JP4032872B2

JP4032872B2 - Method for forming tungsten film

Info

Publication number: JP4032872B2
Application number: JP2002234273A
Authority: JP
Inventors: 和哉大久保; 光博立花; 成方; 健二鈴木; 耕一佐藤; 穂高石塚
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-08-14
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP2003193233A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面にタングステン膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ表面に配線パターンを形成するために或いは配線間等の凹部やコンタクト用の凹部を埋め込むためにＷ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）、Ｃｕ（銅）、Ｔａ₂ Ｏ₅ （タンタルオキサイド）等の金属或いは金属化合物を堆積させて薄膜を形成することが行なわれている。そして、上記した各種の薄膜の内、比抵抗が小さく、膜付け温度も小さくて済む等の理由からタングステン膜が多用されている。この種のタングステン膜を形成するには、原料ガスとしてＷＦ₆ （六フッ化タングステン）を用い、これを水素、シラン、ジクロルシラン等により還元することにより、タングステン膜を堆積させている。
【０００３】
上記タングステン膜を形成する場合には、密着性の向上、下層のシリコン層との反応の抑制等の理由から、ウエハ表面にＴｉ膜、ＴｉＮ膜、或いは両者の積層膜が下地膜となるバリヤ層として薄く且つ均一に形成されており、このバリヤ層上に上記タングステン膜を堆積させることになる。
ここで凹部等の埋め込みを行う場合には、埋め込み性を良好にするためにシランよりも還元性が弱い水素ガスが主として用いられるが、この際、未反応のＷＦ₆ ガスにより上記バリヤ層がアタックされてバリヤ層とフッ素が反応して体積的に膨張し、上方へ突状に突き出たボルケーノが発生したり、埋め込み穴にボイドが発生したりする場合がある。
【０００４】
これを、図１３を参照して説明する。図１３はボルケーノとボイドが発生している埋め込み穴を示す断面図である。半導体ウエハＷの表面にコンタクトホール等の埋め込み穴２があり、この埋め込み穴２の内面を含めた表面に、例えばＴｉ／ＴｉＮ膜よりなるバリヤ層４が予め形成されている。そして、この状態でＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスとを同時に供給してタングステン膜６を堆積させて埋め込みを行うと、ＷＦ₆ 中のフッ素がバリヤ層中へ拡散し、特に表面部のバリヤ層４のＴｉとフッ素が反応することによって埋め込み穴２の近辺を基点としてタングステン膜６が突起状に堆積してその突起部の先端部がタングステン膜６の応力によってボルケーノ８が発生したり、また、埋め込み穴２内には空洞状のボイド１０が発生したりする。
【０００５】
そして、上記ボルケーノ８等の発生を防止するために、最初に水素ガスに代えて、これよりも還元力の強いシランを用いて僅かな厚さ、例えば３００〜５００Å程度だけタングステン膜の核付け層を形成し、その後、この核付け層を起点としてＨ₂ ガスとＷＦ₆ ガスにより主たるタングステン膜を堆積することも行われていたが、この場合には、下地膜であるバリヤ層４の表面コンタミ等によって核付け層が均一にできない場合があった。
そこで、上記核付け層を形成するに先立って、シランのみを単独で所定時間だけ供給してこの一部が分解する程度の低温、例えば４００℃程度でシランの反応中間体（ＳｉＨｘ：ｘ＜４）をウエハ表面に吸着させ、これを起点として上記核付け層を成長させることも行われている。図１４はこのような方法を用いてタングステンにより埋め込み穴を埋め込む時の工程を示す図である。
【０００６】
まず、図１４（Ａ）に示すように、埋め込み穴２内の内面を含んだウエハ表面全体にバリヤ層４が形成されているウエハＷに対して、シラン（ＳｉＨ₄ ）を単独で供給してウエハＷの表面に上記ＳｉＨ_x である反応中間体１２を付着させるイニシエーション処理を行う（図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ））。そして、次に、先に説明したように、所定の時間だけＷＦ₆ ガスとＳｉＨ₄ ガスとを、図１４（Ｃ）に示すように同時に供給して、上記反応中間体１２を起点としてタングステン膜を堆積させることにより、核付け層１４を形成する（図１４（Ｄ））。
次に、図１４（Ｅ）に示すように、ＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスとを同時に供給することにより、図１４（Ｆ）に示すように主となるタングステン膜１６を堆積させて埋め込み穴を埋め込む。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ウエハ表面に形成されているバリヤ層４を形成する際には、この時のステップカバレジを上げるために一般的にはＴｉの有機化合物ソースを用いているが、この中に含まれる炭素成分がバリヤ層４に含まれることになり、これが原因となって、上記イニシエーション処理を行っても炭素成分が露出する表面により反応中間体の付着が不均一となって核付け層１４が不均一に形成され、核付け層１４自体のステップカバレジが悪くなり、結果的に主タングステン膜の埋め込み性が悪く、ボイド、ボルケーノ等が形成される、といった問題があった。
また、上記核付け層１４の厚さが、主たるタングステン層１６を含めた全体のタングステン膜の厚さに対して占める割合がそれ程大きくない場合には問題は生じないが、微細化によって主タングステン膜の厚さに対するこの核付け層１４の厚さの占める割合が無視し得なくなる程大きくなると、上記核付け層１４のステップカバレジの悪さに起因して無視し得ない大きさのボイドが発生してしまう、といった問題もあった。
【０００８】
以上のような問題は、半導体製造の微細化及び薄膜化が更に進んで埋め込み穴の内径が例えば０．２μｍ以下になると、特に深刻な問題となって顕在化してきた。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、例えば埋め込み穴の径が小さくても、特性に悪影響を与える程の大きさのボイドの発生やボルケーノの発生を抑制でき、埋め込み特性の良好なタングステン膜の形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、還元ガスとしてシリコン含有ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成するようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法である。
これにより、膜厚均一性の高い核付け層としての初期タングステン膜を形成することが可能となり、従って、この後に主たるタングステン膜を堆積させた時に、例えば埋め込み穴の径が小さくても、特性に悪影響を与える程の大きさのボイドの発生やボルケーノの発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させ、前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程と前記パージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御すると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成するようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法である。
このように、還元ガス供給工程とタングステンガス供給工程とパージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御することにより、ウエハ（被処理体）の温度や被覆されるガスの量を一定に保つことができる。
請求項３に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成し、前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程において、還元ガスの分圧と供給時間との積よりなるパラメータを、他の還元ガス供給工程のパラメータよりも大きくなるように設定したことを特徴とするタングステン膜の形成方法でる。
請求項４に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成し、前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程における還元ガスの供給時間を他の還元ガス供給工程の供給時間よりも長くなるように設定し、還元ガス供給工程とタングステンガス供給工程とパージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御したことを特徴とするタングステン膜の形成方法である。
請求項５に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにして初期タングステン膜を形成し、前記初期タングステン膜を形成した後に、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜を形成する主タングステン膜形成工程を行うと共に、前記初期タングステン膜を形成する工程と前記主タングステン膜を形成する工程との間に、前記タングステン含有ガスの流量比が前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さい状態で、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することによりパッシベーションタングステン膜を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程を行うようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法である。
請求項６に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにして初期タングステン膜を形成し、前記初期タングステン膜を形成した後に、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜を形成する主タングステン膜形成工程を行うと共に、前記初期タングステン膜を形成する工程と前記主タングステン膜を形成する工程との間に、前記タングステン含有ガスの流量が前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さい状態で、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することによりパッシベーションタングステン膜を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程を行うようにし、前記タングステン含有ガスの流量は、前記主タングステン膜形成工程の時より前記パッシベーションタングステン膜形成工程の時の方が少なくなるようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法である。
