JP6706903B2

JP6706903B2 - タングステン膜の成膜方法

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Publication number: JP6706903B2
Application number: JP2015227740A
Authority: JP
Inventors: 健索成嶋; 隼史堀田; 智久丸山; 康饗場
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: KR20160094310A; TWI683022B; KR101870501B1; TW201700763A; JP2016145409A

Description

本発明は、タングステン膜の成膜方法に関する。

ＬＳＩを製造する際には、ＭＯＳＦＥＴゲート電極、ソース・ドレインとのコンタクト、メモリーのワード線等にタングステンが広く用いられている。多層配線工程では、銅配線が主に用いられているが、銅は耐熱性に乏しく、また拡散しやすいため、耐熱性が要求される部分や銅の拡散による電気特性の劣化が懸念される部分等にタングステンが用いられる。

タングステンの成膜処理として、以前には物理的蒸着（ＰＶＤ）法が用いられていたが、高い被覆率（ステップカバレッジ）が要求される部分では、ＰＶＤ法により対応することが困難であるため、ステップカバレッジが良好な化学的蒸着（ＣＶＤ）法で成膜することが行われている。

このようなＣＶＤ法によるタングステン膜（ＣＶＤ−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（ＷＦ_６）および還元ガスであるＨ_２ガスを用い、被処理基板である半導体ウエハ上でＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦの反応を生じさせる方法が一般的に用いられている（例えば、特許文献１，２）。

しかし、ＷＦ_６ガスを用いてＣＶＤ−タングステン膜を成膜する場合には、半導体デバイスにおける、特にゲート電極やメモリーのワード線などで、ＷＦ_６に含まれるフッ素がゲート絶縁膜を還元し、電気特性を劣化させることが強く懸念されるようになってきた。

フッ素を含有しないＣＶＤ−Ｗ成膜の際の処理ガスとしては、六塩化タングステン（ＷＣｌ_６）が知られている（例えば特許文献３、非特許文献１）。塩素もフッ素と同様に還元性を有するが、反応性はフッ素より弱く、電気特性に対する悪影響が少ないことが期待されている。

特開２００３−１９３２３３号公報特開２００４−２７３７６４号公報特開２００６−２８５７２号公報

J.A.M. Ammerlaan et al., "Chemical vapor deposition of tungstenby H2 reduction of WCl6", Applied Surface Science53(1991), pp.24-29

ところで、近時、半導体デバイスの微細化が益々進み、良好なステップカバレッジが得られると言われているＣＶＤでさえも複雑形状パターンへの埋め込みが困難になりつつあり、さらなる高いステップカバレッジを得る観点から、原料ガスと還元ガスとをパージを挟んでシーケンシャルに供給する原子層堆積（ＡＬＤ）法が注目されている。

しかしながら、原料ガスであるＷＣｌ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを用い、ＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜する場合には、１サイクルあたりの堆積膜厚が薄い、つまり成膜速度が小さい。このため、生産性が低いという問題点がある。

したがって、本発明の課題は、原料ガスとしてＷＣｌ_６ガスを用いたＡＬＤ法により、高い生産性で埋め込み性が良好なタングステン膜を成膜することができるタングステン膜の成膜方法を提供することにある。

すなわち、本発明の第１の観点は、被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持されたチャンバー内に、タングステン原料ガスとしての塩化タングステンガス、および塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、前記チャンバー内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤ法により被処理基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、前記チャンバー内に前記塩化タングステンガスを供給する第１工程と、前記チャンバー内をパージする第２工程と、前記チャンバー内に前記還元ガスを供給して塩化タングステンを還元する第３工程と、前記チャンバー内をパージする第４工程とによりタングステン単位膜を形成する操作を複数サイクル繰り返し、前記第１工程の際に、前記還元ガスを１００〜５００ｓｃｃｍの流量で添加し、前記第１工程から前記第４工程の全ての期間で連続的に前記チャンバー内にパージガスを流して、塩化タングステンガスおよび還元ガスを前記チャンバーに供給する流れを形成し、前記第２工程および前記第４工程の際にパージガスの流量を増加させることを特徴とするタングステン膜の成膜方法を提供する。

前記第１工程の際に添加される還元ガスの供給期間は、塩化タングステンガスの供給期間の一部であることが好ましい。

本発明の第２の観点は、被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持されたチャンバー内に、タングステン原料ガスとしての塩化タングステンガス、および塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、前記チャンバー内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤ法により被処理基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、前記チャンバー内に前記塩化タングステンガスを供給する第１工程と、前記チャンバー内をパージする第２工程と、前記チャンバー内に前記還元ガスを供給して塩化タングステンを還元する第３工程と、前記チャンバー内をパージする第４工程とによりタングステン単位膜を形成する操作を複数サイクル繰り返し、前記第１工程から前記第４工程にかけて連続的に前記還元ガスを１０〜５００ｓｃｃｍの流量で添加し、前記第１工程から前記第４工程の全ての期間で連続的に前記チャンバー内にパージガスを流して、塩化タングステンガスおよび還元ガスを前記チャンバーに供給する流れを形成し、前記第２工程および前記第４工程の際にパージガスの流量を増加させることを特徴とするタングステン膜の成膜方法を提供する。

上記第１および第２の観点において、前記連続的なパージガスとは別個のガスラインから、前記第２工程および前記第４工程の際に追加のパージガスを供給することができる。

さらに、前記塩化タングステンガスを供給するガスラインと、前記第３工程の際に供給される還元ガスのガスラインに、それぞれバッファタンクを設け、バッファタンクを介して塩化タングステンガスおよび還元ガスを供給するようにしてもよい。

さらにまた、前記塩化タングステンガスを供給する際に添加される還元ガスと、塩化タングステンガスを還元するための還元ガスとを、別個のガスラインから前記チャンバー内に供給し、前記添加される還元ガスを供給する添加還元ガスラインを、前記還元するための還元ガスを供給するメイン還元ガスラインよりも、前記チャンバーに向かうガスの流れの上流側に設けることが好ましい。

