鎢膜的成膜方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠通過使用了WCl6氣體作為原料氣體的ALD法來以較高的生產(chǎn)率形成填埋性良好的鎢膜的鎢膜的成膜方法。在收容有被處理基板并被保持在減壓氣氛下的腔室內(nèi)，利用ALD法在被處理基板的表面形成鎢膜時(shí)，在供給氯化鎢氣體時(shí)，以ALD反應(yīng)為主體的程度添加還原氣體，在該ALD法中，以隔著腔室內(nèi)的吹掃的方式交替地供給作為鎢原料氣體的氯化鎢氣體以及用于對氯化鎢氣體進(jìn)行還原的還原氣體。
【專利說明】
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)，MOSFET柵電極、源電極.漏電極的觸頭、存儲(chǔ)器的字線等廣泛使用鎢。在多層配線工序中，主要使用銅配線，但銅缺乏耐熱性，另外，銅容易擴(kuò)散，因此，要求耐熱性的部分、擔(dān)心由銅的擴(kuò)散引起的電特性的劣化的部分等使用鎢。
[0003]作為鎢的成膜處理，以前使用了物理蒸鍍(PVD)法，但在要求較高的覆蓋率(階梯覆蓋率)的部分，難以利用PVD法應(yīng)對，因此，以階梯覆蓋率良好的化學(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:使用作為原料氣體的例如六氟化鎢(WF6)以及作為還原氣體的H2氣體，在作為被處理基板的半導(dǎo)體晶圓上產(chǎn)生WF6+3H2—W+6HF的反應(yīng)(例如專利文獻(xiàn)1、2)。
[0005]但是，在使用WF6氣體來形成CVD-鎢膜的情況下，對于半導(dǎo)體器件的、特別是柵電極、存儲(chǔ)器的字線等，WF6所含有的氟很可能對柵極絕緣膜進(jìn)行還原而使電特性劣化。
[0006]作為不含有氟的CVD-W成膜時(shí)的處理氣體，公知有六氯化鎢(WCl6)(例如專利文獻(xiàn)3、非專利文獻(xiàn)I)。氯也與氟同樣地具有還原性，但氯的反應(yīng)性比氟的反應(yīng)性弱，可期待對電特性的不良影響較小。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)I:日本特開2003-193233號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-273764號(hào)公報(bào)[0011 ] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-28572號(hào)公報(bào)
[0012]非專利文獻(xiàn)
[0013]非專利文南犬1: J.A.M.Ammerlaan et al.，“Chemical vapor deposit1n oftungs tenby H2reduct1n of WC16”，Applied Surface Science53(1991)，pp.24-29

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]發(fā)明要解決的問題
[0015]不過，近來，半導(dǎo)體器件的微細(xì)化不斷發(fā)展，連被稱為可獲得良好的階梯覆蓋率的CVD也逐漸變得難以進(jìn)行復(fù)雜形狀圖案的填埋，出于獲得更高的階梯覆蓋率的觀點(diǎn)，隔著吹掃而順序地供給原料氣體和還原氣體的原子層沉積(ALD)法備受注目。
[0016]然而，在使用作為原料氣體的WCl6氣體和作為還原氣體的出氣體并利用ALD法形成鎢膜的情況下，每I個(gè)循環(huán)的沉積膜厚較薄、也就是說成膜速度較小。因此，存在生產(chǎn)率較低這樣的問題。
[0017]因而，本發(fā)明的課題在于，提供一種能夠通過使用了作為原料氣體的WCl6氣體的ALD法以較高的生產(chǎn)率形成填埋性良好的鎢膜的鎢膜的成膜方法。
[0018]用于解決問題的方案
[0019]S卩、本發(fā)明提供一種鎢膜的成膜方法，在該鎢膜的成膜方法中，在收容有被處理基板并被保持在減壓氣氛下的腔室內(nèi)，利用ALD法在被處理基板的表面形成鎢膜，在該ALD法中，以隔著所述腔室內(nèi)的吹掃的方式交替地供給作為鎢原料氣體的氯化鎢氣體以及對氯化鎢氣體進(jìn)行還原的還原氣體，該鎢膜的成膜方法的特征在于，在供給所述氯化鎢氣體時(shí)，以ALD反應(yīng)為主體的程度添加所述還原氣體。
[0020]作為具體的技術(shù)方案，能夠列舉出如下技術(shù)方案:通過以下工序?qū)⑿纬涉u單位膜的操作反復(fù)進(jìn)行多個(gè)循環(huán):向所述腔室內(nèi)供給所述氯化鎢氣體的第I工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第2工序；向所述腔室內(nèi)供給所述還原氣體而對氯化鎢進(jìn)行還原的第3工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第4工序，在所述第I工序時(shí)，添加所述還原氣體。
[0021 ] 此時(shí)，優(yōu)選在所述第I工序時(shí)添加的還原氣體的流量是10sccm?500sccm。另外，優(yōu)選在所述第I工序時(shí)添加的還原氣體的供給期間是氯化鎢氣體的供給期間的一部分。
[0022]另外，作為另一技術(shù)方案，能夠列舉出如下技術(shù)方案:通過以下工序?qū)⑿纬涉u單位膜的操作反復(fù)進(jìn)行多個(gè)循環(huán):向所述腔室內(nèi)供給所述氯化鎢氣體的第I工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第2工序；向所述腔室內(nèi)供給所述還原氣體而對氯化鎢進(jìn)行還原的第3工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第4工序，從所述第I工序到所述第4工序連續(xù)地添加所述還原氣體。
[0023]另外，也可以是，在從所述第I工序到所述第4工序的全部期間內(nèi)連續(xù)地向所述腔室內(nèi)流入吹掃氣體，形成將氯化鎢氣體以及還原氣體向所述腔室供給的流動(dòng)，在所述第2工序以及所述第4工序時(shí)增加吹掃氣體的流量。在該情況下，能夠在所述第2工序以及所述第4工序時(shí)，從相對于連續(xù)的所述吹掃氣體的氣體管線獨(dú)立的氣體管線供給追加的吹掃氣體。
[0024]進(jìn)而，也可以是，在供給所述氯化鎢氣體的氣體管線和在所述第3工序時(shí)供給的還原氣體的氣體管線分別設(shè)置有緩沖罐，經(jīng)由緩沖罐供給氯化鎢氣體以及還原氣體。
[0025]另外，優(yōu)選的是，將在供給所述氯化鎢氣體時(shí)添加的還原氣體和用于還原氯化鎢氣體的還原氣體從彼此獨(dú)立的氣體管線向所述腔室內(nèi)供給，將供給所述添加的還原氣體的添加還原氣體管線設(shè)置得比供給用于所述還原的還原氣體的主還原氣體管線靠朝向所述腔室的氣體的流動(dòng)的上游側(cè)。
[0026]優(yōu)選的是，在成膜處理時(shí)，所述被處理基板的溫度是300°C以上，所述腔室內(nèi)的壓力是5Torr以上。
[0027]另外，能夠優(yōu)選使用WCl6作為所述氯化鎢。作為所述還原氣體，能夠優(yōu)選使用出氣體、SiH4氣體、B2H6氣體、NH3氣體中的至少一種。