また、例えば請求項７に規定するように、前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程において、還元ガスの分圧と供給時間との積よりなるパラメータを、他の還元ガス供給工程のパラメータよりも大きくなるように設定する。
これにより、実質的に従来方法のイニシエーション処理と同様な機能を持たせて被処理体の表面に反応中間体を付着させて表面を活性化させることが可能となる。
また、例えば請求項８に規定するように、前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程において、還元ガスの供給時間を他の還元ガス供給工程の供給時間よりも長くなるように設定し、すべての還元ガス供給工程とタングステンガス供給工程とパージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御して、前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程を交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成する。
このように、最初の還元ガス供給工程が従来方法のイニシェーション処理と同様な機能を果たし、且つ、還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御することにより、ウエハ（被処理体）の温度や被覆されるガスの量を一定に保つことができる。
請求項９に規定するように、前記タングステン膜を形成した後に、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜を形成する主タングステン膜形成工程を行うようにする。
これにより、例えば埋め込み穴の径が小さくても、特性に悪影響を与える程の大きさのボイドの発生やボルケーノの発生を抑制でき、埋め込み特性を改善することができる。
【００１１】
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記初期タングステン膜を形成する工程と前記主タングステン膜を形成する工程との間に、前記タングステン含有ガスの流量比が前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さい状態で、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することによりパッシベーションタングステン膜を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程を行うようにする。
これにより、上記パッシベーションタングステン膜が、いわゆるパッシベーション膜として機能し、初期タングステン膜の厚みが薄い場合、主タングステン膜を形成する際にＷＦ_６のアタックによってボルケーノを発生させるのでパッシベーションタングステン膜を形成することで、初期タングステン膜が保護され、より一層、埋め込み特性を改善することが可能となる。
この場合、例えば請求項１１に規定するように、前記初期タングステン膜の形成工程と前記パッシベーションタングステン膜形成工程とは、プロセス圧力とプロセス温度の内、少なくともいずれか一方が同一である。
また、例えば請求項１２に規定するように、前記主タングステン膜形成工程では、前記パッシベーションタングステン膜形成工程と比較して、プロセス圧力とプロセス温度の内、少なくともいずれか一方が高く設定されている。
【００１２】
また、例えば前記タングステン含有ガスは、ＷＦ_６ガスと有機タングステンソースガスの内のいずれか１つである。
また、例えば前記還元ガスは、Ｈ_２ガス、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、ホスフィン（ＰＨ_３）の内のいずれか１つよりなる。
また、例えば請求項１１に規定するように、前記タングステン含有ガスはＷＦ_６ガスであり、前記還元ガスは、初期タングステン膜の形成工程ではＳｉＨ_４ガスであり、前記パッシベーションタングステン膜の形成工程と前記主タングステン膜形成工程ではＨ_２ガスである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るタングステン膜の形成方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るタングステン膜の形成方法を実施する熱処理装置を示す断面構成図、図２は各ガスの供給態様を示す図、図３は処理容器内におけるシラン（ＳｉＨ _４）の分圧の分布状態を示す図、図４は半導体ウエハの表面に堆積したタングステン膜の一例を示す拡大断面図、図５は半導体ウエハの表面に堆積したタングステン膜の他の一例を示す拡大断面図である。
まず、本発明方法を実施する熱処理装置について説明すると、この熱処理装置２０は、例えば断面が略円筒形状のアルミニウム製の処理容器２２を有している。この処理容器２２内の天井部には流量制御された処理ガスとして例えば各種の成膜ガスやキャリアガス等を、選択的に導入するためのシャワーヘッド部２４がＯリング等のシール部材２６を介して設けられており、この下面に設けた多数のガス噴射口２８から処理空間Ｓに向けて成膜ガスを噴射するようになっている。尚、このシャワーヘッド部２４内には、複数の拡散孔２５を有する１枚、或いは複数枚の拡散板２７を設けて、ここに導入されたガスの拡散を促進するようにした構造のものもある。
【００１４】
この処理容器２２内には、処理容器底部より起立させた円筒状のリフレクタ３０上に、例えばＬ字状の３本の保持部材３２（図１では２本のみ記す）を介して被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台３４が設けられている。
この載置台３４の下方には、複数本、例えば３本のＬ字状のリフタピン３６（図示例では２本のみ記す）が上方へ起立させて設けられており、このリフタピン３６の基部は、上記リフレクタ３０に形成した縦長挿通孔（図示せず）を挿通して、リング部材３８に共通に接続されている。そして、このリング部材３８を処理容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒４０により上下動させることにより、上記リフタピン３６を載置台３４に貫通させて設けたリフタピン孔４２に挿通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。
【００１５】
上記押し上げ棒４０の容器底部の貫通部には、処理容器２２において内部の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ４４が介設され、この押し上げ棒４０の下端はアクチュエータ４６に接続されている。
また、処理容器２２の底部の周縁部には、排気口４８が設けられ、この排気口４８には図示しない真空ポンプに接続された排気通路５０が接続されており、処理容器２２内を所定の真空度まで真空引きし得るようになっている。また、処理容器２２の側壁には、ウエハを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ５２が設けられる。
図示しないが、処理容器２２内には圧力を測定する真空計（Ｃａｐａｍａｎｏｍｅｔｏｒ）が設けられており、排気通路５０には処理容器２２内の圧力を調整する圧力調節弁（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ）が設けられている。
【００１６】
また、載置台３４の直下の処理容器底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓５４がＯリング等のシール部材５６を介して気密に設けられており、この下方には、透過窓５４を囲むように箱状の加熱室５８が設けられている。この加熱室５８内には加熱手段として例えば複数の加熱ランプ６０が反射鏡も兼ねる回転台６２に取り付けられており、この回転台６２は、回転軸を介して加熱室５８の底部に設けた回転モータ６４により回転される。従って、この加熱ランプ６０より放出された熱線は、透過窓５４を透過して薄い載置台３４の下面を照射してこれを加熱し、更にこの載置台３４上のウエハＷを間接的に加熱し得るようになっている。このように加熱ランプ６０を用いることによって、ウエハＷの昇温速度を非常に速くすることができる。
【００１７】
次に、以上のように構成された装置を用いて行われる本発明方法について説明する。
まず、処理容器２２の側壁に設けたゲートバルブ５２を開いて図示しない搬送アームにより処理容器２２内にウエハＷを搬入し、リフタピン３６を押し上げることによりウエハＷをリフタピン３６側に受け渡す。そして、リフタピン３６を、押し上げ棒４０を下げることによって降下させ、ウエハＷを載置台３４上に載置する。このウエハＷの表面には、埋め込み穴２の内面も含めて前工程にてすでに下地膜としてＴｉ／ＴｉＮ膜のようなバリヤ層４が形成されている（図１４（Ａ）参照）。
【００１８】
次に、図示しない処理ガス源から処理ガスとして所定の成膜ガスやキャリアガス等を、後述するようなガス供給態様でシャワーヘッド部２４へ所定量ずつ供給して、これを下面のガス噴射口２８から処理容器２２内へ略均等に供給する。これと同時に、排気口４８から内部雰囲気を吸引排気することにより処理容器２２内を所定の圧力に真空引きしつつ、且つ載置台３４の下方に位置する加熱手段の各加熱ランプ６０を回転させながら駆動し、熱エネルギを放射する。
放射された熱線は、透過窓５４を透過した後、載置台３４の裏面を照射してこれを加熱する。この載置台３４は、前述のように例えば１ｍｍ程度と非常に薄いことから迅速に加熱され、従って、この上に載置してあるウエハＷを迅速に所定の温度まで加熱することができる。供給された成膜ガスは所定の化学反応を生じ、タングステン膜の薄膜がウエハ表面の全面に堆積して形成されることになる。
【００１９】
ここで、図２を参照して各ガスの供給態様を具体的に説明する。
図２では４種類のガス供給態様が示されており、各態様において、キャリアガスとして例えばＡｒ、Ｎ_２ガスが、流量を一定にして、或いは必要に応じて流量を変えながら、連続的に供給されている。また、同様に、処理容器２２内も、一連の工程の間、連続的に真空引きされている。
ここでは、タングステン含有ガスとしてはＷＦ_６ガスを用い、還元ガスとしてはＨ_２ガス、或いはこのＨ_２ガスよりも還元力の強いＳｉＨ_４ガスを用いている。
【００２０】
まず、図２（Ａ）に示すガス供給態様は、還元ガスであるＳｉＨ_４ガスを供給する還元ガス供給工程７０とタングステン含有ガスであるＷＦ_６ガスを供給するタングステンガス供給工程７２とを、これらの両工程の間に不活性ガスとしてのキャリアガスを供給しつつ真空引きするパージ工程７４を介在させて、交互に複数回繰り返し行うようにして初期タングステン膜７６（図４参照）を形成している。すなわち、ＳｉＨ_４ガスの供給とＷＦ_６ガスの供給を交互に繰り返し行い、それらの繰り返し工程の間にパージ工程７４を介在させることにより、初期タングステン膜形成工程を行う。そして、この初期タングステン膜形成工程の最後は還元ガス供給工程７０で終了している。この点は、図２（Ｂ）〜図２（Ｄ）においても同じである。
