半導体装置の製造方法および基板処理システム
【課題】 液体原料を用いてＳｉ以外の金属膜を安定して成長させる。
【解決手段】 基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行う工程と、第１の前処理後の第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、第２の前処理後の第１の金属膜上に第２の金属膜を形成する工程と、を有する。
【解決手段】 基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行う工程と、第１の前処理後の第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、第２の前処理後の第１の金属膜上に第２の金属膜を形成する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内で基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法、およびその工程において好適に用いられる基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、例えばゲート電極、ソースやドレインの引き出し電極として、Ｓｉ系の金属膜に代わり、Ｓｉ以外の金属膜が用いられつつある。これらＳｉ以外の金属膜の成膜方法としては、金属を含有した液体原料を気化させたガスと、反応ガスとを基板に供給するＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、もしくはこれらに類似した手法が利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液体原料を用いて上述の金属膜を成膜させる場合、成長速度が下地の表面状態に顕著に影響を受け、例えば薄膜が成長しなかったり、インキュベーションが生じて成膜の立ち上がりのタイミングがずれ、成長が不安定になったりする場合があった。例えば、窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜上に液体原料を用いてアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を形成しようとする場合、下地のＴｉＮ表面が露出している場合と、下地のＴｉＮ表面が酸化チタニウム（ＴｉＯ２）や酸窒化チタニウム（ＴｉＯＮ）等で覆われている場合とでは、成膜速度が異なる場合があった。これは、Ａｌ等の金属材料が、ＴｉＮ等の導電膜に吸着し易く、酸化物等からなる絶縁膜には吸着し難い性質を有するためと考えられる。
【０００４】
本発明は、液体原料を用いてＳｉ以外の金属膜を安定して成長させることが可能な半導体装置の製造方法および基板処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行う工程と、前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属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。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、基板を処理する第１の処理容器と、前記第１の処理容器内にＨＦ水溶液を供給するＨＦ水溶液供給系と、前記第１の処理容器内に収容した基板に対してＨＦ水溶液を供給して基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行うように前記ＨＦ水溶液供給系を制御する第１の制御部と、基板を処理する第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記第２の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、前記第２の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して第２の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第２の制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体原料を用いてＳｉ以外の金属膜を安定して成長させることが可能な半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態にかかる第１処理ユニット３１の概略側面図であり、（ｂ）は第１処理ユニット３１の断面構成図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ処理時における断面構成図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ搬送時における断面構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる第２処理ユニット３２としての縦型ＣＶＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は処理炉３０２部分を（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【図７】第１の前処理工程、第２の前処理工程を実施した後のＴｉＮ膜の表面状態を示す図である。
【図８】本発明の実施例および比較例における評価サンプルの電子顕微鏡画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理システムの構成、および該基板処理システムにより実施される半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程について説明する。
【００１０】
本実施形態にかかる基板処理システムは、後述する第１の前処理工程を実施する第１処理ユニットと、後述する第２の前処理工程および第２の金属膜を形成する工程を実施する第２処理ユニットと、を備えている。第１処理ユニットは洗浄装置として構成され、第２処理ユニットはＣＶＤ装置として構成されている。以下に、第１処理ユニットおよび第２処理ユニットの構成について順に説明する。
【００１１】
（１）第１処理ユニットの構成
まず、洗浄装置として構成された本実施形態にかかる第１処理ユニット３１、すなわち第１の基板処理装置の構成について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる第１処理ユニット３１の概略側面図であり、図２（ｂ）は、第１処理ユニット３１の断面構成図である。
【００１２】
図２に示すとおり、本実施形態にかかる第１処理ユニット３１は、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する第１の処理容器としての洗浄装置本体１１２を有している。洗浄装置本体１１２内にはウエハ２００を洗浄する洗浄室１１４が構成されている。洗浄室１１４内には、ウエハ２００を水平に支持する支持具１１８が配置されている。支持具１１８は、モータ等からなる回転機構１２０に回転軸１２１を介して接続されている。回転機構１２０により、水平に支持された状態のウエハ２００を回転させるようになっている。
【００１３】
支持具１１８の周囲はカバー１２２により囲まれている。カバー１２２は、後述するように、支持具１１８によりウエハ２００が回転させられる際にウエハ２００から飛ぶ薬液を受け止めるようになっている。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、洗浄装置本体１１２の側面には、基板搬送口１２４が形成さ
れている。基板搬送口１２４にはゲートバルブ１２６が設けられている。ゲートバルブ１２６により基板搬送口１２４が開閉される。また、洗浄装置本体１１２の外部には、基板搬送口１２４を介してウエハ２００を支持具１１８に移載する基板移載機１２７が設けられている。
【００１５】
洗浄室１１４には、例えばフッ化水素（ＨＦ）水溶液、すなわちフッ酸を純水で希釈した希フッ酸（ＤＨＦ（Ｄｉｌｕｔｅｄ ＨＦ））等の洗浄液を供給する洗浄液供給部１２８が設けられている。洗浄液供給部１２８は、その先端（下流端）が支持具１１８に支持されたウエハ２００の中心付近手前まで延びるように水平に配置されている。洗浄液供給部１２８の上流側は、洗浄液を供給する洗浄液供給源１３２に接続されている。洗浄液供給部１２８には洗浄液の供給を制御する制御バルブ１３２ａが設けられている。洗浄液供給部１２８からはＤＨＦ等の洗浄液がウエハ２００の中心に向けて供給される。主に、洗浄液供給部１２８、洗浄液供給源１３２及び制御バルブ１３２ａにより洗浄液供給系（洗浄液供給ライン）としてのＨＦ水溶液供給系（ＨＦ水溶液供給ライン）が構成される。
【００１６】
また、洗浄室１１４には、例えば純水（ＤＩＷ（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ））からなるリンス水を供給するリンス水供給部１３０が設けられている。リンス水供給部１３０は、その先端（下流端）が支持具１１８に支持されたウエハ２００の中心付近手前まで延びるように水平に配置されている。リンス水供給部１３０の上流側は、リンス水を供給するリンス水供給源１３４に接続されている。リンス水供給部１３０にはリンス水の供給を制御する制御バルブ１３４ａが設けられている。リンス水供給部１３０からは純水等のリンス水がウエハ２００の中心に向けて供給される。主に、リンス水供給部１３０、リンス水供給源１３４及び制御バルブ１３４ａによりリンス水供給系（リンス水供給ライン）としての純水供給系（純水供給ライン）が構成される。
【００１７】
また、洗浄室１１４には、純水（ＤＩＷ）からなる水を供給する給水部１４０が設けられている。給水部１４０は、その先端（下流端）が前述したカバー１２２の内側上部の周囲に開口し、他端（上流端）が純水を供給する純水供給源１４２に接続されており、カバー１２２の内面に純水を供給できるようになっている。給水部１４０には、純水の供給を制御する制御バルブ１４２ａが設けられている。主に、給水部１４０、純水供給源１４２及び制御バルブ１４２ａにより純水供給系（純水供給ライン）が構成される。なお、純水供給源１４２は、リンス水供給源１３４と共用とするようにしてもよい。
【００１８】
カバー１２２の下面には、ウエハ２００に供給された洗浄液や純水や、カバー１２２に供給された純水を排出する排出管１４４が接続されている。排出管１４４は、洗浄装置本体１１２の外部へ延びている。排出管１４４を介してカバー１２２内の洗浄液や純水が排出される。排出管１４４には、洗浄液や純水の排出を制御する制御バルブ１４４ａが設けられている。主に、排出管１４４及び制御バルブ１４４ａにより排出系（排出ライン）が構成される。
【００１９】
洗浄装置本体１１２の上部には、乾燥用ガス供給管１４６が接続されている。乾燥用ガス供給管１４６の上流側には、乾燥用ガス供給源１４８が接続されている。乾燥用ガス供給管１４６には、乾燥用ガスの供給を制御する制御バルブ１４８ａが設けられている。乾燥用ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガスが用いられる。さらに、洗浄装置本体１１２の下部には乾燥用ガスを排気する排気管１５０が接続されている。排気管１５０には、乾燥用ガスの排気を制御する制御バルブ１５０ａが設けられている。主に、乾燥用ガス供給管１４６、乾燥用ガス供給源１４８及び制御バルブ１４８ａにより乾燥用ガス供給系（乾燥用ガス供給ライン）としてのＮ２ガス供給系（Ｎ２ガス供給ライン）が構成される。主に、排気管１５０及び制御バルブ１５０ａにより排気系（排気ライン）が構成される。
【００２０】
本実施形態にかかる第１処理ユニット３１は、第１処理ユニット３１の各部の動作を制御する第１の制御部としての第１コントローラ１８０を有している。第１コントローラ１８０は、回転機構１２０、ゲートバルブ１２６、基板移載機１２７、制御バルブ１３２ａ，１３４ａ，１４２ａ，１４８ａ，１４４ａ，１５０ａ等の動作を制御する。
【００２１】
（２）第２処理ユニットの構成
続いて、ＣＶＤ装置として構成された本実施形態にかかる第２処理ユニット３２、すなわち第２の基板処理装置の構成について、図４，５を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ処理時における断面構成図であり、図５は、本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ搬送時における断面構成図である。
【００２２】
＜処理室＞
図４，５に示すとおり、本実施形態にかかる第２処理ユニット３２は、第２の処理容器２０２を備えている。第２の処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、第２の処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。第２の処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００２３】
＜支持台＞
処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウエハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウエハ２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、第２の処理容器２０２の底部を貫通している。
【００２４】
＜昇降機構＞
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウエハ２００の搬送時には図５で示される位置（ウエハ搬送位置）まで下降し、ウエハ２００の処理時には図４で示される位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３下端部の周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
【００２５】
＜リフトピン＞
また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台２０３（サセプタ２１７も含む）には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させる貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウエハ搬送位置まで下降させた時には、図５に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウエハ処理位置まで上昇させたときには、図４に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
【００２６】
＜ウエハ搬送口＞
処理室２０１（第２の処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウエハ２００を搬送するウエハ搬送口２５０が設けられている。ウエハ搬送口２５０にはゲートバルブ２５１が設けられており、ゲートバルブ２５１を開くことにより、処理室２０１内と搬送室（予備室）２７１内とが連通するようになっている。搬送室２７１は搬送容器（密閉容器）２７２内に形成されており、搬送室２７１内にはウエハ２００を搬送する搬送ロボット２７３が設けられている。搬送ロボット２７３には、ウエハ２００を搬送する際にウエハ２００を支持する搬送アーム２７３ａが備えられている。支持台２０３をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ２５１を開くことにより、搬送ロボット２７３により処理室２０１内と搬送室２７１内との間でウエハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウエハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、搬送室２７１のウエハ搬送口２５０が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット２７３によりロードロック室内と搬送室２７１内との間でウエハ２００を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウエハ２００を一時的に収容する予備室として機能する。
【００２７】
＜排気系＞
処理室２０１（第２の処理容器２０２）の内壁側面であって、ウエハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には排気チャンバ２６０ａを介して排気管２６１が接続されており、排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、および真空ポンプ２６４が順に直列に接続されている。主に、排気口２６０、排気チャンバ２６０ａ、排気管２６１、圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、および真空ポンプ２６４により排気系（排気ライン）が構成される。
【００２８】
＜ガス導入口＞
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。
【００２９】
＜シャワーヘッド＞
ガス導入口２１０と処理室２０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させる分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウエハ２００の表面に供給するシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面およびシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウエハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させる第１バッファ空間（分散室）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させる第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。
【００３０】
＜排気ダクト＞
処理室２０１（第２の処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウエ
ハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
【００３１】
一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い、支持台２０３と共に昇降されるようになっている。
【００３２】
支持台２０３がウエハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウエハ処理位置まで上昇する。その結果、ウエハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５）および支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室２０１上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室２０１下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
【００３３】
ここで、ウエハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウエハ２００上に均一に供給される。そして、ウエハ２００上に供給されたガスは、ウエハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウエハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウエハ２００外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウエハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
