JP2023105411A - 成膜方法およびタングステン膜 - Google Patents

成膜方法およびタングステン膜 Download PDF

Info

Publication number
JP2023105411A
JP2023105411A JP2022006205A JP2022006205A JP2023105411A JP 2023105411 A JP2023105411 A JP 2023105411A JP 2022006205 A JP2022006205 A JP 2022006205A JP 2022006205 A JP2022006205 A JP 2022006205A JP 2023105411 A JP2023105411 A JP 2023105411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
tungsten film
gas
chlorine
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022006205A
Other languages
English (en)
Inventor
拓哉 川口
Takuya Kawaguchi
隼史 堀田
Junji Hotta
英亮 山▲崎▼
Hideaki Yamasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2022006205A priority Critical patent/JP2023105411A/ja
Priority to KR1020230002668A priority patent/KR20230112056A/ko
Priority to US18/096,365 priority patent/US20230227976A1/en
Publication of JP2023105411A publication Critical patent/JP2023105411A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/14—Deposition of only one other metal element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45529—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making a layer stack of alternating different compositions or gradient compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45559—Diffusion of reactive gas to substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02697—Forming conducting materials on a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H01L21/28562—Selective deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53257—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a refractory metal
    • H01L23/53266—Additional layers associated with refractory-metal layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】膜応力が低減されたタングステン膜を簡易に得ることができる成膜方法およびタングステン膜を提供する。【解決手段】タングステン膜を成膜する成膜方法は、基板を準備する工程と、基板上にタングステン膜を成膜する工程とを有し、タングステン膜の少なくとも一部として、膜中の塩素濃度により膜応力を調整した塩素含有タングステン膜を成膜する。【選択図】図２

Description

本開示は、成膜方法およびタングステン膜に関する。
半導体製造工程においては、基板（半導体ウエハ）上に形成されるコンタクトホールや配線間のビアホールを埋め込むための材料としておよびその相互拡散バリアの材料等としてタングステンが用いられている。
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）および還元ガスを用いてＣＶＤ法により成膜するものが知られている。特許文献１には、ＷＦ６を用いてブランケットタングステン膜を成膜する場合に、基板温度が４００℃程度の低温になると膜の引張応力が高くなることが記載されている。そして、このような問題点を解決するために、ＷＦ６とモノシランとを所定の比率で混合した混合ガスにより前処理を行うことが記載されている。
一方、近年、デザインルールの微細化が益々進んでおり、フッ素を含有する原料によるデバイスへの悪影響が懸念されていることから、原料ガスとして塩化タングステンを用いてＣＶＤ法やＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜する技術も提案されている（例えば特許文献２）。
特開平１１－３０７４８０号公報 国際公開２０１５／０８００５８号
本開示は、膜応力が低減されたタングステン膜を簡易に得ることができる成膜方法およびタングステン膜を提供する。
本開示の一態様に係る成膜方法は、タングステン膜を成膜する成膜方法であって、基板を準備する工程と、前記基板上にタングステン膜を成膜する工程と、を有し、前記タングステン膜の少なくとも一部として、膜中の塩素濃度により膜応力を調整した塩素含有タングステン膜を成膜する。
