JP4864368B2 - 気相堆積方法 - Google Patents

Description

本発明は、気相堆積方法に関し、詳細には、半導体ウエハーなどの基板上にタングステンを含む金属層を堆積させる気相堆積方法に関するものである。

一般的な半導体装置には、素子の電極と配線、又は配線と配線とを導通するコンタクトホールまたはビアホールが設けられている。そこで、このようなホールに導電性プラグを埋め込む（堆積させる）技術が数多く知られている。

以下に、一般的に用いられている導電性プラグの堆積方法の概略を説明する。図９（ａ）〜（ｄ）は、従来の導電性プラグの堆積方法を示すものであり、半導体装置に設けられる半導体基板の断面図である。

図９（ａ）に示す半導体基板１００には、所定の大きさのコンタクトホール１０１が形成されている。まず、この半導体基板１００の表面に、スパッタまたはＣＶＤ法を用いてバリアーメタルを塗布し、バリアー層１０２を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように所定の圧力/流量のガスを連続して導入して、導電性プラグの材料（例えば、タングステン）からなる核形成層１０３を堆積する。続いて、所定のガスを上記核形成層１０３の上に導入することによって、図９（ｃ）に示すように導電性プラグの材料１０４を積層してコンタクトホール１０１を埋め込む。最後に、コンタクトホール１０１部分以外の不要部分に堆積した導電性プラグの材料１０４を化学機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical-Mechanical-Polishing）法を用いて除去することによって、図９（ｄ）に示すように所望の導電性プラグ１０５をコンタクトホール１０１に形成することができる。
特開２００２−１２９３２８号公報（２００２年５月９日公開） 特開２００２−１４６５３１号公報（２００２年５月２２日公開） 特開２００２−９３７４６号公報（２００２年３月２９日公開）

ところで、近年、半導体集積回路の微細化に伴って、高アスペクト比を有する微細なコンタクト/ビアホールが設けられた半導体基板を用いる傾向にある。しかしながら、図９（ａ）〜（ｄ）に示した従来の導電性プラグの堆積方法では、埋め込み不良（コンタクト/ビアホールの底部でのボイド発生やタングステン（Ｗ）−Ｍｉｓｓｉｎｇ等）が問題となっている。

すなわち、微細化が進んでいない場合はコンタクト/ビアホールのアスペクト比が比較的低いため、図９（ａ）〜（ｄ）に示した従来の導電性プラグの堆積方法を用いて、半導体基板１００の表面上、半導体基板１００の表面に近いコンタクト/ビアホール１０１内上部から下方部分の側壁、コンタクト/ビアホール１０１底部にほぼ一様に導電性プラグ材料１０４を成長させて、導電性プラグ１０５を良好に形成することができる。これに対して、半導体集積回路の微細化に伴って、アスペクト比が高くなったコンタクト/ビアホールが形成されている場合、図９（ａ）〜（ｄ）に示した従来の導電性プラグの堆積方法を用いると、上記した部分に対して略一様に導電性プラグ材料を成長させることができず、核形成層が半導体基板の表面上およびコンタクト/ビアホール最上部の側壁部分に先に堆積されてしまう。

図１０に、高アスペクト比を有する微細なコンタクト/ビアホールが設けられた半導体基板に対して図９（ａ）〜（ｄ）に示した従来の導電性プラグの堆積方法を適用した場合に生じる埋め込み不良の一例を示す。

図１０は、埋め込み不良を起こしたコンタクトホール１０１を有する半導体基板の断面図である。図１０に示すように、高アスペクト比を有する微細なコンタクトホール１０１の場合には、核形成層１０３が半導体基板１０１の表面上およびコンタクトホール１０１の最上部の側壁部分に先に堆積されてしまい、コンタクトホール１０１内部の下方部分に導電性プラグ材料１０４（１０３）が十分に堆積されない部分（ボイド）１０６が生じて、埋め込み不良を発生してしまう。また、この他にも、核形成層の形成膜厚が薄いと、導電性プラグの成長が行われず、空孔が発生することもある。

コンタクトホール１０１内においてボイド１０６や空孔が発生すると、後の工程でコンタクトホール１０１の上部に配線を形成する際にボイド１０６が露出して、配線と導電性プラグ材料埋め込み層とが断線する可能性がある。また、コンタクトホール内部に空孔を発生させると、コンタクト抵抗またはビア抵抗を高くし、歩留りの低下や信頼性の低下にも繋がる。

そこで、アスペクト比が高いホールが形成された半導体基板に対しても良好な導電性プラグ（特に、タングステン層）を形成することができる気相堆積方法の開発が進められている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アスペクト比が高いホールが形成された半導体基板に対しても、ステップカバレッジを向上させてホール内部に十分なタングステン層を埋め込むことが可能な気相堆積方法を提供することを目的とする。

本発明に係る気相堆積方法は、上記した課題を解決するために、アスペクト比が４以上のホールが形成された半導体基板に、シリコン含有化合物の第一ガスを供給する供給工程と、供給工程後に当該第一ガスを排気する第一ガス排気工程と、第一ガス排気工程後に、第一の核形成層に第二の核形成層を積層してなる核形成層を上記半導体基板に形成する核形成層形成工程と、上記核形成層の上にタングステン層を堆積する堆積工程とを含む気相堆積方法であって、上記核形成層形成工程は、タングステン含有化合物のガスａと、シリコン含有化合物の第二ガスとを、当該第二ガスよりも先に当該ガスａが半導体基板に到達するように供給して第一の核形成層を形成する第一核形成工程と、第一核形成工程後に、シリコン含有化合物の第三ガスを供給し、第三ガス供給後に当該第三ガスを排気する供給・排気工程と、供給・排気工程後に、タングステン含有化合物のガスｂとシリコン含有化合物の第四ガスとを当該第四ガスよりも先に当該ガスｂが上記第一の核形成層に到達するように供給して第二の核形成層を形成する第二核形成工程とを含み、上記第一核形成工程で供給される上記ガスａと上記第二ガスとの流量比は、上記第二核形成工程で供給される上記ガスｂと上記第四ガスとの流量比に比べて、シリコン含有化合物のガスの流量比が高いことを特徴としている。

これにより、後述するように、アスペクト比が４以上のコンタクト/ビアホールが設けられた半導体基板に対しても、コンタクト/ビアホール内にタングステン層を充分に埋め込むことが可能となる。

具体的には、本発明の気相堆積法では、供給工程においてシリコン含有化合物の第一ガスを供給することによって、半導体基板の表面状態を均一にすることができる。

さらに、表面状態が均一になった半導体基板に、タングステン含有化合物のガスａおよびシリコン含有化合物の第二ガスを供給して第一の核形成層を形成する際、当該ガスａを先に半導体基板に到達させることによって、核形成初期に、半導体基板表面上、コンタクト/ビアホール最上部の側壁部分に核形成層が先に堆積されてしまうことなく、コンタクト/ビアホール内部の下方部分にも核形成することができる。

