JP2021008642A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低抵抗なタングステン膜を成膜する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板を載置するサセプタを有する処理容器と、前記処理容器内へヨウ化タングステンガスを供給する原料ガス供給部と、前記処理容器内へ還元ガスを供給する還元ガス供給部と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、前記処理容器内にヨウ化タングステンガスおよび還元ガスを同時にまたは前記処理容器内のパージを挟んで交互に供給して、前記基板にタングステン膜を成膜する、基板処理方法。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体装置の製造工程において、例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極、ＤＲＡＭのワードライン等に、タングステン膜が用いられている。

特許文献１には、タングステン原料としての六塩化タングステンガスと、還元ガスとしての水素ガスと、を反応させて、タングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法が開示されている。また、特許文献１の背景技術として、タングステン原料としての六フッ化タングステンガスと、還元ガスとしての水素ガスと、を反応させて、タングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法が開示されている。

国際公開第２０１５／０８００５８号

一の側面では、本開示は、低抵抗なタングステン膜を成膜する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を載置するサセプタを有する処理容器と、前記処理容器内へヨウ化タングステンガスを供給する原料ガス供給部と、前記処理容器内へ還元ガスを供給する還元ガス供給部と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、前記処理容器内にヨウ化タングステンガスおよび還元ガスを同時にまたは前記処理容器内のパージを挟んで交互に供給して、前記基板にタングステン膜を成膜する、基板処理方法が提供される。

一の側面によれば、低抵抗なタングステン膜を成膜する基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。

本実施形態に係る成膜装置の断面模式図の一例。 ＣＶＤプロセスにより成膜する際のガス供給シーケンスの一例。 ＡＬＤプロセスにより成膜する際のガス供給シーケンスの一例。 膜構造の一例を示す模式図。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜成膜装置＞
本実施形態に係る成膜装置（基板処理装置）１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る成膜装置１００の断面模式図の一例である。成膜装置１００は、ウェハ等の基板Ｗに対して、成膜原料ガスとしてのヨウ化タングステン（ＷＩ_４）ガス及び還元ガスとしてのＨ_２ガスを供給して、基板Ｗの表面にタングステン膜を成膜する装置である。成膜装置１００は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置等により構成される。

成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバ１を有しており、その中には被処理基板である基板Ｗを水平に支持するためのサセプタ２が、後述する排気室２１の底部からその中央下部に達する円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。このサセプタ２は例えばＡｌＮ等のセラミックスからなっている。また、サセプタ２にはヒータ４が埋め込まれており、このヒータ４にはヒータ電源５が接続されている。一方、サセプタ２の上面近傍には熱電対６が設けられており、熱電対６の信号はヒータコントローラ７に伝送されるようになっている。そして、ヒータコントローラ７は熱電対６の信号に応じてヒータ電源５に指令を送信し、ヒータ４の加熱を制御して基板Ｗを所定の温度に制御するようになっている。なお、サセプタ２には３本の基板昇降ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられており、基板Ｗを搬送する際に、サセプタ２の表面から突出した状態にされる。また、サセプタ２は昇降機構（図示せず）により昇降可能となっている。

チャンバ１の天壁１ａには、円形の孔１ｂが形成されており、そこからチャンバ１内へ突出するようにシャワーヘッド１０が嵌め込まれている。シャワーヘッド１０は、後述する処理ガス供給機構８から供給された各種の処理ガスをチャンバ１内に吐出する。シャワーヘッド１０の上部には、成膜原料ガス（ＷＩ_４ガス）およびパージガス（Ｎ_２ガス）を導入する第１の導入路１１と、還元ガス（Ｈ_２ガス）およびパージガス（Ｎ_２ガス）を導入する第２の導入路１２と、が設けられている。

シャワーヘッド１０の内部には、上下２段に空間１３，１４が設けられている。上側の空間１３には、第１の導入路１１が接続されている。この空間１３からシャワーヘッド１０の底面まで第１のガス吐出路１５が延びている。下側の空間１４には、第２の導入路１２が接続されている。この空間１４からシャワーヘッド１０の底面まで第２のガス吐出路１６が延びている。即ち、シャワーヘッド１０は、成膜原料ガス（ＷＩ_４ガス）と還元ガス（Ｈ_２ガス）とがそれぞれ独立してガス吐出路１５，１６から吐出するようになっている。

