JP7072399B2 - タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体 - Google Patents

タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体 Download PDF

Info

Publication number
JP7072399B2
JP7072399B2 JP2018029006A JP2018029006A JP7072399B2 JP 7072399 B2 JP7072399 B2 JP 7072399B2 JP 2018029006 A JP2018029006 A JP 2018029006A JP 2018029006 A JP2018029006 A JP 2018029006A JP 7072399 B2 JP7072399 B2 JP 7072399B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
film
tungsten
processing container
gas supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018029006A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019143204A (ja
Inventor
崇 鮫島
浩治 前川
克昌 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2018029006A priority Critical patent/JP7072399B2/ja
Priority to KR1020190016578A priority patent/KR102204801B1/ko
Priority to US16/276,867 priority patent/US10954593B2/en
Priority to TW108105358A priority patent/TW201943887A/zh
Priority to CN201910126852.8A priority patent/CN110176399B/zh
Publication of JP2019143204A publication Critical patent/JP2019143204A/ja
Priority to US17/172,589 priority patent/US11802334B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7072399B2 publication Critical patent/JP7072399B2/ja
Priority to US18/370,033 priority patent/US20240003002A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
    • C23C16/14—Deposition of only one other metal element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C23C16/0281—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating of metallic sub-layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H01L21/28562—Selective deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67276—Production flow monitoring, e.g. for increasing throughput
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76871—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
    • H01L21/76876—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers for deposition from the gas phase, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

