JP2002146531A - Vapor deposition method and system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハなど
の基板上にタングステンを含む金属層を堆積させる気相
堆積方法及び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vapor deposition method and apparatus for depositing a metal layer containing tungsten on a substrate such as a semiconductor wafer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】シリコンウェハなどの半導体ウェハ上及
び半導体ウェハ中における半導体集積回路の形成におい
ては、通常、プロセッシングされたウェハ上の種々のコ
ンタクトに対して導電性インターコネクトを形成するた
め、導電性の金属層が用いられる。この金属層は、半導
体ウェハ上の絶縁層に設けられたコンタクトホールやビ
ア（Via）などのホール（凹部）内を充填する（Via Fil
l）ことによって、層間結線として機能する。2. Description of the Related Art In the formation of semiconductor integrated circuits on and in a semiconductor wafer such as a silicon wafer, a conductive interconnect is usually formed for various contacts on a processed wafer. A metal layer is used. This metal layer fills holes (concave portions) such as contact holes and vias provided in the insulating layer on the semiconductor wafer (Via Fil).
l), thereby functioning as an interlayer connection.
【０００３】上記した金属層としては、アルミニウムや
金なども用いられるが、特に、ホール内を充分に充填し
て金属層による配線の信頼性を向上するため、ホール内
にタングステン（Ｗ）層を埋め込むタングステンプラグ
（W-Plug）が用いられるようになってきている。As the above-mentioned metal layer, aluminum, gold or the like is used. In particular, a tungsten (W) layer is provided in the hole in order to sufficiently fill the hole and improve the reliability of wiring by the metal layer. Embedding tungsten plugs (W-Plug) are being used.
【０００４】このようなタングステンプラグは、通常、
以下のような装置及び工程によって作成される。まず、
化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Depositio
n）装置のチャンバ内に収容されたシリコンウェハなど
の基板に対して、多孔板からなるシャワーヘッドを介し
てプロセスガスを供給し、バリア層及びタングステン層
（Tungsten Layer）などの各層を順次形成する。そし
て、ホール内以外に堆積されたタングステン層などの不
要部分を化学機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical-Mechanica
l Polishing）によって除去して、タングステンプラグ
とする。[0004] Such tungsten plugs are usually
It is created by the following device and process. First,
Chemical Vapor Depositio (CVD)
n) A process gas is supplied to a substrate such as a silicon wafer housed in a chamber of the apparatus via a shower head made of a perforated plate to sequentially form layers such as a barrier layer and a tungsten layer (Tungsten Layer). . Unnecessary portions such as a tungsten layer deposited outside the holes are chemically and mechanically polished (CMP: Chemical-Mechanica).
l Polishing) to obtain a tungsten plug.
【０００５】また、ＣＶＤ法でタングステン層を堆積す
るのに先立って、通常は、タングステン（Ｗ）の原料ガ
スであるＷＦ6ガスとともにＳｉＨ4（シラン）ガスを基
板上に供給して、タングステン層を堆積するためのシー
ド層となるタングステンシリサイド（ＷxＳｉy）を含む
核形成層（Nucleation Layer）を基板上に堆積してい
る。Prior to depositing a tungsten layer by the CVD method, usually, SiH 4 (silane) gas is supplied onto the substrate together with WF 6 gas, which is a source gas of tungsten (W), to form a tungsten layer. A nucleation layer containing tungsten silicide (W x Si y ), which serves as a seed layer for depositing GaN, is deposited on the substrate.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体集積回路
のさらなる微細化に伴って、ビアなどのホール内へのタ
ングステン層の埋め込み不良（W-Missing）の発生が問
題となっている。すなわち、アスペクト比（Aspect Rat
io）が低いホールの場合には、ホール内の上方部分から
下方部分までの側壁上に、ほぼ一様にタングステン層が
成長し、タングステン層が良好に埋め込まれる。In recent years, with the further miniaturization of semiconductor integrated circuits, there has been a problem of occurrence of defective filling (W-Missing) of a tungsten layer in holes such as vias. That is, the aspect ratio (Aspect Rat
In the case of a hole having a low io), the tungsten layer grows almost uniformly on the side wall from the upper part to the lower part in the hole, and the tungsten layer is well embedded.
【０００７】これに対して、半導体集積回路の微細化に
よってホール径が小さくなり、ホールのアスペクト比が
高くなってくると、基板表面上、または基板表面に近い
ホール内の上方部分の側壁上などに、タングステン層が
先に堆積されてしまう場合がある。このとき、ホール内
の下方部分の側壁上には、タングステン層を充分に堆積
させることができない。このため、高アスペクト比のホ
ールでは、ホール内の下方部分にタングステン層が堆積
されていない空隙（Void）を生じるなど、タングステン
層の埋め込み不良を生じる。On the other hand, when the hole diameter becomes smaller and the aspect ratio of the hole becomes higher due to the miniaturization of the semiconductor integrated circuit, on the surface of the substrate or on the side wall of the upper part in the hole close to the substrate surface. In some cases, the tungsten layer is deposited first. At this time, the tungsten layer cannot be sufficiently deposited on the lower side wall in the hole. For this reason, in a hole having a high aspect ratio, a filling failure of the tungsten layer occurs, such as generation of a void (Void) in which a tungsten layer is not deposited in a lower portion of the hole.
【０００８】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、アスペクト比が高いホールが設け
られた基板に対しても、ホール内に充分にタングステン
金属層を埋め込むことが可能な気相堆積方法及び装置を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a tungsten metal layer can be sufficiently buried in a hole even in a substrate provided with a hole having a high aspect ratio. It is an object of the present invention to provide a simple vapor deposition method and apparatus.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による気相堆積方法は、基板上にタン
グステンを含む金属層を堆積させる気相堆積方法であっ
て、（１）タングステン原子を含有する化合物からなる
Ｗ化合物ガス及びシリコン原子を含有する化合物からな
るＳｉ化合物ガスを流量比ｘ1：ｙ1で含む第１の混合ガ
スを供給して、基板上に第１核形成層を堆積する第１核
形成工程と、（２）Ｗ化合物ガス及びＳｉ化合物ガスを
条件 ｘ1／ｙ1＜ｘ2／ｙ2 を満たす流量比ｘ2：ｙ2で含む第２の混合ガスを供給し
て、第１核形成層上に第２核形成層を堆積する第２核形
成工程と、（３）Ｗ化合物ガスを含む第３のガスを供給
して、第２核形成層上にタングステン層を堆積するタン
グステン堆積工程と、を備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, a vapor deposition method according to the present invention is a vapor deposition method for depositing a metal layer containing tungsten on a substrate. A first mixed gas containing a W compound gas composed of a compound containing a tungsten atom and a Si compound gas composed of a compound containing a silicon atom at a flow ratio of x 1 : y 1 is supplied to form a first nucleus on a substrate. A first nucleation step of depositing a layer, and (2) a second mixed gas containing a W compound gas and a Si compound gas at a flow ratio x 2 : y 2 satisfying the condition x 1 / y 1 <x 2 / y 2. Is supplied to deposit a second nucleation layer on the first nucleation layer, and (3) a third gas containing a W compound gas is supplied to supply a third nucleation layer on the second nucleation layer. And depositing a tungsten layer on the substrate. And
【００１０】また、本発明による気相堆積装置は、基板
上にタングステンを含む金属層を堆積させる気相堆積装
置であって、（ａ）基板を収容するチャンバと、（ｂ）
チャンバ内に収容された基板に対してタングステン原子
を含有する化合物からなるＷ化合物ガスを供給する第１
のガス供給源、及びシリコン原子を含有する化合物から
なるＳｉ化合物ガスを供給する第２のガス供給源を有す
るガス供給系と、（ｃ）Ｗ化合物ガス及びＳｉ化合物ガ
スを流量比ｘ1：ｙ1で含む第１の混合ガスを供給して、
基板上に第１核形成層を堆積し、続いて、Ｗ化合物ガス
及びＳｉ化合物ガスを条件 ｘ1／ｙ1＜ｘ2／ｙ2 を満たす流量比ｘ2：ｙ2で含む第２の混合ガスを供給し
て、第１核形成層上に第２核形成層を堆積した後、Ｗ化
合物ガスを含む第３のガスを供給して、第２核形成層上
にタングステン層を堆積するように、ガス供給系を制御
する気相堆積制御手段と、を備えることを特徴とする。A vapor deposition apparatus according to the present invention is a vapor deposition apparatus for depositing a metal layer containing tungsten on a substrate, comprising: (a) a chamber for accommodating a substrate;
First, a W compound gas comprising a compound containing a tungsten atom is supplied to a substrate housed in a chamber.
And a gas supply system having a second gas supply source for supplying a Si compound gas composed of a compound containing silicon atoms, and (c) a flow ratio x 1 : y of the W compound gas and the Si compound gas. by supplying a first gas mixture comprising 1,
Depositing a first nucleation layer on the substrate, followed by a second mixing comprising a W compound gas and a Si compound gas at a flow ratio x 2 : y 2 satisfying the condition x 1 / y 1 <x 2 / y 2 Supplying a gas to deposit a second nucleation layer on the first nucleation layer, and then supplying a third gas containing a W compound gas to deposit a tungsten layer on the second nucleation layer. And gas phase deposition control means for controlling a gas supply system.
【００１１】上記した気相堆積方法及び装置において
は、タングステン堆積工程（TungstenDeposition Ste
p）に先立って行われる核形成工程（Nucleation Step）
を２段階に分けて、ＳｉＨ4などのＳｉ化合物ガスの流
量比（混合比）が高い第１の混合ガスによる第１核形成
を行った後に、第２の混合ガスによる第２核形成を行う
こととしている。このように、最初に第１の混合ガスを
用いてホールの内壁上に第１核形成層を堆積した後、そ
の上に第２核形成層及びタングステン層を順次堆積する
ことによって、後述するように、アスペクト比が高いホ
ールが設けられた基板に対しても、ホール内に充分にタ
ングステン金属層を埋め込むことが可能となる。In the above-described vapor deposition method and apparatus, the tungsten deposition step (Tungsten Deposition Ste
Nucleation step performed prior to p)
Is divided into two stages, and after the first nucleation with a first mixed gas having a high flow ratio (mixing ratio) of a Si compound gas such as SiH 4 is performed, the second nucleation with a second mixed gas is performed. I have to do that. As described above, after the first nucleation layer is first deposited on the inner wall of the hole using the first mixed gas, the second nucleation layer and the tungsten layer are sequentially deposited thereon, as described later. In addition, even in a substrate provided with a hole having a high aspect ratio, a tungsten metal layer can be sufficiently buried in the hole.
【００１２】また、Ｗ化合物ガスとしては、例えばＷＦ
6などが用いられるが、この場合、Ｔｉ層／ＴｉＮ層か
らなる中間層（バリア層）などへの、ＷＦ6に含まれる
フッ素（Ｆ）のアタッキング（F-Attacking）が問題と
なる場合がある。これに対して、上記のようにＳｉ化合
物ガスの流量比が高い第１の混合ガスによって、第１核
形成層を先に堆積することとしておけば、Ｆアタッキン
グが抑制される。As the W compound gas, for example, WF
6, etc., but in this case, the attack (F-Attacking) of fluorine (F) contained in WF 6 to an intermediate layer (barrier layer) composed of a Ti layer / TiN layer may be a problem. . On the other hand, if the first nucleation layer is deposited first by the first mixed gas having a high flow rate of the Si compound gas as described above, F attack is suppressed.
【００１３】ここで、上記した気相堆積方法及び装置の
好適な実施条件としては、各工程でのガス流量について
は、第１核形成工程において、第１の混合ガスの流量比
ｘ1：ｙ1が、条件 １／１≦ｘ1／ｙ1≦４／３ を満たすことが好ましい。第１の混合ガスでの流量比
（混合比）をこの範囲内とすることによって、ホール内
の下方部分まで充分に第１核形成層を堆積させることが
でき、また、第１核形成層によるＦアタッキングの抑制
効果を充分に得ることができる。Here, as preferable conditions for the vapor phase deposition method and apparatus described above, the gas flow rate in each step is such that the flow rate ratio x 1 : y of the first mixed gas in the first nucleation step. 1 preferably satisfies the condition 1/1 ≦ x 1 / y 1 ≦ 4/3. By setting the flow rate ratio (mixing ratio) of the first mixed gas within this range, the first nucleation layer can be sufficiently deposited up to the lower part in the hole, and the first nucleation layer A sufficient effect of suppressing F attack can be obtained.
【００１４】また、第２核形成工程において、第２の混
合ガスの流量比ｘ2：ｙ2が、条件 ３／１≦ｘ2／ｙ2≦４／１ を満たすことが好ましい。第２の混合ガスでの流量比
（混合比）をこの範囲内とすることによって、第１核形
成層及び第２核形成層からなる核形成層の全体を、充分
に成長させることができる。In the second nucleation step, the flow rate ratio x 2 : y 2 of the second mixed gas preferably satisfies the condition 3/1 ≦ x 2 / y 2 ≦ 4/1. By setting the flow ratio (mixing ratio) of the second mixed gas within this range, the entire nucleation layer including the first nucleation layer and the second nucleation layer can be sufficiently grown.
