TW202025259A - 成膜方法、成膜系統及成膜裝置 - Google Patents

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TW202025259A
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gas supply
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山口克昌
前川浩治
鮫島崇
中島滋
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

一種成膜方法，係具有：將形成有絕緣膜之基板配置於處理容器內， 而在減壓氛圍下，將含Ti氣體、含Al氣體與反應氣體反覆供給至處理容器內，以形成基底膜的工序；以及在形成有基底膜之基板形成金屬材料之金屬層的工序。

Description

成膜方法、成膜系統及成膜裝置
本揭露係關於一種成膜方法、成膜系統及成膜裝置。
專利文獻1便提議有一種技術，係藉由化學蒸鍍(CVD)法在基板成膜出鎢膜來作為金屬層。專利文獻1中，從與基板之矽層的密合性及反應抑制的觀點看來，係使用在矽層上形成TiN膜來作為阻隔層，並在TiN膜上成膜出鎢膜之方法。又，專利文獻1中，係在鎢膜之主成膜前，以能使鎢均勻成膜之方式來進行核生成(Nucleation)工序。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2013-213274號公報
本揭露係提供一種即便在薄膜化情況下仍可達成金屬層之低阻抗化的技術。
本揭露一態樣的成膜方法係具有：將形成有絕緣膜之基板配置於處理容器內，而在減壓氛圍下，將含Ti氣體、含Al氣體與反應氣體反覆供給至該處理容器內，以形成基底膜的工序；以及在形成有基底膜之基板形成金屬材料之金屬層的工序。
根據本揭露，即便在薄膜化情況下仍可達成金屬層之低阻抗化。
1‧‧‧處理容器
5‧‧‧氣體供給機構
6‧‧‧控制部
100‧‧‧成膜系統
101~104‧‧‧成膜裝置
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示第1實施形態相關之成膜系統整體之概略構成一範例的圖式。
圖2係顯示第1實施形態相關之成膜裝置的概略構成一範例之剖面圖。
圖3係顯示第1實施形態相關之成膜裝置的概略構成一範例之剖面圖。
圖4係顯示第1實施形態相關之成膜裝置的概略構成一範例之剖面圖。
圖5係顯示第實施形態相關之成膜方法的各工序流程一範例之流程圖。
圖6係概略顯示第1實施形態相關之成膜方法的各工序中晶圓之狀態的剖面圖。
圖7係顯示在成膜出第1實施形態相關之基底膜時的氣體供給機制一範例之圖式。
圖8係顯示在成膜出作為第1實施形態相關之金屬膜的初期鎢膜時的氣體供給機制一範例之圖式。
圖9係顯示在成膜出作為第1實施形態相關之金屬膜的主鎢膜時的氣體供給機制一範例之圖式。
圖10係顯示第1實施形態相關之晶圓的層構成一範例之圖式。
圖11係顯示比較例相關之晶圓的層構成一範例之圖式。
圖12係顯示鎢膜的阻抗率相對於厚度之改變一範例之圖式。
圖13A係顯示形成有凹部之晶圓W一範例之圖式。
圖13B係顯示形成有凹部之晶圓W一範例之圖式。
圖14係顯示基底膜的F相對於Al含有率之濃度一範例之圖式。
圖15係顯示鎢膜的阻抗率相對於厚度之改變一範例之圖式。
圖16係顯示在將TiN膜做X射線分析時產生峰值強度的繞射角度一範例之圖式。
圖17A係顯示將AlTiN膜做X射線分析後的繞射曲線一範例之圖式。
圖17B係顯示將AlTiN膜做X射線分析後的繞射曲線一範例之圖式。
圖17C係顯示將AlTiN膜做X射線分析後的繞射曲線一範例之圖式。
圖17D係顯示將AlTiN膜做X射線分析後的繞射曲線一範例之圖式。
圖18係顯示在成膜出第2實施形態相關之基底膜時的氣體供給機制一範例之圖式。
圖19係顯示第3實施形態相關之成膜裝置的概略構成一範例之剖面圖。
圖20係顯示在成膜出第3實施形態相關之基底膜時的氣體供給機制一範例之圖式。
圖21係顯示第3實施形態相關之晶圓的層構成一範例之圖式。
圖22係顯示另一實施形態相關的成膜裝置之概略構成一範例的剖面圖。
以下，便參照圖式，就本發明揭露之成膜方法、成膜系統以及成膜裝置之實施形態來詳細說明。另外，並不會因本實施形態而限制住所揭露之成膜方法、成膜系統以及成膜裝置。
另外，在製造LSI時，金屬層會被廣泛地用於與MOSFET閘極電極以及源極、汲極的接觸部、記憶體之字元線等。在此，在藉由專利文獻1之技術，而在基板上成膜出鎢膜來作為金屬層的情況，藉由核生成工序所生成之初期鎢膜(以下亦稱為「Nucleation膜」)便會成為高阻抗。因此，便會在將鎢膜整體薄膜化的情況下，因為Nucleation膜部分的影響，而使鎢膜成為高阻抗。
LSI係將配線微細化，且會要求要將配線低阻抗化。於是，便會期待即便在薄膜化的情況下，仍可達成金屬層之低阻抗化。例如，在3D NAND快閃記憶體等的三維層積半導體記憶體中，雖會將鎢膜作為字元線來加以成膜，但為了微細化，便會要求要讓鎢膜更進一步地低阻抗化。
(第1實施形態)
[系統構成]
本實施形態中，係以複數成膜裝置之成膜系統來實施成膜之情況為範例來加以說明。首先，就本實施形態相關之成膜系統來加以說明。圖1係顯示第1實施形態相關之成膜系統整體之概略構成一範例的圖式。成膜系統100會在基板進行基底膜的成膜，接著，便在基底膜上成膜出金屬膜。另外，以下，便以成膜出鎢膜來作為金屬層的情況為範例來加以說明，但不限於此。成膜系統100亦可成膜出含有Cu(銅)、Co(鈷)、Ru(釕)、Mo(鉬)中之任一種的金屬層。
如圖1所示，成膜系統100係具有4個成膜裝置101~104。實施形態相關之成膜系統100中，係以在成膜裝置101實施基底膜之成膜，在成膜裝置102實施初期鎢膜之成膜，在成膜裝置103~104分散實施鎢膜之成膜的情況為範例來加以說明。另外，雖以本實施形態相關之成膜系統100係分別在各自1台的成膜裝置實施基底膜之成膜及初期鎢膜之成膜，在2台成膜裝置分散實施主鎢膜之成膜之情況為範例來加以說明，但並不限於此。例如，成膜裝置100可在2台成膜裝置分散實施基底膜之成膜，在2台成膜裝置分散實施鎢膜之成膜。在此情況下，便期望在基底膜之成膜裝置或主鎢膜之成膜裝置的任一者具備初期鎢膜之成膜或具有與初期成膜相同功能的核形成膜之成膜功能。
成膜裝置101~104係連接有搬送裝置，而藉由搬送裝置來搬送成膜對象之被處理基板。例如，成膜裝置101~104如圖1所示，係分別透過閘閥G來連接於平面形狀為七角形的真空搬送室301之4個壁部。在真空搬送室301內會藉由真空泵來排氣而保持在既定真空度。亦即，成膜系統100係多腔室類型之真空處理系統，而可維持住真空來連續進行基底膜、鎢膜之成膜。亦即，在成膜裝置101~104的處理容器內所進行之所有工序係不讓矽晶圓W(以下稱為「晶圓W」)暴露於大氣來被加以進行。
在真空搬送室301的另外3個壁部係透過閘閥G1來連接有3個裝載互鎖室302。在真空搬送室301相反側夾置著裝載互鎖室302而設置有大氣搬送室303。3個裝載互鎖室302會透過閘閥G2來連接於大氣搬送室303。裝載互鎖室302會在大氣搬送室303與真空搬送室301之間搬送晶圓W時，於大氣壓與真空之間控制壓力。
在大氣搬送室303之安裝有裝載互鎖室302的壁部之相反側的壁部係設置有安裝會收納晶圓W之載具(FOUP)C之3個載具拾取埠305。又，大氣搬送室303側壁係設置有會進行晶圓W之對位的對位腔室304。大氣搬送室303內會形成有清淨空氣的下降流。
真空搬送室301內係設置有搬送機構306。搬送機構306會相對於成膜裝置101~104、裝載互鎖室302來搬送晶圓W。搬送機構306係具有可獨立移動的2個搬送臂307a、307b。
大氣搬送室303內係設置有搬送機構308。搬送機構308會相對於載具C、裝載互鎖室302、對位腔室304來搬送晶圓W。
成膜系統100係具有整體控制部310。整體控制部310係例如被構成為電腦，而具有CPU等的主控制部、輸入裝置(鍵盤、滑鼠等)、輸出裝置(印表機等)、顯示裝置(顯示器等)、記憶裝置(記憶媒體)。主控制部會控制成膜裝置101~104之各構成部、真空搬送室301之排氣機構、氣體供給機構及搬送機構306、裝載互鎖室302之排氣機構及氣體供給機構、大氣搬送室303之搬送機構308、閘閥G,G1,G2的驅動系統等。整體控制部310之主控制部會基於被記憶於例如記憶裝置所內建之記憶媒體或記憶裝置所設置的記憶媒體之處理配方，來讓成膜系統100實行既定動作。另外，整體控制部310亦可為如下述成膜裝置101所具有的控制部6般之各單元的控制部之上位控制部。
接著，便就上述般所構成的成膜系統100之動作來加以說明。以下之成膜系統100的處理動作係基於整體控制部310中之記憶媒體所記憶的處理配方來加以實行。
首先，會藉由搬送機構308來從大氣搬送室303所連接的載具C取出晶圓W。然後，將取出之晶圓W，經過對位腔室304後，便會開啟任一個裝載互鎖室302之閘閥G2來搬入至裝載互鎖室302內。然後，在關閉閘閥G2後，將裝載互鎖室302內真空排氣。
裝載互鎖室302會在達既定真空度之時間點開啟閘閥G1，而藉由搬送機構306之搬送臂307a、307b的任一者來從裝載互鎖室302取出晶圓W。
然後，開啟成膜裝置101之閘閥G，來將搬送機構306之任一者搬送臂307a、307b所保持的晶圓W搬入至成膜裝置101。然後，便讓空的搬送臂回到真空搬送室301，並關閉閘閥G，而藉由成膜裝置101來進行基底膜之成膜處理。
在基底膜之成膜處理結束後，便開啟成膜裝置101之閘閥G，而藉由搬送機構306之搬送臂307a、307b的任一者，來搬出晶圓W。然後，藉由成膜裝置102來對晶圓W進行初期鎢膜之成膜處理。
在結束初期鎢膜之成膜處理後，便開啟成膜裝置102之閘閥G，而藉由搬送機構306之搬送臂307a、307b的任一者，來搬出晶圓W。然後，藉由成膜裝置103或104的任一者來對晶圓W進行主鎢膜之成膜處理。以下，便以藉由成膜裝置103來對晶圓W進行主鎢膜之成膜處理的情況為範例來加以說明。
例如，開啟成膜裝置103之閘閥G，而將搬送臂307a、307b之任一者所保持的晶圓W搬入至成膜裝置103，再讓空的搬送臂回到真空搬送室301並關閉閘閥G。然後，藉由成膜裝置103來在形成於晶圓W上的初期鎢膜上進行主鎢膜之成膜處理。在如此般成膜出主鎢膜後，便開啟成膜裝置103之閘閥G，而，藉由搬送機構306之搬送臂307a、307b的任一者來搬出晶圓W。然後，開啟任一者之裝載互鎖室302之閘閥G1，而將搬送臂上之晶圓W搬入至裝載互鎖室302內。然後，讓搬入有晶圓W之裝載互鎖室302回到大氣，而開啟閘閥G2，並以搬送機構308來讓裝載互鎖室302內之晶圓W回到載具C。
就複數晶圓W同時併行上述處理，而完成既定片數之晶圓W的鎢膜之成膜處理。
藉此，成膜系統100便可以高產率來實現基底膜之成膜及鎢膜之成膜。另外，本實施例之成膜系統100雖顯示搭載有4個成膜裝置之真空處理系統，但成膜裝置之數量並不限於此。若是為可搭載有複數成膜裝置之真空處理系統的話，成膜裝置之個數可為2或3個或4個以上。例如，搭載有8個以上的成膜裝置之真空處理系統。又，本實施例的成膜系統100雖以真空搬送室301為七角形 的情況為範例來加以說明，但並不限於此。真空搬送室301只要可連接有複數成膜裝置的話，便可為例如五角形、六角形等的多角形。又，成膜系統100可複數連接有多角形之真空搬送室。
[成膜裝置之構成]
第1實施形態相關之成膜裝置101與成膜裝置102~104除了供給氣體之氣體供給機構的構成以外，都為略相同之構成。以下，便以成膜裝置101之構成為主來加以說明，而關於成膜裝置102~104之構成則以不同部分為主來加以說明。
就第1實施形態相關之成膜裝置101的構成來加以說明。圖2係顯示第1實施形態相關之成膜裝置101的概略構成一範例之剖面圖。成膜裝置101係具有處理容器1、載置台2、噴淋頭3、排氣部4、氣體供給機構5以及控制部6。
處理容器1係由鋁等金屬所構成，而具有略圓筒狀。處理容器1會收納為被處理基板的晶圓W。處理容器1側壁係形成有用以搬入或搬出晶圓W的搬出入口11，搬出入口11會藉由閘閥12來加以開閉。處理容器1本體上係設置有剖面為矩形狀的圓環狀排氣導管13。排氣導管13會沿著內周面來形成有狹縫13a。排氣導管13外壁係形成有排氣口13b。排氣導管13上面係以阻塞處理容器1之上部開口的方式來設置有頂壁14。排氣導管13與頂壁14之間會以密封環15來被氣密地密封。