本開示によれば、膜応力が低減されたタングステン膜を簡易に得ることができる。
タングステン膜の引張応力により基板に反りが生じた状態を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。 タングステン膜が引張応力を持つメカニズムを説明するためのモデルを示す図である。 塩素を４ａｔ％以上と多く含有するタングステン膜の引張応力が低下するメカニズムを説明するためのモデルを示す図である。 一実施形態に係るタングステン膜の製造方法を説明するための断面図である。 タングステン膜の成膜に用いられる成膜装置の一例を示す断面図である。 実験例に用いたサンプルの構造を示す図である。 膜の引張応力および圧縮応力を説明するための図である。 実験例において基板温度を変化させた場合の膜厚と膜応力との関係を示す図である。 Ｈ２ガス流量（Ｈ２ガス分圧）を変化させた場合の膜厚と膜応力との関係を示す図である。 実験例において、ＬｏｗＴｅｍｐ、ＬｏｗＨ２、および、通常条件（Ｒｅｆ）でタングステン膜を成膜した場合の膜厚と膜応力との関係を示す図である。 実験例において、ＬｏｗＴｅｍｐ、ＬｏｗＨ２、および、Ｒｅｆのタングステン膜について、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により膜の塩素（Ｃｌ）濃度を測定した結果を示す図である。 実験例において、ＬｏｗＴｅｍｐ、ＬｏｗＨ２、および、Ｒｅｆのタングステン膜について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を行った結果を示す図である。
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
＜概要＞
タングステン膜は一般的に引張応力（Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｓｓ）を持つ。タングステン膜の引張応力は膜厚に応じた高い値を示し、そのため、図１に示すように、タングステン膜２０１を半導体ウエハのような基板２００上に成膜すると、その引張応力により基板２００に反りが生じることがある。また、タングステン膜２０１に膜剥がれが生じることもある。ウエハ２００に反りが生じると、搬送異常や露光時にフォーカスが合わない等の不具合が発生するおそれがあり、膜剥がれが生じるとパーティクルの原因となる。
そこで、一実施形態に係る成膜方法は、図２のフローチャートに示すように、基板を準備する工程（ステップＳＴ１）と、基板上にタングステン膜を成膜する工程（ステップＳＴ２）とを有する。ステップＳＴ２では、タングステン膜の少なくとも一部として、膜中の塩素濃度により膜応力を調整した塩素含有タングステン膜を成膜する。タングステン膜の塩素濃度を調整することにより、通常のタングステン膜より引張応力を低減することができ、引張応力が低減されたタングステン膜を簡易に得ることができる。
例えば、塩化タングステンガスと還元ガスを用いてＣＶＤ法またはＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜する場合、通常は膜中の塩素濃度が２ａｔ％程度であり、膜の引張応力は、膜厚が５０～１００ｎｍ程度のとき１７００～１９００ＭＰａと高い値である。これに対して、膜中の塩素濃度を高めると引張応力を低下させることができる。そして、膜中の塩素濃度を４ａｔ％以上とすることにより、引張応力を５００ＭＰａ以下とすることができ、さらには膜の応力を圧縮応力（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｔｒｅｓｓ）とすることもできる。
一般的にタングステン膜が引張応力を持つメカニズムは、図３に示すモデルで説明できる。図３（ａ）に示すように、タングステン結晶の結晶格子２１１のサイズは、下地のシリコン結晶の結晶格子２１２のサイズよりも小さい。このため、基板としてのシリコンウエハ上にタングステン膜を成膜した場合に、図３（ｂ）に示すように、タングステンの結晶格子２１１がシリコンの結晶格子２１２に引きずられて引張応力を持つ。したがって、図３（ｃ）に示すように、シリコンウエハ２２１上に成膜されたタングステン膜２２２は全体として引張応力を持つ。このような傾向は、膜中に不純物として塩素が２ａｔ％程度含有していても変わらない。
これに対し、塩素を多く（例えば４ａｔ％以上）含有するタングステン膜の引張応力が低下し、さらには圧縮応力となるメカニズムは、図４に示すモデルで説明できる。塩素２１４が多く含まれる高塩素含有タングステン結晶の結晶格子２１３は通常の結晶格子２１１よりも大きくなる。このため、結晶格子２１３はシリコン結晶の結晶格子２１２のサイズに近づき、場合によっては図４（ａ）に示すように、タングステン結晶の結晶格子２１３のサイズがシリコン結晶の結晶格子２１２のサイズよりも大きくなる。高塩素含有タングステン結晶の結晶格子２１３のサイズがシリコン結晶の結晶格子２１２のサイズに近づくと引張応力は緩和される。また、図４（ａ）のようにタングステン結晶の結晶格子２１３のほうが大きくなった場合は、図４（ｂ）に示すように、タングステンの結晶格子２１３がシリコンの結晶格子２１２に引きずられて圧縮応力を持つ。この場合は、図４（ｃ）に示すように、シリコンウエハ２２１上に成膜された高塩素濃度タングステン膜２２３は全体として圧縮応力を持つに至る。