【００１５】さらに、第２核形成工程において、Ｗ化合
物ガスの流量と、Ｓｉ化合物ガスの流量とを合わせた合
計流量が、３０ｃｍ3／ｍｉｎ以下であることが好まし
い。このとき、ホール内の上方部分から下方部分の全体
で、良好に第２核形成層を堆積させることができる。Furthermore, in the second nucleation step, the total flow rate of the flow rate of the W compound gas and the flow rate of the Si compound gas is preferably 30 cm 3 / min or less. At this time, the second nucleation layer can be satisfactorily deposited from the entire upper part to the lower part in the hole.
【００１６】また、各工程でのガス圧力については、第
１核形成工程において、第１の混合ガスのガス圧力が、
８ｋＰａ以下（６０Ｔｏｒｒ以下）であることが好まし
い。これによって、ホール内の下方部分まで、第１核形
成層を良好に堆積させることができる。なお、混合ガス
のガス圧力とは、原料ガスであるＷ化合物ガス及びＳｉ
化合物ガス以外のガス（例えば、Ａｒガス、Ｈ2ガスな
ど）をも含めた全体でのガス圧力をいう。Further, regarding the gas pressure in each step, the gas pressure of the first mixed gas in the first nucleation step is:
The pressure is preferably 8 kPa or less (60 Torr or less). As a result, the first nucleation layer can be satisfactorily deposited up to the lower portion in the hole. The gas pressure of the mixed gas refers to the W compound gas as the source gas and the Si gas.
It refers to the total gas pressure including gases other than the compound gas (eg, Ar gas, H 2 gas, etc.).
【００１７】さらに、第１核形成工程における第１の混
合ガスのガス圧力と、第２核形成工程における第２の混
合ガスのガス圧力とが、略等しいことが好ましい。この
とき、第１核形成工程と、第２核形成工程とを、圧力調
整等を行うことなく連続的に実施することができる。Furthermore, it is preferable that the gas pressure of the first mixed gas in the first nucleation step is substantially equal to the gas pressure of the second mixed gas in the second nucleation step. At this time, the first nucleation step and the second nucleation step can be performed continuously without performing pressure adjustment or the like.
【００１８】また、気相堆積方法は、第１核形成工程の
前に、Ｓｉ化合物ガスを含む予備加熱用ガスを供給しつ
つ、基板を予備的に加熱する予備加熱工程をさらに備え
ることを特徴とする。Further, the vapor deposition method further comprises, before the first nucleation step, a preheating step of preheating the substrate while supplying a preheating gas containing a Si compound gas. And
【００１９】同様に、気相堆積装置は、気相堆積制御手
段が、第１核形成層を堆積する前に、Ｓｉ化合物ガスを
含む予備加熱用ガスを供給しつつ、基板を予備的に加熱
するように、ガス供給系を制御することを特徴とする。Similarly, in the vapor deposition apparatus, the vapor deposition control means preliminarily heats the substrate while supplying a preheating gas containing a Si compound gas before depositing the first nucleation layer. In this case, the gas supply system is controlled.
【００２０】このように、核形成層の堆積前に行われる
予備加熱（ソーク、Soak）時に、Ｓｉ化合物ガスを含む
予備加熱用ガスを供給することとしておけば、核形成層
及びタングステン層を堆積する対象となる基板の状態を
含むタングステン金属層の堆積条件が改善される。As described above, if the preheating gas including the Si compound gas is supplied during the preheating (soak) performed before the deposition of the nucleation layer, the nucleation layer and the tungsten layer are deposited. The deposition conditions of the tungsten metal layer, including the state of the substrate to be processed, are improved.
【００２１】このとき、予備加熱工程において、予備加
熱用ガスのガス圧力が、１０ｋＰａ以上（７５Ｔｏｒｒ
以上）であることが好ましい。このように、ソーク時の
ガス圧力を高くしておくことにより、Ｓｉ化合物ガスを
伴う予備加熱による堆積条件の改善効果が向上される。At this time, in the preheating step, the gas pressure of the preheating gas is 10 kPa or more (75 Torr).
Or more). As described above, by increasing the gas pressure at the time of soaking, the effect of improving the deposition conditions by preheating with the Si compound gas is improved.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
気相堆積方法及び装置の好適な実施形態について詳細に
説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同
一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の
寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the vapor deposition method and apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
【００２３】図１は、本発明による気相堆積装置（半導
体製造装置）であるＣＶＤ装置の一実施形態を、一部断
面として概略的に示す構成図である。ＣＶＤ装置１は、
処理対象の基板であるシリコンウェハなどの半導体ウェ
ハを収容するとともに、その半導体ウェハ上に、タング
ステンを含む導電性の金属層（以下、単にタングステン
金属層という）を堆積するものである。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a partial cross section of an embodiment of a CVD apparatus which is a vapor deposition apparatus (semiconductor manufacturing apparatus) according to the present invention. The CVD apparatus 1
A semiconductor wafer such as a silicon wafer which is a substrate to be processed is accommodated, and a conductive metal layer containing tungsten (hereinafter, simply referred to as a tungsten metal layer) is deposited on the semiconductor wafer.
【００２４】なお、以下においては、タングステン金属
層を堆積するためにプロセスガスとして供給されるガス
について、タングステン（Ｗ）原子を含有する化合物か
らなるＷ化合物ガスとしては、ＷＦ6を用いることとす
る。また、シリコン（Ｓｉ）原子を含有する化合物から
なるＳｉ化合物ガスとしては、ＳｉＨ4を用いることと
する。In the following, WF 6 is used as a W compound gas composed of a compound containing a tungsten (W) atom for a gas supplied as a process gas for depositing a tungsten metal layer. . Further, SiH 4 is used as a Si compound gas composed of a compound containing a silicon (Si) atom.
【００２５】図１に示したＣＶＤ装置１は、タングステ
ン金属層を堆積させる対象となるシリコンウェハ５が内
部に収容されるチャンバ２と、チャンバ２内に収容され
たウェハ５に対して、原料ガスなどの必要なガスを供給
するガス供給系３とを備えて構成されている。The CVD apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a chamber 2 in which a silicon wafer 5 on which a tungsten metal layer is to be deposited is accommodated therein, and a wafer 5 accommodated in the chamber 2 is supplied with a source gas. And a gas supply system 3 for supplying a necessary gas such as a gas.
【００２６】チャンバ２内には、ウェハ５を載置して保
持する基板保持台であるサセプタ２０が設置されてい
る。また、サセプタ２０の上方で、サセプタ２０に載置
されるウェハ５に対向する位置には、中空の円盤状をな
し、ガス供給系３から供給されるガスに対するガス分配
部として機能するシャワーヘッド４が設けられている。In the chamber 2, a susceptor 20, which is a substrate holding table for mounting and holding the wafer 5, is provided. Above the susceptor 20, at a position facing the wafer 5 placed on the susceptor 20, a shower head 4 having a hollow disk shape and functioning as a gas distribution unit for the gas supplied from the gas supply system 3. Is provided.
【００２７】サセプタ２０は、Ｏリングまたはメタルシ
ールなどによって、チャンバ２に対して気密に設けられ
るとともに、駆動機構（図示していない）により上下に
駆動可能に構成されている。これにより、ウェハ５を保
持するサセプタ２０と、ウェハ５上にガスを供給するシ
ャワーヘッド４とは、その間の距離が調整可能となって
いる。さらに、サセプタ２０には、ヒータ２１が内設さ
れており、このヒータ２１によりウェハ５が所望の温度
に加熱される。The susceptor 20 is hermetically provided with respect to the chamber 2 by an O-ring or a metal seal or the like, and is configured to be vertically driven by a driving mechanism (not shown). Thus, the distance between the susceptor 20 that holds the wafer 5 and the shower head 4 that supplies gas onto the wafer 5 can be adjusted. Further, a heater 21 is provided inside the susceptor 20, and the heater 21 heats the wafer 5 to a desired temperature.
【００２８】また、シャワーヘッド４は、サセプタ２０
の中心軸を中心とした略円筒状の胴部４１を有してい
る。この胴部４１の上端側には、ガス供給系３からのガ
スが供給される開口状のガス供給口３５が略中心の位置
に設けられたベースプレート（蓋部）４３が設置されて
いる。また、胴部４１の下端側には、多孔板からなるフ
ェイスプレート４５が設置されている。また、シャワー
ヘッド４内部のベースプレート４３及びフェイスプレー
ト４５に挟まれた位置には、フェイスプレート４５と略
平行となるように、多孔板からなるブロッカープレート
４７が設置されている。The shower head 4 is provided with a susceptor 20.
Has a substantially cylindrical body portion 41 centered on the central axis of. On the upper end side of the body 41, a base plate (lid) 43 provided with an opening-like gas supply port 35 to which gas from the gas supply system 3 is supplied is provided at a substantially central position. A face plate 45 made of a perforated plate is provided at the lower end of the body 41. A blocker plate 47 made of a perforated plate is installed at a position between the base plate 43 and the face plate 45 inside the shower head 4 so as to be substantially parallel to the face plate 45.
【００２９】ここで、シャワーヘッド４の内部には、胴
部４１、ベースプレート４３、及びブロッカープレート
４７によって、上方空間部Ｓａが形成されている。ま
た、胴部４１、フェイスプレート４５、及びブロッカー
プレート４７によって、下方空間部Ｓｂが形成されてい
る。なお、ベースプレート４３は、ブロッカープレート
４７に対向する面が略平滑面、すなわち、凹凸部を実質
的に有しない面形状とされている。Here, an upper space Sa is formed inside the shower head 4 by the body 41, the base plate 43, and the blocker plate 47. A lower space Sb is formed by the body 41, the face plate 45, and the blocker plate 47. The base plate 43 has a substantially smooth surface facing the blocker plate 47, that is, a surface shape having substantially no irregularities.
【００３０】チャンバ２内にガスを供給するガス供給系
３は、ウェハ５上にタングステンシリサイド（ＷxＳ
ｉy）及びタングステン（Ｗ）を堆積させる原料ガスを
供給するガス供給源として、ＷＦ6ガスを供給する第１
のガス供給源であるＷＦ6ガス供給源３１と、ＳｉＨ4ガ
スを供給する第２のガス供給源であるＳｉＨ4ガス供給
源３２とを備えている。また、各層の堆積時の圧力調整
及び化学反応などに用いられるガスを供給するガス供給
源として、Ａｒ（アルゴン）ガス供給源３３と、Ｈ
2（水素）ガス供給源３４とを備えている。A gas supply system 3 for supplying a gas into the chamber 2 has a tungsten silicide (W x S
i y ) and a first source for supplying WF 6 gas as a gas source for supplying a source gas for depositing tungsten (W).
And WF 6 gas supply source 31 is a gas supply source, and a SiH 4 gas supply source 32 is a second gas supply source for supplying the SiH 4 gas. Further, an Ar (argon) gas supply source 33 and a H gas supply source for supplying a gas used for pressure adjustment and chemical reaction during the deposition of each layer are provided.
2 (hydrogen) gas supply source 34.
【００３１】これらのガス供給源３１〜３４は、それぞ
れのガスの質量流量を制御するＭＦＣ（質量流量コント
ローラ、Mass Flow Controller）３１ａ〜３４ａが設け
られたガス供給用配管３０を介して、シャワーヘッド４
のベースプレート４３に設けられたガス供給口３５に接
続されている。これにより、ガス供給源３１〜３４それ
ぞれからのＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、Ａｒガス、及びＨ
2ガスは、ガス供給系３からガス供給口３５を経てシャ
ワーヘッド４に導入され、ブロッカープレート４７及び
フェイスプレート４５を介して、チャンバ２内、及びチ
ャンバ２内に収容されたウェハ５上に供給される。The gas supply sources 31 to 34 are connected to a shower head via gas supply pipes 30 provided with MFCs (Mass Flow Controllers) 31a to 34a for controlling the mass flow rates of the respective gases. 4
Is connected to a gas supply port 35 provided in the base plate 43. Thereby, the WF 6 gas, the SiH 4 gas, the Ar gas, and the H gas from the gas supply sources 31 to 34 respectively.
2 gas is introduced from the gas supply system 3 to the shower head 4 via the gas supply port 35 and supplied through the blocker plate 47 and the face plate 45 to the inside of the chamber 2 and the wafer 5 housed in the chamber 2. Is done.
【００３２】シャワーヘッド４を構成しているフェイス
プレート４５及びブロッカープレート４７には、それぞ
れ、複数の貫通孔４５ａ及び４７ａが設けられている。
この貫通孔４５ａにより、フェイスプレート４５によっ
て隔てられている下方空間部Ｓｂと、チャンバ２内でウ
ェハ５が収容されている空間とが、ガスの流通が可能な
ように連通されている。また、貫通孔４７ａにより、ブ
ロッカープレート４７によって隔てられている上方空間
部Ｓａと、下方空間部Ｓｂとが、ガスの流通が可能なよ
うに連通されている。The face plate 45 and the blocker plate 47 constituting the shower head 4 are provided with a plurality of through holes 45a and 47a, respectively.