【００３４】
＜ガス供給系＞
続いて、上述したガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる第２処理ユニット３２の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【００３５】
本発明の実施形態にかかる第２処理ユニット３２の有するガス供給系は、常温で液体状態であるアルミニウム（Ａｌ）を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラと、バブラにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給系と
、水素含有ガスを処理室２０１内に供給する水素含有ガス供給系と、パージガスを処理室２０１内に供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる第２処理ユニット３２は、バブラからの原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスするよう排気するベント（バイパス）系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
【００３６】
＜バブラ＞
処理室２０１の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ２２０ａが設けられている。バブラ２２０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ２２０ａの周りには、バブラ２２０ａおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ２０６ａが設けられている。原料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）元素を含む金属液体原料であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ３）３）が用いられる。
【００３７】
バブラ２２０ａには、キャリアガス供給管２３７ａが接続されている。キャリアガス供給管２３７ａの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管２３７ａの下流側端部はバブラ２２０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管２３７ａには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ａと、キャリアガスの供給を制御するバルブｖａ１，ｖａ２が設けられている。なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ２ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管２３７ａ、ＭＦＣ２２２ａ、バルブｖａ１，ｖａ２により、キャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。
【００３８】
上記構成により、バルブｖａ１，ｖａ２を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給し、バブラ２２０ａ内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。
【００３９】
＜原料ガス供給系＞
バブラ２２０ａには、バブラ２２０ａ内で生成された原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給管２１３ａが接続されている。原料ガス供給管２１３ａの上流側端部は、バブラ２２０ａの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、ガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ａには、上流側から順にバルブｖａ５，ｖａ３が設けられている。バルブｖａ５はバブラ２２０ａから原料ガス供給管２１３ａ内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ２２０ａの近傍に設けられている。バルブｖａ３は、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口２１０の近傍に設けられている。バルブｖａ３と後述するバルブｖｅ３は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブｖｅ３は、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の空間を高速にパージしたのち、処理室２０１内をパージするパージガスの導入を制御するバルブである。
【００４０】
上記構成により、バブラ２２０ａにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブｖａ５，ｖａ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管２１３ａ、バルブｖａ５，ｖａ３により原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。
【００４１】
また、主に、キャリアガス供給系、バブラ２２０ａ、原料ガス供給系により、原料供給系（原料供給ライン）が構成される。
【００４２】
＜水素含有ガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、還元性ガスである水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給源２２０ｂが設けられている。水素含有ガス供給源２２０ｂには水素含有ガス供給管２１３ｂの上流側端部が接続されている。水素含有ガス供給管２１３ｂの下流側端部はバルブｖｂ３を介してガス導入口２１０に接続されている。水素含有ガス供給管２１３ｂには、水素含有ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｂと、水素含有ガスの供給を制御するバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３と、が設けられている。水素含有ガスとしては、例えば水素（Ｈ２）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。主に、水素含有ガス供給源２２０ｂ、水素含有ガス供給管２１３ｂ、ＭＦＣ２２２ｂ、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３により水素含有ガス供給系（水素含有ガス供給ライン）が構成される。
【００４３】
＜パージガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、パージガスを供給するパージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅが設けられている。パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅには、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管２１３ｃの下流側端部は、バルブｖｃ３を介してガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｅの下流側端部は、バルブｖｅ３を介して、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の部分に合流して、ガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｃ，２２２ｅと、パージガスの供給を制御するバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３がそれぞれ設けられている。さらに、メンテナンス用として、水素含有ガス供給管２１３ｂの水素含有ガス供給源２２０ｂとバルブｖｂ１との間に、パージガス供給管２１３ｆがバルブｖｃ４を介して接続されている。パージガス供給管２１３ｆはパージガス供給管２１３ｃのマスフローコントローラ２２２ｃとバルブｖｃ２との間の部分から分岐して設けられている。パージガスとしては、例えばＮ２ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅ、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅ，２１３ｆ、ＭＦＣ２２２ｃ，２２２ｅ、およびバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｃ４，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３により、パージガス供給系（パージガス供給ライン）が構成される。
【００４４】
＜ベント（バイパス）系＞
また、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３よりも上流側には、ベント管２１５ａの上流側端部が接続されている。また、ベント管２１５ａ下流側端部は排気管２６１の圧力調整器２６２よりも下流側であって原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。ベント管２１５ａには、ガスの流通を制御するバルブｖａ４が設けられている。
【００４５】
上記構成により、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開くことで、原料ガス供給管２１３ａ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく、ベント管２１５ａを介して処理室２０１をバイパスさせ、排気管２６１より排気することが可能となる。主に、ベント管２１５ａおよびバルブｖａ４によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００４６】
なお、バブラ２２０ａの周りには、サブヒータ２０６ａが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管２３７ａ、原料ガス供給管２１３ａ、パージガス供給管２１３ｅ、ベント管２１５ａ、排気管２６１、第２の処理容器２０２、シャワーヘッド２４０等の周囲にもサブヒータ２０６ａが設けられている。サブヒータ２０６ａはこれ
らの部材を、例えば１００℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
【００４７】
＜第２の制御部＞
本実施形態にかかる第２処理ユニット３２は、第２処理ユニット３２の各部の動作を制御する第２の制御部としての第２コントローラ２８０を有している。第２コントローラ２８０は、ゲートバルブ２５１、昇降機構２０７ｂ、搬送ロボット２７３、ヒータ２０６、サブヒータ２０６ａ、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２、真空ポンプ２６４、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ４，ｖｅ１〜ｖｅ３、流量コントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ等の動作を制御する。
【００４８】
（３）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理システムを用いてウエハ２００上に金属膜を形成する基板処理工程について、主に図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。なお、以下の説明において、第１処理ユニット３１の動作は第１コントローラ１８０により制御され、第２処理ユニット３２の動作は第２コントローラ２８０により制御される。
【００４９】
なお、ここでは、ウエハ２００上に形成された第１の金属膜としての窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜の表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する第１の前処理を行い、第１の前処理後のＴｉＮ膜に対して水素含有ガスとしてのＨ２ガスを供給する第２の前処理を行い、第２の前処理後のＴｉＮ膜上に第２の金属膜としてのＡｌ膜を形成する例について説明する。なお、第１の前処理は上述の第１処理ユニット３１を用いて行い、第２の前処理およびＡｌ膜の形成は上述の第２処理ユニット３２を用いて行う。なお、Ａｌ膜の形成は、第２の処理容器２０２内に、アルミニウム（Ａｌ）を含む原料としてＴＭＡを供給してウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜上にアルミニウム膜（Ａｌ膜）を形成する工程と、第２の処理容器２０２内にパージガスを供給して第２の処理容器２０２内をパージする工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、ＣＶＤ法により、第２の前処理がなされたＴｉＮ膜上に所定膜厚のＡｌ膜を形成する例について説明する。
【００５０】
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等も含まれる。なお、第１の金属膜としてのＴｉＮ膜は導電性の金属窒化膜であり、第２の金属膜としてのＡｌ膜は導電性の金属単体膜である。以下、これを詳細に説明する。
【００５１】
＜第１処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ１）、基板支持工程（Ｓ２）＞
図２（ａ）における第１処理ユニット３１のゲートバルブ１２６を開くことにより第１の処理容器としての洗浄装置本体１１２の基板搬送口１２４を開放し、基板移載機１２７により処理対象のウエハ２００を洗浄室１１４内に搬入する（Ｓ１）。そして基板移載機１２７を制御してウエハ２００を支持具１１８に受け渡し、ウエハ２００を支持具１１８により支持させる（Ｓ２）。基板移載機１２７を洗浄室１１４の外部に戻した後、ゲートバルブ１２６を閉じることにより基板搬送口１２４を閉塞する。その後、回転機構１２０により回転軸１２１を介して支持具１１８を回転させることによりウエハ２００の回転を開始する。なお、ウエハ２００上には、第１の金属膜としてのＴｉＮ膜が形成されている。ＴｉＮ膜は、例えばＣＶＤ法やＡＬＤ法やＰＶＤ法により形成される。ＴｉＮ膜の表面には、ＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物が形成されている。上述したように、Ａｌ等の金属材料は、酸化物等からなる絶縁膜には吸着し難い性質を有する。第１処理ユニット３１へ搬入されたウエハ２００表面の状態を図７の（ａ）に例示する。
【００５２】
＜第１の前処理工程（Ｓ３）＞
〔ＨＦ洗浄工程（Ｓ３ａ）〕
続いて、ウエハ２００の回転を維持した状態で、制御バルブ１３２ａを開き、洗浄液供給部１２８からＤＨＦをウエハ２００の中心に向けて供給する。このとき、制御バルブ１４２ａを開き、給水部１４０からカバー１２２の内面に純水を供給する。これによりカバー１２２の内面に飛ばされたＤＨＦを洗い流すことができる。制御バルブ１４４ａを開くことで、ウエハ２００に供給されたＤＨＦや、カバー１２２の内面に供給された純水は、排水管１４４を介して外部に排出される。このときウエハ２００上に供給されたＤＨＦにより、ウエハ２００に対して第１の前処理がなされる。すなわち、ＤＨＦがウエハ２００に供給されることで、ＤＨＦに含まれるＨＦ分子およびＨ２Ｏ分子と、ウエハ２００上に形成されているＴｉＮ表面上の酸化物であるＴｉＯ２，ＴｉＯＮ等とが反応し、ＴｉＦ４やＯ２等が生成されてＴｉＯ２やＴｉＯＮ等が除去されると共に、ＴｉＮ膜の表面が露出される。そして、露出したＴｉＮ膜の表面がＯＨ基により終端される。ＴｉＮ膜の表面がＯＨ基により終端された様子を図７の（ｂ）に例示する。
【００５３】
〔リンス工程（Ｓ３ｂ）〕
ＴｉＮ膜表面のＯＨ基による終端が完了したら、ウエハ２００の回転を維持した状態で、制御バルブ１３２ａを閉じて洗浄液供給部１２８からのＤＨＦの供給を停止し、制御バルブ１３４ａを開き、リンス水供給部１３０からリンス水としての純水をウエハ２００の中心に向けて供給し、ウエハ表面に残留するＤＨＦを洗い流す。このときも、制御バルブ１４２ａを開き、給水部１４０からカバー１２２の内面に純水を供給する。これによりカバー１２２の内面に飛ばされた残留ＤＨＦを洗い流すことができる。制御バルブ１４４ａを開くことで、洗い流されたＤＨＦや、カバー１２２の内面に供給された純水は、排水管１４４を介して外部に排出される。
【００５４】
〔乾燥工程（Ｓ３ｃ）〕
ウエハ表面に残留するＤＨＦを洗い流した後、ウエハ２００の回転を維持した状態で、制御バルブ１３４ａ，１４２ａを閉じてリンス水供給部１３０からのリンス水の供給および給水部１４０からの純水の供給を停止し、ウエハ２００上のリンス水等を回転による遠心力でふるい落とす。このとき、制御バルブ１４８ａを開き、乾燥用ガス供給源１４８から乾燥用ガス供給管１４６を介して乾燥用ガスとしてのＮ２を洗浄室１１４内に供給して、洗浄室１１４内をＮ２雰囲気とし、このＮ２雰囲気中でウエハ２００を乾燥させる。制御バルブ１５０ａを開くことで、洗浄室１１４内に供給されたＮ２は排気管１５０を介して外部に排気される。ウエハ２００が乾燥した後、回転機構１２０による支持具１１８の回転を停止することによりウエハ２００の回転を停止する。また、制御バルブ１４８ａを閉じることによりＮ２の洗浄室１１４内への供給も停止する。
【００５５】
＜第１処理ユニットからの基板搬出工程（Ｓ４）＞
その後、第１処理ユニット３１のゲートバルブ１２６を開くことにより洗浄装置本体１１２の基板搬送口１２４を開放し、基板移載機１２７により第１の前処理が終了したウエハ２００を洗浄室１１４内から搬出する。搬出後、ゲートバルブ１２６を閉じることにより基板搬送口１２４を閉塞する。洗浄室１１４内から搬出された第１の前処理が終了したウエハ２００は、第２処理ユニット３２に搬送される。このとき、ウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜の表面はＯＨ基により終端された状態が維持されている。なお、後述するように、ＴｉＮ膜の表面は、ＯＨ基により終端されるだけではＡｌが吸着し易い状態とはならない。
【００５６】
＜第２処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ５）、基板載置工程（Ｓ６）＞
続いて、第１の前処理が終了したウエハ２００を、第２処理ユニット３２のロードロッ
ク室内に搬入する。ロードロック室内に搬入されたウエハ２００は、搬送ロボット２７３によりロードロック室内から搬送室２７１内に搬送される。このとき、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図５に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ２５１を開き、処理室２０１と搬送室２７１とを連通させる。そして、搬送ロボット２７３により搬送室２７１内から処理室２０１内へ処理対象の第１の前処理が終了したウエハ２００を搬送アーム２７３ａで支持した状態で搬入する（Ｓ５）。処理室２０１内に搬入したウエハ２００は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。搬送ロボット２７３の搬送アーム２７３ａが処理室２０１内から搬送室２７１内へ戻ると、ゲートバルブ２５１が閉じられる。
