JP4741769B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。特に、大容量のキャパシタを有する半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の微細化に伴い、より小型で且つ大容量のキャパシタ（コンデンサ）が求められている。このような要求に応じて、容量絶縁膜の材質は、ＳｉＯ２からＴａ２Ｏ５へと変化している。また、キャパシタの構造は、ＭＩＳ（金属膜／絶縁膜／シリコン）からＭＩＭ（金属膜／絶縁膜／金属膜）へと変化している。
ＭＩＭ構造のキャパシタを製造する際、次のことが要求される。まず、下部電極となる金属膜のカバレッジ（被覆性）が良い。そして、下部電極形成後に、酸化雰囲気中で行われる容量絶縁膜形成工程や結晶化工程において、下部電極が酸化されたりはがれたりしない。
これらの要求を満たす下部電極の材質として窒化タングステンがある。
窒化タングステンは、タングステンや窒化チタンに比べ、酸化されにくい。
窒化タングステンの下部電極を形成する方法として、例えば以下に示す５つの方法がある。
（１）ＷＦ６ガスとＮＨ３ガスとを用いた熱ＣＶＤ法（２）ＷＦ６ガスとＮＨ３ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法（特開昭６４−５０１号公報）
（３）ＷＦ６ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法（特開昭６４−５０１号公報）
（４）ＷＦ６ガスとＮＦ３ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法（Ｓｕｚｕｋｉｅｔ．ａｌ”ＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｔｔａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＵＬＳＩＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ１９９７”Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．，１９９８，４９）
（５）有機タングステンソースを用いた熱ＣＶＤ法（Ｓｕｎｅｔ．ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｆ１３ｔｈＶＭＩＣ，１５１，１９９６）
窒化タングステンは、タングステンや窒化チタンに比べ、酸化されにくい。
窒化タングステンの下部電極を形成する方法として、例えば以下に示す５つの方法がある。
（１）ＷＦ６ガスとＮＨ３ガスとを用いた熱ＣＶＤ法（２）ＷＦ６ガスとＮＨ３ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法（特開昭６４−５０１号公報）
（３）ＷＦ６ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法（特開昭６４−５０１号公報）
（４）ＷＦ６ガスとＮＦ３ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法（Ｓｕｚｕｋｉｅｔ．ａｌ”ＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｔｔａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＵＬＳＩＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ１９９７”Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．，１９９８，４９）
（５）有機タングステンソースを用いた熱ＣＶＤ法（Ｓｕｎｅｔ．ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｆ１３ｔｈＶＭＩＣ，１５１，１９９６）
上記（２）〜（５）の方法では、（１）の方法に比べ、形成される窒化タングステン膜のカバレッジが悪く、製造コストがかかる。
（１）の方法では、形成される窒化タングステン膜の表面が平滑であるため、電極の対向面積は小さい。よって、（１）の方法では、キャパシタの大容量化を実現することは困難である。
（１）の方法では、形成される窒化タングステン膜の表面が平滑であるため、電極の対向面積は小さい。よって、（１）の方法では、キャパシタの大容量化を実現することは困難である。
本発明は、大容量のキャパシタを形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、凹凸形状を有する金属膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目標とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点にかかる半導体装置の製造方法は、窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ ６ とＮＨ ３ を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、を備え、前記抑制物質はＷＦ ６ である、ことを特徴とする。