タングステン膜は、以上のような塩素濃度を調整した塩素含有タングステン膜のみであってもよい。ただし、塩素濃度が高い（例えば４ａｔ％以上の）タングステン膜の場合は、一般的なＣＶＤ法やＡＬＤ法ではシリコンウエハや下地膜であるＴｉＮ膜上に成膜され難い。このため、例えば図５（ａ）に示すように、シリコン基体２３１上に下地膜としてＴｉＮ膜２３２が形成された基板２３０上に、高塩素濃度の塩素含有タングステン膜が成膜可能なように、通常条件で、塩素濃度が低く引張応力を持つ初期タングステン膜２３３を成膜する。そして、図５（ｂ）に示すように、初期タングステン膜２３３上に塩素含有タングステン膜２３４を成膜する。初期タングステン膜２３３と塩素含有タングステン膜２３４によりタングステン膜２３５が構成される。ＴｉＮ膜２３２の膜厚は、０．１ｎｍ以上が好ましく、０．５～１０ｎｍの範囲がより好ましい。初期タングステン膜２３３の膜厚は０．５ｎｍ以上が好ましく、１～１５ｎｍの範囲がより好ましい。このように初期タングステン膜２３３を形成することにより塩素含有タングステン膜２３４の成膜可能な条件を広げることができる。また、塩素含有タングステン膜２３４の上に、さらに通常の条件で引張応力を持つタングステン膜を成膜してもよい。
以上のような、塩素含有タングステン膜と、通常の条件での引張応力を持つタングステン膜とを積層したタングステン膜は、塩素含有タングステン膜が圧縮応力を持つ場合には、引張応力を有するタングステン膜の応力を緩和または相殺することができる。また、塩素含有タングステン膜が低い引張応力を持つ場合でも、膜全体の応力を緩和することができる。
次に、塩化タングステンガスと還元ガスを用いてＣＶＤ法またはＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜する典型例において、引張応力を低減可能な高塩素濃度の塩素含有タングステン膜を得る方法の一例について説明する。
塩化タングステンガスと還元ガスを用いてタングステン膜を成膜する際の通常条件は、基板温度が４００℃以上、還元ガスとして供給されるＨ２ガスの流量は１０００～１００００ｓｃｃｍ（Ｈ２ガス分圧３．７３～２１．３６Ｔｏｒｒ（４９７～２８４８Ｐａ））この条件で成膜されたタングステン膜の引張応力は、膜厚が５０～１００ｎｍ程度で１７００～１９００ＭＰａと高い値を示す。また、このときの膜中の塩素濃度は２ａｔ％以下と低い値である。
これに対し、基板温度を低くすること、またはＨ２ガス流量を少なくする（Ｈ２ガス分圧を小さくする）ことにより、タングステン膜中の塩素濃度が増加するように調整することができ、膜の応力を小さくすることができる。具体的には、基板温度３８０℃以下またはＨ２ガス流量８００ｓｃｃｍ（Ｈ２ガス分圧３．０３Ｔｏｒｒ（４０４Ｐａ））以下にすることにより、通常条件のタングステン膜よりも塩素濃度を高くして膜の引張応力を小さくすることができる。基板温度３８０℃またはＨ２ガス流量（Ｈ２ガス分圧）８００ｓｃｃｍ以下（Ｈ２ガス分圧３．０３Ｔｏｒｒ（４０４Ｐａ）以下）の場合には、膜中の塩素濃度を４ａｔ％以上とすることができる。さらに、Ｈ２ガス流量（Ｈ２ガス分圧）５００ｓｃｃｍ以下（Ｈ２ガス分圧１．９５Ｔｏｒｒ（２５９Ｐａ）以下）の場合には、膜の引張応力を５００ＭＰａ以下、または膜応力を圧縮応力とすることができる。タングステン膜中の塩素濃度を増加させるために、基板温度を低くすることと、Ｈ２ガス流量を少なくすることの両方を行ってもよい。
上記特許文献１には、ＷＦ６および還元ガスを用いてＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜する場合に、基板温度が４００℃程度の低温になると引張応力が高くなることから、ＷＦ６とモノシランとを所定の比率で混合した混合ガスにより前処理を行って引張応力を低減することが記載されている。しかし、特許文献１の手法は工程が複雑となり、また、ＷＦ６に含まれるフッ素がデバイスに悪影響を与えることが懸念されることから、異なるアプローチが必要となる。
本実施形態では、基板上にタングステン膜を成膜する際に、タングステン膜の少なくとも一部として、膜中の塩素濃度を調整して膜応力を調整した塩素含有タングステン膜を用いるので、前処理を行うことなく簡易に引張応力が小さいタングステン膜を得ることができる。特に、塩素濃度が４ａｔ％以上のタングステン膜は、引張応力が５００ＭＰａ以下となり、膜の応力を圧縮応力にすることもできるため、タングステン膜全体の応力を低減する効果が大きい。
＜具体的な実施形態＞
次に、タングステン膜をＡＬＤ法で成膜する場合の具体的な実施形態について説明する。
［成膜装置の例］
図６は、タングステン膜をＡＬＤ法で成膜する場合に用いられる成膜装置の一例を示す断面図である。
成膜装置１００は、チャンバー１と、チャンバー１内で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内に処理ガスを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。
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の間はシールリング１５で気密にシールされている。
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。
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アウターリング２２が設けられている。
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、その下端が昇降機構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６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内の雰囲気を外気と区画し、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。
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。
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。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されている。