具体的には、シリコン含有化合物の第一ガスによって基板表面が均一に処理された半導体基板に対して、タングステン含有化合物のガスａを先に当該半導体基板に供給することによって、基板表面では、核形成層の核となる膜（以下、これを前核膜と呼ぶ）が均一に形成される。この前核膜が形成されることによって、核形成層は基板表面に均一に形成される。

すなわち、ステップカバレッジの良好な核形成層を形成することができる。

なお、核形成層とは、堆積工程においてタングステン層を堆積する際の当該タングステン層の核となる層である。

さらに、上記した構成によれば、例えば、タングステン含有化合物のガス（ガスａおよびガスｂ）として、ＷＦ_６ などを用いた場合、Ｔｉ層／ＴｉＮ層からなる中間層（バリアー層）などへの、ＷＦ_６ に含まれるフッ素（Ｆ）のアタッキングが問題となるが、本発明では、上述したように、上記タングステン含有化合物のガス（ガスａおよびガスｂ）と上記シリコン含有化合物のガス（第二ガスおよび第四ガス）とを用いて核形成層を形成していることによって、後の堆積工程で堆積するタングステン層からのバリアー層などへのＦアタッキングを抑制することができる。

特に、本発明の方法によれば、第一および第二の核形成層が形成されるため、単層の核形成層が設けられている場合と比較して、より効果的にバリアー層などへのＦアタッキングを抑制することができる。

なお、上記第一ガス排気工程は、半導体基板に供給した第一ガスのうち、当該半導体基板に吸着（および／または当該半導体基板と反応）したもの以外の第一ガスを排気する工程である。また、上記供給・排気工程においても、排気される上記第三ガスは、供給された第三ガスのうち、上記第一の核形成層に吸着（および／または第一の核形成層と反応）したもの以外の第三ガスである。

また、本発明によれば、第一の核形成層を形成する前と同様、第二の核形成層を形成する際にも、シリコン含有化合物の第三ガスによって第一の核形成層が処理されていることから、第一の核形成層の表面状態を良好にした状態で第二の核形成層を形成することができる。これにより、第二の核形成層のステップカバレッジをより一層向上させることができる。

このように、本発明の気相堆積法によれば、アスペクト比が高いホールが形成された半導体基板に対してもステップカバレッジを向上させてホール内部に十分なタングステン層を埋め込むことが可能となる。

また、このように良好な導電性プラグ（タングステンを含む金属層）を形成することができることから、本発明の気相堆積方法を用いて製造される半導体集積回路の信頼性を向上させることができる。

また、本発明に係る気相堆積方法は、上記第一核形成工程では、上記半導体基板を収容している処理室に、上記第二ガスよりも先に上記ガスａを導入し、上記第二核形成工程では、上記半導体基板を収容している処理室に、上記第四ガスよりも先に上記ガスｂを導入することが好ましい。

これにより、上記の効果に加えて、核形成層を形成する際、タングステン含有化合物のガス（ガスａおよびガスｂ）をシリコン含有化合物のガス（第二ガスおよび第四ガス）よりも先に処理室に導入するという簡易な構成によって、タングステン含有化合物のガス（ガスａおよびガスｂ）をシリコン含有化合物のガス（第二ガスおよび第四ガス）よりも先に半導体基板（または第一の核形成層）に到達させることができる。

また、本発明に係る気相堆積方法は、上記第一核形成工程と上記供給・排気工程とを繰り返すことによって上記第一の核形成層を形成することが好ましい。

これにより、上記の効果に加えて、カバレッジをより一層高めることができる。

すなわち、本発明によれば、上記第一の核形成層を形成する際、複数回の上記供給・排気工程が行われる。これにより、第一の核形成層を形成する間に、供給・排気工程の数ほど第一の核形成層となる積層表面の表面状態を均一にすることができる。したがって、第一の核形成層を高いカバレッジで形成することが可能となる。

また、本発明に係る気相堆積方法は、上記供給工程と、上記第一ガス排気工程と、上記核形成層形成工程と、上記堆積工程とを、３７５℃〜４１０℃の温度下で行うことが好ましい。

上記の範囲の温度下で上記核形成層形成工程および上記堆積工程を行うことによって、層中のフッ素濃度を高めてしまうことなく、かつステップカバレッジを良好に保つことができる。すなわち、層中のフッ素濃度が高くなると、フッ素が基板或は配線中に拡散していき、フッ素化合物等を形成、或は腐食することで抵抗の増加或は断線等を引き起こす。そのために特性不良や信頼性の低下が起こる。しかし、本発明によれば、層中のフッ素濃度が高くなることはないため、特性不良や信頼性の低下が起こる虞はない。

また、本発明に係る気相堆積方法では、上記シリコン含有化合物として、ＳｉＨ_４ を用いることができる。

また、本発明に係る気相堆積方法では、上記タングステン含有化合物として、ＷＦ_６ を用いることができる。

本発明に係る気相堆積方法は、以上のように、アスペクト比が４以上のホールが形成された半導体基板にシリコン含有化合物の第一ガスを供給する供給工程と、供給工程後に、当該第一ガスを排気する第一ガス排気工程と、第一ガス排気工程後に、第一の核形成層に第二の核形成層を積層してなる核形成層を上記半導体基板に形成する核形成層形成工程と、上記核形成層の上にタングステン層を堆積する堆積工程とを含む気相堆積方法であって、上記核形成層形成工程は、タングステン含有化合物のガスａと、シリコン含有化合物の第二ガスとを、当該第二ガスよりも先に当該ガスａが半導体基板に到達するように供給して第一の核形成層を形成する第一核形成工程と、第一核形成工程後に、シリコン含有化合物の第三ガスを供給し、第三ガス供給後に当該第三ガスを排気する供給・排気工程と、供給・排気工程後に、タングステン含有化合物のガスｂとシリコン含有化合物の第四ガスとを当該第四ガスよりも先に当該ガスｂが上記第一の核形成層に到達するように供給して第二の核形成層を形成する第二核形成工程とを含み、上記第一核形成工程で供給される上記ガスａと上記第二ガスとの流量比は、上記第二核形成工程で供給される上記ガスｂと上記第四ガスとの流量比に比べて、シリコン含有化合物のガスの流量比が高いことを特徴としている。

以上の方法によれば、アスペクト比が４以上のコンタクト/ビアホールが設けられた半導体基板に対しても、コンタクト/ビアホール内にタングステンを含む金属層（導電性プラグ）を充分に埋め込むことが可能となる。

また、このように良好な導電性プラグを形成することができることから、本発明の気相堆積方法を用いて製造される半導体集積回路の信頼性を向上させることができる。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４（ａ）・（ｂ）に基づいて説明すると以下の通りである。

図１は、本発明に係る気相堆積方法を実施するために用いることができる気相堆積装置の一実施形態の構成を示す部分断面図である。

図１に示す気相堆積装置１は、例えば、処理対象の基板であるシリコンウェハなどの半導体基板を収容するとともに、その半導体基板上に、タングステン層を堆積することができる。

なお、以下の説明においては、タングステン層を堆積するためにプロセスガスとして供給されるガスについて、タングステン含有化合物ガスとしてはＷＦ_６ ガスを用い、シリコン含有化合物ガスとしてはＳｉＨ_４ ガスを用いることとする。

