JP6176776B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、基板処理システムおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、基板処理システムおよびプログラムに関する。

近年のゲートスタック構造では、様々な金属膜がゲート電極として使用されているおり、一般的に使用されているメタルゲート電極としては、例えばＴｉＮ（窒化チタン）がある（特許文献１）。近年、ＴｉＮに代わる材料としてＷ（タングステン）が挙げられるが、Ｗ含有原料としてＦ（フッ素）含有原料を用いた場合、その下地となるゲート絶縁膜がＦ含有原料に曝される（もしくはＦ含有原料の反応によりＨＦ（フッ化水素）に曝される）ことになり、リーク電流の増加等のダメージを受ける場合がある。

特開２０１１−２５２２２１号公報

本発明の目的は、Ｆ含有原料を用いて金属膜を形成する際、下地となる絶縁膜へのダメージを抑制することができる技術を提供することである。

本発明の一態様によれば、
表面にゲート絶縁膜が形成された基板に対して、第１の金属元素を含むフッ素非含有金属原料ガスを供給し排気する工程と、
前記基板に対して、反応ガスを供給し排気する工程と、
を、前記基板を２００℃以上４００℃以下に加熱しつつ、交互に複数回行い、前記ゲート絶縁膜上に前記第１の金属元素を含むライナー膜を形成する工程と、
前記ライナー膜が形成された基板に対して、第１の還元ガスと第２の還元ガスとを供給し排気する工程と、
前記基板に対して、第２の金属元素およびフッ素を含むフッ素含有金属原料ガスを供給し排気する工程と、
を、交互に複数回行い、前記ライナー膜上に前記第２の金属元素を含むゲート電極を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、Ｆ含有原料を用いて金属膜を形成する際、下地となる絶縁膜へのダメージを抑制することが可能となる。

本発明の好ましい第１の実施形態に係る基板処理システムを説明するための概略上面断面図である。 本発明の好ましい第１の実施形態に係る基板処理装置の概略断面図である。 本発明の好ましい第１の実施形態および第２の実施形態に係る基板処理装置の縦型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３に示されている縦型処理炉の処理炉部分を図３におけるＡ−Ａ線断面図で示す図である。 図３に示す基板処理装置が有するコントローラの概略構成を示すブロック図である。 本発明の好ましい第１の実施形態および第２の実施形態においてＴｉＮ膜を形成するプロセスを説明するためのフローチャートである。 本発明の好ましい第１の実施形態および第２の実施形態においてＴｉＮ膜を形成するプロセスを説明するためのタイミングチャートである。 本発明の好ましい第１の実施形態および第２の実施形態においてＷＢ膜を形成するプロセスを説明するためのフローチャートである。 本発明の好ましい第１の実施形態および第２の実施形態においてＷＢ膜を形成するプロセスを説明するためのタイミングチャートである。 本発明の好ましい第２の実施形態に係る基板処理装置の概略断面図である。 実験例１〜５で作製したキャパシタの作製方法を説明するためのフローチャートである。 実験例１〜４で作製したＷＢ膜の実効仕事関数を示す図である。 実験例１〜５で作製したキャパシタの等価膜厚ＥＯＴおよびリーク電流を示す図である。 実験例１〜５で作製したキャパシタにおけるＴｉＮ膜の膜厚と等価膜厚ＥＯＴとの関係を示す図である。

近年、ｐＭＯＳメタル向けの金属膜として、ＴｉＮ膜より仕事関数が小さいＷ含有膜を用いることが検討されている。発明者等は、Ｗ含有原料としてＦ（フッ素）含有原料を用いてウエハ上に形成されたゲート絶縁膜の上にＷ含有ゲート電極を作成した場合、ゲート絶縁膜におけるリーク電流の増加等のダメージが生じる場合があるという課題に対し、鋭意研究の結果、ゲート絶縁膜とＷ含有ゲート電極の間にライナー膜を形成することにより改善することが可能であることを見出した。すなわち、ゲート絶縁膜に直接Ｆ含有原料が接触することがないよう、ゲート絶縁膜の上にライナー膜を形成し、そのライナー膜の上にＷ含有ゲート電極を形成する。ライナー膜としては例えば金属膜であり、ゲート電極として用いることが可能であるチタン窒化膜（ＴｉＮ膜）が適用可能であることを見出した。本発明は、本発明者等が見出した上記知見に基づくものである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

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。

従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」こと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様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板に」置き換えて考えればよい。

なお、本明細書では、金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味しており、これには、金属単体で構成される導電性の金属単体膜の他、導電性の金属窒化膜、導電性の金属酸化膜、導電性の金属酸窒化膜、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜、導電性の金属炭化膜（金属カーバイド膜）、導電性の金属炭窒化膜（金属カーボナイトライド膜）等も含まれる。なお、ＴｉＮ膜（チタン窒化膜）は導電性の金属窒化膜であり、ＷＢ膜（タングステンホウ化膜）は導電性の金属膜である。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態で好適に使用される基板処理装置システムについて説明する。

まず、本発明の実施形態にかかる基板処理システムについて、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理システム１０を上面から見た図である。
なお、本発明が適用される基板処理システム１０においては、基板としてのウエハを搬送するキャリヤとして、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ）としてのカセット１１０が使用される。また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。すなわち、前方向とは、搬送室１２から見て、後述するＩＯステージ６４の方向である。後方向とは、ＩＯステージ６４から見て、搬送室１２の方向である。左方向とは、搬送室１２から見て、後述する基板処理装置１０１の方向である。右方向とは、搬送室１２から見て、後述する基板処理装置１０２の方向である。

図１に示されているように、基板処理システム１０は、搬送室１２を備えている。搬送室１２は、真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得る構造である。搬送室１２の筐体２０は、例えば、平面視（上側から見た形）が三角形で、閉塞された三角形状に形成されている。搬送室１２には、移載機２２が設置されている。移載機２２は、カセット１１０をＩＯステージ６４、基板処理装置１０１、基板処理装置１０２間においてそれぞれ移載可能である。移載機２２は、不図示のエレベータによって、昇降できるように構成されている。

搬送室１２の筐体２０の３枚の側壁のうち、前側の１枚の側壁には、カセット１１０を搬送室１２に対して搬入搬出するためのカセット搬入／搬出口５８と、カセット搬入／搬出口５８を閉塞するためのゲートバルブ６０が設置されている。ゲートバルブ６０を開けることにより、カセット１１０の出し入れが可能となる。また、カセット１１０は、図示しない工程内搬送装置（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ／ＯＨＴ：Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｈｏｉｓｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）によって、ＩＯステージ６４に供給され、また、ＩＯステージ６４から排出される。

図１に示されているように、搬送室１２の筐体２０の３枚の側壁のうち、左右に位置する２枚の側壁には、ウエハ２００に所望の処理を行う第１の基板処理装置１０１（以下、基板処理装置１０１とする）と第２の基板処理装置１０２（以下、基板処理装置１０２とする）が、それぞれ、ゲートバルブ７０、７１を介して連結されている。
７４は、基板処理システム１０を制御する制御部であり、移載機２２等、基板処理システム１０を構成する各構成部を制御するものである。