載置台2會在處理容器1內水平支撐晶圓W。載置台2會形成為對應於晶圓W之大小的圓板狀，而被支撐構件23所支撐。載置台2係由氮化鋁(AlN)等的陶瓷材料或是鋁或鎳合金等的金屬材料所形成，且在內部埋設有用以加熱晶圓W之加熱器21。加熱器21會從加熱電源(未圖示)來供電而發熱。然後，藉由設置於載置台2上面附近的熱電偶(未圖示)之溫度訊號而控制加熱器21之輸出， 來將晶圓W控制在既定溫度。載置台2係以覆蓋上面之外周區域及側面的方式來設置有由氧化鋁等的陶瓷所形成的覆蓋構件22。
載置台2底面係設置有支撐載置台2之支撐構件23。支撐構件23會從載置台2底面中央來貫穿形成於處理容器1底壁之孔部而延伸至處理容器1下方，支撐構件23下端會連接於升降機構24。載置台2會藉由升降機構24，而透過支撐構件23來在圖2所示之處理位置與在其下方以兩點鏈線所示之可搬送晶圓W的搬送位置之間來進行升降。支撐構件23之處理容器1下方係安裝有凸緣部25，在處理容器1底面與凸緣部25之間係設置有會將處理容器1內之氛圍與外部氣壓作區隔，且伴隨著載置台2之升降動作來進行伸縮的波紋管26。
處理容器1底面附近係以從升降板27a突出至上方的方式來設置有3根(僅圖示出2根)晶圓支撐銷27。晶圓支撐銷27會藉由設置於處理容器1下方的升降機構28並透過升降板27a來進行升降。晶圓支撐銷27會插通位於搬送位置之載置台2所設置的貫穿孔2a，而可相對於載置台2上面來出沒。藉由使晶圓支撐銷27進行升降，便可在搬送機構(未圖示)與載置台2之間進行晶圓W之收授。
噴淋頭3會將處理氣體噴淋狀地供給至處理容器1內。噴淋頭3為金屬製，並具有幾乎與載置台2相同的直徑。噴淋頭3係配置為會對向於載置台2。噴淋頭3係具有：本體部31，係被固定於處理容器1之頂壁14；以及噴淋板32，係連接於本體部31之下。本體部31與噴淋板32之間係形成有氣體擴散空間33，氣體擴散空間33係以會貫穿處理容器1之頂壁14及本體部31中央之方式來設置有氣體導入孔36、37。噴淋板32周緣部係形成有突出至下方之環狀突起部34。環狀突起部34內側的平坦面係形成有氣體噴出孔35。在載置台2存在於處理位置 的狀態下，便會在載置台2與噴淋板32之間形成有處理空間38，而使覆蓋構件22上面與環狀突起部34接近而形成有環狀間隙39。
排氣部4會將處理容器1內部排氣。排氣部4係具有：排氣配管41，係連接於排氣口13b；以及排氣機構42，係具有連接於排氣配管41之真空泵及壓力控制閥等。在處理時，處理容器1內之氣體會透過狹縫13a而到達排氣導管13，並從排氣導管13通過排氣配管41而藉由排氣機構42來加以排氣。
氣體供給機構5會連接於氣體導入孔36、37，而可供給成膜所使用的各種氣體。例如，氣體供給機構5係具有含Al氣體供給源51a、N2氣體供給源52a、N2氣體供給源53a、N2氣體供給源54a、NH3氣體供給源55a、含Ti氣體供給源56a以及N2氣體供給源57a來作為成膜出基底膜之氣體供給源。另外，圖2所示之氣體供給機構5中雖會將各氣體供給源分別顯示，但亦可將可共通化之氣體供給源共通化。
含Al氣體供給源51a會透過氣體供給管線51b來將含Al氣體供給至處理容器1內。含Al氣體係舉例有例如AlCl3氣體、TMA(三甲基鋁，C6H18Al2)氣體。例如，含Al氣體供給源51a會供給TMA氣體來作為含Al氣體。氣體供給管線51b係從上游側介設有流量控制器51c、儲存槽51d以及閥51e。氣體供給管線51b之閥51e的下游側係連接有氣體導入孔36。從含Al氣體供給源51a所供給之含Al氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽51d，而在儲存槽51d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。含Al氣體從儲存槽51d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥51e來加以進行。如此般藉由將含Al氣體暫時朝儲存槽51d儲存，便可以較大流量來穩定地將含Al氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源52a會透過氣體供給管線52b來將為沖淨氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線52b係從上游側介設有流量控制器52c、儲存槽52d以及閥52e。氣體供給管線52b之閥52e的下游側係連接於氣體供給管線51b。從N2氣體供給源52a所供給之N2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽52d，而在儲存槽52d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。N2氣體從儲存槽52d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥52e來加以進行。如此般藉由將N2氣體暫時朝儲存槽52d儲存，便可以較大流量來穩定地將N2氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源53a會透過氣體供給管線53b來將為載體氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線53b係從上游側介設有流量控制器53c、閥53e以及流口53f。氣體供給管線53b之流口53f下游側會連接於氣體供給管線51b。從N2氣體供給源53a所供給之N2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處理容器1內。N2氣體從N2氣體供給源53a朝處理容器1之供給及停止會藉由閥53e來加以進行。雖會藉由儲存槽51d、52d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供給管線51b、52b，但可藉由流口53f來抑制被供給至氣體供給管線51b之氣體會逆流至氣體供給管線53b。
N2氣體供給源54a會透過氣體供給管線54b來將為沖淨氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線54b係從上游側介設有流量控制器54c、儲存槽54d以及閥54e。氣體供給管線54b之閥54e的下游側係連接於氣體供給管線55b。從N2氣體供給源54a所供給之N2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽54d，而在儲存槽54d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。N2氣體從儲存槽54d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥54e來加以進行。如 此般藉由將N2氣體暫時朝儲存槽54d儲存，便可以較大流量來穩定地將N2氣體供給至處理容器1內。
NH3氣體供給源55a會透過氣體供給管線55b來將反應氣體供給至處理容器1內。反應氣體可舉例有例如含N氣體、稀有氣體、非活性氣體。可作為反應氣體來使用的含N氣體係舉例有氨氣(NH3氣體)、聯氨(N2H4)氣體。例如，NH3氣體供給源55a會將作為反應氣體的NH3氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線55b係從上游側介設有流量控制器55c、儲存槽55d以及閥55e。氣體供給管線55b之閥55e的下游側係連接於氣體導入孔37。從NH3氣體供給源55a所供給之NH3氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽55d，而在儲存槽55d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。NH3氣體從儲存槽55d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥55e來加以進行。如此般藉由將NH3氣體暫時朝儲存槽55d儲存，便可以較大流量來穩定地將NH3氣體供給至處理容器1內。
含Ti氣體供給源56a會透過氣體供給管線56b來將含Ti氣體供給至處理容器1內。含Ti氣體係可舉例有如TiCl4、TDMAT(四(二甲胺基)鈦：Ti[N(CH3)2]4)氣體、TMEAT(四(乙基甲基胺基)鈦：C12H32N4Ti)氣體。例如，含Ti氣體供給源56a會供給TiCl4氣體來作為含Ti氣體。氣體供給管線56b係從上游側介設有流量控制器56c、儲存槽56d以及閥56e。氣體供給管線56b之閥56e的下游側係連接於氣體供給管線55b。從含Ti氣體供給源56a所供給之含Ti氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽56d，而在儲存槽56d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。含Ti氣體從儲存槽56d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥56e來加以進行。如此般藉由將含Ti氣體暫時朝儲存槽56d儲存，便可以較大流量來穩定地將含Ti氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源57a會透過氣體供給管線57b來將為載體氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線57b係從上游側介設有流量控制器57c、閥57e以及流口57f。氣體供給管線57b之流口57f下游側會連接於氣體供給管線55b。從N2氣體供給源57a所供給之N2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處理容器1內。N2氣體從N2氣體供給源57a朝處理容器1之供給及停止會藉由閥57e來加以進行。雖會藉由儲存槽55d、56d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供給管線55b、56b，但可藉由流口57f來抑制被供給至氣體供給管線55b之氣體會逆流至氣體供給管線57b。
如上述般所構成之成膜裝置101會藉由控制部6來總括地控制其動作。控制部6係例如電腦，而具備CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、輔助記憶裝置等。CPU會基於ROM或輔助記憶裝置所儲存的程式來動作，而控制裝置整體之動作。控制部6可被設置於成膜裝置101之內部，亦可被設置於外部。在將控制部6設置於外部的情況，控制部6可藉由有線或無線等的通訊機構，來控制成膜裝置101。
接著，便就第1實施形態相關之成膜裝置102的構成來加以說明。圖3係顯示第1實施形態相關之成膜裝置102的概略構成一範例的剖面圖。成膜裝置102除了所使用的氣體及供給氣體之氣體供給機構5以外，會構成為與圖2所示之成膜裝置101相同。關於成膜裝置102與成膜裝置101相同部分會附加相同符號並省略說明，而主要就不同點來加以說明。
氣體供給機構5會連接於氣體導入孔36、37，而可供給成膜所使用的各種氣體。例如，氣體供給機構5係具有WF6氣體供給源61a、N2氣體供給源62a、N2氣體供給源63a、B2H6氣體供給源65a、N2氣體供給源66a以及N2氣體供 給源67a來作為成膜出初期鎢膜之氣體供給源。另外，圖3所示之氣體供給機構5中雖會將各氣體供給源分別顯示，但亦可將可共通化之氣體供給源共通化。