気相堆積装置１は、図１に示すように、タングステン層を堆積させる対象となる半導体基板２が内部に収容されるチャンバ（処理室）３と、チャンバ３内に収容された半導体基板２に対して、核形成層およびタングステン層の形成に必要なガスを供給するガス供給系４とを備えている。

チャンバ３内には、半導体基板２を載置して保持する基板保持台であるサセプタ５が配設されている。また、サセプタ５の上方で、サセプタ５に載置される半導体基板２に対向する位置には、中空の円盤状をなし、ガス供給系４から供給されるガスに対するガス分配部として機能するシャワーヘッド６が設けられている。

サセプタ５は、Ｏリングまたはメタルシールなどによって、チャンバ３に対して気密に設けられるとともに、図示しない駆動機構により上下に駆動可能に構成されている。これにより、半導体基板２を保持するサセプタ５と、半導体基板２上にガスを供給するシャワーヘッド６とは、その間の距離が調整可能となっている。

さらに、サセプタ５には、ヒーター７が内設されており、このヒーター７により半導体基板２を所望の温度に加熱することができる。

また、シャワーヘッド６は、サセプタ５の中心軸を中心とした略円筒状の胴部８を有している。この胴部８の上端側に配設されたベースプレート９には、ガス供給系４からのガスが供給される開口状のガス供給口１０が略中心の位置に設けられている。また、胴部８の下端側には、多孔板からなるフェイスプレート１１が設置されている。また、シャワーヘッド６内部のベースプレート９およびフェイスプレート１１に挟まれた位置には、フェイスプレート１１と略平行となるように、多孔板からなるブロッカープレート１２が設置されている。

ここで、シャワーヘッド６の内部には、胴部８と、ベースプレート９と、ブロッカープレート１２とによって、上方空間部Ｓａが形成されている。また、胴部８と、フェイスプレート１１と、ブロッカープレート１２とによって、下方空間部Ｓｂが形成されている。なお、ベースプレート９は、ブロッカープレート１２に対向する面が略平滑面、すなわち、凹凸部を実質的に有しない面形状とされている。

チャンバ３内にガスを供給するガス供給系４には、半導体基板２上にタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）およびタングステン（Ｗ）を堆積させる原料ガスを供給するガス供給源として、ＷＦ_６ ガスを供給するＷＦ_６ ガス供給源１３と、ＳｉＨ_４ ガスを供給するＳｉＨ_４ ガス供給源１４とが設けられている。

さらに、ガス供給系４には、各層の堆積時の圧力調整および化学反応などに用いられるガスを供給するガス供給源として、Ｈ_２ （水素）ガス供給源１５が設けられている。

これらのガス供給源１３〜１５は、それぞれのガスの質量流量を制御する質量流量コントローラ１３ａ〜１５ａが設けられたガス供給用配管１６を介して、シャワーヘッド６のベースプレート９に設けられたガス供給口１０に接続されている。これにより、ガス供給源１３〜１５それぞれからのＷＦ_６ ガス、ＳｉＨ_４ ガス、およびＨ_２ ガスは、ガス供給系４からガス供給口１０を経てシャワーヘッド６に導入され、ブロッカープレート１２およびフェイスプレート１１を介して、チャンバ３内、およびチャンバ３内に収容された半導体基板２上に供給される。

シャワーヘッド６を構成しているフェイスプレート１１およびブロッカープレート１２には、それぞれ、複数の貫通孔１１ａおよび１２ａが設けられている。この貫通孔１１ａにより、フェイスプレート１１によって隔てられている下方空間部Ｓｂと、チャンバ３内で半導体基板２が収容されている空間とが、ガスの流通が可能なように連通されている。また、貫通孔１２ａにより、ブロッカープレート１２によって隔てられている上方空間部Ｓａと、下方空間部Ｓｂとが、ガスの流通が可能なように連通されている。

ガス供給系４からガス供給用配管１６およびガス供給口１０を介してシャワーヘッド６内に導入された各ガスは、上方空間部Ｓａ、ブロッカープレート１２の貫通孔１２ａ、及び下方空間部Ｓｂを通過する間に適当に混合または分配される。そして、そのガスは、フェイスプレート１１の貫通孔１１ａから、半導体基板２上へと供給される。

ガス供給系４の質量流量コントローラ１３ａ〜１５ａは、コンピュータなどからなる気相堆積制御部１７に接続されている。これにより、ガス供給系４によるガスの供給と、それによって設定されるチャンバ３内のガス雰囲気及びガス圧力とは、自動または操作者による操作に基づいて、気相堆積制御部１７によって制御される。

なお、この気相堆積制御部１７は、ガス供給系４に加えて、サセプタ５やヒーター７の駆動部など、気相堆積装置１の他の各部にも接続されていても良い。あるいは、この気相堆積制御部１７を含む複数の制御部から、制御装置が構成されていても良い。気相堆積装置１の各動作は、自動または操作者による操作に基づいて、この気相堆積制御部１７を含む制御装置によって制御される。

次に、図１に示した気相堆積装置１を用いた本実施形態の気相堆積方法について、図２および図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。

図２は、本発明による気相堆積方法の一実施形態を示すフローチャートである。また、図３（ａ）〜（ｄ）には、図２に示したフローチャートの各工程での半導体基板の状態を示した半導体基板の断面図である。

なお、図２に示すフローチャート、および以下に示すフローチャートの説明においては、各工程でガス供給系４から供給されるガスの圧力については、ＷＦ_６ ガス、ＳｉＨ_４ ガス、およびそれ以外のＨ_２ ガスをも含めた全体でのガス圧力を示している。

また、各工程における半導体基板２の加熱は、図１に示すサセプタ５に内設されたヒーター７によって行われる。その加熱温度は、全工程にわたって３７５℃〜４１０℃となるように設定されていることが好ましく、また、全工程にわたって温度は一定であることが好ましい。特に、４００℃とすることが好ましい。

まず、図１に示す気相堆積装置１のチャンバ３内を、図示しないガス排気口を介して接続されている真空ポンプによって、チャンバ３内を減圧する。そして、この減圧下において、ロードロックチャンバや他のチャンバ、ウエハー準備室などから、搬送ロボットによって半導体基板２をチャンバ３へと搬送し、サセプタ５上に載置してチャンバ３内に収容する（Ｓ２０）。

ここで、チャンバ３内に収容される半導体基板２の構造について図４（ａ）・（ｂ）に基づいて説明する。

図４（ａ）・（ｂ）は、タングステン金属層を堆積する対象となる半導体基板２の部分断面図である。半導体基板２には、図４（ａ）に示すように、シリコン基板２ａ上にトランジスタなどの集積回路素子１８が形成されており、ビア等のホール形成部等にコバルトサリサイド層１９が形成されている。さらに、ＳｉＮ膜２０と、２酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはホウ素およびリン添加２酸化ケイ素からなる絶縁膜２１とが形成されており、所定のＣＭＰ等の平坦化プロセスを行った後、フォトリソグラフィー法およびドライエッチング法を適用することにより、絶縁膜２１に開口径０．０２μｍ以下のホール２２が形成されている。そして、図４（ｂ）に示すように、ＴｉＮ／Ｔｉ膜からなるバリアー膜２３がスパッタ／ＣＶＤ法によって形成されている。

