JP2023117618A - 成膜方法及び成膜システム - Google Patents

Abstract

【課題】引張応力を有しタングステンを含有するアモルファス合金膜を形成する。【解決手段】成膜方法は、タングステンを含有する非晶質の合金膜を基板上に形成する工程と、その後、前記合金膜が結晶化しない温度で、前記基板を加熱する工程と、を含む。【選択図】図６

Description

本開示は、成膜方法及び成膜システムに関する。

特許文献１には、基板上にＷ（タングステン）含有膜前駆体を形成する工程と、Ｗ含有膜前駆体上に、絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を形成した後に熱処理を行い、Ｗ含有膜前駆体をＷ含有膜に改質する工程と、絶縁膜を除去する工程と、を備えたことを特徴とするＷ含有膜の製造方法が開示されている。

特開２０１０－２０６１２９号公報

本開示にかかる技術は、引張応力を有しタングステンを含有するアモルファス合金膜を形成する。

本開示の一態様は、タングステンを含有する非晶質の合金膜を基板上に形成する工程と、その後、前記合金膜が結晶化しない温度で、前記基板を加熱する工程と、を含む、成膜方法である。

本開示によれば、引張応力を有しタングステンを含有するアモルファス合金膜を形成することができる。

スパッタリングにより形成したタングステンシリサイド膜の膜応力と、スパッタリングガスとしてのＡｒガスの流量との関係を示す図である。 スパッタリングにより形成したタングステンシリサイド膜の電気抵抗率と、スパッタリングガスとしてのＡｒガスの流量との関係を示す図である。 本実施形態にかかる成膜システムとしてのウェハ処理システムの構成の概略を示す平面図である。 成膜装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ロードロック装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ウェハ処理システム１を用いた成膜処理の一例を説明するためのフローチャートである。 タングステンシリサイド膜の加熱による膜応力変化の評価のために行った試験の結果を示す図である。

半導体デバイス等の製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）等の基板に対して、エッチング処理に用いるハードマスク（ＨＭ）用に、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜を形成する場合がある。
ＷＳｉ膜は、シリコン（Ｓｉ）膜やチタニウムナイトライドに比べ、エッチング対象膜であるシリコンオキサイド（ＳｉＯ_２）膜に対する選択比が高く、膜厚を薄くすることが可能なため、微細加工に有利である。また、ＷＳｉ膜は、非晶質（アモルファス）にすることにより、ＨＭへ加工したときに、結晶や粒界に起因するラフネスを低減することができる。

ところで、ＨＭ用の膜は、ＷＳｉ膜に限らず、一般的に、内部応力が圧縮応力ではなく引張応力であることが求められる。圧縮応力の場合、ＨＭへ加工したときに、パターンに歪み（wiggling）が発生することがあるからである。

ＷＳｉ膜は、スパッタリングにより形成する場合、スパッタリングガス（working gas）の流量すなわち圧力を高くすることにより、ＷＳｉ膜の膜応力を引張応力にすることができる場合がある。具体的には以下の通りである。

図１は、スパッタリングにより形成したＷＳｉ膜の膜応力と、スパッタリングガスとしてのＡｒガスの流量との関係を示す図である。図１において、横軸はＡｒガスの流量を示し、縦軸は膜応力を示している。図２は、スパッタリングにより形成したＷＳｉ膜の電気抵抗率と、スパッタリングガスとしてのＡｒガスの流量との関係を示す図である。図１及び図２において、横軸はＡｒガスの流量を示している。また、図１において縦軸はＷＳｉ膜の膜応力を示しており、図２において縦軸はＷＳｉ膜の電気抵抗率を示している。なお、図１及び図２は、形成したＷＳｉ膜のＷ濃度が８０％のときの結果を示している。

図１に示すように、形成したＷＳｉ膜のＷ濃度が８０％の場合、膜形成時のＡｒガス流量が５０ｓｃｃｍ以下であると、ＷＳｉ膜の膜応力は圧縮応力であるが、１５０ｓｃｃｍであると、同膜応力は引張応力である。しかし、図２に示すように、膜形成時のＡｒガス流量が５０ｓｃｃｍ以下であるとＷＳｉ膜の電気抵抗率が低いが、１５０ｓｃｃｍであると同電気抵抗率が高い。ＷＳｉ膜の電気的抵抗率が高いことはＷＳｉ膜の密度が低いことを意味し、密度が低いと上述の選択比も低くなる。また、膜形成時のＡｒガス等のスパッタリングガスの流量が高いと、ＷＳｉ膜は非晶質にならない。
上述の点は、ＷＳｉ膜以外のタングステン（Ｗ）含有合金膜でも同様である。

