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技術 タングステン膜の成膜方法

出願人 東京エレクトロン株式会社
発明者 青山真太郎鈴木幹夫河野有美子佐藤耕一
出願日 2017年7月11日 (2年6ヶ月経過) 出願番号 2018-529492
公開日 2019年5月30日 (7ヶ月経過) 公開番号 WO2018-021014
状態 未査定
技術分野 CVD 半導体の電極
主要キーワード 合流配管 タングステン結晶 タングステン原料 ヒーター電源 解析画像 成膜期間 最小粒径 圧力制御バルブ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

基板の表面にタングステン膜成膜するタングステン膜の成膜方法は、減圧雰囲気下処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、処理容器内の基板を加熱することと、処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する。

概要

背景

LSIを製造する際には、MOSFETゲート電極ソースドレインとのコンタクトメモリワード線等にタングステンが広く用いられている。多層配線工程では、銅配線が主に用いられているが、銅は耐熱性に乏しく、また拡散しやすいため、耐熱性が要求される部分や銅の拡散による電気特性劣化が懸念される部分等にタングステンが用いられる。

タングステンの成膜処理として、以前には物理的蒸着PVD)法が用いられていたが、高い被覆率ステップカバレッジ)が要求される部分では、PVD法により対応することが困難であるため、ステップカバレッジが良好な化学的蒸着CVD)法で成膜することが行われている。

このようなCVD法によるタングステン膜(CVD−タングステン膜)の成膜方法としては、原料ガスとして例えば六フッ化タングステン(WF6)および還元ガスであるH2ガスを用い、被処理基板である半導体ウエハ上でWF6+3H2→W+6HFの反応を生じさせる方法が一般的に用いられている(例えば、特許文献1,2)。

上記特許文献1,2においては、上記反応によるタングステン膜の主成膜に先立って、タングステンが均一に成膜しやすいように、核生成(Nucleation)工程が行われているが、その際に還元ガスとしてH2よりも還元力の大きいSiH4ガスやB2H6ガスを用い、より緻密な膜を形成するために原料ガスと還元ガスとをパージを挟んでシーケンシャルに供給する例えば原子層堆積(Atomic Layer Deposition;ALD)法が用いられている。

また、半導体デバイス微細化が益々進み、さらなる高いステップカバレッジを得る観点から、タングステン膜の主成膜(主タングステン膜)においてもALD法が用いられつつある。

概要

基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法は、減圧雰囲気下処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、処理容器内の基板を加熱することと、処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する。

目的

本発明の目的は、低抵抗のタングステン膜を得ることができるタングステン膜の成膜方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板の表面にタングステン膜成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法。

請求項2

前記基板は、表面にTiN膜が形成されている、請求項1に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項3

基板を加熱する温度が300〜500℃である、請求項1に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項4

基板を加熱する温度が350〜450℃である、請求項3に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項5

前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項1に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項6

基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面にアモルファス層である初期タングステン膜を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法。

請求項7

前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとして、B2H6ガスを用いる、請求項6に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項8

前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとして、B2H6ガスおよびSiH4ガス、またはB2H6ガスおよびSiH4ガスおよびH2ガスを用いる、請求項6に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項9

前記アモルファス層である初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記アモルファス層である初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項6に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項10

前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる、請求項9に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項11

前記基板は、表面にTiN膜が形成されている、請求項6に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項12

基板を加熱する温度が300〜500℃である、請求項6に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項13

基板を加熱する温度が350〜450℃である、請求項12に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項14

前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項6に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項15

基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を形成することと、前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法。

請求項16

前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてSiH4ガスを用いる、請求項15に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項17

前記アモルファス層を形成するための物質を含むガスはB2H6ガスおよびH2ガス、あるいはB2H6ガスおよびH2ガスおよびWF6ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスボロン膜あるいはアモルファスタングステン膜である、請求項15に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項18

前記初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項15に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項19

前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる、請求項18に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項20

前記基板は、表面にTiN膜が形成されている、請求項15に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項21

基板を加熱する温度が300〜500℃である、請求項15に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項22

基板を加熱する温度が350〜450℃である、請求項21に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項23

前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項15に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項24

基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記基板の表面にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法。

請求項25

前記アモルファス層を形成するためのガスはSiH4ガス、またはB2H6ガス、またはその混合ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスシリコン膜あるいはアモルファスボロン膜である、請求項24に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項26

前記基板は、表面にTiN膜が形成されている、請求項24に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項27

基板を加熱する温度が300〜500℃である、請求項24に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項28

基板を加熱する温度が350〜450℃である、請求項27に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項29

前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項24に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項30

基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、基板を準備することと、基板表面にアモルファス層を形成することと、前記基板を減圧雰囲気下の処理容器内で加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法。

請求項31

前記基板のアモルファス層形成と前記主タングステン膜形成とはin−situで行う、請求項30に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項32

前記主タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面の前記アモルファス層に前記主タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項30に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項33

前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる、請求項32に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項34

基板のアモルファス層形成と前記イニシエーション処理と前記主タングステン膜形成はin−situで行う、請求項32に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項35

前記基板表面の前記アモルファス層は、TiSiN膜である、請求項30に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項36

基板を加熱する温度が300〜500℃である、請求項30に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項37

基板を加熱する温度が350〜450℃である、請求項36に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項38

前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項30に記載のタングステン膜の成膜方法。

請求項39

コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項1から請求項38のいずれかのタングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる、記憶媒体。