チャンバ１の底壁には、下方に向けて突出する排気室２１が設けられている。排気室２１の側面には排気管２２が接続されており、この排気管２２には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置２３が接続されている。そしてこの排気装置２３を作動させることによりチャンバ１内を所定の減圧状態とすることが可能となっている。

チャンバ１の側壁には、基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口２４と、この搬入出口２４を開閉するゲートバルブ２５とが設けられている。また、チャンバ１の壁部には、ヒータ２６が設けられており、成膜処理の際にチャンバ１の内壁の温度を制御可能となっている。

処理ガス供給機構８は、成膜原料ガス供給ライン３０、還元ガス供給ライン５０、第１のパージガス供給ライン６０、第２のパージガス供給ライン７０を有する。

成膜原料ガス供給ライン３０は、成膜原料ガス（ＷＩ_４）の供給源であるＷＩ_４ガス供給機構３１から延び、第１の導入路１１に接続されている。

ＷＩ_４ガス供給機構３１は、成膜原料であるＷＩ_４を収容する成膜原料タンク３２を有している。ＷＩ_４は常温では固体であり、成膜原料タンク３２内にはタングステン原料としてのヨウ化タングステンであるＷＩ_４が固体として収容されている。成膜原料タンク３２の周囲にはヒータ３２ａが設けられており、成膜原料タンク３２内の成膜原料を適宜の温度に加熱して、ＷＩ_４を昇華させるようになっている。なお、ヨウ化タングステンとしては、ＷＩ_４に限られず、例えばＷＩ_６、ＷＩ_５等を用いてもよい。

成膜原料タンク３２には、キャリアガスであるＮ_２ガスを供給するためのキャリアガス供給ライン３３が接続されている。キャリアガス供給ライン３３は、キャリアガス（Ｎ_２）の供給源であるＮ_２ガス供給源３４から延び、成膜原料タンク３２に接続されている。キャリアガス供給ライン３３には、Ｎ_２ガス供給源３４から順に、バルブ３５、マスフローコントローラ３６、バルブ３７、後述する分岐部３３ａ、後述するバルブ４２が設けられている。マスフローコントローラ３６は、キャリアガス供給ライン３３を流れるＮ_２ガスの流量を制御する。バルブ３５，３７は、Ｎ_２ガスの供給・停止を切り替える。なお、キャリアガスとしては、Ｎ_２ガスに限られず、Ａｒガス等の他の不活性ガスであってもよい。

また、成膜原料タンク３２には、成膜原料ガスを供給するための成膜原料ガス供給ライン３０が接続されている。成膜原料ガス供給ライン３０には、成膜原料タンク３２から順に、後述するバルブ４３、後述する合流部３０ａ、バルブ３８、後述する合流部３０ｂが設けられている。バルブ３８，４３は、ＷＩ_４ガスの供給・停止を切り替える。また、成膜原料ガス供給ライン３０には、ＷＩ_４ガスの凝縮防止のためのヒータ３９が設けられている。成膜原料タンク３２内で昇華したＷＩ_４ガスは、キャリアガスとしてのＮ_２ガス（キャリアＮ_２）により搬送され、成膜原料ガス供給ライン３０、第１の導入路１１を介してシャワーヘッド１０内に供給される。

また、キャリアガス供給ライン３３の分岐部３３ａ（バルブ３７とバルブ４２との間）と、成膜原料ガス供給ライン３０の合流部３０ａ（バルブ４３とバルブ３８との間）とは、バイパスライン４０によって接続されている。バイパスライン４０には、バルブ４１が設けられている。キャリアガス供給ライン３３には、分岐部３３ａよりも下流側（成膜原料タンク３２の側）に、バルブ４２が設けられている。成膜原料ガス供給ライン３０には、合流部３０ａよりも上流側（成膜原料タンク３２の側）に、バルブ４３が設けられている。バルブ４２，４３を閉じ、バルブ４１を開くことにより、Ｎ_２ガス供給源３４からのＮ_２ガスを、キャリアガス供給ライン３３、バイパスライン４０を介して、成膜原料ガス供給ライン３０に供給し、成膜原料ガス供給ライン３０内の成膜原料ガスをパージする。