そこで、本開示にかかる技術は、引張応力を有しＷを含有する非晶質の合金膜を形成する。

以下、本実施形態にかかる成膜方法及び成膜システムを、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜ウェハ処理システム＞
図３は、本実施形態にかかる成膜システムとしてのウェハ処理システム１の構成の概略を示す平面図である。

ウェハ処理システム１は、例えば、図示するように、複数のウェハＫを収容可能なキャリアＣが搬出入されるキャリアステーション１０と、減圧下でウェハＫに成膜処理を施す後述の成膜装置４０を複数備えた処理ステーション１１とを一体に接続した構成を有している。キャリアステーション１０と処理ステーション１１は、２つの加熱装置としてのロードロック装置１２、１３を介して、連結されている。

ロードロック装置１２、１３は、室内を大気圧状態と真空状態とに切り替えられるように構成されたロードロック室１２ａ、１３ａを形成する筐体を有する。ロードロック装置１２、１３は、後述する大気圧搬送装置２０と真空搬送装置３０を連結するように設けられている。本実施形態において、ロードロック装置１２、１３は、ウェハＫを加熱する加熱装置としても機能する。ロードロック装置１３も同様である。ロードロック装置１２の構成の詳細については後述する。

キャリアステーション１０は、大気圧搬送装置２０とキャリア載置台２１を有している。なお、キャリアステーション１０には、さらにウェハＫの向きを調節するアライナ（図示せず）が設けられていてもよい。

大気圧搬送装置２０は、室内が大気圧下とされる大気搬送室２２を形成する筐体を有する。大気搬送室２２は、ロードロック装置１２、１３のロードロック室１２ａ、１３ａとゲートバルブＧ１、Ｇ２を介して接続されている。大気搬送室２２内には、大気圧下でロードロック室１２ａ、１３ａとの間でウェハＫを搬送する搬送機構２３が設けられている。

搬送機構２３は、ウェハＫを保持する２つの搬送アーム２３ａ、２３ｂを有している。搬送アーム２３ａ、２３ｂはそれぞれ多関節アームから構成される。搬送機構２３は、搬送アーム２３ａ、２３ｂのいずれかによってウェハＫを保持しながら搬送する構成となっている。

キャリア載置台２１は、大気圧搬送装置２０において、ロードロック装置１２、１３の反対側の側面に設けられている。図示の例では、キャリア載置台２１には、キャリアＣを複数、例えば３つ載置できるようになっている。キャリア載置台２１に載置されたキャリアＣ内のウェハＫは、大気圧搬送装置２０の搬送機構２３の搬送アーム２３ａ、２３ｂにより大気搬送室２２に対して搬入出される。

処理ステーション１１は、真空搬送装置３０と複数の成膜装置４０を有している。

真空搬送装置３０は、室内が減圧状態（真空状態）に保たれる真空搬送室３１を形成する筐体を有し、該筐体は、密閉可能に構成されており、例えば平面視において略多角形状（図示の例では六角形状）をなすように形成されている。真空搬送室３１は、ロードロック装置１２、１３のロードロック室１２ａ、１３ａとゲートバルブＧ３、Ｇ４を介して接続されている。真空搬送室３１内には、各成膜装置４０の後述の真空処理室４１との間でウェハＫを搬送する搬送機構３２が設けられている。

搬送機構３２は、ウェハＫを保持する２つの搬送アーム３２ａ、３２ｂと、搬送アーム３２ａ、３２ｂそれぞれの根元部分を軸支する基台３２ｃと、を有している。搬送機構３２は、搬送アーム３２ａ、３２ｂのいずれかによってウェハＫを保持しながら搬送する構成となっている。

真空搬送装置３０の真空搬送室３１を形成する筐体の外側には、複数の成膜装置４０、ロードロック装置１２、１３が、上記筐体の周囲を囲むように配置されている。複数の成膜装置４０、ロードロック装置１２、１３は、上記筐体の側面部に対してそれぞれ対向するように、配置されている。

成膜装置４０は、減圧下でウェハＫに成膜処理を施す。本実施形態において、成膜装置４０はそれぞれ、ウェハＫ上に非晶質のＷＳｉ膜を形成する。また、成膜装置４０はそれぞれ、減圧下の室内でウェハＫに対して上記所定の処理が行われる真空処理室４１を形成する筐体を有する。真空処理室４１はそれぞれ、真空搬送装置３０の真空搬送室３１と仕切弁としてのゲートバルブＧ５を介して接続されている。