技術分野

0001

本発明は、タングステン膜成膜方法に関する。

背景技術

0002

LSIを製造する際には、MOSFETゲート電極ソースドレインとのコンタクトメモリワード線等にタングステンが広く用いられている。多層配線工程では、銅配線が主に用いられているが、銅は耐熱性に乏しく、また拡散しやすいため、耐熱性が要求される部分や銅の拡散による電気特性劣化が懸念される部分等にタングステンが用いられる。

0003

タングステンの成膜処理として、以前には物理的蒸着PVD)法が用いられていたが、高い被覆率ステップカバレッジ)が要求される部分では、PVD法により対応することが困難であるため、ステップカバレッジが良好な化学的蒸着CVD)法で成膜することが行われている。

0004

このようなCVD法によるタングステン膜(CVD−タングステン膜)の成膜方法としては、原料ガスとして例えば六フッ化タングステン(WF6)および還元ガスであるH2ガスを用い、被処理基板である半導体ウエハ上でWF6+3H2→W+6HFの反応を生じさせる方法が一般的に用いられている(例えば、特許文献1,2)。

0005

上記特許文献1,2においては、上記反応によるタングステン膜の主成膜に先立って、タングステンが均一に成膜しやすいように、核生成(Nucleation)工程が行われているが、その際に還元ガスとしてH2よりも還元力の大きいSiH4ガスやB2H6ガスを用い、より緻密な膜を形成するために原料ガスと還元ガスとをパージを挟んでシーケンシャルに供給する例えば原子層堆積(Atomic Layer Deposition;ALD)法が用いられている。

0006

また、半導体デバイス微細化が益々進み、さらなる高いステップカバレッジを得る観点から、タングステン膜の主成膜(主タングステン膜)においてもALD法が用いられつつある。

先行技術

0007

特開2003−193233号公報
特開2004−273764号公報

0008

しかしながら、主タングステン膜を六フッ化タングステン(WF6)および還元ガスであるH2ガスを用いたCVD法やALD法により成膜した場合、得られたタングステン膜は、必ずしも十分な低抵抗化が得られているとはいえず、さらなる低抵抗化が求められている。

0009

したがって、本発明の目的は、低抵抗のタングステン膜を得ることができるタングステン膜の成膜方法を提供することにある。

0010

本発明の第1の観点によれば、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。

0011

本発明の第2の観点によれば、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面にアモルファス層である初期タングステン膜を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。

0012

上記第2の観点において、前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてB2H6ガスを用いることができる。また、還元ガスとして、B2H6ガスおよびSiH4ガス、またはB2H6ガスおよびSiH4ガスおよびH2ガスを用いることもできる。

0013

上記第2の観点において、前記アモルファス層である初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記アモルファス層である初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有してもよい。前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる。

0014

本発明の第3の観点によれば、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を形成することと、前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。

0015

上記第3の観点において、前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてSiH4ガスを用いることができる。また、前記アモルファス層を形成するための物質を含むガスはB2H6ガスおよびH2ガス、あるいはB2H6ガスおよびH2ガスおよびWF6ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスボロン膜あるいはアモルファスタングステン膜であってよい。

0016

上記第3の観点において、前記初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有してもよい。前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行うことができる。

0017

本発明の第4の観点は、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記基板の表面にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。

0018

上記第4の観点において、前記アモルファス層を形成するためのガスはSiH4ガス、またはB2H6ガス、またはその混合ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスシリコン膜あるいはアモルファスボロン膜であってよい。

0019

上記第1の観点から第4の観点において、前記基板として、表面にTiN膜が形成されているものを用いることができる。

0020

本発明の第5の観点は、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、基板を準備することと、基板表面にアモルファス層を形成することと、前記基板を減圧雰囲気下の処理容器内で加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。

0021

前記第5の観点において、前記主タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記主タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有してもよい。基板のアモルファス層形成と前記主タングステン膜形成、または基板のアモルファス層形成と前記イニシエーション処理と前記主タングステン膜形成はin−situで行う。前記基板表面の前記アモルファス層は、TiSiN膜であってよい。イニシエーション処理は、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることであってよい。

0022

上記第1の観点から第5の観点において、基板を加熱する温度が300〜500℃とすることができ、特に、350〜450℃と高温にすることが好ましい。

0023

上記第1の観点から第5の観点において、前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行うことができる。

0024

本発明の第6の観点は、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第1の観点から第5の観点のいずれかのタングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる、記憶媒体を提供する。

0025

本発明によれば、主タングステン膜をアモルファス層の上に形成することにより、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。

図面の簡単な説明

0026

本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。
本発明に係る成膜方法の第1の実施形態のフローチャートである。
本発明に係る成膜方法の第1の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
サンプルBについて、初期タングステン膜まで成膜した際と、主タングステン膜まで成膜した際のX線回折(XRD)の結果を示す図である。
サンプルAのSEM写真である。
サンプルBのSEM写真である。
サンプルAおよびサンプルBの平面TEM像である。
図6の平面TEM像におけるサンプルAおよびサンプルBの最小粒径最大粒径、および平均粒径を示す図である。
第1の実施形態の第1の例を説明するための図である。
第1の実施形態の第1の例におけるアモルファス層の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。
第1の実施形態の第1の例における主タングステン膜の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。
第1の実施形態の第2の例を説明するための図である。
第1の実施形態の第2の例におけるアモルファス層の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。
本発明に係る成膜方法の第2の実施形態のフローチャートである。
本発明に係る成膜方法の第2の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
第2の実施形態の具体例を説明するための図である。
本発明に係る成膜方法の第3の実施形態のフローチャートである。
本発明に係る成膜方法の第3の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
第3の実施形態の具体例を説明するための図である。
本発明に係る成膜方法の第4の実施形態のフローチャートである。
本発明に係る成膜方法の第4の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
第4の実施形態の具体例を説明するための図である。