還元ガス供給ライン５０は、還元ガス（Ｈ_２）の供給源であるＨ_２ガス供給源５１から延び、第２の導入路１２に接続されている。還元ガス供給ライン５０には、Ｈ_２ガス供給源５１から順に、バルブ５２、マスフローコントローラ５３、バルブ５４、後述する合流部５０ａが設けられている。マスフローコントローラ５３は、還元ガス供給ライン５０を流れるＨ_２ガスの流量を制御する。バルブ５２，５４は、Ｈ_２ガスの供給・停止を切り替える。なお、還元ガスとしては、Ｈ_２ガスに限らず、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガスを用いることもできる。Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、およびＮＨ_３ガスのうち２つ以上を供給できるようにしてもよい。また、これら以外の他の還元ガス、例えばＰＨ_３ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを用いてもよい。

第１のパージガス供給ライン６０は、パージガス（Ｎ_２）の供給源であるＮ_２ガス供給源６１から延び、成膜原料ガス供給ライン３０の合流部３０ｂに接続されている。第１のパージガス供給ライン６０には、Ｎ_２ガス供給源６１から順に、バルブ６２、マスフローコントローラ６３、バルブ６４が設けられている。マスフローコントローラ６３は、第１のパージガス供給ライン６０を流れるＮ_２ガスの流量を制御する。バルブ６２，６４は、ＡＬＤプロセスの際にＮ_２ガスの供給・停止を切り替える。なお、パージガスとしては、Ｎ_２ガスに限られず、Ａｒガス等の他の不活性ガスであってもよい。

第２のパージガス供給ライン７０は、パージガス（Ｎ_２）の供給源であるＮ_２ガス供給源７１から延び、還元ガス供給ライン５０の合流部５０ａに接続されている。第２のパージガス供給ライン７０には、Ｎ_２ガス供給源７１から順に、バルブ７２、マスフローコントローラ７３、バルブ７４が設けられている。マスフローコントローラ７３は、第２のパージガス供給ライン７０を流れるＮ_２ガスの流量を制御する。バルブ７２，７４は、ＡＬＤプロセスの際にＮ_２ガスの供給・停止を切り替える。なお、パージガスとしては、Ｎ_２ガスに限られず、Ａｒガス等の他の不活性ガスであってもよい。

制御部９は、成膜装置１００の各部の動作を制御する。制御部９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。なお、レシピ及び制御部９が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る成膜装置１００を用いてタングステン膜を成膜する動作について、図２及び図３を用いて説明する。

＜ＣＶＤプロセスによる成膜＞
図２は、ＣＶＤプロセスによりタングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例である。

まず、成膜装置１００に基板Ｗを搬入する。具体的には、制御部９は、ゲートバルブ２５を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により、搬入出口２４を介してチャンバ１内に基板Ｗを搬入し、基板Ｗをサセプタ２に載置する。サセプタ２は、ヒータ４により所定温度（例えば、２００℃以上６００℃以下）に加熱されている。搬送アームが搬入出口２４から退避すると、ゲートバルブ２５を閉じる。なお、基板Ｗとしては、例えば熱酸化膜の表面、またはトレンチやホール等の凹部を有する層間絶縁膜の表面に下地膜としてバリアメタル膜（例えばＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜）が形成されたものを用いることができる。タングステン膜は、熱酸化膜や層間絶縁膜に対する密着力が悪く、かつインキュベーション時間も長くなるため、熱酸化膜や層間絶縁膜上に成膜することは困難であるが、ＴｉＮ膜やＴｉＳｉＮ膜を下地膜として用いることにより、成膜が容易となる。ただし、下地膜はこれに限るものではない。また、以下の説明において、バルブ３５，３７，４２，５２，６２，７２は開いているものとし、バルブ４１は閉じているものとし、バルブ３８，４３，５４，６４，７４の開閉制御について説明する。