以上のような構造を有する半導体基板２を用いてタングステンプラグ（導電性プラグ）を形成するためのタングステン層を堆積する。具体的には、
（１） 図４（ｂ）に示した半導体基板２に、ＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第一ガス、以下では第一前処理ガスと呼ぶ）を用いて前処理した（供給工程）後、第一前処理ガス（第一ガス）を排気して（第一ガス排気工程）（Ｓ２１（図２））、
（２） （１）に続いて、タングステン層を堆積するためのシード層となる核形成層を形成して（核形成層形成工程）（Ｓ２２（図２））、
（３） （２）に続いて、タングステン層を核形成層上に形成する（堆積工程）（Ｓ２４（図２））。

なお、以下の説明では、上記（１）の工程を第一前処理工程と呼び、上記（１）の工程を核形成層形成工程と呼び、上記（３）の工程を堆積工程と呼ぶ。

本実施形態の気相堆積方法では、まず、第一前処理工程（Ｓ２１）において、核形成層を形成する前に、半導体基板２上に第一前処理ガスを供給する。

第一前処理工程（Ｓ２１）では、ガス供給系４のガス供給源１４から流量ｙ３（ｓｃｃｍ）で供給された第一前処理ガス（ＳｉＨ_４ ガス）と、ガス供給源１５から流量ｚ３（ｓｃｃｍ）で供給されたＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給する。そして、チャンバ３内が所定のガス圧力ｐ３（Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１．３３３ｈＰａ））となるように圧力調整を行うとともに、時間ｔ３（秒）にわたって、半導体基板２の前処理を行う。これにより、半導体基板２上が前処理される（Ｓ２１ａ）。

その後、第一前処理ガス（およびＨ_２ ガス）を、図示しないガス排気口から排気する（Ｓ２１ｂ）。

このように前処理を行うことによって、半導体基板の表面状態を均一にすることができる。なお、第一前処理工程（Ｓ２１）、半導体基板２の表面状態を均一にすると同時に、サセプタ５および半導体基板２を予備的に加熱している。

上記ＳｉＨ_４ ガスの流量ｙ３は、２０〜１００（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、Ｈ_２ ガスの流量ｚ３は、５００〜２０００（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、ガス圧力ｐ３は、２０〜１００（Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。さらに、時間ｔ３は、２０〜７０（秒）であることが好ましい。

次に、前処理が完了した半導体基板２に、核形成層を形成する。本実施形態では、核形成層は、第一の核形成層および第二の核形成層の積層体からなる。まず、第一の核形成層を形成する方法について説明する（以下、第一核形成工程と呼ぶ）。

第一核形成工程（Ｓ２２ａ（図２））では、ガス供給源１３から流量ｘ４（ｓｃｃｍ）で供給されたＷＦ_６ ガス（タングステン含有化合物のガスａ）と、ガス供給源１４から流量ｙ４（ｓｃｃｍ）で供給されたＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第二ガス）とを、ガス圧力ｐ４（ｋＰａ）の条件下で、時間ｔ４（秒）にわたってシャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給する。その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより実質的に先に半導体基板２上に供給されるように設定する。

具体的には、ＷＦ_６ ガスがＳｉＨ_４ ガスより先にチャンバ３（図１）に到達（導入）するように設定すればよい。すなわち、ガス供給系４の質量流量コントローラ１３ａ〜１５ａは、上述したように、コンピュータなどからなる気相堆積制御部１７に接続されている。気相堆積制御部１７には、予めレシピが設定されており、このレシピ内容に基づいてガス導入を制御することができる。また、一つの気相堆積制御部１７およびガス供給系４に対して数個のチャンバが設けられている場合には、上記以外にも、質量流量コントローラ１３ａ〜１５ａからチャンバ３までの配管の長さと、ON/OFFの実行駆動時間と、ガスの粘性等を考慮して、チャンバ毎にガス到達時間を測定して、ＷＦ_６ ガスの到達時間とＳｉＨ_４ ガスの到達時間との間に差を設けることによって、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより実効的に先に半導体基板２上に供給することができる。

ＷＦ_６ ガスの流量ｘ４は、１０〜５０（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、ＳｉＨ_４ ガスの流量ｙ４は、１０〜３０（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、ガス圧力ｐ４は、２〜１０（Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。また、時間ｔ４は、所望の厚さの核形成層３０を形成できるように適宜設定すればよいが、１〜５（秒）であることが好ましい。

この第一核形成工程（Ｓ２２ａ）により、ヒーター７によって加熱されている半導体基板２上でＷＦ_６ ガスとＳｉＨ_４ ガスとが反応し、タングステンシリサイドを含む第一の核形成層３０ａが半導体基板２上に形成される（図３（ａ））。

第一核形成工程（Ｓ２２ａ）によって形成される第一の核形成層３０ａの厚さは、例えば、０．１５μｍのホールサイズでは、ホールの側面および底部において１０ｎｍ以上、基板の平坦部において３０〜５０μｍであることが好ましい。

次に、第一の核形成層３０ａの上に第二の核形成層を形成するが、本実施形態では、第二の核形成層を形成する前に、ＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第三ガス）を第一の核形成層３０ａに供給する（以下、この工程を第二前処理工程と呼ぶ）（供給・排気工程）。

第二前処理工程（Ｓ２２ｂ（図２））では、ガス供給系４（図１）のガス供給源１４から流量ｙ５（ｓｃｃｍ）で供給されたＳｉＨ_４ ガス（以下、第二前処理ガスと呼ぶ）と、ガス供給源１５から流量ｚ５で供給されたＨ_２ ガスとを、時間ｔ５（秒）にわたってシャワーヘッド６を介して第一の核形成層３０ａ上に供給する。この際、チャンバ３内がガス圧力ｐ５（Ｔｏｒｒ）となるように圧力調整を行う。これによって、第一の核形成層３０ａを前処理する（Ｓ２３ａ）。

ＳｉＨ_４ ガスの流量ｙ５は、１０〜３０（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、Ｈ_２ ガスの流量ｚ５は、０〜２０００（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、ガス圧力ｐ５は、２〜１０（Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。さらに、時間ｔ５は、２〜２０（秒）であることが好ましい。ここで、ＳｉＨ_４ ガスの流量ｙ５を、第一核形成工程（Ｓ２２ａ）におけるＳｉＨ_４ ガスの流量ｙ４と一致させることによって、工程間における流量の急激な変化を避け、プロセスの安定性を維持することができる。

その後、第二前処理ガス（およびＨ_２ ガス）を、図示しないガス排気口から排気する（Ｓ２３ｂ）。

次に、第二前処理工程（Ｓ２２ｂ）が完了した第一の核形成層３０ａに、第二の核形成層を形成する（以下、第二核形成工程と呼ぶ）。

第二核形成工程（Ｓ２２ｃ（図２））では、ガス供給源１３から流量ｘ６（ｓｃｃｍ）で供給されたＷＦ_６ ガス（タングステン含有化合物のガスｂ）と、ガス供給源１４から流量ｙ６（ｓｃｃｍ）で供給されたＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第四ガス）とを、ガス圧力ｐ６（Ｔｏｒｒ）の条件下で、時間ｔ６（秒）にわたってシャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給することによって、半導体基板２上にタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む第二の核形成層３０ｂを形成する（図３（ｂ））。