この発明によれば、基板（金属膜又は金属化合物が成長するための土台となる基体、層間絶縁膜等を含む）上に金属膜又は金属化合物膜を形成する前に、前処理を施すことによって、金属膜の表面に凹凸を形成することができる。そして、このような金属膜を電極として使用することによって、大容量のキャパシタを製造することが可能となる。
本発明の第２の観点にかかる半導体装置の製造方法は、窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ
６
とＮＨ
３
を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、を備え、前記抑制物質はＣｌＦ
３
である、ことを特徴とする。
本発明の第３の観点にかかる半導体装置の製造方法は、窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ
６
とＮＨ
３
を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、を備え、前記抑制物質はＣ
２
Ｈ
５
ＯＨである、ことを特徴とする。
本発明の第４の観点にかかる半導体装置の製造方法は、窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ ６ とＮＨ ３ を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、を備え、前記抑制物質はＨＭＤＳ（（ＣＨ ３ ） ３ ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ ３ ） ３ ）である、ことを特徴とする。
本発明の第１の観点にかかる半導体装置の製造方法において、前記前処理工程では前記抑制物質に加えて不活性ガスを供給してもよい。
本発明の第３の観点に係る半導体装置の製造方法において、前記前処理工程は、Ｃ ２ Ｈ ５ ＯＨを前記層間絶縁膜の表面に塗布して乾燥させる工程を備えてもよい。
本発明の第４の観点に係る半導体装置の製造方法において、前記前処理工程は、ＨＭＤＳの蒸気に、前記層間絶縁膜の表面を暴露する工程を備えてもよい。
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記原料ガスは不活性ガスを含んでもよい。
前記成膜工程は、前処理の実行時間を制御することによって、前記成膜工程で形成される窒化タングステン膜の凹凸形状を制御してもよい。
前記前処理工程は、前記層間絶縁膜の実質的に平滑な表面に前記抑制物質を供給する工程であり、前記成膜工程は、凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する工程であってもよい。
前記前処理工程は、所定の粗さを有する前記層間絶縁膜の表面に前記抑制物質を供給する工程であり、前記成膜工程は、前記層間絶縁膜の表面よりも粗い凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する工程であってもよい。
前記半導体装置の製造方法は、前記窒化タングステン膜と絶縁物を介して対向する導電膜を形成し容量を形成する工程をさらに備えてもよい。
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態にかかる熱ＣＶＤ（化学気相堆積）成膜装置（以下、成膜装置）の構成図である。図１に示す成膜装置は、半導体装置を構成するキャパシタの下部電極となる膜を形成する装置である。
第１の実施の形態に係る成膜装置は、図１に示すように、ガス供給源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、シャワーヘッド２０と、シャワーヘッドヒータ２１と、チャンバ３０と、チャンバヒータ３１と、サセプタ３２と、支持部材３３と、排気管４０と、バルブ４１と、真空ポンプ４２と、電源５０と、コントローラ５１と、から構成されている。
図１は、第１の実施の形態にかかる熱ＣＶＤ（化学気相堆積）成膜装置（以下、成膜装置）の構成図である。図１に示す成膜装置は、半導体装置を構成するキャパシタの下部電極となる膜を形成する装置である。
第１の実施の形態に係る成膜装置は、図１に示すように、ガス供給源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、シャワーヘッド２０と、シャワーヘッドヒータ２１と、チャンバ３０と、チャンバヒータ３１と、サセプタ３２と、支持部材３３と、排気管４０と、バルブ４１と、真空ポンプ４２と、電源５０と、コントローラ５１と、から構成されている。
ガス供給源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、シャワーヘッド２０を介してチャンバ３０内にガスを供給する。ガス供給源１０Ａ，１０Ｂは、チャンバ３０内で半導体ウエハＷに所定の処理（後術する前処理や成膜処理等）を施すためのガスをそれぞれ供給する。また、ガス供給源１０Ｃは、半導体ウエハＷに所定の処理を施した後、チャンバ３０内の反応副生成物や残留ガス等を除去するためのクリーニングガスを供給する。具体的には、ガス供給１０Ａは、例えば前処理用ガス及び成膜用ガスであるＷＦ６を供給し、ガス供給源１０Ｂは、例えば成膜用ガスであるＮＨ３を供給し、ガス供給源１０Ｃは、例えばクリーニングガスであるＣｌＦ３を供給する。