ステップＳ１において、チャンバ１の圧力を上昇させ、基板Ｗの温度を安定させる。具体的には、制御部９は、バルブ３８，４３を閉じ、バルブ５４を閉じ、バルブ６４を開き、バルブ７４を開く。これにより、Ｎ_２ガス供給源６１，７１のパージＮ_２ガスをチャンバ１内に供給してチャンバ１内の圧力を上昇させ、サセプタ２上の基板Ｗの温度を安定させる。

チャンバ１内の圧力が所定の圧力に到達した後、ステップＳ２において、ＣＶＤ成膜を行う。具体的には、制御部９は、パージＮ_２ガスを流したまま、バルブ３８，４３を開くとともに、バルブ５４を開く。ここで、Ｎ_２ガス供給源３４のキャリアＮ_２ガスが成膜原料タンク３２に供給される。成膜原料タンク３２内の固体のＷＩ_４は、ヒータ３２ａにより加熱されて昇華し、ＷＩ_４ガスを生成する。これにより、ＷＩ_４ガス供給機構３１からキャリアＮ_２ガスとともにＷＩ_４ガスをチャンバ１内に供給する。また、Ｈ_２ガス供給源５１のＨ_２ガスをチャンバ１内に供給する。これにより、ヒータ４により加熱された基板Ｗの表面で、成膜原料ガスであるＷＩ_４ガスと還元ガスであるＨ_２ガスが反応し、タングステン膜が成膜される。なお、タングステン膜の膜厚は、成膜時間により制御される。これにより、所望の膜厚のタングステン膜を成膜する。

ステップＳ３において、チャンバ１内のパージを行う。具体的には、制御部９は、パージＮ_２ガスを流したまま、バルブ３８，４３を閉じるとともに、バルブ５４を閉じる。これにより、チャンバ１内へのＷＩ_４ガスとＨ_２ガスの供給が停止する。また、チャンバ１内へパージＮ_２ガスを供給して、チャンバ１内へのＷＩ_４ガス、Ｈ_２ガス、反応生成物をパージする。

その後、成膜装置１００から基板Ｗを搬出する。具体的には、制御部９は、ゲートバルブ２５を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により、搬入出口２４を介してチャンバ１内から成膜済の基板Ｗを搬出する。搬送アームが搬入出口２４から退避すると、ゲートバルブ２５を閉じる。

以上のように、本実施形態に係る成膜装置１００は、ＣＶＤプロセスによりタングステン膜を成膜する。

＜ＡＬＤプロセスによる成膜＞
図３は、ＡＬＤプロセスによりタングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例である。

まず、成膜装置１００に基板Ｗを搬入する。具体的には、制御部９は、ゲートバルブ２５を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により、搬入出口２４を介してチャンバ１内に基板Ｗを搬入し、基板Ｗをサセプタ２に載置する。サセプタ２は、ヒータ４により所定温度（例えば、２００℃以上６００℃以下）に加熱されている。搬送アームが搬入出口２４から退避すると、ゲートバルブ２５を閉じる。なお、基板Ｗとしては、例えば熱酸化膜の表面、またはトレンチやホール等の凹部を有する層間絶縁膜の表面に下地膜としてバリアメタル膜（例えばＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜）が形成されたものを用いることができる。タングステン膜は、熱酸化膜や層間絶縁膜に対する密着力が悪く、かつインキュベーション時間も長くなるため、熱酸化膜や層間絶縁膜上に成膜することは困難であるが、ＴｉＮ膜やＴｉＳｉＮ膜を下地膜として用いることにより、成膜が容易となる。ただし、下地膜はこれに限るものではない。また、以下の説明において、バルブ３５，３７，４２，５２，６２，７２は開いているものとし、バルブ４１は閉じているものとし、バルブ３８，４３，５４，６４，７４の開閉制御について説明する。