The through hole 45a connects the lower space Sb separated by the face plate 45 and the space in the chamber 2 in which the wafer 5 is accommodated so that gas can flow. The upper space Sa and the lower space Sb, which are separated by the blocker plate 47, are communicated by the through holes 47a so that gas can flow.
【００３３】ガス供給系３からガス供給用配管３０及び
ガス供給口３５を介してシャワーヘッド４内に導入され
た各ガスは、上方空間部Ｓａ、ブロッカープレート４７
の貫通孔４７ａ、及び下方空間部Ｓｂを通過する間に適
当に混合または分配される。そして、その混合ガスは、
フェイスプレート４５の貫通孔４５ａから、ウェハ５上
へと供給される。Each gas introduced into the shower head 4 from the gas supply system 3 through the gas supply pipe 30 and the gas supply port 35 is supplied to the upper space Sa, the blocker plate 47.
Are appropriately mixed or distributed while passing through the through hole 47a and the lower space Sb. And the mixed gas is
It is supplied onto the wafer 5 from the through hole 45 a of the face plate 45.
【００３４】また、チャンバ２の下部には、開口状のガ
ス排気口３６が設けられている。このガス排気口３６に
は、チャンバ２内を減圧する真空ポンプや圧力計などを
含むガス排気系３７が、ガス排気用配管を介して接続さ
れている。An open gas exhaust port 36 is provided in the lower part of the chamber 2. A gas exhaust system 37 including a vacuum pump and a pressure gauge for reducing the pressure in the chamber 2 is connected to the gas exhaust port 36 via a gas exhaust pipe.
【００３５】ガス供給系３のＭＦＣ３１ａ〜３４ａは、
コンピュータなどからなるＣＶＤ制御部（気相堆積制御
手段）１０に接続されている。また、ガス排気系３７も
同様に、ＣＶＤ制御部１０に接続されている。これによ
り、ガス供給系３によるガスの供給及びガス排気系３７
によるガスの排気と、それによって設定されるチャンバ
２内のガス雰囲気及びガス圧力とは、自動または操作者
による操作に基づいて、ＣＶＤ制御部１０によって制御
される。The MFCs 31a to 34a of the gas supply system 3
It is connected to a CVD control unit (vapor deposition control means) 10 composed of a computer or the like. Further, the gas exhaust system 37 is similarly connected to the CVD control unit 10. As a result, gas supply by the gas supply system 3 and the gas exhaust system 37
, And the gas atmosphere and gas pressure in the chamber 2 set thereby are controlled by the CVD control unit 10 automatically or based on an operation by an operator.
【００３６】なお、このＣＶＤ制御部１０は、ガス供給
系３及びガス排気系３７に加えて、サセプタ２０やヒー
タ２１の駆動部など、ＣＶＤ装置１の他の各部にも接続
されていても良い。あるいは、このＣＶＤ制御部１０を
含む複数の制御部から、制御装置が構成されていても良
い。ＣＶＤ装置１の各動作は、自動または操作者による
操作に基づいて、このＣＶＤ制御部１０を含む制御装置
によって制御される。The CVD control section 10 may be connected to other parts of the CVD apparatus 1 such as a drive section for the susceptor 20 and the heater 21 in addition to the gas supply system 3 and the gas exhaust system 37. . Alternatively, a control device may be configured by a plurality of control units including the CVD control unit 10. Each operation of the CVD apparatus 1 is controlled by a control device including the CVD control unit 10 automatically or based on an operation by an operator.
【００３７】図１に示したＣＶＤ装置１を用いた気相堆
積方法について説明する。図２は、本発明による気相堆
積方法の一実施形態を示すフローチャートである。ま
た、図３には、図２に示したフローチャートの一部につ
いて、各工程での条件を含めて具体的に示してある。A vapor deposition method using the CVD apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing one embodiment of the vapor deposition method according to the present invention. FIG. 3 specifically shows a part of the flowchart shown in FIG. 2 including the conditions in each step.
【００３８】なお、図３に示すフローチャート、及び以
下に示すフローチャートの説明においては、各工程でガ
ス供給系３から供給されるガス流量については、ガス供
給源３１から供給されるＷＦ6ガス、及びガス供給源３
２から供給されるＳｉＨ4ガスの流量（供給量）を示
し、圧力調整及び化学反応などに用いられるガス供給源
３３からのＡｒガス及びガス供給源３４からのＨ2ガス
については、その流量の説明を省略している。また、ガ
ス圧力については、ＷＦ6ガス、ＳｉＨ4ガス、及びそれ
以外のＡｒガス、Ｈ2ガスをも含めた全体でのガス圧力
を示している。In the flow chart shown in FIG. 3 and the flow chart described below, the flow rate of the gas supplied from the gas supply system 3 in each step is determined with respect to the WF 6 gas supplied from the gas supply source 31, Gas supply source 3
2 indicates the flow rate (supply amount) of the SiH 4 gas supplied from the gas supply source 2. Ar gas from the gas supply source 33 and H 2 gas from the gas supply source 34 used for pressure adjustment, chemical reaction, etc. Description is omitted. The gas pressure indicates the total gas pressure including WF 6 gas, SiH 4 gas, and other Ar gas and H 2 gas.
【００３９】また、各工程におけるウェハ５の加熱は、
上述したように、サセプタ２０に内設されたヒータ２１
によって行われる。その加熱温度は、各工程にわたって
ほぼ一定、または工程毎に異なる温度に設定される。The heating of the wafer 5 in each step is performed as follows.
As described above, the heater 21 provided inside the susceptor 20
Done by The heating temperature is set to be substantially constant throughout each step, or set to a different temperature for each step.
【００４０】最初に、ＣＶＤ装置１のチャンバ２内に、
タングステン金属層を堆積する対象となるウェハ５を収
容する（ステップＳ１０１）。チャンバ２内を、ガス排
気口３６を介して接続されているガス排気系３７の真空
ポンプによって減圧する。そして、この減圧下におい
て、ロードロックチャンバや他のチャンバ、ウェハ準備
室などから、搬送ロボットによってウェハ５をチャンバ
２へと搬送し、サセプタ２０上に載置してチャンバ２内
に収容する。First, in the chamber 2 of the CVD apparatus 1,
The wafer 5 on which the tungsten metal layer is to be deposited is housed (Step S101). The pressure in the chamber 2 is reduced by a vacuum pump of a gas exhaust system 37 connected through a gas exhaust port 36. Then, under this reduced pressure, the wafer 5 is transferred to the chamber 2 by a transfer robot from a load lock chamber, another chamber, a wafer preparation chamber, or the like, and is placed on the susceptor 20 and accommodated in the chamber 2.
【００４１】ウェハ５としては、例えば、シリコンウェ
ハ上の絶縁層にコンタクトホールやビアなどのホールが
形成されたシリコンウェハが用いられる。ウェハ５の構
成及びホールの充填等については、後述する。As the wafer 5, for example, a silicon wafer in which holes such as contact holes and vias are formed in an insulating layer on the silicon wafer is used. The configuration of the wafer 5, filling of holes, and the like will be described later.
【００４２】次に、サセプタ２０及びウェハ５への予備
的な加熱であるソーク（Soak）を行う（Ｓ１０２、予備
加熱工程、Soak Step）。ガス供給系３のガス供給源３
２から流量ｙ0（ｃｍ3／ｍｉｎ＝ｓｃｃｍ、Standard
ｃｃ／ｍｉｎ、以下同様）で供給されたＳｉＨ4ガスを
含む予備加熱用ガスを、シャワーヘッド４を介してウェ
ハ５上に供給する。そして、チャンバ２内が所定のガス
圧力ｐ0（ｋＰａ）となるように圧力調整を行うととも
に、時間ｔ0（ｓｅｃ）にわたって、サセプタ２０及び
ウェハ５を予備的に加熱する（図３参照）。Next, the susceptor 20 and the wafer 5 are subjected to preheating soaking (Soak) (S102, preheating step, Soak Step). Gas supply source 3 of gas supply system 3
2 to flow rate y 0 (cm 3 / min = sccm, Standard
The preheating gas including the SiH 4 gas supplied at cc / min (hereinafter the same) is supplied onto the wafer 5 via the shower head 4. Then, the pressure is adjusted so that the inside of the chamber 2 has a predetermined gas pressure p 0 (kPa), and the susceptor 20 and the wafer 5 are preliminarily heated for a time t 0 (sec) (see FIG. 3).
【００４３】ウェハ５に対するソークが終了したら、ウ
ェハ５上へのタングステン金属層の堆積を開始する。ま
ず、タングステン層を堆積するためのシード層となる核
形成層（Nucleation Layer）の堆積を行う（Ｓ１０３、
核形成工程、Nucleation Step）。本実施形態において
は、この核形成工程は、第１核形成工程（Ｓ１０４、Fi
rst Nucleation Step、「Ｎｕｃ１」と略記する）、及
び第２核形成工程（Ｓ１０５、Second Nucleation Ste
p、「Ｎｕｃ２」と略記する）の２段階の工程を有して
構成されている。When the soaking of the wafer 5 is completed, the deposition of the tungsten metal layer on the wafer 5 is started. First, a nucleation layer serving as a seed layer for depositing a tungsten layer is deposited (S103,
Nucleation step). In the present embodiment, this nucleation step is the first nucleation step (S104, Fi
rst Nucleation Step, abbreviated as “Nuc1”) and a second nucleation step (S105, Second Nucleation Ste
p, abbreviated as “Nuc2”).
【００４４】第１核形成工程（Ｓ１０４）では、ガス供
給源３１から流量ｘ1（ｃｍ3／ｍｉｎ）で供給されたＷ
Ｆ6ガス、及びガス供給源３２から流量ｙ1（ｃｍ3／ｍ
ｉｎ）で供給されたＳｉＨ4ガスを含む第１の混合ガス
を、シャワーヘッド４を介してウェハ５上に供給する。
そして、ガス圧力ｐ1（ｋＰａ）の条件下で、時間ｔ
1（ｓｅｃ）にわたって、ウェハ５上にタングステンシ
リサイド（ＷxＳｉy）を含む第１核形成層を堆積する。In the first nucleation step (S104), W supplied from the gas supply source 31 at a flow rate x 1 (cm 3 / min) is used.
F 6 gas and flow rate y 1 (cm 3 / m
The first mixed gas containing the SiH 4 gas supplied in (in) is supplied onto the wafer 5 via the shower head 4.
Then, under the condition of the gas pressure p 1 (kPa), the time t
A first nucleation layer containing tungsten silicide (W x Si y ) is deposited on the wafer 5 for 1 (sec).
【００４５】具体的には、ＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスを
含む各ガス供給源３１〜３４からのガスがシャワーヘッ
ド４へと供給されると、ガス供給口３５から導入された
これらのガスは、上方空間部Ｓａ、ブロッカープレート
４７、及び下方空間部Ｓｂによって充分に混合される。
そして、この第１の混合ガスが、フェイスプレート４５
の貫通孔４５ａを介してウェハ５上に供給される。この
とき、ヒータ２１によって加熱されているウェハ５上で
ＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとが反応し、タングステンシリ
サイドを含む第１核形成層がウェハ５上に堆積される。More specifically, when gases from the respective gas supply sources 31 to 34 including WF 6 gas and SiH 4 gas are supplied to the shower head 4, these gases introduced from the gas supply port 35 , The upper space Sa, the blocker plate 47, and the lower space Sb.
Then, the first mixed gas is supplied to the face plate 45.
Is supplied onto the wafer 5 through the through hole 45a. At this time, the WF 6 gas and the SiH 4 gas react on the wafer 5 heated by the heater 21, and a first nucleation layer containing tungsten silicide is deposited on the wafer 5.
【００４６】第１核形成層の堆積を終了したら、ＷＦ6
ガス及びＳｉＨ4ガスの流量等を調整して、第２核形成
工程を開始する。第２核形成工程（Ｓ１０５）では、ガ
ス供給源３１から流量ｘ2（ｃｍ3／ｍｉｎ）で供給され
たＷＦ6ガス、及びガス供給源３２から流量ｙ2（ｃｍ3
／ｍｉｎ）で供給されたＳｉＨ4ガスを含む第２の混合
ガスを、シャワーヘッド４を介してウェハ５上に供給す
る。そして、ガス圧力ｐ 2（ｋＰａ）の条件下で、時間
ｔ2（ｓｅｃ）にわたって、ウェハ５上（第１核形成層
上）にタングステンシリサイドを含む第２核形成層を堆
積する。When the deposition of the first nucleation layer is completed, the WF6
Gas and SiHFourSecond nucleation by adjusting gas flow
Start the process. In the second nucleation step (S105),
Flow rate x from the source 31Two(CmThree/ Min)
WF6Gas and flow rate y from gas supply source 32Two(CmThree
/ Min)FourSecond mixture containing gas
Gas is supplied onto the wafer 5 via the shower head 4
You. And the gas pressure p Two(KPa), time
tTwo(Sec) over the wafer 5 (the first nucleation layer
Above) deposit a second nucleation layer containing tungsten silicide
Stack.