シャワーヘッド２０は、図１に示すように、チャンバ３０の上壁中央を貫通して設置されている。また、シャワーヘッド２０は、一体化して形成された上下３段のブロック体２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから構成されている。
上段ブロック体２０Ａは、その上面に、ガス供給源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにそれぞれ接続される配管２２，２３，２４を備える。また、上段ブロック体２０Ａの内部には、配管２２，２３，２４にそれぞれ接続したガス流入口２５，２６，２７が形成されている。
ガス流入口２５，２６は、上段ブロック体２０Ａ内でそれぞれ分岐している第１分岐ガス流路２５Ａ、第２分岐ガス流路２６Ａにそれぞれ接続されている。また、ガス流入口２７は、上段ブロック体２０Ａ内部で第２分岐ガス流路２６Ａに接続されている。また、第１分岐ガス流路２５Ａ及び第２分岐ガス流路２６Ａは、上段ブロック体２０Ａの下面に開口を有する。
中段ブロック体２０Ｂには、第１分岐ガス流路２５Ａ及び第２分岐ガス流路２６Ａにそれぞれ連通した第１中段ガス流路２５Ｂ、第２中段ガス流路２６Ｂが形成されている。また、第１中段ガス流路２５Ｂ及び第２中段ガス流路２６Ｂは、それぞれ中段ブロック体２０Ｂを貫通し、中段ブロック体２０Ｂの下面に開口を有する。
下段ブロック体２０Ｃには、第１中段ガス流路２５Ｂ及び第２中段ガス流路２６Ｂにそれぞれ連通した第１下段ガス流路２５Ｃ、第２下段ガス流路２６Ｃが形成されている。また、第１下段ガス流路２５Ｃ及び第２下段ガス流路２６Ｃは、それぞれ下段ブロック体２０Ｃを貫通し、下段ブロック体２０Ｃの下面に開口を有する。開口は、下段ブロック体２０Ｃの下面に均等に配置されている。
以上のように形成されている複数のガス流路を経由して、ガス供給源１０Ａ，１０Ｂから、ＷＦ６ガス及びＮＨ３ガスが、チャンバ３０内にほぼ均一に供給される。また、上記したように、ガス流路は、ＷＦ６ガス及びＮＨ３ガスのそれぞれに対して設けられているので、ガスがシャワーヘッド２０内において反応することを防止することができる。即ち、ガス供給源１０Ａ，１０Ｂからそれぞれ供給されたガスは、チャンバ３０内で初めて混合される。
なお、図示しないが、シャワーヘッド２０には、前処理用ガスや成膜用ガスを希釈するための不活性ガス（Ａｒガスや窒素ガス等）をチャンバ３０内へ供給するためのガス流入口（ガス流路）も形成されている。
シャワーヘッドヒータ２１は、シャワーヘッド２０の上面に設置され、シャワーヘッド２０の温度を制御する。シャワーヘッド２０を通過する前処理用ガス、成膜用ガス、クリーニングガス、及び、希釈用ガスの温度は、シャワーヘッドヒータ２１によって、それぞれ所定の温度に設定される。
チャンバ３０は、半導体ウエハＷに所定の処理を施すための処理室である。
チャンバヒータ３１は、チャンバ３０の外壁に、チャンバ３０を囲むように設置され、チャンバ３０の温度を所定の温度に設定する。
サセプタ３２は、チャンバ３０内に設置され、図示せぬ搬送機構によって搬入された処理対象の半導体ウエハＷを載置する。また、サセプタ３２は、半導体ウエハＷをサセプタ３２の中央へガイドするガイドリング３４を周縁部に備えている。また、サセプタ３２は、半導体ウエハＷの温度を制御するステージヒータ３５を内部に備えている。
支持部材３３は、チャンバ３０内に設置され、サセプタ３２を固定して支持する。
排気管４０は、チャンバ３０の底部に設置され、チャンバ３０内のガスを排気する。
真空ポンプ４２は、ガスの流量を調節するバルブ４１を介して排気管４０に接続されている。また、真空ポンプ４２と排気管４０との間には、チャンバ３０内で発生した反応副生成物を捕獲するための反応副生成物捕獲用トラップ（図示せず）が設置されている。なお、バルブ４１を調節することによって、チャンバ３０内の圧力を適宜調節することができる。
電源５０は、ステージヒータ３５に電圧を供給する。
コントローラ５１は、記録媒体やネットワーク等を介して予め提供されたデータ等に基づいて、成膜装置を構成する上記各部の動作を制御する。
次に、図１に示す成膜装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下に説明する成膜装置の各部の動作は、上記したコントローラ５１によって制御される。
始めに、処理対象である半導体ウエハＷが、図示せぬ搬送機構によって、サセプタ３２上に載置される。ここで、予め、電源５０よりステージヒータ３５に電圧が供給されており、サセプタ３２は、所定温度（例えば、４５０℃）に設定されている。よって、サセプタ３２上に載置された半導体ウエハＷの温度は、４５０℃に設定される。
また、シャワーヘッドヒータ２１及びチャンバヒータ３１は、それぞれシャワーヘッド２０及びチャンバ３０を所定温度（例えば、１３０℃）に設定する。これによって、シャワーヘッド２０内を通る前処理用ガス、成膜用ガス、及び、チャンバ３０の内壁（シャワーヘッド２０を含む）は、所定温度（例えば、１３０℃）に保持される。