ステップＳ１１において、チャンバ１の圧力を上昇させ、基板Ｗの温度を安定させる。具体的には、制御部９は、バルブ３８，４３を閉じ、バルブ５４を閉じ、バルブ６４を開き、バルブ７４を開く。これにより、Ｎ_２ガス供給源６１，７１のパージＮ_２ガスをチャンバ１内に供給してチャンバ１内の圧力を上昇させ、サセプタ２上の基板Ｗの温度を安定させる。

以下、ステップＳ１２からステップＳ１５を所定サイクル繰り返すことにより、ＡＬＤ成膜を行う。

ステップＳ１２において、チャンバ１内に成膜原料ガスであるＷＩ_４ガスを供給する。具体的には、制御部９は、バルブ６４を開いた状態で第１のパージガス供給ライン６０からのパージＮ_２ガスを供給しつつ、バルブ７４を開いた状態で第２のパージガス供給ライン７０からのパージＮ_２ガスを供給しつつ、バルブ３８，４３を開いてＷＩ_４ガス供給機構３１からキャリアＮ_２ガスとともにＷＩ_４ガスをチャンバ１内に供給する。チャンバ１内に供給されたＷＩ_４ガスは、基板Ｗの表面に吸着される。

ステップＳ１３において、チャンバ１内の余剰なＷＩ_４ガスをパージする。具体的には、制御部９は、バルブ３８を閉じる。これにより、チャンバ１内へのＷＩ_４ガスの供給が停止する。また、チャンバ１内へパージＮ_２ガスを供給して、チャンバ１内の余剰なＷＩ_４ガスをパージする。

ステップＳ１４において、チャンバ１内に還元ガスであるＨ_２ガスを供給する。具体的には、制御部９は、バルブ６４を開いた状態で第１のパージガス供給ライン６０からのパージＮ_２ガスを供給しつつ、バルブ７４を開いた状態で第２のパージガス供給ライン７０からのパージＮ_２ガスを供給しつつ、バルブ５４を開いてＨ_２ガス供給源５１からＨ_２ガスをチャンバ１内に供給する。チャンバ１内に供給されたＨ_２ガスは、基板Ｗの表面に吸着されたＷＩ_４と反応（還元）して、タングステン膜を生成する。なお、タングステン膜の膜厚は、成膜時間により制御される。

ステップＳ１５において、チャンバ１内の余剰なＨ_２ガス及び反応生成物をパージする。具体的には、制御部９は、バルブ５４を閉じる。これにより、チャンバ１内へのＨ_２ガスの供給が停止する。また、チャンバ１内へパージＮ_２ガスを供給して、チャンバ１内の余剰なＨ_２ガス及び反応生成物をパージする。

以下、ステップＳ１２からステップＳ１５を所定サイクル繰り返して、所望の膜厚のタングステン膜を成膜する。

その後、成膜装置１００から基板Ｗを搬出する。具体的には、制御部９は、ゲートバルブ２５を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により、搬入出口２４を介してチャンバ１内から成膜済の基板Ｗを搬出する。搬送アームが搬入出口２４から退避すると、ゲートバルブ２５を閉じる。

以上のように、本実施形態に係る成膜装置１００は、ＡＬＤプロセスによりタングステン膜を成膜する。

＜成膜条件＞
成膜原料としてＷＩ_４を用いた場合、還元ガス（Ｈ_２）との反応生成物であるヨウ化水素（ＨＩ）はエッチング作用を有する。このため、温度および圧力の条件によっては、タングステン膜の下地膜（例えば、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜）がＨＩガスによりエッチングされてタングステン膜が成膜され難いことがある。したがって、温度・圧力条件が、そのようなエッチング反応が生じる条件以外であることが好ましい。より詳細には、温度が低い領域では成膜反応もエッチング反応も生じないため、成膜反応を生じさせるためには高温が好ましいが、成膜反応が生じる高温では、圧力が低いとエッチング反応が生じる傾向がある。したがって、高温・高圧条件が好ましい。