WF6氣體供給源61a會透過氣體供給管線61b來將WF6氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線61b係從上游側介設有流量控制器61c、儲存槽61d以及閥61e。氣體供給管線61b之閥61e的下游側係連接有氣體導入孔36。從WF6氣體供給源61a所供給之WF6氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽61d，而在儲存槽61d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。WF6氣體從儲存槽61d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥61e來加以進行。如此般藉由將WF6氣體暫時朝儲存槽61d儲存，便可以較大流量來穩定地將WF6氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源62a會透過氣體供給管線62b來將為沖淨氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線62b係從上游側介設有流量控制器62c、儲存槽62d以及閥62e。氣體供給管線62b之閥62e的下游側係連接於氣體供給管線61b。從N2氣體供給源62a所供給之N2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽62d，而在儲存槽62d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。N2氣體從儲存槽62d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥62e來加以進行。如此般藉由將N2氣體暫時朝儲存槽62d儲存，便可以較大流量來穩定地將N2氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源63a會透過氣體供給管線63b來將為載體氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線63b係從上游側介設有流量控制器63c、閥63e以及流口63f。氣體供給管線63b之流口63f下游側會連接於氣體供給管線61b。從N2氣體供給源63a所供給之N2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處 理容器1內。N2氣體從N2氣體供給源63a朝處理容器1之供給及停止會藉由閥63e來加以進行。雖會藉由儲存槽61d、62d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供給管線61b、62b，但可藉由流口63f來抑制被供給至氣體供給管線61b之氣體會逆流至氣體供給管線63b。
B2H6氣體供給源65a會透過氣體供給管線65b來將為還原氣體之B2H6氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線65b係從上游側介設有流量控制器65c、儲存槽65d以及閥65e。氣體供給管線65b之閥65e的下游側係連接於氣體供給管線64b。氣體供給管線64b下游側係連接於氣體導入孔37。從B2H6氣體供給源65a所供給之B2H6氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽65d，而在儲存槽65d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。B2H6氣體從儲存槽65d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥65e來加以進行。如此般藉由將B2H6氣體暫時朝儲存槽65d儲存，便可以較大流量來穩定地將B2H6氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源66a會透過氣體供給管線66b來將為沖淨氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線66b係從上游側介設有流量控制器66c、儲存槽66d以及閥66e。氣體供給管線66b之閥66e的下游側係連接於氣體供給管線64b。從N2氣體供給源66a所供給之N2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽66d，而在儲存槽66d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。N2氣體從儲存槽66d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥66e來加以進行。如此般藉由將N2氣體暫時朝儲存槽66d儲存，便可以較大流量來穩定地將N2氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源67a會透過氣體供給管線67b來將為載體氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線67b係從上游側介設有流量控制器67c、閥67e以及流口67f。氣體供給管線67b之流口67f下游側會連接於氣體供給管線64b。從N2氣體供給源67a所供給之N2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處理容器1內。N2氣體從N2氣體供給源67a朝處理容器1之供給及停止會藉由閥67e來加以進行。雖會藉由儲存槽65d、66d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供給管線65b、66b，但可藉由流口67f來抑制被供給至氣體供給管線65b、66b之氣體會逆流至氣體供給管線67b。
接著，便就第1實施形態相關之成膜裝置103、104的構成來加以說明。由於第1實施形態相關之成膜裝置103、104係略相同之構成，便以成膜裝置103的構成為代表來加以說明。圖4係顯示第1實施形態相關之成膜裝置103的概略構成一範例的剖面圖。成膜裝置103除了所使用的氣體及供給氣體之氣體供給機構5以外，會構成為與圖2、圖3所示之成膜裝置101、102相同。關於成膜裝置103與成膜裝置101、102相同部分會附加相同符號並省略說明，而主要就不同點來加以說明。
氣體供給機構5會連接於氣體導入孔36、37，而可供給成膜所使用的各種氣體。例如，氣體供給機構5係具有WF6氣體供給源61a、N2氣體供給源62a、N2氣體供給源63a、H2氣體供給源64a、N2氣體供給源66a、N2氣體供給源67a以及H2氣體供給源68a來作為成膜出鎢膜之氣體供給源。另外，圖4所示之氣體供給機構5中雖會將各氣體供給源分別顯示，但亦可將可共通化之氣體供給源共通化。
WF6氣體供給源61a會透過氣體供給管線61b來將WF6氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線61b係從上游側介設有流量控制器61c、儲存槽61d以及閥61e。氣體供給管線61b之閥61e的下游側係連接有氣體導入孔36。從WF6氣體供給源61a所供給之WF6氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽61d，而在儲存槽61d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。WF6氣體從儲存槽61d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥61e來加以進行。如此般藉由將WF6氣體暫時朝儲存槽61d儲存，便可以較大流量來穩定地將WF6氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源62a會透過氣體供給管線62b來將為沖淨氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線62b係從上游側介設有流量控制器62c、儲存槽62d以及閥62e。氣體供給管線62b之閥62e的下游側係連接於氣體供給管線61b。從N2氣體供給源62a所供給之N2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽62d，而在儲存槽62d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。N2氣體從儲存槽62d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥62e來加以進行。如此般藉由將N2氣體暫時朝儲存槽62d儲存，便可以較大流量來穩定地將N2氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源63a會透過氣體供給管線63b來將為載體氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線63b係從上游側介設有流量控制器63c、閥63e以及流口63f。氣體供給管線63b之流口63f下游側會連接於氣體供給管線61b。從N2氣體供給源63a所供給之N2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處理容器1內。N2氣體從N2氣體供給源63a朝處理容器1之供給及停止會藉由閥63e來加以進行。雖會藉由儲存槽61d、62d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供 給管線61b、62b，但可藉由流口63f來抑制被供給至氣體供給管線61b、62b之氣體會逆流至氣體供給管線63b。
H2氣體供給源64a會透過氣體供給管線64b來將為還原氣體之H2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線64b係從上游側介設有流量控制器64c、閥64e以及流口64f。氣體供給管線64b之流口64f的下游側係連接於氣體導入孔37。從H2氣體供給源64a所供給之H2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處理容器1內。H2氣體從儲存槽64d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥64e來加以進行。雖會藉由下述儲存槽66d、68d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供給管線66b、68b，但可藉由流口64f來抑制被供給至氣體供給管線66b、68b之氣體會逆流至氣體供給管線64b。
H2氣體供給源68a會透過氣體供給管線68b來將為還原氣體之H2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線68b係從上游側介設有流量控制器68c、儲存槽68d以及閥68e。氣體供給管線68b之閥68e的下游側係連接於氣體供給管線64b。從H2氣體供給源68a所供給之H2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽68d，而在儲存槽68d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。H2氣體從儲存槽68d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥68e來加以進行。如此般藉由將H2氣體暫時朝儲存槽68d儲存，便可以較大流量來穩定地將H2氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源66a會透過氣體供給管線66b來將為沖淨氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線66b係從上游側介設有流量控制器66c、儲存槽66d以及閥66e。氣體供給管線66b之閥66e的下游側係連接於氣體供給管線64b。從N2氣體供給源66a所供給之N2氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲 存在儲存槽66d，而在儲存槽66d內升壓至既定壓力後，再被供給至處理容器1內。N2氣體從儲存槽66d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥66e來加以進行。如此般藉由將N2氣體暫時朝儲存槽66d儲存，便可以較大流量來穩定地將N2氣體供給至處理容器1內。