【００５７】
続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図４に示すウエハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウエハ２００は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される（Ｓ６）。
【００５８】
＜圧力調整工程（Ｓ７）、温度調整工程（Ｓ８）＞
続いて、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２により、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ７）。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウエハ２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ８）。なお、温度調整工程（Ｓ８）は、圧力調整工程（Ｓ７）と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程（Ｓ７）よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述する原料供給工程（Ｓ１０ａ）において、ＣＶＤ法によりＡｌ膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、原料供給工程（Ｓ１０ａ）で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述する水素含有ガス供給工程（Ｓ９ａ）において、ウエハ２００に対して水素含有ガスによる第２の前処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
【００５９】
なお、第２処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ５）、基板載置工程（Ｓ６）、圧力調整工程（Ｓ７）、および温度調整工程（Ｓ８）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｂ３を閉じ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておく。これにより、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。
【００６０】
＜第２の前処理工程（Ｓ９）＞
〔水素含有ガス供給工程（Ｓ９ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内への水素含有ガスとしてのＨ２ガスまたはＮＨ３ガスの供給を開始する。水素含有ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。余剰な水素含有ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このときウエハ２００上に供給された水素含有ガスにより、ウエハ２００に対して第２の前処理がなされる。すなわち、ウエハ２００上のＴｉＮ膜表面を終端しているＯＨ基が、処理室２０１内に供給された水素含有ガスと反応してＨ２Ｏとなって、ＴｉＮ膜表面から除去されると共に、ＴｉＮ膜表面が水素（Ｈ）により終端される。ＴｉＮ膜の表面がＨにより終端された様子を図７（ｃ）に例示する。なお、ＴｉＮ膜の表面がＨにより終端されることで、ＴｉＮ膜の表面にはＡｌが吸着し易くなる。
【００６１】
なお、処理室２０１内への水素含有ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内への水素含有ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内における水素含有ガスの拡散を促すように、バルブｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。
【００６２】
バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き水素含有ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を閉じ、処理室２０１内への水素含有ガスの供給を停止する。その後、水素含有ガス供給源２２０ｂに設けられた図示しないバルブを閉じた状態で、バルブｖｃ１，ｖｃ４，ｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き、水素含有ガス供給管２１３ｂ内にＮ２ガスを供給して、水素含有ガス供給管２１３ｂ内をパージする。
【００６３】
〔パージ工程（Ｓ９ｂ）〕
その後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している水素含有ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。パージ工程（Ｓ９ｂ）を実施することにより、後述する原料供給工程（Ｓ１０ａ）にて供給する原料ガスが水素含有ガス等と混合してしまうことを抑制できる。但し、パージ工程（Ｓ９ｂ）は必ずしも実施しなくてもよい。
【００６４】
工程Ｓ１〜Ｓ９と並行して、原料（ＴＭＡ）を気化させて原料ガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ１，ｖａ２，ｖａ５を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく（予備気化工程）。この予備気化工程では、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３を閉じたまま、バルブｖａ４を開くことにより、原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。バブラにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブｖａ３，ｖａ４の開閉を切り替えることにより、原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室２０１内への原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
【００６５】
＜Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）＞
〔原料供給工程（Ｓ１０ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への原料ガス（Ａｌ原料）の供給を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウエハ２００上に供給された原料ガスが熱分解することでＣＶＤ反応が生じ、これにより第２の前処理がなされたウエハ２００上にＡｌ膜が形成される。
【００６６】
なお、処理室２０１内への原料ガスの供給時には、水素含有ガス供給管２１３ｂ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内における原料ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。
【００６７】
バルブｖａ３を開き原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開いて、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。
【００６８】
〔パージ工程（Ｓ８ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、
シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している原料ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。
【００６９】
〔所定回数実施工程（Ｓ１０ｃ）〕
以上の原料供給工程（Ｓ１０ａ）、パージ工程（Ｓ１０ｂ）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、第２の前処理工程（Ｓ９）がなされたＴｉＮ膜上に、第２の金属膜としての所定膜厚のアルミニウム膜（Ａｌ膜）を形成する。なお、本実施形態では、原料をパルス状に流すだけでなく、連続的に流すようにしてもよく、原料供給工程とパージ工程とのサイクルを１回実施するのがこのケース（原料を連続供給するケース）に相当する。
【００７０】
〔残留ガス除去工程（Ｓ１１）〕
ウエハ２００上に所定膜厚のＡｌ膜が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。
【００７１】
＜第２処理ユニットからの基板搬出工程（Ｓ１２）＞
その後、上述した第２処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ５）、基板載置工程（Ｓ６）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＡｌ膜を形成した後のウエハ２００を処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出し、搬送室２７１内からロードロック室内へ搬送し、ロードロック室内から第２処理ユニット３２の外部へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
【００７２】
なお、本実施形態における水素含有ガスによる第２の前処理工程（Ｓ９）でのウエハ２００の処理条件としては、
処理温度（ウエハ温度）：１５０〜４００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、
水素含有ガス（Ｈ２ガスまたはＮＨ３ガス）供給流量：０．１〜５ｓｌｍ、
水素含有ガス（Ｈ２ガスまたはＮＨ３ガス）供給時間：１０秒〜３０分、
パージガス（Ｎ２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
が例示される。
【００７３】
また、本実施形態におけるＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）でのウエハ２００の処理条件としては、
処理温度（ウエハ温度）：１５０〜４００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、
バブリング用キャリアガス供給流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ、
（アルミニウム原料（ＴＭＡ）ガス供給流量：０．１〜５ｓｌｍ）
パージガス（Ｎ２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
１サイクルあたりの原料（ＴＭＡ）供給時間：０．１〜６００秒、
１サイクルあたりのパージ時間：０．１〜６００秒、
サイクル数：１〜４００回、
Ａｌ膜厚：１０〜２００ｎｍ
が例示される。なお、処理温度（ウエハ温度）および処理圧力（処理室内圧力）については、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とで一定とすることが好まし
い。
【００７４】
なお、上述の処理圧力帯で、処理温度を１５０℃未満とすると、原料供給工程（Ｓ８ａ）において、原料（ＴＭＡ）が自己分解せず、ＣＶＤによる成膜反応が生じなくなる。また、上述の処理圧力帯で、処理温度が４００℃を超えると、成膜レートが上昇し過ぎ、膜厚を制御するのが難しくなる。よって、原料供給工程（Ｓ１０ａ）において、ＣＶＤによる成膜反応を生じさせ、膜厚を制御可能とするためには、処理温度を１５０℃以上、４００℃以下とする必要がある。なお、この処理圧力帯、処理温度帯であれば、水素含有ガス供給工程（Ｓ９ａ）において、ウエハ２００に対して第２の前処理がなされ得ることを確認している。よって、本実施形態では、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを、同様の処理温度帯、同様の処理圧力帯に設定して行っている。これにより、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）との間に、処理温度を変更する工程や処理圧力を変更する工程を設けることが不要となり、スループット、すなわち生産性を向上させることができる。なお、生産性向上の観点では、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを、同様の処理温度帯で行うことは重要であるが、処理圧力の変更については生産性に及ぼす影響は小さい。よって、第２の前処理工程（Ｓ９）では、第２の前処理に最適な圧力帯を選択するようにすればよい。
【００７５】
本実施形態によれば、第２の前処理工程（Ｓ９）の前に、第１の前処理工程（Ｓ３）においてウエハ２００に対してＨＦ水溶液を用いた第１の前処理を施すことにより、ＴｉＮ膜表面上の酸化物であるＴｉＯ２，ＴｉＯＮ等を除去すると共に、露出させたＴｉＮ膜の表面をＯＨ基により終端する。また、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）の前に、第２の前処理工程（Ｓ９）においてウエハ２００に対して水素含有ガスを用いた第２の前処理を施すことにより、ＴｉＮ膜表面上のＯＨ基を除去すると共に、露出させたＴｉＮ膜の表面をＨにより終端する。これにより、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着し易い状態を作り出すことができ、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）において初期核形成密度が密になり、その結果、薄膜領域での連続膜（低抵抗膜）の形成を安定して行うことが可能となり、表面ラフネスが少なく、良好な表面モフォロジを有する良質なＡｌ膜を形成することが可能となる。
【００７６】
なお、良質なＡｌ膜を形成するには、下地となるＴｉＮ膜表面が上述のようにＨで終端されていることが好ましい。そのため、第２の前処理工程（Ｓ９）をＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）の直前に行うのが好ましい。本実施形態によれば、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを同一の第２の処理容器２０２内で連続的に行うようにしているため、第２の前処理工程（Ｓ９）をＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）の直前に行うことが可能となる。なお、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを別の処理容器で行うようにすると、ＴｉＮ膜表面がＨで終端された状態を、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）を実施するときまで維持できない可能性がある。
【００７７】
上述の実施形態では、水素含有ガスとしてＨ２ガスまたはＮＨ３ガスのいずれも用いることが出来るが、Ｈ２ガスを用いると特に大きな効果を得ることができる。また、水素含有ガスとして、Ｈ２ガスまたはＮＨ３ガスをプラズマや熱などの活性化手段により活性化させて生成したラジカル種やイオン種を用いることも出来る。
【００７８】
上述の実施形態では、第１の金属膜としてＴｉＮ膜を用いたが、ＴｉＮ膜の他、窒化タンタル（ＴａＮ）膜等を用いてもよい。なお、ＴａＮは導電性の金属窒化膜である。
【００７９】
上述の実施形態では、Ａｌ膜の形成に用いる金属原料としてＴＭＡを用いたが、ＴＭＡの他、ＴＥＡＬ（トリエチルアルミニウム、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）、ＴＩＢＡ（トリイソブチルアルミニウム、Ａｌ［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］３）、ＤＭＡＨ（ジメチルアルミハイドライド、Ａｌ（ＣＨ３）２Ｈ）、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミノアラン、（Ｃ
Ｈ３）２Ｃ２Ｈ５Ｎ：ＡｌＨ３）等を用いてもよい。
【００８０】
上述の実施形態では、原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる例について説明したが、本発明はこれに限定されず、原料を気化器により気化させて原料ガスを生成するようにしてもよい。
【００８１】
上述の実施形態では、金属原料を間欠的に供給するＣＶＤ法を用いてＡｌ膜を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、金属原料を連続的に供給するＣＶＤ法や、２種以上のガスを交互に供給するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてＡｌ膜を形成してもよい。
【００８２】
上述の実施形態では、第２の金属膜としてＡｌ膜を形成する例について説明したが、Ａｌ膜の他、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の金属元素を含む金属膜を第２の金属膜として形成する場合にも本発明は好適に適用できる。
【００８３】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、第２処理ユニット３２として１度に１枚の基板を処理する枚葉式のＣＶＤ装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、第２処理ユニット３２として１度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ＣＶＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＣＶＤ装置について説明する。
【００８４】
図６は、本実施形態にかかる第２処理ユニット３２としての縦型ＣＶＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は、処理炉３０２部分を図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【００８５】
図６（ａ）に示されるように、処理炉３０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ３０７を有する。ヒータ３０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００８６】
ヒータ３０７の内側には、ヒータ３０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ３０３が配設されている。プロセスチューブ３０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（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。プロセスチューブ３０３の筒中空部には処理室３０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を、後述するボート３１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００８７】