具体的には、下地膜の種類にもよるが、上記ＣＶＤ法およびＡＬＤ法ともに、基板温度（サセプタ表面温度）：２００℃以上、チャンバ内圧力：１Ｔｏｒｒ以上とすることが好ましい。これは、基板温度が２００℃より低い温度であると成膜反応が生じ難く、また、圧力が１Ｔｏｒｒより低いと２００℃以上においてエッチング反応が生じやすくなるからである。また、基板温度が２００℃では、１Ｔｏｒｒにおいて成膜量が少なくなる傾向にあるが、１０Ｔｏｒｒになると十分な成膜量が得られることから、基板温度が２００℃以上において、チャンバ内圧力：１０Ｔｏｒｒ以上とすることがより好ましい。また、基板温度が５００℃でより成膜量が増加し、１Ｔｏｒｒでも十分な成膜量が得られることから、基板温度：５００℃以上、チャンバ内圧力：１Ｔｏｒｒ以上とすることがより好ましい。十分な成膜量を得る観点からは、温度に上限は存在しないが、装置の制約や反応性の点から、事実上の上限は８００℃程度である。より好ましくは、２００℃以上６００℃以下である。また、圧力に関しても上記点からは上限は存在しないが、同様に装置の制約や反応性の点から、事実上の上限は１００Ｔｏｒｒである。より好ましくは、１Ｔｏｒｒ以上４０Ｔｏｒｒ以下である。なお、温度や圧力条件の好ましい範囲は実装置の構造や他の条件によって多少変動する。

他の条件の好ましい範囲は以下の通りである。

・ＣＶＤ法
キャリアＮ_２ガス流量：２０〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（ＷＩ_４ガス供給量として、０．２５〜３０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ））
Ｈ_２ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
成膜原料タンクの加温温度：１３０〜１９０℃
・ＡＬＤ法
キャリアＮ_２ガス流量：２０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（ＷＩ_４ガス供給量として、０．２５〜１５ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ））
ＷＩ_４ガス供給時間（１回あたり）：０．２５ｓｅｃ以上１５ｓｅｃ以下
Ｈ_２ガス流量：５００〜５０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
Ｈ_２ガス供給時間：（１回あたり）：０．１ｓｅｃ以上１０ｓｅｃ以下
成膜原料タンクの加温温度：１３０〜１９０℃

なお、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法のいずれにおいても、還元ガスとして、Ｈ_２ガスの他、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガスを用いることができ、これらを用いた場合にも同様の条件で好ましい成膜を行うことができる。膜中の不純物をより低減する観点からは、Ｈ_２ガスを用いることが好ましい。また、ＮＨ_３ガスを用いることにより良好な反応性を得ることができ、成膜レートを高くすることができる。また、上述したように、他の還元ガス、例えばＰＨ_３ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを用いることもできる。

次に、基板Ｗの表面に形成される膜構造の一例について、図４を用いて説明する。図４は、膜構造２００の一例を示す模式図である。ここでは、膜構造２００の一例として、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極を例に説明する。膜構造２００は、ｐ型半導体２１０と、ゲート絶縁膜（熱酸化膜、例えば、ＳｉＯ_２膜）２２０と、ゲート電極膜（例えば、ＡｌＯ膜）２３０と、バリアメタル膜（例えば、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜）２４０と、第１タングステン膜２５０と、第２タングステン膜２６０と、を積層した構造を有している。なお、本実施形態に係る成膜装置１００は、第１タングステン膜２５０を成膜する。なお膜構造２００は、ゲート電極膜２３０またはバリアメタル膜２４０を省略する構成も含む。また、第１タングステン膜２５０と第２タングステン膜２６０とは、異なる方法によりタングステン膜をそれぞれ成膜する。なお、膜構造２００は、第２タングステン膜２６０を省略して、第１タングステン膜２５０のみでタングステン膜を成膜する構成も含む。