以上のようにして各部の温度が設定された後、図２に示すタイムチャートに従って、チャンバ３０内にガスが供給され、前処理及び成膜処理が行われる。
まず、前処理工程では、前処理用ガスであるＷＦ６ガスが、１００（ｓｃｃｍ）の流量で、ガス供給源１０Ａよりシャワーヘッド２０を介して半導体ウエハＷの表面に供給される（ｔ１）。また、前処理用ガスを希釈するためのＡｒガスが、２００（ｓｃｃｍ）の流量で、シャワーヘッド２０を介してチャンバ３０内に供給される（ｔ１）。
上記前処理が３０秒間行われた後、即ち、前処理用ガスの供給が開始されてから３０秒経過後（ｔ２）、続いて成膜処理が行われる。
成膜処理工程では、成膜用ガスであるＮＨ３ガスが、ガス供給源１０Ｂよりチャンバ３０内に供給される。この時、前処理に続き、前処理用ガスとして供給されていたＷＦ６ガスが、引き続き、ガス供給源１０Ａよりチャンバ３０内に供給される。同様に、Ａｒガスもチャンバ３０内に供給される。具体的には、それぞれのガスは、ＷＦ６／ＮＨ３／Ａｒ＝１００／５０／２００（ｓｃｃｍ）の流量で２７秒間供給される（ｔ２〜ｔ３）。
以上のように前処理及び成膜処理を行うことにより、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を半導体ウエハＷ上に形成することができる。
窒化タングステン膜が形成された半導体ウエハＷは、図示せぬ搬送機構によって、チャンバ３０から搬出される。
上記と同様の方法により所定枚数の半導体ウエハＷに前処理及び成膜処理が施される。
上記と同様の方法により所定枚数の半導体ウエハＷに前処理及び成膜処理が施される。
その後、チャンバ３０内をクリーニングする場合、まず、ステージヒータ３５、シャワーヘッドヒータ２１、及び、チャンバヒータ３１を、それぞれ所定温度、例えば３００℃、１３０℃、１３０℃に設定する。
続いて、ガス供給源１０Ｃより、クリーニングガス（ＣｌＦ３ガス）をチャンバ３０内に供給する。チャンバ３０内の圧力は、バルブ４１を調節することにより、所定の圧力、例えば１Ｔｏｒｒに保持される。これにより、ステージヒータ３５、シャワーヘッド２０、及び、ガイドリング３４等の表面に堆積した窒化タングステン膜が除去される。
以上のようにして形成された窒化タングステン膜の表面の模式図を図３に示す。また、一般的な方法で形成された窒化タングステン膜の表面の模式図を図４に示す。一般的な方法では、以上のような前処理を行わず、ＮＨ３ガスを供給した後にＷＦ６ガスを供給して窒化タングステン膜を半導体ウエハＷ上に形成している。
図３に示すように、ＷＦ６ガスを用いて前処理を行った後に成膜した窒化タングステン膜の表面には、凹凸が形成されている。一方、図４に示すように、前処理を行わず成膜した窒化タングステン膜の表面は、平滑である。
図３及び図４に示したような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
図３及び図４に示したような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
以上の結果から、以下のことが示される。
窒化タングステン膜を成膜する前に、半導体ウエハＷの表面にＷＦ６を供給することによって、窒化タングステン膜の成長を制御することができる。即ち、成膜初期に形成される核（成長核）の密度を減少させることができる。これは、前処理工程においてＷＦ６が、半導体ウエハＷの表面に付着し、その付着したＷＦ６が、核の形成を抑制（又は阻止）するためであると考えられる。即ち、ＷＦ６が、窒化タングステン膜を成膜するためのもう１つの原料ガスであるＮＨ３が半導体ウエハＷに吸着することを阻止していると考えられる。
窒化タングステン膜を成膜する前に、半導体ウエハＷの表面にＷＦ６を供給することによって、窒化タングステン膜の成長を制御することができる。即ち、成膜初期に形成される核（成長核）の密度を減少させることができる。これは、前処理工程においてＷＦ６が、半導体ウエハＷの表面に付着し、その付着したＷＦ６が、核の形成を抑制（又は阻止）するためであると考えられる。即ち、ＷＦ６が、窒化タングステン膜を成膜するためのもう１つの原料ガスであるＮＨ３が半導体ウエハＷに吸着することを阻止していると考えられる。
以上のように、キャパシタの下部電極となる窒化タングステン膜の表面に凹凸形状を形成することによって、大容量のキャパシタを製造することができる。このようなキャパシタは、例えば図５に示すように構成される。図５に示すキャパシタは、半導体ウエハＷと、半導体ウエハＷ上に形成され凹凸形状を有する窒化タングステン膜１１０と、窒化タングステン膜１１０上に形成された容量絶縁膜１２０と、容量絶縁膜１２０上に形成された金属膜（又は金属化合物膜）１３０とを備える。半導体ウエハＷと窒化タングステン膜１１０との間には、図示しないが、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＰＳＧ等から成る層間絶縁膜と窒化チタン膜とが順次形成されている。窒化チタン膜は、形成しなくても良い。
また、凹凸形状を有する窒化タングステン膜から成る下部電極を有するキャパシタは、トレンチ構造としてトランジスタと組み合わされることによって、大容量のメモリ（ＤＲＡＭ）を構成することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