本開示は、タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体に関するものである。
ＬＳＩでは、ＭＯＳＦＥＴゲート電極、ソース・ドレインとのコンタクトやメモリのワード線等の耐熱性が要求される部分に、タングステンが広く用いられている。タングステンの成膜処理には、近年、ステップカバレッジが良好な化学的蒸着（ＣＶＤ）法が用いられる。
ＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜する際には、シリコン層との密着性や反応抑制の観点から、シリコン層の上にバリア層としてＴｉＮ膜を形成し、ＴｉＮ膜の上にタングステン膜を成膜する方法が用いられている（例えば、特許文献１）。また、上記特許文献１では、上記反応によるタングステン膜の主成膜に先立って、タングステンが均一に成膜しやすいように、核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）工程が行われる。
特開２０１３－２１３２７４号公報
本開示は、タングステン膜の低抵抗化を図ることができる技術を提供する。
本開示の一態様によるタングステン膜の成膜方法は、表面に保護膜が形成された基板を処理容器内に配置し、減圧雰囲気で基板にシリコン膜を成膜する工程と、シリコン膜が形成された基板に対して塩化タングステンガスを供給して初期タングステン膜を成膜する工程と、タングステン含有ガスを供給して主タングステン膜を成膜する工程と、を有する。
本開示によれば、タングステン膜の低抵抗化を図ることができる。
図１は、実施形態に係る成膜システムの全体の概略構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る第１成膜装置の概略構成の一例を示す断面図である。 図３は、実施形態に係る第２成膜装置の概略構成の一例を示す断面図である。 図４は、実施形態に係る成膜方法の各工程の流れの一例を示すフローチャートである。 図５は、実施形態に係る成膜方法の各工程でのウエハの状態の一例を模式的に示した断面図である。 図６は、実施形態に係るシリコン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例を示す図である。 図７は、実施形態に係る初期タングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例を示す図である。 図８は、本実施形態に係るウエハの層構成の一例を示す図である。 図９は、比較例に係るウエハの層構成の一例を示す図である。 図１０は、タングステン膜の厚さに対する抵抗率の変化の一例を示す図である。 図１１は、実施形態に係る成膜装置の概略構成の他の一例を示す断面図である。
以下、図面を参照して本願の開示するタングステン膜の成膜方法及び成膜システムの実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、実施形態により、本開示の技術が限定されるものではない。
［システムの構成］
本実施形態では、複数の成膜装置による成膜システムにより、成膜を実施する場合を例に説明する。最初に、本実施形態に係る成膜システムについて説明する。図１は、実施形態に係る成膜システムの全体の概略構成の一例を示す図である。成膜システム１００は、表面に保護膜として、例えば、ＡｌＯ膜が形成された基板に、シリコン膜の成膜を行い、シリコン膜を置換して初期タングステン膜の成膜を行い、初期タングステン膜の上に主タングステン膜を成膜してタングステン膜を成膜するためのものである。本実施形態では、基板をシリコンウエハとした場合を例に説明する。
図１に示すように、成膜システム１００は、シリコン膜を成膜する１つの第１成膜装置１０１と、初期タングステン膜を成膜する１つの第２成膜装置１０２と、主タングステン膜を成膜する１つの第３成膜装置１０３と、を有する。第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２、及び第３成膜装置１０３は、平面形状が七角形をなす真空搬送室３０１の３つの壁部にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室３０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。すなわち、成膜システム１００は、マルチチャンバータイプの真空処理システムであり、タングステン膜の成膜を、真空を破ることなく連続して行えるものである。つまり、第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２、及び第３成膜装置の処理容器内で行われる工程のすべては、シリコンウエハＷ（以下「ウエハＷ」という。）を大気に曝露せずに行われる。
第１成膜装置１０１、及び第２成膜装置１０２の構成は後述する。第３成膜装置１０３は、例えば、真空雰囲気のチャンバー内でＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）、または、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりウエハＷ上に例えば、タングステン含有ガスと水素含有ガスとを交互に、又は、同時に供給してタングステン膜（Ｗ）を成膜する装置である。タングステン含有ガスは、例えば、ＷＦ6ガスであり、水素含有ガスは、例えば、Ｈ2ガスである。
真空搬送室３０１の他の３つの壁部には、３つのロードロック室３０２がゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロードロック室３０２を挟んで真空搬送室３０１の反対側には、大気搬送室３０３が設けられている。３つのロードロック室３０２は、ゲートバルブＧ２を介して大気搬送室３０３に接続されている。ロードロック室３０２は、大気搬送室３０３と真空搬送室３０１との間でウエハＷを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力を制御するものである。
大気搬送室３０３のロードロック室３０２が取り付けられた壁部の反対側の壁部には、ウエハＷを収容するキャリア（ＦＯＵＰ等）Ｃを取り付ける３つのキャリア取り付けポート３０５が設けられている。また、大気搬送室３０３の側壁には、ウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ３０４が設けられている。大気搬送室３０３内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。
真空搬送室３０１内には、搬送機構３０６が設けられている。搬送機構３０６は、第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２、ロードロック室３０２に対してウエハＷを搬送する。搬送機構３０６は、独立に移動可能な２つの搬送アーム３０７ａ，３０７ｂを有している。
大気搬送室３０３内には、搬送機構３０８が設けられている。搬送機構３０８は、キャリアＣ、ロードロック室３０２、アライメントチャンバ３０４に対してウエハＷを搬送するようになっている。
成膜システム１００は、全体制御部３１０を有している。全体制御部３１０は、ＣＰＵ（コンピュータ）等の主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有する。主制御部は、第１成膜装置１０１の各構成部、第２成膜装置１０２の各構成部を制御する。また、主制御部は、真空搬送室３０１の排気機構、ガス供給機構及び搬送機構３０６、ロードロック室３０２の排気機構、及びガス供給機構、大気搬送室３０３の搬送機構３０８、ゲートバルブＧ、Ｇ１、Ｇ２の駆動系等を制御する。全体制御部３１０の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、成膜システム１００に、所定の動作を実行させる。なお、全体制御部３１０は、後述する第１成膜装置１０１、及び第２成膜装置１０２が有する制御部６のような各ユニットの制御部の上位の制御部であってもよい。
次に、以上のように構成される成膜システム１００の動作について説明する。以下の処理動作は、全体制御部３１０における記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
まず、ウエハＷが収容されたキャリアＣが、大気搬送室３０３のキャリア取り付けポート３０５に取り付けられる。ウエハＷは、保護層として、表面にＡｌＯ膜が形成されている。大気搬送室３０３の搬送機構３０８は、キャリアＣからウエハＷを取り出し、アライメントチャンバ３０４に搬入する。アライメントチャンバ３０４は、ウエハＷのアライメントを行う。大気搬送室３０３では、いずれかのロードロック室３０２のゲートバルブＧ２が開く。搬送機構３０８は、アライメントされたウエハＷをアライメントチャンバ３０４から取り出す。搬送機構３０８は、取り出したウエハＷを、開いたゲートバルブＧ２からロードロック室３０２内に搬入する。ウエハＷの搬入後、ロードロック室３０２のゲートバルブＧ２が閉じる。ウエハＷが搬入されたロードロック室３０２は、真空排気される。
ロードロック室３０２が所定の真空度になった時点で、ロードロック室３０２のゲートバルブＧ１が開く。搬送機構３０６は、搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、ロードロック室３０２からウエハＷを取り出す。
第１成膜装置１０１のゲートバルブＧが開く。搬送機構３０６は、いずれかの搬送アームが保持するウエハＷを第１成膜装置１０１に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻す。第１成膜装置１０１のゲートバルブＧが閉じる。第１成膜装置１０１は、搬入されたウエハＷに、シリコン膜の成膜処理を行う。
シリコン膜の成膜去処理が終了後、第１成膜装置１０１のゲートバルブＧが開く。搬送機構３０６は、搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、第１成膜装置１０１からウエハＷを搬出する。第２成膜装置１０２のゲートバルブＧが開く。搬送機構３０６は、いずれかの搬送アームに保持されたウエハＷを、ゲートバルブＧが開いた第２成膜装置１０２に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻す。ウエハＷが搬入された第２成膜装置１０２のゲートバルブＧが閉じる。第２成膜装置１０２は、搬入されたウエハＷに、初期タングステン膜の成膜処理を行う。
初期タングステン膜の成膜去処理が終了後、第２成膜装置１０２のゲートバルブＧが開く。搬送機構３０６は、搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、第２成膜装置１０２からウエハＷを搬出する。第３成膜装置１０３のゲートバルブＧが開く。搬送機構３０６は、いずれかの搬送アームに保持されたウエハＷを、ゲートバルブＧが開いた第３成膜装置１０３に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻す。ウエハＷが搬入された第３成膜装置１０３のゲートバルブＧが閉じる。第３成膜装置１０３は、搬入されたウエハＷに、主タングステン膜の成膜処理を行う。
主タングステン膜が成膜された後、第３成膜装置１０３のゲートバルブＧが開く。搬送機構３０６は、搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、第３成膜装置１０３からウエハＷを搬出する。いずれかのロードロック室３０２のゲートバルブＧ１が開く。搬送機構３０６は、搬送アーム上のウエハＷをロードロック室３０２内に搬入する。ウエハＷが搬入されたロードロック室３０２のゲートバルブＧ１が閉じる。ウエハＷが搬入されたロードロック室３０２は、内部が大気圧に戻される。内部が大気圧に戻されたロードロック室３０２のゲートバルブＧ２が開く。搬送機構３０８は、開いたゲートバルブＧ２からロードロック室３０２内のウエハＷを取り出す。搬送機構３０８は、取り出したウエハＷをキャリアＣに戻す。