各基板処理装置１０１、１０２は、同一種類の基板処理を行うものであっても良いし、また装置の目的に応じて、それぞれ異なる種類の基板処理を行う装置としても良い。また、基板処理装置１０１と基板処理装置１０２を備えるものについて記したが、これに限らず、３つ以上の装置を備えてもよく、少なくとも２つの基板処理装置を備えるものに適用できる。
本実施例においては、同一の基板処理装置として、以下に説明する。また、基板処理装置の詳細は後述する。

以下、前記した構成をもつ基板処理システム１０を使用する基板処理工程を説明する。この基板処理工程においては、基板処理システム１０の各構成部を、制御部７４が制御するものである。

まず、未処理のウエハ２５枚を収納したカセット１１０が、工程内搬送装置によって、基板処理システム１０へ搬送されて来る。図１に示されているように、搬送されてきたカセット１１０は、ＩＯステージ６４の上に、工程内搬送装置から受け渡されて載置される。カセット搬入／搬出口５８を閉塞するゲートバルブ６０が開放される。

ゲートバルブ６０が開放されると、搬送室１２の移載機２２は、ＩＯステージ６４に載置されたカセット１１０をピックアップする。

移載機２２が、ＩＯステージ６４から１個目のカセット１１０をピックアップした後、ゲートバルブ６０が閉じられ、次のカセットを搬入するための準備が行われる。
それと並行して、基板処理装置１０１のゲートバルブ７０が開かれ、移載機２２が、前記１個目のカセット１１０を、基板処理装置１０１内に搬入する。

続いて、ゲートバルブ６０が開かれる。続いて搬送室１２の移載機２２は、ＩＯステージ６４から、前記２個目のカセット１１０をピックアップする。
移載機２２が、前記２個目のカセット１１０をピックアップした後、ゲートバルブ６０が閉じられて、次のカセットを搬入するための準備が行われる。
それと並行して、基板処理装置１０１のゲートバルブ７０が開かれ、移載機２２が、前記２個目のカセット１１０を、基板処理装置１０１に搬入する。

以下、同様にしてカセット１１０を基板処理装置１０１内に搬入し、ゲートバルブ７０が閉じられ、基板処理装置１０１内で所望の処理が施される。基板処理装置１０１において、後述する工程によって所望の処理が施されると、処理済みの２５枚のウエハの全てが、カセット１１０へ収納され、ゲートバルブ７０、７１が開かれ、移載機２２が、基板処理装置１０１内で所望の処理が施されたカセット１１０を次々と搬送室１２を介して基板処理装置１０２内に搬入し、ゲートバルブ７０，７１が閉じられて、基板処理装置１０２内にて所望の処理が施される。

基板処理装置１０２において、後述する工程によって所望の処理が行われ、処理済みの２５枚のウエハの全てが、カセット１１０へ収納されると、ゲートバルブ７１が開かれ、移載機２２が、前記処理済みのウエハを収納したカセット１１０を基板処理装置１０２外へ搬出する。そして、ゲートバルブ７１が閉じられるとカセット搬入／搬出口５８を閉塞するゲートバルブ６０が開かれ、カセット１１０は、ＩＯステージ６４に搬送されて次の工程へ、工程内搬送装置によって搬送される。
以上の動作が繰り返されることにより、ウエハが２５枚ずつ、順次処理されていく。

続いて、本発明の実施形態に係る基板処理システムに用いられる基板処理装置１０１及び基板処理装置１０２において説明する。

これらの基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。各基板処理装置の例として、ここでは基板に対し成膜処理等をおこなう縦型の装置を使用した場合について述べる。基板処理装置１０１および基板処理装置１０２は実質的に同じ構成を有する。以下、基板処理装置１０１および基板処理装置１０２において、同一の構成を有する場合は同じ符号を用いる。また、便宜上、適宜、基板処理装置１０２に係る符号を（）に示す。

基板処理装置１０１および基板処理装置１０２では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００は半導体シリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、筐体１１１の内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に移載機２２によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されたりする。

カセットステージ１１４上にはカセット１１０が、移載機２２によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１１１内の前後方向の中央部より前方側にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。

カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。

カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとを備えている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連動動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載装置１２５が設置されている。ウエハ移載装置１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載機構１２５ａと、ウエハ移載機構１２５ａを昇降させるためのウエハ移載機構エレベータ１２５ｂとを備えている。ウエハ移載機構１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載機構１２５ａとウエハ移載機構エレベータ１２５ｂとの連動動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。

カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは供給ファン（図示せず）および防塵フィルタ（図示せず）を備えている。当該クリーンエアは、筐体１１１の内部を流通し、その後、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも供給ファン（図示せず）および防塵フィルタ（図示せず）を備えており、クリーンエアをウエハ移載機構１２５ａ等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載機構１２５ａ等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉が設けられている。以下、基板処理装置１０１の処理炉を処理炉２０２、基板処理装置１０２の処理炉を処理炉６０２と記し、基板処理装置１０１の構成についてのみ記載し、基板処理装置１０２の構成に係る符号を（）内に記載して省略する。処理炉２０２（６０２）の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。処理炉２０２の下方には、基板支持手段（基板支持具）としての基板支持部材であるボート２１７を処理炉２０２（６０２）に昇降させる昇降機構、すなわち搬送手段（搬送機構）としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。ボート２１７はボート支持台（図示せず）に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有し、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有しており、バッチ処理される複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。

次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
カセット１１０がカセットステージ１１４に供給されるに先立って、カセット搬入搬出口（図示せず）がゲートバルブ７０によって開放される。その後、カセット１１０はカセット搬入搬出口から搬入され、カセットステージ１１４の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。

次に、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、移載室１２４の後方にあるボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、次のウエハ１１０をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。

ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

＜処理炉の構成＞
図３および図４に示す通り、処理炉２０２（６０２）には基板としてのウエハ２００を加熱するための加熱手段（加熱機構、加熱系）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３（６０３）が配設されている。反応管２０３（６０３）は例えば石英（ＳｉＯ₂）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。

反応管２０３（６０３）の下端には、例えばステンレス等によりマニホールド２０９が気密部材であるＯリング２２０を介して下端開口はシールキャップ２１９によりＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、反応管２０３、マニホールド２０９およびシールキャップ２１９により処理室２０１（６０１）を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介してボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを支持した状態で保持する保持体となっている。

ボート支持台２１８の下端部には、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７を駆動させることにより、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させることができるようになっている。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。

処理室２０１（６０１）内には、第１のノズル４１０であるノズル４１０（第１のノズル４５０であるノズル４５０）、第２のノズル４２０であるノズル４２０（第２のノズル４６０であるノズル４６０）が反応管２０３（６０３）の下部を貫通するように設けられている。ノズル４１０（４５０）、ノズル４２０（４６０）には、ガス供給ラインとしての第１のガス供給管３１０であるガス供給管３１０（第１のガス供給管３５０であるガス供給管３５０）、第２のガス供給管３２０である３２０（第２のガス供給管３６０である３６０）が、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３（６０３）には２本のノズル４１０（４５０）、４２０（４６０）と、２本のガス供給管３１０（３５０）、３２０（３６０）とが設けられており、処理室２０１（６０１）内へ複数種類、ここでは２種類のガス（処理ガス）を供給することができるように構成されている。

