the process recipe itself to the process recipe according to the present invention.
  • controller 200 wafer (substrate) 201 processing chamber

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Abstract

課題　配線工程において絶縁膜上に金属膜を形成する際、絶縁膜と金属膜との密着性を向上させるとともに、低い配線抵抗を達成する技術を提供する。解決手段　絶縁膜が表面に形成された基板に対してボラン系ガス又はシラン系ガスからなる第１の還元ガスを供給して絶縁膜を還元する工程と、還元された絶縁膜上に直接金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、基板に対して第１の還元ガスを供給し排気する工程と、基板に対して金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、基板に対して窒化ガスを供給し排気する工程とを順に１回以上行う工程と、金属窒化膜上に直接第１の金属層を形成する工程であって基板に対して第１の還元ガスを供給し排気する工程と、基板に対して金属含有ガスを供給し排気する工程とを順に１回以上行う工程と、第１の金属層上に直接第２の金属層を形成する工程であって基板に対して第１の還元ガスとは異なる第２の還元ガスと金属含有ガスを同時に供給する工程とを有する。

Description

半導体装置の製造方法
　本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
　半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して処理ガスを供給することで行われる基板処理、例えば成膜処理が行われることがある。
特開２０１４－１８７１０４号公報
　ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）ロジックやメモリの高集積化および高性能化に伴い、バックエンドプロセスにおける配線工程では従来よりも開口部が狭い部分への金属膜の成膜が必要となっている。また、配線工程では低い抵抗率が求められているため、同金属膜にはタングステン（Ｗ）含有膜が用いられることが多いが、Ｓｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性は低いため、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）やチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）等のバリアメタルがＳｉ系絶縁膜とＷ含有膜との界面に挿入されることが多い。しかし、ＴａＮ膜やＴｉＮ膜は抵抗率が高く、かつ、容易に酸化されやすい等の課題がある。
　本発明の目的は、配線工程において絶縁膜上に金属膜を形成する際、絶縁膜と金属膜であるＷ含有膜との密着性を向上させるとともに、低い配線抵抗を維持することである。
　本発明の一態様によれば、（Ａ）絶縁膜が表面に形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガスからなる第１の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する工程と、（Ｂ）前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、　前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、　前記基板に対して、前記金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、　前記基板に対して、窒化ガスを供給し排気する工程と、　を順に１回以上行う工程と、（Ｃ）前記金属窒化膜上に、直接、第１の金属層を形成する工程であって、　前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、　前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する工程と、　を順に１回以上行う工程と、（Ｄ）前記第１の金属層上に、直接、第２の金属層を形成する工程であって、　前記基板に対して、前記第１の還元ガスとは異なる第２の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する工程と、を有する技術が提供される。
　Ｗ含有膜を形成する前に、絶縁膜が形成された基板に対して還元ガスを照射して絶縁膜を還元することにより、絶縁膜とＷ含有膜との密着性を向上させることが可能となる。さらに、抵抗率が高いＴａＮ膜やＴｉＮ膜等のバリアメタル膜を用いずに金属膜であるＷ含有膜を形成するため低い配線抵抗を維持することが可能となる。
図１は、サンプルを作成する好適なフローの例を示す図である。 図２は、図１のフローで作成したサンプルの概略断面図であって、（ａ）はＳｉＯ膜上へのホトレジスト（ＰＲ）の塗布、（ｂ）露光・現像、（ｃ）Ｗを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりＷ埋め込み部を開口、（ｄ）レジスト除去・洗浄、（ｅ）ＳｉＯ膜を還元してバリアメタル/配線膜の成膜、（ｆ）ＣＭＰによるＷの除去を順に行った各プロセスにおける概略断面図である。 図３は、本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 図４は、図３のＡ－Ａ線に沿った概略的な横断面図である。 図５は、図３に示す基板処理装置が有するコントローラの構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施形態の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。