[0028]優(yōu)選的是，所述被處理基板具有TiN膜、TiSiN膜、TiSi膜、Ti膜中的任一者作為所述鎢膜的基底。
[0029]也可以具有利用如以上那樣在供給氯化鎢氣體時(shí)添加上述還原氣體的成膜方法進(jìn)行成膜的還原氣體添加成膜期間和利用在供給所述氯化鎢氣體時(shí)不添加還原氣體的ALD法進(jìn)行成膜的還原氣體非添加成膜期間。
[0030]在該情況下，也可以是，在被處理基板表面形成有基底膜，通過兩步驟成膜形成鎢膜，在該兩步驟成膜中，最初進(jìn)行使氯化鎢氣體的流量減少了的初始鎢膜的成膜，之后使氯化鎢氣體的流量增加而進(jìn)行主鎢膜的成膜，形成初始鎢膜時(shí)是所述還原氣體非添加成膜期間，形成主鎢膜時(shí)是所述還原氣體添加成膜期間。另外，也可以重復(fù)所述還原氣體添加成膜期間和所述還原氣體非添加成膜期間。
[0031]發(fā)明的效果
[0032]采用本發(fā)明，在通過隔著吹掃交替地供給氯化鎢氣體以及還原氣體的ALD法在被處理基板的表面形成鎢膜時(shí)，在供給氯化鎢氣體時(shí)，以ALD反應(yīng)為主體的程度添加還原氣體。由此，能夠抑制CVD反應(yīng)并且使氯化鎢氣體活性化，能夠維持高階梯覆蓋率并以高成膜速度形成鎢膜。因此，能夠以較高的生產(chǎn)率獲得填埋性良好的鎢膜。
【附圖說明】
[0033]圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的鎢膜的成膜方法的成膜裝置的一個(gè)例子的剖視圖。
[0034]圖2是表示圖1的成膜裝置中的WCl6氣體供給源的圖。
[0035]圖3是表示第I實(shí)施方式的成膜方法的氣體供給序列的圖。
[0036]圖4是表示第I實(shí)施方式的成膜方法中的、步驟SU^H2氣體的供給期間的例子的圖。
[0037]圖5是表示在一部分的期間應(yīng)用了供給添加H2氣體的序列的例子的圖。
[0038]圖6是用于說明將在最初不供給添加H2氣體、之后添加添加出氣體的例子應(yīng)用于兩步驟成膜的情況的圖。
[0039]圖7是表示第2實(shí)施方式的成膜方法的氣體供給序列的圖。
[0040]圖8是表示實(shí)驗(yàn)例I中的、添加H2氣體流量和每I個(gè)循環(huán)的成膜速度之間的關(guān)系、以及添加H2氣體流量和階梯覆蓋率之間的關(guān)系的圖。
[0041]圖9是用不使用添加出氣體的以往的方法形成了鎢膜的情況和在實(shí)驗(yàn)例I中將添加H2氣體設(shè)為500sccm來形成了媽膜的情況下的截面的SEM照片。
[0042]圖10是表示實(shí)驗(yàn)例2中的、添加H2氣體流量和每I個(gè)循環(huán)的成膜速度之間的關(guān)系、以及添加H2氣體流量和階梯覆蓋率之間的關(guān)系的圖。
[0043]附圖標(biāo)記說明
[0044]1、腔室;2、基座;3、噴頭;4、排氣部;5、氣體供給機(jī)構(gòu);6、控制部;51、WCl6氣體供給源;52、第一 H2氣體供給源;53、第二 H2氣體供給源;54、第一 N2氣體供給源;55、第二 N2氣體供給源;61、WCl6氣體供給管線;62、第一 H2氣體供給管線;63、第二 H2氣體供給管線;66、第一連續(xù)他氣體供給管線;67、第一快速吹掃管線;68、第二連續(xù)他氣體供給管線;69、第二快速吹掃管線;73、74、75、76、77、78、79、開閉閥；100、成膜裝置;W、半導(dǎo)體晶圓。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體地說明。
[0046]〈成膜裝置的例子〉
[0047]圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的鎢膜的成膜方法的成膜裝置的一個(gè)例子的剖視圖。
[0048]如圖1所示，成膜裝置100具有腔室1、用于在腔室I內(nèi)水平地支承作為被處理基板的半導(dǎo)體晶圓(以下簡記為晶圓。)w的基座2、用于向腔室I內(nèi)呈噴淋狀供給處理氣體的噴頭
3、對腔室I的內(nèi)部進(jìn)行排氣的排氣部4、向噴頭3供給處理氣體的處理氣體供給機(jī)構(gòu)5以及控制部6。
[0049]腔室I由鋁等金屬構(gòu)成，具有大致圓筒狀。在腔室I的側(cè)壁形成有用于對晶圓W進(jìn)行輸入輸出的輸入輸出口 11，輸入輸出口 11可由閘閥12開閉。在腔室I的主體之上設(shè)有截面呈矩形形狀的圓環(huán)狀的排氣管道13。在排氣管道13上沿著內(nèi)周面形成有狹縫13a。另外，在排氣管道13的外壁形成有排氣口 13b。在排氣管道13的上表面以堵塞腔室I的上部開口的方式設(shè)有頂壁14。頂壁14和排氣管道13之間被密封圈15氣密地密封。
[0050]基座2呈與晶圓W相對應(yīng)的大小的圓板狀，被支承于支承構(gòu)件23。該基座2由氮化鋁(AlN)等陶瓷材料、鋁、鎳基合金等金屬材料構(gòu)成，在內(nèi)部埋入有用于對晶圓W進(jìn)行加熱的加熱器21。從加熱器電源(未圖示)對加熱器21供電而加熱器21發(fā)熱。而且，根據(jù)設(shè)于基座2的上表面的晶圓載置面附近的熱電偶(未圖示)的溫度信號(hào)來控制加熱器21的輸出，從而將晶圓W控制為預(yù)定的溫度。
[0051]由氧化鋁等陶瓷構(gòu)成的罩構(gòu)件22以覆蓋晶圓載置面的外周區(qū)域以及基座2的側(cè)面的方式設(shè)在基座2上。
[0052]支承基座2的支承構(gòu)件23從基座2的底面中央貫通被形成于腔室I的底壁的孔部而向腔室I的下方延伸，支承構(gòu)件23的下端與升降機(jī)構(gòu)24連接，基座2能夠利用升降機(jī)構(gòu)24并借助支承構(gòu)件23在圖1所示的處理位置和其下方的點(diǎn)劃線所示的能夠輸送晶圓的輸送位置之間升降。另外，在支承構(gòu)件23的處于腔室I的下方的位置安裝有凸緣部25，在腔室I的底面和凸緣部25之間設(shè)有波紋管26，該波紋管26將腔室I內(nèi)的氣氛與外部空氣劃分開，隨著基座2的升降動(dòng)作而伸縮。
[0053]在腔室I的底面附近以從升降板27a向上方突出的方式設(shè)有3根(僅圖示兩根)晶圓支承銷27。晶圓支承銷27能夠利用設(shè)于腔室I的下方的升降機(jī)構(gòu)28并借助升降板27a升降，能夠貫穿處于輸送位置的基座2上所設(shè)有的貫通孔2a而相對于基座2的上表面突出、沒入。通過如此使晶圓支承銷27升降，在晶圓輸送機(jī)構(gòu)(未圖示)和基座2之間進(jìn)行晶圓W的交接。
[0054]噴頭3是金屬制的，與基座2相對地設(shè)置，具有與基座2的直徑大致相同的直徑。噴頭3具有被固定于腔室I的頂壁14的主體部31、與主體部31的下部連接的噴淋板32。在主體31和噴淋板32之間形成有氣體擴(kuò)散空間33，以貫通主體部31以及腔室I的頂壁14的中央的方式設(shè)置的氣體導(dǎo)入孔36連接于該氣體擴(kuò)散空間33。在噴淋板32的周緣部形成有向下方突出的環(huán)狀突起部34，在噴淋板32的環(huán)狀突起部34的內(nèi)側(cè)的平坦面形成有氣體噴出孔35。
