KR20040030965A - 텅스텐막의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

매립 구멍의 직경이 작아도, 특성에 악영향을 줄 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있어, 매립 특성이 양호한 텅스텐막의 형성 방법을 제공한다.
진공 배기 가능하게 이루어진 처리 용기(22)내에서 피 처리체(W)의 표면에 텅스텐막을 형성함에 있어서, 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 공정(70)과 텅스텐 함유 가스를 공급하는 텅스텐 가스 공급 공정(72)을, 상기 양 공정 사이에 불활성 가스를 공급하면서 진공 배기하는 퍼지공정(74)을 개재시키고, 교대로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막(76)을 형성한다. 이것에 의해서, 막두께 균일성이 높은 핵 부착 층으로서의 초기 텅스텐막을 형성하는 것이 가능해지고, 따라서 이 다음에 주된 텅스텐막을 퇴적시켰을 때에, 예컨대 매립 구멍의 직경이 작더라도, 특성에 악영향을 줄 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있다.

Description

텅스텐막의 형성 방법{METHOD OF FORMING TUNGSTEN FILM}
일반적으로, 반도체 집적 회로의 제조공정에 있어서는 피 처리체인 반도체 웨이퍼 표면에 배선 패턴을 형성하기 위해서, 또는 배선 사이 등의 오목부나 콘택트용 오목부를 매설하기 위해서, W(tungsten), WSi(tungsten silicide), Ti(titanium), TiN(titanium nitride), TiSi(titanium silicide), Cu, Ta2O5(tantalum oxide) 등의 금속 또는 금속화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하는 것이 실행되고 있다. 그리고, 상기한 각종 박막 중 비저항(resistivity)이 작고, 막 부착 온도도 작아도 되는 등의 이유로 텅스텐막이 많이 사용되고 있다. 이러한 종류의 텅스텐막을 형성하기 위해서는 원료 가스로서 WF6(tungsten hexafluoride)을 사용하고, 이것을 수소, 실란, 디클로로실란 등에 의해서 환원함으로써, 텅스텐막을 퇴적시키고 있다.
상기 텅스텐막을 형성하는 경우에는 밀착성의 향상, 하층의 실리콘층과의 반응의 억제 등의 이유로, 웨이퍼 표면에 Ti막, TiN막, 또는 양자의 적층막이 하지막이 되는 배리어층으로서 얇고 또한 균일하게 형성되어 있고, 이 배리어층 상에 상기 텅스텐막을 퇴적시키게 된다.
여기서 오목부 등의 매립을 하는 경우에는 매립성을 양호하게 하기 위해서 실란보다 환원성이 약한 수소 가스가 주로 사용되는데, 이 때 미반응의 WF6에 의해서 상기 배리어층이 공격받아 배리어층과 불소가 반응하여 부피적으로 팽창하여, 위쪽으로 돌출형상으로 튀어나온 볼케이노(volcano)가 발생하거나, 매립 구멍에 공극(void)이 발생하거나 하는 경우가 있다.
이것을, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 볼케이노와 공극이 발생되어 있는 매립 구멍을 나타내는 단면도이다. 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 콘택트 홀 등의 매립 구멍(2)이 있고, 이 매립 구멍(2)의 내면을 포함한 표면에, 예컨대 Ti/TiN막으로 이루어지는 배리어층(4)이 사전에 형성되어 있다. 그리고, 이 상태에서 WF6가스와 H2가스를 동시에 공급하여 텅스텐막(6)을 퇴적시켜 매립을 하면, WF6중의 불소가 배리어층속으로 확산하고, 특히 이면부(裏面部)와 배리어층(4)의 Ti와 불소가 반응함으로써 매립 구멍(2)부근을 기점으로 하여 텅스텐막(6)이 돌기형상으로 퇴적하여 그 돌기부의 선단부가 텅스텐막(6)의 응력에 의해서 볼케이노(8)가 발생하거나, 또한 매립 구멍(2)내에는 공동형상의 공극(10)이 발생하거나 한다.
그리고, 상기 볼케이노(8) 등의 발생을 방지하기 위해서, 처음에 수소 가스대신에, 이것보다도 환원력이 강한 실란을 사용하여 약간의 두께, 예컨대 300 내지 500Å 정도만큼 텅스텐막의 핵 부착 층을 형성하고, 그 후 이 핵 부착 층을 기점으로 하여 H2가스와 WF6가스에 의해서 주된 텅스텐막을 퇴적하는 것도 실행되고 있었지만, 이 경우에는 하지막인 배리어층(4)의 표면 오염 등에 의해서 핵 부착층을 균일하게 할 수 없는 경우가 있었다.
그래서, 상기 핵 부착 층을 형성하기에 앞서, 실란만을 단독으로 소정 시간만큼 공급하여 이 일부가 분해할 정도의 저온, 예컨대 400℃ 정도에서 실란의 반응중간체(SiHx:x<4)를 웨이퍼 표면에 흡착시키고, 이것을 기점으로 하여 상기 핵 부착 층을 성장시키는 것도 실행되고 있다. 도 14a 내지 14F는 이러한 방법을 이용하여 텅스텐에 의해서 매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정을 도시하는 도면이다.
우선, 도 14a에 도시하는 바와 같이, 매립 구멍(2)내의 내면을 포함한 웨이퍼 표면 전체에 배리어층(4)이 형성되어 있는 웨이퍼(W)에 대하여, 실란(SiH4)을 단독으로 공급하여 웨이퍼(W)의 표면에 상기 SiHx인 반응중간체(12)를 부착시키는 이니시에이션(initiation) 처리를 한다(도 14a 및 도 14b). 그리고, 다음에 앞에서 설명한 바와 같이, 소정의 시간만큼 WF6가스와 SiH4가스를 도 14c에 도시하는 바와 같이 동시에 공급하여, 상기 반응중간체(12)를 기점으로 하여 텅스텐막을 퇴적시킴으로써, 핵 부착 층(14)을 형성한다(도 14d).
다음에, 도 14e에 도시하는 바와 같이 WF6가스와 H2가스를 동시에 공급함으로써, 도 14f에 도시하는 바와 같이 주가 되는 텅스텐막(16)을 퇴적시켜 매립 구멍을 메꿔 넣는다.