ガス供給管３１０（３５０）には上流側から順に流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ３１２（３５２）および開閉弁であるバルブ３１４（３５４）が設けられている。ガス供給管３１０（３５０）の先端部にはノズル４１０（４５０）が連結されている。ノズル４１０（４５０）は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、反応管２０３（６０３）の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３（６０３）の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４１０（４５０）は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。

ノズル４１０（４５０）の側面にはガスを供給するガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）が設けられている。ガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）は反応管２０３（６０３）の中心を向くように開口している。このガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）は、反応管２０３（６０３）の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、ガス供給管３１０（３５０）、マスフローコントローラ３１２（３５２）、バルブ３１４（３５４）、ノズル４１０（４５０）により第１のガス供給系が構成される。

また、ガス供給管３１０（３５０）にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５１０（５５０）が接続されている。キャリアガス供給管５１０（５５０）にはマスフローコントローラ５１２（５５２）およびバルブ５１４（５５４）が設けられている。主に、キャリアガス供給管５１０（５５０）、マスフローコントローラ５１２（５５２）、バルブ５１４（５５４）により第１のキャリアガス供給系が構成される。

ガス供給管３２０（３６０）には上流側から順に流量制御装置（流量制御部）であるマスフローコントローラ３２２（３６２）および開閉弁であるバルブ３２４（３６４）が設けられている。ガス供給管３２０（３６０）の先端部にはノズル４２０（４６０）が連結されている。ノズル４２０（４６０）は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。その垂直部は、反応管２０３（６０３）の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、反応管２０３（６０３）の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように（つまりウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように）設けられている。すなわち、ノズル４２０（４６０）は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。

ノズル４２０（４６０）の側面にはガスを供給するガス供給孔４２０ａ（４６０ａ）が設けられている。ガス供給孔４２０ａ（４６０ａ）は反応管２０３（６０３）の中心を向くように開口している。このガス供給孔４２０ａ（４６０ａ）は、反応管２０３（６０３）の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、ガス供給管３２０（３６０）、マスフローコントローラ３２２（３６２）、バルブ３２４（３６４）、ノズル４２０（４６０）により第２のガス供給系が構成される。

更にガス供給管３２０（３６０）にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管５２０（５６０）が連結されている。キャリアガス供給管５２０（５６０）にはマスフローコントローラ５２２（５６２）およびバルブ５２４（５６４）が設けられている。主に、キャリアガス供給管５２０（５６０）、マスフローコントローラ５２２（５６２）、バルブ５２４（５６４）により第２のキャリアガス供給系が構成される。

このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管２０３（６０３）の内壁と、積載された複数枚のウエハ２００の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル４１０（４５０）、４２０（４６０）を経由してガスを搬送し、ノズル４１０（４５０）、４２０（４６０）にそれぞれ開口されたガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）、４２０ａ（４６０ａ）からウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３（６０３）内にガスを噴出させており、反応管２０３（６０３）内におけるガスの主たる流れをウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

上記構成に係る一例として、ガス供給管３１０からは、第１の所定元素を含む第１の処理ガスとして、例えば第１の原料ガスである少なくとも金属含有ガス（金属化合物）であってチタン（Ｔｉ）元素を含むＴｉ含有原料である四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）がマスフローコントローラ３１２、バルブ３１４、ノズル４１０を介して処理室２０１内に供給される。なお、ＴｉＣｌ₄のように常温常圧下で液体状態である液体材料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ₄ガスとして供給することとなる。

ガス供給管３２０からは、第２の所定元素を含む第２の処理ガスとして、例えば反応ガスである少なくとも窒素（Ｎ）を含むＮ含有ガスであり、窒化原料すなわち窒化ガスであるアンモニア（ＮＨ₃）が処理室２０１内に供給される。

ガス供給管３５０からは、第３の所定元素を含む第３の処理ガスとして、例えば第１の還元ガスである少なくともホウ素（Ｂ）を含むＢ含有ガスであるジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）が処理室６０１内に供給される。また、ガス供給管３５０からは、第４の所定元素を含む第４の処理ガスとして、例えば第２の還元ガスである少なくとも水素（Ｈ）を含むＨ含有ガスである水素（Ｈ₂）が処理室６０１内に供給される場合がある。その際、処理室６０１内にＢ含有ガスとともに供給してもよいし、それぞれ単独で供給してもよい。また、Ｂ含有ガスとＨ含有ガスとのどちらか一方のみ処理室６０１内に供給してもよい。

ガス供給管３６０からは、第５の所定元素を含む第５の処理ガスとして、例えば第１の原料ガスとは異なる第２の原料ガスである少なくとも金属含有ガス（金属化合物）であってタングステン（Ｗ）を含むＷ含有原料である六フッ化タングステン（ＷＦ₆）がマスフローコントローラ３６２、バルブ３６４、ノズル４６０を介して処理室６０１内に供給される。

キャリアガス供給管５１０（５５０）、５２０（５６０）からは、例えば不活性ガスである窒素（Ｎ₂）ガスが、それぞれマスフローコントローラ５１２（５５２）、５２２（５６２）、バルブ５１４（５５４）、５２４（５６４）、ガス供給管５１０（５５０）、５２０（５６０）、ノズル４１０（４５０）、４２０（４６０）を介して処理室２０１（６０１）内に供給される。

なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１のガス供給系により第１の原料ガス供給系が構成される。第１の原料ガス供給系は第１の金属含有ガス供給系とも称する。また、第２のガス供給系によりＮ含有ガス供給系（窒化ガス供給系）が構成される。Ｎ含有ガス供給系は反応ガス供給系とも称する。また、第３、第４のガス供給系により還元ガス供給系が構成される。また、第５のガス供給系により第２の原料ガス供給系が構成される。第２の原料ガス供給系は第２の金属含有ガス供給系とも称する。

反応管２０３（６０３）には、処理室２０１（６０１）内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。図４に示すように、横断面視において、排気管２３１は、反応管２０３（６０３）のノズル４１０（４５０）のガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）、ノズル４２０（４６０）のガス供給孔４２０ａ（４６０ａ）が設けられる側と対向する側、すなわちウエハ２００を挟んでガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）、４２０ａ（４６０ａ）とは反対側に設けられている。また、図３に示すように縦断面視において、排気管２３１は、ガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）、４２０ａ（４６０ａ）が設けられる箇所よりも下方に設けられている。この構成により、ガス供給孔４１０ａ（４５０ａ）、４２０ａ（４６０ａ）から処理室２０１（６０１）内のウエハ２００の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ２００の表面と平行な方向に向かって流れた後、下方に向かって流れ、排気管２３１より排気されることとなる。処理室２０１（６０１）内におけるガスの主たる流れが水平方向へ向かう流れとなるのは上述の通りである。

排気管２３１には、上流側から順に、処理室２０１（６０１）内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５、圧力調整器（圧力調整部）として構成された排気バルブとしてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。また、排気管２３１には、排気ガス中の反応副生成物や未反応の原料ガス等を捕捉するトラップ装置や排気ガス中に含まれる腐食性成分や有毒成分等を除害する除害装置が接続されている場合がある。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、圧力センサ２４５により、排気系すなわち排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。さらには、トラップ装置や除害装置を排気系に含めて考えてもよい。

なお、ＡＰＣバルブ２４３は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１（６０１）内の真空排気および真空排気停止を行なうことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室２０１（６０１）内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。

反応管２０３（６０３）内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、ノズル４１０（４５０）、４２０（４６０）と同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３（６０３）の内壁に沿って設けられている。

図５には、コントローラ２８０が示されている。図５に示されているように、コントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａ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２８０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２８２が接続されている。

記憶装置２８０ｃ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２８０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２８０に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａ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２８０ｄは、上述のマスフローコントローラ３１２（３５２）、３２２（３６２）、５１２（５５２）、５２２（５６２）、バルブ３１４（３５４）、３２４（３６４）、５１４（５５４）、５２４（５６４）、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。

ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃ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２８２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２８０ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ３１２（３５２）、３２２（３６２）、５１２（５５２）、５２２（５６２）による各種ガスの流量調整動作、バルブ３１４（３５４）、３２４（３６４）、５１４（５５４）、５２４（５６４）の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作およびＡＰＣバルブ２４３による圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。

なお、コントローラ２８０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２８３を用意し、係る外部記憶装置２８３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２８０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２８３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置２８３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

次に、上述の基板処理装置１０１（１０２）の処理炉２０２（６０２）を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００上に薄膜を成膜する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２８０により制御される。

以下では、ライナー膜として絶縁膜が形成されたウエハ２００の絶縁膜上にＴｉＮ膜を形成する工程の後、ＴｉＮ膜の上にゲート電極としての金属含有膜であるタングステンホウ化膜（ＷＢ膜）を形成する工程を行う例について説明する。
具体的には、基板処理装置１０１の処理炉２０２を用いてＴｉＮ膜を形成し、基板処理装置１０２の処理炉６０２を用いてＷＢ膜を形成する。図６及び図８は、それぞれ本実施形態の好適なシーケンスにおけるＴｉＮ膜、ＷＢ膜の成膜フローを示す図である。図７及び図９は、それぞれ本実施形態の好適なシーケンスにおけるＴｉＮ膜形成時、ＷＢ膜形成時におけるガス供給のタイミングを示す図である。

本実施形態の好適なシーケンスは、
表面に絶縁膜が形成されたウエハ２００上にライナー膜（ＴｉＮ膜）を形成する工程と、
金属元素（Ｗ）およびフッ素（Ｆ）を含むガスを用いて、前記ライナー膜（ＴｉＮ膜）上に金属含有膜（ＷＢ膜）を形成する工程と、を行うことで、絶縁膜にリーク電流の増加等のダメージを与えることなくウエハ２００上に金属含有膜（ＷＢ膜）を形成する。

最初に、基板処理装置１０１の処理炉２０２を用いてウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成する例について説明する。

（ウエハチャージおよびボートロード）
表面に絶縁膜が形成されたウエハ２００が複数枚ボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図３に示されているように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。

（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）。なお、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への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。なお、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。続いて、回転機構２６７によりボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。なお、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、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。その後、後述するステップ１１〜１４を順次実行してウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成するＴｉＮ膜形成工程を行う。

＜ステップ１１＞
（ＴｉＣｌ₄ガス供給）
ガス供給管３１０のバルブ３１４を開き、ガス供給管３１０内にＴｉＣｌ₄ガスを流す。ガス供給管３１０内を流れたＴｉＣｌ₄ガスは、マスフローコントローラ３１２により流量調整される。流量調整されたＴｉＣｌ₄ガスは、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ＴｉＣｌ₄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ＴｉＣｌ₄ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５１４を開き、キャリアガス供給管５１０内にＮ₂ガス等の不活性ガスを流す。キャリアガス供給管５１０内を流れたＮ₂ガスは、マスフローコントローラ５１２により流量調整される。流量調整されたＮ₂ガスはＴｉＣｌ₄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内へのＴｉＣｌ₄ガスの侵入を防止するために、バルブ５２４を開き、キャリアガス供給管５２０内にＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ガス供給管３２０、ノズル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を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば２０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ３１２で制御するＴｉＣｌ₄ガスの供給流量は、例えば１０〜１００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ５１２、５２２で制御するＮ₂ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＴｉＣｌ₄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０．１〜１２０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２００〜４００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＴｉＣｌ₄ガスの供給により、ウエハ２００上にチタン（Ｔｉ）含有層が形成される。

＜ステップ１２＞
（残留ガス除去）
ウエハ２００上にＴｉ含有層が形成された後、ガス供給管３１０のバルブ３１４を閉じ、ＴｉＣｌ₄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Ｔｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ₄ガスを処理室２０１内から排除する。なお、このときバルブ５１４、５２４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、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ₄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。

なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ１３において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ１３において悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

＜ステップ１３＞
（ＮＨ₃ガス供給）
ステップ１２が終了し処理室２０１内の残留ガスを除去した後、ガス供給管３２０のバルブ３２４を開き、ガス供給管３２０内にＮＨ₃ガスを流す。ガス供給管３２０内を流れたＮＨ₃ガスは、マスフローコントローラ３２２により流量調整される。流量調整されたＮＨ₃ガスは、ノズル４２０のガス供給孔４２０ａから処理室２０１内へ供給され、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。すなわちウエハ２００の表面はＮＨ₃ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５２４を開き、キャリアガス供給管５２０内にＮ₂ガスを流す。キャリアガス供給管５２０内を流れたＮ₂ガスは、マスフローコントローラ５２２により流量調整される。流量調整されたＮ₂ガスはＮＨ₃ガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４１０内へのＮＨ₃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、ステップ１１と同様、例えば１０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ３２２で制御するＮＨ₃ガスの供給流量は、例えば１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ５２２で制御するＮ₂ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０〜２０００ｓｃｃｍ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、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば０．１〜１２０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、ウエハ２００の温度が、例えば２００〜４００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。

ＮＨ₃ガスの供給により、ウエハ２００上に形成されたＴｉ含有層とＮＨ₃ガスとが反応する。このとき、主に、ウエハ２００上に形成されたＴｉ含有層が窒化されてチタン窒化層（ＴｉＮ層）へと改質される。

＜ステップ１４＞
（残留ガス除去）
その後、ガス供給管３２０のバルブ３２４を閉じて、ＮＨ₃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ＴｉＮ層形成に寄与した後のＮＨ₃ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する。なお、このときバルブ５１４、５２４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、これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＴｉＮ層形成に寄与した後のＮＨ₃ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。

なお、このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後にステップ１１が行われる場合であっても悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内に供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、その後にステップ１１が行われる場合であっても悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。このように、処理室２０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

その後、上述したステップ１１〜１４を１セットとして、このセットを所定回数行なうことにより、所定の厚さのＴｉＮ膜を形成する。このセットは、１回行なうよりも、複数回行なう方が好ましい。

（パージおよび大気圧復帰）
所定組成を有する所定膜厚のＴｉＮ膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ₂等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気されることで、処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（ボートアンロードおよび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とともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取り出される。

次に、基板処理装置１０２の処理炉６０２を用いてＴｉＮ膜が形成されたウエハ２００上にＷＢ膜を形成する例について説明する。ここでは、基板処理装置１０１で表面にＴｉＮ膜を形成したウエハ２００を、搬送室１２を経由して基板処理装置１０２に搬入した後、基板処理装置１０２で、ＴｉＮ膜が形成されたウエハ２００上にＷＢ膜を形成する。

（ウエハチャージおよびボートロード）
表面にＴｉＮ膜が形成されたウエハ２００が複数枚ボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図３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６０１内に搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管６０３の下端をシールした状態となる。

（圧力調整および温度調整）
圧力調整、温度調整およびボート２１７の回転については、上述の処理室２０１内における圧力調整、温度調整およびボート２１７の回転と同様のため、説明を省略する。回転機構２６７によりボート２１７およびウエハ２００の回転を開始した後、後述するステップ２１〜２４を順次実行してウエハ２００上にＷＢ膜を形成するＷＢ膜形成工程を行う。

＜ステップ２１＞
（Ｂ₂Ｈ₆ガス＋Ｈ₂ガス供給）
まず、ガス供給管３５０のバルブ３５４を開き、ガス供給管３５０内にＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスを流す。ガス供給管３５０内を流れたＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスは、マスフローコントローラ３５２により流量調整される。流量調整されたＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスは、ノズル４５０のガス供給孔４５０ａから処理室６０１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ガスおよびＨ₂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Ｂ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５５４を開き、キャリアガス供給管５５０内にＮ₂ガス等の不活性ガスを流す。キャリアガス供給管５５０内を流れたＮ₂ガスは、マスフローコントローラ５５２により流量調整される。流量調整されたＮ₂ガスはＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスと一緒に処理室６０１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４６０内へのＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスの侵入を防止するために、バルブ５６４を開き、キャリアガス供給管５６０内にＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ガス供給管５６０、ノズル４６０を介して処理室６０１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６０１内の圧力を、例えば２０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ３５２で制御するＢ₂Ｈ₆ガスの供給流量は、例えば１０〜１００ｓｃｃｍの範囲内の流量とし、Ｈ₂ガスの供給流量は、例えば２００〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ５５２、５６２で制御するＮ₂ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。Ｂ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂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１〜１２０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２００〜３００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。Ｂ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスの供給により、ウエハ２００上にＢＨ含有層が形成される。なお、このとき、ウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜もしくはＷＢ膜が水素終端されるとも言える。

＜ステップ２２＞
（残留ガス除去）
ウエハ２００上にＢＨ含有層が形成された後、ガス供給管３５０のバルブ３５４を閉じ、Ｂ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂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６０１内を真空排気し、処理室６０１内に残留する未反応もしくはＢＨ含有層形成に寄与した後のＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスを処理室６０１内から排除する。なお、このときバルブ５５４、５６４は開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室６０１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、これにより、処理室６０１内に残留する未反応もしくはＢＨ含有層形成に寄与した後のＢ₂Ｈ₆ガスおよびＨ₂ガスを処理室６０１内から排除する効果を高めることができる。

なお、このとき、処理室６０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室６０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室６０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ２３において悪影響が生じることはない。このとき処理室６０１内に供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管６０３（処理室６０１）の容積と同程度の量を供給することで、ステップ２３において悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。このように、処理室６０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

＜ステップ２３＞
（ＷＦ₆ガス供給）
ステップ２２が終了し処理室６０１内の残留ガスを除去した後、ガス供給管３６０のバルブ３６４を開き、ガス供給管３６０内にＷＦ₆ガスを流す。ガス供給管３６０内を流れたＷＦ₆ガスは、マスフローコントローラ３６２により流量調整される。流量調整されたＷＦ₆ガスは、ノズル４６０のガス供給孔４６０ａから処理室６０１内へ供給され、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。すなわちウエハ２００の表面はＷＦ₆ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ５６４を開き、キャリアガス供給管５６０内にＮ₂ガスを流す。キャリアガス供給管５６０内を流れたＮ₂ガスは、マスフローコントローラ５６２により流量調整される。流量調整されたＮ₂ガスはＷＦ₆ガスと一緒に処理室６０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。なお、このとき、ノズル４５０内へのＷＦ₆ガスの侵入を防止するために、バルブ５５４を開き、キャリアガス供給管５５０内にＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスは、ガス供給管３５０、ノズル４５０を介して処理室６０１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６０１内の圧力を、ステップ２１と同様、例えば１０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ３６２で制御するＷＦ₆ガスの供給流量は、例えば１０〜１００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ５６２で制御するＮ₂ガスの供給流量は、それぞれ例えば１０〜２０００ｓｃｃｍ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、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば０．１〜１２０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２１と同様、ウエハ２００の温度が、例えば２００〜４００℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。

ＷＦ₆ガスの供給により、ステップ２１でウエハ２００上に形成されたＢＨ含有層とＷＦ₆ガスとが反応し、タングステンホウ化層（ＷＢ層）が形成される。なお、ＷＢ層を、ホウ素（Ｂ）ドープドタングステン（Ｗ）層、ホウ素（Ｂ）添加タングステン（Ｗ）層と称する場合がある。

＜ステップ２４＞
（残留ガス除去）
その後、ガス供給管３６０のバルブ３６４を閉じて、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６０１内を真空排気し、処理室６０１内に残留する未反応もしくはＷＢ層形成に寄与した後のＷＦ₆ガスや反応副生成物を処理室６０１内から排除する。なお、このときバルブ５５４、５６４は開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室６０１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、これにより、処理室６０１内に残留する未反応もしくはＷＢ層形成に寄与した後のＷＦ₆ガスや反応副生成物を処理室６０１内から排除する効果を高めることができる。

なお、このとき、処理室６０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室６０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室６０１内に残留するガスが微量であれば、その後にステップ２１が行われる場合であっても悪影響が生じることはない。このとき処理室６０１内に供給するＮ₂ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管６０３（処理室６０１）の容積と同程度の量を供給することで、その後にステップ２１が行われる場合であっても悪影響が生じない程度のパージを行なうことができる。このように、処理室６０１内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ₂ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。

その後、上述したステップ２１〜２４を１セットとして、このセットを所定回数行なうことにより、所定の厚さのＷＢ膜を形成する。このセットは、１回行なうよりも、複数回行なう方が好ましい。

（パージおよび大気圧復帰）
所定組成を有する所定膜厚のＷＢ膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ₂等の不活性ガスが処理室６０１内へ供給され、排気管２３１から排気されることで、処理室６０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。その後、処理室６０１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６０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

（ボートアンロードおよび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６０３の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管６０３の下端から反応管６０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取り出される。

以上のように、絶縁膜の上にライナー膜としてのＴｉＮ膜を形成した後にＴｉＮ膜の上に金属膜であるＷＢ膜を形成することで、Ｆ含有原料を用いてＷＢ膜を形成する際、下地となる絶縁膜へのダメージを抑制することが可能となる。

（第２の実施形態）
上述の説明においては、基板上にライナー膜であるＴｉＮ膜を形成するために使用される基板処理装置１０１と、ＴｉＮ膜の上にゲート電極であるＷＢ膜を形成するために使用される基板処理装置１０２とがそれぞれ異なる基板処理装置であり、各基板処理装置と、基板を収納したカセットをこれらの基板処理装置間で移動するための搬送室１２とを有する基板処理システム１０を用いる例について説明したが、本発明の好ましい第２の実施形態では、図１０に示すように、２つの処理炉を有する単一の基板処理装置１０３を用いて、基板上にライナー膜であるＴｉＮ膜を形成した後、ＴｉＮ膜の上にゲート電極であるＷＢ膜を形成する点が、第１の実施形態と異なる。基板処理装置１０３について、第１の実施形態と異なる部分のみ以下に説明し、同じ部分は説明を省略する。

筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉が２つ設けられている。具体的には、ＴｉＮ膜を形成する処理炉２０２と、ＷＢ膜を形成する処理炉６０２が後部上方の左右に並列して配置されている。処理炉２０２と処理炉６０２の下端部は、それぞれ炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７，１４７により開閉されるように構成されている。処理炉２０２の下方には、基板支持部材であるボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構、すなわち搬送手段（搬送機構）としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設けられている。同様に、処理炉６０２の下方には、ボート２１７を処理炉６０２に昇降させる昇降機構、すなわち搬送手段としてのボートエレベータ１１５が設けられている。以下、処理炉２０２及び処理炉６０２の構成は、上述した図３および図４に示される基板処理装置１０１，１０２で用いられたものと同様の構成であり、説明を省略する。

次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
上述した基板処理装置１０１と同様に処理炉２０２内にて所定の処理がなされ、ＴｉＮ膜が形成されると、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによって、処理炉６０２の下方に配置されるボート２１７に装填（チャージング）される。処理炉６０２のボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａは処理炉２０２の下方のボート２１７に戻り、次のウエハ１１０を装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００が処理炉６０２下方のボート２１７に装填されると、シールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉６０２内へ搬入（ローディング）されて行く。

ローディング後は、処理炉６０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。処理後は、上述の第１の実施形態の処理後の手順と同様の手順で、ウエハ２００およびカセット１１０は筐体１１１の外部へ払出される。

＜処理炉の構成＞
ライナー膜であるＴｉＮ膜を形成する処理炉２０２およびゲート電極であるＷＢ膜を形成する処理炉６０２については、第１の実施形態で説明した処理炉２０２および処理炉６０２と同様の構成であり、説明を省略する。

また、上述の基板処理装置１０３の処理炉２０２、処理炉６０２を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウエハ２００上に薄膜を成膜する例について、第１の実施形態における基板処理装置１０１，１０２の図６〜図９及びその説明と同様であり、説明を省略する。

以上のように、単一の基板処理装置１０３の中で２つの処理炉２０２および処理炉６０２を用いてＴｉＮ膜およびＷＢ膜を連続してウエハ２００上に形成するため、ＴｉＮ膜を大気中に曝すことなく処理炉６０２へ搬送できるため、ＴｉＮ膜の表面が酸化されてしまうことを抑制することができる。仮に、ＴｉＮ膜の表面が酸化されてしまうと、次に酸化されたＴｉＮ膜上にＷＢ膜を形成する際に、インキュベーション時間が発生する可能性がある。インキュベーション時間が発生し、その時間が増加すればするほど、ＷＢ膜を形成する際に使用されるガスに含まれるＦ成分等のハロゲン化物による下地である絶縁膜への影響が増加してしまうため、本実施形態のようにＴｉＮ膜の表面が酸化されることなく、処理炉６０２へ搬送されることは好適である。

なお、以降のように、単一の基板処理装置１０３の中で２つの処理炉２０２および処理炉６０２を用いてＴｉＮ膜およびＷＢ膜をそれぞれの処理炉内で形成する場合は、排気系も２系統設けて、膜種ごとに排気系を使い分けるようにしてもよい。

また、上述の実施形態や各変形例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。さらに、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上述の実施の形態では、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を用いて成膜する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。

また、例えば、上述の実施形態では、Ｔｉ含有原料である金属原料ガスとして、ＴｉＣｌ₄ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₄）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₃）₂］₄）等のハロゲン化合物以外の有機化合物あるいはアミノ系化合物であるチタン（Ｔｉ）含有ガスを用いてもよい。

また、例えば、上述の実施形態では、窒化原料として、ＮＨ₃ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、ジアゼン（Ｎ₂Ｈ₂）ガス、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）ガス、Ｎ₃Ｈ₈ガス、窒素（Ｎ₂）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ₆Ｎ₂）、ジメチルヒドラジン（Ｃ₂Ｈ₈Ｎ₂）等を用いてもよい。

また、不活性ガスとしては、Ｎ₂ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。

また、例えば、上述のＷＢ膜を形成する実施形態では、Ｗ含有原料である金属原料ガスとしてＷＦ₆ガスを用いる例について説明しているが、これに限らず、例えば六塩化タングステン（ＷＣｌ₆）、ビスタートブチルイミノビスジメチルアミノタングステン（ＢＴＢＭＷ）等のＷ含有原料を用いても良い。

また、上述の実施形態では、ライナー膜としてＴｉＮ膜を用いる例について説明しているが、これに限らず、Ｆ含有原料を用いずに形成される膜であれば他の膜でも適用可能であり、例えば、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等の金属元素を１以上含む金属膜であって、金属窒化膜もしくは金属炭化膜にも好適に適用可能である。その際、Ｔａ含有原料としては塩化タンタル（ＴａＣｌ₄）等を用いることができ、Ｃｏ含有原料としてはＣｏ ａｍｄ［（ｔＢｕ）ＮＣ（ＣＨ₃）Ｎ（ｔＢｕ）₂Ｃｏ］等を用いることができ、Ｗ含有原料としてはフッ化タングステン（ＷＦ₆）等を用いることができ、Ｍｏ含有原料としては塩化モリブデン（ＭｏＣｌ₃もしくはＭｏＣｌ₅）等を用いることができ、Ｒｕ含有原料としては２，４−ジメチルペンタジエニル（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム（（Ｒｕ（ＥｔＣｐ）（Ｃ₇Ｈ₁₁））等を用いることができ、Ｙ含有原料としてはトリスエチルシクロペンタジエニルイットリウム（Ｙ（Ｃ₂Ｈ₅Ｃ₅Ｈ₄）₃）等を用いることができ、Ｌａ含有原料としてはトリスイソプロピルシクロペンタジエニルランタン（Ｌａ（ｉ−Ｃ₃Ｈ₇Ｃ₅Ｈ₄）₃）等を用いることができ、Ｚｒ含有原料としてはテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ₃（Ｃ₂Ｈ₅））₄）等を用いることができ、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ₃（Ｃ₂Ｈ₅））₄）等を用いることができる。

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。

以下に実験例を説明するが、本発明はこれらの実験例により何ら限定されるものではない。

（実験例１）
図１１に示すように、上述の実施形態における成膜シーケンスを用いてＭＯＳキャパシタを作成した。まず、半導体シリコン基板としてのウエハ２００に対してＨＦトリートメントを行った後、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成し、さらにゲート絶縁膜として高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）膜であるハフニウム酸化膜（ＨｆＯ₂膜、以下ではＨｆＯ膜とも称する）を形成し、さらにその上に、基板処理装置１０１もしくは基板処理装置１０３の処理炉２０２を用いてライナー膜としてのＴｉＮ膜を形成した。さらに、ＴｉＮ膜の上に、基板処理装置１０２もしくは基板処理装置１０３の処理炉６０２を用いてゲート電極としてＷＢ膜を形成し、ＰＶＤ（Ｐｈｉｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）処理を行ってＴｉＮ膜を形成し、ゲートパターニング、ゲートエッチング、レジスト除去、熱処理（４００℃）を経て、バックサイドアルミニウム（Ａｌ）を形成した。

なお、本実験例では、第１の処理ガスとしてＴｉ含有ガスであるＴｉＣｌ₄ガスを、第２の処理ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ₃ガスを用いて図６の成膜フローおよび図７のガス供給タイミングによりウエハ２００上にＴｉＮ膜を形成し、第３の処理ガスとしてＢ₂Ｈ₆、第４の処理ガスとしてＨ₂ガスを用い、第５の処理ガスとしてＷＦ₆ガスを用いて、図８の成膜フローおよび図９のガス供給タイミングによりＴｉＮ膜の上にＷＢ膜を形成した。そのときの各ステップにおける処理条件は次のように設定した。

＜ＴｉＮ膜形成工程＞
（ステップ１１）
処理室内温度：４００℃
処理室内圧力：５０Ｐａ（０．３８Ｔｏｒｒ）
ＴｉＣｌ₄ガス供給流量：１０ｓｃｃｍ
ＴｉＣｌ₄ガス照射時間：２秒
（ステップ１３）
処理室内温度：４００℃
処理室内圧力：５０Ｐａ（０．３８Ｔｏｒｒ）
ＮＨ₃ガス供給流量：１０００ｓｃｃｍ
ＮＨ₃ガス照射時間：２０秒
＜ＷＢ膜形成工程＞
（ステップ２１）
処理室内温度：２００℃
処理室内圧力：５００Ｐａ（３．８Ｔｏｒｒ）
Ｎ₂ ５％希釈Ｂ₂Ｈ₆供給流量：５０ｓｃｃｍ
Ｈ₂ ５％希釈Ｂ₂Ｈ₆供給流量：２５０ｓｃｃｍ
Ｈ₂供給流量：２０００ｓｃｃｍ
Ｂ₂Ｈ₆照射時間：１０秒
Ｈ₂照射時間：１０秒
（ステップ２３）
処理室内温度：２００℃
処理室内圧力：３０Ｐａ（０．２３Ｔｏｒｒ）
ＷＦ₆供給流量：５ｓｃｃｍ
ＷＦ₆照射時間：２秒

このとき、ライナー膜としてのＴｉＮ膜形成工程では、ステップ１１〜ステップ１４を所定回数行い、１ｎｍの膜厚のＴｉＮ膜を形成した。また、ＷＢ膜形成工程では、ステップ２１〜ステップ２４を所定回数行い、３ｎｍの膜厚のＷＢ膜を形成した。

（実験例２）
実験例２として、ライナー膜としてのＴｉＮ膜形成工程では、ステップ１１〜ステップ１４を所定回数行い、３ｎｍの膜厚のＴｉＮ膜を形成した。その他の処理条件等は実験例１と同様とした。

（実験例３）
実験例３として、ライナー膜としてのＴｉＮ膜形成工程では、ステップ１１〜ステップ１４を所定回数行い、５ｎｍの膜厚のＴｉＮ膜を形成した。その他の処理条件等は実験例１と同様とした。

（実験例４）
実験例４として、ライナー膜としてのＴｉＮ膜を形成せずに、ＨｆＯ膜の上に直接ＷＢ膜を形成した。その他の処理条件等は実験例１と同様とした。

図１２に、実験例１〜４により得られたキャパシタのＥＯＴ（等価酸化膜厚、Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｏｘｉｄｅ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）ごとのｅＷＦ（実効仕事関数、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｗｏｒｋ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）をグラフ上にプロットして仕事関数を算出したものを示す。図１２から算出したＴｉＮ膜の実効仕事関数は、実験例４が４．５９ｅＶであるのに対して、実験例１が４．５９ｅＶ、実験例２が４．６１ｅＶ、実験例３が４．７４ｅＶであった。このように、ＨｆＯ膜に直接ＷＢ膜を形成した実験例４と膜厚１ｎｍのＴｉＮ膜をライナー膜として有する実験例１との間には実効仕事関数値に違いは確認されない。しかし、膜厚３ｎｍのＴｉＮ膜をライナー膜として有する実験例２および膜厚５ｎｍのＴｉＮ膜をライナー膜として有する実験例３では実効仕事関数の増加が確認される。この理由は、ＴｉＮ膜の仕事関数値がＷＢ膜の仕事関数値よりも高いためであると考えられる。本結果から、膜厚１ｎｍのＴｉＮ膜をライナー膜として形成した場合は、ライナー膜を形成しない場合と比較して実効仕事関数に影響がないことがわかった。

また、図１３に実験例１〜５により得られたキャパシタのＥＯＴごとのゲートリーク電流（ＥＯＴ−Ｊｇ）［Ａ／ｃｍ²］（フラットバンド電圧Ｖｆｂ＝１Ｖ）を示し、図１４に実験例１〜５により得られたキャパシタのＴｉＮ膜の膜厚ごとのＥＯＴの値を示す。実験例５は、ＢＣＤプロセスを用いてＴｉＮ膜をＨｆＯ膜上に直接形成した例である。実験例４のライナー膜としてＴｉＮ膜を形成しない例ではＥＯＴが増加するとともにリーク電流が悪化することがわかった。これに対して、実験例１〜３のようにライナー膜としてＴｉＮ膜を用いてゲート電極としてＷＢ膜を形成した場合には、ゲート電極としてＴｉＮ膜をＨｆＯ膜上に直接形成した場合と同等のＥＯＴおよびリーク電流となることがわかる。本結果は、実験例１のＴｉＮ膜の膜厚が１ｎｍであっても確認された。

以下、本発明の望ましい形態について付記する。

〔付記１〕
本発明の一態様によれば、
表面に絶縁膜が形成された基板上にライナー膜を形成する工程と、
金属元素およびフッ素を含むガスを用いて、前記ライナー膜上に金属含有膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

〔付記２〕
好ましくは、前記金属含有膜は導電性膜である。

〔付記３〕
好ましくは、前記金属元素はタングステンであり、前記導電性膜はタングステン含有膜である。

〔付記４〕
好ましくは、前記タングステン含有膜は、タングステンおよびフッ素を含むガスと還元ガスとを用いて形成される。

〔付記５〕
好ましくは、前記タングステンおよびフッ素を含むガスはＷＦ₆であり、前記還元ガスはＢ₂Ｈ₆である。

〔付記６〕
好ましくは、前記ＷＦ₆と前記Ｂ₂Ｈ₆とは前記基板に対して交互に供給される。

〔付記７〕
好ましくは、前記基板に対して、前記Ｂ₂Ｈ₆と同時にＨ₂を供給する。

〔付記８〕
好ましくは、前記金属含有膜を形成する工程は、前記基板を２５０℃に加熱した状態で行う。

〔付記９〕
好ましくは、前記ライナー膜は導電性膜である。

〔付記１０〕
好ましくは、前記ライナー膜はチタン窒化膜である。

〔付記１１〕
好ましくは、前記ライナー膜を形成する工程では、前記基板に対して原料ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記ライナー膜として前記チタン窒化膜が形成される。