このようにして、初期タングステン膜７６を形成したならば、次に、還元ガスとして今度はＳｉＨ_４ガスに代えてＨ_２ガスを用い、このＨ_２ガスとタングステン含有ガスであるＷＦ_６ガス、その他の不活性ガス、例えばＡｒ、Ｎ_２ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜７８を形成する主タングステン膜形成工程８０を行い、埋め込み穴２を主タングステン膜７８で完全に埋め込む。
【００２１】
ここで、初期タングステン膜形成工程において、或る還元ガス供給工程７０から次の還元ガス供給工程７０までの期間を１サイクルとすると、図２（Ａ）の場合には３サイクル行っているが、このサイクル数は特に限定されない。
ここで、各還元ガス供給工程７０の期間Ｔ１、及び各タングステンガス供給工程７２の期間Ｔ２はそれぞれ１〜３０秒で、好ましくは３〜１０秒であり、また、パージ工程７４の期間Ｔ３は０〜３０秒で、好ましくは０〜１０秒である。また、上記パージ工程は、真空引きのみを行なうようにしてもよい。
好ましくは、還元ガス供給工程７０とタングステンガス供給工程７２とパージ工程７４を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧（ＴｏｔａｌＰｒｅｓｓｕｒｅ）が一定になるように制御する。ガスの全圧を一定にすることにより、ウエハ（被処理体）の温度や被覆されるガスの吸着量を一定に保つことができるからである。前記ガスの全圧の制御は、処理容器２２に取り付けられた真空計によって処理容器２２内の圧力を測定し、その圧力が一定になるように排気通路５０に取り付けられた圧力調節弁を調整することにより行なう。
ここで、パージ工程７４の時間について評価を行ったので、その結果について説明する。
図３は、処理容器内におけるシラン（ＳｉＨ₄ ）の分圧の分布状態を示す図であり、図３（Ａ）はシャワーヘッド部２４内に拡散板２７を設けている場合を示し、図３（Ｂ）はシャワーヘッド部２４内に拡散板を設けていない場合を示す。図中、横軸は、ウエハ中心からの半径方向への距離を表している。ここでは、ＳｉＨ₄ の供給停止の直後、数秒（０〜３秒）のパージを行った時のウエハ上の残留ＳｉＨ₄ の分圧を測定している。
図３から明らかなように、シャワーヘッド部内に分散板を設けた方（図３（Ａ））が早目に低い分圧となり、図３（Ａ）に示す場合には、略１．５秒程度のパージ工程を行うことでＳｉＨ₄ の分圧を１×１０^-1Ｐａ程度まで低下させることができ、また、図３（Ｂ）に示す場合は略３秒程度のパージ工程を行うことでＳｉＨ₄ の分圧を１×１０^-1Ｐａ程度まで低下させることができることが判明する。
従って、シャワーヘッド部の構造に関係なく、少なくとも３秒程度のパージ工程を行えば、残留シランの分圧を略ゼロにして気相反応による影響を無視することが可能となる。
また、図２に戻って、ここでのＳｉＨ₄ ガスやＷＦ₆ ガスの流量は比較的少量にしてそれらの分圧比を小さくする。更には、プロセス温度も例えば２００〜５００℃で、好ましくは２５０〜４５０℃と、低めに設定する。また、初期タングステン膜の１サイクルの膜厚は１〜５０Åで、好ましくは３〜２０Åが形成される。
また、主タングステン膜形成工程８０の時間は形成すべき膜厚に依存する。ここではＷＦ₆ ガスの流量、Ｈ₂ ガスの流量を共に多くし、且つプロセス圧力、プロセス温度も少し上げて成膜レートを大きく設定する。
【００２２】
これにより、ウエハＷの表面には、初期タングステン膜７６が比較的均一に且つ良好に付着して堆積することになる。この初期タングステン膜７６は、図１４（Ｃ）中の核付け層１４として機能するものであり、従って、この上に主タングステン膜７８を埋め込み性が良好な状態で堆積させることが可能となる。
また、図２（Ｂ）に示すガス供給態様は、上記図２（Ａ）に示すガス供給態様の内で、繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程７０Ａにおいて、還元ガスの分圧（Ｔｏｒｒ）と供給時間（ｓｅｃ）との積よりなるパラメータを、他の還元ガス供給工程７０の上記パラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）よりも大きくなるように設定している。ここでは、このＳｉＨ₄ ガスの流量を変えないで最初の還元ガス供給工程７０Ａの期間Ｔ４を長く、例えば１〜１２０秒で好ましくは３０〜９０秒行うことによってパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）値を大きくしている。
【００２３】
このように、最初のＳｉＨ₄ ガスの供給工程のみを例えば長く行うことによって、先に図１４（Ｂ）を参照して説明したように、ウエハＷの表面に対してイニシエーション処理が行われることになって、この表面にＳｉＨｘである反応中間体が付着することになる。従って、この上に堆積されることになる上記初期タングステン膜７６を一層膜厚の均一性良く形成することが可能となる。
また、図２（Ｃ）に示すガス供給態様では、上記図２（Ｂ）に示す供給態様の中で、主タングステン膜形成工程８０の直前に、パッシベーションタングステン膜８２（図５参照）を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程８４を行っている。このパッシベーションタングステン膜形成工程８４では、主タングステン膜形成工程８０と同じガス種、すなわちＷＦ₆ ガスとＨ₂ ガスとを用いており、ただし、タングステン含有ガスの流量比を、主タングステン膜形成工程８０の場合よりも小さく設定している。このパッシベーションタングステン膜形成工程８４の期間Ｔ５は、例えば３〜９０秒で好ましくは１０〜６０秒である。
また、図２（Ｄ）に示すガス供給形態では、上記図２（Ａ）に示す供給形態の中で、主タングステン膜形成工程８０の直前に連続するようにパッシベーションタングステン膜形成工程８４を行っている。
【００２４】
このように、このパッシベーションタングステン膜が、いわゆるパッシベーション膜として機能し、これにより、主タングステン膜を形成する際のＷＦ₆ のＦの拡散によるＴｉ膜へのダメージを抑制し、より一層、埋め込み特性を改善することが可能となる。
ここで、図２（Ｃ）のガス供給態様における、各プロセス条件について説明する。
最初の還元ガス供給工程７０Ａにおけるガス比、ＳｉＨ₄ ／キャリアガス＝９０ｓｃｃｍ／８５５０ｓｃｃｍであり、プロセス圧力は８０Ｔｏｒｒ（１０６４０Ｐａ）、プロセス時間Ｔ４は６０秒である。この時のプロセス温度に関して、上限値はボルケーノの発生を回避したり、ステップカバレジの向上を考慮して２００〜５００℃で好ましくは２５０〜４５０℃である。
また、この時のＳｉＨ₄ ガスの分圧と供給時間との積のパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）に関して、ボルケーノの発生を回避するために１０〜３００（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）、好ましくは３０〜２００（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）である。
【００２５】
初期タングステン形成工程において、第２回以降の還元ガス供給工程７０におけるガス比、ＳｉＨ₄ ／キャリアガス＝９０ｓｃｃｍ／３９００ｓｃｃｍ、期間Ｔ１は５秒であり、プロセス圧力は７．５Ｔｏｒｒ（９９８Ｐａ）、プロセス温度は２００〜５００℃で、好ましくは２５０〜４５０℃である。この時の上記パラメータに関して、膜厚を飽和させる必要性から０．１〜１０（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）で、好ましくは０．２〜５（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）である。
また、タングステンガス供給工程７２におけるガス比、ＷＦ₆ ／キャリアガス＝３０ｓｃｃｍ／３９００ｓｃｃｍ、期間Ｔ２は５秒であり、プロセス圧力は７．５Ｔｏｒｒ（９９８Ｐａ）、プロセス温度は２００〜５００℃で、好ましくは２５０〜４５０℃である。この時の上記パラメータ（ＷＦ₆ ガスの分圧×供給時間）に関しては、ボルケーノの発生を回避するために膜厚を飽和させる必要性から０．０１〜０．６（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）で、好ましくは０．０４〜０．５（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）である。
【００２６】
ここで、還元ガス供給工程７０及びタングステンガス供給工程７２について細部に説明すると、図６は略２８０℃におけるシランのパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）と１サイクル当たりに形成される膜厚との関係を示すグラフであり、パラメータが０．２以上では膜厚は略飽和しているのに対して、０．２よりも小さいと膜厚はパラメータの大きさに依存するが、全体として所定の厚さの初期タングステン膜７６を形成するためには、１サイクルで形成できる膜厚を安定化させる範囲であれば、パラメータを０．１〜１０、好ましくは０．２〜５に設定することにより、種々のプロセス条件の範囲で膜厚は飽和して安定化させることができる。
図７は略２８０℃におけるＷＦ₆ のパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）と１サイクル当たりに形成される膜厚との関係を示すグラフであり、パラメータが０．０４以上では膜厚が略飽和しているのに対して、０．０４よりも小さいと膜厚はパラメータの大きさに依存するが、上記したように、１サイクルで形成される膜厚を安定化させるためには、パラメータを０．０１〜１０、好ましくは０．０４〜５に設定する。
また、図８はガス供給の１サイクル当たりに形成される膜厚の温度依存性を示すグラフである。ここでは、ＳｉＨ₄ とＷＦ₆ とを交互に９０回（９０サイクル）供給した場合の１サイクル当たりの膜厚を示している。また、横軸には、実際のウエハ温度をとっている。
このグラフから明らかなように、ウエハ温度が１００℃以下ではＷ膜が堆積されず、２００〜３００℃まではＷ膜の成膜速度は、温度の上昇と共に緩やかに増大し、その後、３００℃以上では温度の上昇と共に、成膜速度は急激に増大していることが判明する。従って、ウエハ温度（プロセス温度よりもやや低い）は、膜厚の観点からは１００℃以上に設定するのがよいことが判る。
また、図９はＷＦ₆ ガスのパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）と１セル当たりのボルケーノの発生個数との関係を示したグラフである。ここで１セルとは約５万個のコンタクトホールが含まれる集合体をいう。このグラフによれば、パラメータが０．５以下ではボルケーノの発生はゼロであるが、０．５よりも大きくなると、発生するボルケーノの数が略比例的に増加するが、種々のプロセス条件の範囲でＷＦ₆ ガスのパラメータは、０．０１〜０．６で、好ましくは０．０４〜０．５である。この初期タングステン膜７６の厚さは、埋め込み穴２の内径にもよるが、例えば１０〜２００Å程度であり、好ましくは２０〜１５０Å程度である。
【００２７】