以上のような処理を、複数のウエハＷについて同時並行的に行って、所定枚数のウエハＷのタングステン膜の成膜処理が完了する。
上述のように、１つの第１成膜装置１０１、１つの第２成膜装置１０２、及び１つの第３成膜装置を搭載して成膜システム１００を構成することにより、シリコン膜の成膜、初期タングステン膜の成膜、及び主タングステン膜の成膜を高スループットで実現することができる。なお、本実施例の成膜システム１００は、３つの成膜装置を搭載した真空処理システムとして示した。しかし、複数の成膜装置が搭載可能な真空処理システムであれば、成膜装置の数は、これに限らず、４つ以上であってもよい。
［成膜装置の構成］
第１成膜装置１０１及び第２成膜装置１０２は、略同様の構成とされている。以下では、第１成膜装置１０１の構成について主に説明し、第２成膜装置１０２の構成については異なる部分を主に説明する。
第１成膜装置１０１の構成について説明する。図２は、実施形態に係る第１成膜装置の概略構成の一例を示す断面図である。第１成膜装置１０１は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部６とを有している。
処理容器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。処理容器１は、被処理基板であるウエハＷを収容する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬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により開閉される。処理容器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。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、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と天壁１４との間は、シールリング１５で気密に封止されている。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台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合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の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２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。
載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、下方に延びた下端が昇降機構２４に接続されている。載置台２は、昇降機構２４によって、支持部材２３を介して、図２で示す処理位置と、処理位置の下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台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。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本のウエハ支持ピン２７が設けられている。図２では、３本のウエハ支持ピン２７のうち、２本が図示されている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台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、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器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。本体部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、ガス拡散空間３３には、処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６，３７が設けられている。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が形成されている。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。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、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とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
ガス供給機構５は、ガス導入孔３６，３７に接続され、成膜に用いる各種のガスを供給可能とされている。本実施形態では、ガス供給機構５からＳｉＨ4（Ｓｉｌａｎｅ）ガスと、Ｂ2Ｈ6（Ｂｏｒｏｎ）ガスを供給してウエハＷにシリコン膜を成膜する。ＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスを用いてシリコン膜を成膜することにより、ウエハＷに対するシリコン膜の密着性が改善する。なお、シリコン膜の成膜に用いるガスは、ＳｉＨ4とＢ2Ｈ6の組み合わせに限定されるものではない。例えば、シリコン膜の成膜に用いるガスは、ＤＣＳ、Ｓｉ2Ｈ6であってもよい。
例えば、ガス供給機構５は、シリコン膜を成膜するガス供給源として、ＳｉＨ4ガス供給源５１ａ、Ｎ2ガス供給源５２ａ、Ｎ2ガス供給源５３ａ、Ｂ2Ｈ6ガス供給源５５ａ、Ｎ2ガス供給源５６ａ及びＮ2ガス供給源５７ａを有する。なお、図２に示すガス供給機構５では、各ガス供給源をそれぞれ分けて示したが、共通化可能なガス供給源は、共通化してもよい。
ＳｉＨ4ガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介してＳｉＨ4ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５１ｂには、上流側から流量制御器５１ｃ、貯留タンク５１ｄ及びバルブ５１ｅが介設されている。ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。ＳｉＨ4ガス供給源５１ａから供給されるＳｉＨ4ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク５１ｄで一旦貯留され、貯留タンク５１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５１ｄから処理容器１へのＳｉＨ4ガスの供給及び停止は、バルブ５１ｅにより行われる。このように、貯留タンク５１ｄへＳｉＨ4ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＳｉＨ4ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源５２ａは、ガス供給ライン５２ｂを介してキャリアガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５２ｂには、上流側から流量制御器５２ｃ、貯留タンク５２ｄ及びバルブ５２ｅが介設されている。ガス供給ライン５２ｂのバルブ５２ｅの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源５２ａから供給されるＮ2ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク５２ｄで一旦貯留され、貯留タンク５２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５２ｄから処理容器１へのＮ2の供給及び停止は、バルブ５２ｅにより行われる。このように、貯留タンク５２ｄへＮ2ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＮ2ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源５３ａは、ガス供給ライン５３ｂを介してキャリアガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５３ｂには、上流側から流量制御器５３ｃ、バルブ５３ｅ及びオリフィス５３ｆが介設されている。ガス供給ライン５３ｂのオリフィス５３ｆの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源５３ａから供給されるＮ2ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ2ガス供給源５３ａから処理容器１へのＮ2ガスの供給及び停止は、バルブ５３ｅにより行われる。貯留タンク５１ｄ，５２ｄによってガス供給ライン５１ｂには比較的大きい流量でガスが供給される。しかし、ガス供給ライン５１ｂに供給されるガスが、オリフィス５３ｆによってガス供給ライン５３ｂに逆流することが抑制される。
Ｂ2Ｈ6ガス供給源５５ａは、ガス供給ライン５５ｂを介してＢ2Ｈ6を処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５５ｂには、上流側から流量制御器５５ｃ、貯留タンク５５ｄ及びバルブ５５ｅが介設されている。ガス供給ライン５５ｂのバルブ５５ｅの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。Ｂ2Ｈ6ガス供給源５５ａから供給されるＢ2Ｈ6ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク５５ｄで一旦貯留され、貯留タンク５５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５５ｄから処理容器１へのＢ2Ｈ6ガスの供給及び停止は、バルブ５５ｅにより行われる。このように、貯留タンク５５ｄへＢ2Ｈ6ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＢ2Ｈ6ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源５６ａは、ガス供給ライン５６ｂを介してキャリアガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５６ｂには、上流側から流量制御器５６ｃ、貯留タンク５６ｄ及びバルブ５６ｅが介設されている。ガス供給ライン５６ｂのバルブ５６ｅの下流側は、ガス供給ライン５５ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源５６ａから供給されるＮ2ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク５６ｄで一旦貯留され、貯留タンク５６ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５６ｄから処理容器１へのＮ2の供給及び停止は、バルブ５６ｅにより行われる。このように、貯留タンク５６ｄへＮ2ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＮ2ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源５７ａは、ガス供給ライン５７ｂを介してキャリアガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５７ｂには、上流側から流量制御器５７ｃ、バルブ５７ｅ及びオリフィス５７ｆが介設されている。ガス供給ライン５７ｂのオリフィス５７ｆの下流側は、ガス供給ライン５５ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源５７ａから供給されるＮ2ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ2ガス供給源５７ａから処理容器１へのＮ2ガスの供給及び停止は、バルブ５７ｅにより行われる。貯留タンク５５ｄ，５６ｄによって、ガス供給ライン５５ｂには比較的大きい流量でガスが供給される。しかし、ガス供給ライン５５ｂに供給されるガスが、オリフィス５７ｆによってガス供給ライン５７ｂに逆流することが抑制される。