그런데, 상기 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 배리어층(4)을 형성할 때에는 이 때의 스텝 커버리지(step coverage)를 올리기 위해서 일반적으로는 Ti의 유기 화합물 소스를 사용하고 있지만, 이 속에 포함되는 탄소 성분이 배리어층(4)에 포함되게 되고, 이것이 원인이 되어 상기 이니시에이션 처리를 하더라도 탄소 성분이 노출하는 표면에 의해서 반응중간체의 부착이 불균일해져 핵 부착 층(14)이 불균일하게 형성되고, 핵 부착 층(14)자체의 스텝 커버리지가 나빠져, 결과적으로 주 텅스텐막의 매립 성이 나빠, 공극, 볼케이노 등이 형성된다는 문제가 있었다.
또한, 상기 핵 부착 층(14)의 두께가 주된 텅스텐층(16)을 포함한 전체의 텅스텐막의 두께에 대하여 차지하는 비율이 그다지 크지 않은 경우에 문제는 발생하지 않지만, 미세화에 의해서 주 텅스텐막의 두께에 대한 이 핵 부착 층(14)의 두께가 차지하는 비율이 무시할 수 없을 정도로 커지면, 상기 핵 부착 층(14)의 스텝 커버리지가 나쁜 것에 의하여 무시할 수 없는 크기의 공극이 발생해 버린다고 하는 문제도 있었다.
이상과 같은 문제는 반도체 제조의 미세화 및 박막화가 더욱 진행하여 매립 구멍의 내경이 예컨대 0.2㎛ 이하가 되면, 특히 심각한 문제가 되어 현재화(顯在化)하여 왔다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피 처리체의 표면에 텅스텐막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 예컨대 매립 구멍의 직경이 작더라도, 특성에 악영향을 줄 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있어, 매립 특성이 양호한 텅스텐막의 형성 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 진공 배기 가능하게 이루어진 처리 용기내에서 피 처리체의 표면에 텅스텐막을 형성함에 있어서, 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 함유 가스를 공급하는 텅스텐 가스 공급 공정을, 상기 양 공정의 사이에 불활성 가스를 공급하면서 진공 배기하는 퍼지(purge) 공정을 개재시켜, 교대로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
이것에 의해서, 막두께 균일성이 높은 핵 부착 막으로서의 초기 텅스텐막을 형성하는 것이 가능해지고, 따라서 이 다음에 주된 텅스텐막을 퇴적시켰을 때에, 예컨대 매립 구멍의 직경이 작더라도, 특성에 악영향을 주는 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 진공 배기 가능하게 이루어진 처리 용기내에서 피 처리체의 표면에 텅스텐막을 형성함에 있어서, 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 함유 가스를 공급하는 텅스텐 가스 공급 공정을, 상기 양 공정의 사이에 불활성 가스를 공급하면서 진공 배기하는 퍼지공정을 개재시켜, 상기 환원 가스 공급 공정과 상기 텅스텐 가스 공급 공정과 상기 퍼지공정을 통해서 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의 전압력(全壓力)이 일정해지도록 제어하고, 상기 환원 가스 공급 공정과 상기 텅스텐 가스 공급 공정을 교대로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막을 형성하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 가스 공급 공정과 퍼지공정을 통해서 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의 전압력이 일정해지도록 제어함으로써, 웨이퍼(피 처리체)의 온도와 피복되는 가스의 양을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 반복되는 환원 가스 공급 공정 중 최초의 환원 가스 공급 공정에서, 환원 가스의 부분 압력(partial pressure)과 공급 시간과의 곱으로 이루어지는 파라미터를, 다른 환원 가스 공급 공정의 파라미터보다 커지도록 설정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실질적으로 종래 방법의 이니시에이션 처리와 동일한 기능을 갖게 하여 피 처리체의 표면에 반응중간체를 부착시켜 표면을 활성화시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 환원 가스 공급 공정 중 최초의 환원 가스 공급 공정에 있어서, 환원 가스의 공급 시간을 다른 환원 가스 공급 공정의 공급 시간보다 길어지도록 설정하고, 모든 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 가스 공급 공정과 퍼지공정을 통해서 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의 전압력이 일정해지도록 제어하고, 상기 환원 가스 공급 공정과 상기 텅스텐 가스 공급 공정을 교대로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막을 형성하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 최초의 환원 가스 공급 공정이 종래 방법의 이니시에이션 처리와 동일한 기능을 하고, 또한 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의전압력이 일정해지도록 제어함으로써, 웨이퍼(피 처리체)의 온도와 피복되는 가스의 양을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 상기 초기 텅스텐막을 형성한 후에, 상기 텅스텐 함유 가스와 상기 환원 가스를 동시에 공급함으로써 주 텅스텐막을 형성하는 주 텅스텐막 형성 공정을 실행하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가령 매립 구멍의 직경이 작더라도, 특성에 악영향을 부여하는 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있어, 매립 특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 상기 초기 텅스텐막을 형성하는 공정과 상기 주 텅스텐막을 형성하는 공정의 사이에, 상기 텅스텐 함유 가스의 유량비가 상기 주 텅스텐막 형성 공정의 경우보다 작은 상태로, 상기 텅스텐 함유 가스와 상기 환원 가스를 동시에 공급함으로써 패시베이션(passivation) 텅스텐막을 형성하는 패시베이션 텅스텐막 형성 공정을 실행하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 패시베이션 텅스텐막이 이른바 부동태막(passivation film)으로서 기능하여, 초기 텅스텐막의 두께가 얇은 경우에 주 텅스텐막을 형성할 때에 WF6의 공격에 의해서 볼케이노를 발생시키는데, 패시베이션 텅스텐막을 형성함으로써, 초기 텅스텐막이 보호되어, 한층 더 매립 특성을 개선할 수 있게된다.
본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 상기 초기 텅스텐막의 형성공정과 상기패시베이션 텅스텐막 형성 공정은 프로세스 압력과 프로세스 온도 중 적어도 어느 한쪽이 실질적으로 동일하다고 할 수 있다.