N2氣體供給源67a會透過氣體供給管線67b來將為載體氣體之N2氣體供給至處理容器1內。氣體供給管線67b係從上游側介設有流量控制器67c、閥67e以及流口67f。氣體供給管線67b之流口67f下游側會連接於氣體供給管線64b。從N2氣體供給源67a所供給之N2氣體會在晶圓W成膜中連續地被供給至處理容器1內。N2氣體從N2氣體供給源67a朝處理容器1之供給及停止會藉由閥67e來加以進行。雖會藉由儲存槽66d、68d來將氣體以較大的流量來供給至氣體供給管線66b、68b，但可藉由流口67f來抑制被供給至氣體供給管線66b、68b之氣體會逆流至氣體供給管線67b。
[成膜方法]
接著，便就使用如上述所構成之成膜系統100來進行的鎢膜之成膜方法來加以說明。圖5係顯示第1實施形態相關之成膜方法的各工序流程一範例之流程圖。圖6係概略顯示第1實施形態相關之成膜方法的各工序中晶圓之狀態的剖面圖。
首先，本實施形態相關之成膜方法係先準備形成有絕緣膜之晶圓W(圖6(a))。例如，準備一形成有具溝槽或貫孔等的凹部之矽膜的晶圓W(圖6(a))。晶圓W係在表面形成有AlO層來作為絕緣膜。絕緣膜可為SiO2層或SiN層。在晶圓W上係實際形成有溝槽或貫孔(接觸孔或貫穿孔)等的凹部，但為了簡化說明，圖6中係省略凹部。
成膜裝置101會對晶圓W藉由ALD(Atomic Layer Deposition)法來成膜出基底膜(步驟S1：圖6(b))。例如，成膜裝置101係將含Ti氣體與含Al氣體與反應氣體反覆供給至處理容器1內來成膜出基底膜。另外，成膜出基底膜之工序的細節會在之後詳述。
成膜裝置102會對晶圓W夾置著為沖淨氣體之N2氣體來朝處理容器1內交互供給WF6氣體與B2H6氣體，以在晶圓W表面形成Nucleation膜來作為用以生成鎢核的初期鎢膜(步驟S2，圖6(c))。另外，步驟S2可為讓成膜裝置102將B2H6氣體朝處理容器1內供給既定時間或是間歇性地供給，以處理晶圓W表面之工序。
成膜裝置103會對晶圓W成膜出鎢膜(步驟S3，圖6(d))。另外，成膜出鎢膜之工序的細節會在之後詳述。
成膜系統100如上述，係進行步驟S1~S3所示之成膜方法的各工序的處理，來在形成有絕緣膜之晶圓W上依序成膜出基底膜、金屬層(Nucleation膜、鎢膜)。以下，便就步驟S1~S3各步驟之成膜方法的細節來加以說明。
[基底膜之成膜]
接著，便就成膜裝置101成膜出基底膜之流程來加以說明。成膜裝置101會將含Ti氣體與含Al氣體與反應氣體反覆供給至處理容器1內，來成膜出基底膜。例如，成膜裝置101會藉由至少反覆下述工序1次以上來成膜出基底膜：夾置著沖淨工序並藉由至少反覆1次含Ti氣體與反應氣體之交互供給，來形成第1基底膜之工序；以及夾置著沖淨工序並藉由至少反覆1次含Al氣體與反應氣體之交互供給來形成第2基底膜之工序。本實施形態係成膜出層積有作為第1基底膜之TiN膜與作為第2基底膜之AlN膜的AlTiN膜來作為基底膜。
圖7係顯示在成膜出第1實施形態相關之基底膜時的氣體供給機制一範例之圖式。成膜裝置100之控制部6會控制載置台2之加熱器21，來將晶圓W加熱至既定溫度(例如250~550℃)。又，控制部6會控制排氣機構42之壓力控制閥，來將處理容器1內調整為既定壓力(例如0.1~10Torr)。
控制部6係開啟閥53e、57e，而從N2氣體供給源53a、57a來分別將既定流量之載體氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線53b、57b。又，控制部6係從N2氣體供給源52a,54a、NH3氣體供給源55a及含Ti氣體供給源56a來分別將N2氣體、NH3氣體以及含Ti氣體供給至氣體供給管線52b、54b、55b、56b。此時，由於閥52e、54e、55e、56e會被關閉，故N2氣體、NH3氣體及含Ti氣體會分別被儲存於儲存槽52d、54d、55d、56d，而讓儲存槽52d、54d、55d、56d內升壓。
控制部6係開啟閥56e，來將儲存於儲存槽56d的含Ti氣體供給至處理容器1內，以讓含Ti氣體之膜吸附於晶圓W表面(步驟S11)。例如，在使用TiCl4氣體來作為含Ti氣體的情況，便會進行下述反應：TiCl4+NH3→TiN+HCl↑，使TiN吸附於晶圓W表面。又，例如在使用TDMAT氣體來作為含Ti氣體的情況，便會進行下述反應：(Ti[N(CH3)2]4)+NH3→TiN+CXHy↑，使TiN吸附於晶圓W表面。又，例如在使用TMEAT氣體來作為含Ti氣體的情況，便會進行下述反應：C12H32N4Ti+NH3→TiN+CXHy↑，使TiN吸附於晶圓W表面。
控制部6係開啟閥56e後，再經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥56e，而停止含Ti氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6係開啟閥52e、54e，來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體來供給至處理容器1內(步驟S12)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容 器1內。因此，殘留在處理容器1內之含Ti氣體便會朝排氣配管41被排出，而在短時間將處理容器1內從含Ti氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。又，藉由關閉閥56e，來將從含Ti氣體供給源56a供給至氣體供給管線56b的含Ti氣體儲存在儲存槽56d，而使儲存槽56d內升壓。又，可藉由關閉閥56e，來將從氣體供給管線53b及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的含Ti氣體排氣。
控制部6會在開啟閥52e、54e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥52e、54e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥55e，來將儲存於儲存槽55d的NH3氣體供給至處理容器1內，來將吸附於晶圓W表面之含Ti氣體還原(步驟S13)。
控制部6會在開啟閥55e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥55e，而停止NH3氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S14)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之NH3氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。又，藉由關閉閥55e，來將從NH3氣體供給源55a供給至氣體供給管線55b的NH3氣體儲存在儲存槽55d，而使儲存槽55d內升壓。又，可藉由關閉閥55e，來將從氣體供給管線53b及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的NH3氣體排氣。
此步驟S11~S14的A循環會對應於形成第1基底膜之工序。
控制部6會開啟閥53e、57e，而從N2氣體供給源53a、57a來分別將既定流量的載體氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線53b、57b。又，控制部6會停止來自含Ti氣體供給源56a的含Ti氣體之供給。又，控制部6會從含Al氣體供給源51a、N2氣體供給源52a,54a及NH3氣體供給源55a來分別將含Al氣體、N2氣體及NH3氣體供給至氣體供給管線51b、52b、54b、55b。此時，由於會關閉閥51e、52e、54e、55e，故含Al氣體、N2氣體及NH3氣體會被分別儲存於儲存槽51d、52d、54d、55d，而使儲存槽51d、52d、54d、55d內升壓。
控制部6會開啟閥51e，而將儲存於儲存槽51d的含Al氣體供給至處理容器1內，以使含Al氣體之膜吸附於晶圓W表面(步驟S15)。例如，在使用AlCl3氣體來作為含Al氣體的情況，便會進行下述反應：AlCl3+NH3→AlN+HCl↑，以使AlN吸附於晶圓W表面。又，例如在使用TMA氣體來作為含Al氣體，便會進行下述反應：C6H18Al2+NH3→AlN+CXHy↑，已使AlN吸附於晶圓W表面。
控制部6會在開啟閥51e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥51e，而停止含Al氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S16)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之含Al氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從含Al氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。又，藉由關閉閥51e，來將從含Al氣體供給源51a供給至氣體供給管線51b的含Al氣體儲存在儲存槽51d，而使儲存槽51d內升壓。又，可藉由關閉閥51e，來將從氣體供給管線53b 及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的含Al氣體排氣。
控制部6會在開啟閥52e、54e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥52e、54e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥55e，來將儲存於儲存槽55d的NH3氣體供給至處理容器1內，以將吸附於晶圓W表面之含Al氣體還原(步驟S17)。
控制部6會在開啟閥55e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥55e，而停止NH3氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S18)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之NH3氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。藉由關閉閥55e，來將從NH3氣體供給源55a供給至氣體供給管線55b的NH3氣體儲存在儲存槽55d，而使儲存槽55d內升壓。又，可藉由關閉閥55e，來將從氣體供給管線53b及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的NH3氣體排氣。
此步驟S15~S18的B循環會對應於形成第2基底膜之工序。
控制部6會藉由複數次反覆步驟S11~S18的循環，來成膜出所欲膜厚之AlTiN膜以作為基底膜。
另外，圖7所示之在成膜出基底膜時的氣體供給機制及程序氣體的條件係一範例，而並非限定於此。基底膜之成膜亦可使用其他氣體供給機制及程序氣體的條件。
在此，圖7所示之氣體供給機制係藉由步驟S11~S14的A循環來形成含Ti膜，藉由步驟S15~S18的B循環來形成含Al膜。藉此，在實施基底膜之成膜時，可藉由改變A循環及B循環的實施次數，來控制基底膜之Ti及Al含有率。
基底膜從AlO層上的密合性及抑制反應的觀點看來，較佳地係使下部的Ti含有率較高。又，基底膜從AlO層上金屬層的形成容易度及配向的觀點看來，較佳地係使上部的Al含有率較高。因此，AlTiN膜較佳地係使下部的Ti含有率較高，使上部的Al含有率較高。