【００４７】ここで、第１核形成工程でのＷＦ6ガス及
びＳｉＨ4ガスの流量比ｘ1：ｙ1と、第２核形成工程で
のＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量比ｘ2：ｙ2とは、次
式の条件 ｘ1／ｙ1＜ｘ2／ｙ2 を満たしている。すなわち、第１核形成工程で用いられ
る第１の混合ガスは、第２核形成工程で用いられる第２
の混合ガスに比べて、ＳｉＨ4ガスの流量比（混合比）
が高くなっている。[0047] Here, the flow ratio of WF 6 gas and SiH 4 gas in the first nucleation step x 1: y 1 and the flow rate ratio of WF 6 gas and SiH 4 gas in the second nucleation step x 2: the y 2, satisfies the condition x 1 / y 1 <x 2 / y 2 of the following equation. That is, the first mixed gas used in the first nucleation step is the second mixed gas used in the second nucleation step.
Flow rate ratio of SiH 4 gas (mixing ratio)
Is high.
【００４８】第２核形成層の堆積を終了し、核形成層の
堆積をすべて終了したら、タングステン層（Tungsten L
ayer）の堆積を行う（Ｓ１０６、タングステン堆積工
程、Tungsten Deposition Step、Via Fill Step、「Ｖ
Ｆ」と略記する）。ガス供給源３２からのＳｉＨ4ガス
の供給を停止するとともに、ＷＦ6ガスの流量等を調整
し、ガス供給源３１から流量ｘ3（ｃｍ3／ｍｉｎ）で供
給されたＷＦ6ガスを含む第３のガスを、シャワーヘッ
ド４を介してウェハ５上に供給する。そして、ガス圧力
ｐ3（ｋＰａ）の条件下で、時間ｔ3（ｓｅｃ）にわたっ
て、ウェハ５上（第２核形成層上）にタングステン層を
堆積する。When the deposition of the second nucleation layer is completed and the deposition of all the nucleation layers is completed, the tungsten layer (Tungsten L
ayer) (S106, tungsten deposition step, Tungsten Deposition Step, Via Fill Step, "V
F ”). Stops the SiH 4 gas supply from the gas supply source 32, the containing WF 6 to adjust the gas flow rate, etc., supplied WF 6 gas at a flow rate x 3 from the gas supply source 31 (cm 3 / min) The gas 3 is supplied onto the wafer 5 via the shower head 4. Then, a tungsten layer is deposited on the wafer 5 (on the second nucleation layer) under a condition of the gas pressure p 3 (kPa) for a time t 3 (sec).
【００４９】タングステン層の堆積を終了し、第１核形
成層、第２核形成層、及びタングステン層からなるタン
グステン金属層の堆積をすべて終了したら、ＷＦ6ガス
及びＳｉＨ4ガスの供給を停止して、ＣＶＤ法による成
膜を終了する。成膜が終了したら、必要に応じて、チャ
ンバ２内に残留するＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスをＡｒガ
スによってパージした後、タングステン金属層が形成さ
れたウェハ５をチャンバ２の外部へと搬出する。When the deposition of the tungsten layer is completed and the deposition of the first nucleation layer, the second nucleation layer, and the tungsten metal layer including the tungsten layer are all completed, the supply of the WF 6 gas and the SiH 4 gas is stopped. Then, the film formation by the CVD method is completed. After the film formation, if necessary, the WF 6 gas and the SiH 4 gas remaining in the chamber 2 are purged with an Ar gas, and then the wafer 5 on which the tungsten metal layer is formed is carried out of the chamber 2. .
【００５０】図１〜図３に示した気相堆積装置及び気相
堆積方法による、ウェハ５のビア（Via）などのホール
へのタングステン金属層の埋め込み（Via Fill）につい
て、図４を用いて説明する。図４は、ウェハに形成され
たホール、及びホール内に堆積されるタングステン金属
層の積層構造の一例を模式的に示す側面断面図である。Using the vapor deposition apparatus and the vapor deposition method shown in FIGS. 1 to 3 to bury a tungsten metal layer in a hole such as a via (Via) of the wafer 5 (Via Fill) with reference to FIG. explain. FIG. 4 is a side sectional view schematically showing an example of a laminated structure of a hole formed in a wafer and a tungsten metal layer deposited in the hole.
【００５１】図４に示す例においては、タングステン金
属層を堆積させる対象となるシリコンウェハ５は、シリ
コンベース５０と、シリコンベース５０上に形成された
酸化シリコンからなる絶縁層５１とを有して構成されて
いる。また、この絶縁層５１には、ビアなどのホール５
５が形成されている。In the example shown in FIG. 4, a silicon wafer 5 on which a tungsten metal layer is to be deposited has a silicon base 50 and an insulating layer 51 made of silicon oxide formed on the silicon base 50. It is configured. The insulating layer 51 has holes 5 such as vias.
5 are formed.
【００５２】絶縁層５１上及びホール５５の内壁上に
は、中間層（バリア層）５２が形成されている。この中
間層５２は、１層または複数層のＴｉ層／ＴｉＮ層など
からなる。そして、このウェハ５の中間層５２上に、上
記した気相堆積装置及び気相堆積方法を用いて、第１核
形成層６１、第２核形成層６２、及びタングステン層６
３からなるタングステン金属層６が堆積される。An intermediate layer (barrier layer) 52 is formed on the insulating layer 51 and on the inner wall of the hole 55. The intermediate layer 52 is composed of one or more Ti layers / TiN layers. Then, the first nucleation layer 61, the second nucleation layer 62, and the tungsten layer 6 are formed on the intermediate layer 52 of the wafer 5 by using the vapor deposition apparatus and the vapor deposition method described above.
A tungsten metal layer 6 of 3 is deposited.
【００５３】すなわち、第１核形成工程及び第２核形成
工程によって、図４に示すように、中間層５２上に第１
核形成層６１及び第２核形成層６２からなるタングステ
ンシリサイドを含む核形成層が堆積される。さらに、タ
ングステン堆積工程によって、核形成層６１、６２上
に、タングステン層６３が堆積されて、タングステン金
属層６が形成される。That is, as shown in FIG. 4, the first nucleation step and the second nucleation step form the first nucleus on the intermediate layer 52.
A nucleation layer containing tungsten silicide, comprising a nucleation layer 61 and a second nucleation layer 62, is deposited. Further, a tungsten layer 63 is deposited on the nucleation layers 61 and 62 by a tungsten deposition step, so that a tungsten metal layer 6 is formed.
【００５４】このとき、タングステン金属層６がホール
５５に埋め込まれることによって、ホール５５内が充填
されて、半導体集積回路での層間結線として機能するタ
ングステンプラグ（W-Plug）が形成される。特に、上記
した気相堆積方法によれば、タングステンシリサイドを
含む核形成層を、ＳｉＨ4ガスの流量比を変えて２段階
で堆積することによって、ホール５５内に充分にタング
ステン金属層６を埋め込むことが可能とされている。At this time, the tungsten metal layer 6 is buried in the hole 55 to fill the hole 55 and form a tungsten plug (W-Plug) functioning as an interlayer connection in the semiconductor integrated circuit. In particular, according to the vapor phase deposition method described above, the tungsten metal layer 6 is sufficiently buried in the hole 55 by depositing the nucleation layer containing tungsten silicide in two stages while changing the flow ratio of the SiH 4 gas. It is possible.
【００５５】ここで、本発明による気相堆積装置及び気
相堆積方法によるタングステン金属層の埋め込み状態の
向上効果について説明するため、従来の気相堆積方法に
おいて生じる埋め込み不良（W-Missing）について、図
５を用いて説明する。Here, in order to explain the effect of improving the buried state of the tungsten metal layer by the vapor deposition apparatus and the vapor deposition method according to the present invention, embedding defects (W-Missing) generated in the conventional vapor deposition method will be described. This will be described with reference to FIG.
【００５６】例えば、ＭＯ−ＣＶＤ法などによって形成
されたＴｉＮ層を中間層５２に含むウェハ５を加熱する
と、中間層５２のＴｉＮ層からアウトガス（Out-Gas）
が放出される。このとき、ＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスを
供給して行う核形成層のホール５５内への堆積では、図
５（ａ）に示すように、ホール５５の内壁から発生した
アウトガスのホール５５外部への放出（破線によって示
す）と、シャワーヘッド４からウェハ５上へと供給され
たＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスのホール５５内部への侵入
（実線によって示す）とが競合する。この場合、ホール
５５のホール径がホール深さに対して小さくなり、ホー
ル５５のアスペクト比（ホール深さ／ホール径）が高く
なってくると、アウトガスの放出に対して、ＷＦ6ガス
及びＳｉＨ4ガスがホール５５内の下方部分まで充分に
侵入できなくなってくる。For example, when the wafer 5 including the TiN layer formed by the MO-CVD method or the like in the intermediate layer 52 is heated, the outgassing (Out-Gas) is generated from the TiN layer of the intermediate layer 52.
Is released. At this time, in the deposition of the nucleation layer in the hole 55 by supplying the WF 6 gas and the SiH 4 gas, as shown in FIG. 5A, the outgas generated from the inner wall of the hole 55 is transferred to the outside of the hole 55. (Shown by a broken line) and the penetration of the WF 6 gas and the SiH 4 gas supplied from the shower head 4 onto the wafer 5 into the inside of the hole 55 (shown by a solid line) compete with each other. In this case, when the hole diameter of the hole 55 becomes smaller with respect to the hole depth and the aspect ratio of the hole 55 (hole depth / hole diameter) becomes higher, WF 6 gas and SiH 4 The gas cannot sufficiently enter the lower part in the hole 55.
【００５７】このとき、ＷＦ6ガスとＳｉＨ4ガスとは、
ウェハ５表面（上面）上、またはウェハ５表面に近いホ
ール５５内の上方部分の側壁上などで反応して、それら
の部分にタングステンシリサイドとして堆積されてしま
い、下方部分の側壁上にはタングステンシリサイドを含
む核形成層が充分に堆積されないこととなる。At this time, the WF 6 gas and the SiH 4 gas are
It reacts on the surface (upper surface) of the wafer 5 or on the side wall of the upper part in the hole 55 near the surface of the wafer 5 and is deposited as tungsten silicide on those parts, and the tungsten silicide is formed on the side wall of the lower part. Will not be sufficiently deposited.
【００５８】このような核形成層上にタングステン層を
堆積すると、全体として得られるタングステン金属層６
では、図５（ｂ）に示すように、ホール５５内の下方部
分において、タングステン金属層６が堆積されていない
空隙（Void）５６を生じてしまい、ホール５５に対する
タングステン金属層（タングステンプラグ）の埋め込み
不良が発生する。また、中間層５２のＴｉＮ層上への核
形成層の堆積では、局所的な異常成長を生じることがあ
り、この異常成長も埋め込み不良の原因となる。When a tungsten layer is deposited on such a nucleation layer, a tungsten metal layer 6 obtained as a whole is obtained.
In this case, as shown in FIG. 5B, a void (Void) 56 in which the tungsten metal layer 6 is not deposited is generated in a lower portion in the hole 55, and the tungsten metal layer (tungsten plug) with respect to the hole 55 is formed. Embedding failure occurs. In addition, when the nucleation layer is deposited on the TiN layer of the intermediate layer 52, local abnormal growth may occur, and the abnormal growth also causes poor filling.
【００５９】特に、アスペクト比が高いホールでは、ホ
ール径が小さいため、タングステン金属層６の積層構造
における核形成層の割合が大きくなる。したがって、こ
のようなホールにおいては、核形成層での膜厚の不均一
性の、タングステン金属層の埋め込み全体への影響が大
きい。In particular, in a hole having a high aspect ratio, the hole diameter is small, so that the ratio of the nucleation layer in the laminated structure of the tungsten metal layer 6 is large. Therefore, in such a hole, the nonuniformity of the film thickness in the nucleation layer has a large effect on the entire embedding of the tungsten metal layer.
【００６０】これに対して、上記した気相堆積方法及び
装置においては、タングステン堆積工程（ＶＦ）に先立
って行われる核形成工程を２段階に分けて、ＳｉＨ4ガ
スの流量比（混合比）が高い第１の混合ガスによる第１
核形成（Ｎｕｃ１）を行った後に、第２の混合ガスによ
る第２核形成（Ｎｕｃ２）を行うこととしている。On the other hand, in the above-described vapor deposition method and apparatus, the nucleation step performed prior to the tungsten deposition step (VF) is divided into two stages, and the flow ratio (mixing ratio) of the SiH 4 gas is determined. With the first gas mixture with high
After performing the nucleation (Nuc1), the second nucleation (Nuc2) using the second mixed gas is performed.