成膜処理の際に、前記被処理基板の温度が３００℃以上、前記チャンバー内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であることが好ましい。

また、前記塩化タングステンとしてはＷＣｌ_６を好適に用いることができる。前記還元ガスとしては、Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガスの少なくとも１種を好適に用いることができる。

前記被処理基板は、前記タングステン膜の下地として、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＳｉ膜、Ｔｉ膜のいずれかを有するものであることが好ましい。

以上のような塩化タングステンガスを供給する際に上記した還元ガスを添加する成膜方法で成膜する還元ガス添加成膜期間と、前記塩化タングステンガスを供給する際に還元ガスを添加しないＡＬＤ法により成膜する還元ガス非添加成膜期間とを有してもよい。

この場合に、被処理基板表面には下地膜が形成されており、最初に塩化タングステンガスの流量を少なくした初期タングステン膜の成膜を行い、その後塩化タングステンガスの流量を増加させて主タングステン膜の成膜を行う２ステップ成膜によりタングステン膜を成膜し、初期タングステン膜を成膜する際は、前記還元ガス非添加成膜期間であり、主タングステン膜を成膜する際は、前記還元ガス添加成膜期間であってもよい。また、前記還元ガス添加成膜期間と前記還元ガス非添加成膜期間とを繰り返してもよい。

本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記タングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明によれば、ＣＶＤ反応を抑制しつつ塩化タングステンガスを活性化することができ、高ステップカバレッジを維持しつつ高成膜レートでタングステン膜を成膜することができる。このため、高い生産性で埋め込み性が良好なタングステン膜を得ることができる。

本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。図１の成膜装置におけるＷＣｌ_６ガス供給源を示す図である。第１の実施形態に係る成膜方法のガス供給シーケンスを示す図である。第１の実施形態に係る成膜方法における、ステップＳ１のＨ_２ガスの供給期間の例を示す図である。添加Ｈ_２ガスを供給するシーケンスを一部の期間で適用した例を示す図である。最初に添加Ｈ_２ガスを供給せずに、その後に添加Ｈ_２ガスを添加する例を２ステップ成膜に適用した場合を説明するための図。第２の実施形態に係る成膜方法のガス供給シーケンスを示す図である。実験例１における、添加Ｈ_２ガス流量と１サイクル数あたりの成膜レートとの関係、および添加Ｈ_２ガス流量とステップカバレッジとの関係を示す図である。添加Ｈ_２ガスを用いない従来の手法でタングステン膜を成膜した場合と、実験例１において添加Ｈ_２ガスを５００ｓｃｃｍとしてタングステン膜を成膜した場合における断面のＳＥＭ写真である。実験例２における、添加Ｈ_２ガス流量と１サイクル数あたりの成膜レートとの関係、および添加Ｈ_２ガス流量とステップカバレッジとの関係を示す図である。

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。
＜成膜装置の例＞
図１は本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。

図１に示すように、成膜装置１００は、チャンバー１と、チャンバー１内で被処理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の間にはシールリング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カバー部材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１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が形成されており、このガス拡散空間３３には、本体部３１およびチャンバー１の天壁１４の中央を貫通するように設けられたガス導入孔３６が接続されている。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ＷＣｌ_６ガスを供給するＷＣｌ_６ガス供給源５１と、メインの還元ガスとしてのＨ_２ガスを供給する第１Ｈ_２ガス供給源５２と、添加還元ガスとしてのＨ_２ガスを供給する第２Ｈ_２ガス供給源５３と、パージガスであるＮ_２ガスを供給する第１Ｎ_２ガス供給源５４および第２Ｎ_２ガス供給源５５とを有し、さらに、ＷＣｌ_６ガス供給源５１から延びるＷＣｌ_６ガス供給ライン６１と、第１Ｈ_２ガス供給源５２から延びる第１Ｈ_２ガス供給ライン６２と、第２Ｈ_２ガス供給源５３から延びる第２Ｈ_２ガス供給ライン６３と、第１Ｎ_２ガス供給源５４から延び、ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１側にＮ_２ガスを供給する第１Ｎ_２ガス供給ライン６４と、第２Ｎ_２ガス供給源５５から延び、第１Ｈ_２ガス供給ライン６２側にＮ_２ガスを供給する第２Ｎ_２ガス供給ライン６５とを有している。

第１Ｎ_２ガス供給ライン６４は、ＡＬＤ法による成膜中に常時Ｎ_２ガスを供給する第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６と、パージ工程のときのみＮ_２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２Ｎ_２ガス供給ライン６５は、ＡＬＤ法による成膜中に常時Ｎ_２ガスを供給する第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８と、パージ工程のときのみＮ_２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Ｎ_２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ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１に接続されている。また、第２Ｈ_２ガス供給ライン６３と、第２連続Ｎ_２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は第１Ｈ_２ガス供給ライン６２に接続されている。ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１と第１Ｈ_２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。

ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１、第１Ｈ_２ガス供給ライン６２、第２Ｈ_２ガス供給ライン６３、第１連続Ｎ_２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Ｎ_２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７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９が設けられている。また、第１Ｈ_２ガス供給ライン６２、第２Ｈ_２ガス供給ライン６３、第１連続Ｎ_２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Ｎ_２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８２，８３，８４，８５，８６，８７が設けられている。さらに、ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１および第１Ｈ_２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。

ＷＣｌ_６ガス供給源５１は、図２に示すように、ＷＣｌ_６を収容する成膜原料タンク９１を有している。ＷＣｌ_６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ＷＣｌ_６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、ＷＣｌ_６を昇華させるようになっている。

成膜原料タンク９１には、上方からキャリアガスであるＮ_２ガスを供給するためのキャリアガス配管９２が挿入されている。キャリアガス配管９２にはキャリアＮ_２ガス供給源９３が接続されている。また、キャリアガス配管９２には、流量制御器としてのマスフローコントローラ９４およびその前後のバルブ９５が介装されている。また、成膜原料タンク９１内には上述したＷＣｌ_６ガス供給ライン６１が上方から挿入されている。ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１には成膜原料ガスであるＷＣｌ_６ガスの凝縮防止のためのヒーター（図示せず）が設けられている。そして、成膜原料タンク９１内で昇華したＷＣｌ_６ガスがキャリアＮ_２ガスにより搬送されて、ＷＣｌ_６ガス供給ライン６１に供給される。