実施例

0027

本発明者らは、上記目的を解決すべく検討を重ねた結果、主タングステン膜をアモルファスの膜上に成膜することにより、主タングステン膜の結晶粒を大きくすることができ、タングステン膜の低抵抗化を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

0028

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
<成膜装置の例>
図1は本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。この装置は、ALD法によりタングステン膜を成膜するのに適した装置である。

0029

図1に示すように、成膜装置100は、チャンバー1と、チャンバー1内で被処理基板である半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す。)Wを水平に支持するためのサセプタ2と、チャンバー1内に処理ガスシャワー状に供給するためのシャワーヘッド3と、チャンバー1の内部を排気する排気部4と、シャワーヘッド3に処理ガスを供給する処理ガス供給機構5と、制御部6とを有している。

0030

チャンバー1は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。チャンバー1の側壁にはウエハWを搬入出するための搬入出口11が形成され、搬入出口11はゲートバルブ12で開閉可能となっている。チャンバー1の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト13が設けられている。排気ダクト13には、内周面に沿ってスリット13aが形成されている。また、排気ダクト13の外壁には排気口13bが形成されている。排気ダクト13の上面にはチャンバー1の上部開口を塞ぐように天壁14が設けられている。天壁14と排気ダクト13の間にはシールリング15で気密にシールされている。

0031

サセプタ2は、ウエハWに対応した大きさの円板状をなし、支持部材23に支持されている。このサセプタ2は、窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハWを加熱するためのヒーター21が埋め込まれている。ヒーター21はヒーター電源(図示せず)から給電されて発熱するようになっている。そして、サセプタ2の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対(図示せず)の温度信号によりヒーター21の出力を制御することにより、ウエハWを所定の温度に制御するようになっている。

0032

サセプタ2には、ウエハ載置面の外周領域、およびサセプタ2の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材22が設けられている。

0033

サセプタ2を支持する支持部材23は、サセプタ2の底面中央からチャンバー1の底壁に形成された孔部を貫通してチャンバー1の下方に延び、その下端昇降機構24に接続されており、昇降機構24によりサセプタ2が支持部材23を介して、図1で示す処理位置と、その下方の一点鎖線で示すウエハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材23のチャンバー1の下方位置には、鍔部25が取り付けられており、チャンバー1の底面と鍔部25の間には、チャンバー1内の雰囲気外気区画し、サセプタ2の昇降動作にともなって伸縮するベローズ26が設けられている。

0034

チャンバー1の底面近傍には、昇降板27aから上方に突出するように3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン27が設けられている。ウエハ支持ピン27は、チャンバー1の下方に設けられた昇降機構28により昇降板27aを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるサセプタ2に設けられた貫通孔2aに挿通されてサセプタ2の上面に対して突没可能となっている。このようにウエハ支持ピン27を昇降させることにより、ウエハ搬送機構(図示せず)とサセプタ2との間でウエハWの受け渡しが行われる。

0035

シャワーヘッド3は、金属製であり、サセプタ2に対向するように設けられており、サセプタ2とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド3は、チャンバー1の天壁14に固定された本体部31と、本体部31の下に接続されたシャワープレート32とを有している。本体31とシャワープレート32との間にはガス拡散空間33が形成されており、このガス拡散空間33には、本体部31およびチャンバー1の天壁14の中央を貫通するように設けられたガス導入孔36が接続されている。シャワープレート32の周縁部には下方に突出する環状突起部34が形成され、シャワープレート32の環状突起部34の内側の平坦面にはガス吐出孔35が形成されている。

0036

サセプタ2が処理位置に存在した状態では、シャワープレート32とサセプタ2との間に処理空間37が形成され、環状突起部34とサセプタ2のカバー部材22の上面が近接して環状隙間38が形成される。

0037

排気部4は、排気ダクト13の排気口13bに接続された排気配管41と、排気配管41に接続された、真空ポンプ圧力制御バルブ等を有する排気機構42とを備えている。処理に際しては、チャンバー1内のガスはスリット13aを介して排気ダクト13に至り、排気ダクト13から排気部4の排気機構42により排気配管41を通って排気される。

0038

処理ガス供給機構5は、タングステン原料ガスであるWF6ガスを供給するWF6ガス供給源51と、還元ガスとしてのH2ガスを供給するH2ガス供給源52と、SiH4ガスを供給するSiH4ガス供給源53と、B2H6ガスを供給するB2H6ガス供給源54と、パージガスであるN2ガスを供給する第1N2ガス供給源55および第2N2ガス供給源56とを有し、さらに、WF6ガス供給源51から延びるWF6ガス供給ライン61と、H2ガス供給源52から延びるH2ガス供給ライン62と、SiH4ガス供給源53から延びるSiH4ガス供給ライン63と、B2H6ガス供給源54から延びるB2H6ガス供給ライン64と、第1N2ガス供給源55から延び、WF6ガス供給ライン61側にN2ガスを供給する第1N2ガス供給ライン65と、第2N2ガス供給源56から延び、H2ガス供給ライン62側にN2ガスを供給する第2N2ガス供給ライン66とを有している。