【００６１】このように、ＳｉＨ4ガスの流量比が高い
第１の混合ガスによる第１核形成層の堆積によれば、ホ
ール５５内の下方部分まで充分に第１核形成層が堆積さ
れるようにすることが可能である。そして、ホール５５
の内壁上に第１核形成層６１がいったん形成されてしま
うと、この第１核形成層６１があることによって、中間
層５２のＴｉＮ層からのアウトガスの放出や異常成長の
発生など、タングステン金属層の埋め込み不良の原因と
なる現象の発生が抑制される。As described above, according to the deposition of the first nucleation layer by the first mixed gas having a high flow rate ratio of the SiH 4 gas, the first nucleation layer is sufficiently deposited up to the lower portion in the hole 55. It is possible to do so. And the hole 55
Once the first nucleation layer 61 is formed on the inner wall of the metal layer, the presence of the first nucleation layer 61 causes the tungsten metal to be discharged from the TiN layer of the intermediate layer 52 and the occurrence of abnormal growth. Occurrence of a phenomenon that causes defective layer embedding is suppressed.
【００６２】したがって、最初にＳｉＨ4ガスの流量比
が高い第１の混合ガスを用いて、ホール５５内の側壁上
に下方部分に至るまで充分に第１核形成層６１を堆積し
た後、ＳｉＨ4比が低い第２の混合ガスによる第２核形
成層６２の堆積、及び第３のガスによるタングステン層
６３の堆積を順次行うことによって、アスペクト比が高
いホール５５が設けられたウェハ５に対しても、ホール
５５内の全体に充分にタングステン層を埋め込むことが
可能となる。Therefore, first, the first nucleation layer 61 is sufficiently deposited on the side wall in the hole 55 to the lower portion using the first mixed gas having a high flow ratio of the SiH 4 gas, and then the SiH 4 gas is deposited. 4 By sequentially depositing the second nucleation layer 62 with the second gas having a low ratio and depositing the tungsten layer 63 with the third gas, the wafer 5 having the holes 55 with a high aspect ratio is formed. However, it is possible to sufficiently bury the tungsten layer in the entire hole 55.
【００６３】また、タングステン金属層の堆積におい
て、Ｔｉ層／ＴｉＮ層からなる中間層５２などへの、Ｗ
Ｆ6に含まれるフッ素（Ｆ）のアタッキング（F-Attacki
ng）が問題となる場合がある。例えば、中間層５２への
ＦアタッキングによるＴｉＦの形成は、ホール５５の内
壁上に堆積された各層に、剥離（Peeling）や噴出痕（V
olcano）などが発生する原因となる。In the deposition of the tungsten metal layer, the tungsten layer on the intermediate layer 52 composed of the Ti layer / TiN layer
Attacking of fluorine (F) contained in the F 6 (F-Attacki
ng) can be a problem. For example, the formation of TiF by F attack on the intermediate layer 52 causes peeling or squirting marks (V) on each layer deposited on the inner wall of the hole 55.
olcano).
【００６４】これに対して、上記のようにＳｉＨ4ガス
の流量比が高い第１の混合ガスによって、第１核形成層
６１を先に堆積することとしておけば、第１核形成層６
１の堆積時には、ＷＦ6ガスの流量比が小さいためＦア
タッキングが低減される。また、第２核形成層６２及び
タングステン層６３の堆積時には、第１核形成層６１が
Ｆアタッキングに対するバリア層として機能する。これ
により、タングステン金属層６を堆積する際の、中間層
５２またはシリコンベース５０、絶縁層５１などへのＦ
アタッキングが抑制される。On the other hand, if the first nucleation layer 61 is deposited first with the first mixed gas having a high flow rate of the SiH 4 gas as described above, the first nucleation layer 6
At the time of depositing 1, the F attack is reduced because the flow ratio of the WF 6 gas is small. When depositing the second nucleation layer 62 and the tungsten layer 63, the first nucleation layer 61 functions as a barrier layer against F attack. Thereby, when the tungsten metal layer 6 is deposited, the F layer is deposited on the intermediate layer 52, the silicon base 50, the insulating layer 51, and the like.
Attacking is suppressed.
【００６５】ここで、第１核形成工程における第１の混
合ガスでのＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量比ｘ1：ｙ1
については、条件 １／１≦ｘ1／ｙ1≦４／３ を満たすように、各流量ｘ1及びｙ1を設定することが好
ましい。また、第２核形成工程における第２の混合ガス
でのＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量比ｘ2：ｙ2につい
ては、条件 ３／１≦ｘ2／ｙ2≦４／１ を満たすように、各流量ｘ2及びｙ2を設定することが好
ましい。核形成工程における流量比（混合比）をそれぞ
れ上記の範囲内とすることで、特に良好に第１核形成層
６１及び第２核形成層６２からなる核形成層を堆積させ
て、タングステン金属層の埋め込みを向上させることが
できる。Here, the flow ratio x 1 : y 1 of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the first mixed gas in the first nucleation step.
It is preferable to set the flow rates x 1 and y 1 so as to satisfy the condition 1/1 ≦ x 1 / y 1 ≦ 4/3. The flow ratio x 2 : y 2 of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the second mixed gas in the second nucleation step is such that the condition 3/1 ≦ x 2 / y 2 ≦ 4/1 is satisfied. It is preferable to set the respective flow rates x 2 and y 2 . By setting the flow rate ratio (mixing ratio) in the nucleation step within the above ranges, the nucleation layer composed of the first nucleation layer 61 and the second nucleation layer 62 is particularly preferably deposited, and the tungsten metal layer is formed. Can be improved.
【００６６】なお、図２に示した気相堆積方法において
は、核形成層及びタングステン層の堆積前に、ＳｉＨ4
ガスを含む予備加熱用ガスを供給しつつ予備加熱（ソー
ク）を行っている。このように、ウェハ５の予備加熱時
にＳｉＨ4ガスを供給することとしておけば、核形成層
及びタングステン層を堆積する対象となるウェハ５の状
態など、タングステン金属層の堆積条件が改善される。In the vapor deposition method shown in FIG. 2, before the nucleation layer and the tungsten layer are deposited, SiH 4
Preheating (soak) is performed while supplying a preheating gas including a gas. As described above, if the SiH 4 gas is supplied during the preliminary heating of the wafer 5, the deposition conditions of the tungsten metal layer such as the state of the wafer 5 on which the nucleation layer and the tungsten layer are to be deposited can be improved.
【００６７】このとき、予備加熱用ガスのガス圧力ｐ0
を１０ｋＰａ以上（７５Ｔｏｒｒ以上）とすることが好
ましい。このように、ソーク時のガス圧力を高くしてお
くことにより、例えば４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の場合
と比べて、ＳｉＨ4ガスを伴う予備加熱による堆積条件
の改善効果が向上される。At this time, the gas pressure p 0 of the preheating gas
Is preferably 10 kPa or more (75 Torr or more). As described above, by increasing the gas pressure at the time of soaking, the effect of improving the deposition conditions by the preheating with the SiH 4 gas is improved as compared with, for example, the case of 4 kPa (30 Torr).
【００６８】上述した気相堆積装置及び気相堆積方法の
好適な実施条件について、ホールへのタングステン金属
層の埋め込みの具体的な実施例とともに検討する。以下
に示す実施例においては、ホール深さが０．８０μｍの
ビアを有するとともに、中間層として膜厚５０Å×２層
のＴｉＮ層が成膜されたシリコンウェハを、タングステ
ン金属層を堆積する対象とした。また、ＣＶＤ装置１と
しては、Applied Materials 社製、CENTURA（登録商
標）Main Frame、WxZ+ チャンバをベースとしたＣＶＤ
装置を用いた。その基本的な構成は、図１に示した通り
である。The preferred conditions of the vapor deposition apparatus and the vapor deposition method described above will be examined together with specific examples of embedding a tungsten metal layer in holes. In the embodiment described below, a silicon wafer having a via having a hole depth of 0.80 μm and a TiN layer having a thickness of 50 mm × 2 as an intermediate layer is used as an object on which a tungsten metal layer is deposited. did. Further, as the CVD apparatus 1, a CENTURA (registered trademark) Main Frame manufactured by Applied Materials Co., Ltd., a CVD based on a WxZ + chamber is used.
The device was used. The basic configuration is as shown in FIG.
【００６９】各工程での加熱温度（成膜温度）について
は、４０５℃に設定した。また、成膜時間については、
第１核形成工程での成膜時間ｔ1を５ｓｅｃ程度、第２
核形成工程での成膜時間ｔ2を１０ｓｅｃ程度とした。
その他の予備加熱工程での時間ｔ0、及びタングステン
堆積工程での成膜時間ｔ3については、ホール径などの
ウェハ５の構成や成膜すべき膜厚などに応じて、適宜設
定した。また、予備加熱工程については、予備加熱用ガ
スのガス圧力をｐ0＝１２ｋＰａ（９０Ｔｏｒｒ）とし
た。The heating temperature (film forming temperature) in each step was set at 405 ° C. Regarding the film formation time,
The film formation time t 1 in the first nucleation step is about 5 seconds,
The film formation time t 2 in the nucleation step was set to about 10 sec.
The time t 0 in the other preheating step and the film formation time t 3 in the tungsten deposition step were appropriately set according to the configuration of the wafer 5 such as the hole diameter and the film thickness to be formed. In the preheating step, the gas pressure of the preheating gas was set to p 0 = 12 kPa (90 Torr).
【００７０】また、各工程でのＡｒガス及びＨ2ガスの
流量については、設定すべきガス圧力や反応条件などに
応じて適宜設定しているが、例えば、Ａｒガスの流量＝
２８００ｃｍ3／ｍｉｎ、Ｈ2ガスの流量＝１０００ｃｍ
3／ｍｉｎ程度である。The flow rates of Ar gas and H 2 gas in each step are appropriately set according to the gas pressure to be set, reaction conditions, and the like.
2800 cm 3 / min, flow rate of H 2 gas = 1000 cm
It is about 3 / min.
【００７１】ウェハのビア（ホール）へのタングステン
金属層の埋め込みについては、次のように定義されるサ
イドカバレッジによって評価した。すなわち、図５
（ｂ）に示すように、ビア内の上方部分の側壁上に堆積
されたタングステン金属層（あるいは核形成層）の膜厚
をａ1、ａ2、下方部分の側壁上に堆積されたタングステ
ン金属層（あるいは核形成層）の膜厚をｂ1、ｂ2とした
ときに、次式 （（ｂ1＋ｂ2）／（ａ1+ａ2））×１００（％） によってサイドカバレッジを定義した。The embedding of the tungsten metal layer in the via (hole) of the wafer was evaluated by side coverage defined as follows. That is, FIG.
As shown in (b), the thickness of the tungsten metal layer (or nucleation layer) deposited on the side wall of the upper portion in the via is a 1 , a 2 , and the thickness of the tungsten metal layer deposited on the side wall of the lower portion is When the thicknesses of the layers (or nucleation layers) are b 1 and b 2 , the side coverage is defined by the following equation ((b 1 + b 2 ) / (a 1 + a 2 )) × 100 (%). .
【００７２】このとき、ビア内の上方部分から下方部分
まで均一に堆積された場合に、ｂ1＋ｂ2＝ａ1+ａ2から
サイドカバレッジが１００％となる。そして、下方部分
での堆積が充分に行われずに埋め込みが不良になるにし
たがって、ｂ1＋ｂ2＜ａ1+ａ 2となってサイドカバレッ
ジが低下する。At this time, from the upper part to the lower part in the via
B if deposited uniformly to1+ BTwo= A1+ aTwoFrom
Side coverage is 100%. And the lower part
Deposits are not enough at
Therefore, b1+ BTwo<A1+ a TwoBecome side coverage
Diminishes.
【００７３】まず、核形成工程を第１核形成工程（Ｎｕ
ｃ１）及び第２核形成工程（Ｎｕｃ２）の２段階とする
ことによる、サイドカバレッジの改善（タングステン金
属層埋め込みの改善）効果について確認する。First, the nucleation step is a first nucleation step (Nu
The effect of improving the side coverage (improving the burying of the tungsten metal layer) by performing the two steps of c1) and the second nucleation step (Nuc2) will be confirmed.
【００７４】図６は、実施例Ａ１〜Ａ４でのサイドカバ
レッジについて比較するグラフである。これらの実施例
Ａ１〜Ａ４では、いずれも、ホール深さｄ＝０．８０μ
ｍ、ホール径φ＝０．２５μｍで、アスペクト比３．２
のビアを有するウェハをタングステン金属層堆積の対象
とし、核形成工程及びタングステン堆積工程（ＶＦ）の
両工程を行った。また、各工程でのガス圧力について
は、第１核形成工程及び第２核形成工程ではｐ1＝ｐ2＝
４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）、タングステン堆積工程では
ｐ3＝１２ｋＰａ（９０Ｔｏｒｒ）とした。FIG. 6 is a graph for comparing the side coverage in Examples A1 to A4. In all of these Examples A1 to A4, the hole depth d = 0.80 μm
m, hole diameter φ = 0.25 μm, aspect ratio 3.2
The wafer having the via was subjected to the nucleation step and the tungsten deposition step (VF). Regarding the gas pressure in each step, in the first nucleation step and the second nucleation step, p 1 = p 2 =
4 kPa (30 Torr), and p 3 = 12 kPa (90 Torr) in the tungsten deposition step.