ガス拡散空間３３内には、複数個のディストリビューションブロック４６が設けられている。ディストリビューションブロック４６の周囲には複数のガス吐出孔が形成されており、ガスを分散させるように構成されている。ディストリビューションブロック４６は、本体部３１に設けられた複数のガス供給路４７のそれぞれの一端に接続されている。ガス供給路４７の他端は、本体部３１の上面中央部に形成された拡散部４５に接続されている。また、本体部３１の中央部には、その上面から拡散部４５へ貫通するガス導入孔３６が設けられている。
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。
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。
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、真空ポンプや圧力制御バルブ（ＡＰＣ）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。
処理ガス供給機構５は、タングステン原料ガスである塩化タングステンとしてＷＣｌ５ガスを供給するＷＣｌ５ガス供給機構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、パージガスであるＮ２ガスを供給する第１Ｎ２ガス供給源５４および第２Ｎ２ガス供給源５５とを有し、さらに、ＷＣｌ５ガス供給源５１から延びるＷＣｌ５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、第１Ｎ２ガス供給源５４から延び、ＷＣｌ５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６４と、第２Ｎ２ガス供給源５５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６５とを有している。なお、塩化タングステンとしては、ＷＣｌ５に限らず、ＷＣｌ４やＷＣｌ６を用いてもよい。
第１Ｎ２ガス供給ライン６４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６６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６７とに分岐している。また、第２Ｎ２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２連続Ｎ２ガス供給ライン６８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６９とに分岐している。第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６と、第１フラッシュパージライン６７とは、第１接続ライン７０に接続され、第１接続ライン７０はＷＣｌ５ガス供給ライン６１に接続されている。また、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８と、第２フラッシュパージライン６９とは、第２接続ライン７１に接続され、第２接続ライン７１はＨ２ガス供給ライン６２に接続されている。ＷＣｌ５ガス供給ライン６１とＨ２ガス供給ライン６２とは、合流配管７２に合流しており、合流配管７２は、上述したガス導入孔３６に接続されている。
ＷＣｌ５ガス供給ライン６１、Ｈ２ガス供給ライン６２、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６、第１フラッシュパージライン６７、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８、および第２フラッシュパージライン６９の最下流側には、それぞれ、ＡＬＤの際にガスを切り替えるための開閉バルブ７３，７４，７６，７７，７８，７９が設けられている。また、Ｈ２ガス供給ライン６２、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６、第１フラッシュパージライン６７、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８、および第２フラッシュパージライン６９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８２，８４，８５，８６，８７が設けられている。さらに、ＷＣｌ５ガス供給ライン６１およびＨ２ガス供給ライン６２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８０，８１が設けられている。
ＷＣｌ５ガス供給機構５１は、ＷＣｌ５を収容する成膜原料タンク９１を有している。ＷＣｌ５は常温では固体であり、成膜原料タンク９１内には固体状のＷＣｌ５が収容されている。成膜原料タンク９１の周囲にはヒーター９１ａが設けられており、タンク９１内の成膜原料を適宜の温度に加熱して、ＷＣｌ５を昇華させるようになっている。タンク９１内には上述したＷＣｌ５ガス供給ライン６１が上方から挿入されている。
また、ＷＣｌ５ガス供給機構５１は、成膜原料タンク９１内に上方から挿入されたキャリアガス配管９２と、キャリアガス配管９２にキャリアガスであるＮ２ガスを供給するためのキャリアＮ２ガス供給源９３と、キャリアガス配管９２に接続された、流量制御器としてのマスフローコントローラ９４、およびマスフローコントローラ９４の下流側の開閉バルブ９５ａおよび９５ｂと、ＷＣｌ５ガス供給ライン６１の成膜原料タンク９１の近傍に設けられた、開閉バルブ９６ａおよび９６ｂ、ならびに流量計９７とを有している。キャリアガス配管９２において、開閉バルブ９５ａはマスフローコントローラ９４の直下位置に設けられ、開閉バルブ９５ｂはキャリアガス配管９２の挿入端側に設けられている。また、開閉バルブ９６ａおよび９６ｂ、ならびに流量計９７は、ＷＣｌ５ガス供給ライン６１の挿入端から開閉バルブ９６ａ、開閉バルブ９６ｂ、流量計９７の順に配置されている。