　半導体装置の一工程として、ロジックやメモリのバックエンドプロセスにおけるコンタクトプラグ向けＷ膜を形成する際には、次のようなプロセスが考えられる。まず基板上に層間絶縁膜として、例えばＳｉＯ膜が形成され、このＳｉＯ膜の中に配線としてＷ膜を形成するために、ＳｉＯ膜上に、ホトレジスト（ＰＲ）を塗布し、露光・現像を行い、Ｗを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりＷ埋め込み部を開口する。その後、レジスト除去・洗浄を経てバリアメタル/配線膜の成膜工程が行われる。バリアメタルとしてはタングステン窒化膜（ＷＮ膜）を形成し、配線膜としてＷ膜を形成することが考えられる。しかし、Ｓｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性は低いため、従来は、タンタル窒化膜（ＴａＮ膜）やチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）等のバリアメタルがＳｉ系絶縁膜とＷ含有膜との界面に挿入される場合があった。
　発明者らは鋭意研究を行い、Ｓｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性が低い原因として、層間絶縁膜であるＳｉ系絶縁膜上には有機物等が付着しており、その上にＷ含有膜を形成するため膜の密着性が低くなることを見出した。そこで、図１および図２に示すように、上述のＳｉＯ膜の中に配線としてＷ膜を形成する一連のプロセスにおいて、Ｗ含有膜を形成する前に、Ｓｉ系絶縁膜が形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射するようにした。すなわち、ＳｉＯ膜上に、ホトレジスト（ＰＲ）を塗布し（図２（ａ））、露光・現像を行い（図２（ｂ））、Ｗを埋め込む領域以外をレジストにてマスクし、エッチングによりＷ埋め込み部を開口する（図２（ｃ））。その後、レジスト除去・洗浄を経て（図２（ｄ））、ＳｉＯ膜を還元してバリアメタル/配線膜の成膜工程を行い（図２（ｅ））、ＣＭＰによりＷを除去して（図２（ｆ））、サンプルを作製した。図２（ｅ）が作製したサンプルの断面を示す図である。このようにＷ含有膜を形成する前に、Ｓｉ系絶縁膜が形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、Ｓｉ系絶縁膜の表面に付着した有機物等を除去し、かつ、ホウ素（Ｂ）もしくはシリコン（Ｓｉ）等を付着させることでＳｉ系絶縁膜とＷ含有膜との密着性を向上させることを考案した。以下に、詳細を説明する。
＜本発明の一実施形態＞　以下、本発明の一実施形態について、図３～６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）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（ＳｉＯ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ２０３の下方には、アウタチューブ２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）などの金属からなり、上端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（ＳｉＯ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。主に、アウタチューブ２０３と、インナチューブ２０４と、マニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部（インナチューブ２０４の内側）には処理室２０１が形成されている。
　処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。
　処理室２０１内には、ノズル４１０，４２０，４３０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４１０，４３０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３１０，３３０が、それぞれ接続されている。ノズル４２０には、ガス供給ラインとしてのガス供給管３２０ａ，３２０ｂが接続されている。このように、基板処理装置１０には３本のノズル４１０，４２０，４３０と、４本のガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ，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３１０，３２０ａ，３２０ｂ，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）３１２，３２２ａ，３２０ｂ，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３１４，３２４ａ，３２０ｂ，３３４がそれぞれ設けられている。ガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０のバルブ３１４，３２４ａ，３２０ｂ，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、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ５１２，５２２，５３２及び開閉弁であるバルブ５１４，５２４，５３４がそれぞれ設けられている。
　ガス供給管３１０，３３０の先端部にはノズル４１０，４３０がそれぞれ連結接続されている。ノズル４２０は、ガス供給管３２０ａとガス供給管３２０ｂとが接続された後に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、第1の還元ガスが、ＭＦＣ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。第1の還元ガスとしては、例えば、ホウ素（Ｂ）を含むＢ含有ガスであるボラン系ガスや、シリコン（Ｓｉ）を含むシリコン含有ガスであるシラン系ガスが用いられる。本実施形態では、ボラン系ガスとしてジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いる例について説明する。
　ガス供給管３２０ａからは、処理ガスとして、反応ガスがＭＦＣ３２２ａ、バルブ３２４ａ、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。反応ガスとしては、例えば、窒化ガスとして、窒素（Ｎ）を含むＮ含有ガスであるアンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。