プロセスチューブ３０３の下方には、プロセスチューブ３０３と同心円状にマニホールド３０９が配設されている。マニホールド３０９は、例えばステンレス等からなり、上端およ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３０９は、プロセスチューブ３０３に係合しており、プロセスチューブ３０３を支持するように設けられている。なお、マニホールド３０９とプロセスチューブ３０３との間には、シール部材としてのＯリング３２０ａが設けられている。マニホールド３０９がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ３０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ３０３とマニホールド３０９とにより反応容器が形成される。
【００８８】
マニホールド３０９には、第１ガス導入部としての第１ノズル３３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル３３３ｂとが、マニホールド３０９の側壁を貫通するように接続
されている。第１ノズル３３３ａと第２ノズル３３３ｂは、それぞれ水平部と垂直部とを有するＬ字形状であり、水平部がマニホールド３０９に接続され、垂直部がプロセスチューブ３０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ３０３の下部より上部の内壁に沿って、ウエハ２００の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂがそれぞれ設けられている。この第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００８９】
第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１ノズル３３３ａに原料ガス供給系が接続され、第２ノズル３３３ｂに水素含有ガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと水素含有ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスと水素含有ガスとは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。
【００９０】
マニホールド３０９には、処理室３０１内の雰囲気を排気する排気管３３１が設けられている。排気管３３１には、圧力検出器としての圧力センサ３４５および圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３４６が接続されており、圧力センサ３４５により検出された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４２を調整することで、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ３４２は弁を開閉して処理室３０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室３０１内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
【００９１】
マニホールド３０９の下方には、マニホールド３０９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３１９が設けられている。シールキャップ３１９は、マニホールド３０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ３１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３１９の上面には、マニホールド３０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング３２０ｂが設けられている。シールキャップ３１９の処理室３０１と反対側には、後述するボート３１７を回転させる回転機構３６７が設置されている。回転機構３６７の回転軸３５５は、シールキャップ３１９を貫通して、ボート３１７に接続されており、ボート３１７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３１９は、プロセスチューブ３０３の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ３１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３１７を処理室３０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
【００９２】
基板保持具としてのボート３１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート３１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材３１８が設けられており、ヒータ３０７からの熱がシールキャップ３１９側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ３０３内には、温度検出器としての温度センサ３６３が設置されており、温度センサ３６３により検出された温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合を調整することにより、処理室３０１内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ３６３は、第１ノズル３３３ａおよび第２ノズル３３３ｂと同様に、プロセスチューブ３０３の内壁に沿って設けられている。
【００９３】
制御部（制御手段）であるコントローラ３８０は、ＡＰＣバルブ３４２、ヒータ３０７、温度センサ３６３、真空ポンプ３４６、回転機構３６７、ボートエレベータ３１５、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ４，ｖｅ１〜ｖｅ３、流量コントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ等の動作を制御する。
【００９４】
次に、上記構成にかかる縦型ＣＶＤ装置の処理炉３０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型ＣＶＤ装置を構成する各部の動作は、コントローラ３８０により制御される。
【００９５】
第１の前処理工程（Ｓ３）を実施した後の複数枚のウエハ２００をボート３１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、図６（ａ）に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート３１７を、ボートエレベータ３１５によって持ち上げて処理室３０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ３１９はＯリング３２０ｂを介してマニホールド３０９の下端をシールした状態となる。
【００９６】
処理室３０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ３４６によって処理室３０１内を真空排気する。この際、処理室３０１内の圧力を圧力センサ３４５で測定して、この測定された圧力に基づき、ＡＰＣバルブ３４２をフィードバック制御する。また、処理室３０１内が所望の温度となるように、ヒータ３０７によって加熱する。この際、処理室３０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ３６３が検出した温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構３６７によりボート３１７を回転させることで、ウエハ２００を回転させる。
【００９７】
その後、上述の実施形態における第２の前処理工程（Ｓ９）、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）と同様な手順で、第２の前処理工程、Ａｌ膜形成工程を行う。ウエハ２００上に、所定膜厚のＡｌ膜が形成された後、上述の実施形態における残留ガス除去工程（Ｓ１１）と同様な手順で残留ガス除去工程を行う。
【００９８】
その後、ボートエレベータ３１５によりシールキャップ３１９を下降させて、マニホールド３０９の下端を開口させるとともに、所定膜厚のＡｌ膜が形成された後のウエハ２００を、ボート３１７に保持させた状態でマニホールド３０９の下端からプロセスチューブ３０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済のウエハ２００をボート３１７より取り出す（ウエハディスチャージ）。
【００９９】
以上のように第２処理ユニット３２としてバッチ式の縦型ＣＶＤ装置を用いても、上述の実施形態に係る基板処理工程と同様の工程を実施することが可能であり、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【０１００】
以下に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。図８は、本発明の実施例および比較例における評価サンプルの電子顕微鏡画像（ＳＥＭ画像）を示す図である。
【０１０１】
（実施例１）
図８の（ａ）に、本実施例における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本実施例では、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜が表面に順に積層されたウエハに対して、上述の実施形態で説明した基板処理システムを用い、ＨＦ水溶液を用いた第１の前処理工程、水素含有ガスとしてのＨ２ガスを用いた第２の前処理工程、および原料としてのＴＭＡを用いたＡｌ膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。そして、評価サンプルのＡｌ膜の表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
なお、第１の前処理工程、第２の前処理工程、およびＡｌ膜形成工程は、上述の実施形態における第１の前処理工程、第２の前処理工程、およびＡｌ膜形成工程の処理フローと同様に行った。また、第２の前処理工程における水素含有ガス供給時間を３分とし、Ａｌ膜形成工程における原料供給工程の実施時間を１秒とし、Ａｌ膜形成工程におけるパージ工程の実施時間を５秒とした。それ以外の処理条件は、上述の実施形態における各工程の処理条件の範囲内の値に設定した。
【０１０２】
図８の（ａ）に示すように、本実施例では、厚さ５０ｎｍ〜７０ｎｍの連続的なＡｌ膜をＴｉＮ膜の表面に成膜させることができた。これは、本実施例では第１の前処理工程と第２の前処理工程とを実施しているため、図７の（ｃ）に示すように、Ａｌ膜形成工程を実施する直前のＴｉＮ膜の表面がＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物で覆われることなく露出していると共にＨにより終端され、Ａｌが吸着し易い状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、第１の前処理工程と第２の前処理工程とを実施することで、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着し易い状態を作り出すことができることが分かる。
【０１０３】
（比較例１）
図８の（ｂ）に、比較例１における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本比較例では、上述のウエハに対して、第１の前処理工程を行った後、第２の前処理工程を行わずにＡｌ膜形成工程を実施して、評価サンプルを作成した。第１の前処理工程、Ａｌ膜形成工程の処理フローおよび処理条件は実施例１と同様とした。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
【０１０４】
図８の（ｂ）に示すように、本比較例では、ＡｌはＴｉＮ膜上にアイランド状に形成され、連続的な膜とならなかった。なお、Ａｌの厚さは０〜２０ｎｍであった。これは、本比較例では第２の前処理工程を行っていないため、図７の（ｄ）に示すように、Ａｌ膜形成工程を実施する直前のＴｉＮ膜の表面がＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物で覆われることなく露出しているものの、ＯＨ基で終端されたままの状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、ＤＨＦを供給する第１の前処理工程を実施するだけでは、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着しにくい状態が維持されてしまうことが分かる。
【０１０５】
（比較例２）
図８の（ｃ）に、比較例２における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本比較例では、上述のウエハに対して、第１の前処理工程を行わずに、第２の前処理工程およびＡｌ膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。第２の前処理工程、Ａｌ膜形成工程の処理フローおよび処理条件は実施例１と同様とした。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
【０１０６】
図８の（ｃ）に示すように、本比較例では、ＡｌはＴｉＮ膜上にアイランド状に形成され、連続的な膜とならなかった。なお、Ａｌの厚さは０〜２０ｎｍであった。これは、本比較例では第１の前処理工程を行っていないため、図７の（ｅ）に示すように、Ａｌ膜形成工程を実施する直前のＴｉＮ膜の表面にはＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物が形成されたままの状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、Ｈ２ガスを供給する第２の前処理工程を実施するだけでは、ＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物を除去することができず、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着しにくい状態が維持されてしまうことが分かる。
【０１０７】
（比較例３）
図８の（ｄ）に、比較例３における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本比較例では、表面にＴｉＮ膜が形成されておらずＳｉが露出しているウエハに対して、第１の前処理工程、第２の前処理工程、Ａｌ膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
【０１０８】
図８の（ｄ）に示すように、本比較例では、第１の前処理工程及び第２の前処理工程を行ってもＡｌ膜を成長させることができなかった。これは、本比較例では、ウエハ搬送時等にウエハ表面のＳｉが酸化されてしまい、Ａｌ膜形成工程直前においてウエハ表面にＳｉＯ２膜が形成された状態となってしまったことが原因と考えられる。すなわち、第１の前処理工程及び第２の前処理工程を行っても、Ａｌ膜形成工程直前の下地が絶縁物となってしまうと、Ａｌを成長させることができないことが分かる。
【０１０９】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１１０】
本発明の一態様によれば、
基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する第１の前処理を行う工程と、
前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、
前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属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。
【０１１１】
好ましくは、前記第２の前処理を行う工程と前記第２の金属膜を形成する工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われる。
【０１１２】
また好ましくは、前記第１の金属膜がＴｉＮ膜またはＴａＮ膜である。
【０１１３】
また好ましくは、前記第２の金属膜がＡｌ膜である。
【０１１４】
また好ましくは、前記第１の前処理が、基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面の酸化物を除去し、その表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する処理である。
【０１１５】
また好ましくは、前記第１の前処理が、ＨＦ水溶液による前記第１の金属膜の表面の洗浄処理である。
【０１１６】
また好ましくは、前記第２の前処理が、水酸基終端した前記第１の金属膜の表面を水素終端する処理である。
【０１１７】
また好ましくは、前記水素含有ガスがＨ２ガスまたはＮＨ３ガスである。
【０１１８】
本発明の他の態様によれば、
基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面を水酸基終端する工程と、
水酸基終端した前記第１の金属膜の表面を水素終端する工程と、
水素終端した前記第１の金属膜上に第２の金属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。
【０１１９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する第１の処理容器と、
前記第１の処理容器内にＨＦ水溶液を供給するＨＦ水溶液供給系と、
前記第１の処理容器内に収容した基板に対してＨＦ水溶液を供給して基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する第１の前処理を行うように前記ＨＦ水溶液供給系を制御する第１の制御部と、
基板を処理する第２の処理容器と、
前記第２の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して第２の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第２の制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１ 第１の処理容器
１８０ 第１コントローラ（第１の制御部）
２００ ウエハ（基板）
２８０ 第２コントローラ（第２の制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器内で基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法、およびその工程において好適に用いられる基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、例えばゲート電極、ソースやドレインの引き出し電極として、Ｓｉ系の金属膜に代わり、Ｓｉ以外の金属膜が用いられつつある。これらＳｉ以外の金属膜の成膜方法としては、金属を含有した液体原料を気化させたガスと、反応ガスとを基板に供給するＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、もしくはこれらに類似した手法が利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液体原料を用いて上述の金属膜を成膜させる場合、成長速度が下地の表面状態に顕著に影響を受け、例えば薄膜が成長しなかったり、インキュベーションが生じて成膜の立ち上がりのタイミングがずれ、成長が不安定になったりする場合があった。例えば、窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜上に液体原料を用いてアルミニウム（Ａｌ）等の金属膜を形成しようとする場合、下地のＴｉＮ表面が露出している場合と、下地のＴｉＮ表面が酸化チタニウム（ＴｉＯ２）や酸窒化チタニウム（ＴｉＯＮ）等で覆われている場合とでは、成膜速度が異なる場合があった。これは、Ａｌ等の金属材料が、ＴｉＮ等の導電膜に吸着し易く、酸化物等からなる絶縁膜には吸着し難い性質を有するためと考えられる。