キャリアガス配管９２の開閉バルブ９５ａと開閉バルブ９５ｂの間の位置、およびＷＣｌ５ガス供給ライン６１の開閉バルブ９６ａと開閉バルブ９６ｂの間の位置を繋ぐように、バイパス配管９８が設けられ、バイパス配管９８には開閉バルブ９９が介装されている。そして、開閉バルブ９５ｂおよび９６ａを閉じて開閉バルブ９９、９５ａおよび９６ｂを開くことにより、キャリアＮ２ガス供給源９３からのＮ２ガスを、キャリアガス配管９２、バイパス配管９８を経て、ＷＣｌ５ガス供給ライン６１に供給し、ＷＣｌ５ガス供給ライン６１をパージすることが可能となっている。
ＷＣｌ５ガス供給ライン６１における流量計９７の下流位置には、エバック配管１０１の一端が接続され、エバック配管１０１の他端は排気配管４１に接続されている。エバック配管１０１のＷＣｌ５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、ＷＣｌ５ガス供給ライン６１におけるエバック配管１０１接続位置の下流側には開閉バルブ１０４が設けられている。そして、開閉バルブ１０４、９９、９５ａ，９５ｂを閉じた状態で開閉バルブ１０２、１０３、９６ａ，９６ｂを開けることにより、成膜原料タンク９１内を排気機構４２によって真空排気することが可能となっている。
制御部６は、コンピュータで構成されており、ＣＰＵを備えた主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置（記憶媒体）を有している。主制御部は、例えば、バルブの開閉、流量制御器によるガスの流量、圧力制御バルブ（ＡＰＣ）の開度、ウエハＷを加熱するヒーターの出力などの制御を行う。
［成膜方法］
次に、図６の成膜装置を用いてウエハＷ上にタングステン膜を成膜する方法について説明する。
まず、基板であるウエハＷを、搬入出口１１を介してチャンバー１内に搬入し、ヒーター２１により所定温度に加熱されたサセプタ２上に載置し、サセプタ２を処理位置まで上昇させる。そして、チャンバー１内を所定の真空度まで真空引きするとともに、開閉バルブ１０４、９５ａ、９５ｂ、９９を閉じ、開閉バルブ１０２、１０３、９６ａ，９６ｂを開けて、エバック配管１０１を介して成膜原料タンク９１内も同様に真空引きする。その後、開閉バルブ７６および開閉バルブ７８を開け、開閉バルブ７３，７４，７７，７９を閉じて、第１Ｎ２ガス供給源５４および第２Ｎ２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を経てＮ２ガスをチャンバー１内に供給して圧力を上昇させ、サセプタ２上のウエハＷの温度を安定させる。
チャンバー１内が所定圧力に到達した後、開閉バルブ１０２，１０３を閉じ、開閉バルブ１０４，９５ａ，９５ｂを開けて、成膜原料タンク９１内の圧力を上げてタングステン原料であるＷＣｌ５ガスを供給可能な状態とする。
この状態で、成膜原料ガスであるＷＣｌ５ガス、還元ガスであるＨ２ガス、パージガスであるＮ２ガスを以下に示すようなシーケンシャルな形態で供給し、タングステン膜を成膜する。
最初に、開閉バルブ７６および開閉バルブ７８を開けたまま、第１Ｎ２ガス供給源５４および第２Ｎ２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を経てＮ２ガスを供給し続け、さらに開閉バルブ７３を開くことにより、ＷＣｌ５ガス供給機構５１からＷＣｌ５ガス供給ライン６１を経てＷＣｌ５ガスをチャンバー１内の処理空間３７に供給する。このとき、ＷＣｌ５ガスは、バッファタンク８０に一旦貯留された後にチャンバー１内に供給される。これにより、ウエハＷ表面にＷＣｌ５ガスが吸着される。
次いで、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を介してのＮ２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７３を閉じてＷＣｌ５ガスを停止するとともに、開閉バルブ７７，７９を開けて、第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からもＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）を供給し、大流量のＮ２ガスにより、処理空間３７の余剰のＷＣｌ５ガス等をパージする。
次いで、開閉バルブ７７，７９を閉じて第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からのＮ２ガスを停止し、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を介してのＮ２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を開いてＨ２ガス供給源５２からＨ２ガス供給ライン６２を経て還元ガスとしてのＨ２ガスを処理空間３７に供給する。このとき、Ｈ２ガスは、バッファタンク８１に一旦貯留された後にチャンバー１内に供給される。これにより、ウエハＷ上に吸着したＷＣｌ５が還元される。
次いで、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を介してのＮ２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を閉じてＨ２ガス供給ライン６２からのＨ２ガスの供給を停止するとともに、開閉バルブ７７，７９を開けて、第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からもＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）を供給し、大流量のＮ２ガスにより、処理空間３７の余剰のＨ２ガスをパージする。
以上のステップを短時間で１サイクル行うことにより、薄いタングステン単位膜が形成され、これらのステップのサイクルを複数サイクル繰り返すことにより所望の膜厚のタングステン膜が得られる。