次に、パッシベーションタングステン膜形成工程８４においては、ガス比、ＷＦ₆ ／Ｈ₂ ／キャリアガス＝１５ｓｃｃｍ／１８００ｓｃｃｍ／３６００ｓｃｃｍであり、プロセス圧力は７．５Ｔｏｒｒ（９９８Ｐａ）、プロセス温度は２００〜５００℃で、好ましくは２５０〜４５０℃、プロセス時間Ｔ５は３〜９０秒で、好ましくは１０〜６０秒である。この時のＷＦ₆ ガスの分圧はボルケーノの発生を回避する上から０．００１〜０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で、好ましくは０．００５〜０．２Ｔｏｒｒ（２６．６Ｐａ）である。従って、パッシベーションタングステン膜形成工程は、反応律速の範囲内でＷＦ₆ の流量を低くして形成するのが効果的である。
また、パッシベーションタングステン膜８２の厚さは、埋め込み穴２の内径にもよるが、ボルケーノの発生を回避すると共に或る程度以上のステップカバレジを得るために、１０〜２００Å程度、好ましくは２０〜１５０Å程度の範囲内に設定するのがよい。
また、このパッシベーションタングステン膜形成工程８４では、先の初期タングステン膜形成工程と比較して、プロセス圧力とプロセス温度の内、少なくともいずれか一方を実質的に同一に設定する。これにより、両工程間の移行を円滑に、且つ短時間で行うことができる。
【００２８】
また、主タングステン膜形成工程８０においては、ボルケーノの発生を回避しつつ或る程度以上のステップカバレジ及び成膜レートを得るためにガス比、ＷＦ₆ ／Ｈ₂ ／キャリアガス＝９０ｓｃｃｍ／７５０ｓｃｃｍ／３０００ｓｃｃｍであり、プロセス圧力は４０Ｔｏｒｒ（５３２０Ｐａ）、プロセス温度は３００〜５００℃で、好ましくは３５０〜４５０℃である。ここで、プロセス圧力は、ボルケーノの発生を回避するために、２０〜２００Ｔｏｒｒ（２６６０〜２６６００Ｐａ）の範囲内、プロセス温度の上限値は、ボルケーノの発生を回避しつつ或る程度以上のステップカバレジ及び成膜レートを得るために３００〜５００℃で、好ましくは３５０〜４５０℃程度である。
また、ＷＦ₆ ガスの分圧に関しては、下限値はステップカバレジを或る程度高くするために０．４Ｔｏｒｒ（５３Ｐａ）程度であり、上限値はボルケーノの発生を回避するためにプロセス圧力が４０Ｔｏｒｒ以下の時には２．０Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）程度である。更には、ＷＦ₆ ／Ｈ₂ のガス比に関しては、ステップカバレジを或る程度高くし、ボルケーノを回避する上で０．０１〜１で、好ましくは０．１〜０．５である。
【００２９】
また、この主タングステン膜形成工程８０では、パッシベーションタングステン膜形成工程８４と比較して、プロセス圧力とプロセス温度の内、少なくともいずれか一方を実質的に高く設定する。これにより、主タングステン膜形成工程８０における成膜レートを上げるようにする。特に、ここでは、両工程間において、プロセス温度を３５０℃から４００℃まで上昇させているが、この温度上昇期間においてもタングステン膜を形成させて、処理速度を上げるのがよい。
図２（Ｃ）に示すような本発明方法を用いて実際に埋め込みを行った所、図１０に示すような結果を得た。
図１０は本発明方法と従来方法により埋め込まれた埋め込み穴の断面を示す写真であり、図１０（Ａ）に示す従来方法の場合には、埋め込み穴中にボイドが発生して好ましくない結果であるが、図１０（Ｂ）に示す本発明の方法の場合には、埋め込み穴中にボイドが発生しておらず、良好な埋め込み特性を得ることができた。尚、この時の埋め込み穴の内径は０．１３μｍであった。従って、微細ホールが０．１３μｍ以上の場合は特に効果がある。更に０．１３μｍ以下の微細ホールにも有効であった。
【００３０】
また、膜厚を１００Åと３００Åとに変えて成膜した時のタングステン膜表面を電子顕微鏡で観察して表面粗さを測定したところ、従来のＣＶＤ法で成膜した場合には、表面粗さは膜厚が１００Åから３００Åに増加するに従って増大していた。これに対して、本発明方法の場合には、表面粗さは膜厚によらずに略安定して滑らかな表面を保っていることが判明した。
この時、併せて抵抗値も測定したので、その評価結果について図１１を参照して説明する。
図１１はタングステン膜の抵抗値の温度依存性を示すグラフである。図中、ａは従来のＣＶＤ法（プロセス温度≒４００℃）によるタングステン膜を示し、ｂはプロセス温度２８０℃の本発明方法によるタングステン膜を示し、ｃはプロセス温度３８０℃の本発明方法によるタングステン膜を示す。
このグラフから明らかなように、本発明方法による膜ｂ、ｃは従来のＣＶＤ法で形成された膜ａと比べて約２〜４倍高い抵抗値を有することがわかる。これは、本発方法により形成された膜ｂ、ｃの結晶子の大きさが従来方法の場合よりも２〜４倍小さいためと考えられる。また、本発明方法により形成された膜ｂ、ｃでも、より高い温度で形成された膜程高い抵抗値を有することか判る。これは、高温で形成された膜ほど高濃度のＳｉを含有するためと考えられる。
そして、最後に、ウエハ表面において拡散したＦ（フッ素）濃度の評価を行ったので、その評価結果について説明する。
図１２はウエハ表面のＦ濃度（拡散量）プロファイルを示すグラフである。ここではＷ膜（タングステン膜）よりも下方に向けて、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜、ＳｉＯ₂ 膜が順次形成されているウエハを用いている。
このグラフから明らかなように、本発明方法のＷ膜中のＦ濃度は１×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｃであり、従来のＣＶＤ法によるＷ膜中のＦ濃度は３×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｃあって、本発明のＷ膜中のＦの拡散量が略１／３程度に抑制されており、これにより高いバリア性を有することが確認できた。
【００３１】
上記実施例では、還元ガスとして水素とシランを用いたが、これに代えて、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、ジクロルシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）、ホスフィン（ＰＨ₃ ）等を用い、これらを適宜組み合わせてもよい。この場合、主タングステン膜形成工程８０よりも、初期タングステン膜形成工程において、より還元力の大きなガスを用いるのがよい。
更には、上記初期タングステン膜形成工程、パッシベーションタングステン膜形成工程及び主タングステン膜形成工程において、同一の還元ガスを用いてもよい。
また、ここでは初期タングステン膜形成工程にＳｉＨ₄ を用いたが、これに代えてプラズマを利用して、或いは紫外線を利用して発生させたＨ₂ ラジカル（活性種）を用いてもよい。
また、タングステン含有ガスとしてはＷＦ₆ ガスに限定されず、有機系のタングステンソースガスを用いてもよい。
また、本実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも適用できるのは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタングステン膜の形成方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、膜厚均一性の高い核付け層としての初期タングステン膜を形成することができ、従って、この後に主たるタングステン膜を堆積させた時に、例えば埋め込み穴の径が小さくても、特性に悪影響を与える程の大きさのボイドの発生やボルケーノの発生を抑制することができる。
また本発明によれば、還元ガス供給工程とタングステンガス供給工程とパージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御することにより、ウエハ（被処理体）の温度や被覆されるガスの量を一定に保つことができる。
特に請求項７に係る発明によれば、実質的に従来方法のイニシエーション処理と同様な機能を持たせて被処理体の表面に反応中間体を付着させて表面を活性化させることができる。
特に請求項８に係る発明によれば、最初の還元ガス供給工程が従来方法のイニシェーション処理と同様な機能を果たし、且つ、還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御することにより、ウエハ（被処理体）の温度や被覆されるガスの量を一定に保つことができる。
また本発明によれば、半導体デバイスの微細化が進む上で例えば埋め込み穴の径が０．１μｍ以下と小さくなっても、特性に悪影響を与える程の大きさのボイドの発生やボルケーノの発生を抑制でき、埋め込み特性を改善することができる。
特に請求項１０に係る発明によれば、パッシベーションタングステン膜が、いわゆるパッシベーション膜として機能し、より一層、埋め込み特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタングステン膜の形成方法を実施する熱処理装置を示す断面構成図である。
【図２】各ガスの供給態様を示す図である。
【図３】処理容器内におけるシラン（ＳｉＨ₄ ）の分圧の分布状態を示す図である。
【図４】半導体ウエハの表面に堆積したタングステン膜の一例を示す拡大断面図である。
【図５】半導体ウエハの表面に堆積したタングステン膜の他の一例を示す拡大断面図である。
【図６】シランのパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）と１サイクル当たりに形成される膜厚との関係を示すグラフである。
【図７】ＷＦ₆ のパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）と１サイクル当たりに形成される膜厚との関係を示すグラフである。
【図８】ガス供給の１サイクル当たりに形成される膜厚の温度依存性を示すグラフである。
【図９】ＷＦ₆ ガスのパラメータ（Ｔｏｒｒ・ｓｅｃ）と１セル当たりのボルケーノの発生個数との関係を示したグラフである。
【図１０】本発明方法と従来方法により埋め込まれた埋め込み穴の断面を示す図面代用写真である。
【図１１】タングステン膜の抵抗値の温度依存性を示すグラフである。
【図１２】ウエハ表面のＦ濃度（拡散量）プロファイルを示すグラフである。
【図１３】ボルケーノとボイドが発生している埋め込み穴を示す断面図である。
【図１４】タングステンにより埋め込み穴を埋め込む時の工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
２埋め込み穴
４バリヤ層
２０熱処理装置
２２処理容器
２４シャワーヘッド部
６０加熱ランプ
７０還元ガス供給工程
７２タングステンガス供給工程
７４パージ工程
７６初期タングステン膜
７８主タングステン膜
８０主タングステン膜形成工程
８２パッシベーションタングステン膜
８４パッシベーションタングステン膜形成工程