また、凹凸形状を有する窒化タングステン膜から成る下部電極を有するキャパシタは、トレンチ構造としてトランジスタと組み合わされることによって、大容量のメモリ（ＤＲＡＭ）を構成することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
第２の実施の形態にかかる成膜装置は、第１の実施の形態で示した成膜装置と実質的に同一である。但し、ガス供給源１０Ｃは、前処理用ガス及びクリーニングガスとして、ハロゲンガスであるＣｌＦ３ガスをチャンバ３０内に供給する。
以下に、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。以下に説明する成膜装置の各部の動作は、上記したコントローラ５１によって制御される。
第２の実施の形態にかかる成膜装置は、第１の実施の形態で示した成膜装置と実質的に同一である。但し、ガス供給源１０Ｃは、前処理用ガス及びクリーニングガスとして、ハロゲンガスであるＣｌＦ３ガスをチャンバ３０内に供給する。
以下に、第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。以下に説明する成膜装置の各部の動作は、上記したコントローラ５１によって制御される。
始めに、処理対象である半導体ウエハＷが、図示せぬ搬送機構によって、サセプタ３２上に載置される。ここで、予め、電源５０よりステージヒータ３５に電圧が供給されており、サセプタ３２は、１５０℃に設定されている。よって、サセプタ３２上に載置された半導体ウエハＷの温度は、１５０℃に設定される。
ガス供給源１０Ｃは、前処理用ガスであるＣｌＦ３ガスをシャワーヘッド２０を介してチャンバ３０内に供給する。この際、バルブ４１を調節することにより、ＣｌＦ３の分圧が５０ｍＴｏｒｒになるように、チャンバ３０内の圧力を調整する。
以上のようにして、半導体ウエハＷの表面にＣｌＦ３ガスを３０秒間供給することによって、前処理を行う。
上記前処理を半導体ウエハＷに施した後、電源５０はステージヒータ３５を３００〜６００℃（具体的には、例えば４５０℃）に設定する。
これによって、半導体ウエハＷの温度が４５０℃に設定される。
これによって、半導体ウエハＷの温度が４５０℃に設定される。
また、シャワーヘッドヒータ２１、及び、チャンバヒータ３１は、それぞれシャワーヘッド２０、チャンバ３０を所定温度（例えば、１３０℃）に設定する。これによって、シャワーヘッド２０内を通るガス、及び、チャンバ３０の内壁は、所定温度（例えば、１３０℃）に保持される。
その後、ガス供給源１０Ａ，１０Ｂは、シャワーヘッド２０を介して、チャンバ３０内に成膜用ガスであるＷＦ６ガス及びＮＨ３ガスを、次に示す成膜プロセスで供給する。また、必要に応じて、原料ガスを希釈するためのＡｒガス（希釈用ガス）が、シャワーヘッド２０を介してチャンバ３０内に供給される。
成膜プロセスは、第１ステップと、第２ステップと、から構成されている。
第１ステップでは、チャンバ３０内の圧力を１Ｔｏｒｒに設定する。そして、成膜用ガス及び希釈用ガスを、ＷＦ６／ＮＨ３／Ａｒ＝０／５０／２００（ｓｃｃｍ）で、３０秒間供給する。
第１ステップでは、チャンバ３０内の圧力を１Ｔｏｒｒに設定する。そして、成膜用ガス及び希釈用ガスを、ＷＦ６／ＮＨ３／Ａｒ＝０／５０／２００（ｓｃｃｍ）で、３０秒間供給する。
第２ステップでは、チャンバ３０内の圧力を１Ｔｏｒｒに設定する。そして、成膜用ガス及び希釈用ガスを、ＷＦ６／ＮＨ３／Ａｒ＝１００／５０／２００（ｓｃｃｍ）で、２７秒間供給する。
以上の成膜プロセスを用いて成膜処理を行うことにより、前処理を施された半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜を形成することができる。
以上のようにして形成された窒化タングステン膜の表面の模式図を図６に示す。
図６に示すように、ＣｌＦ３ガスを用いて前処理を行った後に成膜した窒化タングステン膜の表面には、小さな凹凸が多数形成されている。このような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
図６に示すように、ＣｌＦ３ガスを用いて前処理を行った後に成膜した窒化タングステン膜の表面には、小さな凹凸が多数形成されている。このような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
以上の結果から、ＣｌＦ３（ハロゲン元素）を含むガスは、物性的に半導体ウエハＷ表面に吸着しやすく、ハロゲン元素を窒化タングステン膜の形成前に、半導体ウエハＷ表面に供給することによって、ＮＨ３の半導体ウエハＷへの吸着が阻止される。その結果、成膜初期に形成される核（成長核）の密度が減少し、窒化タングステン膜の表面が凹凸形状になると考えられる。
以上のように、キャパシタの下部電極となる窒化タングステン膜の表面に凹凸形状を形成することによって、大容量のキャパシタを製造することができる。このようなキャパシタは、例えば図５に示したように構成される。そして、このようなキャパシタは、トランジスタと組み合わされることによって、大容量のメモリを構成することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。