在此，控制部6在形成基底膜之情況，會控制形成第1基底膜之工序與形成第2基底膜之工序的實行次數，來調整第1基底膜與第2基底膜的成膜比率。藉此，便可在基底膜作出元素濃度之梯度。又，例如控制部6會在形成基底膜之下部的情況，將形成第1基底膜之工序實行較形成第2基底膜之工序要多次。又，控制部6會在形成基底膜之上部的情況，將形成第2基底膜之工序實行較形成第1基底膜之工序要多次。例如，控制部6會將步驟S11~S18的循環作為1組，而藉由反覆Z組來成膜出AlTiN膜。控制部6會在AlTiN膜之下部的成膜中，於每1組中將A循環之次數實施為較B循環之次數要多次。又，控制部6會在AlTiN膜之上部的成膜中，於每1組中將B循環之次數實施為較A循環之次數要多次。又，例如控制部6係控制為在基底膜之成膜的初期組中實施較多A循環，而在基底膜之成膜的最後組中實施較多B循環。一範例中，控制部6會在基底膜之下部的成膜中實施A循環2次後，實施B循環1次。控制部6會在基底膜之中央的成膜中 實施A循環1次後，實施B循環1次。控制部6會在基底膜之上部的成膜中實施A循環1次後，實施B循環2次。另外，A循環與B循環的例示實施次數係一範例，而並非限定於此。基底膜從與AlO層之密合性的觀點看來，較佳地係先實施A循環。又，基底膜從金屬層的形成容易度及配向的觀點看來，較佳地係在最後實施B循環。
控制部6會以基底膜Ti與Al的組成比為20~95%：5~80%的方式來調整第1基底膜與第2基底膜的成膜比率。
[金屬層之成膜]
接著，便說明成膜出金屬層的流程。本實施形態中，成膜裝置102會成膜出初期鎢膜來作為金屬層，成膜裝置103會成膜出主鎢膜來作為金屬層。圖8係顯示在成膜出初期鎢膜來作為第1實施形態相關之金屬層時的氣體供給機制一範例之圖式。
成膜裝置102之控制部6會控制載置台2之加熱器21，來將晶圓W加熱至既定溫度(例如250~550℃)。又，控制部6會控制排氣機構42之壓力控制閥，來將處理容器1內調整為既定壓力(例如0.1~10Torr)。
控制部6會開啟閥63e、67e，而從N2氣體供給源63a、67a來分別將既定流量之載體氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線63b、67b。又，控制部6會從WF6氣體供給源61a及B2H6氣體供給源65a來分別將WF6氣體及B2H6氣體供給至氣體供給管線61b、65b。此時，由於會關閉閥61e、65e，故WF6氣體及B2H6氣體會被分別儲存於儲存槽61d、65d，而使儲存槽61d、65d內升壓。
接著，控制部6會開啟閥61e，而將儲存於儲存槽61d的WF6氣體供給至處理容器1內，以吸附於晶圓W表面(步驟S21)。又，控制部6會在進行WF6 氣體朝處理容器1內之供給的同時，一併從N2氣體供給源62a、66a來分別將沖淨氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線62b、66b。此時，會藉由關閉閥62e、66e來將沖淨氣體儲存於儲存槽62d、66d，而使儲存槽62d、66d內升壓。
控制部6會在開啟閥61e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥61e，而停止WF6氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥62e、66e來分別將儲存於儲存槽62d、66d的沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S22)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽62d、66d所供給，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之WF6氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從WF6氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。另一方面，藉由關閉閥61e，來將從WF6氣體供給源61a供給至氣體供給管線61b的WF6氣體儲存在儲存槽61d，而使儲存槽61d內升壓。
控制部6會在開啟閥62e、66e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥62e、66e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥65e，來將儲存於儲存槽65d的B2H6氣體供給至處理容器1內，以將吸附於晶圓W表面之WF6氣體還原(步驟S23)。此時，便會藉由關閉閥62e、66e來將從N2氣體供給源62a、66a分別供給至氣體供給管線62b、66b的沖淨氣體儲存於儲存槽62d、66d，而使儲存槽62d、66d升壓。
控制部6會在開啟閥65e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥65e，而停止B2H6氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥62e、66e來分別將儲存於儲存槽62d、66d的沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S24)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽62d、66d所供給，故會以較大的流量，例 如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之B2H6氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從B2H6氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。另一方面，會藉由關閉閥56e，來將從B2H6氣體供給源65a供給至氣體供給管線65b的B2H6氣體儲存在儲存槽65d，而使儲存槽65d內升壓。
控制部6會藉由反覆進行步驟S21~S24之循環複數次(例如1~50循環)來成膜出所欲膜厚之初期鎢膜。
另外，圖8所示之在成膜出初期鎢膜時的氣體供給機制及程序氣體條件係一範例，而並非限定於此。初期鎢膜之成膜亦可使用其他氣體供給機制及程序氣體條件。
圖9係顯示在成膜出主鎢膜來作為第1實施形態之金屬層時的氣體供給機制一範例之圖式。成膜裝置103之控制部6會控制載置台2之加熱器21，來將晶圓W加熱至既定溫度(例如250~550℃)。又，控制部6會控制排氣機構42之壓力控制閥來將處理容器1內調整至既定壓力(例如0.1~10Torr)。
控制部6會開啟閥63e、67e，而從N2氣體供給源63a、67a來分別將既定流量之載體氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線63b、67b。又，控制部6會開啟閥64e，而從H2氣體供給源64a來將既定流量之H2氣體供給至氣體供給管線64b。又，控制部6會從WF6氣體供給源61a及H2氣體供給源68a來分別將WF6氣體及H2供給至氣體供給管線61b、68b。此時，由於會關閉閥61e、68e，故WF6氣體及H2氣體會被分別儲存於儲存槽61d、68d，而使儲存槽61d、68d內升壓。
接著，控制部6會開啟閥61e，而將儲存於儲存槽61d的WF6氣體供給至處理容器1內，以吸附於晶圓W表面(步驟S21)。又，控制部6會在進行WF6 氣體朝處理容器1內之供給的同時，一併從N2氣體供給源62a、66a來分別將沖淨氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線62b、66b。此時，會藉由關閉閥62e、66e來將沖淨氣體儲存於儲存槽62d、66d，而使儲存槽62d、66d內升壓。
控制部6會在開啟閥61e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥61e，而停止WF6氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥62e、66e來分別將儲存於儲存槽62d、66d的沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S22)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽62d、66d所供給，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之WF6氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從WF6氣體氛圍置換為包含H2氣體及N2氣體的氛圍。另一方面，藉由關閉閥61e，來將從WF6氣體供給源61a供給至氣體供給管線61b的WF6氣體儲存在儲存槽61d，而使儲存槽61d內升壓。
控制部6會在開啟閥62e、66e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥62e、66e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥68e，來將儲存於儲存槽68d的H2氣體供給至處理容器1內，以將吸附於晶圓W表面之WF6氣體還原(步驟S23)。此時，便會藉由關閉閥62e、66e來將從N2氣體供給源62a、66a分別供給至氣體供給管線62b、66b的沖淨氣體儲存於儲存槽62d、66d，而使儲存槽62d、66d升壓。
控制部6會在開啟閥68e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥68e，而停止H2氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥62e、66e來分別將儲存於儲存槽62d、66d的沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S24)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽62d、66d所供給，故會以較大的流量，例如 較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之H2氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從H2氣體氛圍置換為包含H2氣體及N2氣體之氛圍。另一方面，會藉由關閉閥68e，來將從H2氣體供給源68a供給至氣體供給管線68b的H2氣體儲存在儲存槽68d，而使儲存槽68d內升壓。
控制部6會藉由反覆進行步驟S21~S24之循環複數次(例如50~3000循環)來成膜出所欲膜厚之鎢膜。
另外，圖9所示之在成膜出主鎢膜時的氣體供給機制及程序氣體條件係一範例，而並非限定於此。鎢膜之成膜亦可使用其他氣體供給機制及程序氣體條件。
[作用及效果]
接著，便就本實施形態相關之成膜方法的作用及效果來加以說明。圖10係顯示第1實施形態相關之晶圓的層構成一範例的圖式。圖10係顯示藉由第1本實施形態相關之成膜方法所成膜出的晶圓W之層構成一範例。晶圓W係在未圖示之矽(SiO2)層上形成用以阻擋之AlO層。然後，晶圓W從AlO層上的密合性及抑制反應的觀點看來，係藉由本實施形態相關之成膜方法來形成有厚度為例如1nm之AlTiN膜而作為基底膜。AlTiN膜係成膜為在下部使Ti含有率會較高，而在上部則使Al含有率會較高。然後，晶圓W係在AlTiN膜上形成有厚度為例如1nm的鎢Nucleation膜(Nuc)來作為初期鎢膜。然後，晶圓W係在Nucleation膜上，形成有低阻抗之鎢膜(W)。
在此，便彙整實施形態相關之成膜方法的程序條件一範例而如下記載。
‧AlTiN膜
溫度：250~550℃
壓力：0.1~10Torr
含Ti氣體：10~500sccm
含Al氣體：10~500sccm
載體氣體(N2)：3000~30000sccm
沖淨氣體(N2)：0~20000sccm
NH3氣體：1000~20000sccm
時間：
含Ti氣體：0.05~5秒
含Al氣體：0.05~5秒
沖淨：0.05~5秒
NH3氣體：0.05~5秒
沖淨：0.05~5秒
‧Nucleation膜：
溫度：250~550℃
壓力：0.1~10Torr
含W氣體：10~500sccm
載體氣體(N2)：3000~30000sccm
沖淨氣體(N2)：1000~10000sccm
H2氣體：1000~10000sccm
SiH4氣體、B2H6氣體：10~1000sccm
時間：
含W氣體：0.05~5秒
沖淨：0.05~5秒
SiH4氣體、B2H6氣體：0.05~5秒
沖淨：0.05~5秒
‧W膜：
溫度：250~550℃