例えば、上述した図５のように、基板２３０上に初期タングステン膜２３３を成膜し、その上に塩素含有タングステン膜２３４を成膜してタングステン膜２３５を形成する場合には、以下の手順で行う。
図５（ａ）で示すように、基板２３０としてシリコン基体２３１上に下地膜としてＴｉＮ膜２３２が形成されたものを用い、その上に通常の条件で上述したような手順のＡＬＤ法により初期タングステン膜２３３を成膜する。この場合の条件は、以下の通りである。
圧力：１０～６０Ｔｏｒｒ（１３３３～７９９８Ｐａ）
温度：４００～６００℃
ＷＣｌ５ガス流量：０．５～４０ｓｃｃｍ
（キャリアガス流量：１００～５０００ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：１０００～１００００ｓｃｃｍ
（Ｈ２ガス分圧：３．７３～２１．３６Ｔｏｒｒ（４９７～２８４８Ｐａ））
連続供給Ｎ２ガス流量：１０～５０００ｓｃｃｍ
フラッシュパージＮ２ガス流量：５００～５０００ｓｃｃｍ
原料タンク温度：５０～２００℃
ただし、Ｈ２ガス分圧については、ＡＬＤ法での成膜の場合は、ＡＬＤ １ｃｙｃｌe全体でのＨ２ガス分圧を記載している。
次いで、図５（ｂ）に示すように、初期タングステン膜２３３の上に上述した手順のＡＬＤ法により応力調整用の塩素含有タングステン膜２３４を成膜する。この場合は、上記の通常の条件に対し、基板温度を低くすること、またはＨ２ガス流量を少なくすることにより、膜中の塩素濃度が増加するように調整する。具体的には、基板温度３８０℃以下またはＨ２ガス流量８００ｓｃｃｍ以下（Ｈ２ガス分圧３．０３Ｔｏｒｒ（４０４Ｐａ）以下）にして、膜中の塩素濃度を４ａｔ％以上とする。
このように、基板温度を低くすること、またはＨ２ガス流量を少なくする（Ｈ２ガス分圧を小さくする）ことにより、膜中の塩素濃度が増加し、膜の引張応力を低減することができる。特に、基板温度を３８０℃以下またはＨ２ガス流量を５００ｓｃｃｍ以下（Ｈ２ガス分圧を１．９５Ｔｏｒｒ（２５９Ｐａ）以下）にすることにより、膜の引張応力を５００ＭＰａ以下、または膜応力を圧縮応力とすることができる。
このように、塩素含有タングステン膜２３４を、通常の条件で成膜された引張応力を持つ初期タングステン膜２３３に積層した場合、塩素含有タングステン膜２３４が低い引張応力を持つことにより、タングステン膜２３５全体の応力を緩和することができる。また、塩素含有タングステン膜２３４が圧縮応力を持つ場合には、引張応力を有する初期タングステン膜２３３の応力を緩和または相殺することができる。
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
まず、図７に示すように、ベアシリコンからなる基体上に膜厚１ｎｍのＴｉＮ膜を形成した基板を準備し、図６の成膜装置で、ＴｉＮ膜の上に膜厚３ｎｍの初期タングステン膜を成膜した後、その上に種々の条件および膜厚で主タングステン膜を成膜してサンプルを作成し、膜応力を測定した。膜応力は、引張応力（Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｓｓ）が図８（ａ）に示す応力であり、圧縮応力（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｔｒｅｓｓ）が図８（ｂ）に示す応力である。先に示した初期タングステン膜の条件を用いて初期タングステン膜を成膜し、その上で、基板温度を３５０～４４０℃の間で変化させ、Ｈ２ガス流量を５００～５０００ｓｃｃｍの間で変化させ、膜厚１０～１３０ｎｍのタングステン膜を成膜した。Ｈ２ガス流量の５００～５０００ｓｃｃｍは、Ｈ２ガス分圧で換算すると、１．９５～１４．００Ｔｏｒｒ（２５９～１８６７Ｐａ）である。
図９は、基板温度を変化させた場合の膜厚と膜応力との関係を示す図である。図９に示すように、基板温度が４４０℃の場合、膜厚４０～９０ｎｍで、膜の応力は１７００～１９００ＭＰａと大きな引張応力であった。これに対して、基板温度が３８０℃以下の場合には、膜厚１０～１３０ｎｍで引張応力が５００ＭＰａ以下に緩和され、膜厚が厚くなると圧縮応力へ推移することが確認された。
図１０は、Ｈ２ガス流量（Ｈ２ガス分圧）を変化させた場合の膜厚と膜応力との関係を示す図である。図１０に示すように、Ｈ２ガス流量が９００～５０００ｓｃｃｍ（Ｈ２ガス分圧が３．３８～１４．００Ｔｏｒｒ（４５１～１８６７Ｐａ））の場合、膜厚４０～９０ｎｍで、膜の応力は１５００～２０００Ｐａと大きな引張応力であった。これに対して、Ｈ２ガス流量が８００ｓｃｃｍ（Ｈ２ガス分圧３．０３Ｔｏｒｒ（４０４Ｐａ））になると、１３００ＭＰａと引張応力の緩和が見られ、５００ｓｃｃｍ（１．９５Ｔｏｒｒ（２５９Ｐａ））では引張応力が５００ＭＰａ以下に緩和されることが確認された。
次に、膜応力が小さい基板温度３８０℃（ＬｏｗＴｅｍｐ）と、Ｈ２ガス流量５００ｓｃｃｍ（ＬｏｗＨ２）とについてさらに検討した。図１１は、ＬｏｗＴｅｍｐ、ＬｏｗＨ２、および、通常条件（Ｒｅｆ）でタングステン膜を成膜した場合の膜厚と膜応力との関係を示す図である。図１１に示すように、図９、図１０の結果と同様、Ｒｅｆでは１７００～１９００ＭＰａと大きい引張応力となるのに対し、ＬｏｗＴｅｍｐとＬｏｗＨ２は、５００ＭＰａ以下の引張応力、または膜厚が厚い領域ではわずかに圧縮応力となる。
ＬｏｗＴｅｍｐ、ＬｏｗＨ２、および、Ｒｅｆのタングステン膜について、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により膜の塩素（Ｃｌ）濃度を測定した。図１２（ａ）はＸＰＳスペクトルを示す図であり、図１２（ｂ）はＸＰＳスペクトルから求めた塩素濃度を示す図である。これらの図に示すように、膜応力が小さいＬｏｗＴｅｍｐおよびＬｏｗＨ２のタングステン膜は、Ｒｅｆのタングステン膜に比較して塩素濃度が高く、塩素濃度が４ａｔ％以上であることが確認された。すなわち、引張応力の低下は膜中の塩素濃度が高くなることに対応しており、塩素濃度が４ａｔ％以上でその傾向が顕著になることが確認された。