또한, 본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 상기 주 텅스텐막 형성 공정에 있어서, 상기 패시베이션 텅스텐막 형성 공정과 비교하여 프로세스 압력과 프로세스 온도 중 적어도 어느 한쪽을 실질적으로 높게 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은, 상기 텅스텐 함유 가스는 WF6가스와 유기 텅스텐 소스 가스 중 어느 하나로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은, 상기 환원 가스는 H2가스, 실란(SiH4), 디실란 (Si2H6), 디클로로실란(SiH2Cl2), 디보란 (B2H6), 포스핀(PH3) 중 어느 하나로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 텅스텐막의 형성 방법은 상기 텅스텐 함유 가스는 WF6가스 이며, 상기 환원 가스는 초기 텅스텐막의 형성공정에서는 SiH4가스이며, 상기 패시베이션 텅스텐막의 형성공정과 상기 주 텅스텐막 형성공정에서는 H2가스로 할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 텅스텐막의 형성 방법을 실시하는 열 처리 장치를 나타내는 단면 구성도이다.
도 2a는 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 가스 공급 공정 사이에 퍼지공정을개재시킨 가스의 공급형태를 도시하는 도면이다.
도 2b는 도 2a의 가스의 공급형태에 있어서, 최초의 환원 가스 공급 공정의 환원 가스 부분 압력·공급 시간의 파라미터를 크게 한 가스의 공급형태를 도시하는 도면이다.
도 2c는 도 2b의 가스의 공급형태에 있어서, 초기 텅스텐막 형성 공정과 주 텅스텐막 형성 공정 사이에 패시베이션 텅스텐막 형성 공정을 개재시킨 가스의 공급형태를 도시하는 도면이다.
도 2d는 도 2a의 가스의 공급형태에 있어서, 초기 텅스텐막 형성 공정과 주 텅스텐막 형성 공정 사이에 패시베이션 텅스텐막 형성 공정을 개재시킨 가스의 공급형태를 도시하는 도면이다.
도 3a는 샤워 헤드부 내에 확산판을 설치하고 있는 경우의 확산 처리 용기내에서의 실란(SiH4)의 부분 압력의 분포 상태를 도시하는 도면이다.
도 3b는 샤워 헤드부 내에 확산판을 설치하고 있지 않은 경우의 확산 처리 용기내에서의 실란(SiH4)의 부분 압력의 분포 상태를 도시하는 도면이다.
도 4는 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적한 텅스텐막의 일례를 나타내는 확대단면도이다.
도 5는 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적한 텅스텐막의 다른 일례를 나타내는 확대단면도이다.
도 6은 실란의 파라미터(Torr·sec)와 1 사이클당 형성되는 막두께의 관계를나타내는 그래프이다.
도 7은 WF6의 파라미터(Torr·sec)와 1 사이클당 형성되는 막두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 가스 공급의 1 사이클당 형성되는 막두께의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 WF6가스의 파라미터(Torr·sec)와 1셀 당 볼케이노의 발생 개수와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 종래 방법에 의해서 매립된 매립 구멍의 단면을 도시한 도면 대용 사진이다.
도 10b는 본 발명 방법에 의해서 매립된 매립 구멍의 단면을 도시한 도면 대용 사진이다.
도 11은 텅스텐막의 저항치의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 웨이퍼 표면의 F 농도(확산량) 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 13은 볼케이노와 공극이 발생되어 있는 매립 구멍을 나타내는 단면도이다.
도 14a는 매립 구멍 내의 내면을 포함한 웨이퍼 표면 전체에 배리어층이 형성되어 있는 웨이퍼(W)에 텅스텐에 의해서 매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14b는 SiHx인 반응중간체가 부착되어 있는 웨이퍼(W)에 텅스텐에 의해서매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14c는 반응중간체를 기점으로 하여 핵 부착 층을 퇴적시키는 곳의 웨이퍼(W)에 텅스텐에 의해서 매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14d는 핵 부착 층이 형성되어 있는 상태의 웨이퍼(W)에 텅스텐에 의해서 매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14e는 핵 부착 층이 형성되어 있는 상태의 웨이퍼(W)에 환원 가스와 텅스텐 함유 가스를 공급하여 매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14f는 주 텅스텐막이 형성된 상태의 웨이퍼(W)에 텅스텐에 의해서 매립 구멍을 메꿔 넣을 때의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
이하에, 본 발명에 관한 텅스텐막의 형성 방법의 일실시예를 첨부 도면에 근거하여 상세히 서술한다.
도 1은 본 발명에 따른 텅스텐막의 형성 방법을 실시하는 열 처리 장치를 나타내는 단면구성도, 도 2a 내지 도 2d는 각 가스의 공급형태를 도시한 도면, 도 4는 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적한 텅스텐막의 일례를 나타내는 확대단면도, 도 5는 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적한 텅스텐막의 다른 일례를 나타내는 확대단면도이다.
우선, 본 발명 방법을 실시하는 열 처리 장치에 대하여 설명하면, 이 열 처리 장치(20)는, 예컨대 단면이 대략 원통형상인 알루미늄제의 처리 용기(22)를 갖고 있다. 처리 용기(22)내의 천장부에는 유량 제어된 처리 가스로서 예컨대 각종 성막 가스와 캐리어 가스 등을 선택적으로 도입하기 위한 샤워 헤드부(24)가 O링 등의 밀봉 부재(26)를 거쳐서 설치되어 있고, 이 하면에 형성한 다수의 가스 분사구(28)로부터 처리공간(S)을 향해서 성막 가스를 분사하도록 되어 있다. 또한, 이 샤워 헤드부(24)내에는 복수의 확산 구멍(25)을 갖는 1장, 또는 복수매의 확산판(27)을 설치하여, 여기에 도입된 가스의 확산을 촉진하도록 한 구조의 것도 있다.
이 처리 용기(22)내에는 처리 용기 바닥부로부터 기립시킨 원통형의 리플렉터(reflector)(30)상에, 예컨대 L자형상의 3개의 유지 부재(32)(도 1에서는 2개 만 기재함)를 거쳐서 피 처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재대(34)가 설치된다.
이 탑재대(34)의 아래쪽으로 복수 개, 예컨대 3개의 L자형상의 리프터 핀(36)(도시예에서는 2개만 기재한다)이 위쪽으로 기립되어 설치되어 있고, 이 리프터핀(36)의 베이스부는 상기 리플렉터(30)에 형성한 세로길이 삽입통과구멍(도시하지 않음)을 삽입 통과하여, 링부재(38)에 공통으로 접속되어 있다. 그리고, 이 링부재(38)를 처리 용기 바닥부에 관통하여 마련된 밀어 올림 막대(40)에 의해서 상하 운동시킴으로써, 상기 리프터 핀(36)을 탑재대(34)에 관통시켜 마련한 리프터 핀 구멍(42)에 삽입 통과시켜 웨이퍼(W)를 들어 올릴 수 있도록 되어 있다.