　ガス供給管３２０ｂからは、処理ガスとして、第1の還元ガスとは異なる第２の還元ガスがＭＦＣ３２２ｂ、バルブ３２４ｂ、ノズル４２０を介して処理室２０１内に供給される。第２の還元ガスとしては、例えば、水素原子（Ｈ）を含むＨ含有ガスである水素（Ｈ２）が用いられる。
　ガス供給管３３０からは、処理ガスとして、金属元素およびフッ素（Ｆ）を含むフッ素含有金属原料ガス（金属含有フッ化ガスとも称する）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。原料としては、金属元素としてのタングステン（Ｗ）を含む六フッ化タングステン（ＷＦ６）が用いられる。
　ガス供給管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３１０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０、ＭＦＣ３１２，３２２ａ，３２２ｂ，３３２、バルブ３１４，３２４ａ，３２４ｂ，３３４、ノズル４１０，４２０，４３０により処理ガス供給系が構成されるが、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から第1の還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３１０，ＭＦＣ３１２、バルブ３１４により第1の還元ガス供給系が構成されるが、ノズル４１０を第1の還元ガス供給系に含めて考えてもよい。第１の還元ガスとしてボラン系ガスを用いる場合、第１の還元ガス供給系をボラン系ガスと称してもよいし、第２の還元ガスとしてシラン系ガスを用いる場合、第１の還元ガス供給系をシラン系ガス供給系と称してもよい。ガス供給管３２０ａから反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０ａ，ＭＦＣ３２２ａ、バルブ３２４ａにより反応ガス供給系が構成されるが、ノズル３２０を反応ガス供給系に含めて考えてもよい。また、反応ガスとして窒化ガスを流す場合、反応ガス供給系を窒化ガス供給系と称してもよい。ガス供給管３２０ｂから第２の還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管３２０ｂ，ＭＦＣ３２２ｂ、バルブ３２４ｂにより第２の還元ガス供給系が構成されるが、ノズル３２０を第２の還元ガス供給系に含めて考えてもよい。また、第２の還元ガスとしてＨ含有ガスを流す場合、第２の還元ガス供給系をＨ含有ガス供給系と称してもよい。ガス供給管３３０から原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管３３０，ＭＦＣ３３２、バルブ３３４により原料ガス供給系が構成されるが、ノズル４３０を原料ガス供給系に含めて考えてもよい。原料ガスとして金属含有原料ガスを用いる場合、原料ガス供給系を金属含有原料ガス供給系と称することもできる。また、主に、ガス供給管５１０，５２０，５３０、ＭＦＣ５１２，５２２，５３２、バルブ５１４，５２４，５３４により不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。
　本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ２０４の内壁と、複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内の予備室２０１ａ内に配置したノズル４１０，４２０，４３０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からなる排気路２０６内に流れる。そして、排気路２０６内へと流れたガスは、排気管２３１内に流れ、処理炉２０２外へと排出される。
　排気孔２０４ａは、複数のウエハ２００と対向する位置（好ましくはボート２１７の上部から下部と対向する位置）に設けられており、ガス供給孔４１０ａ、４２０ａ、４３０ａ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等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９における処理室２０１の反対側には、ウエハ２００を収容するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、アウタチューブ２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入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等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が水平姿勢で多段（図示せず）に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
　図２に示すように、インナチューブ２０４内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電量を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル４１０，４２０及び４３０と同様にＬ字型に構成されており、インナチューブ２０４の内壁に沿って設けられている。
　図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１ａ，ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ，記憶装置１２１ｃ，Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ，記憶装置１２１ｃ，Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バスを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