上記のように構成された第１成膜装置１０１は、制御部６によって動作が統括的に制御される。制御部６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。制御部６は、第１成膜装置１０１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部６が外部に設けられている場合、制御部６は、有線又は無線等の通信手段によって、第１成膜装置１０１を制御することができる。
次に、第２成膜装置１０２の構成について説明する。図３は、実施形態に係る第２成膜装置の概略構成の一例を示す断面図である。第２成膜装置１０２は、使用するガス及びガスを供給するガス供給機構５以外、第１成膜装置１０１と同様の構成とされている。第２成膜装置１０２の第１成膜装置１０１と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明をする。
ガス供給機構５は、ガス導入孔３６，３７に接続され、成膜に用いる各種のガスを供給可能とされている。本実施形態では、ガス供給機構５から塩化タングステンガスと水素ガスを供給してウエハＷに初期タングステン膜を成膜する。本実施形態では、塩化タングステンガスとして、ＷＣｌ6ガスを用いる場合を例に説明するが、ＷＣｌ5ガスを用いてもよい。また、初期タングステン膜の成膜に用いるガスは、塩化タングステンガスと水素ガスの組み合わせに限定されるものではない。例えば、温度、圧力などのプロセス状況によっては、塩化タングステンガスのみによる初期タングステン膜の成膜を行ってもよい。
例えば、ガス供給機構５は、初期タングステン膜を成膜するガスの供給源として、ＷＣｌ6ガス供給源６１ａ、Ｎ2ガス供給源６２ａ、Ｎ2ガス供給源６３ａ、Ｈ2ガス供給源６４ａ、Ｈ2ガス供給源６５ａ、Ｎ2ガス供給源６６ａ、及びＮ2ガス供給源６７ａを有する。なお、図３に示すガス供給機構５でも、各ガス供給源をそれぞれ分けて示したが、共通化可能なガス供給源は、共通化してもよい。
ＷＣｌ6ガス供給源６１ａは、ガス供給ライン６１ｂを介してＷＣｌ6ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６１ｂには、上流側から流量制御器６１ｃ、貯留タンク６１ｄ及びバルブ６１ｅが介設されている。ガス供給ライン６１ｂのバルブ６１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。ＷＣｌ6ガス供給源６１ａから供給されるＷＣｌ6ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６１ｄで一旦貯留され、貯留タンク６１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６１ｄから処理容器１へのＷＣｌ6ガスの供給及び停止は、バルブ６１ｅにより行われる。このように、貯留タンク６１ｄへＷＣｌ6ガスを一旦貯留することで、ガス供給機構５は、比較的大きい流量で安定的にＷＣｌ6ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源６２ａは、ガス供給ライン６２ｂを介してパージガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６２ｂには、上流側から流量制御器６２ｃ、貯留タンク６２ｄ及びバルブ６２ｅが介設されている。ガス供給ライン６２ｂのバルブ６２ｅの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源６２ａから供給されるＮ2ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６２ｄで一旦貯留され、貯留タンク６２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６２ｄから処理容器１へのＮ2ガスの供給及び停止は、バルブ６２ｅにより行われる。このように、貯留タンク６２ｄへＮ2ガスを一旦貯留することで、ガス供給機構５は、比較的大きい流量で安定的にＮ2ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源６３ａは、ガス供給ライン６３ｂを介してキャリアガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６３ｂには、上流側から流量制御器６３ｃ、バルブ６３ｅ及びオリフィス６３ｆが介設されている。ガス供給ライン６３ｂのオリフィス６３ｆの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源６３ａから供給されるＮ2ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ2ガス供給源６３ａから処理容器１へのＮ2ガスの供給及び停止は、バルブ６３ｅにより行われる。貯留タンク６１ｄ，６２ｄによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６３ｆによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン６３ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ2ガス供給源６４ａは、ガス供給ライン６４ｂを介して還元ガスであるＨ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６４ｂには、上流側から流量制御器６４ｃ、バルブ６４ｅ及びオリフィス６４ｆが介設されている。ガス供給ライン６４ｂのオリフィス６４ｆの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。Ｈ2ガス供給源６４ａから供給されるＨ2ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｈ2ガス供給源６４ａから処理容器１へのＨ2ガスの供給及び停止は、バルブ６４ｅにより行われる。後述する貯留タンク６５ｄ，６６ｄによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６４ｆによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン６４ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ2ガス供給源６５ａは、ガス供給ライン６５ｂを介して還元ガスであるＨ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６５ｂには、上流側から流量制御器６５ｃ、貯留タンク６５ｄ及びバルブ６５ｅが介設されている。ガス供給ライン６５ｂのバルブ６５ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｈ2ガス供給源６５ａから供給されるＨ2ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６５ｄで一旦貯留され、貯留タンク６５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６５ｄから処理容器１へのＨ2ガスの供給及び停止は、バルブ６５ｅにより行われる。このように貯留タンク６５ｄへＨ2ガスを一旦貯留することで、ガス供給機構５は、比較的大きい流量で安定的にＨ2ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源６６ａは、ガス供給ライン６６ｂを介してパージガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６６ｂには、上流側から流量制御器６６ｃ、貯留タンク６６ｄ及びバルブ６６ｅが介設されている。ガス供給ライン６６ｂのバルブ６６ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源６６ａから供給されるＮ2ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６６ｄで一旦貯留され、貯留タンク６６ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６６ｄから処理容器１へのＮ2ガスの供給及び停止は、バルブ６６ｅにより行われる。このように貯留タンク６６ｄへＮ2ガスを一旦貯留することで、ガス供給機構５は、比較的大きい流量で安定的にＮ2ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ2ガス供給源６７ａは、ガス供給ライン６７ｂを介してキャリアガスであるＮ2ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６７ｂには、上流側から流量制御器６７ｃ、バルブ６７ｅ及びオリフィス６７ｆが介設されている。ガス供給ライン６７ｂのオリフィス６７ｆの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ2ガス供給源６７ａから供給されるＮ2ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ2ガス供給源６７ａから処理容器１へのＮ2ガスの供給及び停止は、バルブ６７ｅにより行われる。貯留タンク６５ｄ，６６ｄによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６７ｆによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン６７ｂに逆流することが抑制される。
〔成膜方法〕
次に、上記のように構成された成膜システム１００を用いて行われる、タングステン膜の成膜方法について説明する。図４は、実施形態に係る成膜方法の各工程の流れの一例を示すフローチャートである。図５は、実施形態に係る成膜方法の各工程でのウエハの状態の一例を模式的に示した断面図である。
まず、最初に、本実施形態に係る成膜方法では、例えばトレンチやホール等の凹部を有するシリコン膜の表面に、保護層として、ＡｌＯ膜が形成されたウエハＷ（図５（ａ））を準備する。なお、ウエハＷには実際にはトレンチやホール（コンタクトホールまたはビアホール）等の凹部が形成されているが、便宜上、図５では凹部を省略している。
第１成膜装置１０１は、ウエハＷに対して、シリコン膜を成膜する（ステップＳ１：図５（ｂ））。例えば、第１成膜装置１０１は、ＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスとを交互に処理容器１内へ供給して、シリコン膜（Ｓｉ（Ｓｉ－Ｂ））を成膜する。なお、シリコン膜を成膜する工程の詳細は、後述する。
第２成膜装置１０２は、ウエハＷに対して、ＷＣｌ6ガスとＨ2ガスとを処理容器１内へ供給してウエハＷの表面に初期タングステン膜（Ｉｎｉｔ．Ｗ）を形成する（ステップＳ２：図５（ｃ））。なお、タングステン膜を成膜する工程の詳細は、後述する。
第３成膜装置１０３は、ウエハＷに対して、タングステン含有ガス、例えば、ＷＦ6ガスとＨ2ガスとを処理容器１内へ供給してウエハＷの表面に主タングステン膜（Ｍａｉｎ Ｗ）を形成する（ステップＳ３：図５（ｄ））。
〔シリコン膜の成膜〕
次に、第１成膜装置１０１がシリコン膜を成膜する流れについて説明する。図６は、実施形態に係るシリコン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例を示す図である。