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a tungsten film on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In general, in the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, W (tungsten) or WSi (tungsten) is used to form a wiring pattern on the surface of a semiconductor wafer, which is an object to be processed, or to bury a concave portion between wirings or a concave portion for contact. Silicide), Ti (titanium), TiN (titanium nitride), TiSi (titanium silicide), Cu (copper), Ta₂ O_Five A thin film is formed by depositing a metal such as (tantalum oxide) or a metal compound. Of the various thin films described above, a tungsten film is frequently used because of its low specific resistance and low film forming temperature. In order to form this type of tungsten film, WF is used as a source gas.₆ A tungsten film is deposited by using (tungsten hexafluoride) and reducing it with hydrogen, silane, dichlorosilane or the like.
[0003]
When the tungsten film is formed, a barrier layer in which a Ti film, a TiN film, or a laminated film of both is used as a base film on the wafer surface for the purpose of improving the adhesion and suppressing the reaction with the underlying silicon layer. The tungsten film is deposited on the barrier layer.
Here, when embedding the recesses or the like, hydrogen gas having a lower reducing property than silane is mainly used in order to improve the embedding property. At this time, unreacted WF is used.₆ The barrier layer is attacked by the gas, and the barrier layer and fluorine react to expand in volume, thereby generating volcano protruding upward and generating voids in the embedded hole.
[0004]
This will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a buried hole in which a volcano and a void are generated. A buried hole 2 such as a contact hole is formed on the surface of the semiconductor wafer W, and a barrier layer 4 made of, for example, a Ti / TiN film is formed on the surface including the inner surface of the buried hole 2 in advance. And in this state WF₆ Gas and H₂ When the tungsten film 6 is deposited by supplying gas simultaneously, the WF is buried.₆ Fluorine therein diffuses into the barrier layer, and in particular, Ti and fluorine in the barrier layer 4 on the surface react to react with each other, so that the tungsten film 6 is deposited in a protruding shape starting from the vicinity of the buried hole 2 and the tip of the protruding portion Volcano 8 is generated due to the stress of tungsten film 6, and hollow void 10 is generated in buried hole 2.
[0005]
Then, in order to prevent the generation of the Volcano 8 and the like, a nucleation layer of a tungsten film is formed with a slight thickness, for example, about 300 to 500 mm, using silane having a stronger reducing power instead of hydrogen gas first. Then, this nucleation layer is used as the starting point for H₂ Gas and WF₆ The main tungsten film is also deposited by gas, but in this case, the nucleation layer may not be made uniform due to surface contamination of the barrier layer 4 which is the base film.
Therefore, prior to the formation of the nucleation layer, the reaction intermediate of silane (SiHx: x <4) is supplied at a low temperature, such as about 400 ° C. ) Is adsorbed on the wafer surface, and the nucleation layer is grown using this as a starting point. FIG. 14 is a diagram showing a process when a buried hole is filled with tungsten using such a method.
[0006]
First, as shown in FIG. 14A, silane (SiH) is applied to a wafer W on which the barrier layer 4 is formed on the entire wafer surface including the inner surface in the embedded hole 2._Four ) Alone, and the SiH is applied to the surface of the wafer W._x An initiation process for attaching the reaction intermediate 12 is performed (FIGS. 14A and 14B). And then, as explained above, WF for a predetermined time₆ Gas and SiH_Four Gas is simultaneously supplied as shown in FIG. 14C, and a tungsten film is deposited starting from the reaction intermediate 12 to form a nucleation layer 14 (FIG. 14D).
Next, as shown in FIG.₆ Gas and H₂ By supplying gas at the same time, a main tungsten film 16 is deposited as shown in FIG.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the barrier layer 4 formed on the wafer surface is formed, an organic compound source of Ti is generally used to increase the step coverage at this time. Components are contained in the barrier layer 4, and this causes the reaction intermediate to adhere non-uniformly due to the surface where the carbon component is exposed even after the above-described initiation treatment, and the nucleation layer 14 is non-uniform. As a result, the step coverage of the nucleation layer 14 itself is deteriorated. As a result, the embedding property of the main tungsten film is poor, and voids, volcano and the like are formed.
Further, when the ratio of the nucleation layer 14 to the total tungsten film including the main tungsten layer 16 is not so large, no problem arises. When the ratio of the thickness of the nucleation layer 14 to the thickness of the nucleation layer becomes so large that it cannot be ignored, voids having a size that cannot be ignored are generated due to the poor step coverage of the nucleation layer 14. There was also a problem such as.