　記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程（各ステップ）をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本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ＭＦＣ３１２，３２２ａ，３２２ｂ，３３２，５１２，５２２，５３２、バルブ３１４，３２４ａ，３２４ｂ，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、ＭＦＣ３１２，３２２ａ，３２２ｂ，３３２，５１２，５２２，５３２による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４，３２４ａ，３２４ｂ，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、本実施形態の一例について、図６を用いて説明する。後述の各工程は、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）ＳｉＯ膜が表面に形成されたウエハ２００に対して、Ｂ２Ｈ６ガスを供給して、ＳｉＯ膜を還元する工程と、（Ｂ）還元されたＳｉＯ膜上に、直接、Ｗ元素を含むＷＮ膜を形成する工程であって、　ウエハ２００に対して、Ｂ２Ｈ６ガスを供給し排気する工程と、　ウエハ２００に対して、Ｗ元素を含むＷＦ６ガスを供給し排気する工程と、　ウエハ２００に対して、ＮＨ３ガスを供給し排気する工程と、　を順に１回以上行う工程と、（Ｃ）ＷＮ膜上に、直接、第１のＷ層を形成する工程であって、　ウエハ２００に対して、Ｂ２Ｈ６ガスを供給し排気する工程と、　ウエハ２００に対して、ＷＦ６ガスを供給し排気する工程と、　を順に１回以上行う工程と、（Ｄ）Ｗ核層上に、直接、第２のＷ層を形成する工程であって、　ウエハ２００に対して、Ｈ２ガスとＷＦ６ガスを同時に供給する工程と、を行う。
　なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（ウエハ搬入）　最表面に絶縁膜としてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）が形成された（露出した）複数枚のウエハ２００を処理室２０１内に搬入（ボートロード）する。具体的には、複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端開口を閉塞した状態となる。
（圧力調整および温度調整）　処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ２４３がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ２４６は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電量がフィードバック制御される（温度調整）。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
［Ｂ２Ｈ６プリフロー工程］　続いて、ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ膜を還元する工程を実行する。
　　バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に第１の還元ガスであるＢ２Ｈ６ガスを流す。Ｂ２Ｈ６ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整されノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、絶縁膜が表面に形成されたウエハ２００に対してＢ２Ｈ６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ２ガス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、Ｂ２Ｈ６ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４２０，４３０内へのＢ２Ｈ６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３２０ａ，３２０ｂ，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１～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＢ２Ｈ６の供給流量は、例えば０．０１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２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。Ｂ２Ｈ６ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～６０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１００～３５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。Ｂ２Ｈ６ガスの供給により、ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ膜が還元される。ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ膜の表面に存在する有機物を除去するとともに、Ｂを付着させることによりＳｉＯ膜と、次に形成するＷＮ膜との密着性を向上させることができる。
　絶縁膜が還元された後、バルブ３１４を閉じ、Ｂ２Ｈ６ガスの供給を停止する。このとき、ウエハ２００ウエハ２００の最表面には、還元されたＳｉＯ膜を含む膜が露出する。すなわち、ウエハ２００の表面が還元される。このとき、Ｂ２Ｈ６ガスをプラズマ励起せず、ノンプラズマで用いるとよい。ノンプラズマでプリフローを行うことにより、ＳｉＯ膜に対してプラズマダメージを与えることなく、ＳｉＯ膜を還元することができる。
［残留ガス除去工程］　Ｂ２Ｈ６ガスの供給を停止した後、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ＳｉＯ膜の還元に寄与した後のＢ２Ｈ６ガスを処理室２０１内から排除する。このときバルブ５１４，５２４，５３４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ＳｉＯ膜の還元に寄与した後のＢ２Ｈ６ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
［タングステン窒化膜（ＷＮ膜）形成工程］　続いて、還元されたＳｉＯ膜が露出するウエハ２００上に、金属窒化膜であるＷＮ膜を形成するステップを実行する。すなわち、ＳｉＯ膜上に、直接、ＷＮ膜を形成する。ＷＮ膜はバリアメタル膜として作用する。