[0055]在基座2存在于處理位置的狀態(tài)下，在噴淋板32和基座2之間形成處理空間37，環(huán)狀突起部34和基座2的罩構(gòu)件22的上表面接近而形成環(huán)狀間隙38。
[0056]排氣部4具有與排氣管道13的排氣口13b連接的排氣配管41和與排氣配管41連接的、具有真空栗、壓力控制閥等的排氣機(jī)構(gòu)42。在進(jìn)行處理時(shí)，腔室I內(nèi)的氣體經(jīng)由狹縫13a到達(dá)排氣管道13，從排氣管道13利用排氣部4的排氣機(jī)構(gòu)42經(jīng)由排氣配管41進(jìn)行排氣。
[0057]處理氣體供給機(jī)構(gòu)5具有供給WCl6氣體作為鎢原料氣體即氯化鎢的WCl6氣體供給源51、供給作為主還原氣體的出氣體的第一 H2氣體供給源52、供給作為添加還原氣體的H2氣體的第二出氣體供給源53、供給作為吹掃氣體的N2氣體的第一 N2氣體供給源54以及第二 N2氣體供給源55，還具有從WCl6氣體供給源51延伸的WCl6氣體供給管線61、從第一 H2氣體供給源52延伸的第一 H2氣體供給管線62、從第二 H2氣體供給源53延伸的第二 H2氣體供給管線63、從第一 N2氣體供給源54延伸且向WCl6氣體供給管線61側(cè)供給N2氣體的第一 N2氣體供給管線64、從第二 N2氣體供給源55延伸且向第一 H2氣體供給管線62側(cè)供給N2氣體的第二 N2氣體供給管線65。
[0058]第一N2氣體供給管線64分支為在基于ALD法的成膜過程中始終供給N2氣體的第一連續(xù)N2氣體供給管線66和僅在吹掃工序時(shí)供給犯氣體的第一快速吹掃管線67。另外，第二 N2氣體供給管線65分支為在基于ALD法的成膜過程中始終供給犯氣體的第二連續(xù)他氣體供給管線68和僅在吹掃工序時(shí)供給犯氣體的第二快速吹掃管線69。第一連續(xù)犯氣體供給管線66和第一快速吹掃管線67與第一連接管線70連接，第一連接管線70與WCl6氣體供給管線61連接。另外，第二 H2氣體供給管線63、第二連續(xù)他氣體供給管線68和第二快速吹掃管線69與第二連接管線71連接，第二連接管線71與第一 H2氣體供給管線62連接。WCl6氣體供給管線61和第一 H2氣體供給管線62匯合于合流配管72，合流配管72與上述氣體導(dǎo)入孔36連接。
[0059]在WCl6氣體供給管線61、第一H2氣體供給管線62、第二 H2氣體供給管線63、第一連續(xù)他氣體供給管線66、第一快速吹掃管線67、第二連續(xù)他氣體供給管線68以及第二快速吹掃管線69分別設(shè)有用于在ALD時(shí)切換氣體的開閉閥73、74、75、76、77、78、79。另外，在第一 H2氣體供給管線62、第二 H2氣體供給管線63、第一連續(xù)犯氣體供給管線66、第一快速吹掃管線67、第二連續(xù)犯氣體供給管線68以及第二快速吹掃管線69的比開閉閥靠上游側(cè)的部分分別設(shè)有作為流量控制器的質(zhì)量流量控制器82、83、84、85、86、87。進(jìn)而，在WCl6氣體供給管線61以及第一 H2氣體供給管線62上以在短時(shí)間內(nèi)能夠供給所需的氣體的方式分別設(shè)有緩沖罐80、
81ο
[0060]如圖2所示，WCl6氣體供給源51具有收容WCl6的成膜原料罐91JCl6在常溫下是固體，在成膜原料罐91內(nèi)收容有固體狀的WCl6。在成膜原料罐91的周圍設(shè)有加熱器91a，將罐91內(nèi)的成膜原料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟榷筗Cl6升華。
[0061 ]在成膜原料罐91中插入有用于從上方供給作為載氣的犯氣體的載氣配管92。載氣配管92與犯載氣供給源93連接。另外，在載氣配管92上設(shè)有作為流量控制器的質(zhì)量流量控制器94及其前后的閥95。另外，在成膜原料罐91內(nèi)從上方插入有上述WCl6氣體供給管線61。在WCl6氣體供給管線61上設(shè)有用于防止作為成膜原料氣體的WCl6氣體的冷凝的加熱器(未圖示)。而且，已在成膜原料罐91內(nèi)升華了的WCl6氣體被N2載氣輸送而向WCl6氣體供給管線61供給。
[0062]載氣配管92和WCl6氣體供給管線61之間利用旁通配管98連接，在該旁通配管98上設(shè)有閥99。在載氣配管92以及WCl6氣體供給管線61中的處于與配管98連接的部分的下游側(cè)的位置分別設(shè)有閥96、97。而且，通過關(guān)閉閥96、97而打開閥99，來自N2載氣供給源93的N2氣體經(jīng)由載氣配管92、旁通配管98能夠?qū)Cl6氣體供給管線61進(jìn)行吹掃。
[0063]控制部6包括具有控制各構(gòu)成部、具體而言閥、電源、加熱器、栗等的微處理器(計(jì)算機(jī))的過程控制器、用戶接口以及存儲(chǔ)部。過程控制器成為與成膜裝置100的各構(gòu)成部電連接而對成膜裝置100的各構(gòu)成部進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)。用戶接口與過程控制器連接，由操作者為了管理成膜裝置100的各構(gòu)成部而進(jìn)行命令的輸入操作等的鍵盤、使成膜裝置的各構(gòu)成部的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況可視化地顯示的顯示器等構(gòu)成。存儲(chǔ)部也與過程控制器連接，在存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)有用于在過程控制器的控制下實(shí)現(xiàn)由成膜裝置100執(zhí)行的各種處理的控制程序、用于根據(jù)處理?xiàng)l件使成膜裝置100的各構(gòu)成部執(zhí)行預(yù)定的處理的控制程序即處理制程、各種數(shù)據(jù)庫等。處理制程存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的存儲(chǔ)介質(zhì)(未圖示)。存儲(chǔ)介質(zhì)既可以是硬盤等的固定地設(shè)置的介質(zhì)，也可以是CDR0M、DVD、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等可移動(dòng)性介質(zhì)。另外，也可以從其他裝置經(jīng)由例如專用線路適當(dāng)?shù)貍鬏斨瞥獭８鶕?jù)需要按照來自用戶接口的指示等將預(yù)定的處理制程從存儲(chǔ)部讀出而使過程控制器執(zhí)行，從而在過程控制器的控制下由成膜裝置100進(jìn)行所望的處理。
[0064]〈成膜方法〉
[0065]接著，說明使用如以上那樣構(gòu)成的成膜裝置100來進(jìn)行的成膜方法的實(shí)施方式。
[0066]本實(shí)施方式的成膜方法應(yīng)用于如下情況:對在例如熱氧化膜的表面或者在具有溝槽、孔等凹部的層間絕緣膜的表面形成有阻擋金屬膜作為基底膜的晶圓形成鎢膜。
[0067][第I實(shí)施方式的成膜方法]
[0068]先說明第I實(shí)施方式的成膜方法。