壓力：0.1~10Torr
含W氣體：100~500sccm
載體氣體(N2)：3000~30000sccm
沖淨氣體(N2)：1000~10000sccm
H2氣體：1000~10000sccm
時間：
含W氣體：0.05~15秒
沖淨：0.05~15秒
H2氣體：0.05~15秒
沖淨：0.05~15秒
晶圓W係藉由於AlO層上成膜出在下部使Ti含有率會較高之AlTiN膜來得到密合性，而可抑制AlO層之反應。AlTiN膜較佳地係使厚度成為3.5nm以下，若厚度為1nm左右的話，便可得到與AlO層之密合性，而可抑制AlO層之反應。又，藉由提高AlTiN膜之下部的Ti含有率，便可更提高與AlO層的密 合性。又，藉由提高AlTiN膜之上部的Al含有率，便可抵消TiN的配向。藉此，晶圓W中便可使所成膜出之鎢的晶粒更大幅成長，而可使鎢膜之阻抗下降。
又，晶圓W係可藉由形成Nucleation膜，來提高所成膜出之鎢的密合性。又，晶圓W係可藉由形成Nucleation膜，來提高所成膜出之鎢的均勻性。Nucleation膜較佳地係使厚度成為0.5~5nm左右。
在此，便使用比較例來說明效果。圖11係顯示比較例相關之晶圓的層構成一範例之圖式。圖11係顯示比較例相關之晶圓的層構成一範例之圖式。圖11係顯示以往晶圓W之層構成一範例。晶圓W係在未圖示之矽(SiO2)層上，形成有用以阻擋之AlO層，而從密合性及抑制反應之觀點看來，會在AlO層上形成有厚度為例如1nm之TiN膜。然後，晶圓W係在TiN膜上形成有厚度為例如1nm的AlN膜。然後，晶圓W係在AlN膜上形成有厚度為例如1nm的鎢之Nucleation膜(Nuc)。然後，晶圓W係在Nucleation膜上形成有低阻抗之鎢膜(W)。
以下，便記載成膜出比較例之各膜的程序條件一範例。
‧Nucleation膜：
溫度：250~550℃
壓力：0.1~10Torr
含W氣體：10~500sccm
載體氣體(N2)：3000~30000sccm
沖淨氣體(N2)：1000~10000sccm
H2氣體：1000~20000sccm
SiH4氣體、B2H6氣體：10~1000sccm
時間：
含W氣體：0.05~5秒
沖淨：0.05~5秒
SiH4氣體、B2H6氣體：0.05~5秒
沖淨：0.05~5秒
‧W膜：
溫度：250~550℃
壓力：0.1~20Torr
含W氣體：100~500sccm
載體氣體(N2)：1000~10000sccm
沖淨氣體(N2)：0~10000sccm
H2氣體：500~20000sccm
時間：
含W氣體：0.05~15秒
沖淨：0.05~15秒
H2氣體：0.05~15秒
沖淨：0.05~15秒
圖12係顯示鎢膜的阻抗率相對於厚度之改變一範例之圖式。圖12係顯示圖10所示之本實施形態的層構成以及圖11所示之比較例的層構成之鎢膜的厚度所致之阻抗率的改變。圖12範例中，係從與AlO層之界面來測量鎢膜之厚度。亦即，本實施形態的層構成中，係將AlTiN膜、Nucleation膜(Nuc)、鎢膜(W)之厚度作為鎢膜之厚度。比較例的層構成中，係將TiN膜、AlN膜、Nucleation膜(Nuc)、鎢膜(W)之厚度作為鎢膜之厚度。又，圖12範例中係以厚度為10nm的 情況之比較例的阻抗率為基準，而標準化來顯示阻抗率。如圖12所示，在厚度為12nm的情況，本實施形態之層構成的阻抗率會較比較例之層構成要低39%。又，在厚度為22nm的情況，本實施形態之層構成的阻抗率會較比較例之層構成要低35%。
在此，如上述，LSI會將配線微細化，而要求要配線的低阻抗化。例如，在3D NAND快閃記憶體等的三維層積半導體記憶體中，雖會成膜出鎢膜來作為字元線，但為了微細化，便要求要使鎢膜進一步地低阻抗化。
相對於此，本實施形態之層構成即便在薄膜化的情況仍可達成鎢膜之低阻抗化。
又，圖11所示之比較例的層構成中，由於會在不同成膜裝置來分別成膜出TiN膜與AlN膜，故會需要晶圓W在成膜裝置間的搬送時間。另一方面，圖10所示之本實施形態的層構成中，由於是在1個成膜裝置101中成膜出AlTiN膜，故可削減晶圓W在成膜裝置間的搬送時間，而提高生產性。
又，圖11所示之比較例的層構成是在不同成膜裝置來成膜出TiN膜與AlN膜，而於大氣中在成膜裝置間進行搬送的情況下，便會產生表面氧化。另一方面，圖10所示之本實施形態的層構成中，由於是在1個成膜裝置101成膜出AlTiN膜，故可防止表面氧化之產生。
又，成膜出金屬層之晶圓W會進一步地實施蝕刻等的各種基板處理。圖13A及圖13B係顯示形成有凹部之晶圓W一範例的圖式。圖13A係對圖10所示之本實施形態的層構成之晶圓W進行蝕刻而形成有凹部H1。圖13B係對圖11所示之比較例的層構成之晶圓W進行蝕刻而形成有凹部H1。圖13B會在凹部H1中使AlN膜剖面露出。
如圖13B所示，在凹部H1中使AlN膜剖面露出的情況下，而對晶圓W進行濕蝕刻時，從剖面看來，AlN膜會被蝕刻而使凹部H1形狀成為不良。另一方面，即便例如對圖13A之晶圓W進行濕蝕刻，由於AlTiN膜的蝕刻速率較低，故可抑制凹部H1之形狀不良的產生。
又，比較例之方法中會產生AlN+ClF3→AlF之反應，而由於AlF之揮發性較低，故會成為顆粒源，因此，會難以進行例如利用ClF3等的腔室內之乾式清潔。另一方面，本實施形態之方法中，在例如以ClF3等來進行乾式清潔的情況，會產生AlTiN+ClF3→AlTiF之反應，而由於AlTiF係可以乾式清潔來加以去除，故可進行腔室之乾式清潔。
又，本實施形態相關之成膜方法中，係可控制成膜為基底膜之AlTiN膜的Ti與Al之含有率。基底膜係Al比率愈高則氟(F)之阻隔性便會愈提升。圖14係顯示基底膜的F相對於Al含有率之濃度一範例之圖式。圖14係顯示將基底膜之Al含有率作為0%、5%、30%、50%、100%，而分別於晶圓W成膜出圖10所示之本實施形態的層構成，並測量基底膜之F濃度的結果。基底膜之Al含有率係將基底膜視為一塊體而從基底膜整體來求得。基底膜在Al含有率為0%的情況，便為TiN膜，在Al含有率為5%、30%、50%的情況，便為AlTiN膜，在Al含有率為100%的情況，便為AlN膜。F濃度係藉由靠近試料的內面側來分析試料表面附近的Backside SIMS的測量方法來加以測量。圖14中，係將Al含有率為0%的F濃度為基準而標準化來顯示F濃度。如圖14所示，基底膜會有Al含有率愈高，則F濃度會愈低之傾向。例如，基底膜在Al含有率為50%的情況，F濃度便會較Al含有率為0%的情況要低50%左右。又，基底膜在Al含有率為100%的情況，F濃度便會較Al含有率為0%的情況要低70%左右。因此，本實施形態相關之成膜方法 係藉由以使Al含有率成為30%以上的方式來成膜出基底膜，以提升基底膜之F阻隔性。
又，圖10所示般之本實施形態的層構成中，會藉由基底膜之Al比率來改變鎢膜(W)之阻抗率。圖15係顯示鎢膜的阻抗率相對於厚度之改變一範例之圖式。圖15係顯示相對於將基底膜之Al含有率作為0%、10%、30%、50%、100%的情況，鎢膜的厚度之阻抗率。鎢膜之厚度會從與AlO層之界面來測量。圖15係顯示將基底膜之Al含有率作為0%、10%、30%、50%、100%的情況之鎢膜的阻抗率。在基底膜之Al含有率為10%、30%、50%、100%的情況，阻抗率係如範圍A1所示圖點而在相同程度。在基底膜之Al含有率為10~100%的情況，鎢膜之阻抗率是無關於Al含有率而同樣會產生改變。另一方面，基底膜之Al含有率為0%的阻抗率會被圖點在較範圍A1要靠上。圖15係顯示有表示基底膜之Al含有率為10~100%的情況之改變傾向的線L1以及基底膜之Al含有率為0%的情況之阻抗率的改變傾向的線L2。在基底膜之Al比率為10%以上時，鎢膜之阻抗率便會下降。例如，在鎢膜為15nm的情況，鎢膜之阻抗率在基底膜之Al含有率為10~100%的情況會較基底膜之Al含有率為0%的情況要下降41%。因此，本實施形態相關之成膜方法係可藉由以使Al含有率成為10%以上的方式來成膜出基底膜，以將鎢膜低阻抗化。
又，成膜為基底膜之AlTiN膜會因為TiN之影響，而對應於Al比率來改變結晶性。由於TiN膜係具有結晶性之膜，故在進行X射線繞射分析(X-ray diffraction，XRD)的情況，便會在特定繞射角度產生有強度的波峰。圖16顯示在TiN膜進行X射線繞射分析時會產生波峰的繞射角度一範例之圖式。TiN膜會例如在繞射角度40°附近及繞射角度60°附近產生有強度之波峰。由於AlTiN膜會因 Al比率而改變TiN膜之影響程度，故可藉由Al比率來控制結晶性。圖17A~圖17D係顯示將AlTiN膜進行X射線繞射分析後的繞射輪廓圖一範例之圖式。圖17A係顯示Al含有率為0%的實質上TiN膜之分析輪廓圖。圖17B係顯示Al含有率為10%的實質上AlTiN膜之分析輪廓圖。圖17C係顯示Al含有率為30%的實質上AlTiN膜之分析輪廓圖。圖17D係顯示Al含有率為50%的實質上AlTiN膜之分析輪廓圖。圖17A~圖17D係分別顯示AlTiN膜之膜厚為10Å、20Å、30Å的情況之分析輪廓圖的波形。分析輪廓圖的波形在膜具有結晶性的情況，膜厚愈厚，則具有強度之波峰會表示為愈大。例如圖17A~圖17C所示，在AlTiN膜之Al含有率為0%~30%的情況，於TiN膜產生有強度之波峰的繞射角度60°附近會產生有強度之波峰。因此，AlTiN膜在Al含有率為0%~30%的情況，便可判斷為會成膜為具有結晶性的膜。另一方面，如圖17D所示，在AlTiN膜之Al含有率為50%的情況，即便是在繞射角度60°附近都不會產生有波峰。因此，AlTiN膜在Al含有率為50%的情況，便可判斷為不具有結晶性，而成膜為非晶膜。Nucleation膜係在下層之AlTiN膜具有結晶性的情況，在下部會接續具有結晶性，而為了抵銷結晶性以使鎢成長便需要某種程度既定量之膜厚，而會成膜為高阻抗之膜。另一方面，Nucleation膜係在下層之AlTiN膜為非晶型的情況，由於下部並無結晶性，故可使Nucleation膜成為較薄，從而成膜為低阻抗之膜。因此，由於本實施形態相關之成膜方法係藉由以使Al含有率成為50%以上的方式成膜出AlTiN膜，而使AlTiN膜成為非晶型，來將Nucleation膜低阻抗化，故可更將鎢膜低阻抗化。
如此般，本實施形態相關之成膜方法係具有：將形成有絕緣膜(AlO層)之晶圓W配置在處理容器1內，而在減壓氛圍下，將含Ti氣體與含Al氣體與反應氣體反覆供給至處理容器1內來形成基底膜之工序；以及在形成有基底膜的晶 圓W形成在金屬材料之金屬層的工序。藉此，本實施形態相關之成膜方法即便在薄膜化的情況仍可達成鎢膜之低阻抗化。
又，本實施形態相關之成膜方法中，形成基底膜之工序係至少反覆下述工序1次以上：夾置著沖淨工序並藉由至少反覆1次交互供給含Ti氣體與反應氣體來形成第1基底膜之工序(A循環)；夾置著沖淨工序並藉由至少反覆1次交互供給含Al氣體與反應氣體來形成第2基底膜之工序(B循環)。藉此，本實施形態相關之成膜方法便可在基底膜作出Ti、Al元素濃度的梯度。
又，本實施形態相關之成膜方法中，形成基底膜之工序係在形成基底膜之下部的情況，會將形成第1基底膜之工序實行較形成第2基底膜之工序要多次，在形成基底膜之上部的情況，則將形成第2基底膜之工序實行較形成第1基底膜之工序要多次。藉此，本實施形態相關之成膜方法便會使基底膜之下部成膜為Ti含有率較高，使基底膜之上部成膜為Al含有率較高。
又，本實施形態相關之成膜方法中，形成基底膜之工序會先實行形成第1基底膜之工序。藉此，本實施形態相關之成膜方法便可提高絕緣膜與基底膜之密合性。
又，本實施形態相關之成膜方法中，形成基底膜之工序會最後實行形成第2基底膜之工序。藉此，本實施形態相關之成膜方法便可均勻性良好地成膜出金屬層。
(第2實施形態)
接著，便就第2實施形態來加以說明。由於第2實施形態相關之成膜系統100及成膜裝置101~104係與圖1至圖4所示的第1實施形態相關之成膜系統100及成膜裝置101~104的構成相同，故省略說明。
就成膜裝置101來成膜出基底膜之流程來加以說明。成膜裝置101係將含Ti氣體、含Al氣體、反應氣體反覆供給至處理容器1內，以成膜出基底膜。