【０００４】
本発明は、液体原料を用いてＳｉ以外の金属膜を安定して成長させることが可能な半導体装置の製造方法および基板処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行う工程と、前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属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。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、基板を処理する第１の処理容器と、前記第１の処理容器内にＨＦ水溶液を供給するＨＦ水溶液供給系と、前記第１の処理容器内に収容した基板に対してＨＦ水溶液を供給して基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行うように前記ＨＦ水溶液供給系を制御する第１の制御部と、基板を処理する第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記第２の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、前記第２の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して第２の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第２の制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体原料を用いてＳｉ以外の金属膜を安定して成長させることが可能な半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態にかかる第１処理ユニット３１の概略側面図であり、（ｂ）は第１処理ユニット３１の断面構成図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ処理時における断面構成図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ搬送時における断面構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる第２処理ユニット３２としての縦型ＣＶＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は処理炉３０２部分を（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【図７】第１の前処理工程、第２の前処理工程を実施した後のＴｉＮ膜の表面状態を示す図である。
【図８】本発明の実施例および比較例における評価サンプルの電子顕微鏡画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理システムの構成、および該基板処理システムにより実施される半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程について説明する。
【００１０】
本実施形態にかかる基板処理システムは、後述する第１の前処理工程を実施する第１処理ユニットと、後述する第２の前処理工程および第２の金属膜を形成する工程を実施する第２処理ユニットと、を備えている。第１処理ユニットは洗浄装置として構成され、第２処理ユニットはＣＶＤ装置として構成されている。以下に、第１処理ユニットおよび第２処理ユニットの構成について順に説明する。
【００１１】
（１）第１処理ユニットの構成
まず、洗浄装置として構成された本実施形態にかかる第１処理ユニット３１、すなわち第１の基板処理装置の構成について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる第１処理ユニット３１の概略側面図であり、図２（ｂ）は、第１処理ユニット３１の断面構成図である。
【００１２】
図２に示すとおり、本実施形態にかかる第１処理ユニット３１は、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する第１の処理容器としての洗浄装置本体１１２を有している。洗浄装置本体１１２内にはウエハ２００を洗浄する洗浄室１１４が構成されている。洗浄室１１４内には、ウエハ２００を水平に支持する支持具１１８が配置されている。支持具１１８は、モータ等からなる回転機構１２０に回転軸１２１を介して接続されている。回転機構１２０により、水平に支持された状態のウエハ２００を回転させるようになっている。
【００１３】
支持具１１８の周囲はカバー１２２により囲まれている。カバー１２２は、後述するように、支持具１１８によりウエハ２００が回転させられる際にウエハ２００から飛ぶ薬液を受け止めるようになっている。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、洗浄装置本体１１２の側面には、基板搬送口１２４が形成さ
れている。基板搬送口１２４にはゲートバルブ１２６が設けられている。ゲートバルブ１２６により基板搬送口１２４が開閉される。また、洗浄装置本体１１２の外部には、基板搬送口１２４を介してウエハ２００を支持具１１８に移載する基板移載機１２７が設けられている。
【００１５】
洗浄室１１４には、例えばフッ化水素（ＨＦ）水溶液、すなわちフッ酸を純水で希釈した希フッ酸（ＤＨＦ（Ｄｉｌｕｔｅｄ ＨＦ））等の洗浄液を供給する洗浄液供給部１２８が設けられている。洗浄液供給部１２８は、その先端（下流端）が支持具１１８に支持されたウエハ２００の中心付近手前まで延びるように水平に配置されている。洗浄液供給部１２８の上流側は、洗浄液を供給する洗浄液供給源１３２に接続されている。洗浄液供給部１２８には洗浄液の供給を制御する制御バルブ１３２ａが設けられている。洗浄液供給部１２８からはＤＨＦ等の洗浄液がウエハ２００の中心に向けて供給される。主に、洗浄液供給部１２８、洗浄液供給源１３２及び制御バルブ１３２ａにより洗浄液供給系（洗浄液供給ライン）としてのＨＦ水溶液供給系（ＨＦ水溶液供給ライン）が構成される。
【００１６】
また、洗浄室１１４には、例えば純水（ＤＩＷ（Ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ））からなるリンス水を供給するリンス水供給部１３０が設けられている。リンス水供給部１３０は、その先端（下流端）が支持具１１８に支持されたウエハ２００の中心付近手前まで延びるように水平に配置されている。リンス水供給部１３０の上流側は、リンス水を供給するリンス水供給源１３４に接続されている。リンス水供給部１３０にはリンス水の供給を制御する制御バルブ１３４ａが設けられている。リンス水供給部１３０からは純水等のリンス水がウエハ２００の中心に向けて供給される。主に、リンス水供給部１３０、リンス水供給源１３４及び制御バルブ１３４ａによりリンス水供給系（リンス水供給ライン）としての純水供給系（純水供給ライン）が構成される。
【００１７】
また、洗浄室１１４には、純水（ＤＩＷ）からなる水を供給する給水部１４０が設けられている。給水部１４０は、その先端（下流端）が前述したカバー１２２の内側上部の周囲に開口し、他端（上流端）が純水を供給する純水供給源１４２に接続されており、カバー１２２の内面に純水を供給できるようになっている。給水部１４０には、純水の供給を制御する制御バルブ１４２ａが設けられている。主に、給水部１４０、純水供給源１４２及び制御バルブ１４２ａにより純水供給系（純水供給ライン）が構成される。なお、純水供給源１４２は、リンス水供給源１３４と共用とするようにしてもよい。
【００１８】
カバー１２２の下面には、ウエハ２００に供給された洗浄液や純水や、カバー１２２に供給された純水を排出する排出管１４４が接続されている。排出管１４４は、洗浄装置本体１１２の外部へ延びている。排出管１４４を介してカバー１２２内の洗浄液や純水が排出される。排出管１４４には、洗浄液や純水の排出を制御する制御バルブ１４４ａが設けられている。主に、排出管１４４及び制御バルブ１４４ａにより排出系（排出ライン）が構成される。
【００１９】
洗浄装置本体１１２の上部には、乾燥用ガス供給管１４６が接続されている。乾燥用ガス供給管１４６の上流側には、乾燥用ガス供給源１４８が接続されている。乾燥用ガス供給管１４６には、乾燥用ガスの供給を制御する制御バルブ１４８ａが設けられている。乾燥用ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガスが用いられる。さらに、洗浄装置本体１１２の下部には乾燥用ガスを排気する排気管１５０が接続されている。排気管１５０には、乾燥用ガスの排気を制御する制御バルブ１５０ａが設けられている。主に、乾燥用ガス供給管１４６、乾燥用ガス供給源１４８及び制御バルブ１４８ａにより乾燥用ガス供給系（乾燥用ガス供給ライン）としてのＮ２ガス供給系（Ｎ２ガス供給ライン）が構成される。主に、排気管１５０及び制御バルブ１５０ａにより排気系（排気ライン）が構成される。
【００２０】
本実施形態にかかる第１処理ユニット３１は、第１処理ユニット３１の各部の動作を制御する第１の制御部としての第１コントローラ１８０を有している。第１コントローラ１８０は、回転機構１２０、ゲートバルブ１２６、基板移載機１２７、制御バルブ１３２ａ，１３４ａ，１４２ａ，１４８ａ，１４４ａ，１５０ａ等の動作を制御する。
【００２１】
（２）第２処理ユニットの構成
続いて、ＣＶＤ装置として構成された本実施形態にかかる第２処理ユニット３２、すなわち第２の基板処理装置の構成について、図４，５を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ処理時における断面構成図であり、図５は、本発明の一実施形態にかかる第２処理ユニット３２のウエハ搬送時における断面構成図である。
【００２２】
＜処理室＞
図４，５に示すとおり、本実施形態にかかる第２処理ユニット３２は、第２の処理容器２０２を備えている。第２の処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、第２の処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。第２の処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００２３】
＜支持台＞
処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウエハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウエハ２００を加熱する加熱手段（加熱源）としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、第２の処理容器２０２の底部を貫通している。
【００２４】
＜昇降機構＞
処理室２０１の外部には、支持台２０３を昇降させる昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させて支持台２０３を昇降させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウエハ２００の搬送時には図５で示される位置（ウエハ搬送位置）まで下降し、ウエハ２００の処理時には図４で示される位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３下端部の周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
【００２５】
＜リフトピン＞
また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台２０３（サセプタ２１７も含む）には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させる貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウエハ搬送位置まで下降させた時には、図５に示すように、リフトピン２０８ｂの上端部がサセプタ２１７の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、支持台２０３をウエハ処理位置まで上昇させたときには、図４に示すようにリフトピン２０８ｂはサセプタ２１７の上面から埋没して、サセプタ２１７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０８ｂは、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
【００２６】
＜ウエハ搬送口＞
処理室２０１（第２の処理容器２０２）の内壁側面には、処理室２０１の内外にウエハ２００を搬送するウエハ搬送口２５０が設けられている。ウエハ搬送口２５０にはゲートバルブ２５１が設けられており、ゲートバルブ２５１を開くことにより、処理室２０１内と搬送室（予備室）２７１内とが連通するようになっている。搬送室２７１は搬送容器（密閉容器）２７２内に形成されており、搬送室２７１内にはウエハ２００を搬送する搬送ロボット２７３が設けられている。搬送ロボット２７３には、ウエハ２００を搬送する際にウエハ２００を支持する搬送アーム２７３ａが備えられている。支持台２０３をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ２５１を開くことにより、搬送ロボット２７３により処理室２０１内と搬送室２７１内との間でウエハ２００を搬送することが可能となっている。処理室２０１内に搬送されたウエハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。なお、搬送室２７１のウエハ搬送口２５０が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット２７３によりロードロック室内と搬送室２７１内との間でウエハ２００を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウエハ２００を一時的に収容する予備室として機能する。
【００２７】
＜排気系＞
処理室２０１（第２の処理容器２０２）の内壁側面であって、ウエハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には排気チャンバ２６０ａを介して排気管２６１が接続されており、排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、および真空ポンプ２６４が順に直列に接続されている。主に、排気口２６０、排気チャンバ２６０ａ、排気管２６１、圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、および真空ポンプ２６４により排気系（排気ライン）が構成される。
【００２８】
＜ガス導入口＞
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。
【００２９】
＜シャワーヘッド＞
ガス導入口２１０と処理室２０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させる分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウエハ２００の表面に供給するシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面およびシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウエハ２００と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させる第１バッファ空間（分散室）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させる第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。
【００３０】
＜排気ダクト＞
処理室２０１（第２の処理容器２０２）の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウエ
ハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
【００３１】
一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い、支持台２０３と共に昇降されるようになっている。
【００３２】
支持台２０３がウエハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウエハ処理位置まで上昇する。その結果、ウエハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５）および支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室２０１上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室２０１下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合（セルフクリーニングする場合）を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。
【００３３】
ここで、ウエハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、第１バッファ空間（分散室）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウエハ２００上に均一に供給される。そして、ウエハ２００上に供給されたガスは、ウエハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウエハ２００に接触した後の余剰なガスは、ウエハ２００外周部に位置する排気ダクト２５９上、すなわち、コンダクタンスプレート２０４上を、ウエハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート２０４に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。
【００３４】
＜ガス供給系＞
続いて、上述したガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる第２処理ユニット３２の有するガス供給系および排気系の構成図である。
【００３５】
本発明の実施形態にかかる第２処理ユニット３２の有するガス供給系は、常温で液体状態であるアルミニウム（Ａｌ）を含む液体原料を気化する気化部としてのバブラと、バブラにて液体原料を気化させて得た原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給系と
、水素含有ガスを処理室２０１内に供給する水素含有ガス供給系と、パージガスを処理室２０１内に供給するパージガス供給系と、を有している。さらに、本発明の実施形態にかかる第２処理ユニット３２は、バブラからの原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスするよう排気するベント（バイパス）系を有している。以下に、各部の構成について説明する。
【００３６】
＜バブラ＞