キャリアガス配管９２とＷＣｌ_６ガス供給ライン６１との間は、バイパス配管９８により接続されており、このバイパス配管９８にはバルブ９９が介装されている。キャリアガス配管９２およびＷＣｌ_６ガス供給ライン６１における配管９８接続部分の下流側にはそれぞれバルブ９６，９７が介装されている。そして、バルブ９６，９７を閉じてバルブ９９を開くことにより、キャリアＮ_２ガス供給源９３からのＮ_２ガスを、キャリアガス配管９２、バイパス配管９８を経て、ＷＣｌ_６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。

制御部６は、各構成部、具体的にはバルブ、電源、ヒーター、ポンプ等を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラと、ユーザーインターフェースと、記憶部とを有している。プロセスコントローラには成膜装置１００の各構成部が電気的に接続されて制御される構成となっている。ユーザーインターフェースは、プロセスコントローラに接続されており、オペレータが成膜装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。記憶部もプロセスコントローラに接続されており、記憶部には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわち処理レシピや、各種データベース等が格納されている。処理レシピは記憶部の中の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、半導体メモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、ユーザーインターフェースからの指示等にて所定の処理レシピを記憶部から呼び出してプロセスコントローラに実行させることで、プロセスコントローラの制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。

＜成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１００を用いて行われる成膜方法の実施形態について説明する。
本実施形態に係る成膜方法は、例えば、熱酸化膜の表面、またはトレンチやホール等の凹部を有する層間絶縁膜の表面にバリアメタル膜が下地膜として形成されたウエハに対してタングステン膜を成膜する場合に適用される。

［第１の実施形態に係る成膜方法］
最初に第１の実施形態に係る成膜方法について説明する。
まず、サセプタ２を搬送位置に下降させた状態でゲートバルブ１２を開け、搬送装置（図示せず）によりウエハ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、チャンバー１内を所定の真空度まで減圧した後、開閉バルブ７６および開閉バルブ７８を開け、開閉バルブ７３，７４，７５，７７，７９を閉じて、第１Ｎ_２ガス供給源５４および第２Ｎ_２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を経てＮ_２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。そして、チャンバー１内が所定圧力に到達した後、以下のようにしてシーケンシャルなガス供給によりタングステン膜の成膜を行う。ウエハＷとしては、例えばトレンチやホール等の凹部を有する層間絶縁膜の表面に下地膜としてバリアメタル膜（例えばＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＳｉ膜、Ｔｉ膜）が形成されたものを用いることができる。タングステン膜は、層間絶縁膜に対する密着力が悪く、かつインキュベーション時間も長くなるため、層間絶縁膜上に成膜することは困難であるが、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＳｉ膜、またはＴｉ膜を下地膜として用いることにより、成膜が容易となる。ただし、下地膜はこれに限るものではない。

図３は、第１の実施形態に係る成膜方法のガス供給シーケンスを示す図である。
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１Ｎ_２ガス供給源５４および第２Ｎ_２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を経てＮ_２ガスを供給し続け、さらに開閉バルブ７３および開閉バルブ７５を開くことにより、ＷＣｌ_６ガス供給源５１からＷＣｌ_６ガス供給ライン６１を経てＷＣｌ_６ガスをチャンバー１内の処理空間３７に供給するとともに、第２Ｈ_２ガス供給源５３から延びる第２Ｈ_２ガス供給ライン６３を経て添加還元ガスとしてのＨ_２ガス（添加Ｈ_２ガス）をチャンバー１内に供給する（ステップＳ１）。このとき、ＷＣｌ_６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。

このステップＳ１により、ウエハＷ表面にＷＣｌ_６が吸着されるが、同時に添加されたＨ_２の存在により、ＷＣｌ_６が活性化される。

次いで、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を介してのＮ_２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７３，７５を閉じてＷＣｌ_６ガスおよびＨ_２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Ｎ_２ガス（フラッシュパージＮ_２ガス）を供給し、大流量のＮ_２ガスにより、処理空間３７の余剰のＷＣｌ_６ガス等をパージする（ステップＳ２）。

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Ｎ_２ガスを停止し、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を介してのＮ_２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を開いて第１Ｈ_２ガス供給源５２から第１Ｈ_２ガス供給ライン６２を経てメインの還元ガスとしてのＨ_２ガス（メインＨ_２ガス）を処理空間３７に供給する（ステップＳ３）。このとき、Ｈ_２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。

このステップＳ３により、ウエハＷ上に吸着したＷＣｌ_６が還元される。このときのメインＨ_２ガスの流量は、十分に還元反応が生じる量とされ、ステップＳ１の添加Ｈ_２ガスの流量よりも多い流量で供給される。

次いで、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を介してのＮ_２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を閉じて第１Ｈ_２ガス供給ライン６２からのＨ_２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Ｎ_２ガス（フラッシュパージＮ_２ガス）を供給し、ステップＳ２と同様、大流量のＮ_２ガスにより、処理空間３７の余剰のＨ_２ガスをパージする（ステップＳ４）。

以上のステップＳ１〜Ｓ４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を形成し、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を成膜する。このときのタングステン膜の膜厚は、上記サイクルの繰り返し数により制御することができる。

従来のＡＬＤ法では、ステップＳ１の際にＷＣｌ_６ガスのみを供給してウエハに吸着させるが、その場合は、ＷＣｌ_６ガスが十分成膜に寄与せず、１サイクルあたりの堆積膜厚が薄くなり、成膜速度が小さくなってしまう。これに対し、本実施形態のように、ステップＳ１の際にＷＣｌ_６ガスと同時に還元ガスを供給することにより、供給されたＷＣｌ_６ガスが活性化され、その後のステップＳ３の際の成膜反応が生じやすくなり、高いステップカバレッジを維持しつつ、１サイクルあたりの堆積膜厚を厚くして成膜速度を大きくすることができる。

このとき、ＷＣｌ_６ガスと同時に供給される添加Ｈ_２ガスの流量が多すぎると、ステップＳ１においてＣＶＤ反応が生じてステップカバレッジが低下するため、ステップＳ１に、ＡＬＤ反応が主体となる程度に添加Ｈ_２ガスを供給する。すなわちＷＣｌ_６ガスを吸着する際に添加Ｈ_２ガスの流量をＣＶＤ反応が十分に抑制できる程度の流量に制限する必要がある。このときのＨ_２ガス流量は１００〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であることが好ましい。

ステップＳ１においてＨ_２ガスの供給期間は、ＷＣｌ_６ガス供給期間の全期間に亘っていてもよいが、ＣＶＤ反応を抑制する観点からは、ＷＣｌ_６ガス供給期間の一部であることが好ましい。具体的には、Ｈ_２ガスの供給期間は、全期間に対して１〜３０％程度であることが好ましい。またＨ_２ガスの供給時期は図４（ａ）に示すようにステップＳ１の初期であってもよいし、図４（ｂ）に示すようにステップＳ１の後期であってもよい。もちろん、ステップＳ１の中間であってもよい。添加時期はデバイス構造に応じて適宜調節すればよいが、Ｈ_２はＷＣｌ_６に比べて分子量が小さい軽いガスであるため、Ｈ_２ガスを初期に導入すると、ＷＣｌ_６ガスよりも先に処理空間３７に到達して添加効果を十分に発揮できない可能性がある。このため、後期に添加したほうが高い添加効果を期待することができる。

また、ステップＳ１〜Ｓ４の間、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６、第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８からパージガスであるＮ_２ガスをＷＣｌ_６ガス供給ライン６１および第１Ｈ_２ガス供給ライン６２に常時流しつつ、ステップＳ１およびステップＳ３においてＷＣｌ_６ガスとＨ_２ガスとを間欠的に供給するので、処理空間３７のガスの置換効率を良好にすることができる。さらに、ステップＳ２およびステップＳ４における処理空間３７のパージの際に、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Ｎ_２ガスも付加するので、処理空間３７におけるガスの置換効率を一層良好にすることができる。これにより、タングステン単位膜の膜厚制御性を良好にすることができる。また、ステップＳ１においては、ＷＣｌ_６ガスとＨ_２ガスが滞留するとこれらの間にＣＶＤ反応が生じやすくなるが、このようにパージ工程の際にガスの置換効率を高めることにより、ＣＶＤ反応を極めて有効に抑制することができる。

また、このように、ステップＳ１〜Ｓ４の間、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６、第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８からパージガスであるＮ_２ガスの流れを形成して、ＷＣｌ_６ガスとＨ_２ガスとを間欠的に供給するが、ステップＳ３の際に、メインＨ_２ガスを供給する第１Ｈ_２ガス供給ライン６２よりも、ステップＳ１の際に添加Ｈ_２ガスを供給する第２Ｈ_２ガス供給ライン６３のほうがガスの流れの上流側にＨ_２ガスを供給することになるため、添加Ｈ_２ガスを均一に供給することができ、タングステン膜の面内膜厚分布を均一にすることができる。

すなわち、メインＨ_２ガスの流量のほうが添加Ｈ_２ガスの流量よりも大きく、かつ各ステップの供給時間が極めて短いため、メインＨ_２ガスを上流側にすると、添加Ｈ_２ガスの供給がメインＨ_２ガスにより妨げられて添加Ｈ_２ガスが均一に供給し難くなる。

本実施形態においては、シーケンシャルなガス供給による成膜処理により、アスペクト比の大きな凹部内にほぼ１００％の高いステップカバレッジを満たしつつ、高いスループットでタングステン膜を形成するため、ステップカバレッジを損なわない範囲で１サイクルあたりの堆積速度を極力大きくして１サイクルあたりの時間を短くすることが必要である。このため、本実施形態ではＷＣｌ_６ガス供給ライン６１および第１Ｈ_２ガス供給ライン６２に、それぞれバッファタンク８０および８１を設けた。これにより、短時間でＷＣｌ_６ガスおよびＨ_２ガスを供給しやすくなり、１サイクルが短い場合でも、ステップＳ１およびＳ３において必要な量のＷＣｌ_６ガスおよびＨ_２ガスを供給しやすくすることができる。

・成膜条件
タングステン原料としてＷＣｌ_６を用いた場合には、ＷＣｌ_６ガス自体がエッチング作用も有するため、温度および圧力の条件によっては、タングステン膜が成膜され難いことがある。したがって、温度・圧力条件が、そのようなエッチング反応が生じない条件であることが好ましい。温度が低い領域では成膜反応もエッチング反応も生じないため、成膜反応を生じさせるためには成膜反応が生じる程度の高温が好ましいが、成膜反応が生じる高温では、圧力が低いとエッチング反応が生じる傾向がある。したがって、高温・高圧条件が好ましい。

具体的には、下地膜の種類にもよるが、ウエハ温度（サセプタ表面温度）：３００℃以上、チャンバー内圧力：５Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）以上とすることが好ましい。十分な成膜量を得る観点からは、温度に上限は存在しないが、装置の制約や反応性の点から、事実上の上限は８００℃程度である。より好ましくは３００〜６００℃である。また、圧力に関しても上記点からは上限は存在しないが、同様に装置の制約や反応性の点から、事実上の上限は１００Ｔｏｒｒ（１３３３３Ｐａ）である。より好ましくは、１０〜４０Ｔｏｒｒ（１３３３〜５３３２Ｐａ）である。なお、温度や圧力条件の好ましい範囲は実装置の構造や他の条件によって多少変動する。

他の条件の好ましい範囲は以下の通りである。
ＷＣｌ_６ガス流量：３〜６０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（キャリアガス流量：１００〜２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
メインＨ_２ガス流量：２０００〜８０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
添加Ｈ_２ガス流量（既述）：１００〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
連続供給Ｎ_２ガス流量：１００〜５０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（第１および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６６，６８）
フラッシュパージＮ_２ガス流量：５００〜３０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（第１および第２フラッシュパージライン６７，６９）
ステップＳ１の時間（１回あたり）：０．０１〜５ｓｅｃ
ステップＳ３の時間（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
ステップＳ２、Ｓ４の時間（パージ）（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
ステップＳ１の添加Ｈ_２ガス供給時間（１回あたり）：０．０１〜０．３ｓｅｃ
成膜原料タンクの加温温度：１３０〜１７０℃

なお、還元ガスとしては、Ｈ_２ガスに限らず、水素を含む還元性のガスであればよく、Ｈ_２ガスの他に、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガス等を用いることもできる。Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、およびＮＨ_３ガスのうち２つ以上を供給できるようにしてもよい。また、これら以外の他の還元ガス、例えばＰＨ_３ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを用いてもよい。膜中の不純物をより低減して低抵抗値を得る観点からは、Ｈ_２ガスを用いることが好ましい。また、塩化タングステンとしてはＷＣｌ_５を用いることもできる。ＷＣｌ_５を用いてもＷＣｌ_６とほぼ同じ挙動を示す。さらに、パージガスおよびキャリアガスとしてＮ_２ガスの代わりにＡｒガス等の他の不活性ガスを用いることもできる。

また、成膜処理の全ての期間において、図３に示すＷＣｌ_６ガス供給時に添加Ｈ_２ガスを供給するシーケンスを適用してもよいが、適用されるデバイス構造によっては、必ずしも成膜処理の全ての期間で添加Ｈ_２ガスを供給するシーケンスを適用しなくてもよく、添加Ｈ_２ガスを供給するシーケンスを一部の期間で適用してもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、最初に添加Ｈ_２ガスありのシーケンスを行い、その後にＨ_２ガス添加なしのシーケンスを行っても、図５（ｂ）に示すように、最初にＨ_２ガス添加なしのシーケンスを行い、その後に添加Ｈ_２ガスありのシーケンスを行ってもよく、図５（ｃ）に示すように、これらを繰り返してもよい。

例えば、図５（ｂ）の例としては、図６（ａ）に示すように、下地膜（ＳｉＯ_２膜またはＳｉ基板）２０１の上にＴｉＮ膜等のバリア膜２０２を介して、最初にＷＣｌ_６ガスの供給量を少なくして初期タングステン膜２０３を成膜し、その後ＷＣｌ_６ガスの供給量を増加させて主タングステン膜２０４を成膜する２ステップ成膜において、図６（ｂ）に示すように、初期タングステン膜２０３を「添加Ｈ_２ガスなし」で成膜し、主タングステン膜２０４を「添加Ｈ_２ガスあり」で成膜する場合を挙げることができる。

すなわち、ＷＣｌ_６ガスは下地のバリア膜を構成するＴｉＮ膜等をエッチングする作用を有するため、最初にＷＣｌ_６ガス供給量を少なくしてエッチングを抑制した初期タングステン膜２０３を成膜した後、ＷＣｌ_６ガス供給量を増加させて主タングステン膜２０４を成膜するプロセスが必要となる。この場合、初期タングステン膜２０３は、ＷＣｌ_６ガス供給量が少ないため、ステップカバレッジが比較的悪いプロセスになるが、この初期タングステン膜２０３の成膜を添加Ｈ_２ガスありで行うと表面でのＷＣｌ_６ガスの反応消費が促進され、よりステップカバレッジが悪化してしまう。このため、初期タングステン膜２０３の成膜は添加Ｈ_２ガスなしで行い、その後の主タングステン膜２０４の成膜では、ＷＣｌ_６ガス供給量を増加させるため、添加Ｈ_２ガスありにして生産性を増加させるのである。

添加Ｈ_２ガスを用いるシーケンスにより、ステップカバレッジを高く維持しつつスループットを高めることができるものの、ＣＶＤ反応が生じ、添加Ｈ_２ガスなしの場合に比較して若干ステップカバレッジが低下する可能性がある。このような場合には、スループットが要求される期間は添加Ｈ_２ガスありのシーケンスを行い、確実に高いステップカバレッジを得ることが要求される期間は添加Ｈ_２ガスなしのシーケンスを用いることが有効である。

［第２の実施形態に係る成膜方法］
次に第２の実施形態に係る成膜方法について説明する。
本実施形態では、第１の実施形態と同様、まず、サセプタ２を搬送位置に下降させた状態でゲートバルブ２５を開け、搬送装置（図示せず）によりウエハ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、チャンバー１内を所定の真空度まで減圧した後、開閉バルブ７６および開閉バルブ７８を開け、開閉バルブ７３，７４，７５，７７，７９を閉じて、第１Ｎ_２ガス供給源５４および第２Ｎ_２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を経てＮ_２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。そして、チャンバー１内が所定圧力に到達した後、以下のようにしてシーケンシャルなガス供給によりタングステン膜の成膜を行う。ウエハＷとしては第１の実施形態と同様なものを用いることができる。

図７は、第２の実施形態に係る成膜方法のガス供給シーケンスを示す図である。
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１Ｎ_２ガス供給源５４および第２Ｎ_２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を経てＮ_２ガスを供給し続け、さらに開閉バルブ７３および開閉バルブ７５を開くことにより、ＷＣｌ_６ガス供給源５１からＷＣｌ_６ガス供給ライン６１を経てＷＣｌ_６ガスをチャンバー１内の処理空間３７に供給するとともに、第２Ｈ_２ガス供給源５３から延びる第２Ｈ_２ガス供給ライン６３を経て添加還元ガスとしてのＨ_２ガス（添加Ｈ_２ガス）をチャンバー１内に供給する（ステップＳ１１）。このとき、ＷＣｌ_６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。

このステップＳ１１により、ウエハＷ表面にＷＣｌ_６が吸着されるが、同時に添加されたＨ_２の存在により、ＷＣｌ_６が活性化される。

次いで、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を介してのＮ_２ガスの供給、および第２Ｈ_２ガス供給ライン６３を介しての添加Ｈ_２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７３を閉じてＷＣｌ_６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Ｎ_２ガス（フラッシュパージＮ_２ガス）を供給し、大流量のＮ_２ガスにより、処理空間３７の余剰のＷＣｌ_６ガス等をパージする（ステップＳ１２）。

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Ｎ_２ガスを停止し、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を介してのＮ_２ガスの供給、および第２Ｈ_２ガス供給ライン６３を介しての添加Ｈ_２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を開いて第１Ｈ_２ガス供給源５２から第１Ｈ_２ガス供給ライン６２を経てメインの還元ガスとしてのＨ_２ガス（メインＨ_２ガス）を処理空間３７に供給する（ステップＳ１３）。このとき、メインＨ_２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。

このステップＳ１３により、ウエハＷ上に吸着したＷＣｌ_６が還元される。このときのメイン還元ガスとしてのＨ_２ガスの流量は、十分に還元反応が生じる量とされ、添加Ｈ_２ガスの流量よりも多い流量で供給される。

次いで、第１連続Ｎ_２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ_２ガス供給ライン６８を介してのＮ_２ガスの供給、および第２Ｈ_２ガス供給ライン６３を介しての添加Ｈ_２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を閉じて第１Ｈ_２ガス供給ライン６２からのＨ_２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Ｎ_２ガス（フラッシュパージＮ_２ガス）を供給し、ステップＳ１２と同様、大流量のＮ_２ガスにより、処理空間３７の余剰のＨ_２ガスをパージする（ステップＳ１４）。

以上のステップＳ１１〜Ｓ１４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を成膜する。このときのタングステン膜の膜厚は、上記サイクルの繰り返し数により制御することができる。第２の実施形態では、成膜レートが第１の実施形態よりも多少劣るが、バルブの操作が少ないというメリットがある。

本実施形態においては、ステップＳ１１〜Ｓ１４の期間、常時添加Ｈ_２ガスを供給しているため、ステップＳ１１においてＷＣｌ_６ガスを供給する際に、添加還元ガスである添加Ｈ_２ガスが供給されることとなり、ＷＣｌ_６ガスが添加Ｈ_２ガスにより活性化され、その後のステップＳ１３の際の成膜反応が生じやすくなり、第１の実施形態と同様、高いステップカバレッジを維持しつつ、１サイクルあたりの堆積膜厚を厚くして成膜速度を大きくすることができる。

本実施形態では、添加Ｈ_２ガスを常時供給しているので、ＣＶＤ反応が生じやすくなることが懸念される。したがって、ＣＶＤ反応を抑制する観点から、添加Ｈ_２ガスの流量を少なくすることが好ましく、具体的には、１０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であることが好ましい。

その他の成膜条件に関しては、第１の実施形態と同様である。また、第１の実施形態と同様、還元ガスとしては、Ｈ_２ガスに限らず、水素を含む還元性のガスであればよく、Ｈ_２ガスの他に、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガス等を用いることもできる。Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、およびＮＨ_３ガスのうち２つ以上を供給できるようにしてもよい。また、これら以外の他の還元ガス、例えばＰＨ_３ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスを用いてもよい。また、塩化タングステンとしてはＷＣｌ_５を用いることもできる。さらに、パージガスおよびキャリアガスとしてＮ_２ガスの代わりにＡｒガス等の他の不活性ガスを用いることもできる。

また、本実施形態においても、成膜処理の全ての期間において添加Ｈ_２ガスを供給するシーケンスを適用することに限らず、適用されるデバイス構造によっては、一部の期間で添加Ｈ_２ガスを供給するシーケンスを適用してもよい。

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
（実験例１）
ここでは、トップの径が０．１μｍ、アスペクト比が８０のホールが形成されたウエハに下地膜としてＴｉＮ膜を形成し、図１の成膜装置により第１の実施形態のシーケンスを用いてタングステン膜を成膜した。このときの条件は、ウエハ温度：５５０℃、チャンバー内圧力：３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）、成膜原料タンクの加温温度：１７０℃、キャリアＮ_２ガス流量：８００ｓｃｃｍ（ＷＣｌ_６ガス流量：２０ｓｃｃｍ）、連続Ｎ_２ガス流量：１２００ｓｃｃｍ、フラッシュＮ_２ガス流量：１５００ｓｃｃｍ、メインＨ_２ガス流量：５０００ｓｃｃｍ、添加Ｈ_２ガス流量：２５０、５００、１０００ｓｃｃｍ、ステップＳ１の時間（１回あたり）：０．３ｓｅｃ、ステップＳ２の時間（１回あたり）：０．２ｓｅｃ、ステップＳ３の時間（１回あたり）：０．３ｓｅｃ、ステップＳ４の時間（１回あたり）：０．２ｓｅｃ、サイクル数：６００回とした。また、添加Ｈ_２ガスは、ステップＳ１の初期に０．０３ｓｅｃの期間供給した。

この際の添加Ｈ_２ガス流量と１サイクル数あたりの成膜レートとの関係、および添加Ｈ_２ガス流量とステップカバレッジ（ボトムの膜厚／トップの膜厚）との関係を図８に示す。この図に示すように、添加Ｈ_２ガス流量が２５０〜１０００ｓｃｃｍにおいて、０．０３ｎｍ／ｃｙｃｌｅ以上の高い成膜レートが得られ、ステップカバレッジも高い値が得られた。特に、添加Ｈ_２ガス流量が５００ｓｃｃｍのときに、成膜レートが０．０５ｎｍ／ｃｙｃｌｅで、ステップカバレッジがほぼ１００％となった。このように、第１の実施形態の成膜方法により高成膜レートと高ステップカバレッジを両立できることが確認された。このときの膜厚は、添加Ｈ_２ガス流量が２５０ｓｃｃｍのとき２０．２ｎｍ、５００ｓｃｃｍのとき２７．６ｎｍ、１０００ｓｃｃｍのとき３８．５ｎｍであった。また、抵抗値は、添加Ｈ_２ガス流量が２５０ｓｃｃｍのとき１４．８Ω／□、５００ｓｃｃｍのとき９．６Ω／□、１０００ｓｃｃｍのとき５．９Ω／□となり、実用的な値となった。

