鎢膜的成膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鎢膜的成膜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造LSI時(shí)，M0SFET柵極電極、與源極.漏極的觸點(diǎn)(contact)、存儲(chǔ)器的字線(xiàn)等廣泛使用鎢。在多層配線(xiàn)步驟中，主要使用銅配線(xiàn)，但是其缺乏耐熱性。鎢配線(xiàn)特別用于需要提供大致500°C以上的耐熱性的部分、接近晶體管的使用銅時(shí)可能因銅的擴(kuò)散導(dǎo)致電特性劣化的部分等。
[0003]作為鎢的成膜處理，以前使用物理蒸鍍(PVD)法，但是在被要求較高的覆蓋率(step coverage，階梯覆蓋)的部分，在PVD法中因與較高的階梯覆蓋難以對(duì)應(yīng)等原因，而以能夠與器件的微細(xì)化充分對(duì)應(yīng)的化學(xué)蒸鍍(CVD)法進(jìn)行成膜。
[0004]作為基于這樣的CVD法的鎢膜(CVD-鎢膜)的成膜方法，通常使用如下方法:作為原料氣體，例如使用六氟化鎢(wf6)并且作為還原氣體的h2氣體，在晶片上產(chǎn)生WF6+3H2— W+6HF的反應(yīng)(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2)。
[0005]但是，在使用WF6氣體將CVD-鎢膜成膜的情況下，在半導(dǎo)體器件中特別是柵極電極和存儲(chǔ)器的字線(xiàn)等，WF6K含有的氟將柵極絕緣膜還原，使電特性劣化的可能性較大，因此，研究使用不含有氟的六氯化鎢(WC16)作為原料氣體使CVD-鎢膜成膜(例如非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。氯雖然也具有還原性，但是反應(yīng)性比氟弱，期待其對(duì)電特性的不良影響會(huì)比較少。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-193233號(hào)公報(bào)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2004-273764號(hào)公報(bào)
[0010]非專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0011]非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:J.A.M.Ammerlaan et al.，"Chemical vapor deposit1n oftungsten by H2reduct1n of WC16〃，Applied Surface Science 53(1991)，pp.24-29

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013]但是，近來(lái)，隨著半導(dǎo)體器件的微細(xì)化日益發(fā)展，就連用所謂能夠獲得良好的階梯覆蓋的CVD也難以獲得充分的階梯覆蓋，從獲得更高的階梯覆蓋的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，隔著吹掃(purge)順序供給原料氣體和還原氣體的原子層堆積(ALD)法得到關(guān)注。
[0014]但是，在使用作為原料氣體的胃(:16氣體和作為還原氣體的!12氣體通過(guò)ALD法將鎢膜成膜的情況下，存在每1個(gè)循環(huán)的堆積膜厚變薄、為了堆積所期望的膜厚而耗費(fèi)更多時(shí)間的問(wèn)題。
[0015]本發(fā)明是鑒于這樣的問(wèn)題而完成的，提供一種在使用WC16氣體作為原料氣體通過(guò)順序供給氣體來(lái)形成鎢膜的情況下，能夠以足夠的堆積速度將鎢膜成膜的鎢膜的成膜方法。
[0016]用于解決問(wèn)題的技術(shù)方案
[0017]本發(fā)明人首先研究使用胃(:16氣體作為原料氣體通過(guò)ALD法將鎢膜成膜時(shí)堆積速度變慢的原因。其結(jié)果，推測(cè)是如下原因:被供給的WC16氣體與已經(jīng)成膜的鎢膜發(fā)生反應(yīng)，形成 WC15、WC14、WC12等次氯化物(sbchloride) (WClx(x<6))將鎢膜蝕刻。
[0018]而且，進(jìn)一步研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn):這樣的蝕刻，在供給呢16氣體時(shí)，同時(shí)供給能夠抑制次氯化物(WClx(x〈6))生成的Cl2氣體、以及同時(shí)供給還原氣體是有效的，從而完成本發(fā)明。
[0019]S卩，本發(fā)明的第一方面提供一種鎢膜的成膜方法，其特征在于:對(duì)收納有被處理基板并且保持在減壓環(huán)境下的腔室內(nèi)，順序(按時(shí)序)供給作為鎢原料氣體的WC16氣體、由含有氫的還原性氣體構(gòu)成的還原氣體和吹掃氣體，由此在被處理基板的表面形成鎢膜，在供給上述評(píng)(:16氣體時(shí)同時(shí)供給C1 2氣體。
[0020]在上述第一方面的發(fā)明中，通過(guò)下述步驟形成媽單位膜:對(duì)上述腔室內(nèi)供給上述WC16氣體和上述C12氣體的第一步驟、對(duì)上述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第二步驟、對(duì)上述腔室內(nèi)供給上述還原氣體的第三步驟和對(duì)上述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第四步驟，將上述第一步驟至上述第四步驟反復(fù)循環(huán)多次，由此形成期望厚度的鎢膜。
[0021]另外，能夠采用如下結(jié)構(gòu):上述WC16氣體，是通過(guò)對(duì)固體狀的WC1JI料供給載氣而輸送到上述腔室內(nèi)的，使用Cl2氣體作為上述載氣的至少一部分，由此將C12氣體與WC16氣體同時(shí)供給到上述腔室。
[0022]本發(fā)明的第二方面提供一種鎢膜的成膜方法，其特征在于:對(duì)收納有被處理基板并且保持在減壓環(huán)境下的腔室內(nèi)，順序(按時(shí)序)供給作為鎢原料氣體的WC16氣體、由含有氫的還原性氣體構(gòu)成的還原氣體和吹掃氣體，由此在被處理基板的表面形成鎢膜，在供給上述wci6氣體時(shí)同時(shí)供給上述還原氣體或者在上述腔室內(nèi)存在有上述還原氣體的狀態(tài)下供給上述WC16氣體。