0039

第1N2ガス供給ライン65は、ALD法による成膜中に常時N2ガスを供給する第1連続N2ガス供給ライン67と、パージ工程のときのみN2ガスを供給する第1フラッシュパージライン68とに分岐している。また、第2N2ガス供給ライン66は、ALD法による成膜中に常時N2ガスを供給する第2連続N2ガス供給ライン69と、パージ工程のときのみN2ガスを供給する第2フラッシュパージライン70とに分岐している。第1連続N2ガス供給ライン67と、第1フラッシュパージライン68とは、第1接続ライン71に接続され、第1接続ライン71はWF6ガス供給ライン61に接続されている。また、SiH4ガス供給ライン63と、B2H6ガス供給ライン64と、第2連続N2ガス供給ライン69と、第2フラッシュパージライン70とは、第2接続ライン72に接続され、第2接続ライン72はH2ガス供給ライン62に接続されている。WF6ガス供給ライン61とH2ガス供給ライン62とは、合流配管73に合流しており、合流配管73は、上述したガス導入孔36に接続されている。

0040

WF6ガス供給ライン61、H2ガス供給ライン62、SiH4ガス供給ライン63、B2H6ガス供給ライン64、第1連続N2ガス供給ライン67、第1フラッシュパージライン68、第2連続N2ガス供給ライン69、および第2フラッシュパージライン70には、それぞれ、ALDの際にガスを切り替えるための開閉バルブ74,75,76,77,78,79,80,81が設けられている。また、WF6ガス供給ライン61、H2ガス供給ライン62、SiH4ガス供給ライン63、B2H6ガス供給ライン64、第1連続N2ガス供給ライン67、第1フラッシュパージライン68、第2連続N2ガス供給ライン69、および第2フラッシュパージライン70の開閉バルブの上流側には、それぞれ、流量制御器としてのマスフローコントローラ84,85,86,87,88,89,90,91が設けられている。さらに、WF6ガス供給ライン61、H2ガス供給ライン62、SiH4ガス供給ライン63、B2H6ガス供給ライン64には、短時間で必要なガス供給が可能なように、それぞれバッファタンク92,93,94,95が設けられている。

0041

なお、第1連続N2ガス供給ライン67および第2連続N2ガス供給ライン69からは、タングステン膜の成膜期間連続してN2ガスが供給され、第1フラッシュパージライン68および第2フラッシュパージライン70からは、ALDの際のパージ工程の際のみにパージガスとしてのN2ガスが供給される。N2ガスの代わりに、Arガス等の他の不活性ガスを用いることもできる。

0042

WF6ガス供給ライン61におけるマスフローコントローラ84の下流位置には、バイパス配管101の一端が接続され、バイパス配管101の他端は排気配管41に接続されている。バイパス配管101のWF6ガス供給ライン61近傍位置および排気配管41近傍位置には、それぞれ開閉バルブ102および103が設けられている。また、SiH4ガス供給ライン63におけるマスフローコントローラ86の下流位置には、バイパス配管104の一端が接続され、バイパス配管104の他端は排気配管41に接続されている。バイパス配管104のSiH4ガス供給ライン63近傍位置および排気配管41近傍位置には、それぞれ開閉バルブ105および106が設けられている。さらに、H2ガス供給ライン62におけるマスフローコントローラ85の下流位置、およびB2H6ガス供給ライン64におけるマスフローコントローラ87の下流位置には、それぞれバイパス配管107および109の一端が接続され、バイパス配管107および109の他端はバイパス配管104に接続されている。これらバイパス配管101,104,107,109により、チャンバー1をバイパスして、WF6ガス、H2ガス、SiH4ガス、B2H6ガスを、排気配管41に流せるようになっている。

0043

制御部6は、各構成部、具体的にはバルブ電源、ヒーター、ポンプ等を制御するマイクロプロセッサ(コンピュータ)を備えたプロセスコントローラと、ユーザーインターフェースと、記憶部とを有している。プロセスコントローラには成膜装置100の各構成部が電気的に接続されて制御される構成となっている。ユーザーインターフェースは、プロセスコントローラに接続されており、オペレータが成膜装置100の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置の各構成部の稼働状況可視化して表示するディスプレイ等からなっている。記憶部もプロセスコントローラに接続されており、記憶部には、処理条件に応じて成膜装置100に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわち処理レシピや、各種データベース等が格納されている。処理レシピは記憶部の中の記憶媒体(図示せず)に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクCD−ROM、DVD、半導体メモリ等であってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、ユーザーインターフェースからの指示等にて所定の処理レシピを記憶部から呼び出してプロセスコントローラに実行させることで、プロセスコントローラの制御下で、成膜装置100での所望の処理が行われる。

0044

<成膜方法>
次に、以上のように構成された成膜装置100を用いて行われる成膜方法の実施形態について説明する。

0045

[成膜方法の第1の実施形態]
最初に、成膜方法の第1の実施形態について説明する。
図2は第1の実施形態のフローチャート、図3は第1の実施形態の各工程を示す工程断面図である。

0046

まず、最初に、図3の(a)のようにSiO2等からなる層間絶縁膜201の上に、表面のバリア層としてTiN膜202が形成されたウエハを準備し、成膜装置100のチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する(ステップ1)。なお、層間絶縁膜201には実際にはトレンチホールコンタクトホールまたはビアホール)等の凹部が形成されているが、便宜上図3では凹部を省略している。

0047

次いで、チャンバー1内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ2内のヒーター21によりサセプタ2上のウエハWを所定温度に加熱しつつ、ウエハ表面に、例えばSiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを供給して、図3の(b)に示すように、アモルファス層を形成しやすくさせるイニシエーション処理を行う(ステップ2)。イニシエーション処理により還元ガスが吸着物203aとして吸着され、次工程の初期タングステン膜の成膜を容易にする。イニシエーション処理は次の初期タングステン膜を形成しやすくする処理であるが、必須ではない。