ここで、成膜原料ガスとしてフッ化タングステンガス（ＷＦ_６）や塩化タングステンガス（ＷＣｌ_ｘ）を用いる従来のタングステン膜の成膜方法では、タングステン膜中に不純物としてフッ素や塩素が残留する。これに対し、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法では、成膜原料ガスとしてヨウ化タングステンガス（ＷＩ_４）を用いることで、タングステン膜中に不純物としてヨウ素が残留するものの、フッ素や塩素が残留することを防止することができる。ここで、フッ素の電気陰性度は３．９８（「ポーリングの電気陰性度」より、以下同じ。）、塩素の電気陰性度は３．１６であるのに対し、ヨウ素の電気陰性度は２．６６であり、小さくなっている。このため、フッ素や塩素と比較して、ヨウ素の方が、タングステン膜中の自由電子を引き寄せる強さが小さい。よって、原料ガスとしてフッ化タングステンガス（ＷＦ_６）や塩化タングステンガス（ＷＣｌ_ｘ）を用いる従来のタングステン膜と比較して、ヨウ化タングステンガス（ＷＩ_４）を用いるタングステン膜は、低抵抗の膜とすることができる。

また、タングステン膜を、半導体素子の電極や配線、例えばＭＯＳＦＥＴのゲート電極や配線として用いる場合、原料ガスとしてフッ化タングステンガス（ＷＦ_６）や塩化タングステンガス（ＷＣｌ_ｘ）を用いる従来のタングステン膜の成膜方法では、ゲート絶縁膜２２０中にフッ素や塩素が拡散する。これにより、半導体素子の電気特性が悪化する、例えばゲートリーク電流が増加する。このため、ゲート絶縁膜２２０とタングステン膜２５０との間に、ゲート電極膜２３０やバリアメタル膜２４０を設けて、フッ素や塩素の拡散を防止することでゲートリーク電流を抑制している。

これに対し、本実施形態に係る成膜方法では、原料ガスとしてヨウ化タングステンガス（ＷＩ_４）を用いることで、ゲート絶縁膜２２０中にヨウ素が拡散する。ここで、フッ素の電気陰性度（３．９８）、塩素の電気陰性度（３．１６）と比較して、ヨウ素の電気陰性度（２．６６）は、半導体工程で多く使われる窒素の電気陰性度（３．０４）や、シリコンの電気陰性度（１．９０）に近い。即ち、ヨウ素と窒素との電気陰性度の差は、フッ素又は塩素と窒素との電気陰性度の差よりも小さい。また、ヨウ素とシリコンとの電気陰性度の差は、フッ素又は塩素とシリコンとの電気陰性度の差よりも小さい。このため、ゲート絶縁膜２２０中にフッ素又は塩素が拡散する場合と比較して、ゲート絶縁膜２２０中にヨウ素が拡散することによる半導体素子の電気特性の悪化を低減することができる。例えば、原料ガスとしてヨウ化タングステンガスを用いることにより、フッ化タングステンガス又は塩化タングステンガスを用いる場合と比較して、ゲートリーク電流を低減することができる。このため、ゲート絶縁膜２２０とタングステン膜２５０との間に設けるゲート電極膜２３０やバリアメタル膜２４０を薄膜化したり、省略したりすることができる。これにより、タングステン膜２５０よりも高抵抗となる金属膜（ゲート電極膜２３０、バリアメタル膜２４０）による抵抗を低減して、配線の抵抗を低減することができる。

また、第１タングステン膜２５０を成膜する際は、成膜原料ガスとしてヨウ化タングステンガスを用いた成膜処理を行い、第２タングステン膜２６０を成膜する際は、成膜原料ガスとしてフッ化タングステンガス、塩化タングステンガスを用いた成膜処理を行ってもよい。これにより、ヨウ化タングステンガスを用いて成膜した第１タングステン膜２５０が、第２タングステン膜２６０を成膜する際のフッ素や塩素がゲート絶縁膜２２０に拡散することを抑制する。これにより、半導体素子の電気特性の悪化を低減するとともに、配線の抵抗を低減し、タングステン膜の成膜コストを低減することができる。

なお、ゲート絶縁膜２２０におけるリーク電流の抑制を例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＤＲＡＭのワードラインにタングステン膜を成膜する際、層間絶縁膜におけるリーク電流も同様に抑制することができる。