その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより先に半導体基板２上に供給されるように設定する。具体的には、上記した第一核形成工程（Ｓ２２ａ）と同様である。

第二核形成工程（Ｓ２２ｃ）では、ＷＦ_６ ガスの流量ｘ６は、１０〜４０（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、ＳｉＨ_４ ガスの流量ｙ６は、１０〜３０（ｓｃｃｍ）であることが好ましい。また、ガス圧力ｐ６は、２０〜４０（Ｔｏｒｒ）であることが好ましい。さらに、時間ｔ６は、所望の厚さの核形成層３０を形成できるように適宜設定すればよいが、５〜１０（秒）であることが好ましい。

ここで、第一核形成工程におけるＷＦ_６ ガスおよびＳｉＨ_４ ガスの流量比ｘ４：ｙ４と、第二核形成工程におけるＷＦ_６ ガスおよびＳｉＨ_４ ガスの流量比ｘ６：ｙ６とは、次式の条件ｘ４／ｙ４（≦）ｘ６／ｙ６を満たしている。すなわち、第一核形成工程において供給されるガスは、第二核形成工程において供給されるガスに比べて、ＳｉＨ_４ ガスの流量比が高くなっている。

以上の第二核形成工程（Ｓ２２ｃ）により、ヒーター７によって加熱されている半導体基板２上でＷＦ_６ ガスとＳｉＨ_４ ガスとが反応し、タングステンシリサイドを含む第二の核形成層３０ｂが半導体基板２上に堆積される（図３（ｂ））。

図３（ｂ）に示すように第二の核形成層３０ｂの形成を終了し、核形成層３０の形成が終了すると、次に、タングステン層を堆積させる。

堆積工程（Ｓ２４（図２））では、ガス供給源１４からのＳｉＨ_４ ガスの供給を停止するとともに、ＷＦ_６ ガスの流量等を調整し、ガス供給源１３から流量ｘ７（ｓｃｃｍ）で供給されたＷＦ_６ ガスと、流量ｚ７（ｓｃｃｍ）で供給されたＨ_２ ガスとを、ガス圧力ｐ７（ｋＰａ）の条件下で、時間ｔ７（秒）にわたってシャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給することによって、第二の核形成層３０ｂ上にタングステン層３１を堆積する（図３（ｃ））。

堆積工程（Ｓ２４）におけるＷＦ_６ ガスの流量ｘ７は、７０〜１５０（ｓｃｃｍ）とすることができる。また、Ｈ_２ ガスの流量ｚ７は、７００〜２０００（ｓｃｃｍ）とすることができる。また、ガス圧力ｐ７は、５０〜１００（Ｔｏｒｒ）とすることができる。時間ｔ７は、所望の厚さのタングステン層を形成するために適宜設定すればよく、例えば２０〜１００（秒）とすることができる。

タングステン層３１の堆積を終了すると、ＷＦ_６ ガスおよびＳｉＨ_４ ガスの供給を停止して、ＣＶＤ法による成膜を終了する。成膜終了後は、タングステン層３１が形成された半導体基板２をチャンバ３の外部へと搬出する（Ｓ２５）。

すなわち、本実施形態の気相堆積方法によれば、核形成層形成工程（Ｓ２２）によって、バリアー膜２３上にタングステンシリサイドを含む第一の核形成層３０ａを形成して（図３（ａ））、さらに、第一の核形成層３０ａ上に第二の核形成層３０ｂを形成する（図３（ｂ））。

このように、タングステンシリサイドを含む核形成層を２層（第一の核形成層３０ａ、第二の核形成層３０ｂ）から構成していることにより、核形成層のカバレッジを向上させることができる。

具体的には、第一の核形成層３０ａを形成することにより、後の堆積工程において形成されるタングステン層の核を形成することができ、第二の核形成層３０ｂを形成することにより、核形成層３０が半導体基板２上に略一様に形成されることになる。

また、本実施形態の気相堆積方法によれば、第一の核形成層３０ａおよび第二の核形成層３０ｂを形成する前に、各々、ＳｉＨ_４ ガスによって半導体基板２表面（または第一の核形成層３０ａ表面）を前処理することにより、基板の表面状態を均一にすることができ。

また、続いて行われる第一核形成工程や第二核形成工程において、半導体基板２に対して、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスよりも先に半導体基板２に到達させることによって、基板表面上と、ホール２２最上部の側壁部分とに核形成層が先に堆積されてしまうことなく、ホール２２内部の下方部分にも核形成することができる。

具体的には、シリコン含有化合物の第一ガスによって基板表面が均一に処理された半導体基板に対して、ＷＦ_６ガスをまず半導体基板に供給することによって、基板表面では、核形成層の核となる膜（以下、これを前核膜（不図示）と呼ぶ）が形成される。この前核膜が形成されることによって、核形成層３０が基板表面に均一に形成される。すなわち、良好なカバレッジを示すことができる。

さらに、堆積工程によって、第一の核形成層３０ａおよび第二の核形成層３０ｂからなる核形成層３０上にタングステン層３１（図３（ｃ））が形成されることにより、タングステン層３１がホール２２に埋め込まれてホール２２内が充填され、後の工程においてホール２２部分以外の不要部分に堆積したタングステン層３１を化学機械的研磨（ＣＭＰ）法を用いて除去することによって、半導体集積回路での層間結線として機能するタングステンプラグ（導電性プラグ）４５（図３（ｄ））を形成することができる。

さらに、本実施形態では、上記した核形成層形成工程および堆積工程を、３７５℃〜４１０℃の温度下で行うことによって、層中のフッ素濃度を高めてしまうことなく、かつステップカバレッジを良好に保つことができる。

すなわち、層中のフッ素濃度が高くなると、フッ素が基板或は配線中に拡散していき、フッ素化合物等を形成、或は腐食することで抵抗の増加或は断線等を引き起こす。そのために特性不良や信頼性の低下が起こる。しかし、本実施形態の方法によれば、層中のフッ素濃度が高くなることはないため、特性不良や信頼性の低下が起こる虞はない。

以上の気相堆積方法によれば、例えば、ホールサイズ０．２μｍ以下でアスペクト比が４以上の高アスペクト比を有するホールが形成された半導体基板であっても良好な導電性プラグ（タングステンを含む金属層）を形成することができることから、本発明の気相堆積方法を用いて製造される半導体集積回路の信頼性を向上させることができる。

〔実施の形態２〕
本発明にかかる他の実施の形態について、図５に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。

以下に、図５に基づいて本実施形態の気相堆積方法について説明する。図５は、本発明による気相堆積方法の一実施形態を示すフローチャートである。上記した実施の形態１において説明した気相堆積方法に代えて、本実施形態では、図５に示すフローチャートに示されているように、第一核形成工程（Ｓ３２ｂ）と第二前処理工程（Ｓ３３ａ）とを複数回繰り返して、第一の核形成層３０ａを形成する。

すなわち、本実施形態では、
（１） 図４（ｂ）に示した半導体基板２に、ＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第一ガス、以下では第一前処理ガスと呼ぶ）を用いて前処理した（供給工程）後、第一前処理ガス（第一ガス）を排気して（第一ガス排気工程）（Ｓ３１（図５））、
（２） （１）に続いて、タングステン層を堆積するためのシード層となる核形成層を形成して（核形成層形成工程）（Ｓ３２（図５））、
（３） （２）に続いて、タングステン層を核形成層上に形成する（堆積工程）（Ｓ３４（図５））。

なお、以下の説明では、上記（１）の工程を第一前処理工程と呼び、上記（１）の工程を核形成層形成工程と呼び、上記（３）の工程を堆積工程と呼ぶ。

第一前処理工程（Ｓ３１）では、上記した実施形態１の前処理工程と同様、ガス供給系４のガス供給源１４から流量ｙ８（ｓｃｃｍ）で供給された第一前処理ガス（ＳｉＨ_４ ガス）と、ガス供給源１５から流量ｚ８（ｓｃｃｍ）で供給されたＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給する。そして、チャンバ３内が所定のガス圧力ｐ８（Ｔｏｒｒ）となるように圧力調整を行うとともに、時間ｔ８（秒）にわたって、半導体基板２の前処理を行う。これにより、半導体基板２上が前処理される（Ｓ３１ａ）。

なお、第一前処理工程（Ｓ３１）における各構成（ｙ８、ｚ８、ｐ８、ｔ８）の好適条件は、上記した実施形態１の第一前処理工程（Ｓ２１）の各構成（ｙ３、ｚ３、ｐ３、ｔ３）と同じである。

その後、第一前処理ガス（およびＨ_２ ガス）を、図示しないガス排気口から排気する（Ｓ３１ｂ）。

なお、第一前処理工程（Ｓ３１）における各構成（ｙ８、ｚ８、ｐ８、ｔ８）の好適範囲は、上記実施の形態１の第一前処理工程と同じである。

次に、前処理が完了した半導体基板２に、第一の核形成層を形成する（以下、第一核形成工程と呼ぶ）。この第一核形成工程（Ｓ３２ａ）では、以下に説明する第一核形成工程（Ｓ３２ａ）と、第二前処理工程（Ｓ３２ｂ）とを繰り返し行うことによって、第一の核形成層を形成する。具体的に説明すると以下の通りである。

すなわち、第一核形成工程（Ｓ３２ａ（図５））では、まず、ガス供給源１３から流量ｘ９（ｓｃｃｍ）で供給されたＷＦ_６ ガス（タングステン含有化合物のガスａ）と、ガス供給源１４から流量ｙ９（ｓｃｃｍ）で供給されたＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第二ガス）とを、ガス圧力ｐ９（Ｔｏｒｒ）の条件下で、時間ｔ９（秒）にわたって、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給する。その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより先に半導体基板２上に供給されるように設定する（以下、この工程をタングステン供給工程と呼ぶ。Ｓ３３ａ（図５））。

具体的には、上記した実施の形態１の第一核形成工程（Ｓ２２ａ）と同様である。

なお、タングステン供給工程（Ｓ３３ａ）における各構成（ｘ９、ｙ９、ｐ９、ｔ９）の好適条件は、上記した実施形態１の第一核形成工程の各構成（ｘ４、ｙ４、ｐ４、ｔ４）と同じである。

次に、ＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第三ガス）を供給する（供給・排気工程）。なお、以下では、この工程を第二前処理工程と呼ぶ。

第二前処理工程（Ｓ３３ｂ（図５））では、ガス供給系４（図１）のガス供給源１４から流量ｙ１０（ｓｃｃｍ）で供給されたＳｉＨ_４ ガス（以下、第二前処理ガスと呼ぶ）と、ガス供給源１５から流量ｚ１０（ｓｃｃｍ）で供給されたＨ_２ ガスとを、時間ｔ１０（秒）にわたってシャワーヘッド６を介して供給する。この際、チャンバ３内がガス圧力ｐ１０（Ｔｏｒｒ）となるように圧力調整を行う。

その後、前処理ガス（およびＨ_２ ガス）を、図示しないガス排気口から排気する（Ｓ３４ｂ）。

なお、第二前処理工程（Ｓ３４ａ）における各構成（ｙ１０、ｚ１０、ｐ１０、ｔ１０）の好適範囲は、上記実施形態１の第二前処理工程（ｙ５、ｚ５、ｐ５、ｔ５）と同じである。

続いて、第二前処理工程が施された半導体基板２に対して、再度、上記した方法によってタングステン供給工程（Ｓ３３ａ）を行う。

さらに、再度、上記した第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）を施す。

このように、本実施形態では、タングステン供給工程（Ｓ３３ａ）と、第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）とを繰り返すことによって、第一の核形成層３０ａ（図３（ａ））を形成する。

次に、第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）において前処理ガス（およびＨ_２ ガス）を排気（Ｓ３４ｂ）したのに続いて、第一の核形成層３０ａ上に第二の核形成層３０ｂを形成する（第二核形成工程、Ｓ３２ｂ）。

第二核形成工程（Ｓ３２ｂ）では、上記実施形態１の第二核形成工程（Ｓ２２ｃ（図２））と同様、ガス供給源１３から流量ｘ１１（ｓｃｃｍ）で供給されたＷＦ_６ ガス（タングステン含有化合物のガスｂ）と、ガス供給源１４から流量ｙ１１（ｓｃｃｍ）で供給されたＳｉＨ_４ ガス（シリコン含有化合物の第四ガス）とを、ガス圧力ｐ１１（Ｔｏｒｒ）の条件下で、時間ｔ１１（秒）にわたってシャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給することによって、半導体基板２上にタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む第二の核形成層３０ｂを形成する（図３（ｂ））。

その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより先に半導体基板２上に供給されるように設定する。

第二の核形成層３０ｂの堆積を終了し、核形成層３０の形成がすべて終了したら、上記した実施形態１と同様の方法によって、タングステン層の堆積を行い（堆積工程、Ｓ３５（図５））、半導体基板２をチャンバ３の外部へと搬出する（Ｓ３６）。

以上の方法によって、タングステン層３１がホール２２に埋め込まれることによって、ホール２２内が充填されて、半導体集積回路での層間結線として機能するタングステンプラグ（導電性プラグ）４５が形成される（図３（ｄ））。

以上のように、本実施形態の気相堆積方法によれば、核形成層を２層から構成していることにより、核形成層のカバレッジを向上させることができる。特に、第一核形成工程においてタングステン供給工程（Ｓ３３ａ）と第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）とを繰り返し行うことによって第一の核形成層を形成していることから、第一の核形成層を形成する間に、供給・排気工程の数ほど第一の核形成層となる積層表面の表面状態を均一にすることができる。したがって、核形成層を形成するために供給されるガスをコンタクト/ビアホール底部まで充分に導くことができ、上記した実施の形態１に比べ、核形成層３０’のステップカバレッジをより一層向上させることができる。

なお、タングステン供給工程（Ｓ３３ａ）と第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）との繰り返し回数には特に制限はないが、ホールサイズとカバレッジから、繰り返し回数は２〜５回が好ましい。なお、好適な回数は、第一の核形成層の厚さを経時的に測定することによって決定することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〔実施例１〕
図２に示したフローチャートの気相堆積方法に沿って半導体基板２にタングステン層を堆積させた。図１に示した気相堆積装置１のチャンバ３内は、ヒーター７によって４００℃に加熱した。タングステン層を堆積する対象となる半導体基板２には、上記した方法によって、層間膜厚（すなわち、ホールの深さ）＝７００ｎｍ、ホール底部の直径＝０．１０μｍのホール（アスペクト比７）が形成されたものを用いた。

第一前処理工程（Ｓ２１）では、流量ｙ３＝７５ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガスと、流量ｚ３＝１０００ｓｃｃｍのＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。そして、チャンバ３内が所定のガス圧力ｐ３＝９０Ｔｏｒｒとなるように圧力調整を行うとともに、時間ｔ３＝４０秒にわたって、前処理を行い、前処理後、ＳｉＨ_４ ガスとＨ_２ ガスとを排気した。

次に、第一核形成工程（Ｓ２２ａ）では、流量ｘ４＝４０ｓｃｃｍのＷＦ_６ ガスと、流量ｙ４＝１０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより実質的に先に半導体基板２上に供給し、ガス圧力ｐ４＝５Ｔｏｒｒの条件下で、時間ｔ４＝５秒にわたって、半導体基板２上に１０〜３０ｎｍの厚さのタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む第一の核形成層３０ａ（図３（ａ））を形成した。

続いて、第二前処理工程（Ｓ２２ｂ）では、流量ｘ５＝１０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガスと、流量ｚ５＝０ｓｃｃｍのＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。そして、チャンバ３内がガス圧力ｐ５＝５Ｔｏｒｒとなるように圧力調整を行うとともに、時間ｔ５＝２秒にわたって、前処理を行い、前処理後、ＳｉＨ_４ ガスとＨ_２ ガスとを排気した。

第二前処理工程（Ｓ２３ａ）が終了すると、流量ｘ６＝３０ｓｃｃｍのＷＦ_６ ガスと、流量ｙ６＝１０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより先に半導体基板２上に供給した。そして、ガス圧力ｐ６＝３０Ｔｏｒｒの条件下で、時間ｔ６＝８秒にわたって、半導体基板２上に１０〜５０ｎｍの厚さのタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む第二の核形成層３０ｂ（図３（ｂ））を形成した。

第一の核形成層３０ａおよび第二の核形成層３０ｂの形成後、流量ｘ７＝９５ｓｃｃｍのＷＦ_６ ガスと、流量ｚ７＝７００ｓｃｃｍのＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。そして、ガス圧力ｐ７＝９０Ｔｏｒｒの条件下で、時間ｔ７＝４０秒にわたって第二の核形成層３０ｂ上に約０．２μｍの厚さのタングステン層３１を堆積した。

これにより、図３（ｄ）に示したタングステン層３１を堆積させた半導体基板を完成させた。

〔実施例２〕
図５に示したフローチャートの気相堆積方法に沿って半導体基板２にタングステン金属層を堆積させた。本実施例は、上記した実施例１と同様、図１に示した気相堆積装置１のチャンバ３内は、ヒーター７によって４００℃に加熱し、タングステン金属層を堆積する対象となる半導体基板２には、実施例１で用いたものと同じものを用いた。

第一前処理工程（Ｓ３１）では、流量ｙ８＝７５ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガスと、流量ｚ８＝１０００ｓｃｃｍのＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。そして、チャンバ３内が所定のガス圧力ｐ８＝９０Ｔｏｒｒとなるように圧力調整を行うとともに、時間ｔ８＝４０秒にわたって、前処理を行い、前処理後、ＳｉＨ_４ ガスとＨ_２ ガスとを排気した。

次に、第一核形成工程（Ｓ３２）では、まず、流量ｘ９＝４０ｓｃｃｍのＷＦ_６ ガスと、流量ｙ９＝１０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガスとを、ガス圧力ｐ９＝５Ｔｏｒｒの条件下で、時間ｔ９＝５秒にわたって、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。その際、ＷＦ_６ ガスをＳｉＨ_４ ガスより先に半導体基板２上に供給した（タングステン供給工程、Ｓ３３ａ（図５））。

第二前処理工程（Ｓ３３ｂ（図５））では、流量ｙ５＝１０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ガス（第二前処理ガス）と、流量ｚ５＝０ｓｃｃｍのＨ_２ ガスとを、時間ｔ５＝２秒にわたってシャワーヘッド６を介して供給した。この際、チャンバ３内がガス圧力ｐ５＝５Ｔｏｒｒとなるように圧力調整を行った。前処理を行った後、ＳｉＨ_４ ガスとＨ_２ ガスとを排気した。

続いて、第二前処理工程が施された半導体基板２に対して、再度、上記した方法によってタングステン供給工程（Ｓ３３ａ）を行う。

さらに、再度、上記した第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）を施す。

このように、本実施例では、タングステン供給工程（Ｓ３３ａ）と、第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）とを再度繰り返し、合計３回、タングステン供給工程と第二前処理工程（Ｓ３３ｂ）とを繰り返して１０〜５０ｎｍの厚さのタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む第一の核形成層３０ａ（図３（ａ））を形成した。

３回目の第二前処理工程（Ｓ３３ａ）後、流量ｘ１１＝９５ｓｃｃｍのＷＦ６ ガスと、流量z１１＝７００ｓｃｃｍのＨ２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。そして、ガス圧力ｐ１１＝３０Ｔｏｒｒの条件下で、時間ｔ１１＝８秒にわたって、半導体基板２上に第二の核形成層３０ｂ（図３（ｃ））を形成した。第一の核形成層３０ａおよび第二の核形成層３０ｂの形成後、堆積工程（Ｓ３４）において、ＷＦ_６ ガスの流量等を調整し、流量ｘ１２＝９５ｓｃｃｍで供給されたＷＦ_６ ガスと、流量ｚ１２＝７００ｓｃｃｍで供給されたＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板２上に供給した。そして、ガス圧力ｐ１２＝９０Ｔｏｒｒの条件下で、時間ｔ１２＝４０秒にわたって第二の核形成層３０ｂ上に約０．２μｍの厚さのタングステン層３１を堆積した（図３（ｃ））。

これにより、図３（ｄ）に示したタングステン層を堆積させた半導体基板を完成させた。

〔比較例〕
本比較例では、図６に示したフローチャートの気相堆積方法に沿って半導体基板２にタングステン金属層を堆積させた。装置は、本発明と同じく図１に示す気相堆積装置１を用いた。

本比較例は、核形成層を形成する際、実施例１および２の構成と異なり、ＷＦ_６ ガスおよびＳｉＨ_４ガスの半導体基板２への供給タイミングを、ＷＦ_６ ガスおよびＳｉＨ_４ ガスが同時に供給されるように構成した。

なお、各工程において用いる各種ガスは、実施例１および２と同じものとした。

具体的に説明すると、タングステン層を堆積する対象となる半導体基板には、上記した実施例１〜３と同じものを用いた。また、半導体基板は、気相堆積装置１のチャンバ３内のヒーター７を用いて４００℃に加熱した（Ｓ４００（図６）。

図６に示すように、本比較例では、図１に示すガス供給系４のガス供給源１４から流量７５ｓｃｃｍで供給されたＳｉＨ_４ガスと、ガス供給源１５から流量１０００ｓｃｃｍで供給されたＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板上に４０秒にわたって供給し、前処理を行った。その際、チャンバ３内がガス圧力９０Ｔｏｒｒとなるように圧力調整を行った（Ｓ４０１）。

次に、ガス供給源１３から流量１０ｓｃｃｍで供給されたＷＦ_６ガスと、ガス供給源１４から流量１０ｓｃｃｍで供給されたＳｉＨ_４ ガスとを、初期段階においてＷＦ_６ ガスとＳｉＨ_４ガスとが同時に半導体基板上に供給されるように設定し、ガス圧力５Ｔｏｒｒの条件下で、１０秒にわたって、半導体基板上にタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む厚さ３０〜５０ｎｍの核形成層を形成した（Ｓ４０２）。

核形成層形成後、ＷＦ_６ ガスの流量等を調整し、ガス供給源１３から流量９５ｓｃｃｍで供給されたＷＦ_６ガスと、ガス供給源１５から流量１０００ｓｃｃｍで供給されたＨ_２ ガスとを、シャワーヘッド６を介して半導体基板上に供給して、ガス圧力９０Ｔｏｒｒの条件下で、４０秒にわたって、核形成層上にタングステン層を堆積した（Ｓ４０３）。

これにより、核形成層およびタングステン層からなるタングステン金属層を堆積させた半導体基板を完成させた。

上記した実施例１〜３、並びに比較例における各核形成層のカバレッジを、断面ＴＥＭによって測定した結果を図７に示す。

図７に基づいて、実施例１〜３、並びに比較例におけるカバレッジを比較すると、従来技術では１１％であったカバレッジが実施例２の気相堆積方法によって堆積させることによって３６％に改善することが示された。また、実施例３の気相堆積方法によって堆積させることによって５７％にカバレッジを改善できていることが示された。

また、図８に、実施例２における核形成層のカバレッジの温度依存性を測定した。測定は、図１に示す気相堆積装置１のチャンバ３内を３７５℃〜４２５℃の範囲で加熱して、図５に示したフローチャートに沿ってタングステン層を堆積した半導体基板における各核形成層の膜厚を断面ＴＥＭによって測定した。その結果、図８から、４１０℃以下に設定することによって、５０％以上のカバレッジを示した。

本実施の形態に係る気相堆積方法は、アスペクト比が高いコンタクト/ビアホールが設けられた半導体基板に対しても、コンタクト/ビアホール内にタングステンを含む金属層（導電性プラグ）を充分に埋め込むことが可能となる。また、このように良好な導電性プラグを形成することができることから、本発明の気相堆積方法を用いて製造される半導体集積回路の信頼性を向上させることができる。

したがって、半導体装置に用いられる半導体基板への製造工程や、タングステンプラグを用いる全てのデバイスに適用することができる。

本発明に係る気相堆積方法を実施するために用いることができる気相堆積装置の一実施形態の構成を示す部分断面図である。 本発明の気相堆積方法における他の実施形態のフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、図２に示したフローチャートの各工程での半導体基板の状態を示した断面図である。 （ａ）・（ｂ）は、タングステン金属層を堆積する対象となる半導体基板の部分断面図である。 本発明による気相堆積方法の他の実施形態を示すフローチャートである。 比較例における気相堆積方法のフローチャートである。 本発明に係る気相堆積方法を用いて形成される核形成層と、比較例における気相堆積方法によって形成される核形成層のカバレッジを比較したグラフである。 本発明に係る気相堆積方法を用いて形成される核形成層のカバレッジの温度依存性を測定したグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の導電性プラグの堆積方法を示す半導体基板の断面図である。 図９（ａ）〜（ｄ）に示した従来の導電性プラグの堆積方法を適用した場合に生じる埋め込み不良の一例を示した半導体基板の断面図である。

１ 気相堆積装置
２ 半導体基板
３ チャンバ（収容室）
４ ガス供給系
５ サセプタ
６ シャワーヘッド
７ ヒーター
１３ ＷＦ_６ ガス供給源
１３ａ ＭＦＣ
１４ ＳｉＨ_４ ガス供給源
１４ａ ＭＦＣ
１５ Ｈ_２ ガス供給源
１５ａ ＭＦＣ
３０、３０’ 核形成層
３０ａ 第一の核形成層
３０ｂ 第二の核形成層
３１ タングステン層
４５、 タングステンプラグ（導電性プラグ）

Claims (6)

1. アスペクト比が４以上のホールが形成された半導体基板に、シリコン含有化合物の第一ガスを供給する供給工程と、
   供給工程後に当該第一ガスを排気する第一ガス排気工程と、
   第一ガス排気工程後に、第一の核形成層に第二の核形成層を積層してなる核形成層を上記半導体基板に形成する核形成層形成工程と、
   上記核形成層の上にタングステン層を堆積する堆積工程とを含む気相堆積方法であって、
   上記核形成層形成工程は、タングステン含有化合物のガスａと、シリコン含有化合物の第二ガスとを、当該第二ガスよりも先に当該ガスａが半導体基板に到達するように供給して第一の核形成層を形成する第一核形成工程と、
   第一核形成工程後に、シリコン含有化合物の第三ガスを供給し、第三ガス供給後に当該第三ガスを排気する供給・排気工程と、
   供給・排気工程後に、タングステン含有化合物のガスｂとシリコン含有化合物の第四ガスとを当該第四ガスよりも先に当該ガスｂが上記第一の核形成層に到達するように供給して第二の核形成層を形成する第二核形成工程とを含み、
   上記第一核形成工程で供給される上記ガスａと上記第二ガスとの流量比は、上記第二核形成工程で供給される上記ガスｂと上記第四ガスとの流量比に比べて、シリコン含有化合物のガスの流量比が高いことを特徴とする気相堆積方法。
2. 上記第一核形成工程は、上記半導体基板を収容している処理室に、上記第二ガスよりも先に上記ガスａを導入し、
   上記第二核形成工程は、上記半導体基板を収容している処理室に、上記第四ガスよりも先に上記ガスｂを導入することを特徴とする請求項１に記載の気相堆積方法。
3. 上記第一核形成工程と上記供給・排気工程とを繰り返すことによって上記第一の核形成層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の気相堆積方法。
4. 上記供給工程と、上記第一ガス排気工程と、上記核形成層形成工程と、上記堆積工程とを、３７５℃〜４１０℃の温度下で行うことを特徴とする請求項１から３に記載の気相堆積方法。
5. 上記シリコン含有化合物は、ＳｉＨ_４ であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の気相堆積方法。
6. 上記タングステン含有化合物は、ＷＦ_６ であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の気相堆積方法。
   

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