以上のウェハ処理システム１には、制御装置５０が設けられている。制御装置５０は、例えばＣＰＵ等のプロセッサやメモリを備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理システム１におけるウェハ処理を制御するプログラムが格納されている。これらのプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置５０にインストールされたものであってもよい。

＜成膜装置４０＞
図４は、成膜装置４０の構成の概略を示す縦断面図である。

成膜装置４０は、図示するように、処理容器としての筐体１００を備える。筐体１００は、内部が減圧可能に構成され、ウェハＫを収容するものであり、例えばアルミニウムから形成され、接地電位に接続されている。筐体１００の底部には、当該筐体１００内の空間を減圧するための排気装置６０が接続されている。排気装置６０は、真空ポンプ（図示せず）等を有しており、例えば、ＡＰＣバルブ１０１を介して筐体１００に接続される。

また、筐体１００の一方側（図のＸ方向正側）の側壁には、ウェハＫの搬出入口１０２が形成されており、この搬出入口１０２には当該搬出入口１０２を開閉するためのゲートバルブＧ５が設けられている。

筐体１００内には、基板支持部としての載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、当該載置台１１０に載置されたウェハＫを支持する。載置台１１０は、静電チャック１１１、ベース部１１２を有する。

静電チャック１１１は、例えば、誘電体膜と、当該誘電体膜の内層として設けられた電極と、を有し、ベース部１１２上に設けられている。静電チャック１１１の電極には、直流電源（図示せず）が接続されている。静電チャック１１１上に載置されたウェハＫは、直流電源からの直流電圧を電極に印加することにより生じる静電吸着力によって、静電チャック１１１に吸着保持される。

ベース部１１２は、例えば、アルミニウムを用いて円板状に形成されている。
載置台１１０は、ウェハＫの加熱または冷却の少なくともいずれか一方を行う温度調節機構を有していてもよい。温度調節機構は、例えば抵抗加熱式のヒータや、冷却媒体の流路である。また、温度調節機構は、静電チャック１１１に設けてもよいし、ベース部１１２に設けてもよい。

さらに、載置台１１０は、回転・移動機構１１３に接続されている。回転・移動機構１１３は、例えば支軸１１４及び駆動部１１５を有する。
支軸１１４は、筐体１００の底壁を貫通するように、上下方向に延在する。この支軸１１４と筐体１００の底壁との間には、封止部材ＳＬ１が設けられている。封止部材ＳＬ１は、支軸１１４が回転及び上下動可能であるように、筐体１００の底壁と支軸１１４との間の空間を封止する部材であり、例えば、磁性流体シールである。支軸１１４の上端は、載置台１１０の下面中央に接続されており、下端は駆動部１１５に接続されている。
駆動部１１５は、例えばモータ等の駆動源を有し、支軸１１４を回転及び上下動させるための駆動力を発生する。支軸１１４がその軸線ＡＸを中心に回転することに伴って、載置台１１０が上記軸線ＡＸを中心に回転し、支軸１１４が上下動することに伴って、載置台１１０が上下動する。

載置台１１０の上方には、金属材料のターゲット１２０を保持する、導電性材料で形成されたホルダ（カソード）１２１が複数設けられている。本実施形態においてホルダ１２１の数は２つである。

ホルダ１２１は、筐体１００内にターゲット１２０が位置するよう当該ターゲット１２０を保持する。このホルダ１２１は、筐体１００の天井部に取り付けられている。筐体１００における各ホルダ１２１の取り付け位置には、貫通口が形成されている。また、上記貫通口を囲うように筐体１００の内壁面に絶縁部材１０３が設けられている。各ホルダ１２１は、上記貫通口を塞ぐように、絶縁部材１０３を介して筐体１００に取り付けられている。

ホルダ１２１は、ターゲット１２０が載置台１１０に向くように、当該ターゲット１２０を正面に保持する。
一実施形態において、各ターゲット１２０は、ＷとＳｉの両方を含有する。この実施形態の場合、各ターゲット１２０は、ウェハＫ上に形成される膜がアモルファスのＷＳｉ膜となるように、タングステン濃度及びシリコン濃度が調整されている。また、この実施形態の場合、成膜の際、２つのターゲット１２０のうち両方が用いられてもよいし、いずれか一方のみが用いられてもよい。