0048

次いで、サセプタ2の加熱温度を維持したまま、処理ガス供給機構5から、チャンバー1へ、WF6ガスと、還元ガス(B2H6ガス、SiH4ガス、H2ガス)とを、チャンバー1のパージを挟んでシーケンシャルに供給する手法、例えば、WF6ガスと、還元ガスとを、チャンバー1のパージを挟んで複数回繰り返して供給するALD法により、メインのタングステン膜(主タングステン膜)の下地となる、初期タングステン膜204を成膜する(ステップ3、図3の(c))。WF6の供給と還元ガスの供給はいずれを先にしても構わない。この初期タングステン膜204は、アモルファス層として形成される。初期タングステン膜204の膜厚は、0.5〜5nmであることが好ましい。

0049

なお、本明細書において、アモルファスとは、明確な結晶性を有しない状態をいうが、一部に非常に微細な結晶が存在していてもよい。具体的には、X線回折スペクトル(XRD)において、結晶性を示す回折ピークが存在しない場合、また存在していてもピークがわずかである場合、また、ハローピークが存在する場合はアモルファスであるとする。

0050

次いで、サセプタ2の加熱温度を維持したまま、アモルファス層である初期タングステン膜204の上に主タングステン膜205を成膜する(ステップ4、図3の(d))。主タングステン膜205は、トレンチやホール等の凹部を埋め込むためのものであり、処理ガス供給機構5から、チャンバー1へ、WF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、チャンバー1のパージを挟んでシーケンシャルに供給する手法、例えば、WF6ガスと、還元ガスとを、チャンバー1のパージを挟んで複数回繰り返して供給するALD法により成膜する。WF6の供給とH2ガスの供給はいずれを先にしても構わない。

0051

主タングステン膜205をALD法のようなシーケンシャルな手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。主タングステン膜の膜厚は、凹部のサイズ等により適宜設定され、膜厚に応じてALD等の繰り返し数が設定される。

0052

従来のように初期タングステン膜が結晶層である場合には、初期タングステン膜の結晶は、柱状晶であるTiN膜の影響を受けて柱状晶となる。このような初期タングステン膜の上に主タングステン膜を形成すると、主タングステン膜は初期タングステン膜の結晶性の影響を受けて、やはり柱状晶的な結晶層となる。結晶性物質抵抗値は、結晶粒径が大きくなって粒界が少なくなるほど小さくなることが知られているが、柱状晶は結晶粒界が垂直に存在し、その結晶粒界の存在により膜の抵抗が十分に小さくならない。

0053

これに対して、本実施形態のように、初期タングステン膜204をアモルファス層として成膜し、そのようなアモルファスの初期タングステン膜204の上に主タングステン膜205を成膜することにより、主タングステン膜205の結晶粒径を大きくすることができ、低抵抗化を図ることができる。

0054

すなわち、アモルファスには、多結晶において核発生イトになるようなエネルギーの高い粒界が存在しないため、核発生しにくく、核の数自体が少なくなる。したがって、アモルファス層である初期タングステン膜204の上に主タングステン膜205を成膜する際には、結晶粒一つひとつが大きくなりやすく、従来よりも結晶粒径が大きくなり、低抵抗化を実現することができると考えられる。

0055

そのことを裏付け実験結果について説明する。
ここでは、チャンバー内の圧力を500Pa、ウエハ温度を450℃にして、TiN膜の上に、SiH4ガスとH2ガスをそれぞれ700sccm、500sccmで供給して60secのイニシエーション処理を行った後、WF6ガス300sccmで1sec供給−パージ5sec−SiH4ガス400sccmで1sec供給−パージ5secを繰り返して膜厚2nmの初期タングステン膜を成膜し、その後、WF6ガス100sccmで0.15sec供給−パージ0.2sec−H2ガス4500sccmで0.3sec供給−パージ0.3secを繰り返して膜厚19.8nmの主タングステン膜を成膜したサンプル(サンプルA)と、同じ圧力および温度で、TiN膜の上に、B2H6ガスとH2ガスをそれぞれ100sccm、500sccmで供給して20secのイニシエーション処理を行った後、WF6ガス300sccmで1sec供給−パージ5sec−B2H6ガス100sccmで1sec供給−パージ5secを繰り返して膜厚2nmのALDにより初期タングステン膜を成膜し、その後、サンプルAと同様の条件で膜厚15.9nmの主タングステン膜を成膜したサンプル(サンプルB)を作製した。

0056

これらサンプルA、Bの比抵抗を測定した結果、サンプルAは43.5μΩ・cmであったのに対し、サンプルBは26.3μΩ・cmであった。すなわち、主タングステン膜は同様に成膜され、しかもサンプルAよりも薄いのにもかかわらず、サンプルBはサンプルAよりも低い比抵抗を示した。このことより、主タングステン膜の下地により低抵抗化が可能であることがわかる。

0057

次に、抵抗が低かったサンプルBについて、初期タングステン膜まで成膜した際と、主タングステン膜まで成膜した際のX線回折(XRD)を行った。その結果を図4に示す。図4に示すように、主タングステン膜まで成膜した際には、タングステン結晶のピークが見られたが、初期タングステン膜まで成膜した際には、回折ピークが見られず、初期タングステン膜がアモルファスであることがわかった。なお、サンプルAは初期タングステン膜も結晶であった。

0058

次に、サンプルAとサンプルBの結晶の状態をSEMにより確認した。図5AはサンプルAのSEM写真であり、図5BはサンプルBのSEM写真である。これらの写真に示すように、サンプルAよりもサンプルBのほうが主タングステン膜の結晶粒が大きく、サンプルBでは破線で示すように、最大粒径が約200μm程度の粗大粒となった。