[0069]首先，在使基座2下降到輸送位置的狀態(tài)下，打開閘閥12，利用輸送裝置(未圖示)將晶圓W經(jīng)由輸入輸出口 11輸入腔室I內(nèi)，載置在被加熱器21加熱到預(yù)定溫度的基座2上，使基座2上升到處理位置，將腔室I內(nèi)減壓到預(yù)定的真空度之后，打開開閉閥76以及開閉閥78，關(guān)閉開閉閥73、74、75、77、79，從第一 N2氣體供給源54以及第二 N2氣體供給源55經(jīng)由第一連續(xù)他氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68向腔室I內(nèi)供給N2氣體而使腔室I內(nèi)的壓力上升，使基座2上的晶圓W的溫度穩(wěn)定。而且，在腔室I內(nèi)達(dá)到預(yù)定壓力之后，如以下那樣利用順序的氣體供給進(jìn)行鎢膜的成膜。作為晶圓W，能夠使用在具有例如溝槽、孔等凹部的層間絕緣膜的表面形成有阻擋金屬膜(例如TiN膜、TiSiN膜、TiSi膜、Ti膜)作為基底膜的晶圓。鎢膜相對于層間絕緣膜的密合力較差、而且培養(yǎng)時(shí)間也變長，因此難以成膜在層間絕緣膜上，通過將TiN膜、TiSiN膜、TiSi膜、或者Ti膜用作基底膜，成膜變得容易。但是，基底膜并不限于此。
[0070]圖3是表示第I實(shí)施方式的成膜方法的氣體供給序列的圖。
[0071]最初，打開開閉閥76以及開閉閥78，在該狀態(tài)下，從第一犯氣體供給源54以及第二N2氣體供給源55經(jīng)由第一連續(xù)N2氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68持續(xù)供給N2氣體，進(jìn)而，通過打開開閉閥73以及開閉閥75，從WCl6氣體供給源51經(jīng)由WCl6氣體供給管線61向腔室I內(nèi)的處理空間37供給WCl6氣體，同時(shí)經(jīng)由從第二 H2氣體供給源53延伸的第二 H2氣體供給管線63向腔室I內(nèi)供給作為添加還原氣體的H2氣體(添加H2氣體)(步驟SI)。此時(shí)，WCl6氣體在暫時(shí)存儲(chǔ)在緩沖罐80之后向腔室I內(nèi)供給。
[0072]利用該步驟SI，WC16吸附于晶圓W表面，由于同時(shí)添加的出的存在，WCl6被活性化。
[0073]接下來，經(jīng)由第一連續(xù)犯氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68繼續(xù)供給N2氣體，在該狀態(tài)下，關(guān)閉開閉閥73、75，停止WCl6氣體以及H2氣體，同時(shí)打開開閉閥77、79，從第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69也供給N2氣體(快速吹掃N2氣體)，利用大流量的N2氣體對處理空間37的剩余的WCl6氣體等進(jìn)行吹掃(步驟S2)。
[0074]接下來，關(guān)閉開閉閥77、79而使來自第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69的犯氣體停止，經(jīng)由第一連續(xù)犯氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68繼續(xù)供給犯氣體，在該狀態(tài)下，打開開閉閥74，從第一H2氣體供給源52經(jīng)由第一H2氣體供給管線62向處理空間37供給作為主還原氣體的H2氣體(主H2氣體)(步驟S3)。此時(shí)，H2氣體在暫時(shí)存儲(chǔ)在緩沖罐81之后向腔室I內(nèi)供給。
[0075]利用該步驟S3，吸附在晶圓W上的WCl6被還原。此時(shí)的主出氣體的流量設(shè)為足夠產(chǎn)生還原反應(yīng)的量，以比步驟SI的添加H2氣體的流量多的流量供給。
[0076]接下來，經(jīng)由第一連續(xù)犯氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68繼續(xù)供給％氣體，在該狀態(tài)下，關(guān)閉開閉閥74而使來自第一H2氣體供給管線62的出氣體的供給停止，同時(shí)打開開閉閥77、79，從第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69也供給N2氣體(快速吹掃N2氣體)，與步驟S2同樣，利用大流量的N2氣體對處理空間37的剩余的H2氣體進(jìn)行吹掃(步驟S4)。
[0077]通過在短時(shí)間內(nèi)將以上的步驟SI?S4進(jìn)行I個(gè)循環(huán)，形成較薄的鎢單位膜，通過反復(fù)將這些步驟的循環(huán)進(jìn)行多個(gè)循環(huán)，形成所期望的膜厚的鎢膜。此時(shí)的鎢膜的膜厚能夠由上述循環(huán)的反復(fù)次數(shù)控制。
[0078]在以往的ALD法中，在步驟SI時(shí)僅供給WCl6氣體，使WCl6氣體吸附于晶圓，在該情況下，WCl6氣體并不能充分地有助于成膜，每I個(gè)循環(huán)的沉積膜厚變薄，成膜速度就變小。相對于此，如本實(shí)施方式那樣，通過在步驟SI時(shí)與WCl6氣體同時(shí)供給還原氣體，所供給的WCl6氣體被活性化，容易產(chǎn)生之后的步驟S3時(shí)的成膜反應(yīng)，能夠維持較高的階梯覆蓋率，而且增厚每I個(gè)循環(huán)的沉積膜厚而增大成膜速度。
[0079]此時(shí)，若與WCl6氣體同時(shí)供給的添加出氣體的流量過多，則在步驟SI中產(chǎn)生CVD反應(yīng)而階梯覆蓋率降低，因此，在步驟SI中，以ALD反應(yīng)為主體的程度供給添加H2氣體。即需要在吸附WCl6氣體時(shí)將添加H2氣體的流量限制為能夠充分地抑制CVD反應(yīng)的程度的流量。此時(shí)的H2氣體流量優(yōu)選是10sccm?500sccm(mL/min)。
[0080]在步驟SI中，H2氣體的供給期間也可以是WCl6氣體供給期間的整個(gè)期間，出于抑制CVD反應(yīng)的觀點(diǎn)，H2氣體的供給期間優(yōu)選是WCl6氣體供給期間的一部分。具體而言，優(yōu)選H2氣體的供給期間是整個(gè)期間的1%?30%左右。另外，H2氣體的供給時(shí)期既可以如圖4的(a)所示那樣是步驟SI的初期，也可以如圖4的(b)所示那樣是步驟SI的后期。當(dāng)然也可以是步驟SI的中間。添加時(shí)期與器件構(gòu)造相對應(yīng)地適當(dāng)調(diào)節(jié)即可，但H2是分子量小于WCl6的分子量的較輕的氣體，因此，若初期就導(dǎo)入H2氣體，則有可能比WCl6氣體先到達(dá)處理空間37而無法充分地發(fā)揮添加效果。因此，后期添加的做法能夠期待更高的添加效果。
[0081]另外，在步驟SI?S4的期間內(nèi)，從第一連續(xù)N2氣體供給管線66、第二連續(xù)犯氣體供給管線68使作為吹掃氣體的N2氣體始終流向WCl6氣體供給管線61以及第一出氣體供給管線62，而且間歇地在步驟SI以及步驟S3供給WCl6氣體和H2氣體，因此，能夠使處理空間37的氣體的置換效率良好。進(jìn)而，在步驟S2以及步驟S4中的處理空間37的吹掃時(shí)，還增加來自第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69的N2氣體，因此，能夠使處理空間37中的氣體的置換效率更加良好。由此，能夠使鎢單位膜的膜厚控制性良好。另外，若在步驟SI中WCl6氣體和出氣體滯留，則它們之間容易產(chǎn)生CVD反應(yīng)，但通過如此提高吹掃工序時(shí)氣體的置換效率，能夠極其有效地抑制CVD反應(yīng)。