各ホルダ１２１には、電源１２２が接続され、当該電源１２２から、負の直流電圧が印加される。負の直流電圧に代えて、交流電圧が印加されるようにしてもよい。

さらに、各ホルダ１２１の背面側であって、筐体１００の外側となる位置にマグネットユニット１２３が設けられている。マグネットユニット１２３は、対応するホルダ１２１に保持されたターゲット１２０の正面側に漏洩する磁場を形成する。

マグネットユニット１２３は、移動機構１２４に接続されている。移動機構１２４は、マグネットユニット１２３を対応するホルダ１２１の背面に沿って所定の方向（図４のＹ方向）に揺動させる。なお、移動機構１２４は、マグネットユニット１２３を揺動させるための駆動力を発生する駆動源（例えばモータ等）を含む駆動部（図示せず）を有する。

さらに、成膜装置４０は、筐体１００内にガスを供給するガス供給部１３０を備えている。ガス供給部１３０は、スパッタリングガスである、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス等の不活性ガスを筐体１００内に供給する。

ガス供給部１３０は、例えば、ガスソース１３１、マスフローコントローラ等の流量制御器１３２及びガス導入部１３３を有する。ガスソース１３１はスパッタリングガスを貯留している。ガスソース１３１はそれぞれ、流量制御器１３２を介してガス導入部１３３に接続されている。ガス導入部１３３は、ガスソース１３１からのガスを筐体１００内に導入する部材である。

なお、排気装置６０、回転・移動機構１１３、電源１２２、移動機構１２４、ガス供給部１３０は、制御装置５０に制御される。

＜ロードロック装置１２＞
続いて、ロードロック装置１２について図５を用いて説明する。図５は、ロードロック装置１２の構成の概略を示す縦断面図である。なお、ロードロック装置１３の構成は、ロードロック装置１２の構成と同様であるため、その説明を省略する。

ロードロック装置１２は、図示するように、処理容器としての筐体２００を備える。筐体２００は、内部が減圧可能に構成され、ウェハＫを収容するものであり、例えばアルミニウムから形成されている。
筐体２００の互いに対向する側壁にはそれぞれ搬入出口２０１ａ、２０１ｂが形成されており、搬入出口２０１ａ、２０１ｂにはそれぞれゲートバルブＧ１、Ｇ３が設けられている。

筐体２００の底部には、当該筐体２００の内の空間を減圧するための排気口２０２が形成されている。排気口２０２には、真空ポンプ（図示せず）等を有する排気装置７０が接続されている。
さらに、筐体２００の底壁には、当該筐体２００内を大気圧雰囲気に戻すための給気口２０３が形成されている。給気口２０３には、例えばＮ_２ガス等の不活性ガスを供給するガス供給機構２１０が接続されている。

また、筐体２００内には、ウェハＫを支持する支持部として、棒状の支持ピン２２０が複数本設けられている。各支持ピン２２０は、筐体２００の底部から上方に延び出すように設けられている。

さらに、筐体２００の上部には、開口２０４が形成されており、この開口２０４を塞ぐように光学窓２０５が設けられている。光学窓２０５は、後述の光照射ユニットからの光を透過する材料から形成されている。

筐体２００の外側にあたる、光学窓２０５の上方には、支持ピン２２０に支持されたウェハＫを光により加熱する加熱部２３０が設けられている。加熱部２３０は、光学窓２０５を介して支持ピン２２０と対向するように配置される。

加熱部２３０は光照射ユニットＵを有する。光照射ユニットＵは、支持ピン２２０に支持されたウェハＫを、光を照射することにより加熱する。光照射ユニットＵは、平面視において、ウェハＫに対応した形状を有し、例えば、平面視円状に形成されている。
この光照射ユニットＵは、発光素子として、例えば、ウェハＫを指向するＬＥＤ２３１を複数有する。

各ＬＥＤ２３１は、ウェハＫに向けて光を照射する。各ＬＥＤ２３１は、ウェハＫを加熱することが可能な光、例えば近赤外光や紫外光を出射する。ＬＥＤ２３１から出射された光（以下、「ＬＥＤ光」と省略することがある。）は、光学窓２０５を通過し、光学窓２０５を通過した光は、支持ピン２２０に支持されたウェハＫに入射する。
光照射ユニットＵは、当該光照射ユニットＵ全体で、支持ピン２２０に支持されたウェハＫの全面にＬＥＤ光を照射可能に構成されている。