0059

サンプルAとサンプルBの結晶の状態を、さらに詳細にTEMにより確認した。図6はサンプルAとサンプルBの平面TEM像およびグレインサイズ解析画像を示し、図7はこのときのサンプルAおよびサンプルBの最小粒径、最大粒径、および平均粒径を示す。平面TEM像の視野においてもサンプルBの最大粒径は126μmであり、サンプルAの最大粒径の29μmと比べて著しく粗大であることが確認された。また、平均粒径についてもサンプルAは11μmであるのに対し、サンプルBは50μmであった。

0060

このことより、主タングステン膜の下地がアモルファス層であることにより、主タングステン膜の結晶粒が大きくなり、その結果、低抵抗のタングステン膜が得られることが確認された。

0061

なお、下地の初期タングステン膜204をアモルファス層にすることに加えて、主タングステン膜205の成膜の際の温度を高くすることによっても結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜の低抵抗化に有利である。

0062

次に、本実施形態の具体例について説明する。
(第1の例)
本例では、図8に示すように、B2H6ガスおよびH2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてB2H6ガスを用いて、ALD法によりアモルファスの初期タングステン膜を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。

0063

イニシエーション処理の際には、初期タングステン膜がTiN膜上に成長しやすくなるように、還元ガスであるB2H6ガスを用いる。

0064

また、初期タングステン膜をALD法により成膜する際に、図9に示すようにタングステン原料ガスであるWF6ガスの供給と、還元ガスであるB2H6ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。なお、図9におけるパージ工程を表す凸部は、単にパージ工程を行うことを示しているに過ぎず、ガスのオンオフを示すものではない。実際、成膜の間、連続N2ガスが常時供給されており、パージ工程の際にフラッシュパージN2ガスが付加される。初期タングステン膜を成膜の際には、成膜ガスとして用いるWF6ガス、および還元ガスとして用いるB2H6ガスの供給量、供給時間、ならびに成膜温度や圧力等の条件を調整して、初期タングステン膜をアモルファス化する。アモルファス層になるように条件設定する。還元ガスとしてB2H6ガスを用いることにより、アモルファスのタングステン膜が形成されやすい。

0065

主タングステン膜をALD法により成膜する場合には、図10に示すようにタングステン原料ガスであるWF6ガスの供給と、還元ガスであるH2ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。成膜の間、連続N2ガスが常時供給されており、パージ工程の際にフラッシュパージN2ガスが付加される。

0066

以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。
1.イニシエーション処理
・温度(サセプタ温度):300〜500℃
・処理容器内の圧力:300〜900Pa
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:200〜1000sccm(mL/min)
・時間:10〜120sec

0067

2.初期タングステン膜成膜
・温度(サセプタ温度):300〜500℃
・WF6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
連続供給N2ガス流量:500〜10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000〜10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・B2H6ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・パージ(1回あたり):0.1〜10sec
繰り返し回数:1〜50回

0068

3.主タングステン膜成膜
・温度(サセプタ温度):300〜500℃
(より好ましくは350〜450℃)
・WF6ガス流量:50〜1000sccm(mL/min)
・H2ガス流量:2000〜5000sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:500〜10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000〜10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.05〜5sec
・H2ガス供給時間(1回あたり):0.05〜5sec
・パージ(1回あたり):0.1〜5sec
・繰り返し回数:要求される膜厚に応じて適宜設定

0069

(第2の例)
本例では、図11に示すように、B2H6ガス+SiH4ガス、またはB2H6ガス+SiH4ガス+H2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてB2H6ガス+SiH4ガス、またはB2H6ガス+SiH4ガス+H2ガスを用いて、ALD法によりアモルファスの初期タングステン膜を成膜し、その上に第1の例と同様の手法で、ALD法により主タングステン膜を成膜する。

0070

本例では、初期タングステン膜をALD法により成膜する際に、図12に示すように、成膜ガスであるWF6ガスの供給と、還元ガスであるB2H6ガスおよびSiH4ガス、またはB2H6およびSiH4ガスおよびH2ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。そして、供給量、供給時間、ならびに成膜温度や圧力等の条件を調整して、初期タングステン膜をアモルファス化する。初期タングステン膜を成膜する際に、還元ガスとしてB2H6ガスおよびSiH4ガス、またはB2H6およびSiH4ガスおよびH2ガスを用いることにより、アモルファス化しやすくなる。

0071

以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。なお、主タングステン膜の条件は第1の例と同じなので省略する。
1.イニシエーション処理
・温度(サセプタ温度):300〜500℃
・処理容器内の圧力:300〜900Pa
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・SiH4ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:200〜1000sccm(mL/min)
・時間:10〜120sec

0072

2.初期タングステン膜成膜
・温度(サセプタ温度):300〜500℃
・WF6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・SiH4ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:50〜1000sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:1000〜10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000〜10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・B2H6ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・SiH4ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・H2ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・パージ(1回あたり):0.1〜10sec
・繰り返し回数:1〜50回

0073

[成膜方法の第2の実施形態]
次に、成膜方法の第2の実施形態について説明する。
図13は第2の実施形態のフローチャート、図14は第2の実施形態の各工程を示す工程断面図である。

0074

まず、最初に、図14の(a)のように、第1の実施形態と同様、SiO2等からなる層間絶縁膜201の上に、表面のバリア層としてTiN膜202が形成されたウエハを準備し、成膜装置100のチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する(ステップ11)。なお、層間絶縁膜201には実際にはトレンチやホール(コンタクトホールまたはビアホール)等の凹部が形成されているが、便宜上図14では凹部を省略している。