상기 밀어 올림 막대(40)의 용기 바닥부의 관통부에는 처리 용기(22)에 있어서 내부의 기밀 상태를 유지하기 위해서 신축 가능한 벨로우즈(44)가 설치되고, 이 밀어 올림 막대(40)의 하단은 액추에이터(46)에 접속되어 있다.
또한, 처리 용기(22)의 바닥부의 주연부에는 배기구(48)가 형성되고, 이 배기구(48)에는 도시하지 않은 진공 펌프에 접속된 배기통로(50)가 접속되어 있고, 처리 용기(22)내를 소정의 진공도까지 진공 배기할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리 용기(22)의 측벽에는 웨이퍼를 반출입할 때에 개폐되는 게이트밸브(52)가 설치된다.
도시하지 않지만, 처리 용기(22)내에는 압력을 측정하는 진공계(Capamanometor)가 설치되어 있고, 배기통로(50)에는 처리 용기(22)내의 압력을 조정하는 압력조절밸브(Auto Pressure Control Valve)가 설치되어 있다.
또한, 탑재대(34)의 바로 아래의 처리 용기 바닥부에는 석영 등의 열선투과재료로 이루어지는 투과창(54)이 O링 등의 밀봉 부재(56)를 거쳐서 기밀하게 설치되어 있고, 이 아래쪽으로는 투과창(54)을 둘러싸도록 상자형의 가열실(58)이 설치되어 있다. 이 가열실(58)내에는 가열 수단으로서 예컨대 복수의 가열램프(60)가 반사경도 겸하는 회전대(62)에 장착되어 있고, 이 회전대(62)는 회전축을 거쳐서 가열실(58)의 바닥부에 설치한 회전모터(64)에 의해서 회전된다. 따라서, 이 가열램프(60)로부터 방출된 열선은 투과창(54)을 투과하여 얇은 탑재대(34)의 하면을 조사하고, 이것을 가열하고, 또한 이 탑재대(34)상의 웨이퍼(W)를 간접적으로 가열할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이, 가열램프(60)를 사용함으로써, 웨이퍼(W)의승온 속도를 매우 빠르게 할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 장치를 사용하여 실행되는 본 발명 방법에 대하여 설명한다.
우선, 처리 용기(22)의 측벽에 설치한 게이트밸브(52)를 열어 도시하지 않은 반송아암에 의해서 처리 용기(22)내로 웨이퍼(W)를 반입하고, 리프터핀(36)을 밀어 올림으로써 웨이퍼(W)를 리프터 핀(36)측으로 주고받는다. 그리고, 리프터핀(36)을 밀어 올림 막대(40)를 내림으로써 강하시켜, 웨이퍼(W)를 탑재대(34)상에 탑재한다. 이 웨이퍼(W)의 표면에는 매립 구멍(2)의 내면도 포함하여 전 공정에서 이미 베이스막으로서 Ti/TiN막과 같은 배리어층(4)이 형성되어 있다(도 14a 참조).
다음에, 도시하지 않은 처리 가스원으로부터 처리 가스로서 소정의 성막 가스와 캐리어 가스 등을 후술하는 바와 같은 가스 공급형태로 샤워 헤드부(24)로 소정량씩 공급하고, 이것을 하면의 가스 분사 구멍(28)으로부터 처리 용기(22)내로 대략 균등하게 공급한다. 이것과 동시에, 배기구(48)로부터 내부 분위기를 흡인 배기함으로써 처리 용기(22)내를 소정의 압력으로 진공 배기 하면서, 또한 탑재대(34)의 아래쪽에 위치하는 가열 수단의 각 가열램프(60)를 회전시키면서 구동하여, 열에너지를 방사한다.
방사된 열원은 투과창(54)을 투과한 뒤, 탑재대(34)의 이면을 조사하여 이것을 가열한다. 이 탑재대(34)는 전술한 바와 같이, 예컨대 1mm 정도로 매우 얇으므로 신속히 가열되고, 따라서 이 위에 탑재되어 있는 웨이퍼(W)를 신속히 소정의 온도까지 가열할 수 있다. 공급된 성막 가스는 소정의 화학반응을 발생시켜, 텅스텐막의 박막이 웨이퍼 표면의 전면에 퇴적하여 형성되게 된다.
여기서, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 각 가스의 공급형태를 구체적으로 설명한다. 도 2a 내지 도 2d에서는 3종류의 가스 공급형태가 도시되어 있고, 각 형태에 있어서, 캐리어 가스로서 예컨대 Ar, N2가스가, 유량을 일정하게 하고, 또는 필요에 따라서 유량을 바꾸면서, 연속적으로 공급되고 있다. 또한, 마찬가지로 처리 용기(22)내도 일련의 공정동안 연속적으로 진공 배기되고 있다.
여기서는 텅스텐 함유 가스로서는 WF6가스를 이용하고, 환원 가스로서는 H2가스, 또는 이 H2가스보다 환원력이 강한 SiH4가스를 이용하고 있다.
우선, 도 2a에 도시하는 가스 공급형태는 환원 가스인 SiH4가스를 공급하는 환원 가스 공급 공정(70)과 텅스텐 가스인 WF6가스를 공급하는 텅스텐 가스 공급 공정(72)을, 이들 양 공정 사이에 불활성 가스로서의 캐리어 가스를 공급하면서 진공 배기하는 퍼지공정(74)을 개재시키고, 교대로 복수회 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막(76)(도 4참조)을 형성하고 있다. 즉, SiH4가스의 공급과 WF6가스의 공급을 교대로 반복하여 실행하고, 그들의 반복 공정 사이에 퍼지공정(74)을 개재시킴으로써, 초기 텅스텐막 형성 공정을 한다. 그리고, 이 초기 텅스텐막 형성 공정의 마지막은 환원 가스 공급 공정(70)으로 종료하고 있다. 이 점은, 도 2b 내지 도 2d에서도 동일하다.