これに対して、添加Ｈ_２ガスを用いずにＡＬＤ法により成膜した。このときの条件は、ウエハ温度：５５０℃、チャンバー内圧力：３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）、成膜原料タンクの加温温度：１７０℃、キャリアＮ_２ガス流量：８００ｓｃｃｍ（ＷＣｌ_６ガス流量：２０ｓｃｃｍ）、連続Ｎ_２ガス流量：１２００ｓｃｃｍ、フラッシュＮ_２ガス流量：１５００ｓｃｃｍ、メインＨ_２ガス流量：５０００ｓｃｃｍ、ステップＳ１の時間（１回あたり）：０．３ｓｅｃ、ステップＳ２の時間（１回あたり）：０．２ｓｅｃ、ステップＳ３の時間（１回あたり）：０．３ｓｅｃ、ステップＳ４の時間（１回あたり）：０．２ｓｅｃ、サイクル数：１２００回とした。その結果、ステップカバレッジはほぼ１００％を達成できたが、成膜レートが０．１３３ｎｍ／ｃｙｃｌｅと低いものとなり、サイクル数が１２００回で膜厚が１６．０ｎｍであった。

図９は、添加Ｈ_２ガスを用いない従来の手法でタングステン膜を成膜した場合と、添加Ｈ_２ガスを５００ｓｃｃｍとしてタングステン膜を成膜した場合における断面の走査型顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。この写真から、ＷＣｌ_６ガスと同時にＨ_２ガスを供給することにより、従来と同等のステップカバレッジを維持しつつ、従来の半分のサイクル数でほぼ同等の厚さのタングステン膜が形成できることが確認された。

（実験例２）
実験例１と同様のトップの径が０．１μｍ、アスペクト比が８０のホールが形成されたウエハに下地膜としてＴｉＮ膜を形成し、図１の成膜装置により第２の実施形態のシーケンスを用いてタングステン膜を成膜した。このときの条件は、ウエハ温度：５５０℃、チャンバー内圧力：３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）、成膜原料タンクの加温温度：１７０℃、キャリアＮ_２ガス流量：８００ｓｃｃｍ（ＷＣｌ_６ガス流量：２０ｓｃｃｍ）、連続Ｎ_２ガス流量：１２００ｓｃｃｍ、フラッシュＮ_２ガス流量：１５００ｓｃｃｍ、メインＨ_２ガス流量：５０００ｓｃｃｍ、添加Ｈ_２ガス流量（常時供給）：１００、３００、５００ｓｃｃｍ、ステップＳ１１の時間（１回あたり）：０．３ｓｅｃ、ステップＳ１２の時間（１回あたり）：０．２ｓｅｃ、ステップＳ１３の時間（１回あたり）：０．３ｓｅｃ、ステップＳ１４の時間（１回あたり）：０．２ｓｅｃ、サイクル数：６００回とした。

この際の添加Ｈ_２ガス流量と１サイクル数あたりの成膜レートとの関係、および添加Ｈ_２ガス流量とステップカバレッジ（ボトムの膜厚／トップの膜厚）との関係を図１０に示す。この図に示すように、添加Ｈ_２ガス流量が１００〜５００ｓｃｃｍにおいて、ほぼ０．０３ｎｍ／ｃｙｃｌｅ以上の高い成膜レートが得られ、ステップカバレッジも高い値が得られた。特に、添加Ｈ_２ガス流量が１００ｓｃｃｍのときに、成膜レートが０．０４ｎｍ／ｃｙｃｌｅで、ステップカバレッジがほぼ１００％となった。このように、第２の実施形態の成膜方法によっても高成膜レートと高ステップカバレッジを両立できることが確認された。このときの膜厚は、添加Ｈ_２ガス流量が１００ｓｃｃｍのとき２３．５ｎｍ、３００ｓｃｃｍのとき１７．０ｎｍ、５００ｓｃｃｍのとき１７．４ｎｍであった。また、抵抗値は、添加Ｈ_２ガス流量が１００ｓｃｃｍのとき１４．３Ω／□、３００ｓｃｃｍのとき１９．２Ω／□、５００ｓｃｃｍのとき１８．５Ω／□となり、実用的な値となった。

（実験例３）
ここでは、ＴｉＮ膜の上に、ＷＣｌ_６ガス供給量の少ない初期タングステン膜をＡＬＤ法により成膜してから、ＷＣｌ_６ガス供給量を増加させて主タングステン膜をＡＬＤ法により成膜する２ステップ成膜を行う際に、初期タングステン膜を「添加Ｈ_２ガスなし」の条件で成膜し、主タングステン膜を「添加Ｈ_２ガスあり」の条件で成膜した。この際の具体的な条件は、以下の通りである。
・初期タングステン膜成膜
ウエハ温度：５００℃
チャンバー内圧力：４５Ｔｏｒｒ（６０００Ｐａ）
キャリアＮ_２ガス流量：３００ｓｃｃｍ（ＷＣｌ_６ガス流量：６ｓｃｃｍ）、
連続Ｎ_２ガス流量：４０００ｓｃｃｍ、
フラッシュＮ_２ガス流量：０ｓｃｃｍ、
メインＨ_２ガス流量：５０００ｓｃｃｍ
添加Ｈ_２ガス流量：０ｓｃｃｍ
・主タングステン膜成膜
ウエハ温度：５００℃
チャンバー内圧力：３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）
キャリアＮ_２ガス流量：６００ｓｃｃｍ（ＷＣｌ_６ガス流量：２０ｓｃｃｍ）、
連続Ｎ_２ガス流量：１２００ｓｃｃｍ、
フラッシュＮ_２ガス流量：１５００ｓｃｃｍ＋１５００ｓｃｃｍ、
メインＨ_２ガス流量：５０００ｓｃｃｍ
添加Ｈ_２ガス流量：２００ｓｃｃｍ