（Ｂ２Ｈ６ガス供給　ステップ１１）　バルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内に、第１の還元ガスとしてＢ含有ガスであるＢ２Ｈ６ガスを流す。Ｂ２Ｈ６ガスは、ＭＦＣ３１２により流量調整され、ノズル４１０のガス供給孔４１０ａから処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハ２００に対して、Ｂ２Ｈ６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、ガス供給管５１０内にＮ２ガスを流す。ガス供給管５１０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５１２により流量調整される。Ｎ２ガスはＢ２Ｈ６ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ノズル４２０，４３０内へのＢ２Ｈ６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３２０ａ，３２０ｂ，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。
　Ｂ２Ｈ６ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３１２で制御するＢ２Ｈ６ガスの供給流量は、例えば０．０１～２０ｓｌｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば０．０．０１～３０ｓｌｍの範囲内の流量とする。Ｂ２Ｈ６ガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば０．０１～６０秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１００～３５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に流しているガスはＢ２Ｈ６ガスとＮ２ガスのみであり、Ｂ２Ｈ６ガスの供給により、ウエハ２００の最表面が還元される
（残留ガス除去　ステップ１２）　Ｂ２Ｈ６ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ３１４を閉じて、Ｂ２Ｈ６ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のＢ２Ｈ６ガスを処理室２０１内から排除する。このときバルブ５１４，５２４，５３４は開いたままとして、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のＢ２Ｈ６ガスを処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。
（ＷＦ６ガス供給　ステップ１３）　バルブ３３４を開き、ガス供給管３３０内に原料ガスであるＷＦ６ガスを流す。ＷＦ６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ＷＦ６ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ５３４を開き、ガス供給管５３０内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管５３０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５３２により流量調整され、ＷＦ６ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４１０，４２０内へのＷＦ６ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４，５２４を開き、ガス供給管５１０，５２０内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管３１０，３２０ａ，３２０ｂ、ノズル４１０，４２０を介して処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。
　このときＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１～６６５０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３３２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０．０１～６００秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えばステップ１１と同様の温度となるような温度に設定する。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＷＦ６ガスとＮ２ガスのみである。ＷＦ６ガスの供給により、ウエハ２００上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＷ含有層が形成される。
（残留ガス除去　ステップ１４）　Ｗ含有層等が形成された後、バルブ３３４を閉じ、ＷＦ６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１２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（除去）する。
（ＮＨ３ガス供給　ステップ１５）　処理室２０１内の残留ガスを除去した後、バルブ３２４ａを開き、ガス供給管３２０ａ内に、反応ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ３ガスを流す。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ３２２ａ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、ＮＨ３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る。Ｎ２ガスはＮＨ３ガスと一緒に処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ノズル４１０，４３０内へのＮＨ３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。