0075

次いで、チャンバー1内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ2内のヒーター21によりサセプタ2上のウエハWを所定温度に加熱しつつ、ウエハ表面に、例えばSiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを供給して、図14の(b)に示すように、核203を吸着させるイニシエーション処理を行う(ステップ12)。イニシエーション処理は次の初期タングステン膜を形成しやすくする処理であるが、必須ではない。

0076

次いで、処理ガス供給機構5から、チャンバー1へ、WF6ガスと、還元ガス(SiH4ガス等)とを、チャンバー1のパージを挟んでシーケンシャルに供給する手法、例えば、WF6ガスと、還元ガスとを、チャンバー1のパージを挟んで複数回繰り返して供給するALD法により、初期タングステン膜204aを成膜する(ステップ13、図14の(c))。本実施形態では、この初期タングステン膜204aは、結晶層として形成される。初期タングステン膜204aの膜厚は、0.5〜5nmであることが好ましい。

0077

次いで、初期タングステン膜204aの表面に、核形成のための物質を含むガス、例えばB2H6ガスを含むガスを吸着させアモルファス層206を形成する(ステップ14、図14の(d)。アモルファス層206は、その下の初期タングステン膜204aの表面が覆われれば十分であり、その膜厚は0.5〜5nmが好ましい。

0078

次いで、アモルファス層206の上に主タングステン膜205を成膜する(ステップ15、図14の(e))。主タングステン膜205は、第1の実施形態と同様に、シーケンシャルにガスを供給する手法、例えばALD法により成膜する。

0079

このように、主タングステン膜205の成膜に先立ってアモルファス層206を成膜することにより、主タングステン膜205の成膜が容易となるとともに、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。

0080

また、タングステン膜205をALD法等のシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。

0081

次に、本実施形態の具体例について説明する。
本例では、図15に示すように、SiH4ガスおよびH2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてSiH4ガスを用いて、ALD法により初期タングステン膜を成膜し、その上にB2H6ガスおよびH2ガスによりアモルファス層を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。

0082

イニシエーション処理の際には、初期タングステン膜がTiN膜上に成長しやすくなるように、初期タングステン膜の成膜の際に還元ガスとして用いるSiH4ガスを核生成のガスとして用いる。

0083

また、初期タングステン膜をALD法により成膜する際には、タングステン原料ガスであるWF6ガスの供給と、還元ガスであるSiH4ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。これにより、結晶層の初期タングステン膜が形成される。

0084

アモルファス層の成膜は、初期タングステン膜の表面にイニシエーション処理と同様の核生成処理を長時間行うことにより、核となる物質の膜を形成するものであり、B2H6ガスとH2ガスを用いることにより、核となる物質であるBがアモルファスボロン膜として形成される。

0085

ここで、B2H6ガスを用いてアモルファスボロン膜を形成するには例えば以下の方法がある。
成膜温度400,450,500℃、成膜圧力500Pa
5% H2希釈B2H6ガス流量100sccm
連続供給N2ガス流量 6000sccm
保持時間 20,60sec
で、基板を処理したところ、XRFのB強度は
400℃ 20,60secで 0.8057,0.8151kcps
450℃ 20,60secで 0.8074,2.0388kcps
500℃ 20,60secで 0.9271,3.905kcps
であり、これらの強度をボロンSEM膜厚に換算すると
400℃は、20,60secともにほぼ0nm
450℃ 20secはほぼ0nm、60secは6.9nm
500℃ 20secは0.4nm、60secは17.8nm
となった。
450℃ 60secの膜の結晶性をXRDで評価するとブロードなピークが得られ、アモルファスであることがわかった。
5% H2希釈B2H6ガスをこのような条件で基板に供給することで、その温度、供給時間を制御して所望の厚さのアモルファスボロン膜を得ることができる。

0086

以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。なお、イニシエーション処理の条件は第1の実施形態の第2の例と同じであり、また主タングステン膜成膜の条件は第1の実施形態の第1の例と同じなので省略する。

0087

1.初期タングステン膜成膜
・温度(サセプタ温度):350〜500℃
・WF6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・SiH4ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:1000〜10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000〜10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・SiH4ガス供給時間(1回あたり):0.1〜10sec
・パージ(1回あたり):0.1〜10sec
・繰り返し回数:1〜50回

0088

2.アモルファス層成膜
・温度(サセプタ温度):350〜500℃
・処理容器内の圧力:300〜900Pa
・B2H6ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:200〜1000sccm(mL/min)
・時間:10〜120sec

0089

[成膜方法の第3の実施形態]
次に、成膜方法の第3の実施形態について説明する。
図16は第3の実施形態のフローチャート、図17は第3の実施形態の各工程を示す工程断面図である。

0090

まず、最初に、図17の(a)のように、第1の実施形態と同様、SiO2等からなる層間絶縁膜201の上に、表面のバリア層としてTiN膜202が形成されたウエハを準備し、チャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する(ステップ21)。なお、層間絶縁膜201には実際にはトレンチやホール(コンタクトホールまたはビアホール)等の凹部が形成されているが、便宜上図17では凹部を省略している。

0091

次いで、チャンバー1内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ2内のヒーター21によりサセプタ2上のウエハWを所定温度に加熱しつつ、TiN膜202の表面に、例えばSiH4ガスを含むガスを供給して吸着させ、アモルファス層207を形成する(ステップ22、図17の(b))。アモルファス層207は、その下のTiN膜202の表面が覆われれば十分であり、その膜厚は0.5〜5nmが好ましい。