【００７５】これらの実施例Ａ１〜Ａ４のうち、実施例
Ａ１及びＡ２では、第２核形成工程をｘ2＝６０ｃｍ3／
ｍｉｎ、ｙ2＝２０ｃｍ3／ｍｉｎのガス流量で、また、
タングステン堆積工程をｘ3＝１５０ｃｍ3／ｍｉｎのガ
ス流量で行っている。また、第１核形成工程について
は、実施例Ａ１では、ｘ1＝３０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ1＝
３０ｃｍ3／ｍｉｎのガス流量で行っている。一方、実
施例Ａ２では、第１核形成工程を行わず、第２核形成工
程に相当する工程のみで、核形成層の堆積を行ってい
る。Of these Examples A1 to A4, in Examples A1 and A2, the second nucleation step was performed at x 2 = 60 cm 3 /
at a gas flow rate of min, y 2 = 20 cm 3 / min;
The tungsten deposition process is performed at a gas flow rate of x 3 = 150 cm 3 / min. In the first nucleation step, in Example A1, x 1 = 30 cm 3 / min and y 1 =
The test is performed at a gas flow rate of 30 cm 3 / min. On the other hand, in Example A2, the first nucleation step is not performed, and the nucleation layer is deposited only in the step corresponding to the second nucleation step.
【００７６】以上の条件によって成膜されたタングステ
ン金属層のサイドカバレッジを比較すると、第２核形成
工程のみを行った実施例Ａ２でのサイドカバレッジ８４
％に対して、第１及び第２核形成工程を行った実施例Ａ
１でのサイドカバレッジは８９％と、サイドカバレッジ
が改善されている。A comparison of the side coverage of the tungsten metal layer formed under the above conditions shows that the side coverage 84 in Example A2 in which only the second nucleation step was performed.
% In which the first and second nucleation steps were performed.
The side coverage at 89 is 89%, which is an improvement in side coverage.
【００７７】また、実施例Ａ３及びＡ４では、第２核形
成工程でのガス流量をｘ2＝２０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ2＝
７ｃｍ3／ｍｉｎに変えて、実施例Ａ１及びＡ２と同様
の成膜を行った。そのサイドカバレッジを比較すると、
第２核形成工程のみを行った実施例Ａ４でのサイドカバ
レッジ８４％に対して、第１及び第２核形成工程を行っ
た実施例Ａ３でのサイドカバレッジは１００％と、同様
にサイドカバレッジが改善されている。In Examples A3 and A4, the gas flow rate in the second nucleation step was x 2 = 20 cm 3 / min and y 2 =
The film formation was performed in the same manner as in Examples A1 and A2 except that the film thickness was changed to 7 cm 3 / min. Comparing the side coverage,
The side coverage in Example A3, in which the first and second nucleation steps were performed, was 100%, whereas the side coverage in Example A4, in which only the second nucleation step was performed, was 100%. Has been improved.
【００７８】このようなサイドカバレッジの改善効果
は、アスペクト比の高いホールに対して、さらに顕著と
なる。図７は、そのような実施例Ｂ１〜Ｂ４でのサイド
カバレッジについて比較するグラフである。これらの実
施例Ｂ１〜Ｂ４では、いずれも、ホール深さｄ＝０．８
０μｍ、ホール径φ＝０．１６μｍで、アスペクト比
５．０のビアを有するウェハをタングステン金属層堆積
の対象とし、核形成工程及びタングステン堆積工程の両
工程を行った。その他の各条件については、すべて実施
例Ａ１〜Ａ４と同様である。The effect of improving the side coverage is more remarkable for a hole having a high aspect ratio. FIG. 7 is a graph comparing the side coverages in Examples B1 to B4. In Examples B1 to B4, the hole depth d = 0.8.
A wafer having 0 μm, a hole diameter φ = 0.16 μm, and a via having an aspect ratio of 5.0 was subjected to the tungsten metal layer deposition, and both the nucleation step and the tungsten deposition step were performed. All other conditions are the same as in Examples A1 to A4.
【００７９】実施例Ｂ１及びＢ２でのサイドカバレッジ
を比較すると、第２核形成工程のみを行った実施例Ｂ２
でのサイドカバレッジが、２０％とかなり低くなってい
るのに対して、第１及び第２核形成工程を行った実施例
Ｂ１でのサイドカバレッジは５９％と、サイドカバレッ
ジが大幅に改善されている。A comparison of the side coverages in the embodiments B1 and B2 shows that the embodiment B2 in which only the second nucleation step is performed is performed.
The side coverage in Example B1 in which the first and second nucleation steps were performed was 59%, whereas the side coverage in Example B1 was considerably low at 20%, and the side coverage was greatly improved. I have.
【００８０】また、第２核形成工程でのガス流量を変え
た実施例Ｂ３及びＢ４でのサイドカバレッジを比較する
と、第２核形成工程のみを行った実施例Ｂ４でのサイド
カバレッジが、２６％とかなり低くなっているのに対し
て、第１及び第２核形成工程を行った実施例Ｂ３でのサ
イドカバレッジは５７％と、同様にサイドカバレッジが
大幅に改善されている。Further, comparing the side coverages in Examples B3 and B4 in which the gas flow rate was changed in the second nucleation step, the side coverage in Example B4 in which only the second nucleation step was performed was 26%. In contrast, the side coverage in Example B3 in which the first and second nucleation steps were performed was 57%, and the side coverage was also significantly improved.
【００８１】次に、第１核形成工程（Ｎｕｃ１）におけ
るＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量ｘ1、ｙ1（ｃｍ3／
ｍｉｎ）について検討する。Next, the flow rates x 1 and y 1 (cm 3 / cm 3 ) of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the first nucleation step (Nuc1).
min).
【００８２】図８は、ＳｉＨ4ガスのガス流量を変えた
ときに、堆積される核形成層で生じる密度の変化を示す
グラフである。ここで、ＷＦ6ガスのガス流量について
は、ｘ1＝２０ｃｍ3／ｍｉｎで一定としている。また、
実線及び点線で２つのグラフを示してあるが、これら
は、異なるシャワーヘッド４（図１参照）を用いて、堆
積を行ったものである。FIG. 8 is a graph showing a change in density generated in the deposited nucleation layer when the gas flow rate of the SiH 4 gas is changed. Here, the gas flow rate of the WF 6 gas is fixed at x 1 = 20 cm 3 / min. Also,
Two graphs are shown by a solid line and a dotted line, and these are obtained by performing deposition using different shower heads 4 (see FIG. 1).
【００８３】これらのグラフより、ＳｉＨ4ガスのガス
流量がｙ1＝２０ｃｍ3／ｍｉｎを超えて、流量比ｘ1：
ｙ1が１／１＞ｘ1／ｙ1となると、核形成層の密度が大
きく減少し始めることがわかる。この傾向は、さらにシ
ャワーヘッドを変更して行った試験でも、同様に確認さ
れた。また、このような１／１＞ｘ1／ｙ1の条件は、異
常成膜や異常反応の原因ともなる。したがって、第１核
形成工程でのＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスのガス流量は、
条件１／１≦ｘ1／ｙ1を満たすことが好ましい。From these graphs, it can be seen that the flow rate of the SiH 4 gas exceeds y 1 = 20 cm 3 / min, and the flow rate ratio x 1 :
If y 1 is 1/1> x 1 / y 1, it can be seen that the density of the nucleation layer starts to decrease significantly. This tendency was similarly confirmed in a test in which the shower head was further changed. Further, such a condition of 1/1> x 1 / y 1 causes abnormal film formation and abnormal reaction. Therefore, the gas flow rates of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the first nucleation step are as follows:
It is preferable to satisfy the condition 1/1 ≦ x 1 / y 1 .
【００８４】一方、ＳｉＨ4ガスの流量比が減少してｘ1
／ｙ1が大きくなってくると、相対的にＷＦ6ガスの流量
比が大きくなるので、第１核形成層を先に堆積すること
によるウェハへのＦアタッキングの低減効果が充分に得
られない。このＦアタッキングの低減効果に関しては、
第１核形成工程でのＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスのガス流
量は、条件ｘ1／ｙ1≦４／３を満たすことが好ましい。On the other hand, the flow rate ratio of the SiH 4 gas is reduced and x 1
When / y 1 increases, the flow rate ratio of the WF 6 gas relatively increases, so that the effect of reducing the F attack on the wafer by first depositing the first nucleation layer cannot be obtained. . Regarding the effect of reducing the F attack,
The gas flow rates of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the first nucleation step preferably satisfy the condition x 1 / y 1 ≦ 4/3.
【００８５】以上より、第１核形成工程における第１の
混合ガスでのＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量比ｘ1：
ｙ1については、条件 １／１≦ｘ1／ｙ1≦４／３ を満たす（ｘ1：ｙ1＝１：１〜４：３）ことが好まし
い。これにより、ウェハのホール内の下方部分まで充分
に、良好な条件の第１核形成層を堆積させることがで
き、また、第１核形成層によるＦアタッキングの抑制効
果を充分に得ることができる。As described above, the flow ratio x 1 of WF 6 gas and SiH 4 gas in the first mixed gas in the first nucleation step:
y 1 preferably satisfies the condition 1/1 ≦ x 1 / y 1 ≦ 4/3 (x 1 : y 1 = 1: 1 to 4: 3). This makes it possible to sufficiently deposit the first nucleation layer under good conditions to the lower portion in the hole of the wafer, and to sufficiently obtain the effect of suppressing the F attack by the first nucleation layer. .
【００８６】次に、第１核形成工程（Ｎｕｃ１）におけ
るガス圧力ｐ1（ｋＰａ）について検討する。Next, the gas pressure p 1 (kPa) in the first nucleation step (Nuc1) will be examined.
【００８７】図９は、実施例Ｃ１〜Ｃ４でのサイドカバ
レッジについて比較するグラフである。これらの実施例
Ｃ１〜Ｃ４では、いずれも、ホール深さｄ＝０．８０μ
ｍ、ホール径φ＝０．２３μｍで、アスペクト比３．５
のビアを有するウェハをタングステン金属層堆積の対象
とし、第１核形成工程のみを行った。また、ガス流量に
ついては、実施例Ｃ１〜Ｃ３ではｘ1＝ｙ1＝３０ｃｍ3
／ｍｉｎ、実施例Ｃ４ではｘ1＝ｙ1＝２５ｃｍ3／ｍｉ
ｎとした。FIG. 9 is a graph for comparing the side coverage in Examples C1 to C4. In Examples C1 to C4, the hole depth d = 0.80 μm
m, hole diameter φ = 0.23 μm, aspect ratio 3.5
The wafer having the via was subjected to tungsten metal layer deposition, and only the first nucleation step was performed. Regarding the gas flow rate, in Examples C1 to C3, x 1 = y 1 = 30 cm 3
/ Min, x 1 = y 1 = 25 cm 3 / mi in Example C4
n.
【００８８】これらの実施例Ｃ１〜Ｃ４では、第１核形
成工程でのガス圧力ｐ1を変えて、第１核形成層の堆積
を行っている。すなわち、実施例Ｃ１ではｐ1＝０．６
７ｋＰａ（５Ｔｏｒｒ）、実施例Ｃ２ではｐ1＝２ｋＰ
ａ（１５Ｔｏｒｒ）、実施例Ｃ３ではｐ1＝４ｋＰａ
（３０Ｔｏｒｒ）、実施例Ｃ４ではｐ1＝１２ｋＰａ
（９０Ｔｏｒｒ）のガス圧力で、第１核形成工程を行っ
ている。In Examples C1 to C4, the first nucleation layer is deposited by changing the gas pressure p 1 in the first nucleation step. That is, in Example C1, p 1 = 0.6
7 kPa (5 Torr), p 1 = 2 kP in Example C2
a (15 Torr), p 1 = 4 kPa in Example C3
(30 Torr), p 1 = 12 kPa in Example C4
The first nucleation step is performed at a gas pressure of (90 Torr).
【００８９】以上の条件によって成膜されたタングステ
ン金属層のサイドカバレッジを比較すると、ガス圧力ｐ
1＝４ｋＰａでの実施例Ｃ３が４２％と最もサイドカバ
レッジが大きい。また、それよりもガス圧力が小さいｐ
1＝０．６７ｋＰａ、２ｋＰａでの実施例Ｃ１、Ｃ２で
も、それぞれ２９％、３０％のサイドカバレッジが得ら
れている。一方、ガス圧力が大きいｐ1＝１２ｋＰａで
の実施例Ｃ４では、サイドカバレッジはほぼ０％まで低
下している。The side coverage of the tungsten metal layer formed under the above conditions is compared.