ＡＬＤ条件は実験例１と同様にして、初期タングステン膜を１００サイクルに固定し、主タングステン膜を４００サイクル（サンプル１）、１２００サイクル（サンプル２）、３３００サイクル（サンプル３）と変化させて成膜を行った。

その結果、サンプル１では、センターおよびエッジのステップカバレッジがそれぞれ８５％および１００％、サンプル２ではセンターおよびエッジのステップカバレッジがそれぞれ１００％および９０％、サンプル３ではセンターおよびエッジのステップカバレッジがそれぞれ９０％および１００％となり、ステップカバレッジに問題はなかった。また、下地のＴｉＮ膜のエッチングによるステップカバレッジへの影響は見られなかった。

＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、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、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハはシリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもよく、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

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；ＷＣｌ_６ガス供給源
５２；第１Ｈ_２ガス供給源
５３；第２Ｈ_２ガス供給源
５４；第１Ｎ_２ガス供給源
５５；第２Ｎ_２ガス供給源
６１；ＷＣｌ_６ガス供給ライン
６２；第１Ｈ_２ガス供給ライン
６３；第２Ｈ_２ガス供給ライン
６６；第１連続Ｎ_２ガス供給ライン
６７；第１フラッシュパージライン
６８；第２連続Ｎ_２ガス供給ライン
６９；第２フラッシュパージライン
７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９；開閉バルブ
１００；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ

Claims

被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持されたチャンバー内に、タングステン原料ガスとしての塩化タングステンガス、および塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、前記チャンバー内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤ法により被処理基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
前記チャンバー内に前記塩化タングステンガスを供給する第１工程と、
前記チャンバー内をパージする第２工程と、
前記チャンバー内に前記還元ガスを供給して塩化タングステンを還元する第３工程と、
前記チャンバー内をパージする第４工程と
によりタングステン単位膜を形成する操作を複数サイクル繰り返し、
前記第１工程の際に、前記還元ガスを１００〜５００ｓｃｃｍの流量で添加し、
前記第１工程から前記第４工程の全ての期間で連続的に前記チャンバー内にパージガスを流して、塩化タングステンガスおよび還元ガスを前記チャンバーに供給する流れを形成し、前記第２工程および前記第４工程の際にパージガスの流量を増加させることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
前記第１工程の際に添加される還元ガスの供給期間は、塩化タングステンガスの供給期間の一部であることを特徴とする請求項１に記載のタングステン膜の成膜方法。
被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持されたチャンバー内に、タングステン原料ガスとしての塩化タングステンガス、および塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、前記チャンバー内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤ法により被処理基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
前記チャンバー内に前記塩化タングステンガスを供給する第１工程と、
前記チャンバー内をパージする第２工程と、
前記チャンバー内に前記還元ガスを供給して塩化タングステンを還元する第３工程と、
前記チャンバー内をパージする第４工程と
によりタングステン単位膜を形成する操作を複数サイクル繰り返し、
前記第１工程から前記第４工程にかけて連続的に前記還元ガスを１０〜５００ｓｃｃｍの流量で添加し、
前記第１工程から前記第４工程の全ての期間で連続的に前記チャンバー内にパージガスを流して、塩化タングステンガスおよび還元ガスを前記チャンバーに供給する流れを形成し、前記第２工程および前記第４工程の際にパージガスの流量を増加させることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
前記連続的なパージガスとは別個のガスラインから、前記第２工程および前記第４工程の際に追加のパージガスを供給す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項に記載のタングステン膜の成膜方法。
前記塩化タングステンガスを供給するガスラインと、前記第３工程の際に供給される還元ガスのガスラインに、それぞれバッファタンクを設け、バッファタンクを介して塩化タングステンガスおよび還元ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
前記塩化タングステンガスを供給する際に添加される還元ガスと、塩化タングステンガスを還元するための還元ガスとを、別個のガスラインから前記チャンバー内に供給し、前記添加される還元ガスを供給する添加還元ガスラインを、前記還元するための還元ガスを供給するメイン還元ガスラインよりも、前記チャンバーに向かうガスの流れの上流側に設け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項に記載のタングステン膜の成膜方法。
成膜処理の際に、前記被処理基板の温度が３００℃以上、前記チャンバー内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であ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項に記載のタングステン膜の成膜方法。
前記塩化タングステンはＷＣｌ_６であ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項に記載のタングステン膜の成膜方法。
前記還元ガスは、Ｈ_２ガス、ＳｉＨ_４ガス、Ｂ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガスの少なくとも１種であ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項に記載のタングステン膜の成膜方法。
前記被処理基板は、前記タングステン膜の下地として、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＳｉ膜、Ｔｉ膜のいずれかを有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載された還元ガスを添加する成膜方法で成膜する還元ガス添加成膜期間と、前記塩化タングステンガスを供給する際に還元ガスを添加しないＡＬＤ法により成膜する還元ガス非添加成膜期間とを有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
被処理基板表面には下地膜が形成されており、最初に塩化タングステンガスの流量を少なくした初期タングステン膜の成膜を行い、その後塩化タングステンガスの流量を増加させて主タングステン膜の成膜を行う２ステップ成膜によりタングステン膜を成膜し、初期タングステン膜を成膜する際は、前記還元ガス非添加成膜期間であり、主タングステン膜を成膜する際は、前記還元ガス添加成膜期間であることを特徴とする請求項１１に記載のタングステン膜の成膜方法。
前記還元ガス添加成膜期間と前記還元ガス非添加成膜期間とを繰り返すことを特徴とする請求項１１に記載のタングステン膜の成膜方法。
コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１３のいずれかのタングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。