0092

次いで、サセプタ2の加熱温度を維持したまま、アモルファス層207の上に主タングステン膜205を成膜する(ステップ23、図17の(c))。主タングステン膜205は、第1の実施形態と同様に、シーケンシャルにガスを供給する手法、例えばALD法により成膜する。

0093

このように、主タングステン膜205の成膜に先立ってアモルファス層207を成膜することにより、主タングステン膜205の成膜が容易となるとともに、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。

0094

また、タングステン膜205をALD法等のシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。

0095

さらに、初期タングステン膜が不要になるため、工程をシンプルにすることができる。

0096

次に、本実施形態の具体例について説明する。
本例では、図18に示すように、SiH4ガスおよびH2ガスによりアモルファス層を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。

0097

アモルファス層の成膜は、TiN膜の表面にイニシエーション処理と同様の核生成処理を長時間行うことにより、核となる物質の膜を形成するものであり、ここではSiH4ガスとH2ガスを用いることにより、核となる物質であるSiがアモルファスシリコン膜として形成される。

0098

以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。なお、主タングステン膜成膜の条件は第1の実施形態の第1の例と同じなので省略する。

0099

1.アモルファス層成膜
・温度(サセプタ温度):300〜500℃
・処理容器内の圧力:300〜900Pa
・SiH4ガス流量:50〜500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:0〜1000sccm(mL/min)
・時間:10〜120sec

0100

[成膜方法の第4の実施形態]
次に、成膜方法の第4の実施形態について説明する。
図19は第4の実施形態のフローチャート、図20は第4の実施形態の各工程を示す工程断面図である。

0101

まず、最初に、図20の(a)のようにSiO2等からなる層間絶縁膜201が形成されたウエハに対して、別個の装置により、層間絶縁膜201の上に表面のバリア層として、アモルファス層であるTiSiN膜208を形成する(ステップ31)。なお、層間絶縁膜201には実際にはトレンチやホール(コンタクトホールまたはビアホール)等の凹部が形成されているが、便宜上図20では凹部を省略している。

0102

次いで、TiSiN膜208が形成されたウエハをチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置し、次いで、チャンバー1内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ2内のヒーター21によりサセプタ2上のウエハWを所定温度に加熱しつつ、ウエハの表面に、例えば、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより、図20の(b)に示すように、核203を吸着させるイニシエーション処理を行う(ステップ32)。イニシエーション処理は次の主タングステン膜を形成しやすくする処理であるが、下地のアモルファス層であるTiSiN膜208の表面活性を維持する観点から、イニシエーション処理と主タングステン膜205の成膜は下地TiSiN膜208の形成とin−situで行う必要がある。ただし、イニシエーション処理は必須ではない。

0103

次いで、アモルファス層であるTiSiN膜208の上に主タングステン膜205を成膜する(ステップ33、図20の(c))。主タングステン膜205は、第1の実施形態と同様に、シーケンシャルにガスを供給する手法、例えばALD法により成膜する。

0104

このように下地膜のバリア層をアモルファス層であるTiSiN膜208とすることにより、その上に主タングステン膜205を成膜する際に、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。

0105

また、タングステン膜205をALD法等のシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。

0106

さらに、アモルファス層である下地膜の上に、要すればイニシエーション処理を介して、主タングステン膜205を成膜するので、初期タングステン膜が不要であり、工程をシンプルにすることができる。

0107

なお、主タングステン膜205の下地となるアモルファス層としては、TiSiN膜以外種々のものを用いることができ、例えば有機モリブデン膜を原料としてCVDまたはALDにより成膜されたアモルファスモリブデン膜を挙げることができる。

0108

次に、本実施形態の具体例について説明する。
本例では、図21に示すように、アモルファス層であるTiSiN膜208を形成した後、その上に、in−situでSiH4ガスおよびH2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、in−situで、上述したようにして成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。なお、イニシエーション処理の条件は、第1の実施形態の第2の例と同じであり、また主タングステン膜成膜の条件は第1の実施形態の第1の例と同じである。

0109

<他の適用>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。

0110

例えば、上記実施形態では、主タングステン膜をALD法のようなシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜する例を示したが、本発明は、主タングステン膜をCVD法により成膜する場合にも適用可能であることはいうまでもない。

0111

また、上記実施形態では、主タングステン膜の下地となる膜をアモルファス層としたいくつかの例を示したが、アモルファス層の材料等はこれらの例に限定されるものではない。

0112

さらに、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハはシリコンであっても、GaAs、SiC、GaNなどの化合物半導体でもよく、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のFPD(フラットパネルディスプレイ)に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

0113

1;チャンバー、2;サセプタ、3;シャワーヘッド、4;排気部、5;ガス供給機構、6;制御部、21;ヒーター、51;WF6ガス供給源、52;H2ガス供給源、53;SiH4ガス供給源、54;B2H6ガス供給源、55;第1N2ガス供給源、56;第2N2ガス供給源、61;WF6ガス供給ライン、62;H2ガス供給ライン、63;SiH4ガス供給ライン、64;B2H6ガス供給ライン、65;第1N2ガス供給ライン、66;第2N2ガス供給ライン、67;第1連続N2ガス供給ライン、68;第1フラッシュパージライン、69;第2連続N2ガス供給ライン、70;第2フラッシュパージライン、73,74,75,76,77,78,79;開閉バルブ、100;成膜装置、201;層間絶縁膜、202;TiN膜、203;核、203a;吸着物、204;初期タングステン膜(アモルファス層)、204a;初期タングステン膜、205;主タングステン膜、206,207;アモルファス層、208;TiSiN膜(アモルファス層)、W;半導体ウエハ(被処理基板)

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