処理室２０１の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ２２０ａが設けられている。バブラ２２０ａは、内部に液体原料を収容（充填）可能なタンク（密閉容器）として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ２２０ａの周りには、バブラ２２０ａおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ２０６ａが設けられている。原料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）元素を含む金属液体原料であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ３）３）が用いられる。
【００３７】
バブラ２２０ａには、キャリアガス供給管２３７ａが接続されている。キャリアガス供給管２３７ａの上流側端部には、図示しないキャリアガス供給源が接続されている。また、キャリアガス供給管２３７ａの下流側端部はバブラ２２０ａ内に収容した液体原料内に浸されている。キャリアガス供給管２３７ａには、キャリアガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ａと、キャリアガスの供給を制御するバルブｖａ１，ｖａ２が設けられている。なお、キャリアガスとしては、液体原料とは反応しないガスを用いることが好ましく、例えばＮ２ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが好適に用いられる。主に、キャリアガス供給管２３７ａ、ＭＦＣ２２２ａ、バルブｖａ１，ｖａ２により、キャリアガス供給系（キャリアガス供給ライン）が構成される。
【００３８】
上記構成により、バルブｖａ１，ｖａ２を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給し、バブラ２２０ａ内部に収容された液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させることが可能となる。
【００３９】
＜原料ガス供給系＞
バブラ２２０ａには、バブラ２２０ａ内で生成された原料ガスを処理室２０１内に供給する原料ガス供給管２１３ａが接続されている。原料ガス供給管２１３ａの上流側端部は、バブラ２２０ａの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管２１３ａの下流側端部は、ガス導入口２１０に接続されている。原料ガス供給管２１３ａには、上流側から順にバルブｖａ５，ｖａ３が設けられている。バルブｖａ５はバブラ２２０ａから原料ガス供給管２１３ａ内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、バブラ２２０ａの近傍に設けられている。バルブｖａ３は、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内への原料ガスの供給を制御するバルブであり、ガス導入口２１０の近傍に設けられている。バルブｖａ３と後述するバルブｖｅ３は高耐久高速ガスバルブとして構成されている。高耐久高速ガスバルブは、短時間で素早くガス供給の切り替えおよびガス排気ができるように構成された集積バルブである。なお、バルブｖｅ３は、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の空間を高速にパージしたのち、処理室２０１内をパージするパージガスの導入を制御するバルブである。
【００４０】
上記構成により、バブラ２２０ａにて液体原料を気化させて原料ガスを発生させるとともに、バルブｖａ５，ｖａ３を開くことにより、原料ガス供給管２１３ａから処理室２０１内へ原料ガスを供給することが可能となる。主に、原料ガス供給管２１３ａ、バルブｖａ５，ｖａ３により原料ガス供給系（原料ガス供給ライン）が構成される。
【００４１】
また、主に、キャリアガス供給系、バブラ２２０ａ、原料ガス供給系により、原料供給系（原料供給ライン）が構成される。
【００４２】
＜水素含有ガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、還元性ガスである水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給源２２０ｂが設けられている。水素含有ガス供給源２２０ｂには水素含有ガス供給管２１３ｂの上流側端部が接続されている。水素含有ガス供給管２１３ｂの下流側端部はバルブｖｂ３を介してガス導入口２１０に接続されている。水素含有ガス供給管２１３ｂには、水素含有ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｂと、水素含有ガスの供給を制御するバルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３と、が設けられている。水素含有ガスとしては、例えば水素（Ｈ２）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。主に、水素含有ガス供給源２２０ｂ、水素含有ガス供給管２１３ｂ、ＭＦＣ２２２ｂ、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３により水素含有ガス供給系（水素含有ガス供給ライン）が構成される。
【００４３】
＜パージガス供給系＞
また、処理室２０１の外部には、パージガスを供給するパージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅが設けられている。パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅには、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅの上流側端部がそれぞれ接続されている。パージガス供給管２１３ｃの下流側端部は、バルブｖｃ３を介してガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｅの下流側端部は、バルブｖｅ３を介して、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３とガス導入口２１０との間の部分に合流して、ガス導入口２１０に接続されている。パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅには、パージガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２２ｃ，２２２ｅと、パージガスの供給を制御するバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３がそれぞれ設けられている。さらに、メンテナンス用として、水素含有ガス供給管２１３ｂの水素含有ガス供給源２２０ｂとバルブｖｂ１との間に、パージガス供給管２１３ｆがバルブｖｃ４を介して接続されている。パージガス供給管２１３ｆはパージガス供給管２１３ｃのマスフローコントローラ２２２ｃとバルブｖｃ２との間の部分から分岐して設けられている。パージガスとしては、例えばＮ２ガスやＡｒガスやＨｅガス等の不活性ガスが用いられる。主に、パージガス供給源２２０ｃ，２２０ｅ、パージガス供給管２１３ｃ，２１３ｅ，２１３ｆ、ＭＦＣ２２２ｃ，２２２ｅ、およびバルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｃ４，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３により、パージガス供給系（パージガス供給ライン）が構成される。
【００４４】
＜ベント（バイパス）系＞
また、原料ガス供給管２１３ａのバルブｖａ３よりも上流側には、ベント管２１５ａの上流側端部が接続されている。また、ベント管２１５ａ下流側端部は排気管２６１の圧力調整器２６２よりも下流側であって原料回収トラップ２６３よりも上流側に接続されている。ベント管２１５ａには、ガスの流通を制御するバルブｖａ４が設けられている。
【００４５】
上記構成により、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開くことで、原料ガス供給管２１３ａ内を流れるガスを、処理室２０１内に供給することなく、ベント管２１５ａを介して処理室２０１をバイパスさせ、排気管２６１より排気することが可能となる。主に、ベント管２１５ａおよびバルブｖａ４によりベント系（ベントライン）が構成される。
【００４６】
なお、バブラ２２０ａの周りには、サブヒータ２０６ａが設けられることは上述した通りだが、この他、キャリアガス供給管２３７ａ、原料ガス供給管２１３ａ、パージガス供給管２１３ｅ、ベント管２１５ａ、排気管２６１、第２の処理容器２０２、シャワーヘッド２４０等の周囲にもサブヒータ２０６ａが設けられている。サブヒータ２０６ａはこれ
らの部材を、例えば１００℃以下の温度に加熱することで、これらの部材内部での原料ガスの再液化を防止するように構成されている。
【００４７】
＜第２の制御部＞
本実施形態にかかる第２処理ユニット３２は、第２処理ユニット３２の各部の動作を制御する第２の制御部としての第２コントローラ２８０を有している。第２コントローラ２８０は、ゲートバルブ２５１、昇降機構２０７ｂ、搬送ロボット２７３、ヒータ２０６、サブヒータ２０６ａ、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２、真空ポンプ２６４、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ４，ｖｅ１〜ｖｅ３、流量コントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ等の動作を制御する。
【００４８】
（３）基板処理工程
続いて、半導体装置の製造工程の一工程として、上述の基板処理システムを用いてウエハ２００上に金属膜を形成する基板処理工程について、主に図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる基板処理工程のフロー図である。なお、以下の説明において、第１処理ユニット３１の動作は第１コントローラ１８０により制御され、第２処理ユニット３２の動作は第２コントローラ２８０により制御される。
【００４９】
なお、ここでは、ウエハ２００上に形成された第１の金属膜としての窒化チタニウム（ＴｉＮ）膜の表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する第１の前処理を行い、第１の前処理後のＴｉＮ膜に対して水素含有ガスとしてのＨ２ガスを供給する第２の前処理を行い、第２の前処理後のＴｉＮ膜上に第２の金属膜としてのＡｌ膜を形成する例について説明する。なお、第１の前処理は上述の第１処理ユニット３１を用いて行い、第２の前処理およびＡｌ膜の形成は上述の第２処理ユニット３２を用いて行う。なお、Ａｌ膜の形成は、第２の処理容器２０２内に、アルミニウム（Ａｌ）を含む原料としてＴＭＡを供給してウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜上にアルミニウム膜（Ａｌ膜）を形成する工程と、第２の処理容器２０２内にパージガスを供給して第２の処理容器２０２内をパージする工程と、を１サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことで、ＣＶＤ法により、第２の前処理がなされたＴｉＮ膜上に所定膜厚のＡｌ膜を形成する例について説明する。
【００５０】
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等も含まれる。なお、第１の金属膜としてのＴｉＮ膜は導電性の金属窒化膜であり、第２の金属膜としてのＡｌ膜は導電性の金属単体膜である。以下、これを詳細に説明する。
【００５１】
＜第１処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ１）、基板支持工程（Ｓ２）＞
図２（ａ）における第１処理ユニット３１のゲートバルブ１２６を開くことにより第１の処理容器としての洗浄装置本体１１２の基板搬送口１２４を開放し、基板移載機１２７により処理対象のウエハ２００を洗浄室１１４内に搬入する（Ｓ１）。そして基板移載機１２７を制御してウエハ２００を支持具１１８に受け渡し、ウエハ２００を支持具１１８により支持させる（Ｓ２）。基板移載機１２７を洗浄室１１４の外部に戻した後、ゲートバルブ１２６を閉じることにより基板搬送口１２４を閉塞する。その後、回転機構１２０により回転軸１２１を介して支持具１１８を回転させることによりウエハ２００の回転を開始する。なお、ウエハ２００上には、第１の金属膜としてのＴｉＮ膜が形成されている。ＴｉＮ膜は、例えばＣＶＤ法やＡＬＤ法やＰＶＤ法により形成される。ＴｉＮ膜の表面には、ＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物が形成されている。上述したように、Ａｌ等の金属材料は、酸化物等からなる絶縁膜には吸着し難い性質を有する。第１処理ユニット３１へ搬入されたウエハ２００表面の状態を図７の（ａ）に例示する。
【００５２】
＜第１の前処理工程（Ｓ３）＞
〔ＨＦ洗浄工程（Ｓ３ａ）〕
続いて、ウエハ２００の回転を維持した状態で、制御バルブ１３２ａを開き、洗浄液供給部１２８からＤＨＦをウエハ２００の中心に向けて供給する。このとき、制御バルブ１４２ａを開き、給水部１４０からカバー１２２の内面に純水を供給する。これによりカバー１２２の内面に飛ばされたＤＨＦを洗い流すことができる。制御バルブ１４４ａを開くことで、ウエハ２００に供給されたＤＨＦや、カバー１２２の内面に供給された純水は、排水管１４４を介して外部に排出される。このときウエハ２００上に供給されたＤＨＦにより、ウエハ２００に対して第１の前処理がなされる。すなわち、ＤＨＦがウエハ２００に供給されることで、ＤＨＦに含まれるＨＦ分子およびＨ２Ｏ分子と、ウエハ２００上に形成されているＴｉＮ表面上の酸化物であるＴｉＯ２，ＴｉＯＮ等とが反応し、ＴｉＦ４やＯ２等が生成されてＴｉＯ２やＴｉＯＮ等が除去されると共に、ＴｉＮ膜の表面が露出される。そして、露出したＴｉＮ膜の表面がＯＨ基により終端される。ＴｉＮ膜の表面がＯＨ基により終端された様子を図７の（ｂ）に例示する。
【００５３】
〔リンス工程（Ｓ３ｂ）〕
ＴｉＮ膜表面のＯＨ基による終端が完了したら、ウエハ２００の回転を維持した状態で、制御バルブ１３２ａを閉じて洗浄液供給部１２８からのＤＨＦの供給を停止し、制御バルブ１３４ａを開き、リンス水供給部１３０からリンス水としての純水をウエハ２００の中心に向けて供給し、ウエハ表面に残留するＤＨＦを洗い流す。このときも、制御バルブ１４２ａを開き、給水部１４０からカバー１２２の内面に純水を供給する。これによりカバー１２２の内面に飛ばされた残留ＤＨＦを洗い流すことができる。制御バルブ１４４ａを開くことで、洗い流されたＤＨＦや、カバー１２２の内面に供給された純水は、排水管１４４を介して外部に排出される。
【００５４】
〔乾燥工程（Ｓ３ｃ）〕
ウエハ表面に残留するＤＨＦを洗い流した後、ウエハ２００の回転を維持した状態で、制御バルブ１３４ａ，１４２ａを閉じてリンス水供給部１３０からのリンス水の供給および給水部１４０からの純水の供給を停止し、ウエハ２００上のリンス水等を回転による遠心力でふるい落とす。このとき、制御バルブ１４８ａを開き、乾燥用ガス供給源１４８から乾燥用ガス供給管１４６を介して乾燥用ガスとしてのＮ２を洗浄室１１４内に供給して、洗浄室１１４内をＮ２雰囲気とし、このＮ２雰囲気中でウエハ２００を乾燥させる。制御バルブ１５０ａを開くことで、洗浄室１１４内に供給されたＮ２は排気管１５０を介して外部に排気される。ウエハ２００が乾燥した後、回転機構１２０による支持具１１８の回転を停止することによりウエハ２００の回転を停止する。また、制御バルブ１４８ａを閉じることによりＮ２の洗浄室１１４内への供給も停止する。
【００５５】
＜第１処理ユニットからの基板搬出工程（Ｓ４）＞
その後、第１処理ユニット３１のゲートバルブ１２６を開くことにより洗浄装置本体１１２の基板搬送口１２４を開放し、基板移載機１２７により第１の前処理が終了したウエハ２００を洗浄室１１４内から搬出する。搬出後、ゲートバルブ１２６を閉じることにより基板搬送口１２４を閉塞する。洗浄室１１４内から搬出された第１の前処理が終了したウエハ２００は、第２処理ユニット３２に搬送される。このとき、ウエハ２００上に形成されたＴｉＮ膜の表面はＯＨ基により終端された状態が維持されている。なお、後述するように、ＴｉＮ膜の表面は、ＯＨ基により終端されるだけではＡｌが吸着し易い状態とはならない。
【００５６】
＜第２処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ５）、基板載置工程（Ｓ６）＞
続いて、第１の前処理が終了したウエハ２００を、第２処理ユニット３２のロードロッ
ク室内に搬入する。ロードロック室内に搬入されたウエハ２００は、搬送ロボット２７３によりロードロック室内から搬送室２７１内に搬送される。このとき、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図５に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ２５１を開き、処理室２０１と搬送室２７１とを連通させる。そして、搬送ロボット２７３により搬送室２７１内から処理室２０１内へ処理対象の第１の前処理が終了したウエハ２００を搬送アーム２７３ａで支持した状態で搬入する（Ｓ５）。処理室２０１内に搬入したウエハ２００は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。搬送ロボット２７３の搬送アーム２７３ａが処理室２０１内から搬送室２７１内へ戻ると、ゲートバルブ２５１が閉じられる。
【００５７】
続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図４に示すウエハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウエハ２００は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される（Ｓ６）。
【００５８】
＜圧力調整工程（Ｓ７）、温度調整工程（Ｓ８）＞
続いて、圧力調整器（ＡＰＣ）２６２により、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ７）。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウエハ２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ８）。なお、温度調整工程（Ｓ８）は、圧力調整工程（Ｓ７）と並行して行うようにしてもよいし、圧力調整工程（Ｓ７）よりも先行して行うようにしてもよい。ここで、所定の処理温度、処理圧力とは、後述する原料供給工程（Ｓ１０ａ）において、ＣＶＤ法によりＡｌ膜を形成可能な処理温度、処理圧力である。すなわち、原料供給工程（Ｓ１０ａ）で用いる原料が自己分解する程度の処理温度、処理圧力である。なお、ここでいう所定の処理温度、処理圧力は、後述する水素含有ガス供給工程（Ｓ９ａ）において、ウエハ２００に対して水素含有ガスによる第２の前処理がなされ得る処理温度、処理圧力でもある。
【００５９】
なお、第２処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ５）、基板載置工程（Ｓ６）、圧力調整工程（Ｓ７）、および温度調整工程（Ｓ８）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３，ｖｂ３を閉じ、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開くことで、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておく。これにより、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。