圖18係顯示在成膜出第2實施形態相關之基底膜時的氣體供給機制一範例之圖式。控制部6會開啟閥53e、57e，而從N2氣體供給源53a、57a來分別將既定流量的載體氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線53b、57b。又，控制部6會從含Al氣體供給源51a、N2氣體供給源52a,54a、NH3氣體供給源55a及含Ti氣體供給源56b來分別將含Al氣體、N2氣體、NH3氣體以及含Ti氣體供給至氣體供給管線51b、52b、54b、55b、56b。此時，由於會關閉閥51e、52e、54e、55e、56e，故含Al氣體、N2氣體、NH3氣體以及含Ti氣體會被分別儲存於儲存槽52d、54d、55d、56d，而使儲存槽52d、54d、55d、56d內升壓。
控制部6係開啟閥56e，來將儲存於儲存槽56d的含Ti氣體供給至處理容器1內，以讓含Ti氣體之膜吸附於晶圓W表面(步驟S51)。
控制部6會在開啟閥56e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥56e，而停止含Ti氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S52)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之含Ti氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從含Ti氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。又，藉由關閉閥56e，來將從含Ti氣體供給源56a供給至氣體供給管線56b的含Ti氣體儲存在儲存槽56d，而使儲存槽56d內升壓。又，可藉由關閉閥56e，來將從氣體供給管線53b 及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的含Ti氣體排氣。
控制部6會在開啟閥52e、54e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥52e、54e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥51e，來將儲存於儲存槽51d的含Al氣體供給至處理容器1內，以使含Al氣體之膜吸附於晶圓W表面(步驟S53)。
控制部6會在開啟閥51e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥51e，而停止含Al氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S54)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之含Al氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從含Al氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。藉由關閉閥51e，來將從含Al氣體供給源51a供給至氣體供給管線51b的含Al氣體儲存在儲存槽5ld，而使儲存槽51d內升壓。又，可藉由關閉閥51e，來將從氣體供給管線53b及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的含Al氣體排氣。
控制部6會在開啟閥52e、54e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥52e、54e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥55e，來將儲存於儲存槽55d的NH3氣體供給至處理容器1內，以將吸附於晶圓W表面之含Al氣體與含Ti氣體還原(步驟S55)。
控制部6會在開啟閥55e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥55e，而停止NH3氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S56)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之NH3氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從NH3氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。藉由關閉閥55e，來將從NH3氣體供給源55a供給至氣體供給管線55b的NH3氣體儲存在儲存槽55d，而使儲存槽55d內升壓。又，可藉由關閉閥55e，來將從氣體供給管線53b及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的NH3氣體排氣。
控制部6會藉由反覆進行複數次循環(例如2~1000循環)步驟S51~S55的X循環，來成膜出所欲膜厚之AlTiN膜以作為基底膜。
於是，圖18所示之氣體供給機制中，係可藉由改變含Ti氣體之供給量與含Al氣體之供給量來控制Ti之含有率與Al之含有率。
基底膜從AlO層上的密合性及抑制反應的觀點看來，較佳地係使下部的Ti含有率較高。又，基底膜從AlO層上金屬層的形成容易度及配向的觀點看來，較佳地係使上部的Al含有率較高。因此，AlTiN膜較佳地係使下部的Ti含有率較高，使上部的Al含有率較高。
在此，控制部6在形成基底膜之情況，會控制含Ti氣體之供給量與含Al氣體之供給量的比。藉此，便可在基底膜作出元素濃度之梯度。例如控制部6會在形成基底膜之下部的情況，便會將含Ti氣體之供給量控制為較含Al氣體 之供給量要多，在形成該基底膜之上部的情況，則會將含Ti氣體之供給量控制為較含Al氣體之供給量要少。例如，控制部6係在形成基底膜之下部的情況，會以進行將含Ti氣體的供給時間改變為較長之控制以及將含Al氣體之供給時間改變為較短的控制之一者或兩者，以使含Ti氣體之供給量會較含Al氣體之供給量要多的方式來加以控制。又，控制部6係在形成基底膜之上部的情況，會以進行將含Ti氣體的供給時間改變為較短之控制以及將含Al氣體之供給時間改變為較長的控制之一者或兩者，以使含Ti氣體之供給量會較含Al氣體之供給量要少的方式來加以控制。藉此，AlTiN膜如圖10所示，係成膜為使下部的Ti含有率較高，使上部的Al含有率較高。
另外，圖18所示之在成膜出基底膜時的氣體供給機制及程序氣體的條件係一範例，而並非限定於此。基底膜之成膜亦可使用其他氣體供給機制及程序氣體的條件。
如此般，本實施形態相關之成膜方法係在形成基底膜之下部的情況，使含Ti氣體之供給量成為較含Al氣體之供給量要多，在形成基底膜之上部的情況，則使含Ti氣體之供給量成為較含Al氣體之供給量要少，並夾置著沖淨工序來依序將含Ti氣體、該含Al氣體、反應氣體反覆供給至處理容器1內以形成基底膜。藉此，本實施形態相關之成膜方法係可成膜為在基底膜之下部使Ti含有率會較高，而在基底膜之上部則使Al含有率會較高。
(第3實施形態)
接著，便就第3實施形態來加以說明。第3實施形態係讓成膜裝置101具備成膜裝置102之功能，成膜裝置102可構成為與成膜裝置103、104相同。另外，由於第3實施形態相關之成膜系統100係與第1及第2實施形態相同，故省略。
就第3實施形態相關之成膜裝置101的構成來加以說明。圖19係顯示第3實施形態相關之成膜裝置101的概略構成一範例之剖面圖。由於第3實施形態相關之成膜裝置101係與第1及第2實施形態相關之成膜裝置101的構成在部分上為相同，故就相同部分附加相同符號並省略說明，而主要以不同點來進行說明。
氣體供給機構5係進一步地具有核生成氣體供給源58a來作為成膜出基底膜之氣體供給源。另外，圖19所示之氣體供給機構5中雖將各氣體供給源分別分開顯示，但對可共通化之氣體供給源亦可共通化。
核生成氣體供給源58a會透過氣體供給管線58b來將用以生成會在之後形成為金屬層的核之核生成氣體供給至處理容器1內。核生成氣體係以使金屬層易於均勻成膜在晶圓W的方式來生成核之氣體，在金屬層為鎢膜的情況下，核生成氣體可舉有B2H6氣體、BCl3氣體、SiH4氣體、Si2H6氣體、SiH2Cl2氣體。例如，核生成氣體供給源58a會供給B2H6氣體來作為核生成氣體。氣體供給管線58b係從上游側介設有流量控制器58c、儲存槽58d以及閥58e。氣體供給管線58b之閥58e下游側會連接於氣體供給管線55b。從核生成氣體供給源58a所供給至核生成氣體會在被供給至處理容器1內前被暫時儲存在儲存槽58d，而在儲存槽58d內升壓制既定壓力後，被供給至處理容器1內。核生成氣體從儲存槽58d朝處理容器1之供給及停止會藉由閥58e來加以進行。如此般，藉由將核生成氣體朝儲存槽58d暫時儲存，便可以較大之流量來將核生成氣體穩定地供給至處理容器1內。
接著，便就第3實施形態相關之成膜裝置101成膜出基底膜之流程來加以說明。成膜裝置101會將含Ti氣體、含Al氣體、核生成氣體反覆供給至處 理容器1內，來成膜出基底膜。例如，成膜裝置101係藉由反覆下述工序至少1次以上來成膜出基底膜：夾置著沖淨工序，並藉由至少反覆1次含Ti氣體與反應氣體之交互供給來形成第1基底膜之工序；夾置著沖淨工序，並藉由至少反覆1次含Al氣體與反應氣體之交互供給來形成第2基底膜之工序；以及夾置著沖淨工序，並藉由至少反覆1次核生成氣體之供給來形成第3基底膜之工序。本實施形態中係成膜出會將作為第1基底膜之TiN膜、作為第2基底膜之AlN膜、作為第3基底膜之利用B2H6氣體的含B膜薄薄地交互層積的AlTiBN膜來作為基底膜。
圖20係顯示在成膜出第3實施形態相關之基底膜時的氣體供給機制之圖式。由於圖20所示之氣體供給機制的步驟S11~S18係與圖7所示之氣體供給機制相同，故省略說明。
控制部6會開啟閥53e、57e，而從N2氣體供給源53a、57a來分別將既定流量的載體氣體(N2氣體)供給至氣體供給管線53b、57b。又，控制部6會停止來自含Ti氣體供給源56a、含Al氣體供給源51a及NH3氣體供給源55a的含Ti氣體、含Al氣體、NH3氣體的供給。又，控制部6會從N2氣體供給源52a,54a、核生成氣體供給源58a來分別將N2氣體、核生成氣體供給至氣體供給管線52b、54b、58b。此時，由於會關閉閥52e、54e、58e，故N2氣體、核生成氣體會被分別儲存於儲存槽52d、54d、58d，而使儲存槽52d、54d、58d內升壓。
控制部6會在開啟閥52e、54e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥52e、54e，而停止沖淨氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥58e，來將儲存於儲存槽58d的核生成氣體供給至處理容器1內，以在晶圓W表面進行核生成(步驟S19)。
控制部6會在開啟閥58e而經過既定時間(例如0.05~5秒)後，關閉閥58e，而停止核生成氣體朝處理容器1內之供給。又，控制部6會開啟閥52e、54e來將儲存於儲存槽52d、54d的N2氣體作為沖淨氣體供給至處理容器1內(步驟S20)。此時，由於是從壓力上升後之狀態的儲存槽52d、54d來供給N2氣體，故會以較大的流量，例如較載體氣體之流量要大的流量來將沖淨氣體供給至處理容器1內。因此，殘留在處理容器1內之核生成氣體便會朝排氣配管41被迅速排出，而在短時間將處理容器1內從核生成氣體氛圍置換為N2氣體氛圍。藉由關閉閥58e，來將從核生成氣體供給源58a供給至氣體供給管線58b的核生成氣體儲存在儲存槽58d，而使儲存槽58d內升壓。又，可藉由關閉閥58e，來將從氣體供給管線53b及氣體供給管線57b所供給之載體氣體(N2)作為沖淨氣體來發揮功能，以將剩餘的核生成氣體排氣。
此步驟S19~S20之C循環會對應於形成第3基底膜之工序。
控制部6會藉由反覆複數次步驟S11~S20之循環，來成膜出所欲膜厚之AlTiBN膜作為基底膜。
另外，圖20所示之在成膜出基底膜時的氣體供給機制及程序氣體的條件係一範例，而並非限定於此。基底膜之成膜亦可使用其他氣體供給機制及程序氣體的條件。
在此，圖20所示之氣體供給機制中，係藉由步驟S11~S14的A循環來形成含Ti膜，藉由步驟S15~S18的B循環來形成含Al膜，藉由步驟S19~S20的C循環來形成含B膜。因此，在實施基底膜之成膜時，便可藉由改變A循環、B循環、C循環的實施次數來控制基底膜之Ti與Al與B之含有率。