Example C3 at 1 = 4 kPa has the largest side coverage of 42%. Also, the gas pressure p
In Examples C1 and C2 at 1 = 0.67 kPa and 2 kPa, 29% and 30% of side coverage were obtained, respectively. On the other hand, in Example C4 where the gas pressure was large, p 1 = 12 kPa, the side coverage was reduced to almost 0%.
【００９０】以上の実施例のデータ及び他のデータなど
から、第１核形成工程における第１の混合ガスのガス圧
力は、８ｋＰａ以下（６０Ｔｏｒｒ以下）であることが
好ましく、特に、ほぼ４ｋＰａとすることが好ましい。
これによって、ホール内の下方部分まで、第１核形成層
を良好に堆積して、そのサイドカバレッジを改善するこ
とができる。From the data of the above embodiment and other data, the gas pressure of the first mixed gas in the first nucleation step is preferably 8 kPa or less (60 Torr or less), and particularly about 4 kPa. Is preferred.
As a result, the first nucleation layer can be satisfactorily deposited up to the lower portion in the hole, and the side coverage can be improved.
【００９１】次に、第２核形成工程（Ｎｕｃ２）におけ
るＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量ｘ2、ｙ2（ｃｍ3／
ｍｉｎ）について検討する。Next, the flow rates x 2 and y 2 (cm 3 / cm 3 ) of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the second nucleation step (Nuc2).
min).
【００９２】図１０は、実施例Ｄ１〜Ｄ３でのサイドカ
バレッジについて比較するグラフである。これらの実施
例Ｄ１〜Ｄ３では、いずれも、ホール深さｄ＝０．８０
μｍ、ホール径φ＝０．１７μｍで、アスペクト比４．
７のビアを有するウェハをタングステン金属層堆積の対
象とし、第１核形成工程及び第２核形成工程を行った。
また、各工程でのガス圧力については、第１核形成工程
及び第２核形成工程ともにｐ1＝ｐ2＝４ｋＰａ（３０Ｔ
ｏｒｒ）とした。また、第１核形成工程でのガス流量に
ついては、ｘ1＝ｙ1＝３０ｃｍ3／ｍｉｎとした。FIG. 10 is a graph for comparing the side coverage in Examples D1 to D3. In Examples D1 to D3, the hole depth d = 0.80
μm, hole diameter φ = 0.17 μm, aspect ratio 4.
A first nucleation step and a second nucleation step were performed on a wafer having 7 vias as an object of tungsten metal layer deposition.
Regarding the gas pressure in each step, p 1 = p 2 = 4 kPa (30 T) in both the first nucleation step and the second nucleation step.
orr). The gas flow rate in the first nucleation step was x 1 = y 1 = 30 cm 3 / min.
【００９３】これらの実施例Ｄ１〜Ｄ３では、第２核形
成工程でのガス流量ｘ2、ｙ2を、ｘ 2／ｙ2＝４／１の流
量比を固定した条件下で変えて、第２核形成層の堆積を
行っている。すなわち、実施例Ｄ１ではｘ2＝８０ｃｍ3
／ｍｉｎ、ｙ2＝２０ｃｍ3／ｍｉｎ、実施例Ｄ２ではｘ
2＝４０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ2＝１０ｃｍ3／ｍｉｎ、実施
例Ｄ３ではｘ2＝２０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ2＝５ｃｍ3／ｍ
ｉｎのガス流量で、第２核形成工程を行っている。In Examples D1 to D3, the second nucleus was used.
Gas flow rate xTwo, YTwoTo x Two/ YTwo= Flow of 4/1
The deposition rate of the second nucleation layer was changed by changing the quantitative ratio under fixed conditions.
Is going. That is, in the embodiment D1, xTwo= 80cmThree
/ Min, yTwo= 20cmThree/ Min, x in Example D2
Two= 40cmThree/ Min, yTwo= 10cmThree/ Min, implementation
In Example D3, xTwo= 20cmThree/ Min, yTwo= 5cmThree/ M
The second nucleation step is performed at a gas flow rate of in.
【００９４】以上の条件によって成膜されたタングステ
ン金属層のサイドカバレッジを比較すると、ガス流量ｘ
2＝２０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ2＝５ｃｍ3／ｍｉｎとガス流
量が少ない実施例Ｄ３が６９％と最もサイドカバレッジ
が大きく、それよりもガス流量が多い実施例Ｄ１、Ｄ２
では、サイドカバレッジがそれぞれ５４％、５１％とや
や小さくなっている。A comparison of the side coverage of the tungsten metal layer formed under the above conditions shows that the gas flow rate x
Examples D1 and D2 in which Example 2 has a small gas flow rate of 2 = 20 cm 3 / min and y 2 = 5 cm 3 / min, the side coverage is the largest at 69%, and the gas flow rate is larger than that.
In the figure, the side coverage is slightly reduced to 54% and 51%, respectively.
【００９５】以上の実施例のデータ及び他のデータなど
から、第２核形成工程における第２の混合ガスでのガス
流量は、ＷＦ6ガスのガス流量ｘ2と、ＳｉＨ4ガスのガ
ス流量ｙ2とを合わせた合計流量ｘ2＋ｙ2が、３０ｃｍ3
／ｍｉｎ以下であることが好ましく、特に、ほぼｘ2＝
２０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ2＝５ｃｍ3／ｍｉｎとすること
が好ましい。これによって、第２核形成層を良好に堆積
して、そのサイドカバレッジを改善することができる。From the data of the above embodiment and other data, the gas flow rate of the second mixed gas in the second nucleation step is the gas flow rate x 2 of the WF 6 gas and the gas flow rate y of the SiH 4 gas. 2 and the total flow rate x 2 + y 2 is 30 cm 3
/ Min or less, in particular, approximately x 2 =
It is preferable that 20 cm 3 / min and y 2 = 5 cm 3 / min. Thereby, the second nucleation layer can be satisfactorily deposited, and the side coverage can be improved.
【００９６】また、第２核形成工程における第２の混合
ガスでのＷＦ6ガス及びＳｉＨ4ガスの流量比ｘ2：ｙ2に
ついては、上記したサイドカバレッジの改善効果を充分
に得るとともに、ウェハへのＦアタッキングを低減する
条件などから、条件 ３／１≦ｘ2／ｙ2≦４／１ を満たす（ｘ2／ｙ2＝３：１〜４：１）ことが好まし
い。これにより、第１核形成層及び第２核形成層からな
る核形成層の全体を、充分に成長させることができる。The flow rate ratio x 2 : y 2 of the WF 6 gas and the SiH 4 gas in the second mixed gas in the second nucleation step is sufficient to obtain the above-mentioned effect of improving the side coverage and to improve the wafer coverage. It is preferable to satisfy the condition 3/1 ≦ x 2 / y 2 ≦ 4/1 (x 2 / y 2 = 3: 1 to 4: 1) from the condition of reducing the F attack on the substrate. Thereby, the whole nucleation layer including the first nucleation layer and the second nucleation layer can be sufficiently grown.
【００９７】なお、第１核形成工程でのガス流量がｘ1
＝ｙ1＝３０ｃｍ3／ｍｉｎ、第２核形成工程でのガス流
量がｘ2＝８０ｃｍ3／ｍｉｎ、ｙ2＝２０ｃｍ3／ｍｉ
ｎ、第１核形成工程及び第２核形成工程でのガス圧力が
ｐ1＝ｐ2＝４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の条件で、ホール
深さｄ＝０．８０μｍに対して、ホール径φ＝０．２３
μｍ（アスペクト比３．５）及びφ＝０．１７μｍ（ア
スペクト比４．７）の２種類のホールに対して核形成層
の堆積を行ったところ、それぞれ６６％及び５４％のサ
イドカバレッジが得られた。The gas flow rate in the first nucleation step is x 1
= Y 1 = 30 cm 3 / min, gas flow rate in the second nucleation step is x 2 = 80 cm 3 / min, y 2 = 20 cm 3 / mi
n, the gas pressure in the first nucleation step and the second nucleation step is p 1 = p 2 = 4 kPa (30 Torr), and the hole depth φ = 0.80 μm and the hole diameter φ = 0. 23
When the nucleation layer was deposited on two types of holes of μm (aspect ratio 3.5) and φ = 0.17 μm (aspect ratio 4.7), side coverages of 66% and 54% were obtained, respectively. Was done.
【００９８】また、第２核形成工程におけるガス圧力ｐ
2（ｋＰａ）については、第１核形成工程における第１
の混合ガスのガス圧力ｐ1と、第２核形成工程における
第２の混合ガスのガス圧力ｐ2とを、略等しくすること
が好ましい。このとき、第１核形成工程と、第２核形成
工程とを、圧力調整等を行うことなく連続的に実施する
ことができる。The gas pressure p in the second nucleation step is
2 (kPa) for the first nucleation step.
The gas pressure p 1 of the mixed gas, the gas pressure p 2 in the second gaseous mixture in the second nucleation step, it is preferable to substantially equally. At this time, the first nucleation step and the second nucleation step can be performed continuously without performing pressure adjustment or the like.
【００９９】以上の検討結果に基づき、第１核形成工程
（Ｎｕｃ１）を、 ｘ1＝３０ｃｍ3／ｍｉｎ ｙ1＝３０ｃｍ3／ｍｉｎ ｐ1＝４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ） 第２核形成工程（Ｎｕｃ２）を、 ｘ2＝２０ｃｍ3／ｍｉｎ ｙ2＝５ｃｍ3／ｍｉｎ ｐ2＝４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ） タングステン堆積工程（ＶＦ）を、 ｘ3＝９５ｃｍ3／ｍｉｎ ｐ3＝１２ｋＰａ（９０Ｔｏｒｒ） とした堆積条件で成膜を行って、ウェハ上（ＭＯ−ＣＶ
Ｄで形成した中間層のＴｉＮ層上）に、第１核形成層、
第２核形成層、及びタングステン層からなるタングステ
ン金属層を形成した。Based on the above examination results, the first nucleation step (Nuc1) was performed in the following manner: x 1 = 30 cm 3 / min y 1 = 30 cm 3 / min p 1 = 4 kPa (30 Torr) The second nucleation step (Nuc 2) X 2 = 20 cm 3 / min y 2 = 5 cm 3 / min p 2 = 4 kPa (30 Torr) The tungsten deposition step (VF) was performed under the deposition conditions of x 3 = 95 cm 3 / min p 3 = 12 kPa (90 Torr). After performing the film, on the wafer (MO-CV
D) on the intermediate TiN layer formed by D),
A second nucleation layer and a tungsten metal layer composed of a tungsten layer were formed.
【０１００】このとき、ウェハに設けられたホール深さ
ｄ＝０．８μｍ、ホール径φ＝０．１６μｍ、アスペク
ト比５．０のビアに対して、８０％以上のサイドカバレ
ッジが得られ、タングステン金属層が充分に埋め込まれ
て、良好なタングステンプラグが形成されていることが
確認された。At this time, 80% or more of side coverage was obtained for a via provided in the wafer having a hole depth d = 0.8 μm, a hole diameter φ = 0.16 μm, and an aspect ratio of 5.0. It was confirmed that the metal layer was sufficiently buried and a good tungsten plug was formed.
【０１０１】本発明による気相堆積方法及び装置は、上
記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様
々な変形が可能である。例えば、気相堆積装置の構成に
ついては、図１のＣＶＤ装置はその一例を示したもので
あり、他の構成からなる気相堆積装置としても良い。ま
た、図３に示した各工程でのガス流量やガス圧力につい
ては、処理対象となるウェハの構成や装置の構成等に応
じて、適宜設定または変更することが好ましい。The vapor deposition method and apparatus according to the present invention are not limited to the above embodiments and examples, and various modifications are possible. For example, as for the configuration of the vapor deposition apparatus, the CVD apparatus shown in FIG. 1 is an example, and the vapor deposition apparatus having another configuration may be used. Further, it is preferable to appropriately set or change the gas flow rate and the gas pressure in each step shown in FIG. 3 according to the configuration of the wafer to be processed and the configuration of the apparatus.
【０１０２】[0102]
【発明の効果】本発明による気相堆積方法及び装置は、
以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。す
なわち、タングステン堆積工程に先立って行われる核形
成工程を２段階に分けて、Ｓｉ化合物ガスの流量比が高
い第１の混合ガスによる第１核形成を行った後に、第２
の混合ガスによる第２核形成を行う気相堆積方法及び装
置によれば、基板のホール内に堆積される各層のサイド
カバレッジを改善して、アスペクト比が高いホールが設
けられた基板に対しても、ホール内に充分にタングステ
ン金属層を埋め込むことが可能となる。The vapor deposition method and apparatus according to the present invention are
As described in detail above, the following effects are obtained. That is, the nucleation process performed prior to the tungsten deposition process is divided into two stages, and after performing the first nucleation using the first mixed gas having a high flow rate of the Si compound gas, the second nucleation process is performed.