【００６０】
＜第２の前処理工程（Ｓ９）＞
〔水素含有ガス供給工程（Ｓ９ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開いて、処理室２０１内への水素含有ガスとしてのＨ２ガスまたはＮＨ３ガスの供給を開始する。水素含有ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。余剰な水素含有ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このときウエハ２００上に供給された水素含有ガスにより、ウエハ２００に対して第２の前処理がなされる。すなわち、ウエハ２００上のＴｉＮ膜表面を終端しているＯＨ基が、処理室２０１内に供給された水素含有ガスと反応してＨ２Ｏとなって、ＴｉＮ膜表面から除去されると共に、ＴｉＮ膜表面が水素（Ｈ）により終端される。ＴｉＮ膜の表面がＨにより終端された様子を図７（ｃ）に例示する。なお、ＴｉＮ膜の表面がＨにより終端されることで、ＴｉＮ膜の表面にはＡｌが吸着し易くなる。
【００６１】
なお、処理室２０１内への水素含有ガスの供給時には、原料ガス供給管２１３ａ内への水素含有ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内における水素含有ガスの拡散を促すように、バルブｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。
【００６２】
バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き水素含有ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を閉じ、処理室２０１内への水素含有ガスの供給を停止する。その後、水素含有ガス供給源２２０ｂに設けられた図示しないバルブを閉じた状態で、バルブｖｃ１，ｖｃ４，ｖｂ１，ｖｂ２，ｖｂ３を開き、水素含有ガス供給管２１３ｂ内にＮ２ガスを供給して、水素含有ガス供給管２１３ｂ内をパージする。
【００６３】
〔パージ工程（Ｓ９ｂ）〕
その後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している水素含有ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。パージ工程（Ｓ９ｂ）を実施することにより、後述する原料供給工程（Ｓ１０ａ）にて供給する原料ガスが水素含有ガス等と混合してしまうことを抑制できる。但し、パージ工程（Ｓ９ｂ）は必ずしも実施しなくてもよい。
【００６４】
工程Ｓ１〜Ｓ９と並行して、原料（ＴＭＡ）を気化させて原料ガスを生成（予備気化）させておく。すなわち、バルブｖａ１，ｖａ２，ｖａ５を開き、キャリアガス供給管２３７ａからＭＦＣ２２２ａで流量制御されたキャリアガスをバブラ２２０ａ内に供給することにより、バブラ２２０ａ内部に収容された原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させておく（予備気化工程）。この予備気化工程では、真空ポンプ２６４を作動させつつ、バルブｖａ３を閉じたまま、バルブｖａ４を開くことにより、原料ガスを処理室２０１内に供給することなく処理室２０１をバイパスして排気しておく。バブラにて原料ガスを安定して生成させるには所定の時間を要する。このため、本実施形態では、原料ガスを予め生成させておき、バルブｖａ３，ｖａ４の開閉を切り替えることにより、原料ガスの流路を切り替える。その結果、バルブの切り替えにより、処理室２０１内への原料ガスの安定した供給を迅速に開始あるいは停止できるようになり、好ましい。
【００６５】
＜Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）＞
〔原料供給工程（Ｓ１０ａ）〕
続いて、真空ポンプ２６４を作動させたまま、バルブｖａ４を閉じ、バルブｖａ３を開いて、処理室２０１内への原料ガス（Ａｌ原料）の供給を開始する。原料ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。余剰な原料ガスは、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。このとき処理温度、処理圧力は原料ガスが自己分解する程度の処理温度、処理圧力とされるので、ウエハ２００上に供給された原料ガスが熱分解することでＣＶＤ反応が生じ、これにより第２の前処理がなされたウエハ２００上にＡｌ膜が形成される。
【００６６】
なお、処理室２０１内への原料ガスの供給時には、水素含有ガス供給管２１３ｂ内への原料ガスの侵入を防止するように、また、処理室２０１内における原料ガスの拡散を促すように、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３は開いたままとし、処理室２０１内にＮ２ガスを常に流しておくことが好ましい。
【００６７】
バルブｖａ３を開き原料ガスの供給を開始した後、所定時間が経過したら、バルブｖａ３を閉じ、バルブｖａ４を開いて、処理室２０１内への原料ガスの供給を停止する。
【００６８】
〔パージ工程（Ｓ８ｂ）〕
バルブｖａ３を閉じ、原料ガスの供給を停止した後は、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、
シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留している原料ガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。
【００６９】
〔所定回数実施工程（Ｓ１０ｃ）〕
以上の原料供給工程（Ｓ１０ａ）、パージ工程（Ｓ１０ｂ）を１サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、第２の前処理工程（Ｓ９）がなされたＴｉＮ膜上に、第２の金属膜としての所定膜厚のアルミニウム膜（Ａｌ膜）を形成する。なお、本実施形態では、原料をパルス状に流すだけでなく、連続的に流すようにしてもよく、原料供給工程とパージ工程とのサイクルを１回実施するのがこのケース（原料を連続供給するケース）に相当する。
【００７０】
〔残留ガス除去工程（Ｓ１１）〕
ウエハ２００上に所定膜厚のＡｌ膜が形成された後、処理室２０１内の真空引きを行い、バルブｖｃ１，ｖｃ２，ｖｃ３，ｖｅ１，ｖｅ２，ｖｅ３を開き、処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド２４０により分散されて処理室２０１内に供給され、排気ダクト２５９内を流れ、排気口２６０、排気管２６１へと排気される。これにより、処理室２０１内に残留しているガスや反応副生成物を除去し、処理室２０１内をＮ２ガスによりパージする。
【００７１】
＜第２処理ユニットからの基板搬出工程（Ｓ１２）＞
その後、上述した第２処理ユニットへの基板搬入工程（Ｓ５）、基板載置工程（Ｓ６）に示した手順とは逆の手順により、所定膜厚のＡｌ膜を形成した後のウエハ２００を処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出し、搬送室２７１内からロードロック室内へ搬送し、ロードロック室内から第２処理ユニット３２の外部へ搬出して、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。
【００７２】
なお、本実施形態における水素含有ガスによる第２の前処理工程（Ｓ９）でのウエハ２００の処理条件としては、
処理温度（ウエハ温度）：１５０〜４００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、
水素含有ガス（Ｈ２ガスまたはＮＨ３ガス）供給流量：０．１〜５ｓｌｍ、
水素含有ガス（Ｈ２ガスまたはＮＨ３ガス）供給時間：１０秒〜３０分、
パージガス（Ｎ２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
が例示される。
【００７３】
また、本実施形態におけるＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）でのウエハ２００の処理条件としては、
処理温度（ウエハ温度）：１５０〜４００℃、
処理圧力（処理室内圧力）：１３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、
バブリング用キャリアガス供給流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ、
（アルミニウム原料（ＴＭＡ）ガス供給流量：０．１〜５ｓｌｍ）
パージガス（Ｎ２）供給流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ、
１サイクルあたりの原料（ＴＭＡ）供給時間：０．１〜６００秒、
１サイクルあたりのパージ時間：０．１〜６００秒、
サイクル数：１〜４００回、
Ａｌ膜厚：１０〜２００ｎｍ
が例示される。なお、処理温度（ウエハ温度）および処理圧力（処理室内圧力）については、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とで一定とすることが好まし
い。
【００７４】
なお、上述の処理圧力帯で、処理温度を１５０℃未満とすると、原料供給工程（Ｓ８ａ）において、原料（ＴＭＡ）が自己分解せず、ＣＶＤによる成膜反応が生じなくなる。また、上述の処理圧力帯で、処理温度が４００℃を超えると、成膜レートが上昇し過ぎ、膜厚を制御するのが難しくなる。よって、原料供給工程（Ｓ１０ａ）において、ＣＶＤによる成膜反応を生じさせ、膜厚を制御可能とするためには、処理温度を１５０℃以上、４００℃以下とする必要がある。なお、この処理圧力帯、処理温度帯であれば、水素含有ガス供給工程（Ｓ９ａ）において、ウエハ２００に対して第２の前処理がなされ得ることを確認している。よって、本実施形態では、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを、同様の処理温度帯、同様の処理圧力帯に設定して行っている。これにより、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）との間に、処理温度を変更する工程や処理圧力を変更する工程を設けることが不要となり、スループット、すなわち生産性を向上させることができる。なお、生産性向上の観点では、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを、同様の処理温度帯で行うことは重要であるが、処理圧力の変更については生産性に及ぼす影響は小さい。よって、第２の前処理工程（Ｓ９）では、第２の前処理に最適な圧力帯を選択するようにすればよい。
【００７５】
本実施形態によれば、第２の前処理工程（Ｓ９）の前に、第１の前処理工程（Ｓ３）においてウエハ２００に対してＨＦ水溶液を用いた第１の前処理を施すことにより、ＴｉＮ膜表面上の酸化物であるＴｉＯ２，ＴｉＯＮ等を除去すると共に、露出させたＴｉＮ膜の表面をＯＨ基により終端する。また、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）の前に、第２の前処理工程（Ｓ９）においてウエハ２００に対して水素含有ガスを用いた第２の前処理を施すことにより、ＴｉＮ膜表面上のＯＨ基を除去すると共に、露出させたＴｉＮ膜の表面をＨにより終端する。これにより、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着し易い状態を作り出すことができ、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）において初期核形成密度が密になり、その結果、薄膜領域での連続膜（低抵抗膜）の形成を安定して行うことが可能となり、表面ラフネスが少なく、良好な表面モフォロジを有する良質なＡｌ膜を形成することが可能となる。
【００７６】
なお、良質なＡｌ膜を形成するには、下地となるＴｉＮ膜表面が上述のようにＨで終端されていることが好ましい。そのため、第２の前処理工程（Ｓ９）をＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）の直前に行うのが好ましい。本実施形態によれば、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを同一の第２の処理容器２０２内で連続的に行うようにしているため、第２の前処理工程（Ｓ９）をＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）の直前に行うことが可能となる。なお、第２の前処理工程（Ｓ９）とＡｌ膜形成工程（Ｓ１０）とを別の処理容器で行うようにすると、ＴｉＮ膜表面がＨで終端された状態を、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）を実施するときまで維持できない可能性がある。
【００７７】
上述の実施形態では、水素含有ガスとしてＨ２ガスまたはＮＨ３ガスのいずれも用いることが出来るが、Ｈ２ガスを用いると特に大きな効果を得ることができる。また、水素含有ガスとして、Ｈ２ガスまたはＮＨ３ガスをプラズマや熱などの活性化手段により活性化させて生成したラジカル種やイオン種を用いることも出来る。
【００７８】
上述の実施形態では、第１の金属膜としてＴｉＮ膜を用いたが、ＴｉＮ膜の他、窒化タンタル（ＴａＮ）膜等を用いてもよい。なお、ＴａＮは導電性の金属窒化膜である。
【００７９】
上述の実施形態では、Ａｌ膜の形成に用いる金属原料としてＴＭＡを用いたが、ＴＭＡの他、ＴＥＡＬ（トリエチルアルミニウム、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）、ＴＩＢＡ（トリイソブチルアルミニウム、Ａｌ［（ＣＨ３）２ＣＨＣＨ２］３）、ＤＭＡＨ（ジメチルアルミハイドライド、Ａｌ（ＣＨ３）２Ｈ）、ＤＭＥＡＡ（ジメチルエチルアミノアラン、（Ｃ
Ｈ３）２Ｃ２Ｈ５Ｎ：ＡｌＨ３）等を用いてもよい。
【００８０】
上述の実施形態では、原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる例について説明したが、本発明はこれに限定されず、原料を気化器により気化させて原料ガスを生成するようにしてもよい。
【００８１】
上述の実施形態では、金属原料を間欠的に供給するＣＶＤ法を用いてＡｌ膜を形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、金属原料を連続的に供給するＣＶＤ法や、２種以上のガスを交互に供給するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてＡｌ膜を形成してもよい。
【００８２】
上述の実施形態では、第２の金属膜としてＡｌ膜を形成する例について説明したが、Ａｌ膜の他、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の金属元素を含む金属膜を第２の金属膜として形成する場合にも本発明は好適に適用できる。
【００８３】
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、第２処理ユニット３２として１度に１枚の基板を処理する枚葉式のＣＶＤ装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、第２処理ユニット３２として１度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型ＣＶＤ装置を用いて成膜するようにしてもよい。以下、この縦型ＣＶＤ装置について説明する。
【００８４】
図６は、本実施形態にかかる第２処理ユニット３２としての縦型ＣＶＤ装置の縦型処理炉の概略構成図であり、（ａ）は、処理炉３０２部分を縦断面で示し、（ｂ）は、処理炉３０２部分を図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図で示す。
【００８５】
図６（ａ）に示されるように、処理炉３０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ３０７を有する。ヒータ３０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベースに支持されることにより垂直に据え付けられている。
【００８６】
ヒータ３０７の内側には、ヒータ３０７と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ３０３が配設されている。プロセスチューブ３０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（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。プロセスチューブ３０３の筒中空部には処理室３０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を、後述するボート３１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
【００８７】
プロセスチューブ３０３の下方には、プロセスチューブ３０３と同心円状にマニホールド３０９が配設されている。マニホールド３０９は、例えばステンレス等からなり、上端およ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３０９は、プロセスチューブ３０３に係合しており、プロセスチューブ３０３を支持するように設けられている。なお、マニホールド３０９とプロセスチューブ３０３との間には、シール部材としてのＯリング３２０ａが設けられている。マニホールド３０９がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ３０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ３０３とマニホールド３０９とにより反応容器が形成される。
【００８８】
マニホールド３０９には、第１ガス導入部としての第１ノズル３３３ａと、第２ガス導入部としての第２ノズル３３３ｂとが、マニホールド３０９の側壁を貫通するように接続
されている。第１ノズル３３３ａと第２ノズル３３３ｂは、それぞれ水平部と垂直部とを有するＬ字形状であり、水平部がマニホールド３０９に接続され、垂直部がプロセスチューブ３０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ３０３の下部より上部の内壁に沿って、ウエハ２００の積載方向に向かって立ち上がるように設けられている。第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂの垂直部の側面には、ガスを供給する供給孔である第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂがそれぞれ設けられている。この第１ガス供給孔３４８ａ、第２ガス供給孔３４８ｂは、それぞれ下部から上部にわたって同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００８９】
第１ノズル３３３ａ、第２ノズル３３３ｂに接続されるガス供給系は、上述の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１ノズル３３３ａに原料ガス供給系が接続され、第２ノズル３３３ｂに水素含有ガス供給系が接続される点が、上述の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、原料ガスと水素含有ガスとを、別々のノズルにより供給する。なお、原料ガスと水素含有ガスとは同一のノズルにより供給するようにしてもよい。