基底膜從AlO層上的密合性及抑制反應的觀點看來，較佳地係使下部的Ti含有率較高。又，基底膜從AlO層上金屬層的形成容易度及配向的觀點看來，較佳地係使中間部的Al含有率較高。又，基底膜從成膜出鎢膜的觀點看來，較佳地係使上部的B含有率較高。因此，AlTiBN膜較佳地係使下部的Ti含有率較高，使中間部的Al含有率較高，使上部的B含有率較高。
於是，控制部6在形成基底膜之情況，會控制形成第1基底膜之工序、形成第2基底膜之工序以及形成第3基底膜之工序的實行次數，來調整第1基底膜與第2基底膜與第3基底膜之成膜比率。藉此，便可在基底膜作出元素濃度之梯度。例如控制部6會在形成基底膜之下部的情況，將形成第1基底膜之工序實行較形成第2基底膜之工序及形成第3基底膜之工序要多次。又，控制部6會在形成基底膜之中間部的情況，將形成第2基底膜之工序實行較形成第1基底膜之工序及形成第3基底膜之工序要多次。又，控制部6會在形成基底膜之上部的情況，將形成第3基底膜之工序實行較形成第1基底膜之工序及形成第2基底膜之工序要多次。另外，基底膜從與AlO層之密合性的觀點看來，較佳地係先實施A循環。又，基底膜從金屬層的形成容易度及配向的觀點看來，較佳地係在最後實施C循環。
第3實施形態相關之成膜系統100中，係將成膜出AlTiBN膜之晶圓W搬送至成膜裝置102~104的任一者，而從成膜裝置102~104的任一者來對晶圓W進行鎢膜之成膜處理。
圖21係顯示第3實施形態相關之晶圓的層構成一範例之圖式。圖21係顯示藉由第3本實施形態相關之成膜方法所成膜出的晶圓W之層構成一範例。晶圓W係在未圖示之矽(SiO2)層上，形成有用以阻擋之AlO層。然後，晶圓 W從密合性及抑制反應之觀點看來，會在AlO層上藉由本實施形態相關之成膜方法來形成有厚度為例如1nm之AlTiBN膜作為基底膜。AlTiBN膜係成膜為使下部的Ti含有率較高，使中間部的Al含有率較高，使上部的B含有率較高。然後，晶圓W係在AlTiBN膜上形成有低阻抗之鎢膜(W)。
由於本實施形態之層構成中，AlTiBN膜會兼具Nucleation膜之功能，故無需進行Nucleation膜之成膜。藉此，由於本實施形態之層構成會將鎢膜較厚地成膜為Nucleation膜之厚度，故即便在薄膜化的情況，仍可達成鎢膜之低阻抗化。
如此般，本實施形態相關之成膜方法係在形成基底膜之工序中，會進一步地將核生成氣體反覆供給至處理容器1內來形成基底膜。藉此，由於本實施形態相關之成膜方法並無須進行Nucleation膜之成膜，故即便在薄膜化的情況，仍可達成鎢膜之低阻抗化。
又，本實施形態相關之成膜方法係在形成基底膜之工序中，藉由反覆下述工序至少1次以上：夾置著沖淨工序，並藉由至少反覆1次含Ti氣體與反應氣體之交互供給來形成第1基底膜之工序；夾置著沖淨工序，並藉由至少反覆1次含Al氣體與反應氣體之交互供給來形成第2基底膜之工序；以及夾置著沖淨工序，並藉由至少反覆1次核生成氣體之供給來形成第3基底膜之工序。藉此，本實施形態相關之成膜方法便會成膜出將第1基底膜、第2基底膜、第3基底膜薄薄地交互層積的基底膜，而藉由改變第1基底膜、第2基底膜、第3基底膜之比率來作出元素濃度之梯度。
以上，雖已就實施形態來加以說明，但本次所揭露之實施形態在所有點上都應只為例示而非為限制。實際上，上述實施形態係可以多樣形態來 具體呈現。又，上述實施形態係可不超出申請專利範圍及其主旨來以各種形態進行省略、置換、變更。
例如，實施形態相關之成膜系統100係以在其他成膜裝置來實施基底膜之成膜與金屬層之成膜的情況為範例加以說明，但不限於此。例如，可在相同成膜裝置來實施基底膜之成膜與金屬層之成膜。例如，成膜系統100中，成膜裝置101~104亦可分別實施基底膜之成膜與金屬層之成膜。在此情況，成膜裝置101~104只要為具有能結合圖2~4所示之氣體供給機構5的構成者即可。圖22係顯示另一實施形態相關的成膜裝置之概略構成一範例的剖面圖。圖22所示之成膜裝置101除了圖2所示的氣體供給機構5之構成之外，還具有圖3、圖4所示之氣體供給機構5之構成。成膜系統100中，係可藉由在成膜裝置101~104分別實施基底膜之成膜與金屬層之成膜，來削減在基底膜之成膜與金屬層之成膜之間於成膜裝置間的晶圓W之搬送時間，而提高生產性。
又，雖實施形態相關之成膜系統100係以在成膜出AlTiN膜或AlTiBN膜時，使用NH3氣體來作為會與含Ti氣體或含Al氣體反應之反應氣體的情況為範例來加以說明，但並不限於此。例如，反應氣體亦可使用聯氨氣體。又，亦可使用NH3氣體與聯氨氣體。例如，可讓含Ti氣體與聯氨氣體反應而使TiN吸附於晶圓W表面，讓含Al氣體與NH3氣體反應而使AlN吸附於晶圓W表面。又，可讓含Ti氣體與NH3氣體反應而使TiN吸附於晶圓W表面，讓含Al氣體與聯氨氣體反應而使AlN吸附於晶圓W表面。
又，雖實施形態相關之成膜系統100係舉使用H2氣體來作為形成主鎢膜之還原氣體的情況為範例來加以說明，但只要為含有氫之還原性氣體的話即可，除了H2氣體之外，還可使用SiH4氣體、B2H6氣體、NH3氣體等。形成主鎢 膜之還原氣體係可供給H2氣體、SiH4氣體、B2H6氣體以及NH3氣體中之2種以上。又，亦可使用該等以外的其他還原氣體，例如PH3氣體、SiH2Cl2氣體。從更降低膜中之雜質以得到低阻抗值的觀點看來，較佳地係使用H2氣體。進一步地，作為沖淨氣體及載體氣體亦可使用Ar氣體等的其他非活性氣體來取代N2氣體。
又，雖就將半導體晶圓作為基板為範例來加以說明，半導體晶圓可為矽、亦可為GaAs、SiC、GaN等的化合物半導體，進一步地，並不限於半導體晶圓，亦可適用在液晶顯示裝置等的FPD(平板顯示器)所使用的玻璃基板或陶瓷基板等。
100‧‧‧成膜系統
101~104‧‧‧成膜裝置
301‧‧‧真空搬送室
302‧‧‧裝載互鎖室
303‧‧‧大氣搬送室
304‧‧‧對位腔室
305‧‧‧載具拾取埠
306‧‧‧搬送機構
307a、307b‧‧‧搬送壁
308‧‧‧搬送機構
W‧‧‧晶圓
C‧‧‧載具
G、G1、G2‧‧‧閘閥

Claims (26)

  1. 一種成膜方法，係具有：
    將形成有絕緣膜之基板配置於處理容器內，而在減壓氛圍下，將含Ti氣體、含Al氣體與反應氣體反覆供給至該處理容器內，以形成基底膜的工序；以及
    在形成有該基底膜之該基板形成金屬材料之金屬層的工序。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序係反覆下述工序1次以上；
    在夾置著沖淨工序下，至少反覆1次該含Ti氣體與該反應氣體之交互供給，來形成第1基底膜的工序；
    在夾置著沖淨工序下，至少反覆1次該含Al氣體與該反應氣體之交互供給，來形成第2基底膜的工序。
  3. 如申請專利範圍第2項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序係在形成該基底膜之下部的情況下，實行形成該第1基底膜之工序較形成該第2基底膜之工序要多次；
    形成該基底膜之工序係在形成該基底膜之上部的情況下，則實行形成該第2基底膜之工序較形成該第1基底膜之工序要多次。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序會先實行形成該第1基底膜之工序。
  5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序會在最後實行形成該第2基底膜之工序。
  6. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序係在形成該基底膜之下部的情況，會將該含Ti氣體之供給量增加至較該含Al氣體之供 給量要多，在形成該基底膜之上部的情況，則會將該含Ti氣體之供給量降低至較該含Al氣體之供給量要少，在夾置著沖淨工序下來依序將該含Ti氣體、該含Al氣體與該反應氣體反覆供給至該處理容器內，以形成該基底膜。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之成膜方法，其中該含Ti氣體係包含TiCl4、TDMAT、TMEAT的任一種；
    該含Al氣體係包含TMA、AlCl3的任一種。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序係將該基板之溫度加熱至250~550℃來形成基底膜。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之成膜方法，其中形成該金屬層之工序係具有：核形成工序，係形成金屬之初期膜；以及主工序，係形成金屬之主成膜。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之成膜方法，其中該金屬材料係含有W、Cu、Co、Ru、Mo中之任一種。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之成膜方法，其中該反應氣體係含N氣體、稀有氣體、非活性氣體的任一種。
  12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之成膜方法，其中該反應氣體係NH3氣體、聯氨氣體的任一種。
  13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之成膜方法，其中該基底膜之膜厚係3.5nm以下。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之成膜方法，其中該基底膜的Ti與Al的組成比為20~95%：5~80%。
  15. 如申請專利範圍第1至14項中任一項之成膜方法，其中該基底膜係非晶膜。
  16. 如申請專利範圍第1至5、7至15項中任一項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序係進一步地將核生成氣體反覆供給至該處理容器內，以形成該基底膜。
  17. 如申請專利範圍第16項之成膜方法，其中形成該基底膜之工序係反覆下述工序至少1次以上；
    在夾置著沖淨工序下而重複至少1次該含Ti氣體與該反應氣體之交互供給來形成第1基底膜之工序；
    在夾置著沖淨工序下而重複至少1次該含Al氣體與該反應氣體之交互供給來形成第2基底膜之工序；
    在夾置著沖淨工序下而重複至少1次該核生成氣體之供給來形成第3基底膜之工序。
  18. 如申請專利範圍第1至17項中任一項之成膜方法，其中該絕緣膜係AlO層、SiO2層或SiN層的任一種。
  19. 如申請專利範圍第1至18項中任一項之成膜方法，其中該基板係具有凹部，且會使該凹部之內部表面的至少一部份露出該絕緣膜；
    在該絕緣膜上形成該基底膜及該金屬層，以填埋該凹部。
  20. 一種成膜系統，係實行下述處理：將形成有絕緣膜之基板配置於處理容器內，而在減壓氛圍下，將含Ti氣體、含Al氣體與反應氣體反覆供給至該處理容器內，以形成基底膜；
    在形成有該基底膜之該基板形成金屬材料之金屬層。
  21. 如申請專利範圍第20項之成膜方法，其中該基底膜之形成與該金屬層之形成係在不同處理容器內進行。
  22. 如申請專利範圍第20或21項之成膜方法，其中該基底膜之形成與該金屬層之形成係維持住真空來加以進行。
  23. 如申請專利範圍第20至22項中任一項之成膜方法，其中形成該金屬層之工序係具有：形成初期金屬膜之工序；以及形成主金屬膜之工序；
    該基底膜之形成與該初期金屬膜之形成係在相同處理容器內進行。
  24. 如申請專利範圍第20項之成膜方法，其中該基底膜之形成與該金屬層之形成係在相同處理容器內進行。
  25. 一種成膜裝置，係實行下述處理：將形成有絕緣膜之基板配置於處理容器內，而在減壓氛圍下，將含Ti氣體、含Al氣體與反應氣體反覆供給至該處理容器內，以形成基底膜；
    在形成有該基底膜之該基板形成金屬材料之金屬層。
  26. 一種成膜方法，係形成鎢膜，將形成有絕緣膜之基板配置於處理容器內，而在減壓氛圍下，反覆將含TiCl4氣體、TMA氣體與NH3氣體供給至該基板之循環，以在該絕緣膜上形成基底膜；
    反覆將WF6氣體與B2H6氣體交互供給至形成有該基底膜之該基板，來形成初期鎢膜；
    反覆將WF6氣體與H2氣體交互供給至形成有該初期鎢膜之該基板，來形成主鎢膜。
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