According to the vapor-phase deposition method and apparatus for performing the second nucleation with a mixed gas of the above, the side coverage of each layer deposited in the holes of the substrate is improved, and the substrate having the holes with a high aspect ratio is provided. Also, the tungsten metal layer can be sufficiently buried in the hole.
【０１０３】特に、近年、半導体集積回路の微細化に伴
って、コンタクトホールやビアなどのホールのアスペク
ト比が高くなっている。これに対して、上記した気相堆
積方法及び装置によれば、そのような微細化された半導
体集積回路においても、層間結線として良好なタングス
テンプラグを得ることが可能となる。In particular, in recent years, the aspect ratio of holes such as contact holes and vias has been increasing with the miniaturization of semiconductor integrated circuits. On the other hand, according to the above-described vapor deposition method and apparatus, even in such a miniaturized semiconductor integrated circuit, it is possible to obtain a good tungsten plug as an interlayer connection.
【図１】気相堆積装置の一実施形態を一部断面として概
略的に示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a cross section of an embodiment of a vapor deposition apparatus.
【図２】気相堆積方法の一実施形態を示すフローチャー
トである。FIG. 2 is a flowchart illustrating an embodiment of a vapor deposition method.
【図３】図２に示したフローチャートの一部を具体的に
示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart specifically showing a part of the flowchart shown in FIG. 2;
【図４】ウェハに形成されたホール、及びホール内に堆
積されたタングステン金属層の積層構造の一例を模式的
に示す側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view schematically showing an example of a stacked structure of a hole formed in a wafer and a tungsten metal layer deposited in the hole.
【図５】タングステン金属層の埋め込み不良について説
明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an embedding failure of a tungsten metal layer.
【図６】図２に示した気相堆積方法によるサイドカバレ
ッジの改善効果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the effect of improving the side coverage by the vapor deposition method shown in FIG.
【図７】図２に示した気相堆積方法によるサイドカバレ
ッジの改善効果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an improvement effect of side coverage by the vapor deposition method shown in FIG. 2;
【図８】密度のＳｉＨ4流量依存性を示すグラフであ
る。FIG. 8 is a graph showing the dependency of density on the flow rate of SiH 4 .
【図９】サイドカバレッジのガス圧力依存性を示すグラ
フである。FIG. 9 is a graph showing the gas pressure dependency of the side coverage.
【図１０】サイドカバレッジのガス流量依存性を示すグ
ラフである。FIG. 10 is a graph showing the gas flow rate dependence of side coverage.
１…ＣＶＤ装置、１０…ＣＶＤ制御部、２…チャンバ、
２０…サセプタ、２１…ヒータ、３…ガス供給系、３０
…ガス供給用配管、３１…ＷＦ6ガス供給源、３２…Ｓ
ｉＨ4ガス供給源、３３…Ａｒガス供給源、３４…Ｈ2ガ
ス供給源、３５…ガス供給口、３６…ガス排気口、３７
…ガス排気系、４…シャワーヘッド、４１…胴部、４３
…ベースプレート（蓋部）、４５…フェイスプレート
（多孔板）、４７…ブロッカープレート（多孔板）、５
…シリコンウェハ、５０…シリコンベース、５１…絶縁
層、５２…中間層、５５…ホール、６…タングステン金
属層、６１…第１核形成層、６２…第２核形成層、６３
…タングステン層。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CVD apparatus, 10 ... CVD control part, 2 ... chamber,
20 susceptor, 21 heater, 3 gas supply system, 30
... gas supply pipe, 31 ... WF 6 gas supply source, 32 ... S
iH 4 gas supply source, 33: Ar gas supply source, 34: H 2 gas supply source, 35: gas supply port, 36: gas exhaust port, 37
... gas exhaust system, 4 ... shower head, 41 ... trunk, 43
... Base plate (lid part), 45 ... Face plate (perforated plate), 47 ... Blocker plate (perforated plate), 5
... Silicon wafer, 50 ... Silicon base, 51 ... Insulating layer, 52 ... Intermediate layer, 55 ... Hole, 6 ... Tungsten metal layer, 61 ... First nucleation layer, 62 ... Second nucleation layer, 63
... Tungsten layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 俊彦 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 守本 正宏 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 牧崎 広行 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 宮永 真美子 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA06 AA16 AA17 BA20 BA29 BA48 BB12 CA04 FA10 JA06 KA04 LA15 4M104 BB14 CC01 DD45 FF18 HH13 5F033 JJ18 JJ19 JJ28 JJ33 KK01 NN06 NN07 PP03 PP04 PP09 PP33 RR04 WW05 WW06 XX02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshihiko Nishiyama 14-3 Shinsen, Narita-shi, Chiba Applied Materials Japan Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Morimoto 14-3 Shinizumi, Narita-shi, Chiba Nogedaira Industrial Park Applied Materials Japan Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Makizaki 14-3 Shinizumi, Narita, Chiba Pref.Applied Materials Japan Co., Ltd. (72) Inventor Mamiko Miyanaga Narita, Chiba Pref. 14-3 Shinizumi Nogehira Industrial Park Applied Materials Japan Co., Ltd. F-term (reference) 4K030 AA04 AA06 AA16 AA17 BA20 BA29 BA48 BB12 CA04 FA10 JA06 KA04 LA15 4M104 BB14 CC01 DD45 FF18 HH13 5F033 JJ18 JJ19 JJ28 JJ33 NN01 PP04 PP09 PP33 RR04 WW05 WW06 XX02
Claims (12)
積させる気相堆積方法であって、 タングステン原子を含有する化合物からなるＷ化合物ガ
ス及びシリコン原子を含有する化合物からなるＳｉ化合
物ガスを流量比ｘ1：ｙ1で含む第１の混合ガスを供給し
て、前記基板上に第１核形成層を堆積する第１核形成工
程と、 前記Ｗ化合物ガス及び前記Ｓｉ化合物ガスを条件 ｘ1／ｙ1＜ｘ2／ｙ2 を満たす流量比ｘ2：ｙ2で含む第２の混合ガスを供給し
て、前記第１核形成層上に第２核形成層を堆積する第２
核形成工程と、 前記Ｗ化合物ガスを含む第３のガスを供給して、前記第
２核形成層上にタングステン層を堆積するタングステン
堆積工程と、を備えることを特徴とする気相堆積方法。1. A vapor deposition method for depositing a metal layer containing tungsten on a substrate, comprising the steps of: supplying a W compound gas containing a compound containing a tungsten atom and a Si compound gas containing a compound containing a silicon atom at a flow rate ratio; x 1 : a first nucleation step of supplying a first mixed gas containing y 1 to deposit a first nucleation layer on the substrate; and subjecting the W compound gas and the Si compound gas to conditions x 1 / A second mixed gas containing a flow rate ratio x 2 : y 2 satisfying y 1 <x 2 / y 2 is supplied to deposit a second nucleation layer on the first nucleation layer.
A vapor deposition method, comprising: a nucleation step; and a tungsten deposition step of supplying a third gas containing the W compound gas to deposit a tungsten layer on the second nucleation layer.
の混合ガスの流量比ｘ1：ｙ1が、条件 １／１≦ｘ1／ｙ1≦４／３ を満たすことを特徴とする請求項１記載の気相堆積方
法。2. The method according to claim 1, wherein in the first nucleation step, the first nucleus is formed.
2. The vapor deposition method according to claim 1, wherein the flow ratio x 1 : y 1 of the mixed gas satisfies the condition 1/1 ≦ x 1 / y 1 ≦ 4/3.
の混合ガスの流量比ｘ2：ｙ2が、条件 ３／１≦ｘ2／ｙ2≦４／１ を満たすことを特徴とする請求項１記載の気相堆積方
法。3. The method according to claim 2, wherein in the second nucleation step, the second nucleus is formed.
2. The vapor deposition method according to claim 1, wherein the flow ratio x 2 : y 2 of the mixed gas satisfies the condition 3/1 ≦ x 2 / y 2 ≦ 4/1.
合物ガスの流量と、前記Ｓｉ化合物ガスの流量とを合わ
せた合計流量が、３０ｃｍ3／ｍｉｎ以下であることを
特徴とする請求項１記載の気相堆積方法。4. The method according to claim 1, wherein in the second nucleation step, a total flow rate of the flow rate of the W compound gas and the flow rate of the Si compound gas is 30 cm 3 / min or less. The vapor phase deposition method as described.
の混合ガスのガス圧力が、８ｋＰａ以下であることを特
徴とする請求項１記載の気相堆積方法。5. The method according to claim 1, wherein in the first nucleation step, the first nucleus is formed.
2. The gas phase deposition method according to claim 1, wherein the gas pressure of the mixed gas is 8 kPa or less.
混合ガスのガス圧力と、前記第２核形成工程における前
記第２の混合ガスのガス圧力とが、略等しいことを特徴
とする請求項１記載の気相堆積方法。6. The gas pressure of the first mixed gas in the first nucleation step and the gas pressure of the second mixed gas in the second nucleation step are substantially equal. Item 4. The vapor deposition method according to Item 1.
合物ガスを含む予備加熱用ガスを供給しつつ、前記基板
を予備的に加熱する予備加熱工程をさらに備えることを
特徴とする請求項１記載の気相堆積方法。7. The method according to claim 1, further comprising, before the first nucleation step, a preliminary heating step of preliminary heating the substrate while supplying a preliminary heating gas containing the Si compound gas. Item 4. The vapor deposition method according to Item 1.
熱用ガスのガス圧力が、１０ｋＰａ以上であることを特
徴とする請求項７記載の気相堆積方法。8. The vapor deposition method according to claim 7, wherein in the preheating step, a gas pressure of the preheating gas is 10 kPa or more.
積させる気相堆積装置であって、 前記基板を収容するチャンバと、 前記チャンバ内に収容された前記基板に対してタングス
テン原子を含有する化合物からなるＷ化合物ガスを供給
する第１のガス供給源、及びシリコン原子を含有する化
合物からなるＳｉ化合物ガスを供給する第２のガス供給
源を有するガス供給系と、 前記Ｗ化合物ガス及び前記Ｓｉ化合物ガスを流量比
ｘ1：ｙ1で含む第１の混合ガスを供給して、前記基板上
に第１核形成層を堆積し、続いて、前記Ｗ化合物ガス及
び前記Ｓｉ化合物ガスを条件 ｘ1／ｙ1＜ｘ2／ｙ2 を満たす流量比ｘ2：ｙ2で含む第２の混合ガスを供給し
て、前記第１核形成層上に第２核形成層を堆積した後、
前記Ｗ化合物ガスを含む第３のガスを供給して、前記第
２核形成層上にタングステン層を堆積するように、前記
ガス供給系を制御する気相堆積制御手段と、を備えるこ
とを特徴とする気相堆積装置。9. A vapor phase deposition apparatus for depositing a metal layer containing tungsten on a substrate, comprising: a chamber accommodating the substrate; and a compound containing tungsten atoms with respect to the substrate accommodated in the chamber. A gas supply system having a first gas supply source for supplying a W compound gas consisting of: and a second gas supply source for supplying a Si compound gas consisting of a compound containing silicon atoms; A first mixed gas containing a compound gas at a flow ratio x 1 : y 1 is supplied to deposit a first nucleation layer on the substrate, and subsequently, the W compound gas and the Si compound gas are subjected to a condition x A second mixed gas containing a flow rate ratio x 2 : y 2 satisfying 1 / y 1 <x 2 / y 2 is supplied to deposit a second nucleation layer on the first nucleation layer.
Vapor deposition control means for controlling the gas supply system such that a third gas containing the W compound gas is supplied to deposit a tungsten layer on the second nucleation layer. Vapor deposition apparatus.
が、条件 １／１≦ｘ1／ｙ1≦４／３ を満たすことを特徴とする請求項９記載の気相堆積装
置。10. A flow rate ratio x 1 : y 1 of the first mixed gas.
10 satisfies the condition 1/1 ≦ x 1 / y 1 ≦ 4/3.
が、条件 ３／１≦ｘ2／ｙ2≦４／１ を満たすことを特徴とする請求項９記載の気相堆積装
置。11. A flow ratio x 2 : y 2 of the second mixed gas.
10. The vapor phase deposition apparatus according to claim 9, wherein the following condition is satisfied: 3/1 ≦ x 2 / y 2 ≦ 4/1.
形成層を堆積する前に、前記Ｓｉ化合物ガスを含む予備
加熱用ガスを供給しつつ、前記基板を予備的に加熱する
ように、前記ガス供給系を制御することを特徴とする請
求項９記載の気相堆積装置。12. The method according to claim 1, wherein the vapor-phase deposition control means preliminarily heats the substrate while supplying a preheating gas containing the Si compound gas before depositing the first nucleation layer. 10. The vapor deposition apparatus according to claim 9, wherein the gas supply system is controlled.
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|---|---|---|---|
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