また、ロードロック装置１２は、支持ピン２２０に支持されたウェハＫの温度を測定する温度センサ（図示せず）を有している。

なお、排気装置７０、ガス供給機構２１０、加熱部２３０は、制御装置５０に制御される。特に加熱部２３０は、温度センサにより測定されるウェハＫの温度が設定温度になるように、制御装置５０に制御される。

＜成膜処理＞
次に、ウェハ処理システム１を用いた成膜処理の一例について図６を用いて説明する。図６は、上記成膜処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は制御装置５０の制御の下で行われる。

（ステップＳ１：成膜装置４０へ搬入）
まず、成膜装置４０へウェハＫが搬入される。

具体的には、搬送機構２３の搬送アーム２３ａが、キャリアＣ内に挿入され、１枚のウェハＫを保持する。なお、ウェハＫは、本成膜処理で形成されるＷＳｉ膜によるハードマスクのマスク対象のエッチング層として、酸化膜（例えばＳｉＯ_２膜）を表面に有している。
次いで、搬送アーム２３ａが、キャリアＣから抜き出されると共に、ゲートバルブＧ１が開状態とされ、その後、搬送アーム２３ａが大気圧搬送装置２０からロードロック装置１２の筐体２００内に挿入され、搬送アーム２３ａから支持ピン２２０にウェハＫが受け渡される。

続いて、搬送アーム２３ａがロードロック装置１２の筐体２００から抜き出され、また、ゲートバルブＧ１が閉状態とされてロードロック装置１２の筐体２００内が密閉され、減圧される。

ロードロック装置１２からのウェハＫの搬出タイミングとなると、ゲートバルブＧ３が開状態とされ、ロードロック装置１２内と真空搬送装置３０内とが連通される。そして、搬送機構３２の搬送アーム３２ａが、ロードロック装置１２の筐体２００内に挿入され、支持ピン２２０からウェハＫを受け取り、保持する。次いで、搬送アーム３２ａが、ロードロック装置１２の筐体２００から抜き出され、これにより、ウェハＫがロードロック装置１２から真空搬送室３１内に搬送される。

次に、ゲートバルブＧ３が閉状態とされた後、所望の成膜装置４０に対するゲートバルブＧ５が開状態とされる。続いて、減圧された所望の成膜装置４０の筐体１００内に、ウェハＫを保持した搬送アーム３２ａが挿入され、ウェハＫが載置台１１０の上方に搬送される。次いで、上昇した支持ピン（図示せず）の上にウェハＫが受け渡され、その後、搬送アーム３２ａは筐体１００から抜き出され、ゲートバルブＧ５が閉じられる。それと共に、上記支持ピンの下降が行われ、ウェハＫが、載置台１１０上に載置され、静電チャック１１１の静電吸着力により吸着保持される。

（ステップＳ２：成膜）
搬入後、成膜装置４０により、非晶質のＷＳｉ膜がウェハＫ上に形成される。

本工程では、例えばスパッタリングにより、非晶質のＷＳｉ膜がウェハＫの表面上に形成される。
具体的には、ガス供給部１３０から筐体１００内に、スパッタリングガスとして例えばＡｒガスが供給される。また、電源１２２から各ホルダ１２１に電力が供給されることにより、各ターゲット１２０に電力が供給され、また、載置台１１０が回転されると共にマグネットユニット１２３が揺動される。上記電力により、筐体１００内のＡｒガスが電離し、電離によって生じた電子が、マグネットユニット１２３がターゲット１２０の正面に形成した磁場（すなわち漏洩磁場）によってドリフト運動し、高密度なプラズマを発生させる。このプラズマ中に生じたＡｒイオンによって、ターゲット１２０の表面がスパッタリングされ、スパッタ粒子がウェハＫ上に堆積され、非晶質のＷＳｉ膜が形成される。電源１２２からの電力供給を開始してから所定の時間Ｔが経過すると、電源１２２からの電力供給、ガス供給部１３０からのガスの供給、載置台１１０の回転及びマグネットユニット１２３の揺動も停止される。

本工程で形成されるＷＳｉ膜のＷ含有度は、１０％～８０％である。Ｗ含有度を８０％以下にすることにより、ＷＳｉ膜をアモルファスにすることができ、１０％以上とすることにより、マスク対象の酸化膜に対するＷＳｉ膜の選択比を十分高くすることができる。