〔付記１２〕
好ましくは、前記原料ガスはＴｉＣｌ₄であり、前記反応ガスはＮＨ₃である。

〔付記１３〕
好ましくは、前記チタン窒化膜は前記基板を３５０℃に加熱した状態で行う。

〔付記１４〕
好ましくは、前記ライナー膜を形成する工程と前記金属含有膜を形成する工程とは、それぞれ異なる処理室内で行う。

〔付記１５〕
好ましくは、前記ライナー膜を形成する工程と前記金属含有膜を形成する工程とは、それぞれ同一の処理室内で行う。

〔付記１６〕
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する第１の処理室と、
基板を収容する第２の処理室と、
前記第１の処理室内に収容された基板に対して処理ガスを供給する第１の処理ガス供給系と、
前記第２の処理室内に収容された基板に対して金属元素およびフッ素を含むガスを供給する第２の処理ガス供給系と、
前記第１の処理ガス供給系を制御して、表面に絶縁膜が形成され、前記第１の処理室内に収容された基板に対して処理ガスを供給して、前記基板上にライナー膜を形成する処理を行うよう構成される第１の制御部と、
前記第２の処理ガス供給系を制御して、前記ライナー膜が形成された前記基板に対して前記金属元素およびフッ素を含むガスを供給して、前記ライナー膜上に金属含有膜を形成する処理を行うよう構成される第２の制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。

〔付記１７〕
さらに、本発明の他の態様によれば、
基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたライナー膜と、
前記ライナー膜上に形成された金属含有膜と、
を有する半導体装置が提供される。

〔付記１８〕
さらに、本発明の他の態様によれば、
表面に絶縁膜が形成された基板上にライナー膜を形成する手順と、
金属元素およびフッ素を含むガスを用いて、前記ライナー膜上に金属含有膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

〔付記１９〕
さらに、本発明の他の態様によれば、
表面に絶縁膜が形成された基板上にライナー膜を形成する手順と、
金属元素およびフッ素を含むガスを用いて、前記ライナー膜上に金属含有膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

以上のように、本発明は、例えば、半導体装置の製造方法、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置等に利用することができる。

１０１，１０２，１０３・・・基板処理装置
２００・・・ウエハ
２０１、６０１・・・処理室
２０２、６０２・・・処理炉
２８０・・・コントローラ

Claims (6)

1. 表面にゲート絶縁膜が形成された基板に対して、第１の金属元素を含むフッ素非含有金属原料ガスを供給し排気する工程と、
   前記基板に対して、反応ガスを供給し排気する工程と、
   を、前記基板を２００℃以上４００℃以下に加熱しつつ、交互に複数回行い、前記ゲート絶縁膜上に前記第１の金属元素を含むライナー膜を形成する工程と、
   前記ライナー膜が形成された基板に対して、第１の還元ガスと第２の還元ガスとを供給し排気する工程と、
   前記基板に対して、第２の金属元素およびフッ素を含むフッ素含有金属原料ガスを供給し排気する工程と、
   を、交互に複数回行い、前記ライナー膜上に前記第２の金属元素を含むゲート電極を形成する工程と、
   を有する半導体装置の製造方法。
2. 前記第１の金属元素はチタンであり、前記ライナー膜はチタン窒化膜であって、前記第２の金属元素はタングステンであり、前記ゲート電極はタングステン含有膜である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記ライナー膜を形成する工程では、３ｎｍ以上５ｎｍ以下のライナー膜を形成する請求項１もしくは請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 基板を収容する第１の処理室と、
   基板を収容する第２の処理室と、
   前記基板を加熱する加熱系と、
   前記第１の処理室内に、第１の金属元素を含むフッ素非含有金属原料ガス、反応ガスを供給する第１のガス供給系と、
   前記第２の処理室内に、第２の金属元素およびフッ素を含むフッ素含有金属原料ガス、第１の還元ガス、第２の還元ガスを供給する第２のガス供給系と、
   前記第１の処理室、前記第２の処理室を排気する排気系と、
   前記加熱系、前記第１のガス供給系、前記排気系を制御して、表面にゲート絶縁膜が形成され、前記第１の処理室内に収容された基板に対してフッ素非含有金属原料ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給し排気する処理とを、前記基板を２００℃以上４００℃以下に加熱しつつ、交互に複数回行い、前記ゲート絶縁膜上に前記第１の金属元素を含むライナー膜を形成する処理を行うよう構成される第１の制御部と、
   前記第２のガス供給系、前記排気系を制御して、前記ライナー膜が形成され、前記第２の処理室内に収容された基板に対して前記第１の還元ガスと第２の還元ガスとを供給し排気する処理と、前記基板に対して前記フッ素含有金属原料ガスを供給し排気する処理と、を、交互に複数回行い、前記ライナー膜上に前記第２の金属元素を含むゲート電極を形成する処理を行うよう構成される第２の制御部と、
   を有する基板処理装置。
5. 基板を収容する第１の処理室と、
   前記基板を加熱する加熱系と、
   前記第１の処理室内に、第１の金属元素を含むフッ素非含有金属原料ガス、反応ガスを供給する第１のガス供給系と、
   前記第１の処理室内を排気する第１の排気系と、
   前記加熱系、前記第１のガス供給系、前記第１の排気系を制御して、表面にゲート絶縁膜が形成され、前記第１の処理室内に収容された基板に対して前記フッ素非含有金属原料ガスを供給し排気する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給し排気する処理とを、前記基板を２００℃以上４００℃以下に加熱しつつ、交互に複数回行い、前記ゲート絶縁膜上に前記第１の金属元素を含むライナー膜を形成する処理を行うよう構成される第１の制御部と、
   を有する基板処理装置と、
   基板を収容する第２の処理室と、
   前記第２の処理室内に、第２の金属元素およびフッ素を含むフッ素含有金属原料ガス、第１の還元ガス、第２の還元ガスを供給する第２のガス供給系と、
   前記第２の処理室内を排気する第２の排気系と、
   前記第２のガス供給系、前記第２の排気系を制御して、前記ライナー膜が形成され、前記第２の処理室内に収容された基板に対して前記第１の還元ガスと第２の還元ガスとを供給し排気する処理と、前記基板に対して前記フッ素含有金属原料ガスを供給し排気する処理と、を、交互に複数回行い、前記ライナー膜上に前記第２の金属元素を含むゲート電極を形成する処理を行うよう構成される第２の制御部と、
   を有する基板処理装置と、
   を有する基板処理システム。
6. 表面にゲート絶縁膜が形成された基板に対して、第１の金属元素を含むフッ素非含有金属原料ガスを供給し排気する手順と、
   前記基板に対して、反応ガスを供給し排気する手順と、
   を、前記基板を２００℃以上４００℃以下に加熱しつつ、交互に複数回行い、前記ゲート絶縁膜上に前記第１の金属元素を含むライナー膜を形成する手順と、
   前記ライナー膜が形成された基板に対して、第１の還元ガスと第２の還元ガスとを供給し排気する手順と、
   前記基板に対して、第２の金属元素およびフッ素を含むフッ素含有金属原料ガスを供給し排気する手順と、
   を、交互に複数回行い、前記ライナー膜上に前記第２の金属元素を含むゲート電極を形成する手順と、
   をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。

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