次に、ＬｏｗＴｅｍｐ、ＬｏｗＨ２、および、Ｒｅｆのタングステン膜について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を行った。その結果、（１１０）面付近の回折強度は図１３（ａ）のようになった。図１３（ｂ）はこれらの（１１０）面の回折ピークの角度を示すものであり、図１３（ｃ）はこれらの（１１０）面の回折ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）を示すものである。これらに示すように、膜応力が小さいＬｏｗＴｅｍｐとＬｏｗＨ２の回折ピークは、Ｒｅｆの回折ピークからシフトしており、また、ピークがブロードになり、ＦＷＨＭが悪化していることがわかる。このことから、ＬｏｗＴｅｍｐおよびＬｏｗＨ２のタングステン膜は、Ｃｌ濃度が高くなることにより結晶格子のサイズや配列が変化し、上述した図３および図４に示すモデルのメカニズムにより応力が変化したことが裏付けられた。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記実施形態では、塩化タングステンと還元ガスによりＡＬＤ法またはＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜する場合について示したが、タングステン膜の成膜手法はこれに限定されない。
また、上記実施形態では、基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板や、セラミック基板等の他の基板であってもよい。
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
５１；ＷＣｌ５ガス供給機構
５２；Ｈ２ガス供給源
６１；ＷＣｌ５ガス供給ライン
６２；Ｈ２ガス供給ライン
７３，７４，７６，７７，７８，７９，１０２，１０３；開閉バルブ
９１；成膜原料タンク
１００；成膜装置
２０１，２２２；タングステン膜
２１１；タングステン結晶の結晶格子
２１２；シリコン結晶の結晶格子
２１３；高塩素濃度タングステン膜
２２１；シリコンウエハ
２３１；シリコン基体
２３２；ＴｉＮ膜
２３３；初期タングステン膜
２３４；塩素含有タングステン膜
Ｗ；半導体ウエハ（基板）

Claims (19)

  1. タングステン膜を成膜する成膜方法であって、
    基板を準備する工程と、
    前記基板上にタングステン膜を成膜する工程と、
    を有し、
    前記タングステン膜の少なくとも一部として、膜中の塩素濃度により膜応力を調整した塩素含有タングステン膜を成膜する、成膜方法。
  2. 前記塩素含有タングステン膜は、塩素濃度が４ａｔ％以上である、請求項１に記載の成膜方法。
  3. 前記塩素含有タングステン膜は、５００ＭＰａ以下の引張応力、または圧縮応力を有する、請求項２に記載の成膜方法。
  4. 前記タングステン膜を成膜する工程は、前記基板の上に前記塩素含有タングステン膜よりも塩素濃度が低い初期タングステン膜を成膜し、その上に前記塩素含有タングステンを成膜する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の成膜方法。
  5. 前記初期タングステン膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上である、請求項４に記載の成膜方法。
  6. 前記基板は、基体と、前記基体上に形成されたＴｉＮ膜を有し、前記初期タングステン膜は前記ＴｉＮ膜上に形成される、請求項４または請求項５に記載の成膜方法。
  7. タングステン膜を成膜する成膜方法であって、
    基板を準備する工程と、
    前記基板上にタングステン膜を成膜する工程と、
    を有し、
    前記タングステン膜を成膜する工程は、原料ガスとしての塩化タングステンと、還元ガスとを用いて、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜し、
    前記タングステン膜の少なくとも一部として、膜中の塩素濃度により膜応力を調整した塩素含有タングステン膜を成膜する、成膜方法。
  8. 前記タングステン膜を成膜する工程は、ＡＬＤ法により行い、前記還元ガスとしてＨ２ガスを用いる、請求項７に記載の成膜方法。
  9. 前記塩素含有タングステン膜を成膜する際に、Ｈ２ガスの分圧を４０４Ｐａ以下とする、請求項８に記載の成膜方法。
  10. 前記塩素含有タングステン膜を成膜する際に、Ｈ２ガスの分圧を２５９Ｐａ以下または／および基板温度を３８０℃以下とする、請求項９に記載の成膜方法。
  11. 前記塩素含有タングステン膜は、塩素濃度が４ａｔ％以上であり、５００ＭＰａ以下の引張応力、または圧縮応力を有する、請求項１０に記載の成膜方法。
  12. 前記タングステン膜を形成する工程は、前記基板上に前記塩素含有タングステン膜より塩素濃度が低い初期タングステン膜を成膜し、前記初期タングステン膜の上に前記塩素有タングステン膜を成膜する、請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の成膜方法。
  13. 前記初期タングステン膜は、基板温度を４００℃以上とし、Ｈ２ガスの分圧を１８４～９１５ＰａとしてＡＬＤ法により成膜する、請求項１２に記載の成膜方法。
  14. 前記初期タングステン膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上である、請求項１３に記載の成膜方法。
  15. 前記基板は、基体と、前記基体の上に形成されたＴｉＮ膜とを有し、前記初期タングステン膜は、前記ＴｉＮ膜の上に形成される、請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の成膜方法。