이렇게 하여, 초기 텅스텐막(76)을 형성했으면, 다음에 환원 가스로서 이번에는 SiH4가스 대신에 H2가스를 사용하고, 이 H2가스와 텅스텐 함유 가스인 WF6가스, 그 외의 불활성 가스, 예컨대 Ar, N2가스를 동시에 공급함으로써 주 텅스텐막(78)을 형성하는 주 텅스텐막 형성 공정(80)을 실행하여, 매립 구멍(2)을 주 텅스텐막(78)으로 완전히 매설한다.
여기서, 초기 텅스텐막 형성 공정에서, 어떤 환원 가스 공급 공정(70)으로부터 다음 환원 가스 공급 공정(70)까지의 기간을 1 사이클이라고 하면, 도 2a의 경우에는 3 사이클 실행하고 있는데, 이 사이클수는 특별히 한정되지 않는다.
여기서, 각 환원 가스 공급 공정(70)의 기간(T1), 및 각 텅스텐 가스 공급 공정(72)의 기간(T2)은 각각 1 내지 30초이고, 바람직하게는 3 내지 10초이며, 또한 퍼지공정(74)의 기간(T3)은 0 내지 30초이고, 바람직하게는 0 내지 10초이다. 또한, 상기 퍼지공정은 진공 배기만을 실행하도록 하더라도 좋다.
바람직하게는, 환원 가스 공급 공정(70)과 텅스텐 가스 공급 공정(72)과 퍼지공정(74)을 통해서 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의 전압력이 일정해지도록 제어한다. 가스의 전압력을 일정하게 함으로써, 웨이퍼(피 처리체)의 온도와 피복되는 가스의 흡착량을 일정하게 유지할 수 있기 때문이다. 상기 가스의 전압력의 제어는 처리 용기(22)에 붙여진 진공계에 의해서 처리 용기(22)내의 압력을 측정하고, 그 압력이 일정해지도록 배기통로(50)에 장착된 압력조절밸브를 조정함으로써 실행한다.
여기서, 퍼지공정(74)의 시간에 대하여 평가를 했으므로, 그 결과에 대하여설명한다.
도 3a, 도 3b는 처리 용기내에서의 실란(SiH4)의 부분 압력의 분포 상태를 도시하는 도면이고, 도 3a는 샤워 헤드부(24)내에 확산판(27)을 설치하고 있는 경우를 나타내고, 도 3b는 샤워 헤드부(24)내에 확산판을 설치하고 있지 않은 경우를 나타낸다. 도면중, 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 반경 방향으로의 거리를 표시하고 있다. 여기서는, SiH4의 공급 정지 직후, 수초(0 내지 3초)의 퍼지를 실행했을 때의 웨이퍼상의 잔류 SiH4의 부분 압력을 측정하고 있다.
도 3a, 도 3b로부터 분명한 바와 같이, 샤워 헤드부 내에 분산판을 설치한 쪽(도 3a)이 조금 일찍 낮은 부분 압력으로 되어, 도 3a에 나타내는 경우에는 약 1.5초 정도의 퍼지공정을 함으로써 SiH4의 부분 압력을 1×10-1Pa 정도까지 저하시킬 수 있고, 또한, 도 3b에 도시하는 경우는 약 3초 정도의 퍼지공정을 함으로써 SiH4의 부분 압력을 1×10-1Pa 정도까지 저하시킬 수 있는 것이 판명된다.
따라서, 샤워 헤드부의 구조에 관계없이, 적어도 3초 정도의 퍼지공정을 하면, 잔류 실란의 부분 압력을 약 제로로 하여 기상 반응(gas phase reaction)에 의한 영향을 무시할 수 있게된다.
또한, 도 2a로 되돌아가, 여기서의 SiH4가스와 WF6가스의 유량은 비교적 소량으로 하여 그들의 부분 압력비를 작게 한다. 또한, 프로세스 온도도 예컨대 200내지 500℃이고, 바람직하게는 250 내지 450℃로 낮게 설정한다. 또한, 초기 텅스텐막의 1 사이클의 막두께는 1 내지 50Å이고, 바람직하게는 3 내지 20Å이 형성된다.
또한, 주 텅스텐막 형성 공정(80)의 시간은 형성해야 할 막두께에 의존한다. 여기서는 WF6가스의 유량, H2가스의 유량을 모두 많게 하고, 또한 프로세스 압력, 프로세스 온도도 조금 올려 성막 레이트를 크게 설정한다.
이것에 의해서, 웨이퍼(W)의 표면에는 초기 텅스텐막(76)이 비교적 균일하고 또한 양호하게 부착하여 퇴적하게 된다. 이 초기 텅스텐막(76)은 도 14c 중의 핵 부착 층(14)으로서 기능하는 것이고, 따라서 이 위에 주 텅스텐막(78)을 매립성이 양호한 상태로 퇴적시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 2b에 나타내는 가스 공급형태는, 상기 도 2a에 나타내는 가스 공급형태 중에서, 반복되는 환원 가스 공급 공정 중 최초의 환원 가스 공급 공정(70A)에서, 환원 가스의 부분 압력(Torr)과 공급 시간(sec)과의 곱으로 이루어지는 파라미터를, 다른 환원 가스 공급 공정(70)의 상기 파라미터(Torr·sec)보다 커지도록 설정하고 있다. 여기서는 이 SiH4가스의 유량을 바꾸지 않고 최초의 환원 가스 공급 공정(70A)의 기간(T4)을 길게, 예컨대 1 내지 120초로 바람직하게는 30 내지 90초 실행함으로써 파라미터(Torr·sec)값을 크게 하고 있다.
이와 같이, 최초의 SiH4가스의 공급 공정만을 예컨대 오래 실행함으로써, 먼저 도 14b를 참조하여 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 이니시에이션처리가 실행되게 되어, 이 표면에 SiHx인 반응중간체가 부착하게 된다. 따라서, 이 위에 퇴적되는 상기 초기 텅스텐막(76)을 한층 막두께의 균일성 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 도 2c에 도시하는 가스 공급형태에서는 상기 도 2b에 도시하는 공급형태 중에서, 주 텅스텐막 형성 공정(80)의 직전에 패시베이션 텅스텐막(82)(도 5참조)을 형성하는 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)을 실행하고 있다. 이 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)에서는 주 텅스텐막 형성 공정(80)과 같은 가스종, 즉 WF6가스와 H2가스를 이용하고 있고, 단 텅스텐 함유 가스의 유량비를, 주 텅스텐막 형성 공정(80)의 경우보다 작게 설정하고 있다. 이 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)의 기간(T5)은 예컨대 3 내지 90초이고, 바람직하게는 10 내지 60초이다.