　ＮＨ３ガスを流すときは、ＡＰＣバルブ２４３を調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば０．１～６６５０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２ａで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば０．１～２０ｓｌｍ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。ＮＨ３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。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１１と同様の温度に設定する。
　このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ３ガスとＮ２ガスのみである。ＮＨ３ガスは、ステップ１３でウエハ２００上に形成されたＷ含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、Ｗ含有層に含まれるＷとＮＨ３ガスに含まれるＮとが結合して、ウエハ２００上にＷとＮとを含むＷＮ層が形成される。
（残留ガス除去　ステップ１６）　ＷＮ層を形成した後、バルブ３２４ａを閉じて、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、ステップ１２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ＷＮ層の形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除（除去）する。
（所定回数実施）　上記したステップ１１～１６を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さ（例えば０．１～３ｎｍ）のバリアメタル膜としての金属窒化膜であるＷＮ膜を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。このように、ＷＮ膜を形成する場合は、Ｂ２Ｈ６ガスとＷＦ６ガスを互いに混合しないよう（時分割して）交互にウエハ２００に対して供給する。
［タングステン（Ｗ）核層形成工程（ＮｕｃｌｅａｔｉｏｎＷ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）］　続いて、ＷＮ膜が形成されたウエハ２００上に、金属核層であるＷ核層を形成するステップを実行する。すなわち、ＷＮ層の上に、直接、Ｗ核層を形成する。
（Ｂ２Ｈ６ガス供給　ステップ２１）　ステップ１１と同様の処理手順および処理条件で、処理室２０１内にＢ２Ｈ６ガスを流す。処理室２０１内に流しているガスはＢ２Ｈ６ガスとＮ２ガスのみであり、Ｂ２Ｈ６ガスの供給により、ウエハ２００の最表面が還元される。
（残留ガス除去　ステップ２２）　Ｂ２Ｈ６ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ３２４ａを閉じて、Ｂ２Ｈ６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１２と同様の処理手順で処理室２０１内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のＢ２Ｈ６ガスを処理室２０１内から排除（除去）する。
（ＷＦ６ガス供給　ステップ２３）　ステップ１３と同様の処理手順および処理条件で、処理室２０１内にＷＦ６ガスを流す。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＷＦ６ガスとＮ２ガスのみである。ＷＦ６ガスの供給により、ウエハ２００上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＷ含有層が形成される。
（残留ガス除去　ステップ２４）　Ｗ含有層等が形成された後、バルブ３３４を閉じ、ＷＦ６ガスの供給を停止する。そして、ステップ１４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。
（所定回数実施）　上記したステップ２１～２４を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定の厚さ（例えば０．５～２ｎｍ）のＷ核層としてのＷ含有層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。このように、Ｗ核層を形成する場合は、Ｂ２Ｈ６ガスとＷＦ６ガスを互いに混合しないよう（時分割して）交互にウエハ２００に対して供給する。なお、Ｗ核層を第１の金属層や第１のＷ層と称する場合がある。
［Ｗ層形成工程（Ｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）］　続いて、Ｗ核層を核として、金属層であるＷ層を形成するステップを実行する。すなわち、Ｗ核層の上に、直接、Ｗ層を形成する。
　バルブ３２４ｂ、３３０を開き、ガス供給管３２０ｂ，３３０内にそれぞれＨ２ガス、ＷＦ６ガスを流す。ガス供給管３２０ｂ内を流れたＨ２ガスおよびガス供給管３３０内を流れたＷＦ６ガスは、ＭＦＣ３２２ｂ，３３０によりそれぞれ流量調整されてノズル４２０，４３０のガス供給孔４２０ａ，４３０ａからそれぞれ処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨ２ガスおよびＷＦ６ガスが供給されることとなる。すなわちウエハ２００の表面はＨ２ガスおよびＷＦ６ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５１４，５２４を開き、キャリアガス供給管５１０，５２０内にそれぞれＮ２ガスを流す。