[0008]
The above problems have become particularly serious when the semiconductor manufacturing is further miniaturized and thinned and the inner diameter of the buried hole is, for example, 0.2 μm or less.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a method of forming a tungsten film with good embedding characteristics, which can suppress the generation of voids and volcanoes having a size that adversely affects the characteristics even if the diameter of the embedding hole is small, for example. There is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  According to the first aspect of the present invention, when a tungsten film is formed on the surface of an object to be processed in a processing container that can be evacuated, a reducing gas is formed.As silicon containing gasThe reducing gas supply step for supplying the tungsten gas and the tungsten gas supply step for supplying the tungsten-containing gas are interposed between the two steps with a purge step for evacuating while supplying an inert gas.And the reducing gas supply process is performed first.To repeat alternatelyThen tanA tungsten film forming method characterized in that a gusten film is formed.
  This makes it possible to form an initial tungsten film as a nucleation layer with high film thickness uniformity. Therefore, when the main tungsten film is deposited after this, even if the diameter of the buried hole is small, for example, the characteristics are improved. It is possible to suppress the generation of voids and the occurrence of volcano that have an adverse effect.
[0010]
  According to a second aspect of the present invention, there is provided a reducing gas supply step for supplying a reducing gas and a tungsten gas for supplying a tungsten-containing gas when a tungsten film is formed on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated. The supply step includes a purge step for evacuating while supplying an inert gas between the two steps, and the reducing gas and the tungsten-containing gas are passed through the reducing gas supply step, the tungsten gas supply step, and the purge step. Control to keep the total pressure of inert gas constantAnd performing the reducing gas supply step first.The reducing gas supply step and the tungsten gas supply processAboutTo repeat alternatelyThen tanA tungsten film forming method characterized in that a gusten film is formed.
  Thus, by controlling the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas through the reducing gas supply process, the tungsten gas supply process, and the purge process, the temperature of the wafer (object to be processed) The amount of gas to be coated can be kept constant.
  According to a third aspect of the present invention, there is provided a reducing gas supply step for supplying a reducing gas and a tungsten gas for supplying a tungsten-containing gas when a tungsten film is formed on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated. A tungsten film is formed by alternately performing a supply process and a purge process for evacuating while supplying an inert gas between the two processes and alternately performing the reducing gas supply process first. In the first reducing gas supply process among the repeated reducing gas supply processes, the parameter formed by the product of the partial pressure of the reducing gas and the supply time is set to be larger than the parameters of the other reducing gas supply processes. This is a method for forming a tungsten film.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a reducing gas supply step for supplying a reducing gas and a tungsten gas for supplying a tungsten-containing gas when a tungsten film is formed on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated. A tungsten film is formed by alternately performing a supply process and a purge process for evacuating while supplying an inert gas between the two processes and alternately performing the reducing gas supply process first. The reducing gas supply time in the first reducing gas supply process among the repeated reducing gas supply processes is set to be longer than the supply time of the other reducing gas supply processes, and the reducing gas supply process and the tungsten gas supply Controlled so that the total pressure of reducing gas, tungsten-containing gas and inert gas is constant throughout the process and purge process A method of forming a tungsten film.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a reducing gas supply step for supplying a reducing gas and a tungsten gas for supplying a tungsten-containing gas when a tungsten film is formed on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated. An initial tungsten film is formed by interposing a supply process with a purge process for evacuating while supplying an inert gas between the two processes and alternately performing the reducing gas supply process first. And, after forming the initial tungsten film, performing a main tungsten film forming step of forming a main tungsten film by simultaneously supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas, and forming the initial tungsten film. Between the step of forming the main tungsten film, the flow rate ratio of the tungsten-containing gas is Tungsten film characterized in that a passivation tungsten film forming step for forming a passivation tungsten film by simultaneously supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas in a state smaller than the case of the tungsten film forming step is performed. It is the formation method.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a reducing gas supply step for supplying a reducing gas and a tungsten gas for supplying a tungsten-containing gas when a tungsten film is formed on the surface of an object to be processed in a processing vessel that can be evacuated. An initial tungsten film is formed by interposing a supply process with a purge process for evacuating while supplying an inert gas between the two processes and alternately performing the reducing gas supply process first. And, after forming the initial tungsten film, performing a main tungsten film forming step of forming a main tungsten film by simultaneously supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas, and forming the initial tungsten film. During the step of forming the main tungsten film, the flow rate of the tungsten-containing gas is changed to the main tungsten film. In smaller state than in the tungsten film forming step, the A passivation tungsten film forming step of forming a passivation tungsten film by simultaneously supplying a tungsten-containing gas and the reducing gas is performed, and the flow rate of the tungsten-containing gas is higher than that of the main tungsten film forming step. The tungsten film forming method is characterized in that the number of film forming steps is reduced.
  Also,Billing for exampleItem 7As defined, in the first reducing gas supply step among the repeated reducing gas supply steps, a parameter formed by the product of the partial pressure of the reducing gas and the supply time is set larger than the parameters of the other reducing gas supply steps. Set as follows.
  Accordingly, it is possible to activate the surface by attaching the reaction intermediate to the surface of the object to be processed while having substantially the same function as the initiation process of the conventional method.
  Also for example billingItem 8As specified, in the first reducing gas supply process among the repeated reducing gas supply processes, the supply time of the reducing gas is set to be longer than the supply time of the other reducing gas supply process, The reducing gas supply step and the tungsten gas supply step are alternately repeated by controlling the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas to be constant throughout the gas supply step, the tungsten gas supply step, and the purge step. To doThen tanA gusten film is formed.
  As described above, the first reducing gas supply step performs the same function as the initialization process of the conventional method, and the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas is controlled to be constant. The temperature of the wafer (object to be processed) and the amount of gas to be coated can be kept constant.
  ClaimItem 9As stipulated,The tongueAfter forming the gusten film, a main tungsten film forming step of forming a main tungsten film by simultaneously supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas is performed.
  Thereby, for example, even when the diameter of the embedding hole is small, it is possible to suppress the generation of voids and the occurrence of volcano that have an adverse effect on the characteristics, and to improve the embedding characteristics.
[0011]
  In this case, for example, billingItem 10As defined, between the step of forming the initial tungsten film and the step of forming the main tungsten film, the flow rate ratio of the tungsten-containing gas is smaller than in the case of the main tungsten film forming step, A passivation tungsten film forming step of forming a passivation tungsten film by simultaneously supplying a tungsten-containing gas and the reducing gas is performed.
  Thus, the passivation tungsten film functions as a so-called passivation film, and when the initial tungsten film is thin, the WF is formed when the main tungsten film is formed.₆ Since volcano is generated by this attack, the formation of the passivation tungsten film protects the initial tungsten film and further improves the embedding characteristics.
  In this case, for example, billingItem 11As defined, the initial tungsten film forming step and the passivation tungsten film forming step are at least one of a process pressure and a process temperature.Is the sameIt is one.
  Also for example billingItem 12As defined, in the main tungsten film forming step, at least one of a process pressure and a process temperature compared to the passivation tungsten film forming step.HigherIs set.
[0012]
  Also an exampleFor example,Nungsten-containing gas is WF₆ One of a gas and an organic tungsten source gas.
  Also an exampleFor example,The reducing gas is H₂ Gas, Silane (SiH₄ ), Disilane (Si₂ H₆ ), Dichlorosilane (SiH)₂ Cl₂ ), Diborane (B₂ H₆ ), Phosphine (PH₃ ).
  For example, as defined in claim 11, the tungsten-containing gas is WF.₆ The reducing gas is SiH in the initial tungsten film formation process.₄ Gas, and H in the passivation tungsten film forming step and the main tungsten film forming step.₂ Gas.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, an embodiment of a method for forming a tungsten film according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a heat treatment apparatus for performing a tungsten film forming method according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a supply mode of each gas.FIG. 3 shows silane (SiH in the processing vessel. ₄ ) Is a diagram showing the distribution of partial pressure ofFIG. 4 is an enlarged sectional view showing an example of a tungsten film deposited on the surface of the semiconductor wafer, and FIG. 5 is an enlarged sectional view showing another example of the tungsten film deposited on the surface of the semiconductor wafer.