또한, 도 2d에 나타내는 가스 공급형태에서는 상기 도 2a에 도시하는 공급형태 중에서, 주 텅스텐막 형성 공정(80) 직전에 연속하도록 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)을 실행하고 있다.
이와 같이, 이 패시베이션 텅스텐막이 이른바 부동태막으로서 기능하고, 이것에 의해서 주 텅스텐막을 형성할 때의 WF6의 F의 확산에 의한 Ti막으로의 damage를 억제하여, 한층 더 매립 특성을 개선하는 것이 가능해진다.
여기서, 도 2c의 가스 공급형태에 있어서의, 각 프로세스 조건에 대하여 설명한다. 최초의 환원 가스 공급 공정(70A)에서의 가스비, SiH4/캐리어가스= 90sccm/8550sccm이며, 프로세스 압력은 80Torr(10640Pa), 프로세스 시간(T4)은 60초이다. 이 때의 프로세스 온도에 관해서, 상한값은 볼케이노의 발생을 피하거나, 스텝 커버리지의 향상을 고려하여 200 내지 500℃이고 바람직하게는 250 내지 450℃ 이다.
또한, 이 때의 SiH4가스의 부분 압력과 공급 시간과의 곱의 파라미터(Torr·sec)에 관해서, 볼케이노의 발생을 피하기 위해서 10 내지 300(Torr·sec), 바람직하게는 30 내지 200(Torr·sec)이다.
초기 텅스텐 형성 공정에서, 제 2 회 이후의 환원 가스 공급 공정(70)에 있어서의 가스비, SiH4/캐리어가스=90sccm/3900sccm, 기간(T1)은 5초이며, 프로세스 압력은 7.5Torr(998Pa), 프로세스 온도는 200 내지 500℃이고, 바람직하게는 250 내지 450℃이다. 이 때의 상기 파라미터에 관해서, 막두께를 포화시킬 필요성으로부터 0.1 내지 10(Torr·sec)이고, 바람직하게는 0.2 내지 5(Torr·sec)이다.
또한, 텅스텐 가스 공급 공정(72)에 있어서의 가스비, WF6/캐리어가스=30sccm/3900sccm, 기간(T2)은 5초이며, 프로세스 압력은 7.5Torr(998Pa), 프로세스 온도는 200 내지 500℃이고, 바람직하게는 250 내지 450℃이다. 이 때의 상기 파라미터(WF6가스의 부분 압력×공급 시간)에 관해서는 볼케이노의 발생을 피하기 위해서 막두께를 포화시킬 필요성으로부터 0.01 내지 0.6(Torr·sec)이고, 바람직하게는 0.04 내지 0.5(Torr·sec)이다.
여기서, 환원 가스 공급 공정(70) 및 텅스텐 가스 공급 공정(72)에 대하여 자세히 설명하면, 도 6은 약 280℃에서의 실란의 파라미터(Torr·sec)와 1 사이클당 형성되는 막두께와의 관계를 나타내는 그래프로, 파라미터가 0.2 이상에서는 막두께는 대략 포화하고 있는 데 대하여, 0.2보다 작으면 막두께는 파라미터의 크기에 의존하는데, 전체적으로 소정의 두께의 초기 텅스텐막(76)을 형성하기 위해서는 1 사이클에서 형성할 수 있는 막두께를 안정화시키는 범위라면, 파라미터를 0.1 내지 10, 바람직하게는 0.2 내지 5로 설정함으로써, 여러가지의 프로세스 조건의 범위에서 막두께를 포화하여 안정화시킬 수 있다.
도 7은 약 280℃에서의 WF6의 파라미터(Torr·sec)와 1 사이클 당 형성되는 막두께와의 관계를 나타내는 그래프로, 파라미터가 0.04 이상에서는 막두께가 대략 포화하고 있는 데 대하여, 0.04보다 작으면 막두께는 파라미터의 크기에 의존하는데, 상기한 바와 같이 1 사이클에서 형성되는 막두께를 안정화시키기 위해서는 파라미터를 0.01 내지 10, 바람직하게는 0.04 내지 5로 설정한다.
또한, 도 8은 가스 공급의 1 사이클당 형성되는 막두께의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다. 여기서는 SiH4와 WF6을 교대로 90회(90 사이클) 공급한 경우의 1 사이클당 막두께를 나타내고 있다. 또한, 가로축에는 실제의 웨이퍼 온도를 나타내고 있다.
이 그래프로부터 분명한 바와 같이, 웨이퍼 온도가 100℃ 이하에서는 W막이 퇴적되지 않고, 200 내지 300℃까지는 W막의 성막속도는 온도의 상승과 함께 완만하게 증대하고, 그 후 300℃ 이상에서는 온도의 상승과 함께 성막속도가 급격히 증대하고 있는 것이 판명된다. 따라서, 웨이퍼 온도(프로세스 온도보다 약간 낮음)는 막두께의 관점에서는 100℃ 이상으로 설정하는 것이 좋은 것을 알 수 있다.
또한, 도 9는 WF6가스의 파라미터(Torr·sec)와 1셀 당 볼케이노의 발생개수와의 관계를 나타낸 그래프이다. 여기서 1셀이란 약 5만개의 콘택트 홀이 포함되는 집합체를 말한다. 이 그래프에 의하면, 파라미터가 0.5 이하에서는 볼케이노의 발생은 제로이지만, 0.5보다 커지면, 발생하는 볼케이노의 수가 대략 비례적으로 증가하는데, 여러가지의 프로세스 조건의 범위에서 WF6가스의 파라미터는 0.01 내지 0.6이고, 바람직하게는 0.04 내지 0.5이다. 이 초기 텅스텐막(76)의 두께는 매립 구멍(2)의 내경에도 영향을 받는데, 예컨대 10 내지 200Å 정도이며, 바람직하게는 20 내지 150Å 정도이다.