【００９０】
マニホールド３０９には、処理室３０１内の雰囲気を排気する排気管３３１が設けられている。排気管３３１には、圧力検出器としての圧力センサ３４５および圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ３４２を介して、真空排気装置としての真空ポンプ３４６が接続されており、圧力センサ３４５により検出された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ３４２を調整することで、処理室３０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。なお、ＡＰＣバルブ３４２は弁を開閉して処理室３０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調整して処理室３０１内の圧力を調整することができるよう構成されている開閉弁である。
【００９１】
マニホールド３０９の下方には、マニホールド３０９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３１９が設けられている。シールキャップ３１９は、マニホールド３０９の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ３１９は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ３１９の上面には、マニホールド３０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング３２０ｂが設けられている。シールキャップ３１９の処理室３０１と反対側には、後述するボート３１７を回転させる回転機構３６７が設置されている。回転機構３６７の回転軸３５５は、シールキャップ３１９を貫通して、ボート３１７に接続されており、ボート３１７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３１９は、プロセスチューブ３０３の外部に配置された昇降機構としてのボートエレベータ３１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３１７を処理室３０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。
【００９２】
基板保持具としてのボート３１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート３１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱材料からなる断熱部材３１８が設けられており、ヒータ３０７からの熱がシールキャップ３１９側に伝わりにくくなるように構成されている。プロセスチューブ３０３内には、温度検出器としての温度センサ３６３が設置されており、温度センサ３６３により検出された温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合を調整することにより、処理室３０１内の温度が所定の温度分布となるように構成されている。温度センサ３６３は、第１ノズル３３３ａおよび第２ノズル３３３ｂと同様に、プロセスチューブ３０３の内壁に沿って設けられている。
【００９３】
制御部（制御手段）であるコントローラ３８０は、ＡＰＣバルブ３４２、ヒータ３０７、温度センサ３６３、真空ポンプ３４６、回転機構３６７、ボートエレベータ３１５、バルブｖａ１〜ｖａ５，ｖｂ１〜ｖｂ３，ｖｃ１〜ｖｃ４，ｖｅ１〜ｖｅ３、流量コントローラ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｅ等の動作を制御する。
【００９４】
次に、上記構成にかかる縦型ＣＶＤ装置の処理炉３０２を用いて、半導体装置の製造工程の一工程として、ＣＶＤ法によりウエハ２００上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、縦型ＣＶＤ装置を構成する各部の動作は、コントローラ３８０により制御される。
【００９５】
第１の前処理工程（Ｓ３）を実施した後の複数枚のウエハ２００をボート３１７に装填（ウエハチャージ）する。そして、図６（ａ）に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート３１７を、ボートエレベータ３１５によって持ち上げて処理室３０１内に搬入（ボートロード）する。この状態で、シールキャップ３１９はＯリング３２０ｂを介してマニホールド３０９の下端をシールした状態となる。
【００９６】
処理室３０１内が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ３４６によって処理室３０１内を真空排気する。この際、処理室３０１内の圧力を圧力センサ３４５で測定して、この測定された圧力に基づき、ＡＰＣバルブ３４２をフィードバック制御する。また、処理室３０１内が所望の温度となるように、ヒータ３０７によって加熱する。この際、処理室３０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ３６３が検出した温度情報に基づきヒータ３０７への通電具合をフィードバック制御する。続いて、回転機構３６７によりボート３１７を回転させることで、ウエハ２００を回転させる。
【００９７】
その後、上述の実施形態における第２の前処理工程（Ｓ９）、Ａｌ膜形成工程（Ｓ１０）と同様な手順で、第２の前処理工程、Ａｌ膜形成工程を行う。ウエハ２００上に、所定膜厚のＡｌ膜が形成された後、上述の実施形態における残留ガス除去工程（Ｓ１１）と同様な手順で残留ガス除去工程を行う。
【００９８】
その後、ボートエレベータ３１５によりシールキャップ３１９を下降させて、マニホールド３０９の下端を開口させるとともに、所定膜厚のＡｌ膜が形成された後のウエハ２００を、ボート３１７に保持させた状態でマニホールド３０９の下端からプロセスチューブ３０３の外部に搬出（ボートアンロード）する。その後、処理済のウエハ２００をボート３１７より取り出す（ウエハディスチャージ）。
【００９９】
以上のように第２処理ユニット３２としてバッチ式の縦型ＣＶＤ装置を用いても、上述の実施形態に係る基板処理工程と同様の工程を実施することが可能であり、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【０１００】
以下に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。図８は、本発明の実施例および比較例における評価サンプルの電子顕微鏡画像（ＳＥＭ画像）を示す図である。
【０１０１】
（実施例１）
図８の（ａ）に、本実施例における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本実施例では、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜、厚さ１０ｎｍのＴｉＮ膜が表面に順に積層されたウエハに対して、上述の実施形態で説明した基板処理システムを用い、ＨＦ水溶液を用いた第１の前処理工程、水素含有ガスとしてのＨ２ガスを用いた第２の前処理工程、および原料としてのＴＭＡを用いたＡｌ膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。そして、評価サンプルのＡｌ膜の表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
なお、第１の前処理工程、第２の前処理工程、およびＡｌ膜形成工程は、上述の実施形態における第１の前処理工程、第２の前処理工程、およびＡｌ膜形成工程の処理フローと同様に行った。また、第２の前処理工程における水素含有ガス供給時間を３分とし、Ａｌ膜形成工程における原料供給工程の実施時間を１秒とし、Ａｌ膜形成工程におけるパージ工程の実施時間を５秒とした。それ以外の処理条件は、上述の実施形態における各工程の処理条件の範囲内の値に設定した。
【０１０２】
図８の（ａ）に示すように、本実施例では、厚さ５０ｎｍ〜７０ｎｍの連続的なＡｌ膜をＴｉＮ膜の表面に成膜させることができた。これは、本実施例では第１の前処理工程と第２の前処理工程とを実施しているため、図７の（ｃ）に示すように、Ａｌ膜形成工程を実施する直前のＴｉＮ膜の表面がＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物で覆われることなく露出していると共にＨにより終端され、Ａｌが吸着し易い状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、第１の前処理工程と第２の前処理工程とを実施することで、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着し易い状態を作り出すことができることが分かる。
【０１０３】
（比較例１）
図８の（ｂ）に、比較例１における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本比較例では、上述のウエハに対して、第１の前処理工程を行った後、第２の前処理工程を行わずにＡｌ膜形成工程を実施して、評価サンプルを作成した。第１の前処理工程、Ａｌ膜形成工程の処理フローおよび処理条件は実施例１と同様とした。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
【０１０４】
図８の（ｂ）に示すように、本比較例では、ＡｌはＴｉＮ膜上にアイランド状に形成され、連続的な膜とならなかった。なお、Ａｌの厚さは０〜２０ｎｍであった。これは、本比較例では第２の前処理工程を行っていないため、図７の（ｄ）に示すように、Ａｌ膜形成工程を実施する直前のＴｉＮ膜の表面がＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物で覆われることなく露出しているものの、ＯＨ基で終端されたままの状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、ＤＨＦを供給する第１の前処理工程を実施するだけでは、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着しにくい状態が維持されてしまうことが分かる。
【０１０５】
（比較例２）
図８の（ｃ）に、比較例２における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本比較例では、上述のウエハに対して、第１の前処理工程を行わずに、第２の前処理工程およびＡｌ膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。第２の前処理工程、Ａｌ膜形成工程の処理フローおよび処理条件は実施例１と同様とした。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
【０１０６】
図８の（ｃ）に示すように、本比較例では、ＡｌはＴｉＮ膜上にアイランド状に形成され、連続的な膜とならなかった。なお、Ａｌの厚さは０〜２０ｎｍであった。これは、本比較例では第１の前処理工程を行っていないため、図７の（ｅ）に示すように、Ａｌ膜形成工程を実施する直前のＴｉＮ膜の表面にはＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物が形成されたままの状態となっていることが原因と考えられる。すなわち、Ｈ２ガスを供給する第２の前処理工程を実施するだけでは、ＴｉＯ２やＴｉＯＮ等の酸化物を除去することができず、ＴｉＮ膜の表面にＡｌが吸着しにくい状態が維持されてしまうことが分かる。
【０１０７】
（比較例３）
図８の（ｄ）に、比較例３における評価サンプルの表面画像（ＳＥＭ画像）を示す。本比較例では、表面にＴｉＮ膜が形成されておらずＳｉが露出しているウエハに対して、第１の前処理工程、第２の前処理工程、Ａｌ膜形成工程を順に実施して、評価サンプルを作成した。そして、評価サンプルの表面を電子顕微鏡により観察した（ＳＥＭ観察）。
【０１０８】
図８の（ｄ）に示すように、本比較例では、第１の前処理工程及び第２の前処理工程を行ってもＡｌ膜を成長させることができなかった。これは、本比較例では、ウエハ搬送時等にウエハ表面のＳｉが酸化されてしまい、Ａｌ膜形成工程直前においてウエハ表面にＳｉＯ２膜が形成された状態となってしまったことが原因と考えられる。すなわち、第１の前処理工程及び第２の前処理工程を行っても、Ａｌ膜形成工程直前の下地が絶縁物となってしまうと、Ａｌを成長させることができないことが分かる。
【０１０９】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１１０】
本発明の一態様によれば、
基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する第１の前処理を行う工程と、
前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、
前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属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。
【０１１１】
好ましくは、前記第２の前処理を行う工程と前記第２の金属膜を形成する工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われる。
【０１１２】
また好ましくは、前記第１の金属膜がＴｉＮ膜またはＴａＮ膜である。
【０１１３】
また好ましくは、前記第２の金属膜がＡｌ膜である。
【０１１４】
また好ましくは、前記第１の前処理が、基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面の酸化物を除去し、その表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する処理である。
【０１１５】
また好ましくは、前記第１の前処理が、ＨＦ水溶液による前記第１の金属膜の表面の洗浄処理である。
【０１１６】
また好ましくは、前記第２の前処理が、水酸基終端した前記第１の金属膜の表面を水素終端する処理である。
【０１１７】
また好ましくは、前記水素含有ガスがＨ２ガスまたはＮＨ３ガスである。
【０１１８】
本発明の他の態様によれば、
基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面を水酸基終端する工程と、
水酸基終端した前記第１の金属膜の表面を水素終端する工程と、
水素終端した前記第１の金属膜上に第２の金属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。
【０１１９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する第１の処理容器と、
前記第１の処理容器内にＨＦ水溶液を供給するＨＦ水溶液供給系と、
前記第１の処理容器内に収容した基板に対してＨＦ水溶液を供給して基板上に形成された第１の金属膜（ＴｉＮ膜）の表面を水酸基（ＯＨ基）で終端する第１の前処理を行うように前記ＨＦ水溶液供給系を制御する第１の制御部と、
基板を処理する第２の処理容器と、
前記第２の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して第２の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第２の制御部と、
を有する基板処理システムが提供される。
【符号の説明】
【０１２０】
１０１ 第１の処理容器
１８０ 第１コントローラ（第１の制御部）
２００ ウエハ（基板）
２８０ 第２コントローラ（第２の制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行う工程と、
前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、
前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の前処理を行う工程と前記第２の金属膜を形成する工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属膜がＴｉＮ膜またはＴａＮ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２の金属膜がＡｌ膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板を処理する第１の処理容器と、
前記第１の処理容器内にＨＦ水溶液を供給するＨＦ水溶液供給系と、
前記第１の処理容器内に収容した基板に対してＨＦ水溶液を供給して基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行うように前記ＨＦ水溶液供給系を制御する第１の制御部と、
基板を処理する第２の処理容器と、
前記第２の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して第２の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第２の制御部と、
を有することを特徴とする基板処理システム。
【請求項１】
基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行う工程と、
前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して水素含有ガスを供給して第２の前処理を行う工程と、
前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の前処理を行う工程と前記第２の金属膜を形成する工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属膜がＴｉＮ膜またはＴａＮ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２の金属膜がＡｌ膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板を処理する第１の処理容器と、
前記第１の処理容器内にＨＦ水溶液を供給するＨＦ水溶液供給系と、
前記第１の処理容器内に収容した基板に対してＨＦ水溶液を供給して基板上に形成された第１の金属膜の表面を水酸基で終端する第１の前処理を行うように前記ＨＦ水溶液供給系を制御する第１の制御部と、
基板を処理する第２の処理容器と、
前記第２の処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記第２の処理容器内に収容した基板に対して水素含有ガスを供給して前記第１の前処理後の前記第１の金属膜に対して第２の前処理を行い、その後、基板に対して原料ガスを供給して前記第２の前処理後の前記第１の金属膜上に第２の金属膜を形成するように、前記水素含有ガス供給系および前記原料ガス供給系を制御する第２の制御部と、
を有することを特徴とする基板処理システム。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図８】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１９０４９９（Ｐ２０１１−１９０４９９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７７４１（Ｐ２０１０−５７７４１）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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