第１成膜装置１０１の制御部６は、載置台２のヒータ２１を制御し、ウエハＷを所定の温度（例えば２５０～５５０℃）に加熱する。また、制御部６は、排気機構４２の圧力制御バルブを制御し、処理容器１内を所定の圧力（例えば１．０×１０1～１．０×１０4Ｐａ）に調整する。
制御部６は、バルブ５３ｅ，５７ｅを開き、Ｎ2ガス供給源５３ａ，５７ａから夫々ガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに所定の流量（例えば１００～１００００ｓｃｃｍ）のキャリアガス（Ｎ2ガス）を処理容器１内に供給する。また、制御部６は、処理容器１内へのキャリアガス（Ｎ2ガス）の供給に並行して、ＳｉＨ4ガス供給源５１ａ及びＢ2Ｈ6ガス供給源５５ａから夫々ＳｉＨ4ガス及びＢ2Ｈ6ガスをガス供給ライン５１ｂ，５５ｂに供給する。バルブ５１ｅ，５５ｅが閉じられているので、ＳｉＨ4ガス及びＢ2Ｈ6ガスは、貯留タンク５１ｄ，５５ｄに夫々貯留され、貯留タンク５１ｄ，５５ｄ内が昇圧する。また、制御部６は、Ｎ2ガス供給源５２ａ及びＮ2ガス供給源５６ａから夫々Ｎ2ガスをガス供給ライン５２ｂ，５６ｂに供給する。バルブ５２ｅ，５６ｅが閉じられているので、Ｎ2ガスは、貯留タンク５２ｄ，５６ｄに夫々貯留され、貯留タンク５２ｄ，５６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ５１ｅを開き、貯留タンク５１ｄに貯留されたＳｉＨ4ガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ１１）。
制御部６は、バルブ５１ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～２０秒）が経過した後、バルブ５１ｅを閉じ、処理容器１内へのＳｉＨ4ガスの供給を停止する。また、制御部６は、ＳｉＨ4ガスの供給を停止すると共に、バルブ５２ｅ，５６ｅを開き、貯留タンク５２ｄ，５６ｄに貯留されたＮ2ガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ１２）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５２ｄ，５６ｄから供給されるので、処理容器１内には、比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量（例えば５００～１００００ｓｃｃｍ）でパージガスが供給される。このため、処理容器１内に残留するＳｉＨ4ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＳｉＨ4ガス雰囲気からＮ2ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ５１ｅが閉じられたことにより、ＳｉＨ4ガス供給源５１ａからガス供給ライン５１ｂに供給されるＳｉＨ4ガスが貯留タンク５１ｄに貯留され、貯留タンク５１ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ５２ｅ，５６ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～２０秒）が経過した後、バルブ５２ｅ，５６ｅを閉じ、ガス供給ライン５２ｂ、ガス供給ライン５６ｂからの処理容器１内へのＮ2ガスの供給を停止する。また、制御部６は、Ｎ2ガスの供給を停止すると共に、バルブ５５ｅを開き、貯留タンク５５ｄに貯留されたＢ2Ｈ6ガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ１３）。これにより、ウエハＷには、シリコンが成膜される。また、バルブ５２ｅが閉じられたことにより、Ｎ2ガス供給源５２ａからガス供給ライン５２ｂに供給されるＮ2ガスが貯留タンク５２ｄに貯留され、貯留タンク５２ｄ内が昇圧する。また、バルブ５６ｅが閉じられたことにより、Ｎ2ガス供給源５６ａからガス供給ライン５６ｂに供給されるＮ2ガスが貯留タンク５６ｄに貯留され、貯留タンク５６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ５５ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～２０秒）が経過した後、バルブ５５ｅを閉じ、処理容器１内へのＢ2Ｈ6ガスの供給を停止する。また、制御部６は、Ｂ2Ｈ6ガスの供給を停止すると共に、バルブ５２ｅ，５６ｅを開き、貯留タンク５２ｄ，５６ｄに貯留されたＮ2ガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ１４）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５２ｄ，５６ｄから供給されるので、処理容器１内には、比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量（例えば５００～１００００ｓｃｃｍ）でパージガスが供給される。このため、処理容器１内に残留するＢ2Ｈ6ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＢ2Ｈ6ガス雰囲気からＮ2ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ５５ｅが閉じられたことにより、Ｂ2Ｈ6ガス供給源５５ａからガス供給ライン５５ｂに供給されるＢ2Ｈ6ガスが貯留タンク５５ｄに貯留され、貯留タンク５５ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ５２ｅ，５６ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～２０秒）が経過した後、バルブ５２ｅ，５６ｅを閉じ、ガス供給ライン５２ｂ、ガス供給ライン５６ｂからの処理容器１内へのＮ2ガスの供給を停止する。バルブ５２ｅが閉じられたことにより、Ｎ2ガス供給源５２ａからガス供給ライン５２ｂに供給されるＮ2ガスが貯留タンク５２ｄに貯留され、貯留タンク５２ｄ内が昇圧する。また、バルブ５６ｅが閉じられたことにより、Ｎ2ガス供給源５６ａからガス供給ライン５６ｂに供給されるＮ2ガスが貯留タンク５６ｄに貯留され、貯留タンク５６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、ステップＳ１１～Ｓ１４のサイクルを複数サイクル（例えば１０～１０００サイクル）繰り返すことにより所望の膜厚のシリコン膜を成膜する。
なお、図６に示した、シリコン膜を成膜する際のガス供給シーケンス及びプロセスガスの条件は、一例であり、これに限定されるものではない。シリコン膜の成膜は、他のガス供給シーケンス及びプロセスガスの条件を用いてもよい。
〔初期タングステン膜の成膜〕
次に、第２成膜装置１０２が初期タングステン膜を成膜する流を説明する。図７は、実施形態に係る初期タングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例を示す図である。
第２成膜装置１０２の制御部６は、載置台２のヒータ２１を制御し、ウエハＷを所定の温度（例えば２５０～６５０℃）に加熱する。また、制御部６は、排気機構４２の圧力制御バルブを制御し、処理容器１内を所定の圧力（例えば１．３×１０1～８．０×１０3Ｐａ）に調整する。
制御部６は、バルブ６３ｅ，６７ｅを開き、Ｎ2ガス供給源６３ａ，６７ａから夫々ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂに所定の流量（例えば１００～３０００ｓｃｃｍ）のキャリアガス（Ｎ2ガス）を供給する。また、制御部６は、バルブ６４ｅを開き、Ｈ2ガス供給源６４ａからガス供給ライン６４ｂに所定の流量（例えば５００～３００００ｓｃｃｍ）のＨ2ガスを供給する。また、制御部６は、ＷＣｌ6ガス供給源６１ａ及びＨ2ガス供給源６５ａから夫々ＷＣｌ6ガス及びＨ2ガスをガス供給ライン６１ｂ，６５ｂに供給する。このとき、バルブ６１ｅ，６５ｅが閉じられているので、ＷＣｌ6ガス及びＨ2ガスは、貯留タンク６１ｄ，６５ｄに夫々貯留され、貯留タンク６１ｄ，６５ｄ内が昇圧する。
次いで、制御部６は、バルブ６１ｅを開き、貯留タンク６１ｄに貯留されたＷＣｌ6ガスを、プリカーサー(precursor)として処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着させる（ステップＳ２１）。また、制御部６は、処理容器１内へのＷＣｌ6ガスの供給に並行して、Ｎ2ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂに夫々パージガス（Ｎ2ガス）を供給する。このとき、バルブ６２ｅ，６６ｅが閉じられたことにより、パージガスは、貯留タンク６２ｄ，６６ｄに貯留され、貯留タンク６２ｄ，６６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ６１ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～５秒）が経過した後、バルブ６１ｅを閉じる。また、制御部６は、バルブ６１ｅを閉じると共にバルブ６２ｅ，６６ｅを開き、処理容器１内へのＷＣｌ6ガスの供給を停止すると共に貯留タンク６２ｄ，６６ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ２２）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク６２ｄ，６６ｄから供給されるので、処理容器１内には、比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量（例えば５００～１００００ｓｃｃｍ）でパージガスが供給される。このため、処理容器１内に残留するＷＣｌ6ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＷＣｌ6ガス雰囲気からＨ2ガス及びＮ2ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ６１ｅが閉じられたことにより、ＷＣｌ6ガス供給源６１ａからガス供給ライン６１ｂに供給されるＷＣｌ6ガスが貯留タンク６１ｄに貯留され、貯留タンク６１ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ６２ｅ，６６ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～５秒）が経過した後、バルブ６２ｅ，６６ｅを閉じると共にバルブ６５ｅを開き、処理容器１内へのパージガスの供給を停止する。また、制御部６は、パージガスの供給を停止すると共に貯留タンク６５ｄに貯留されたＨ2ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着したＷＣｌ6ガスを還元する（ステップＳ２３）。このとき、バルブ６２ｅ，６６ｅが閉じられたことにより、Ｎ2ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂに夫々供給されるパージガスが貯留タンク６２ｄ，６６ｄに貯留され、貯留タンク６２ｄ，６６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ６５ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５～５秒）が経過した後、バルブ６５ｅを閉じると共にバルブ６２ｅ，６６ｅを開き、処理容器１内へのＨ2ガスの供給を停止する。また、制御部６は、Ｈ2ガスの供給を停止すると共に貯留タンク６２ｄ，６６ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ２４）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク６２ｄ，６６ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量（例えば５００～１００００ｓｃｃｍ）でパージガスが供給される。このため、処理容器１内に残留するＨ2ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＨ2ガス雰囲気からＨ2ガス及びＮ2ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ６５ｅが閉じられたことにより、Ｈ2ガス供給源６５ａからガス供給ライン６５ｂに供給されるＨ2ガスが貯留タンク６５ｄに貯留され、貯留タンク６５ｄ内が昇圧する。