第３の実施の形態にかかる製造方法では、前処理として、半導体ウエハＷ上にＣ２Ｈ５ＯＨ（アルコール類）を塗布して乾燥させる。このため、例えば図７に示すような製造装置を用いることによって、前処理を簡単に行うことができる。
第３の実施の形態にかかる製造方法では、前処理として、半導体ウエハＷ上にＣ２Ｈ５ＯＨ（アルコール類）を塗布して乾燥させる。このため、例えば図７に示すような製造装置を用いることによって、前処理を簡単に行うことができる。
図７に示す製造装置は、前処理室１と、搬送機構２と、成膜装置３と、ロードロック室４と、から構成されている。
前処理室１は、スピンコータ１ａを備え、スピンコータ１ａは、半導体ウエハＷ上にＣ２Ｈ５ＯＨを塗布する。
搬送機構２は、搬送アーム等を備え、前処理室１と成膜装置３との間で半導体ウエハＷを搬送する。
成膜装置３は、第１及び第２の実施の形態で示した成膜装置と実質的に同一であり、前処理室１において前処理を施された半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜を形成する。
ロードロック室４は、成膜装置３内の圧力を保持しながら半導体ウエハＷを搬送するために設けられている。即ち、搬送機構２は、ロードロック室４を介して成膜装置３への半導体ウエハＷの搬送を行う。
次に、図７に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する。
始めに、前処理室１で、半導体ウエハＷに前処理を施す。具体的には、スピンコータ１ａによって、半導体ウエハＷ表面にＣ２Ｈ５ＯＨを回転塗布して乾燥させる。なお、Ｃ２Ｈ５ＯＨは、アルコール類であるため、常温、大気圧下で前処理を行うことができる。
始めに、前処理室１で、半導体ウエハＷに前処理を施す。具体的には、スピンコータ１ａによって、半導体ウエハＷ表面にＣ２Ｈ５ＯＨを回転塗布して乾燥させる。なお、Ｃ２Ｈ５ＯＨは、アルコール類であるため、常温、大気圧下で前処理を行うことができる。
上記前処理を半導体ウエハＷに施した後、搬送機構２は、半導体ウエハＷをロードロック室４を介して成膜装置３に搬入する。
成膜装置３では、第２の実施の形態で示した成膜プロセスで、半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜が形成される。
成膜装置３では、第２の実施の形態で示した成膜プロセスで、半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜が形成される。
以上のようにして形成された窒化タングステン膜の表面の模式図を図８に示す。
図８に示すように、Ｃ２Ｈ５ＯＨを用いて前処理を行った後成膜した窒化タングステン膜の表面には、第２の実施の形態（図６）よりも比較的大きな凹凸が多数形成されている。このような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
図８に示すように、Ｃ２Ｈ５ＯＨを用いて前処理を行った後成膜した窒化タングステン膜の表面には、第２の実施の形態（図６）よりも比較的大きな凹凸が多数形成されている。このような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
以上の結果から、アルコール類のように極性を有する有機溶媒は、半導体ウエハＷに吸着しやすいため、窒化タングステン膜の形成前に、半導体ウエハＷ表面にアルコール類を塗布することにより、ＮＨ３の半導体ウエハＷへの吸着が阻止されると考えられる。その結果、成膜初期に形成される核（成長核）の密度が減少したと考えられる。
以上のように、キャパシタの下部電極となる窒化タングステン膜の表面に凹凸形状を形成することによって、大容量のキャパシタを製造することができる。このようなキャパシタは、例えば図５に示したように構成される。そして、このようなキャパシタは、トランジスタと組み合わされることによって、大容量のメモリを構成することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
また、上記前処理では、アルコール類を用いているため、前処理に必要な装置の構成を簡単にすることができる。よって、装置のコストを抑えることができる。
次に、第４の実施の形態について図面を参照して説明する。
第４の実施の形態にかかる製造方法では、ＨＭＤＳを用いて前処理を行う。具体的には、ＨＭＤＳの蒸気に半導体ウエハＷを暴露して乾燥させる。この前処理は、大気圧下で行われるので、例えば、図９に示すような製造装置で、前処理及び成膜処理を行うことができる。
第４の実施の形態にかかる製造方法では、ＨＭＤＳを用いて前処理を行う。具体的には、ＨＭＤＳの蒸気に半導体ウエハＷを暴露して乾燥させる。この前処理は、大気圧下で行われるので、例えば、図９に示すような製造装置で、前処理及び成膜処理を行うことができる。
図９に示す製造装置は、前処理室１と、搬送機構２と、成膜装置３と、ロードロック室４と、から構成されている。
前処理室１は、半導体ウエハＷを載置するステージ１ｂと、ステージヒータ１ｃと、ＨＭＤＳの蒸気を噴出する蒸気供給源１ｄと、蒸気ヒータ１ｅと、を備える。ステージヒータ１ｃは、ステージ１ｂを加熱することによって半導体ウエハＷを所定温度に設定する。蒸気ヒータ１ｅは、蒸気供給源１ｄを加熱することによってＨＭＤＳの蒸気を所定温度に設定する。