다음에, 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)에 있어서는 가스비, WF6/H2/캐리어가스=15sccm/1800sccm/3600sccm이며, 프로세스 압력은 7.5Torr(998Pa), 프로세스 온도는 200 내지 500℃이고, 바람직하게는 250 내지 450℃, 프로세스 시간(T5)은 3 내지 90초이고, 바람직하게는 10 내지 60초이다. 이 때의 WF6가스의 부분 압력은 볼케이노의 발생을 피하기 위해서 0.001 내지 0.5Torr(66.5Pa)이고, 바람직하게는 0.005 내지 0.2Torr(26.6Pa)이다. 따라서, 패시베이션 텅스텐막 형성 공정은 반응 율속(reaction rate controlling)의 범위내에서 WF6의 유량을 낮게 하여 형성하는 것이 효과적이다.
또한, 패시베이션 텅스텐막(82)의 두께는 매립 구멍(2)의 내경에도 영향을받지만, 볼케이노의 발생을 피함과 동시에 어느 정도 이상의 스텝 커버리지를 얻기 위해서, 10 내지 200Å정도, 바람직하게는 20 내지 150Å 정도의 범위내로 설정하는 것이 좋다.
또한, 이 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)에서는 앞의 초기 텅스텐막 형성 공정과 비교하여, 프로세스 압력과 프로세스 온도 중 적어도 어느 한쪽을 실질적으로 동일하게 설정한다. 이것에 의해서, 양 공정간의 이행을 원활하게, 또한 단 시간에 실행할 수 있다.
또한, 주 텅스텐막 형성 공정(80)에 있어서는 볼케이노의 발생을 회피하면서 어느 정도 이상의 스텝 커버리지 및 성막레이트를 얻기 위해서 가스비, WF6/H2/캐리어가스=90sccm/750sccm/3000sccm이며, 프로세스 압력은 40Torr(5320Pa), 프로세스 온도는 300 내지 500℃이고, 바람직하게는 350 내지 450℃이다. 여기서, 프로세스 압력은 볼케이노의 발생을 피하기 위해서, 20 내지 200Torr(2660 내지 26600Pa)의 범위내, 프로세스 온도의 상한값은 볼케이노의 발생을 피하면서 어느 정도 이상의 스텝 커버리지 및 성막레이트를 얻기 위해서 300 내지 500℃이고, 바람직하게는 350 내지 450℃ 정도이다.
또한, WF6가스의 부분 압력에 관해서는 하한값은 스텝 커버리지를 어느 정도 높게 하기 위해서 0.4Torr(53Pa)정도이며, 상한값은 볼케이노의 발생을 피하기 위해서 프로세스 압력이 40Torr 이하인 때에는 2.0Torr(266Pa)정도이다. 또한, WF6/H2의 가스비에 관해서는 스텝 커버리지를 어느 정도 높게 하고, 볼케이노를 피하기 위해서 0.01 내지 1이고, 바람직하게는 0.1 내지 0.5이다.
또한, 이 주 텅스텐막 형성 공정(80)에서는 패시베이션 텅스텐막 형성 공정(84)과 비교하여, 프로세스 압력과 프로세스 온도 중 적어도 어느 한쪽을 실질적으로 높게 설정한다. 이것에 의해서, 주 텅스텐막 형성 공정(80)에 있어서의 성막레이트를 올리도록 한다. 특히, 여기서는 양 공정 사이에 있어서, 프로세스 온도를 350℃에서 400℃까지 상승시키고 있는데, 이 온도 상승 기간에서도 텅스텐막을 형성시켜, 처리속도를 올리는 것이 좋다.
도 2c에 나타내는 것과 같은 본 발명 방법을 이용하여 실제로 매립을 한 결과, 도 10a, 도 10b에 나타내는 것 같은 결과를 얻었다.
도 10a, 10b는 본 발명 방법과 종래 방법에 의해서 매립된 매립 구멍의 단면을 나타내는 사진으로, 도 10a에 나타내는 종래 방법의 경우에는 매립 구멍 속에 공극이 발생하여 바람직하지 못한 결과이지만, 도 10b에 나타내는 본 발명의 방법의 경우에는 매립 구멍 속에 공극이 발생하고 있지 않아, 양호한 매립 특성을 얻을 수 있었다. 또한, 이 때의 매립 구멍의 내경은 0.13㎛였다. 따라서, 미세 구멍이 0.13㎛ 이상인 경우에는 특히 효과가 있다. 또한, 0.13㎛ 이하의 미세 구멍에도 유효했다.
또한, 막두께를 100Å과 300Å으로 바꿔 성막했을 때의 텅스텐막 표면을 전자현미경으로 관찰하여 표면 거칠기를 측정한 결과, 종래의 CVD법으로 성막한 경우에는 표면 거칠기는 막두께가 100Å에서 300Å으로 증가함에 따라서 증대하고 있었다. 이것에 대하여, 본 발명 방법의 경우에는 표면 거칠기는 막두께에 관계없이대략 안정하여 매끄러운 표면을 유지하고 있는 것이 판명되었다.
이 때, 함께 저항치도 측정했으므로, 그 평가 결과에 대하여 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 텅스텐막의 저항치의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다. 도면 중 참조부호(a)는 종래의 CVD법(프로세스 온도≒400℃)에 의한 텅스텐막을 나타내고, 참조부호(b)는 프로세스 온도 280℃인 본 발명 방법에 의한 텅스텐막을 나타내고, 참조부호(c)는 프로세스 온도 380℃인 본 발명 방법에 의한 텅스텐막을 나타낸다.
이 그래프로부터 분명한 바와 같이, 본 발명 방법에 의한 막(b, c)은 종래의 CVD법으로 형성된 막(a)과 비교해서 약 2 내지 4배 높은 저항치를 갖는 것을 알 수 있다. 이것은 본 발명 방법에 의해서 형성된 막(b, c)의 미세결정의 크기가 종래 방법의 경우보다 2 내지 4배 작기 때문이라고 생각된다. 또한, 본 발명 방법에 의해서 형성된 막(b, c)이라도, 보다 높은 온도로 형성된 막일수록 높은 저항치를 갖는 것을 알 수 있다. 이것은 고온에서 형성된 막일수록 고농도의 Si를 함유하기 때문이라고 생각된다.
그리고, 마지막으로 웨이퍼 표면에서 확산한 F(불소)농도의 평가를 했으므로, 그 평가 결과에 대하여 설명한다.