  First, the heat treatment apparatus for carrying out the method of the present invention will be described. The heat treatment apparatus 20 has, for example, an aluminum treatment vessel 22 having a substantially cylindrical cross section. A shower head portion 24 for selectively introducing, for example, various film forming gases and carrier gases as a flow-controlled processing gas is provided to the ceiling portion in the processing container 22 via a sealing member 26 such as an O-ring. The film forming gas is ejected toward the processing space S from a number of gas ejection ports 28 provided on the lower surface. In addition, in the shower head portion 24, one or a plurality of diffusion plates 27 having a plurality of diffusion holes 25 are provided to promote the diffusion of the gas introduced therein. is there.
[0014]
In the processing container 22, a cylindrical reflector 30 raised from the bottom of the processing container is used as an object to be processed via, for example, three L-shaped holding members 32 (only two are shown in FIG. 1). A mounting table 34 for mounting the semiconductor wafer W is provided.
Below the mounting table 34, a plurality of, for example, three L-shaped lifter pins 36 (only two in the illustrated example) are erected upward, and the base of the lifter pin 36 is A vertically long insertion hole (not shown) formed in the reflector 30 is inserted into the ring member 38 in common. Then, the ring member 38 is moved up and down by a push-up bar 40 penetrating through the bottom of the processing container, so that the lifter pin 36 is inserted into the lifter pin hole 42 penetrating through the mounting table 34 and the wafer W is inserted. It can be lifted.
[0015]
A bellows 44 that can be expanded and contracted is provided in the through hole at the bottom of the container of the push-up bar 40 so as to maintain an airtight state inside the processing container 22, and the lower end of the push-up bar 40 is connected to the actuator 46. .
In addition, an exhaust port 48 is provided at the peripheral edge of the bottom of the processing container 22, and an exhaust passage 50 connected to a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 48, and a predetermined amount is passed through the processing container 22. A vacuum can be drawn to a degree of vacuum. Further, a gate valve 52 that is opened and closed when a wafer is carried in and out is provided on the side wall of the processing container 22.
Although not shown, a vacuum gauge (Capamanometer) for measuring pressure is provided in the processing vessel 22, and a pressure control valve (Auto Pressure Control Valve) for adjusting the pressure in the processing vessel 22 is provided in the exhaust passage 50. It has been.
[0016]
In addition, a transmission window 54 made of a heat ray transmission material such as quartz is airtightly provided through a sealing member 56 such as an O-ring at the bottom of the processing vessel directly below the mounting table 34, and below this transmission window A box-shaped heating chamber 58 is provided so as to surround 54. In the heating chamber 58, for example, a plurality of heating lamps 60 are attached as a heating means to a rotating table 62 that also serves as a reflecting mirror. The rotating table 62 is a rotation provided at the bottom of the heating chamber 58 via a rotating shaft. It is rotated by a motor 64. Accordingly, the heat rays emitted from the heating lamp 60 pass through the transmission window 54 and irradiate the lower surface of the thin mounting table 34 to heat it, and further indirectly heat the wafer W on the mounting table 34. To get. By using the heating lamp 60 in this way, the temperature increase rate of the wafer W can be made very fast.
[0017]
Next, the method of the present invention performed using the apparatus configured as described above will be described.
First, the gate valve 52 provided on the side wall of the processing container 22 is opened, the wafer W is loaded into the processing container 22 by a transfer arm (not shown), and the lifter pin 36 is pushed up to deliver the wafer W to the lifter pin 36 side. Then, the lifter pins 36 are lowered by lowering the push-up rod 40, and the wafer W is mounted on the mounting table 34. On the surface of the wafer W, a barrier layer 4 such as a Ti / TiN film has already been formed as a base film in the previous process including the inner surface of the buried hole 2 (see FIG. 14A).
[0018]
  Next, a predetermined film forming gas, a carrier gas, or the like is supplied as a processing gas from a processing gas source (not shown) by a predetermined amount to the shower head unit 24 in a gas supply mode as will be described later, and this gas is injected into the lower surface.Mouth 28To the processing container 22 in a substantially uniform manner. At the same time, the inside atmosphere is sucked and exhausted from the exhaust port 48 to evacuate the inside of the processing vessel 22 to a predetermined pressure, and the heating lamps 60 of the heating means positioned below the mounting table 34 are rotated. Drives and radiates heat energy.
  The radiated heat rays pass through the transmission window 54 and then irradiate the back surface of the mounting table 34 to heat it. Since the mounting table 34 is very thin, for example, about 1 mm as described above, the mounting table 34 is heated quickly. Therefore, the wafer W mounted thereon can be quickly heated to a predetermined temperature. The supplied film forming gas causes a predetermined chemical reaction, and a thin film of tungsten film is deposited on the entire surface of the wafer.
[0019]
  Here, the supply mode of each gas will be specifically described with reference to FIG.
  In FIG.Is 4 typesIn each embodiment, for example, Ar, N as the carrier gas₂ The gas is continuously supplied at a constant flow rate or changing the flow rate as necessary. Similarly, the processing vessel 22 is continuously evacuated during a series of steps.
  Here, the tungsten-containing gas is WF.₆ Gas and H as the reducing gas₂ Gas or this H₂ SiH, which has a stronger reducing power than gas₄ Gas is used.
[0020]
  First, the gas supply mode shown in FIG. 2A is a reducing gas, SiH.₄ Reducing gas supply process 70 for supplying gas and tongueTen-containing gasWF₆ The tungsten gas supply step 72 for supplying the gas is alternately repeated a plurality of times by interposing a purge step 74 for evacuating while supplying a carrier gas as an inert gas between these two steps. An initial tungsten film 76 (see FIG. 4) is formed. That is, SiH₄ Gas supply and WF₆ The initial tungsten film forming step is performed by alternately repeating the gas supply and interposing the purge step 74 between the repeated steps. Then, the last of the initial tungsten film forming process is completed in the reducing gas supply process 70. This point is the same in FIGS. 2B to 2D.
  Once the initial tungsten film 76 has been formed in this way, the next step is to use SiH as the reducing gas.₄ H instead of gas₂ Using gas, this H₂ WF, a gas containing tungsten and gas₆ Gas, other inert gases, eg Ar, N₂ A main tungsten film forming step 80 for forming the main tungsten film 78 is performed by supplying gas simultaneously, and the buried hole 2 is completely filled with the main tungsten film 78.
[0021]
Here, in the initial tungsten film forming step, assuming that the period from one reducing gas supply step 70 to the next reducing gas supply step 70 is one cycle, three cycles are performed in the case of FIG. The number of cycles is not particularly limited.
Here, the period T1 of each reducing gas supply process 70 and the period T2 of each tungsten gas supply process 72 are 1 to 30 seconds, preferably 3 to 10 seconds, respectively, and the period T3 of the purge process 74 is 0. -30 seconds, preferably 0-10 seconds. In the purge step, only vacuuming may be performed.
Preferably, the total pressure (total pressure) of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas is controlled to be constant through the reducing gas supply process 70, the tungsten gas supply process 72, and the purge process 74. This is because, by keeping the total gas pressure constant, the temperature of the wafer (object to be processed) and the adsorption amount of the gas to be coated can be kept constant. The total pressure of the gas is controlled by measuring the pressure in the processing vessel 22 with a vacuum gauge attached to the processing vessel 22 and adjusting the pressure control valve attached to the exhaust passage 50 so that the pressure becomes constant. By doing.
Here, since the time of the purge process 74 was evaluated, the result will be described.
FIG. 3 shows silane (SiH) in the processing vessel._Four 3A is a diagram showing a distribution state of the partial pressure of FIG. 3A, FIG. 3A shows a case where a diffusion plate 27 is provided in the shower head portion 24, and FIG. 3B shows a diffusion plate in the shower head portion 24. The case where no is provided is shown. In the figure, the horizontal axis represents the distance in the radial direction from the wafer center. Here, SiH_Four Residual SiH on the wafer when purging for several seconds (0 to 3 seconds) immediately after the supply of_Four The partial pressure is measured.
As is clear from FIG. 3, the one where the dispersion plate is provided in the shower head (FIG. 3A) has a low partial pressure early, and in the case shown in FIG. SiH by performing a purge process of about_Four The partial pressure of 1 × 10^-1It can be reduced to about Pa, and in the case shown in FIG. 3B, a SiH is performed by performing a purge process for about 3 seconds._Four The partial pressure of 1 × 10^-1It turns out that it can be reduced to about Pa.