搬送機構２は、搬送アーム等を備え、前処理室１と成膜装置３との間で半導体ウエハＷを搬送する。
成膜装置３は、第１及び第２の実施の形態で示した成膜装置と実質的に同一であり、前処理を施された半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜を形成する。
ロードロック室４は、成膜装置３内の圧力を保持しながら半導体ウエハＷを搬送するために設けられている。即ち、搬送機構２は、ロードロック室４を介して成膜装置３への半導体ウエハＷの搬送を行う。
ロードロック室４は、成膜装置３内の圧力を保持しながら半導体ウエハＷを搬送するために設けられている。即ち、搬送機構２は、ロードロック室４を介して成膜装置３への半導体ウエハＷの搬送を行う。
次に、図９に示す製造装置を用いた半導体装置の製造方法を説明する。
始めに、前処理室１のステージヒータ１ｃを用い、ステージ１ｂを加熱して、ステージ１ｂの温度を２５℃に設定する。
また、蒸気ヒータ１ｅは、ＨＭＤＳの蒸気が２５℃となるように、蒸気供給源１ｄを加熱する。
始めに、前処理室１のステージヒータ１ｃを用い、ステージ１ｂを加熱して、ステージ１ｂの温度を２５℃に設定する。
また、蒸気ヒータ１ｅは、ＨＭＤＳの蒸気が２５℃となるように、蒸気供給源１ｄを加熱する。
その後、前処理室１のステージ１ｂ上に処理対象である半導体ウエハＷを載置し、半導体ウエハＷの温度を２５℃に設定する。
半導体ウエハＷが所定温度になった後、蒸気供給源１ｄは、半導体ウエハＷの表面に２５℃に加熱されたＨＭＤＳの蒸気を供給する。
以上に示した前処理を大気圧下で１２０秒間行った後、搬送機構２は、半導体ウエハＷをロードロック室４を介して成膜装置３に搬入する。
成膜装置３では、第２の実施の形態で示した成膜プロセスで、半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜が形成される。
成膜装置３では、第２の実施の形態で示した成膜プロセスで、半導体ウエハＷ上に窒化タングステン膜が形成される。
以上のようにして形成された窒化タングステン膜の表面の模式図を図１０に示す。
図１０に示すように、ＨＭＤＳの蒸気を用いて前処理を行った後成膜した窒化タングステン膜の表面には、大きな凹凸が多数形成されている。このような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
図１０に示すように、ＨＭＤＳの蒸気を用いて前処理を行った後成膜した窒化タングステン膜の表面には、大きな凹凸が多数形成されている。このような窒化タングステン膜の表面は、実際にＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することができた。
以上の結果から、半導体ウエハＷの表面をＨＭＤＳの蒸気に暴露することにより、半導体ウエハＷ表面にある−ＯＨ基の−Ｈが−Ｓｉ（ＣＨ３）３に置換され、この半導体ウエハＷ表面に形成された−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３基が、ＮＨ３の半導体ウエハＷへの吸着を阻止すると考えられる。その結果、窒化タングステン膜の成膜初期に形成される核（成長核）の密度が減少したと考えられる。
以上のように、キャパシタの下部電極となる窒化タングステン膜の表面に凹凸形状を形成することによって、大容量のキャパシタを製造することができる。このようなキャパシタは、例えば図５に示したように構成される。そして、このようなキャパシタは、トランジスタと組み合わされることによって、大容量のメモリを構成することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
さらに、窒化タングステン膜は酸化されにくいため、製造される半導体装置の高い動作信頼性を実現することができる。
また、前処理は大気圧下で行われるので、前処理を行うために真空ポンプ等の装置を設ける必要がない。よって、装置のコストを抑えることができる。
以上、第１乃至第４の実施の形態で示したように、前処理に用いる物質が異なると、窒化タングステン膜の表面に形成される凹凸の大きさや数等が異なる。よって、前処理に用いる物質は、製造されるキャパシタの使用目的等に応じて使い分けることが可能である。また、前処理を施す時間を変えることによって、凹凸の大きさや数を制御することができる。
また、第２の実施の形態では、前処理の条件を、半導体ウエハＷの温度を３００℃、ＣｌＦ３の分圧を１０ｍＴｏｒｒ、ＣｌＦ３の流通時間を３０秒としても、窒化タングステン膜の表面に凹凸を形成することができる。
さらに、前処理でハロゲン元素（ＷＦ６やＣｌＦ３等）を用いる場合、図１１に示すような製造装置を用いて窒化タングステン膜を成膜することも可能である。図１１に示す製造装置では、前処理室１と成膜装置３とは、真空搬送室５を介して接続されている。また、真空搬送室５には、真空搬送室５の圧力を保持したまま半導体ウエハＷを搬送できるように、ロードロック室４が接続されている。このように、前処理室１と成膜装置３とを真空搬送室５を介して接続することによって、半導体ウエハＷ表面の酸化、水分の吸着、及び、半導体ウエハＷ上の形成物の脱離等を防止することができる。