また、本工程においてガス供給部１３０からスパッタリングガスを供給する時の筐体１００内の圧力すなわちスパッタリングガスの圧力は、１ｍＴｏｒｒ～１０ｍＴｏｒｒとされる。具体的には、筐体１００内の圧力が１ｍＴｏｒｒ～１０ｍＴｏｒｒとなるように、スパッタリングガスの流量は調整される。筐体１００内の圧力を１ｍＴｏｒｒ以下にすることにより、ＷＳｉ膜をアモルファスにすることができ、且つ、ＷＳｉ膜の選択比を十分高くすることができる。また、筐体１００内の圧力を１ｍＴｏｒｒ以上とすることにより、高い生産性を維持することができる。

さらに、本実施形態では、本工程において、ウェハＫの加熱や冷却は行われず、ウェハＫは室温とされる。

上述のような処理条件で形成されたアモルファスのＷＳｉ膜内の応力すなわち当該ＷＳｉ膜の膜応力は圧縮応力となる。
また、本ステップＳ２で形成するＷＳｉ膜の厚さは例えば１０～５００ｎｍである。

（ステップＳ３：ロードロック装置１２へ搬送）
次いで、加熱装置であるロードロック装置１２へウェハＫが搬送される。

具体的には、ステップＳ１におけるロードロック装置１２から成膜装置４０への搬送と逆動作で、ウェハＫが成膜装置４０からロードロック装置１２へ搬送され、支持ピン２２０に受け渡される。

（ステップＳ４：加熱）
その後、ロードロック装置１２により、アモルファスのＷＳｉ膜が結晶化しない温度で、ウェハＫが加熱され、アモルファスのＷＳｉ膜内の応力が圧縮応力から引張応力にされ。

具体的には、加熱部２３０の光照射ユニットＵの全ＬＥＤ２３１が点灯され、ＬＥＤ光により、支持ピン２２０上のウェハＫが加熱される。加熱開始から所定の加熱処理時間（例えば１０分～３０分）が経過すると、全ＬＥＤ２３１が消灯され、ＬＥＤ光によるウェハＫの加熱が終了される。

この加熱中、温度センサ（図示せず）に測定されるウェハＫの温度が予め定められた設定温度になるよう光照射ユニットＵは制御される。上記設定温度が高すぎるとＷＳｉ膜が結晶化してしまう。また、上記設定温度が低すぎるとアモルファスのＷＳｉ膜の膜応力がウェハＫの加熱を行っても圧縮応力から引張応力へ変化しない。そのため、上記設定温度は、例えば、事前に行った試験に基づき、当該設定温度での加熱により、アモルファスのＷＳｉ膜が結晶化せず且つアモルファスのＷＳｉ膜の膜応力がウェハＫの加熱により圧縮応力から引張応力へ変化するよう設定される。

また、本発明者らが鋭意試験を重ねたところによれば、アモルファスのＷＳｉ膜が結晶化しない温度及びアモルファスのＷＳｉ膜の膜応力がウェハＫの加熱により圧縮応力から引張応力へ変化する温度は、ＷＳｉ膜のＷ濃度によって異なる。したがって、本加熱工程におけるウェハＫの設定温度は、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜のＷ濃度に応じて予め設定される。

本ステップＳ４におけるウェハＫの設定温度は、ステップＳ２の成膜時のウェハＫの温度より高くしてもよい。
なお、アモルファスのＷＳｉ膜の膜応力が圧縮応力から引張応力へ変化するのであれば、加熱処理時間は、以上で例示した時間より短くてもよい。

（ステップＳ５：搬出）
そして、加熱後のウェハＫがウェハ処理システム１外に搬出される。

具体的には、ステップＳ１におけるキャリアＣからロードロック装置１２への搬送と逆動作で、ウェハＫがキャリアＣに戻される。
これで一連の成膜処理が完了する。

＜評価試験＞
以下、ＷＳｉ膜の加熱による膜応力変化の評価のために行った試験について説明する。この評価試験では、複数のウェハＫについて上述の成膜処理行った。また、この評価試験では、ウェハＫ毎に、アモルファスのＷＳｉ膜のＷ濃度またはステップＳ４の加熱工程でのウェハＫの設定温度のいずれか一方を異ならせた。さらに、各ウェハＫについて、ステップＳ２で形成するアモルファスのＷＳｉ膜の厚さを３５０ｎｍとし、ステップＳ４の加熱工程での加熱処理時間を３０分とした。そして、この評価試験ではステップＳ４の加熱工程前と後にＷＳｉ膜の応力を測定した。図７は、この評価試験の結果を示す図である。図７において、横軸は、ステップＳ４の加熱工程でのウェハＫの設定温度を示し、縦軸は、膜応力を示している。また、図７において、ステップＳ４の加熱工程でのウェハＫの設定温度が室温（約２５℃）のときのデータとは、ステップＳ４の加熱工程前のデータを意味する。