以上、成膜装置１００による本実施形態の成膜方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

枚葉方式の成膜装置１００を例に説明したがこれに限られるものではない。複数枚葉方式の成膜装置におけるタングステン膜の成膜に適用してもよい。また、バッチ方式の成膜装置におけるタングステン膜の成膜に適用してもよい。

Ｗ 基板
１００ 成膜装置
１ チャンバ（処理容器）
２ サセプタ
３ 支持部材
４ ヒータ（加熱部）
８ 処理ガス供給機構
９ 制御部
３０ 成膜原料ガス供給ライン（原料ガス供給部）
３１ ＷＩ_４ガス供給機構
３２ 成膜原料タンク
３２ａ，３９ ヒータ
３３ キャリアガス供給ライン
３４ Ｎ_２ガス供給源
３６ マスフローコントローラ
４０ バイパスライン
５０ 還元ガス供給ライン（還元ガス供給部）
５１ Ｈ２ガス供給源
６０ 第１のパージガス供給ライン
６１ Ｎ２ガス供給源
７０ 第２のパージガス供給ライン
７１ Ｎ２ガス供給源
３５，３７，３８，４１，４２，４３，５２，５４，６２，６４，７２，７４ バルブ
５３，６３，７３ マスフローコントローラ
２００ 膜構造
２１０ ｐ型半導体
２２０ ゲート絶縁膜
２３０ ゲート電極膜
２４０ バリアメタル膜（下地膜）
２５０ 第１タングステン膜
２６０ 第２タングステン膜

Claims (10)

1. 基板を載置するサセプタを有する処理容器と、
   前記処理容器内へヨウ化タングステンガスを供給する原料ガス供給部と、
   前記処理容器内へ還元ガスを供給する還元ガス供給部と、を備える基板処理装置の基板処理方法であって、
   前記処理容器内にヨウ化タングステンガスおよび還元ガスを同時にまたは前記処理容器内のパージを挟んで交互に供給して、前記基板にタングステン膜を成膜する、基板処理方法。
2. 前記基板は、前記タングステン膜の下地膜を有する、
   請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記下地膜は、ＴｉＮ膜またはＴｉＳｉＮ膜である、
   請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記ヨウ化タングステンガスは、ＷＩ_４ガス、ＷＩ_５ガスおよびＷＩ_６ガスから選択された少なくとも１種である、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
5. 前記還元ガスは、Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガスおよびＮＨ_３ガスから選択された少なくとも１種である、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
6. 前記サセプタに載置された前記基板を加熱する加熱部を備え、
   前記加熱部は、前記基板を２００℃以上６００℃以下の温度に加熱する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
7. 前記基板に前記タングステン膜を成膜する際における、前記処理容器内の圧力は、
   １Ｔｏｒｒ以上４０Ｔｏｒｒ以下である、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
8. 前記処理容器内に前記ヨウ化タングステンガスを供給して前記基板に吸着させる吸着工程と、
   前記吸着工程の余剰な前記ヨウ化タングステンガスを排気する第１パージ工程と、
   前記処理容器内に前記還元ガスを供給して前記ヨウ化タングステンガスと反応させる反応工程と、
   前記反応工程の余剰な前記還元ガスを排気する第２パージ工程と、
   前記吸着工程、前記第１パージ工程、前記反応工程、前記第２パージ工程を繰り返す工程と、を有する、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
9. 前記吸着工程における前記ヨウ化タングステンガスの供給時間は、１サイクルあたり０．２５ｓｅｃ以上１５ｓｅｃ以下であり、
   前記反応工程とにおける前記還元ガスの供給時間は、１サイクルあたり０．１ｓｅｃ以上１０ｓｅｃ以下である、
   請求項８に記載の基板処理方法。
10. 基板を載置するサセプタを有する処理容器と、
    前記処理容器内へヨウ化タングステンガスを供給する原料ガス供給部と、
    前記処理容器内へ還元ガスを供給する還元ガス供給部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記処理容器内にヨウ化タングステンガスおよび還元ガスを同時にまたは前記処理容器内のパージを挟んで交互に供給して、前記基板にタングステン膜を成膜する、基板処理装置。

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