制御部６は、ステップＳ２１～Ｓ２４のサイクルを複数サイクル（例えば５０～２０００サイクル）繰り返すことにより所望の膜厚の初期タングステン膜を成膜する。
なお、図７に示した、初期タングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンス及びプロセスガスの条件は、一例であり、これに限定されるものではない。タングステン膜の成膜は、他のガス供給シーケンス及びプロセスガスの条件を用いてもよい。
［作用及び効果］
次に、本実施形態に係る成膜方法の作用及び効果について説明する。図８は、本実施形態に係るウエハの層構成の一例を示す図である。図８は、本実施形態に係る成膜方法により成膜されたウエハＷの層構成の一例を示したものである。ウエハＷは、シリコン（ＳｉＯ2）層の上に、保護膜としてＡｌＯ層が形成され、ＡｌＯ層の上に、密着性や反応抑制の観点から、シリコン膜（Ｓｉ）が形成されている。そして、ウエハＷは、シリコン膜の上に、初期タングステン膜（Ｉｎｉｔ．Ｗ）が形成され、初期タングステン膜の上に、主タングステン膜（Ｍａｉｎ Ｗ）が形成されることで、低抵抗のタングステン膜が形成されている。
ここで、実施形態に係る成膜方法のプロセス条件の一例をまとめて以下に記載する。
・シリコン膜
温度：２５０～５５０℃
圧力：１～１００Ｔｏｒｒ
ＳｉＨ4：１００～１０００ｓｃｃｍ
Ｂ2Ｈ6ガス：１００～１０００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ2）：１００～１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ2）：５００～３００００ｓｃｃｍ
時間：
ＳｉＨ4ガス：０．０５～２０秒
パージ：０．０５～２０秒
Ｂ2Ｈ6ガス：０．０５～２０秒
パージ：０．０５～２０秒
・初期タングステン膜
温度：４００～６５０℃
圧力：１～６０Ｔｏｒｒ
ＷＣｌ6ガス：５０～１５００ｍｇ/ｍiｎ
キャリアガス（Ｎ2）：１００～３０００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ2）：５００～１００００ｓｃｃｍ
Ｈ2ガス：５００～３００００ｓｃｃｍ
時間：
ＷＣｌ6ガス：０．０５～５秒
パージ：０．０５～５秒
Ｈ2ガス：０．０５～５秒
パージ：０．０５～５秒
・主タングステン膜：
温度：２５０～５５０℃
圧力：０．１～２０Ｔｏｒｒ
ＷＦ6ガス：１００～５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ2）：５００～１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ2）：０～１００００ｓｃｃｍ
Ｈ2ガス：５００～２００００ｓｃｃｍ
時間：
ＷＦ6ガス：０．０５～１５秒
パージ：０．０５～１５秒
Ｈ2ガス：０．０５～１５秒
パージ：０．０５～１５秒
ウエハＷは、タングステンの成膜前に、シリコン膜を形成することで、タングステン膜を成膜できる。シリコン膜は、厚さを０．５－３ｎｍ程度とすることが好ましい。また、初期タングステン膜は、厚さを０．５－６ｎｍ程度とすることが好ましい。これにより、ウエハＷでは、成膜されるタングステンのグレインをより大きく成長させることができ、タングステン膜の抵抗を低下させることができる。
ここで、比較例を用いて効果を説明する。図９は、比較例に係るウエハの層構成の一例を示す図である。図９は、従来のウエハＷの層構成の一例を示したものである。ウエハＷは、シリコン（ＳｉＯ2）層の上に、保護膜としてＡｌＯ層が形成され、ＡｌＯ層の上に、密着性や反応抑制の観点から、厚さが例えば２ｎｍのＴｉＮ膜が形成されている。そして、ウエハＷは、核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）工程が行われて、ＴｉＮ膜の上に、厚さが例えば３ｎｍのタングステンのＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜（Ｎｕｃ）が形成されている。そして、ウエハＷは、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜の上に、低抵抗のタングステン膜（Ｗ）が形成されている。
以下に、比較例の各膜を成膜するプロセス条件の一例を記載する。
・Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜：
温度：２５０～５５０℃
圧力：１～１００Ｔｏｒｒ
ＷＦ6ガス：１０～５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ2）：５００～１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ2）：０～１００００ｓｃｃｍ
Ｈ2ガス：５００～２００００ｓｃｃｍ
ＳｉＨ４ガス：１０～１０００ｓｃｃｍ
時間：
ＷＦ6ガス：０．０５～１５秒
パージ：０．０５～１５秒
ＳｉＨ４ガス：０．０５～１５秒
パージ：０．０５～１５秒
・タングステン膜：
温度：２５０～５５０℃
圧力：０．１～２０Ｔｏｒｒ
ＷＦ6ガス：１００～５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ2）：１０００～１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ2）：０～１００００ｓｃｃｍ
Ｈ2ガス：５００～２００００ｓｃｃｍ
時間：
ＷＦ6ガス：０．０５～１５秒
パージ：０．０５～１５秒
Ｈ2ガス：０．０５～１５秒
パージ：０．０５～１５秒
図１０は、タングステン膜の厚さに対する抵抗率の変化の一例を示す図である。図１０には、図８に示した本実施形態の層構成と、図９に示した比較例の層構成とによるタングステン膜の厚さによる抵抗率の変化が示されている。図１０の例では、タングステン膜の厚さをＡｌＯ層との界面から計測している。すなわち、本実施形態の層構成では、シリコン膜（Ｓｉ）、初期タングステン膜（Ｉｎｉｔ．Ｗ）、主タングステン膜（Ｍａｉｎ Ｗ）の厚さを、タングステン膜の厚さとしている。比較例の層構成では、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜（Ｎｕｃ）、タングステン膜（Ｗ）の厚さを、タングステン膜の厚さとしている。また、図１０の例では、厚さが１０ｎｍの場合の比較例の抵抗率を基準として、正規化して抵抗率を示している。図１０に示すように、本実施形態の層構成は、比較例の層構成に比べて、抵抗率が低下している。
従来、ウエハＷにタングステン膜を成膜する場合、図９に示すように、ウエハＷは、シリコン層の上にバリア層としてＴｉＮ膜が形成され、ＴｉＮ膜上にＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜が形成される。そして、ウエハＷは、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜上にタングステン膜（Ｗ）が形成される。従来、ウエハＷにタングステン膜を成膜する場合、ＴｉＮ膜の分の厚さも必要となる。また、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜は、高抵抗となる。タングステン膜は、薄く形成されるほど抵抗が増加する。このため、タングステン膜全体を薄膜化する場合、ＴｉＮ膜及びＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜部分の影響により、タングステン膜が高抵抗となる。
ここで、ＬＳＩは、配線が微細化されており、配線の低抵抗化が求められている。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の三次元積層半導体メモリでは、タングステン膜がワード線として成膜されるが、微細化のため、タングステン膜のさらなる低抵抗化が求められている。
これに対し、本実施形態の層構成は、微細化のためにタングステン膜を薄膜化した場合でもタングステン膜の低抵抗化を図ることができる。
なお、本実施形態では、初期タングステン膜の成膜を塩化タングステンガスと水素ガスの組み合わせで行う場合を説明してきたが、これに限定されるものではない。例えば、第２成膜装置１０２は、水素ガスを使用せずに、塩化タングステンガスのみによる初期タングステン膜の成膜を行ってもよい。例えば、第２成膜装置１０２は、塩化タングステンのみの供給を間欠的に行って初期タングステン膜の成膜を行ってもよい。塩化タングステンガスとして、例えば、ＷＣｌ6ガス、ＷＣｌ5ガスを用いることができる。塩化タングステンガスで初期タングステン膜の成膜を行う場合のプロセス条件を以下に示す。
・タングステン膜
温度：４００～６５０℃
圧力：１～６００Ｔｏｒｒ
塩化タングステンガス（ＷＣｌ5、ＷＣｌ6）：５０～１５００ｍｇ／ｍiｎ
キャリアガス（Ｎ2）：５００～３０００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ2）：１０００～１００００ｓｃｃｍ
時間：
塩化タングステンガス（ＷＣｌ5、ＷＣｌ6）：０．０５～３００秒
また、本実施形態では、シリコン膜と初期タングステン膜とを別々の成膜装置で成膜する場合を説明してきたが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、シリコン膜と初期タングステン膜と主タングステン膜は、シリコン膜を形成するためのガス供給機構とタングステン膜を形成するためのガス供給機構を備えた１つの成膜装置で成膜してもよい。また、ウエハＷは、大気圧力下でそれぞれの成膜装置を搬送されもよい。
このように、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、表面に保護膜として、例えば、ＡｌＯ膜が形成されたウエハＷを処理容器１内に配置し、減圧雰囲気でウエハＷにシリコン膜を成膜する。タングステン膜の成膜方法は、シリコン膜が形成されたウエハＷに対して塩化タングステンガスを供給して初期タングステン膜を成膜する。タングステン膜の成膜方法は、初期タングステン膜の上にタングステン含有ガスを供給して主タングステン膜を成膜する。これにより、タングステン膜の低抵抗化を図ることができる。
また、本実施形態に係るタングステン膜のうち、初期タングステン膜の成膜方法は、塩化タングステンガスと水素ガスと交互に供給するタングステン膜を成膜する。これにより、タングステン膜を速やかに成膜できる。
また、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、ＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスを交互に供給してシリコン膜を成膜する。これにより、ウエハＷに対するシリコン膜の密着性を改善できる。
また、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、シリコン膜の膜厚を０．５－３ｎｍとする。これにより、タングステン膜を安定して成膜できる。
以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、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い。さらに、基板は、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、セラミック基板等であってもよい。
１ 処理容器
５ ガス供給機構
６ 制御部
Ｗ ウエハ
１００ 成膜システム
１０１ 第１成膜装置
１０２ 第２成膜装置
１０３ 第３成膜装置