[0023]在上述第二方面的本發(fā)明中，能夠采用如下結(jié)構(gòu):通過(guò)下述步驟形成鎢單位膜:對(duì)上述腔室內(nèi)供給上述wci6氣體和上述還原氣體的第一步驟、對(duì)上述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第二步驟、對(duì)上述腔室內(nèi)供給上述還原氣體的第三步驟和對(duì)上述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第四步驟，將上述第一步驟至上述第四步驟反復(fù)循環(huán)多次，由此形成期望厚度的鎢膜。
[0024]在上述第一方面和第二方面的任一本發(fā)明中，作為上述還原氣體能夠使用比氣體、SiH4氣體、B 2H6氣體、NH3氣體中的至少一種。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，在順序供給作為鎢原料氣體的WC16氣體、由含有氫的還原氣體構(gòu)成的還原氣體和吹掃氣體而在被處理基板的表面將鎢膜成膜時(shí)，與WC16氣體同時(shí)供給C1 2氣體、或者在供給WC16氣體時(shí)同時(shí)供給還原氣體或成為在腔室內(nèi)存在有還原氣體的狀態(tài)，因此能夠抑制供給WC16氣體時(shí)的鎢膜的蝕刻，能夠以足夠快的堆積速度將鎢膜成膜。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的成膜方法的成膜裝置的一個(gè)例子的截面圖。
[0028]圖2是表示第一實(shí)施方式涉及的成膜方法的氣體供給順序的時(shí)序圖。
[0029]圖3是表示用于實(shí)施本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的成膜方法的成膜裝置的另一例的截面圖。
[0030]圖4是表示用于實(shí)施本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的成膜方法的成膜裝置的一個(gè)例子的截面圖。
[0031]圖5是表示第二實(shí)施方式涉及的成膜方法的氣體供給順序的時(shí)序圖。
[0032]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0033]1:腔室
[0034]2:基座
[0035]5:加熱器
[0036]10:噴淋頭
[0037]30:氣體供給機(jī)構(gòu)
[0038]31:成膜原料罐
[0039]32:載氣配管
[0040]33、61、71:N2 氣體供給源
[0041]36:原料氣體送出配管
[0042]42:?氣體供給源
[0043]50:控制部
[0044]51:處理控制器(process controller)
[0045]53:存儲(chǔ)部
[0046]81、91:C12氣體供給配管
[0047]82、92:C12氣體供給源
[0048]100、100'、101:成膜裝置
[0049]W:半導(dǎo)體晶片
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0051]〈第一實(shí)施方式〉
[0052]首先，說(shuō)明第一實(shí)施方式。
[0053][成膜裝置的例子]
[0054]圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的鎢膜的成膜方法的成膜裝置的一個(gè)例子的截面圖。
[0055]如圖1所示，成膜裝置100具有氣密地構(gòu)成的大致圓筒狀的腔室1，在其中用于將作為被處理基板的晶片W水平地支承的基座2以由從后述的排氣室的底部到達(dá)其中央下部的圓筒狀的支承部件3支承的狀態(tài)配置。該基座2例如由A1N等陶瓷構(gòu)成。另外，在基座2埋入有加熱器5，該加熱器5與加熱器電源6連接。另一方面，在基座2的上表面附近設(shè)置有熱電偶7，熱電偶7的信號(hào)被傳送到加熱器控制器8。然后，加熱器控制器8根據(jù)熱電偶7的信號(hào)向加熱器電源6發(fā)送指令，控制加熱器5的加熱，將晶片W控制成規(guī)定的溫度。此外，在基座2，以相對(duì)于基座2的表面能夠突出和沒(méi)入(縮入)的方式設(shè)置有3根晶片升降銷(xiāo)(未圖示)，在輸送晶片W時(shí)，成為從基座2的表面突出的狀態(tài)。此外，基座2能夠通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(未圖示)升降。
[0056]在腔室1的頂壁la形成有圓形的孔lb，以從這里向腔室1內(nèi)突出的方式嵌入有噴淋頭10。噴淋頭10用于將從后述的氣體供給機(jī)構(gòu)30供給的作為成膜原料氣體的胃(:16氣體排出到腔室1內(nèi)，在其上部具有:導(dǎo)入WC16氣體和作為吹掃氣體的~2氣體的第一導(dǎo)入通路11、以及導(dǎo)入作為還原氣體的H2氣體和作為吹掃氣體的N2氣體的第二導(dǎo)入通路12。
[0057]在噴淋頭10的內(nèi)部，上下2段地設(shè)置有空間13、14。上側(cè)的空間13與第一導(dǎo)入通路11連接，第一氣體排出通路15從該空間13延伸至噴淋頭10的底面。下側(cè)的空間14與第二導(dǎo)入通路12連接，第二氣體排出通路16從該空間14延伸至噴淋頭10的底面。S卩，噴淋頭10形成為作為成膜原料氣體的胃(:16氣體和作為還原氣體的1氣體分別獨(dú)立地從排出通路15和16排出。
[0058]在腔室1的底壁設(shè)置有向下方突出的排氣室21。排氣室21的側(cè)面與排氣管22連接，該排氣管22與具有真空栗、壓力控制閥等的排氣裝置23連接。而且，通過(guò)使該排氣裝置23運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠使腔室1內(nèi)形成為規(guī)定的減壓狀態(tài)。
[0059]在腔室1的側(cè)壁設(shè)置有:用于進(jìn)行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口 24和對(duì)該搬入搬