図示するように、ステップＳ４の加熱工程前において、アモルファスのＷＳｉ膜の膜応力は、Ｗ濃度によらず圧縮応力であった。そして、Ｗ濃度が６０％～８０％の範囲では、ウェハＫを加熱することにより、アモルファスのＷＳｉ膜の膜応力が圧縮応力から引張応力へ変化していた。ただし、圧縮応力から引張応力へ変化する温度は、ＷＳｉ膜のＷ濃度によって異なっていた。具体的には、Ｗ濃度が高いほど、圧縮応力から引張応力へ変化する温度は高くなっていた。

また、図示は省略するが、Ｗ濃度が６０％～８０％の範囲では、ステップＳ４の加熱工程での設定温度が５００℃以下であれば、アモルファスのＷＳｉ膜が結晶化していなかった。さらに、ステップＳ４の加熱工程での加熱によりアモルファスのＷＳｉ膜が結晶化しない温度も、当該ＷｉＳ膜のＷ濃度によって異なっていた。具体的には、Ｗ濃度が高いほど、上記結晶化しない温度は高くなっていた。

ここで、ステップＳ４の加熱工程でのウェハＫの加熱により、アモルファスのＷＳｉ膜の膜応力が圧縮応力から引張応力へ変化する理由について説明する。
ステップＳ４の加熱工程でのウェハＫの加熱により、ウェハＫとアモルファスのＷＳｉ膜との両方が熱膨張する。ただし、アモルファスのＷＳｉ膜中のＷの方がウェハＫ中のＳｉより熱膨張率が大きいため、加熱温度が十分高ければ、アモルファスのＷＳｉ膜の膜応力が引張応力に変化する。加熱が終了されると、ウェハＫとアモルファスのＷＳｉ膜の両方の温度が低下していき、ウェハＫとアモルファスのＷＳｉ膜との両方が熱収縮していく。このとき、アモルファスのＷＳｉ膜中のＷの方がウェハＫのＳｉに比べて熱収縮率が高いが、アモルファスのＷＳｉ膜に粘性があるため、アモルファスのＷＳｉ膜が例えば室温まで冷却されても、その膜応力は引張応力のままとなる。これが理由と考えられる。

＜本実施形態の主な効果＞
以上のように、本実施形態にかかる成膜方法は、非晶質のＷＳｉ膜をウェハＫ上に形成するステップＳ２の成膜工程と、その後、非晶質のＷＳｉ膜が結晶化しない温度で、ウェハＫを加熱するステップＳ４の加熱工程と、を含む。上記加熱工程により、ウェハＫ上の非晶質のＷＳｉ膜の膜応力を引張応力にすることができる。したがって、本実施形態によれば、引張応力を有する非晶質のＷＳｉ膜を形成することができる。

また、本実施形態では、ステップＳ２の成膜工程時の筐体１００内の圧力は、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜が非晶質となる圧力（具体的には１ｍＴｏｒｒ以下）である。この圧力は、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜が高密度となる圧力である。言い換えると、本実施形態によれば、高密度で選択比の高いＷＳｉ膜を形成することができる。
なお、ステップＳ４の加熱工程での加熱により、ＷＳｉ膜の密度すなわち緻密性が損なわれることはない。

さらに、本実施形態では、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜のＷ濃度に応じてステップＳ４の加熱工程でのウェハＫの設定温度を設定することにより、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜のＷ濃度によらず、引張応力を有する非晶質のＷＳｉ膜を形成することができる。

＜変形例＞
以上の例では、ターゲット１２０の両方がＷとＳｉの両方を含有していたが、アモルファスのＷＳｉ膜を形成可能であれば、ターゲット１２０の一方がＷのみ含有し、他方がＳｉのみ含有してもよい。

また、以上の例では、成膜装置４０とロードロック装置１２、１３として構成された加熱装置とが真空搬送装置３０を介して一体となっていた。しかし、本開示の技術は、成膜装置４０と加熱装置とが別体となっていてもよい。別体の場合、成膜装置４０で成膜処理が施されたウェハＫは、大気圧下で搬送され、加熱装置に搬入されてもよい。

また、以上の例では、ステップＳ４の加熱工程におけるウェハＫの設定温度が、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜のＷ濃度に応じて予め設定されていた。これに代えて、ステップＳ４の加熱工程におけるウェハＫの設定温度を、ステップＳ２で形成されるＷＳｉ膜のＷ濃度によらず加熱によりアモルファスのＷＳｉ膜を結晶化させることなくアモルファスのＷＳｉ膜の膜応力を圧縮応力から引張応力へ変化させることができる温度（例えば４００℃）としてもよい。

さらに、以上の例では、加熱用の光源としてＬＥＤを用いていたが、ＬＥＤ以外の光源を加熱に用いてもよい。また、ウェハＫの加熱方式は、光による方式に限られない。例えば、ウェハＫが載置されるステージを加熱することによりウェハＫを加熱するようにしてもよい。

以上の例では、ＷＳｉ膜をスパッタリングにより形成していたが、ＷＳｉ膜の形成に他の成膜手法（例えばＣＶＤ法等）を用いてもよい。

また、以上の例では、ＷＳｉ膜を形成したが、本開示の技術は、Ｗを含有する合金膜であれば、ＷＳｉ膜以外にも適用することができる。例えば、本開示の技術は、窒化タングステンシリサイド（ＷＳｉＮ）膜、硼化タングステンシリサイド（ＷＳｉＢ）膜、タングステンカーバイド（ＷＣ）膜、窒化タングステンカーバイド（ＷＣＮ）膜、硼化タングステンカーバイド（ＷＣＢ）膜等にも適用することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で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、添付の請求の範囲及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。

１ ウェハ処理システム
１２ ロードロック装置
１３ ロードロック装置
４０ 成膜装置
５０ 制御装置
Ｋ ウェハ

Claims (14)

1. タングステンを含有する非晶質の合金膜を基板上に形成する工程と、
   その後、前記合金膜が結晶化しない温度で、前記基板を加熱する工程と、を含む、成膜方法。
2. 前記形成する工程は、スパッタリングにより前記合金膜を形成する、請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記形成する工程において、前記基板を収容する処理容器内の圧力は１ｍＴｏｒｒ～１０ｍＴｏｒｒである、請求項２に記載の成膜方法。
4. 前記形成する工程は、タングステン濃度が１０％～８０％の前記合金膜を形成する、請求項３に記載の成膜方法。
5. 前記結晶化しない温度は、前記形成する工程で形成される前記合金膜のタングステン濃度に応じて予め設定される、請求項１～４のいずれか１項に記載の成膜方法。
6. 前記形成する工程は、膜内に圧縮応力を有する前記合金膜を形成し、
   前記加熱する工程は、加熱により、前記合金膜内の応力を圧縮応力から引張応力にする、請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜方法。
7. 前記加熱する工程における加熱温度は、前記形成する工程における基板の温度より高い、請求項６に記載の成膜方法。
8. 成膜装置と、
   加熱装置と、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記成膜装置により、タングステンを含有する非晶質の合金膜を基板上に形成する工程と、
   その後、前記加熱装置により、前記合金膜が結晶化しない温度で、前記基板を加熱する工程と、を実行するよう、制御を行う、成膜システム。
9. 前記形成する工程は、前記成膜装置によるスパッタリングにより前記合金膜を形成する、請求項８に記載の成膜システム。
10. 前記成膜装置は、前記基板を収容する処理容器を有し、
    前記形成する工程において、前記処理容器内の圧力は１ｍＴｏｒｒ～１０ｍＴｏｒｒである、請求項９に記載の成膜システム。
11. 前記形成する工程は、前記成膜装置により、タングステン濃度が１０％～８０％の前記合金膜を形成する、請求項１０に記載の成膜システム。
12. 前記結晶化しない温度は、前記形成する工程で形成される前記合金膜のタングステン濃度に応じて予め設定される、請求項８～１１のいずれか１項に記載の成膜システム。
13. 前記形成する工程は、膜内に圧縮応力を有する前記合金膜を形成し、
    前記加熱する工程は、加熱により、前記合金膜内の応力を圧縮応力から引張応力にする、請求項８～１２のいずれか１項に記載の成膜システム。
14. 前記加熱する工程における加熱温度は、前記形成する工程における基板の温度より高い、請求項１３に記載の成膜システム。
    

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