  16. 基板上に成膜されたタングステン膜であって、
    少なくとも一部が、塩素濃度が４ａｔ％以上の塩素含有タングステン膜である、タングステン膜。
  17. 前記タングステン膜は、前記基板上に形成された、前記塩素含有タングステン膜よりも塩素濃度が低い初期タングステン膜を有し、前記塩素含有タングステン膜は、前記初期タングステン膜の上に形成されている、請求項１６に記載のタングステン膜。
  18. 前記初期タングステン膜の膜厚は、０．５ｎｍ以上である、請求項１７に記載のタングステン膜。
  19. 前記塩素含有タングステン膜は、５００ＭＰａ以下の引張応力、または圧縮応力を有する、請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載のタングステン膜。
JP2022006205A 2022-01-19 2022-01-19 成膜方法およびタングステン膜 Pending JP2023105411A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022006205A JP2023105411A (ja) 2022-01-19 2022-01-19 成膜方法およびタングステン膜
KR1020230002668A KR20230112056A (ko) 2022-01-19 2023-01-09 성막 방법 및 텅스텐막
US18/096,365 US20230227976A1 (en) 2022-01-19 2023-01-12 Film forming method and tungsten film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022006205A JP2023105411A (ja) 2022-01-19 2022-01-19 成膜方法およびタングステン膜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023105411A true JP2023105411A (ja) 2023-07-31

Family

ID=87162638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022006205A Pending JP2023105411A (ja) 2022-01-19 2022-01-19 成膜方法およびタングステン膜

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230227976A1 (ja)
JP (1) JP2023105411A (ja)
KR (1) KR20230112056A (ja)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11307480A (ja) 1998-04-10 1999-11-05 Applied Materials Inc 化学気相堆積法によるブランケットタングステン膜の応力を低減する方法
KR20150080058A (ko) 2013-12-30 2015-07-09 이태훈 차량용 블랙박스 동영상 공유 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230112056A (ko) 2023-07-26
US20230227976A1 (en) 2023-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6437324B2 (ja) タングステン膜の成膜方法および半導体装置の製造方法
JP6416679B2 (ja) タングステン膜の成膜方法
JP6877188B2 (ja) ガス供給装置、ガス供給方法及び成膜方法
JP2016098406A (ja) モリブデン膜の成膜方法
KR101912995B1 (ko) 금속막의 스트레스 저감 방법 및 금속막의 성막 방법
WO2016046909A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、半導体装置およびプログラム
KR102029538B1 (ko) 성막 장치 및 성막 방법
JP2014019912A (ja) タングステン膜の成膜方法
JP2013213274A (ja) タングステン膜の成膜方法
JPWO2015080058A1 (ja) タングステン膜の成膜方法
TW201921607A (zh) 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法、基板裝填方法及記錄媒體
JPWO2018021014A1 (ja) タングステン膜の成膜方法
JP5238688B2 (ja) Ｃｖｄ成膜装置
KR102388169B1 (ko) RuSi막의 형성 방법 및 성막 장치
JP7085824B2 (ja) 成膜方法
JP7382893B2 (ja) 原料供給装置及び成膜装置
JP7149788B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
JP2023105411A (ja) 成膜方法およびタングステン膜
US20230227969A1 (en) Stress reducing method
JPWO2019186636A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2019218593A (ja) 金属膜の形成方法及び成膜装置
JP2015185614A (ja) 基板処理方法、基板処理装置およびプログラム
JP6608026B2 (ja) タングステン膜の成膜方法および成膜装置
TW201907046A (zh) 成膜方法及成膜裝置
JP7329133B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム