JP4877687B2

JP4877687B2 - 成膜方法

Info

Publication number: JP4877687B2
Application number: JP2001223087A
Authority: JP
Inventors: 穂高石塚; 司松田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: JP2002105638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤによりタングステン（Ｗ）等の薄膜を形成する成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に配線パターンを形成するために、あるいは配線間のホールを埋め込むために、Ｗ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）等の金属あるいは金属化合物を堆積させて薄膜を形成している。
【０００３】
これらの中で、Ｗ薄膜を成膜する際には、成膜処理に先立ってチャンバー内にＳｉＨ₄（シラン）ガスを導入するイニシエーションと呼ばれる前処理を行っている。このイニシエーション処理の目的は、Ｗ膜の形成に先立ってＳｉＨ_x（例えばｘ＝１〜３）を吸着させ、その上に健全で均一なＷ膜を形成することにある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、このようなイニシエーション処理を行うことにより、下地の構造または表面状態の影響や、チャンバー条件の影響により、Ｗ膜成膜時に異常成長粒が生じたり、Ｗ膜の表面状態が悪くなるという問題がある。このような問題は、ビットラインプロセスのような低温処理の際や、１００ｎｍ程度の薄い膜を形成する場合に特に顕著である。
【０００５】
このような異常粒成長や表面粗さ等の表面状態の悪化を解消するために、従来は、Ｗ膜成膜初期に行われる核生成処理（ニュークリエーション）により対応していたが、この場合には処理条件のマージンが極めて小さく、異常成長粒が少ない膜や良好な表面状態の膜を安定して製造することは困難であった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、異常成長粒が少ないおよび／または良好な表面状態を有する膜を安定して製造することができる成膜方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、成膜前処理によって良好な表面状態を有するおよび／または異常成長粒が少ない膜を安定して製造すべく検討を重ねた結果、前処理の際のＳｉ含有ガス、例えばＳｉＨ₄ガス等のシラン系ガスの分圧を高くすることが有効であることを見出した。
【０００８】
Ｓｉ含有ガスの分圧を高くすることによって、Ｓｉ含有ガス分子が活性化されて基板表面に接触する確率が高くなり、Ｓｉ含有分子、例えばＳｉＨ_xが均一に吸着される。したがって、その後の成膜処理において、膜が均一に成長し、膜の表面状態が良好になる。また、異常成長粒も生じ難くなる。このため、本発明では、ＳｉＨ₄分圧を所定値以上にすることにより、良好な表面状態を有するおよび／または異常成長粒が少ない膜を安定して製造することができるようにした。従来は、イニシエーション処理をＳｉＨ₄の流量０．４×１０^-2〜２×１０^-2Ｌ／ｍｉｎ、バックサイドガスを含めた全圧を５３３〜２６６７Ｐａにして行っていたため、ＳｉＨ₄分圧が低い値でありＷ膜の表面状態が悪かったり、異常成長粒が生じたりして安定した膜形成ができなかったが、ＳｉＨ₄分圧を上昇させることによりこのような問題が解消されるのである。
【０００９】
また、異常成長粒を少なくするためには、イニシエーション処理に先だって前記基板を加熱する予備加熱工程を実施することが極めて有効であることも見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、第１に、処理容器内に被処理基板を配置する工程と、処理容器内にＳｉ含有ガスを供給して前記基板に前処理を施す前処理工程と、引き続き処理容器に成膜ガスを供給して成膜処理を行う成膜工程とを具備する成膜方法であって、前記前処理工程は、４０ｓｅｃ以上実施され、Ｓｉ含有ガス分圧を１９０Ｐａ以上にして行行い、前記成膜工程によりＷ薄膜が成膜されることを特徴とする成膜方法を提供する。このように、前処理工程のＳｉ含有ガス分圧を１９０Ｐａ以上にすることにより、前処理工程の現実的な処理時間である前処理工程４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ないＷ薄膜を確実に形成することが可能となる。
【００１４】
本発明は、第２に、処理容器内に被処理基板を配置する工程と、前記基板を加熱する予備加熱工程と、その後処理容器内にＳｉ含有ガスを供給して前記基板に前処理を施す前処理工程と、引き続き処理容器に成膜ガスを供給して成膜処理を行う成膜工程とを具備する成膜方法であって、前記前処理工程は、４０ｓｅｃ以上実施され、Ｓｉ含有ガス分圧を１００Ｐａ以上にして行い、前記成膜工程によりＷ薄膜が成膜されることを特徴とする成膜方法を提供する。このように、予備加熱工程を行った上で前処理工程のＳｉ含有ガス分圧を１００Ｐａ以上に規定すれば、前処理工程の現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ないＷ薄膜を確実に形成することが可能となる。
【００１５】
これら第１または第２の発明において、前記前処理工程が、Ｓｉ含有ガスの流量を４×１０^−２Ｌ／ｍｉｎ以上で導入して行われることにより、上記Ｓｉ含有ガス分圧を達成しやすくなる。
【００１６】
また、上記第１または第２の発明において、前記被処理基板は、その表面にＷ薄膜の下地としてＴｉＮ薄膜が形成されているものが好ましい。さらに、前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＨ_４ガス、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスおよびＳｉＣｌ_２Ｈ_２ガスから選択されるガスであることが好ましい。
【００１７】
上記第１または第２の発明において、前記前処理工程は、処理容器内の全圧を５３３〜１０６６６Ｐａにして行うことができる。また、前記前処理工程は、ＳｉＨｘを吸着させるものとすることができる。さらに、前記前処理工程は、さらにＨ_２ガスを供給することができる。さらにまた、前記前処理工程は、基板を加熱して行われることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の実施に用いられるＣＶＤ装置の一例を模式的に示す断面図であり、Ｗ膜成膜用のものを示す。
【００１９】
図１に示すように、ＣＶＤ装置１００は、例えばアルミニウム等により円筒状に形成されたチャンバー１１を有しており、その上に蓋体１２が設けられている。このチャンバー１１内には、チャンバー１１の底部から起立させた支持部材１３上に、保持部材１４を介してウエハＷを載置する載置台１５が設けられている。なお、この支持部材１３の径方向内側は、熱線を反射するように形成されており、載置台１５は、厚さ２ｍｍ程度の例えばカーボン素材、セラミックス等で形成されている。
【００２０】
この載置台１５の下方には、ウエハＷを載置台１５から持ち上げるためのリフトピン１６が例えば３本設けられており、このリフトピン１６は、保持部材１７を介して押し上げ棒１８に支持されていて、この押し上げ棒１８がアクチュエータ１９に連結している。これにより、アクチュエータ１９が押し上げ棒１８を昇降させると、押し上げ棒１８および保持部材１７を介してリフトピン１６が昇降し、ウエハＷが昇降するようになっている。このリフトピン１６は、熱線を透過する材料、例えば石英により形成されている。また、リフトピン１６に一体的に支持部材２０が設けられており、この支持部材２０にシールドリング２１が取り付けられている。このシールドリング２１は、後述するハロゲンランプ２６の熱線が上方に照射されることを防止するとともに、クリーニング時にクリーニングガスの流路を確保する機能を有している。載置台１５には、さらに、ウエハＷの加熱時にウエハＷの温度を計測するための熱電対２２が埋設されており、この熱電対２２の保持部材２３が支持部材１３に取付けられている。
【００２１】
載置台１５の真下のチャンバー底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓２４が気密に設けられており、その下方には、透過窓２４を囲むように箱状の加熱室２５が設けられている。この加熱室２５内には、例えば４個のハロゲンランプ２６が反射鏡をも兼ねる回転台２７に取付けられており、この回転台２７は、回転軸２８を介して加熱室２５の底部に設けられた回転モータ２９により回転されるようになっている。したがって、このハロゲンランプ２６から放出された熱線は、透過窓２４を透過して載置台１５の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。この加熱室２５の側壁には、この室内や透過窓２４を冷却するための冷却エアを導入する冷却エア導入口３０およびこのエアを排出するための冷却エア排出口３１が設けられている。
【００２２】
載置台１５の外周側には、多数の整流孔を有するリング状の整流板３２が、環状に形成した支持コラム３３の上端に設けられた水冷プレート３４に載置されている。この水冷プレート３４の内周側には、上方の処理ガスが下方に流れることを防止するためのリング状の石英製またはアルミニウム製のアタッチメント３５が設けられている。これら整流板３２、水冷プレート３４およびアタッチメント３５の下側には、成膜処理時、処理ガスと反応しない不活性ガス例えばＡｒガスやＮ₂ガス等をバックサイドガスとして供給するバックサイドガス導入管３７が設けられており、そこから載置台１５の下側の空間にバックサイドガスを導入することにより、処理ガスが載置台１５の下側に回り込んで余分な成膜作用を及ぼすことが防止される。バックサイドガスとしては、Ａｒガス、Ｎ₂ガス等が用いられる。
【００２３】
また、チャンバー１１の底部の四隅には、排気口３６が設けられており、この排気口３６には、図示しない真空ポンプが接続されている。これにより、チャンバー１１内は、所定の真空状態に維持し得るようになっている。
【００２４】
チャンバー１１の天井部には、処理ガス等を導入するためのシャワーヘッド４０が設けられている。このシャワーヘッド４０は、蓋体１２に嵌合して形成されたシャワーベース４１を有しており、このシャワーベース４１の上部中央には、処理ガス等を通過させるオリフィスプレート４２が設けられている。さらに、このオリフィスプレート４２の下方に、２段の拡散プレート４３，４４が設けられており、これら拡散プレート４３，４４の下方に、シャワープレート４５が設けられている。オリフィスプレート４２の上側にはガス導入部材４６が配置されており、このガス導入部材４６にはガス導入口４７が設けられている。このガス導入口４７にはチャンバー１１内へ処理ガス等を供給するガス供給機構５０が接続されている。
【００２５】
ガス供給機構５０は、ＣｌＦ₃ガス供給源５１、ＷＦ₆ガス供給源５２、Ａｒガス供給源５３、Ｎ₂ガス供給源５４、ＳｉＨ₄ガス供給源５５、Ｈ₂ガス供給源５６を有している。ＣｌＦ₃ガス供給源５１にはガスライン５７が接続され、このガスライン５７にはマスフローコントローラ６６とその前後の開閉バルブ６７，６８とが設けられている。ＷＦ₆ガス供給源５２にはガスライン５８が接続され、このガスライン５８にはマスフローコントローラ６９とその前後の開閉バルブ７０，７１とが設けられている。Ａｒガス供給源５３にはガスライン５９が接続され、このガスライン５９にはマスフローコントローラ７２とその前後の開閉バルブ７３，７４とが設けられている。そして、このガスライン５９と上記ガスライン５８とが合流してガスライン８４に接続されている。Ｎ₂ガス供給源５４にはガスライン６０が接続され、このガスライン６０にはマスフローコントローラ７５とその前後の開閉バルブ７６，７７とが設けられている。ＳｉＨ₄ガス供給源５５にはガスライン６１が接続され、このガスライン６１にはマスフローコントローラ７８とその前後の開閉バルブ７９，８０とが設けられている。Ｈ₂ガス供給源５６にはガスライン６２が接続され、このガスライン６２にはマスフローコントローラ８１とその前後の開閉バルブ８２，８３とが設けられている。そして、ガスライン６０，６１，６２が合流してガスライン８５に接続されている。ＣｌＦ₃ガス供給源５１から延びるガスライン５７、ガスライン８４およびガスライン８５は上述のガス導入口４７に接続されている。
【００２６】
次に、このように構成されたＣＶＤ装置１００により、本発明の一実施形態に係る成膜方法について説明する。ここでは、予めウエハＷ上にバリア層として形成されたＴｉＮ薄膜の上にＷ薄膜を形成する典型例について示す。
【００２７】
まず、チャンバー１１の側壁に設けられた図示しないゲートバルブを開いて搬送アームによりチャンバー１１内にウエハＷを搬入し、リフトピン１６を押し上げることによりウエハＷをリフトピン１６側に受け渡し、押し上げ棒１８を降下させることによりリフトピン１６を押し下げて、ウエハＷを載置台１５上に載置する。
【００２８】
この状態で排気口３６からチャンバー１１内を吸引排気しつつガス供給機構５０からシャワーヘッド４０を介してチャンバー１１内に所定のガスを供給し、さらに、バックサイドガス導入管３７を介して載置台１５の下側の空間にＡｒガスやＮ₂ガス等をバックサイドガスとして供給しながら、図２に示すように、ヒートアップ工程（ＳＴ１）、イニシエーション工程（ＳＴ２）が行われ、引き続き成膜工程（ＳＴ３）が行われる。成膜工程では、ニュークリエーション工程（ＳＴ３−１）およびその後の本成膜工程（ＳＴ３−２）の２段階で実施される。なお、バックサイドガスは、チャンバー１１内の吸引排気開始後から上記全ての工程の間供給され、その流量は例えば０．５〜３Ｌ／ｍｉｎに設定される。
【００２９】
ヒートアップ工程においては、所定のガス、例えばＡｒガス、水素ガス、窒素ガスを所定流量で流しつつ加熱室２５内のハロゲンランプ２６を点灯してその熱線によりウエハＷを所定温度に加熱し、その状態で所定時間保持する。この場合に加熱温度は成膜温度である３８０〜５００℃が好ましく、保持時間は１０〜１２０ｓｅｃが好ましい。このヒートアップ工程（ＳＴ１）と、次のイニシエーション工程とを組み合わせることより、後述するように、その後に成膜されるＷ薄膜の異常粒成長粒を抑制することができる。ただし、次のイニシエーション工程（ＳＴ２）で異常成長粒抑制効果が十分な場合にはヒートアップ工程は必ずしも必要ではない。
【００３０】
イニシエーション工程（ＳＴ２）では、ハロゲンランプ２６を点灯したままの状態で、チャンバー１１内にＳｉＨ₄ガスを供給して成膜前処理を行う。この際の加熱温度は３８０〜５００℃が好ましい。このイニシエーション工程においては、チャンバー１１内のＳｉＨ₄ガス分圧を従来よりも高い値とする。これにより、ＳｉＨ_x（例えばｘ＝１〜３）を均一に吸着させることができ、その後の成膜工程（ＳＴ３）によって形成されるＷ薄膜の表面状態を良好にすることができる。また、これにより異常成長粒も減少させることもできる。
【００３１】
まず、Ｗ薄膜の表面状態について説明する。
Ｗ薄膜の表面状態の指標としてはＨａｚｅを用いることができる。ＨａｚｅはＷ薄膜の表面状態の粗さをｐｐｍで表し、その値が小さいほど平滑性の高い良好な表面状態となる。図３はＷ薄膜のＨａｚｅ値が１．２０ｐｐｍの場合および９．３２ｐｐｍの場合における表面状態を示すＳＥＭ写真である。この図からＨａｚｅ値が１．２０ｐｐｍのほうが平滑な表面状態であることがわかる。
【００３２】
図４は、横軸にイニシエーション工程におけるＳｉＨ₄ガス分圧をとり、縦軸にＷ薄膜の表面状態の指標であるＨａｚｅ値をとってこれらの関係を示すグラフである。この図はＳｉＨ₄ガス流量を０〜９．０×１０^-2Ｌ／ｍｉｎとし、全圧を５３３〜１０６６６Ｐａとし、加熱温度を４１０℃として４０ｓｅｃ、８０ｓｅｃ、１２０ｓｅｃのイニシエーション処理を行った結果である。また、他のガスとしてはＨ₂ガスを用い、バックサイドガスとしてはＡｒガスを２Ｌ／ｍｉｎの流量で流した。Ｗ薄膜は、加熱温度を４１０℃としてまずＷＦ₆ガスを１．５×１０^-2Ｌ／ｍｉｎの流量で流してニュークリエーションを３０ｓｅｃ行い、流量を７．０×１０^-2Ｌ／ｍｉｎに上げて本成膜を２７ｓｅｃ行い、１００ｎｍの厚さとした。
【００３３】
図４から明らかなように、イニシエーション工程の時間が長くなるほど、ＳｉＨ₄ガス分圧が低い範囲でＨａｚｅの値が良好になっていることがわかる。そして、処理時間がスループット上許容される上限付近である１２０ｓｅｃでは、ＳｉＨ₄ガス分圧５０Ｐａ以上で良好なＨａｚｅ値を得ることが可能となる。すなわち、ＳｉＨ₄ガス分圧を５０Ｐａ以上に規定すれば、スループットを低下させない許容範囲の処理時間において、良好な表面状態を得ることができる。また、図４から処理時間１２０ｓｅｃにおいてＳｉＨ₄ガス分圧が６０Ｐａ以上であれば、Ｈａｚｅ値が安定して好ましい範囲である８ｐｐｍ以下となるため、ＳｉＨ₄ガス分圧は６０Ｐａ以上が好ましい。さらに、図４から処理時間１２０ｓｅｃでＳｉＨ₄ガス分圧が７０Ｐａ以上であれば、Ｈａｚｅ値がＷ薄膜の表面状態がより好ましいものとなる５ｐｐｍ以下となるから、ＳｉＨ₄ガス分圧は７０Ｐａ以上がより好ましい。なお、図４を見るとＳｉＨ₄ガス分圧が低い部分でもＨａｚｅ値が良好になっているが、その部分ではＳｉＨ₄ガス分圧の多少の変化でもＨａｚｅ値が変動して安定的に良好な表面状態が得られない。
【００３４】
図５は、ＳｉＨ₄ガス分圧を６４４Ｐａ、加熱温度を４１０℃とし、イニシエーション時間を２０〜８０ｓｅｃまで変化させた後、上述のようにして成膜した場合について示すグラフである。この図から、イニシエーション時間が４０ｓｅｃ以上となるとほぼ安定したＨａｚｅ値が得られることがわかる。したがって、イニシエーション工程において現実的な処理時間は４０ｓｅｃ以上と考えられるから、現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上で良好なＨａｚｅ値が得られることがより好ましい。このような観点から上記図４を見ると、ＳｉＨ₄ガス分圧が１００Ｐａ以上であれば処理時間４０ｓｅｃ以上でほぼＨａｚｅ値８ｐｐｍ以下が実現されることがわかる。ただし、処理時間が４０ｓｅｃよりも短くてもＳｉＨ₄ガス分圧をより高くすれば良好な表面状態の膜を得ることは可能である。したがって、より短時間の処理が求められる場合には、その処理時間に応じてＳｉＨ₄ガス分圧を高めればよい。
【００３５】
次に、異常粒成長について説明する。
図６は、イニシエーション工程の際のＳｉＨ₄ガス分圧とその後に形成されたＷ薄膜の０．２μｍ以上の異常成長粒個数との関係をヒートアップありとなしの場合で示すグラフである。この図はＳｉＨ₄ガス流量を０〜９．０×１０^-2Ｌ／ｍｉｎとし、全圧を５３３〜１０６６６Ｐａとし、加熱温度を４１０℃として４０ｓｅｃ、８０ｓｅｃ、１２０ｓｅｃのイニシエーション処理を行った結果である。また、他のガスとしてはＨ₂ガスを用い、バックサイドガスとしてはＡｒガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量で流した。また、Ｗ薄膜の成膜条件は図４の場合と同一とした。ヒートアップ工程はＡｒガス、Ｈ₂ガス、Ｎ₂ガスを導入して全圧を１０６６６Ｐａとし、加熱温度を４１０℃として１００ｓｅｃ行った。
【００３６】
図６に示すように、いずれの条件でも、ＳｉＨ₄ガス分圧がある値以上になると異常成長粒がほぼゼロになっている。そして、ヒートアップ工程ありの場合のほうがなしの場合よりも低いＳｉＨ₄ガス分圧で異常成長粒が抑制されており、また、処理時間が長いほど低いＳｉＨ₄ガス分圧で異常成長粒が抑制されていることがわかる。そして、ヒートアップ工程がない場合には、処理時間がスループット上許容される上限付近である１２０ｓｅｃで、ＳｉＨ₄ガス分圧６０Ｐａ以上で異常成長粒がほぼゼロになっている。すなわち、ＳｉＨ₄ガス分圧を６０Ｐａ以上とすれば、スループットを低下させない許容範囲の処理時間において、異常成長粒を極めて少なくすることができる。一方、ヒートアップ工程がある場合には、処理時間がスループット上許容される上限付近である１２０ｓｅｃで、ＳｉＨ₄ガス分圧３０Ｐａ以上で異常成長粒がほぼゼロになっている。すなわち、ＳｉＨ₄ガス分圧を３０Ｐａ以上とすれば、スループットを低下させない許容範囲内の処理時間において、異常成長粒を極めて少なくすることができる。
【００３７】
また、上述したように、イニシエーション工程において現実的な処理時間は４０ｓｅｃ以上と考えられるから、現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上で異常成長粒が少ないことがより好ましい。このような観点から上記図６を見ると、ヒートアップ工程がない場合には、ＳｉＨ₄ガス分圧が１９０Ｐａ以上であれば処理時間４０ｓｅｃ以上で異常成長粒の個数をほぼゼロにすることができることがわかる。一方、ヒートアップ工程がある場合には、ＳｉＨ₄ガス分圧が１００Ｐａ以上であれば処理時間４０ｓｅｃ以上で異常成長粒の個数をほぼゼロにすることができることがわかる。
【００３８】
図４および図６の結果をまとめて考察すると以下のようになる。
すなわち、イニシエーション工程においてＳｉＨ₄ガス分圧を５０Ｐａ以上に規定すれば、ヒートアップ工程がなくても、スループットを低下させない許容範囲の処理時間において、良好な表面状態を有する膜を安定して製造することが可能となり、ＳｉＨ₄ガス分圧を６０Ｐａ以上に規定すれば、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ない膜を安定して製造することが可能となる。ヒートアップ工程がある場合には、ＳｉＨ₄ガス分圧を３０Ｐａ以上に規定すれば、スループットを低下させない許容範囲の処理時間において、異常成長粒の極めて少ないＷ薄膜を安定して製造することが可能となる。また、イニシエーション工程のＳｉＨ₄ガス分圧を１００Ｐａ以上に規定すれば、イニシエーション工程の現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有するＷ薄膜を確実に形成することが可能となる。そして、ＳｉＨ₄ガス分圧を１９０Ｐａ以上にすることにより、イニシエーション工程の処理時間４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ないＷ薄膜を確実に形成することが可能となる。ヒートアップ工程がある場合には、イニシエーション工程のＳｉＨ₄ガス分圧を１００Ｐａ以上に規定すれば、イニシエーション工程の現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ないＷ薄膜を確実に形成することが可能となる。
【００３９】
図７および図８は、上記図４の基になったデータを用いて、それぞれチャンバー内の全圧とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係、およびＳｉＨ₄ガス流量とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を示す図である。これらから、全圧を７０００Ｐａ以上にすること、および／またはＳｉＨ₄ガス流量を約４×１０^-2Ｌ／ｍｉｎとすることが好ましいことがわかる。
【００４０】
このイニシエーション工程において、ＳｉＨ₄ガスの他に用いるガスとしてはＨ₂ガスを好適に用いることができるが、これに限るものではない。ただし、Ｎ₂ガスを用いる場合には、ＳｉＨ₄ガス分圧が同じでもＮ₂ガス流量が少ないほどＨａｚｅ値が良好になる。このことを図９に示す。図９はイニシエーション工程におけるＳｉＨ₄ガス分圧を６４４Ｐａと一定にし、イニシエーション時間を２０ｓｅｃとして、Ｎ₂ガス流量とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を示すグラフである。この図からＳｉＨ₄ガス分圧が同じでも、Ｎ₂ガス流量が少ないほどＨａｚｅ値が小さくなることがわかる。そして、その傾向は、処理時間が短いほど著しい。
【００４１】
なお、以上の説明においては、Ｗ成膜前処理としてのイニシエーション工程においてＳｉＨ₄ガスを用いているが、Ｓｉ₂Ｈ₆等の他のシラン系ガスを用いることもできる。
【００４２】
イニシエーション工程の後、Ｗ薄膜の成膜工程（ＳＴ３）が実施される。この成膜工程においては、まず、ニュークリエーション工程（ＳＴ３−１）が実施さるが、この際には、高精度のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）により厳密に流量を制御しつつ本成膜の際よりも少量の１×１０^-2〜３×１０^-2Ｌ／ｍｉｎ程度、例えば１．５×１０^-2Ｌ／ｍｉｎで流してＷの核生成が行われる。次いで、ニュークリエーションの際よりも多量の６×１０^-2〜２０×１０^-2Ｌ／ｍｉｎ程度、例えば７．０×１０^-2Ｌ／ｍｉｎでＷＦ₆ガスを流して本成膜を行う。この成膜工程においては、ヒートアップ工程（ＳＴ１）およびイニシエーション工程（ＳＴ２）と同様にハロゲンランプ２６を点灯してウエハＷを加熱するが、その際の加熱温度は３８０〜５００℃が好ましい。他のガスとしてはＡｒガス、Ｈ₂ガス、Ｎ₂ガスが導入される。本成膜工程の際のガス流量を例示すると、ＷＦ₆ガス：７．０×１０^-2Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス：０．８Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス：１．２Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス：０．１Ｌ／ｍｉｎである。
【００４３】
また、処理時間としては、ニュークリエーション工程が２０〜６０ｓｅｃ、本成膜工程が２０〜６０ｓｅｃ程度が採用される。これにより、膜厚５０〜２０００ｎｍ程度のＷ薄膜が形成される。上記図５のグラフに示した例では、ニュークリエーション工程が３０ｓｅｃ、本成膜工程が２７ｓｅｃで１００ｎｍの厚さがＷ薄膜が形成される。
【００４４】
所定時間経過後、ガスライン５９のバルブが閉じられ、ＷＦ₆ガス供給源５３からのＷＦ₆ガスの供給が停止され、成膜工程が終了する。その後、Ａｒガスの流量を増加させてチャンバー１１内をパージする。そして、この後、必要に応じてＣｌＦ₃ガスをチャンバー１１内に供給してチャンバー内のクリーニングを行う。
【００４５】
このようにして一連の工程を実施することにより、特にイニシエーション工程においてＳｉＨ₄ガス分圧を上げてその衝突量を多くしたことにより、膜表面の粗さが小さいＷ薄膜、異常成長粒が少ないＷ薄膜を安定して得ることができる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では本発明をＴｉＮ薄膜上にＷ薄膜を形成する場合について示したが、下地および形成する膜はこれに限るものではない。本発明は成膜前処理においてＳｉ含有ガスを用いる場合であれば適用することができ、例えば、ＷＳｉやＴｉＳｉ等のシリサイドの成膜におけるニュークリエーション等の前処理に適用することが可能である。また、前処理のガスとしてＳｉＨ₄に代表されるシラン系ガスを用いたが、これに限らず、ＳｉＣｌ₂Ｈ₂等の他のＳｉ含有ガスを用いることもできる。さらに、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、これに限らず他の基板、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用のガラス基板にも適用することが可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、成膜工程に先立つ前処理工程においてＳｉ含有ガス分圧を高くしたので、Ｓｉ含有ガス分子が活性化されて基板表面に接触する確率が高くなり、Ｓｉ含有分子が均一に吸着され、その後の成膜処理において、膜が均一に成長し、表面状態が良好な膜、異常成長粒の少ない膜を安定して得ることができる。具体的には、Ｓｉ含有ガス分圧を５０Ｐａ以上に規定すれば、前処理工程の処理時間をスループットを低下させない範囲で適切に調整することにより、良好な表面状態を有する膜を安定して製造することが可能となり、Ｓｉ含有ガス分圧を６０Ｐａ以上に規定すれば、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ない膜を安定して製造することが可能となる。また、予備加熱工程を行った上で前処理工程のＳｉ含有ガス分圧を３０Ｐａ以上に規定すれば、前処理工程の処理時間をスループットを低下させない範囲で適切に調整することにより、異常成長粒の極めて少ない膜を安定して製造することが可能となる。
また、前処理工程のＳｉ含有ガス分圧を１００Ｐａ以上に規定すれば、前処理工程の現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有する膜を確実に形成することが可能となる。また、この際にＳｉ含有ガス分圧を１９０Ｐａ以上にすることにより、前処理工程の処理時間４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ない膜を確実に形成することが可能となる。予備加熱工程を行った上で前処理工程のＳｉ含有ガス分圧を１００Ｐａ以上に規定すれば、前処理工程の現実的な処理時間である４０ｓｅｃ以上において、良好な表面状態を有しかつ異常成長粒の極めて少ない膜を確実に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いるＣＶＤ成膜装置の一例を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態の工程を説明するための図。
【図３】Ｗ薄膜のＨａｚｅ値が１．２０ｐｐｍの場合および９．３２ｐｐｍの場合における表面状態を示すＳＥＭ写真。
【図４】イニシエーション工程におけるＳｉＨ₄ガス分圧とその後に形成されたＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を処理時間毎に示すグラフ。
【図５】イニシエーション時間とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を示すグラフ。
【図６】イニシエーション工程の際のＳｉＨ₄ガス分圧とその後に形成されたＷ薄膜の異常粒成長個数との関係を処理時間毎にヒートアップありとなしの場合で示すグラフ。
【図７】イニシエーション工程におけるチャンバー内の全圧とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を示すグラフ。
【図８】イニシエーション工程におけるＳｉＨ₄ガス流量とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を示すすグラフ。
【図９】イニシエーション工程におけるＳｉＨ₄ガス分圧を６４４Ｐａと一定にし、イニシエーション時間を２０ｓｅｃとして、Ｎ₂ガス流量とＷ薄膜のＨａｚｅ値との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１１；チャンバー
１５；載置台
２６；ハロゲンランプ
４０；シャワーヘッド
５０；ガス供給機構
５２；ＷＦ₆ガス供給源
５５；ＳｉＨ₄ガス供給源
Ｗ……半導体ウエハ

Claims

処理容器内に被処理基板を配置する工程と、処理容器内にＳｉ含有ガスを供給して前記基板に前処理を施す前処理工程と、引き続き処理容器に成膜ガスを供給して成膜処理を行う成膜工程とを具備する成膜方法であって、
前記前処理工程は、４０ｓｅｃ以上実施され、Ｓｉ含有ガス分圧を１９０Ｐａ以上にして行い、前記成膜工程によりＷ薄膜が成膜されることを特徴とする成膜方法。
処理容器内に被処理基板を配置する工程と、前記基板を加熱する予備加熱工程と、その後処理容器内にＳｉ含有ガスを供給して前記基板に前処理を施す前処理工程と、引き続き処理容器に成膜ガスを供給して成膜処理を行う成膜工程とを具備する成膜方法であって、
前記前処理工程は、４０ｓｅｃ以上実施され、Ｓｉ含有ガス分圧を１００Ｐａ以上にして行い、前記成膜工程によりＷ薄膜が成膜されることを特徴とする成膜方法。
前記前処理工程は、Ｓｉ含有ガスの流量を４×１０^−２Ｌ／ｍｉｎ以上で導入して行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成膜方法。
前記被処理基板は、表面にＴｉＮ薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記前処理工程は、処理容器内の全圧を５３３〜１０６６６Ｐａにして行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記Ｓｉ含有ガスは、ＳｉＨ_４ガス、Ｓｉ_２Ｈ_６ガスおよびＳｉＣｌ_２Ｈ_２ガスから選択されるガスであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記前処理工程は、ＳｉＨｘを吸着させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記前処理工程は、さらにＨ_２ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の成膜方法。
前記前処理工程は、基板を加熱して行われることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の成膜方法。