また、第３及び第４の実施の形態では、前処理室１と、成膜装置３とが別々に設置されている例を示したが、前処理室１と成膜装置３とが同一の処理室であってもよい。
また、第３の実施の形態で示した前処理では、アルコール類の代わりにＨＭＤＳやアセトン等のケトン類を塗布して乾燥させても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、第４の実施の形態で示した前処理では、ＨＭＤＳの代わりにアルコール類やケトン類の蒸気に半導体ウエハＷ表面を暴露して乾燥させてもよい。これによっても、上記と同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、本発明を用いることにより、大容量のキャパシタを有する半導体装置が得られる。また、凹凸形状の金属膜を有する半導体装置が得られる。
Claims (12)
- 窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、
前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ ６ とＮＨ ３ を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、
を備え、
前記抑制物質はＷＦ ６ である、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、
前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ ６ とＮＨ ３ を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、
を備え、
前記抑制物質はＣｌＦ ３ である、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、
前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ ６ とＮＨ ３ を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、
を備え、
前記抑制物質はＣ ２ Ｈ ５ ＯＨである、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 窒化タングステン膜が成長するための核の形成を抑制する抑制物質を、処理対象である層間絶縁膜の表面に供給する前処理工程と、
前記前処理工程の後、前記層間絶縁膜の表面にＷＦ ６ とＮＨ ３ を含む原料ガスを供給することによって、表面に凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する成膜工程と、
を備え、
前記抑制物質はＨＭＤＳ（（ＣＨ ３ ） ３ ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ ３ ） ３ ）である、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記前処理工程において、前記抑制物質に加えて不活性ガスを供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記前処理工程は、Ｃ ２ Ｈ ５ ＯＨを前記層間絶縁膜の表面に塗布する工程を備える、ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記前処理工程は、ＨＭＤＳの蒸気に、前記層間絶縁膜の表面を暴露する工程を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料ガスは不活性ガスを含む、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記成膜工程は、前処理の実行時間を制御することによって、前記成膜工程で形成される窒化タングステン膜の凹凸形状を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記前処理工程は、前記層間絶縁膜の実質的に平滑な表面に前記抑制物質を供給する工程であり、
前記成膜工程は、凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する工程である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記前処理工程は、所定の粗さを有する前記層間絶縁膜の表面に前記抑制物質を供給する工程であり、
前記成膜工程は、前記層間絶縁膜の表面よりも粗い凹凸形状を有する窒化タングステン膜を前記層間絶縁膜上に形成する工程である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記窒化タングステン膜と絶縁物を介して対向する導電膜を形成し容量を形成する工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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