Claims (10)

  1. 表面に保護膜が形成された基板を処理容器内に配置し、減圧雰囲気でＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスを交互に供給して前記基板にシリコン膜を成膜する工程と、
    前記シリコン膜が形成された前記基板に対して塩化タングステンガスと水素ガスを交互に供給して初期タングステン膜を成膜する工程と、
    前記初期タングステン膜が形成された前記基板に対してタングステン含有ガスを供給して主タングステン膜を成膜する工程と、
    を有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
  2. 表面に保護膜が形成された基板を処理容器内に配置し、減圧雰囲気でＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスを交互に供給して前記基板にシリコン膜を成膜する工程と、
    前記シリコン膜が形成された前記基板に対して塩化タングステンガスのみを供給して初期タングステン膜を成膜する工程と、
    前記初期タングステン膜が形成された前記基板に対してタングステン含有ガスを供給して主タングステン膜を成膜する工程と、
    を有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
  3. 前記塩化タングステンガスのみの供給は、間欠的に供給される
    ことを特徴とする請求項２に記載のタングステン膜の成膜方法。
  4. 前記塩化タングステンガスは、ＷＣｌ5、または、ＷＣｌ6である
    ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載のタングステン膜の成膜方法。
  5. 前記初期タングステン膜の膜厚は、０．５－６ｎｍとする
    ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載のタングステン膜の成膜方法。
  6. 前記シリコン膜の膜厚は、０．５－３ｎｍとすることを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載のタングステン膜の成膜方法。
  7. 前記シリコン膜を成膜する工程と、前記初期タングステン膜を成膜する工程は、同一装置内で行なわれることを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載のタングステン膜の成膜方法。
  8. 保護膜が形成され、第１の処理容器内に配置された基板を減圧雰囲気で加熱しつつＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスを交互に供給して前記基板の表面に、シリコン膜を成膜する制御を行なう第１の制御部を有する第１成膜装置と、
    前記シリコン膜が形成され、第２の処理容器内に配置された前記基板を減圧雰囲気で加熱しつつ塩化タングステンガスと水素ガスを交互に供給して前記シリコン膜上に、初期タングステン膜を成膜する制御を行う第２の制御部を有する第２成膜装置と、
    前記初期タングステン膜が形成され、第３の処理容器内に配置された前記基板を減圧雰囲気で加熱しつつタングステン含有ガスを供給して前記初期タングステン膜上に、主タングステン膜を成膜する制御を行う第３の制御部を有する第３成膜装置と、
    を備えたことを特徴とする成膜システム。
  9. 保護膜が形成され、第１の処理容器内に配置された基板を減圧雰囲気で加熱しつつＳｉＨ4ガスとＢ2Ｈ6ガスを交互に供給して前記基板の表面に、シリコン膜を成膜し、当該シリコン膜上に、塩化タングステンガスと水素ガスを交互に供給して初期タングステン膜を成膜する制御を行う第１の制御部を有する第１成膜装置と、
    前記初期タングステン膜が形成され、第２の処理容器内に配置された前記基板を減圧雰囲気で加熱しつつ前記初期タングステン膜上に、タングステン含有ガスを供給して主タングステン膜を成膜する制御を行う第２の制御部を有する第２成膜装置と、
    を備えたことを特徴とする成膜システム。
  10. 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、上記請求項１から請求項７の何れか１つに記載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。
JP2018029006A 2018-02-21 2018-02-21 タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体 Active JP7072399B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018029006A JP7072399B2 (ja) 2018-02-21 2018-02-21 タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体
KR1020190016578A KR102204801B1 (ko) 2018-02-21 2019-02-13 텅스텐막의 성막 방법, 성막 시스템 및 기억 매체
US16/276,867 US10954593B2 (en) 2018-02-21 2019-02-15 Tungsten film-forming method, film-forming system and storage medium
TW108105358A TW201943887A (zh) 2018-02-21 2019-02-19 鎢膜之成膜方法、成膜系統及記憶媒體
CN201910126852.8A CN110176399B (zh) 2018-02-21 2019-02-20 钨膜的成膜方法、成膜系统以及存储介质
US17/172,589 US11802334B2 (en) 2018-02-21 2021-02-10 Tungsten film-forming method, film-forming system and storage medium
US18/370,033 US20240003002A1 (en) 2018-02-21 2023-09-19 Tungsten Film-Forming Method, Film-Forming System and Storage Medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018029006A JP7072399B2 (ja) 2018-02-21 2018-02-21 タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019143204A JP2019143204A (ja) 2019-08-29
JP7072399B2 true JP7072399B2 (ja) 2022-05-20

Family

ID=67617599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018029006A Active JP7072399B2 (ja) 2018-02-21 2018-02-21 タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体

Country Status (5)

Country Link
US (3) US10954593B2 (ja)
JP (1) JP7072399B2 (ja)
KR (1) KR102204801B1 (ja)
CN (1) CN110176399B (ja)
TW (1) TW201943887A (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016186094A (ja) 2015-03-27 2016-10-27 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
US20170179036A1 (en) 2015-12-19 2017-06-22 Applied Materials, Inc. Conformal Amorphous Silicon As Nucleation Layer For W ALD Process

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3564884B2 (ja) * 1996-07-12 2004-09-15 ヤマハ株式会社 タングステン膜形成法
KR101089841B1 (ko) * 2006-07-31 2011-12-05 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치, 프로그램, 기억 매체 및 컨디셔닝 필요여부 결정 방법
JP5741382B2 (ja) * 2011-09-30 2015-07-01 東京エレクトロン株式会社 薄膜の形成方法及び成膜装置
JP5959991B2 (ja) 2011-11-25 2016-08-02 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
JP6437324B2 (ja) * 2014-03-25 2018-12-12 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法および半導体装置の製造方法
US9595470B2 (en) * 2014-05-09 2017-03-14 Lam Research Corporation Methods of preparing tungsten and tungsten nitride thin films using tungsten chloride precursor
US9978605B2 (en) * 2015-05-27 2018-05-22 Lam Research Corporation Method of forming low resistivity fluorine free tungsten film without nucleation
US10468263B2 (en) * 2015-12-19 2019-11-05 Applied Materials, Inc. Tungsten deposition without barrier layer
US10460877B2 (en) * 2016-05-27 2019-10-29 Tdk Corporation Thin-film capacitor including groove portions

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016186094A (ja) 2015-03-27 2016-10-27 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
US20170179036A1 (en) 2015-12-19 2017-06-22 Applied Materials, Inc. Conformal Amorphous Silicon As Nucleation Layer For W ALD Process

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190100859A (ko) 2019-08-29
US11802334B2 (en) 2023-10-31
JP2019143204A (ja) 2019-08-29
TW201943887A (zh) 2019-11-16
CN110176399A (zh) 2019-08-27
US20190256972A1 (en) 2019-08-22
US20240003002A1 (en) 2024-01-04
US20210164095A1 (en) 2021-06-03
US10954593B2 (en) 2021-03-23
KR102204801B1 (ko) 2021-01-18
CN110176399B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101912995B1 (ko) 금속막의 스트레스 저감 방법 및 금속막의 성막 방법
KR20200097646A (ko) 기판 처리 방법 및 성막 시스템
JP7085824B2 (ja) 成膜方法
KR102233249B1 (ko) 텅스텐막의 성막 방법, 성막 시스템 및 성막 장치
KR102307268B1 (ko) 성막 방법 및 성막 시스템
WO2021044929A1 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
CN110923659B (zh) 成膜方法及基板处理系统
KR102167479B1 (ko) 제거 방법 및 처리 방법
KR20200041785A (ko) 성막 방법 및 기판 처리 시스템
JP7072399B2 (ja) タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体
JP7086189B2 (ja) 成膜方法、成膜システム、及び成膜装置
US11551933B2 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP7296790B2 (ja) 成膜方法及び基板処理システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201102

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210727

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210910

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220118

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220318

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220412

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220510

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7072399

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150