[0082]另外，這樣，在步驟SI?S4的期間內(nèi)，從第一連續(xù)N2氣體供給管線66、第二連續(xù)N2氣體供給管線68形成作為吹掃氣體的N2氣體的流動(dòng)，間歇地供給WCl6氣體和H2氣體，但相比在步驟S3時(shí)供給主出氣體的第一 H2氣體供給管線62，在步驟SI時(shí)供給添加H2氣體的第二 H2氣體供給管線63在氣體的流動(dòng)的上游側(cè)供給H2氣體，因此，能夠均勻地供給添加出氣體，能夠使鎢膜的面內(nèi)膜厚分布均勻。
[0083]S卩、主H2氣體的流量大于添加H2氣體的流量，而且各步驟的供給時(shí)間極短，因此，若使主H2氣體處于上游側(cè)，則添加H2氣體的供給被主H2氣體妨礙而難以均勻地供給添加H2氣體。
[0084]在本實(shí)施方式中，利用基于順序的氣體供給的成膜處理，在深徑比較大的凹部內(nèi)滿足高達(dá)大致100%的階梯覆蓋率，而且以較高的生產(chǎn)能力形成鎢膜，因此，需要在不損害階梯覆蓋率的范圍內(nèi)極力增大每I個(gè)循環(huán)的沉積速度而縮短每I個(gè)循環(huán)的時(shí)間。因此，在本實(shí)施方式中，在WCl6氣體供給管線61以及第+H2氣體供給管線62上分別設(shè)置了緩沖罐80、81 ο由此，容易在短時(shí)間內(nèi)供給WCl6氣體以及出氣體，即使在I個(gè)循環(huán)較短的情況下也能夠容易在步驟SI以及S3供給所需的量的WCl6氣體以及出氣體。
[0085]?成膜條件
[0086]在使用了WCl6作為鎢原料的情況下，WC16氣體自身也具有蝕刻作用，因此根據(jù)溫度以及壓力的條件的不同，存在難以形成鎢膜的情況。因而，優(yōu)選溫度.壓力條件是不會(huì)產(chǎn)生那樣的蝕刻反應(yīng)的條件。在溫度較低的區(qū)域中，成膜反應(yīng)和蝕刻反應(yīng)都不產(chǎn)生，因此，為了產(chǎn)生成膜反應(yīng)，優(yōu)選可產(chǎn)生成膜反應(yīng)的程度的高溫，在產(chǎn)生成膜反應(yīng)的高溫下，存在若壓力較低、則產(chǎn)生蝕刻反應(yīng)的傾向。因而，優(yōu)選高溫.高壓條件。
[0087]具體而言，雖然也取決于基底膜的種類，但優(yōu)選晶圓溫度(基座表面溫度):300°C以上、腔室內(nèi)壓力:5Torr(667Pa)以上。出于獲得足夠的成膜量的觀點(diǎn)，溫度不存在上限，但根據(jù)裝置的制約、反應(yīng)性這些方面，事實(shí)上的上限是800°C左右。更優(yōu)選的是300 0C?600 V。另外，關(guān)于壓力，也是出于獲得足夠的成膜量的觀點(diǎn)，不存在上限，但同樣根據(jù)裝置的制約、反應(yīng)性這些方面，事實(shí)上的上限是100Torr(13333Pa)。更優(yōu)選是1Torr?40Torr(1333Pa?5332Pa)。此外，溫度、壓力條件的優(yōu)選范圍根據(jù)裝置的實(shí)際構(gòu)造、其他條件而略微變動(dòng)。
[0088]其他條件的優(yōu)選范圍如下所述。
[0089]WC16 氣體流量:3sccm ?60sccm(mL/min)
[0090](載氣流量:10sccm?2000sccm(mL/min)
[0091 ]主 H2 氣體流量:2000sccm ?8000sccm(mL/min)
[0092]添加H2氣體流量(已述):10sccm?500sccm(mL/min)
[0093]連續(xù)供給N2氣體流量:10sccm?5000sccm(mL/min)
[0094](第一以及第二連續(xù)N2氣體供給管線66、68)
[0095]快速吹掃N2 氣體流量:500sccm ?3000sccm(mL/min)
[0096](第一以及第二快速吹掃管線67、69)
[0097]步驟SI的時(shí)間(每一次):0.01sec?5sec
[0098]步驟S3的時(shí)間(每一次):0.lsec?5sec
[0099]步驟S2、S4的時(shí)間(吹掃)(每一次):0.1sec?5sec
[0100]步驟SI的添加H2氣體供給時(shí)間(每一次):0.0lsec?0.3sec
[0101]成膜原料罐的加溫溫度:130°C?170°C
[0102]此外，作為還原氣體，并不限于H2氣體，只要是含有氫的還原性的氣體即可，除了H2氣體之外，還能夠使用SiH4氣體、B2H6氣體、NH3氣體等。也可以是能夠供給H2氣體、SiH4氣體、B2H6氣體、以及NH3氣體中的兩種以上。另外，也可以使用這些以外的其他還原氣體、例如PH3氣體、SiH2Cl2氣體。出于進(jìn)一步降低膜中的雜質(zhì)而獲得低電阻值的觀點(diǎn)，優(yōu)選使用H2氣體。另外，作為氯化鎢，也能夠使用WCl5。使用呢15也呈現(xiàn)與WCl6大致相同的狀況。進(jìn)而，作為吹掃氣體以及載氣，也能夠替代N2氣體而使用Ar氣體等其他非活性氣體。
[0103]另外，也可以在成膜處理的全部期間內(nèi)應(yīng)用圖3所示的在WCl6氣體供給時(shí)供給添加出氣體的序列，但根據(jù)所應(yīng)用的器件構(gòu)造的不同而也可以不必在成膜處理的全部期間內(nèi)應(yīng)用用于供給添加H2氣體的序列，而在一部分的期間內(nèi)應(yīng)用用于供給添加H2氣體的序列。例如，既可以如圖5的(a)所示那樣在最初進(jìn)行有添加H2氣體的序列、之后進(jìn)行沒有添加H2氣體的序列，也可以如圖5的(b)所示那樣在最初進(jìn)行沒有添加出氣體的序列、之后進(jìn)行有添加H2氣體的序列，也可以如圖5的(c)所示那樣反復(fù)進(jìn)行這些序列。
[0104]例如，作為圖5的(b)的例子，能夠列舉出這樣的情況，如圖6的(a)所示，在兩步驟成膜中，在基底膜(S12膜或者Si基板)201之上隔著TiN膜等阻擋膜202而在最初減少WCl6氣體的供給量來形成初始鎢膜203，之后使WCl6氣體的供給量增加而形成主鎢膜204，在該兩步驟成膜中，如圖6的(b)所示，通過“沒有添加H2氣體”形成初始鎢膜203、通過“有添加H2氣體”形成主鎢膜204。
[0105]即、WCl6氣體具有對構(gòu)成基底的阻擋膜的TiN膜等進(jìn)行蝕刻的作用，因此，需要這樣的工藝:最初減少WCl6氣體供給量來形成抑制了蝕刻的初始鎢膜203，之后，使WCl6氣體供給量增加來形成主鎢膜204。在該情況下，成為初始鎢膜203由于WCl6氣體供給量較少而階梯覆蓋率較差的工藝，當(dāng)在有添加出氣體的情況下進(jìn)行該初始鎢膜203的成膜時(shí)，表面上的WCl6氣體的反應(yīng)消耗被促進(jìn)，階梯覆蓋率就進(jìn)一步惡化。因此，初始鎢膜203的成膜在沒有添加H2氣體的情況下進(jìn)行，在之后的主鎢膜204的成膜中，增加WCl6氣體供給量，因此在有添加出氣體的情況下使生產(chǎn)率增加。
[0106]通過使用添加H2氣體的序列，能夠維持較高的階梯覆蓋率，而且也能夠提高生產(chǎn)能力，但產(chǎn)生CVD反應(yīng)，與沒有添加H2氣體的情況相比較，階梯覆蓋率有可能稍微低下。在這樣的情況下，在要求生產(chǎn)能力的期間進(jìn)行有添加出氣體的序列、在要求可靠地獲得較高的階梯覆蓋率的期間進(jìn)行沒有添加出氣體的序列的做法是有效的。