도 12는 웨이퍼 표면의 F농도(확산량) 프로파일을 나타내는 그래프이다. 여기서는 W막(텅스텐막)보다 아래쪽을 향해서, TiN막, Ti막, SiO2막이 순차적으로 형성되어 있는 웨이퍼를 사용하고 있다.
이 그래프로부터 분명한 바와 같이, 본 발명 방법의 Ti 막 중의 F농도는 1×1017atms/cc이며, 종래의 CVD법에 의한 Ti 막 중의 F농도는 3×1017atms/cc로, 본 발명의 Ti 막 중의 F의 확산량이 약 1/3정도로 억제되어 있고, 이것에 의해서 높은 배리어성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예에서는 환원 가스로서 수소와 실란을 이용했지만, 이것 대신에 디실란(disilane)(Si2H6), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 디보란(diborane)(B2H6), 포스핀(phosphine)(PH3) 등을 이용하고, 이들을 적절히 조합해도 좋다. 이 경우, 주 텅스텐막 형성 공정(80)보다 초기 텅스텐막 형성 공정에서 보다 환원력이 큰 가스를 이용하는 것이 좋다.
또한, 상기 초기 텅스텐막 형성 공정, 패시베이션 텅스텐막 형성 공정 및 주 텅스텐막 형성 공정에서 동일한 환원 가스를 이용해도 좋다.
또한, 여기서는 초기 텅스텐막 형성 공정에 SiH4를 이용했지만, 이것 대신에 플라즈마를 이용하거나 자외선을 이용하여 발생시킨 H2래디컬(활성종)을 이용해도 좋다.
또한, 텅스텐 함유 가스로서는 WF6가스에 한정되지 않고, 유기계의 텅스텐 소스 가스를 이용해도 좋다.
또한, 본 실시예에서는 피 처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, LCD 기판, 유리 기판 등에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 텅스텐막의 형성 방법에 의하면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 의하면, 막두께 균일성이 높은 핵부착층으로서의 초기 텅스텐막을 형성할 수 있고, 따라서 이 다음에 주된 텅스텐막을 퇴적시켰을 때에, 예컨대 매립 구멍의 직경이 작더라도, 특성에 악영향을 주는 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실질적으로 종래 방법의 이니시에이션 처리와 같은 기능을 갖게 하여 피 처리체의 표면에 반응중간체를 부착시켜 표면을 활성화시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 반도체 장치의 미세화가 진행한 후에 예컨대 매립 구멍의 직경이 O.1㎛ 이하로 작더라도, 특성에 악영향을 줄 정도의 크기의 공극의 발생과 볼케이노의 발생을 억제할 수 있어, 매립 특성을 개선할 수 있다.
본 발명에 의하면, 패시베이션 텅스텐막이 이른바 부동화 막으로서 기능하여, 한층 더 매립 특성을 개선할 수 있다.

Claims (11)

  1. 진공 배기 가능하게 이루어진 처리 용기내에서 피 처리체의 표면에 텅스텐막을 형성함에 있어서,
    환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 함유 가스를 공급하는 텅스텐 가스 공급 공정을 상기 양 공정의 사이에 불활성 가스를 공급하면서 진공 배기하는 퍼지공정을 개재시키고, 교대로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  2. 진공 배기 가능하게 이루어진 처리 용기내에서 피 처리체의 표면에 텅스텐막을 형성함에 있어서,
    환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 함유 가스를 공급하는 텅스텐 가스 공급 공정을, 상기 양 공정의 사이에 불활성 가스를 공급하면서 진공 배기하는 퍼지공정을 개재시키고, 상기 환원 가스 공급 공정과 상기 텅스텐 가스 공급 공정과 상기 퍼지공정을 통해서 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의 전압력이 일정하게 되도록 제어하고, 상기 환원 가스 공급 공정과 상기 텅스텐 가스 공급 공정을 교대로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반복되는 환원 가스 공급 공정 중 최초의 환원 가스 공급 공정에서, 환원 가스의 부분 압력과 공급 시간과의 곱에 의해서 이루어지는 파라미터를, 다른 환원 가스 공급 공정의 파라미터보다 커지도록 설정한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반복되는 환원 가스 공급 공정 중 최초의 환원 가스 공급 공정에서, 환원 가스의 공급 시간을 다른 환원 가스 공급 공정의 공급 시간보다 길어지도록 설정하고, 모든 환원 가스 공급 공정과 텅스텐 가스 공급 공정과 퍼지공정을 통해서 환원 가스와 텅스텐 함유 가스와 불활성 가스의 전압력이 일정해지도록 제어하고, 상기 환원 가스 공급 공정과 상기 텅스텐 가스 공급 공정을 서로 반복하여 실행하도록 하여 초기 텅스텐막을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초기 텅스텐막을 형성한 후에, 상기 텅스텐 함유 가스와 상기 환원 가스를 동시에 공급함으로써 주 텅스텐막을 형성하는 주 텅스텐막 형성 공정을 실행하도록 한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 초기 텅스텐막을 형성하는 공정과 상기 주 텅스텐막을 형성하는 공정의 사이에, 상기 텅스텐 함유 가스의 유량비가 상기 주 텅스텐막 형성 공정의 경우보다 작은 상태로, 상기 텅스텐 함유 가스와 상기 환원 가스를 동시에 공급함으로써 패시베이션 텅스텐막을 형성하는 패시베이션 텅스텐막 형성 공정을 실행하도록 한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 초기 텅스텐막의 형성공정과 상기 패시베이션 텅스텐막 형성 공정은 프로세스 압력과 프로세스 온도 중 적어도 어느 한쪽이 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 주 텅스텐막 형성 공정에서는 상기 패시베이션 텅스텐막 형성 공정과 비교하여 프로세스 압력과 프로세스 온도 중 적어도 어느 한쪽이 실질적으로 높게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텅스텐 함유 가스는 WF6가스와 유기 텅스텐 소스 가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 가스는 H2가스, 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 디클로로 실란(SiH2Cl2), 디보란(B2H6), 포스핀(PH3) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
  11. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텅스텐 함유 가스는 WF6가스이며, 상기 환원 가스는 초기 텅스텐막의 형성공정에서는 SiH4가스이며, 상기 패시베이션 텅스텐막의 형성공정과 상기 주 텅스텐막 형성공정에서는 H2가스인 것을 특징으로 하는
    텅스텐막의 형성 방법.
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