キャリアガス供給管５１０，５２０内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ５１２，５２２によりそれぞれ流量調整されてＨ２ガスもしくはＷＦ６ガスと一緒にそれぞれ処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ノズル４１０内へのＨ２ガスおよびＷＦ６ガスの侵入を防止するために、バルブ５１４を開き、キャリアガス供給管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ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０～３９９０Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ３２２ｂで制御するＨ２ガスの供給流量は、例えば１００～２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、ＭＦＣ３３０で制御するＷＦ６ガスの供給流量は、例えば１０～１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ５１２，５２２，５３２で制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０～１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスをウエハ２００に対して供給する時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば１～１０００秒の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば１００～６００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室２０１内に流しているガスはＨ２ガスおよびＷＦ６ガスのみであり、ＷＦ６ガスの供給により、ウエハ２００の上に形成されたＷ核層上に、例えば、１０～３０ｎｍの厚さのＷ層が形成される。なお、Ｗ層を第２の金属層や第２のＷ層と称する場合がある。Ｗ核層とＷ層は実質的に同じ組成を有する。
［残留ガス除去］　Ｗ層を形成した後、バルブ３２４ｂ、３３０を閉じて、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスの供給を停止する。このとき、排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＷ層形成に寄与した後のＷＦ６ガスを処理室２０１内から排除する。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。
（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）。
（ウエハ搬出）　その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口される。そして、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
（３）本実施形態による効果　本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を得ることができる。（ａ）絶縁膜が形成された基板に対して、Ｗ含有膜としてのＷＮ膜を形成する前に、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、絶縁膜の表面を還元し、絶縁膜とＷＮ膜との密着性を向上させることができる。（ｂ）絶縁膜が形成された基板に対して、Ｗ含有膜としてのＷＮ膜を形成する前に、ボラン系ガスもしくはシラン系ガス等の還元ガスを照射することにより、絶縁膜の表面に付着した有機物等を除去し、かつ、ＢもしくはＳ）等を付着させることで絶縁膜とＷＮ膜との密着性を向上させることができる。（ｃ）基板に形成された絶縁膜の上に、直接、ＷＮ膜をバリアメタル膜として形成することができるため、ＴａＮ膜やＴｉＮ膜をバリアメタル膜として用いる場合と比較して、低い配線抵抗を維持（達成）することができる。（ｄ）金属配線としてのＷ膜を形成する際、Ｗ核層を形成した後に、Ｗ核層を核としてＷ層を形成させるため、膜特性の良好なＷ膜を形成することができる。
　上述の実施形態では、Ｂ２Ｈ６プリフロー工程でＢ２Ｈ６ガスを連続的に供給する例（すなわちＢ２Ｈ６プリフローを１サイクル行う例）について説明した。本発明はこれに限らず、例えば、Ｂ２Ｈ６プリフロー工程とその後の残留ガス除去工程とを複数回交互に繰り返してもよい。
　また、上述の実施形態では、Ｗ層形成工程でＨ２ガスおよびＷＦ６ガスを連続的に供給する例について説明した。本発明はこれに限らず、例えば、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスを供給する工程と、その後の残留ガス除去工程とを複数回交互に繰り返してもよい。すなわち、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスを互いに混合しないよう（時分割して）交互にウエハ２００へ供給してもよい。
　また、上述の実施形態では、絶縁膜としてＳｉＯ膜が基板上に形成されている例について説明したが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜）が形成された基板にたいしても適用可能である。
　また、上述の実施形態では、絶縁膜を還元する第１の還元ガスとしてＢ２Ｈ６を用いる例について説明したが、これに限らず、モノボラン（ＢＨ３）、トリエチルボラン（（ＣＨ３ＣＨ２）３Ｂ、ＴＥＢ）等のボラン系ガスを用いてもよい。また、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）等のシラン系ガスを用いてもよい。
　また、上述の実施形態では、窒化ガスとしてＮＨ３を用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、窒素（Ｎ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス、モノメチルヒドラジン（ＣＨ６Ｎ２）、ジメチルヒドラジン（Ｃ２Ｈ８Ｎ２）、モノメチルアミン（（ＣＨ３）ＮＨ２）、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ）、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ）、モノエチルアミン（ＣＨ３ＣＨ２ＮＨ２）、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ）、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ）等を用いることも可能である。