[0107][第2實(shí)施方式的成膜方法]
[0108]接著說明第2實(shí)施方式的成膜方法。
[0109]在本實(shí)施方式中，與第I實(shí)施方式同樣，首先，在使基座2下降到輸送位置的狀態(tài)下打開閘閥25，利用輸送裝置(未圖示)將晶圓W經(jīng)由輸入輸出口 11輸入腔室I內(nèi)，載置在被加熱器21加熱為預(yù)定溫度的基座2上，使基座2上升到處理位置，將腔室I內(nèi)減壓到預(yù)定的真空度之后，打開開閉閥76以及開閉閥78，關(guān)閉開閉閥73、74、75、77、79，從第一 N2氣體供給源54以及第二他氣體供給源55經(jīng)由第一連續(xù)N2氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68向腔室I內(nèi)供給N2氣體而使腔室I內(nèi)壓力上升，使基座2上的晶圓W的溫度穩(wěn)定。而且，在腔室I內(nèi)達(dá)到預(yù)定壓力之后，如以下那樣利用順序的氣體供給進(jìn)行鎢膜的成膜。作為晶圓W，能夠使用與第I實(shí)施方式同樣的晶圓。
[0110]圖7是表示第2實(shí)施方式的成膜方法的氣體供給序列的圖。
[0111]最初，打開開閉閥76以及開閉閥78，在該狀態(tài)下，從第一犯氣體供給源54以及第二N2氣體供給源55經(jīng)由第一連續(xù)N2氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68持續(xù)供給N2氣體，進(jìn)而，通過打開開閉閥73以及開閉閥75，從WCl6氣體供給源51經(jīng)由WCl6氣體供給管線61向腔室I內(nèi)的處理空間37供給WCl6氣體，同時(shí)經(jīng)由從第二 H2氣體供給源53延伸的第二 H2氣體供給管線63向腔室I內(nèi)供給作為添加還原氣體的H2氣體(添加H2氣體)(步驟Sll)。此時(shí)，WCl6氣體在暫時(shí)存儲(chǔ)在緩沖罐80之后向腔室I內(nèi)供給。
[0112]利用該步驟Sll，WC16吸附于晶圓W表面，由于同時(shí)添加的H2的存在WCl6被活性化。
[0113]接下來，繼續(xù)經(jīng)由第一連續(xù)N2氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68供給他氣體、以及經(jīng)由第二出氣體供給管線63供給添加出氣體，在該狀態(tài)下關(guān)閉開閉閥73而使WCl6氣體停止，同時(shí)打開開閉閥77、79，也從第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69供給N2氣體(快速吹掃N2氣體)，利用大流量的N2氣體對處理空間37的剩余的WCl6氣體等進(jìn)行吹掃(步驟S12)。
[0114]接下來，關(guān)閉開閉閥77、79而使來自第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69的犯氣體停止，繼續(xù)經(jīng)由第一連續(xù)N2氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68供給他氣體、以及經(jīng)由第二出氣體供給管線63供給添加出氣體，在該狀態(tài)下打開開閉閥74而從第一 H2氣體供給源52經(jīng)由第一H2氣體供給管線62將作為主還原氣體的H2氣體(主H2氣體)向處理空間37供給(步驟S13)。此時(shí)，主H2氣體在暫時(shí)存儲(chǔ)在緩沖罐81中之后向腔室I內(nèi)供給。
[0115]利用該步驟S13，吸附于晶圓W上的WCl6被還原。此時(shí)的作為主還原氣體的H2氣體的流量設(shè)為足夠產(chǎn)生還原反應(yīng)的量，以比添加H2氣體的流量多的流量供給。
[0116]接下來，繼續(xù)經(jīng)由第一連續(xù)N2氣體供給管線66以及第二連續(xù)N2氣體供給管線68供給他氣體、以及經(jīng)由第二出氣體供給管線63供給添加出氣體，在該狀態(tài)下關(guān)閉開閉閥74而使來自第一H2氣體供給管線62的出氣體的供給停止，同時(shí)打開開閉閥77、79，也從第一快速吹掃管線67以及第二快速吹掃管線69供給N2氣體(快速吹掃N2氣體)，與步驟S12同樣，利用大流量的N2氣體對處理空間37的剩余的H2氣體進(jìn)行吹掃(步驟S14)。
[0117]通過在短時(shí)間內(nèi)將以上的步驟S11?SI4進(jìn)行I個(gè)循環(huán)，形成較薄的鎢單位膜，通過反復(fù)將這些步驟的循環(huán)進(jìn)行多個(gè)循環(huán)，形成所期望的膜厚的鎢膜。此時(shí)的鎢膜的膜厚能夠由上述循環(huán)的反復(fù)次數(shù)控制。在第2實(shí)施方式中，成膜速度稍差于第I的實(shí)施方式的成膜速度，但存在閥的操作較少這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0118]在本實(shí)施方式中，在步驟SII?S14的期間始終供給添加H2氣體，因此，在步驟SI I中供給WCl6氣體時(shí)，會(huì)供給作為添加還原氣體的添加H2氣體，WCl6氣體被添加H2氣體活性化，容易產(chǎn)生之后的步驟S13時(shí)的成膜反應(yīng)，能夠與第I實(shí)施方式同樣地維持較高的階梯覆蓋率并增厚每I個(gè)循環(huán)的沉積膜厚、增大成膜速度。
[0119]在本實(shí)施方式中，始終供給添加H2氣體，因此，擔(dān)心容易產(chǎn)生CVD反應(yīng)。因而，出于抑制CVD反應(yīng)的觀點(diǎn)，優(yōu)選減少添加H2氣體的流量，具體而言，優(yōu)選是1sccm?500sccm(mL/min) ο
[0120]關(guān)于其他成膜條件，是與第I實(shí)施方式同樣的。另外，與第I實(shí)施方式同樣，作為還原氣體，不限于出氣體，只要是含有氫的還原性的氣體即可，除了出氣體之外，還能夠使用SiH4氣體、B2H6氣體、NH3氣體等。也可以是，能夠供給H2氣體、SiH4氣體、B2H6氣體、以及NH3氣體中的兩種以上。另外，也可以使用這些氣體以外的其他還原氣體、例如PH3氣體、SiH2Cl2氣體。另外，作為氯化鎢，也能夠使用WCl5。進(jìn)而，作為吹掃氣體以及載氣，也能夠替代N2氣體而使用Ar氣體等其他非活性氣體。
[0121]另外，本實(shí)施方式也不限于應(yīng)用在成膜處理的全部期間內(nèi)供給添加出氣體的序列，根據(jù)所應(yīng)用的器件構(gòu)造的不同，也可以應(yīng)用在一部分的期間內(nèi)供給添加H2氣體的序列。
[0122]〈實(shí)驗(yàn)例〉
[0123]接著，說明實(shí)驗(yàn)例。
[0124](實(shí)驗(yàn)例I)