　また、上述の実施形態では、第２の還元ガスとしてＨ含有ガスとしてのＨ２ガスを用いる例について説明したが、Ｈ２ガスの代わりに、他元素非含有のＨ含有ガスである重水素（Ｄ２）ガス等を用いることも可能である。
　また、上述の実施形態では、金属元素として、Ｗを用いる例について説明したが、これに限らずチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、イットリウム（Ｙ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることも可能である。
　また、上述の実施形態では、金属膜として、ＷＦ６を用いてＷ膜を形成する例について説明したが、これに限らず、四フッ化チタン（ＴｉＦ４）を用いて形成するＴｉ膜、五フッ化タンタル（ＴａＦ５）を用いて形成するＴａ膜、二フッ化コバルト（ＣｏＦ２）を用いて形成するＣｏ膜、三フッ化イットリウム（ＹＦ３）を用いて形成するＹ膜、三フッ化ルテニウム（ＲｕＦ３）を用いて形成するＲｕ膜、三フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）を用いて形成するＡｌ膜、五フッ化モリブデン（ＭｏＦ５）を用いて形成するＭｏ膜、三フッ化ニオブ（ＮｂＦ３）を用いて形成するＮｂ膜、二フッ化マンガン（ＭｎＦ２）を用いて形成するＭｎ膜、二フッ化ニッケル（ＮｉＦ２）を用いて形成するＮｉ膜、等を用いることも可能である。
　また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置であって、１つの反応管内に処理ガスを供給するノズルが立設され、反応管の下部に排気口が設けられた構造を有する処理炉を用いて成膜する例について説明したが、他の構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。また、処理ガスはインナチューブ内に立設されたノズルから供給されるのではなく、インナチューブの側壁に開口するガス供給口から供給されるようにしてもよい。このとき、アウタチューブに開口する排気口は、処理室内に積層して収容された複数枚の基板が存在する高さに応じて開口していてもよい。また、排気口の形状は穴形状であってもよいし、スリット形状であってもよい。
　これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。
　これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、基板処理の内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて、それぞれ個別に用意する（複数用意する）ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体（外部記憶装置１２３）を介して、基板処理装置が備える記憶装置１２１ｃ内に予め格納（インストール）しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
　また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
１０　基板処理装置１２１　コントローラ２００　ウエハ（基板）２０１　処理室

Claims (9)

  1. （Ａ）絶縁膜が表面に形成された基板に対して、ボラン系ガスもしくはシラン系ガスからなる第１の還元ガスを供給して、前記絶縁膜を還元する工程と、（Ｂ）前記還元された絶縁膜上に、直接、金属元素を含む金属窒化膜を形成する工程であって、　前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、　前記基板に対して、前記金属元素を含む金属含有ガスを供給し排気する工程と、　前記基板に対して、窒化ガスを供給し排気する工程と、　を順に１回以上行う工程と、（Ｃ）前記金属窒化膜上に、直接、第１の金属層を形成する工程であって、　前記基板に対して、前記第１の還元ガスを供給し排気する工程と、　前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給し排気する工程と、　を順に１回以上行う工程と、（Ｄ）前記第１の金属層上に、直接、第２の金属層を形成する工程であって、　前記基板に対して、前記第１の還元ガスとは異なる第２の還元ガスと前記金属含有ガスを同時に供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記金属窒化膜はバリアメタル膜であって、チタン窒化膜およびタンタル窒化膜以外の金属窒化膜であり、前記チタン窒化膜の抵抗率および前記タンタル窒化膜の抵抗率より低い抵抗率を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記金属元素は、タングステン、コバルト、ニッケル、モリブデン、アルミニウム、銅、亜鉛、ルテニウムから選択される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記ボラン系ガスもしくはシラン系ガスは、モノボラン、ジボラン、トリエチルボラン、モノシラン、ジシラン、トリシランから選択される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第２の還元ガスは水素である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記（Ａ）工程では、前記基板に対して前記第１の還元ガスをノンプラズマで供給する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記絶縁膜は、前記金属窒化膜に対してチタン窒化膜やタンタル窒化膜より低い密着性を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸炭窒化膜、ポリシリコン膜から選択される請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記第１の金属膜と前記第２の金属膜は、同じ組成を有し、前記第１の金属層と前記第２の金属層により金属膜が形成される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 
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