[0125]其中，在形成有頂部的直徑是0.Ιμπι、深徑比是80的孔的晶圓上形成TiN膜作為基底膜，利用圖1的成膜裝置并使用第I實(shí)施方式的序列形成了鎢膜。此時(shí)的條件如下:晶圓溫度:550°(:、腔室內(nèi)壓力:301'0^(4000?&)、成膜原料罐的加溫溫度:170°(:、％載氣流量:8003(3011(1(]16氣體流量:208(^111)、連續(xù)犯氣體流量:1200sccm、快速Ν2氣體流量:1500sccm、主H2氣體流量:5000sccm、添加H2氣體流量:250sccm、500sccm、lOOOsccm、步驟SI的時(shí)間(每一次):0.386(:、步驟32的時(shí)間(每一次):0.2sec、步驟S3的時(shí)間(每一次):0.3sec、步驟S4的時(shí)間(每一次):0.2sec、循環(huán)數(shù):600次。另外，在步驟SI的初期在0.03sec的期間供給了添加H2氣體。
[0126]此時(shí)的添加H2氣體流量和每I個(gè)循環(huán)數(shù)的成膜速度之間的關(guān)系、以及添加H2氣體流量和階梯覆蓋率(底部的膜厚/頂部的膜厚)之間的關(guān)系表示在圖8中。如該圖8所示，添加H2氣體流量在250sccm?100sccm的范圍內(nèi)，可獲得0.03nm/循環(huán)以上的較高的成膜速度，階梯覆蓋率也可獲得較高的值。特別是在添加出氣體流量是500SCCm時(shí)，成膜速度是0.05nm/循環(huán)，階梯覆蓋率是大致100%。這樣，確認(rèn)了利用第I實(shí)施方式的成膜方法能夠兼顧高成膜速度和高階梯覆蓋率。對于此時(shí)的膜厚，在添加出氣體流量是250SCCm時(shí)為20.2nm，在500sccm時(shí)為27.6nm，在100sccm時(shí)為38.5nm。另外，對于電阻值，在添加H2氣體流量是250sccm時(shí)為14.8 Ω /口，在添加H2氣體流量是500sccm時(shí)為9.6 Ω /口，在添加H2氣體流量是100sccm時(shí)為5.9 Ω /□，成為實(shí)用的值。
[0127]相對于此，不使用添加H2氣體地利用ALD法進(jìn)行了成膜。此時(shí)的條件如下:晶圓溫度:550°(:、腔室內(nèi)壓力:301'0^(4000?&)、成膜原料罐的加溫溫度:170°(:、％載氣流量:8003(3011(1(]16氣體流量:208(^111)、連續(xù)犯氣體流量:1200sccm、快速N2氣體流量:1500sccm、主H2氣體流量:5000sccm、步驟SI的時(shí)間(每一次):0.3sec、步驟S2的時(shí)間(每一次):0.286(3、步驟53的時(shí)間(每一次):0.386(:、步驟34的時(shí)間(每一次):0.286(3、循環(huán)數(shù):1200次。其結(jié)果，階梯覆蓋率能夠達(dá)到大致100 %，但成膜速度低至0.133nm/循環(huán)，循環(huán)數(shù)是1200次，膜厚是16.0nm0
[0128]圖9是以不使用添加出氣體的以往的方法形成了鎢膜的情況、將添加出氣體設(shè)為500sCCm而形成了鎢膜的情況下的截面的掃描型顯微鏡(SEM)照片。根據(jù)該照片確認(rèn)了如下內(nèi)容:通過與WCl6氣體同時(shí)供給H2氣體，能夠維持與以往同等的階梯覆蓋率并且以以往的一半的循環(huán)數(shù)就能夠形成大致同等的厚度的鎢膜。
[0129](實(shí)驗(yàn)例2)
[0130]在形成有與實(shí)驗(yàn)例I同樣的頂部的直徑是0.Ιμπι、深徑比是80的孔的晶圓上形成TiN膜作為基底膜，利用圖1的成膜裝置使用第2實(shí)施方式的序列形成了鎢膜。此時(shí)的條件如下:晶圓溫度:550°C、腔室內(nèi)壓力:30Torr(4000Pa)、成膜原料罐的加溫溫度:170°C、Ν2載氣流量:800sccm(WC16氣體流量:20sccm)、連續(xù)N2氣體流量:1200seem、快速N2氣體流量:1500sccm、主H2氣體流量:5000sccm、添加H2氣體流量(始終供給):100seem、300seem、500sccm、步驟Sll的時(shí)間(每一次):0.3sec、步驟S12的時(shí)間(每一次):0.2sec、步驟S13的時(shí)間(每一次):0.3sec、步驟SI4的時(shí)間(每一次):0.2sec、循環(huán)數(shù):600次。
[0131 ]此時(shí)的添加H2氣體流量和每I個(gè)循環(huán)的成膜速度之間的關(guān)系、以及添加H2氣體流量和階梯覆蓋率(底部的膜厚/頂部的膜厚)之間的關(guān)系表示在圖10中。如該圖10所示，添加H2氣體流量在10sccm?500sccm的范圍內(nèi)，可獲得大致0.03nm/循環(huán)以上的較高的成膜速度，階梯覆蓋率也獲得了較高的值。特別是在添加出氣體流量是10sccm時(shí)，成膜速度是0.04nm/循環(huán)，階梯覆蓋率大致是100%。這樣，確認(rèn)了利用第2實(shí)施方式的成膜方法也能夠兼顧高成膜速度和高階梯覆蓋率。對于此時(shí)的膜厚，在添加出氣體流量是10sccm時(shí)為23.5nm，在300sccm時(shí)為17.0nm，在500sccm時(shí)為17.4nm。另外，對于電阻值，在添加H2氣體流量是10sccm時(shí)為14.3 Ω /口、在添加H2氣體流量是300sccm時(shí)為19.2 Ω /口、在添加H2氣體流量是500SCCm時(shí)為18.5 Ω /口，成為實(shí)用的值。
[0132](實(shí)驗(yàn)例3)
[0133]其中，在兩步驟成膜中，利用ALD法在TiN膜之上形成WCl6氣體供給量較少的初始鎢膜，之后使WCl6氣體供給量增加來利用ALD法形成主鎢膜，在進(jìn)行該兩步驟成膜時(shí)，以“沒有添加H2氣體”的條件形成初始鎢膜，以“有添加出氣體”的條件形成了主鎢膜。此時(shí)的具體的條件如下所述。
[0134]?形成初始鎢膜
[0135]晶圓溫度:500 °C
[0136]腔室內(nèi)壓力:45Torr(6000Pa)
[0137 ] N2 載氣流量:300sccm(WCl6 氣體流量:6sccm)、
[0138]連續(xù)N2氣體流量:4000sccm、
[0139]快速N2氣體流量:0sccm、
[0140]主H2 氣體流量:5000sccm、
[0141 ] 添加H2氣體流量:Osccm
[0142].形成主鎢膜
[0143]晶圓溫度:500 °C
[0144]腔室內(nèi)壓力:30Torr(4000Pa)
[0145]N2 載氣流量:600sccm(WCl6 氣體流量:20sccm)、
[0146]連續(xù)N2氣體流量:1200sccm、
[0147]快速N2 氣體流量:1500sccm+1500sccm、
[0148]主H2 氣體流量:5000sccm
[0149]添加H2氣體流量:200sccm
[0150]ALD條件與實(shí)驗(yàn)例I的ALD條件相同，將循環(huán)數(shù)固定為100次循環(huán)而形成了初始鎢膜，將循環(huán)數(shù)變化為400次循環(huán)(樣品1)、1200次循環(huán)(樣品2)、3300個(gè)循環(huán)(樣品3)來形成了主媽月旲。
[0151]其結(jié)果，在樣品I中，中央以及邊緣的階梯覆蓋率分別是85%以及100%，在樣品2中，中央以及邊緣的階梯覆蓋率分別是100 %以及90 %，在樣品3中，中央以及邊緣的階梯覆蓋率分別是90%以及100%，階梯覆蓋率沒有問題。另外，沒有發(fā)現(xiàn)由基底的TiN膜的蝕刻對階梯覆蓋率產(chǎn)生的影響。
[0152]〈其他應(yīng)用〉
[0153]以上對本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變形。例如，在上述實(shí)施方式中，作為被處理基板，以半導(dǎo)體晶圓為例進(jìn)行了說明，但半導(dǎo)體晶圓既可以是硅，也可以是GaAs、SiC、GaN等化合物半導(dǎo)體，進(jìn)而，并不限定于半導(dǎo)體晶圓，也能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于液晶顯示裝置等FPD(平板顯示器)所采用的玻璃基板、陶瓷基板等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鎢膜的成膜方法，在該鎢膜的成膜方法中，在收容有被處理基板并被保持在減壓氣氛下的腔室內(nèi)，利用ALD法在被處理基板的表面形成鎢膜，在該ALD法中，以隔著所述腔室內(nèi)的吹掃的方式交替地供給作為鎢原料氣體的氯化鎢氣體以及對氯化鎢氣體進(jìn)行還原的還原氣體，該鎢膜的成膜方法的特征在于， 在供給所述氯化鎢氣體時(shí)，以ALD反應(yīng)為主體的程度添加所述還原氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 通過以下工序?qū)⑿纬涉u單位膜的操作反復(fù)進(jìn)行多個(gè)循環(huán):向所述腔室內(nèi)供給所述氯化鎢氣體的第I工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第2工序；向所述腔室內(nèi)供給所述還原氣體而對氯化鎢進(jìn)行還原的第3工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第4工序， 在所述第I工序時(shí)，添加所述還原氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在所述第I工序時(shí)添加的還原氣體的流量是10sccm?500sccm。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在所述第I工序時(shí)添加的還原氣體的供給期間是氯化鎢氣體的供給期間的一部分。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 通過以下工序?qū)⑿纬涉u單位膜的操作反復(fù)進(jìn)行多個(gè)循環(huán):向所述腔室內(nèi)供給所述氯化鎢氣體的第I工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第2工序；向所述腔室內(nèi)供給所述還原氣體而對氯化鎢進(jìn)行還原的第3工序;對所述腔室內(nèi)進(jìn)行吹掃的第4工序， 從所述第I工序到所述第4工序連續(xù)地添加所述還原氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 從所述第I工序到所述第4工序連續(xù)地添加的所述還原氣體的流量是1sccm?500sccmo7.根據(jù)權(quán)利要求2?6中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在從所述第I工序到所述第4工序的全部期間內(nèi)連續(xù)地向所述腔室內(nèi)流入吹掃氣體，形成將氯化鎢氣體以及還原氣體向所述腔室供給的流動(dòng)，在所述第2工序以及所述第4工序時(shí)增加吹掃氣體的流量。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在所述第2工序以及所述第4工序時(shí)，從相對于連續(xù)的所述吹掃氣體的氣體管線獨(dú)立的氣體管線供給追加的吹掃氣體。9.根據(jù)權(quán)利要求2?8中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在供給所述氯化鎢氣體的氣體管線和在所述第3工序時(shí)供給的還原氣體的氣體管線分別設(shè)置緩沖罐，經(jīng)由緩沖罐供給氯化鎢氣體以及還原氣體。10.根據(jù)權(quán)利要求1?9中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 將在供給所述氯化鎢氣體時(shí)添加的還原氣體和用于還原氯化鎢氣體的還原氣體從彼此獨(dú)立的氣體管線向所述腔室內(nèi)供給，將供給所述添加的還原氣體的添加還原氣體管線設(shè)置得比供給用于所述還原的還原氣體的主還原氣體管線靠朝向所述腔室的氣體的流動(dòng)的上游側(cè)。11.根據(jù)權(quán)利要求1?10中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在成膜處理時(shí)，所述被處理基板的溫度是300°C以上，所述腔室內(nèi)的壓力是5Torr以上。12.根據(jù)權(quán)利要求1?11中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 所述氣化媽是WC16。13.根據(jù)權(quán)利要求1?12中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 所述還原氣體是H2氣體、SiH4氣體、B2H6氣體、NH3氣體中的至少一種。14.根據(jù)權(quán)利要求1?13中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 所述被處理基板具有TiN膜、Ti SiN膜、Ti Si膜、Ti膜中的任一者作為所述鎢膜的基底。15.一種鎢膜的成膜方法，其特征在于， 該鎢膜的成膜方法具有:利用添加還原氣體的權(quán)利要求1?14中任一項(xiàng)所述的鎢膜的成膜方法進(jìn)行成膜的還原氣體添加成膜期間；利用在供給所述氯化鎢氣體時(shí)不添加還原氣體的ALD法進(jìn)行成膜的還原氣體非添加成膜期間。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 在被處理基板表面形成有基底膜，通過兩步驟成膜形成鎢膜，在該兩步驟成膜中，最初進(jìn)行使氯化鎢氣體的流量減少了的初始鎢膜的成膜，之后使氯化鎢氣體的流量增加而進(jìn)行主鎢膜的成膜，形成初始鎢膜時(shí)是所述還原氣體非添加成膜期間，形成主鎢膜時(shí)是所述還原氣體添加成膜期間。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鎢膜的成膜方法，其特征在于， 重復(fù)所述還原氣體添加成膜期間和所述還原氣體非添加成膜期間。
【文檔編號(hào)】H01L21/285GK105839068SQ201610064286
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】成嶋健索, 堀田隼史, 丸山智久, 饗場康
【申請人】東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社