Therefore, regardless of the structure of the shower head, if the purge process is performed for at least about 3 seconds, the partial pressure of residual silane can be made substantially zero and the influence of the gas phase reaction can be ignored.
Returning to FIG. 2, the SiH here_Four Gas or WF₆ The flow rate of the gas is made relatively small, and the partial pressure ratio is reduced. Furthermore, the process temperature is set to a low value, for example, 200 to 500 ° C., preferably 250 to 450 ° C. The initial tungsten film has a thickness of 1 to 50 mm, preferably 3 to 20 mm, in one cycle.
Further, the time of the main tungsten film forming step 80 depends on the film thickness to be formed. Here WF₆ Gas flow rate, H₂ Both the gas flow rate is increased, the process pressure and the process temperature are slightly increased, and the film formation rate is set large.
[0022]
As a result, the initial tungsten film 76 is deposited relatively uniformly and satisfactorily on the surface of the wafer W. This initial tungsten film 76 functions as the nucleation layer 14 in FIG. 14C, and therefore, the main tungsten film 78 can be deposited on this with good embeddability.
Further, the gas supply mode shown in FIG. 2B is the same as the gas supply mode shown in FIG. 2A, in the first reducing gas supply step 70A among the repeated reducing gas supply steps. A parameter formed by the product of the partial pressure (Torr) and the supply time (sec) is set to be larger than the parameter (Torr · sec) of the other reducing gas supply process 70. Here, this SiH_Four The parameter (Torr · sec) value is increased by increasing the period T4 of the first reducing gas supply step 70A without changing the gas flow rate, for example, by performing the period of 1 to 120 seconds, preferably 30 to 90 seconds.
[0023]
Thus, the first SiH_Four For example, by performing only the gas supply process for a long time, an initiation process is performed on the surface of the wafer W as described above with reference to FIG. Some reaction intermediate will be attached. Accordingly, it is possible to form the initial tungsten film 76 to be deposited thereon with a more uniform film thickness.
Further, in the gas supply mode shown in FIG. 2C, the passivation tungsten film 82 (see FIG. 5) is formed immediately before the main tungsten film forming step 80 in the supply mode shown in FIG. 2B. A passivation tungsten film forming step 84 is performed. In this passivation tungsten film forming step 84, the same gas type as in the main tungsten film forming step 80, ie, WF₆ Gas and H₂ However, the flow rate ratio of the tungsten-containing gas is set smaller than that in the main tungsten film forming step 80. The period T5 of the passivation tungsten film forming step 84 is, for example, 3 to 90 seconds, and preferably 10 to 60 seconds.
Further, in the gas supply form shown in FIG. 2D, the passivation tungsten film forming step 84 is performed so as to be continued immediately before the main tungsten film forming step 80 in the supply form shown in FIG. Yes.
[0024]
As described above, this passivation tungsten film functions as a so-called passivation film, and thereby, the WF in forming the main tungsten film.₆ It is possible to suppress damage to the Ti film due to diffusion of F and further improve the embedding characteristics.
Here, each process condition in the gas supply mode of FIG.2 (C) is demonstrated.
Gas ratio in first reducing gas supply process 70A, SiH_Four / Carrier gas = 90 sccm / 8550 sccm, the process pressure is 80 Torr (10640 Pa), and the process time T4 is 60 seconds. Regarding the process temperature at this time, the upper limit is 200 to 500 ° C., preferably 250 to 450 ° C. in consideration of avoiding the occurrence of volcano or improving the step coverage.
In addition, SiH at this time_Four The parameter (Torr · sec) of the product of the gas partial pressure and the supply time is 10 to 300 (Torr · sec), preferably 30 to 200 (Torr · sec) in order to avoid the occurrence of volcano.
[0025]
In the initial tungsten formation step, the gas ratio in the second and subsequent reducing gas supply steps 70, SiH_Four / Carrier gas = 90 sccm / 3900 sccm, period T1 is 5 seconds, process pressure is 7.5 Torr (998 Pa), process temperature is 200 to 500 ° C., preferably 250 to 450 ° C. Regarding the above parameters at this time, it is 0.1 to 10 (Torr · sec), preferably 0.2 to 5 (Torr · sec) because of the necessity of saturating the film thickness.
Further, the gas ratio in the tungsten gas supply step 72, WF₆ / Carrier gas = 30 sccm / 3900 sccm, period T2 is 5 seconds, process pressure is 7.5 Torr (998 Pa), process temperature is 200 to 500 ° C., preferably 250 to 450 ° C. The above parameters (WF)₆ Gas partial pressure × supply time) is 0.01 to 0.6 (Torr · sec), preferably 0.04 to 0.5 from the necessity of saturating the film thickness in order to avoid the occurrence of volcano. (Torr · sec).
[0026]
Here, the reducing gas supply process 70 and the tungsten gas supply process 72 will be described in detail. FIG. 6 shows the relationship between the silane parameter (Torr · sec) at approximately 280 ° C. and the film thickness formed per cycle. In the graph, the film thickness is almost saturated when the parameter is 0.2 or more, whereas when it is smaller than 0.2, the film thickness depends on the size of the parameter, but as a whole the predetermined thickness In order to form the initial tungsten film 76, various parameters can be set by setting the parameters to 0.1 to 10, preferably 0.2 to 5, within a range that stabilizes the film thickness that can be formed in one cycle. The film thickness can be saturated and stabilized within the range of process conditions.
FIG. 7 shows WF at about 280 ° C.₆ Is a graph showing the relationship between the parameter (Torr · sec) and the film thickness formed per cycle. When the parameter is 0.04 or more, the film thickness is substantially saturated, whereas from 0.04 However, in order to stabilize the film thickness formed in one cycle as described above, the parameter is set to 0.01 to 10, preferably 0.04 to Set to 5.
FIG. 8 is a graph showing the temperature dependence of the film thickness formed per cycle of gas supply. Here, SiH_Four And WF₆ The film thickness per cycle is shown in the case of alternately supplying 90 times (90 cycles). The horizontal axis represents the actual wafer temperature.
As is apparent from this graph, when the wafer temperature is 100 ° C. or lower, the W film is not deposited. From 200 to 300 ° C., the film forming rate of the W film gradually increases with the temperature rise, and thereafter 300 ° C. or higher. Then, it turns out that the film-forming speed | velocity | rate increases rapidly with the rise in temperature. Therefore, it can be seen that the wafer temperature (slightly lower than the process temperature) is preferably set to 100 ° C. or higher from the viewpoint of film thickness.
Moreover, FIG. 9 shows WF₆ It is the graph which showed the relationship between the parameter (Torr * sec) of gas, and the generation | occurrence | production number of volcano per cell. Here, one cell means an aggregate including about 50,000 contact holes. According to this graph, when the parameter is 0.5 or less, the generation of volcano is zero, but when the parameter is larger than 0.5, the number of generated volcanoes increases approximately proportionally. WF₆ The gas parameter is 0.01 to 0.6, preferably 0.04 to 0.5. The initial tungsten film 76 has a thickness of, for example, about 10 to 200 mm, preferably about 20 to 150 mm, although it depends on the inner diameter of the buried hole 2.
[0027]
Next, in the passivation tungsten film forming step 84, the gas ratio, WF₆ / H₂ / Carrier gas = 15 sccm / 1800 sccm / 3600 sccm, process pressure is 7.5 Torr (998 Pa), process temperature is 200 to 500 ° C., preferably 250 to 450 ° C., process time T5 is 3 to 90 seconds, preferably 10 to 60 seconds. WF at this time₆ The partial pressure of the gas is 0.001 to 0.5 Torr (66.5 Pa), preferably 0.005 to 0.2 Torr (26.6 Pa) from the viewpoint of avoiding the generation of volcano. Therefore, the passivation tungsten film forming process is performed within the range of reaction rate limiting.₆ It is effective to form with a low flow rate.
Further, although the thickness of the passivation tungsten film 82 depends on the inner diameter of the buried hole 2, in order to avoid the occurrence of volcano and to obtain a certain step coverage or more, it is about 10 to 200 mm, preferably 20 to 150 mm. It is better to set it within a range.
In the passivation tungsten film forming step 84, at least one of the process pressure and the process temperature is set to be substantially the same as that in the initial tungsten film forming step. Thereby, the transition between both processes can be performed smoothly and in a short time.
[0028]
Further, in the main tungsten film forming step 80, in order to obtain a certain step coverage and film formation rate while avoiding the occurrence of volcano, the gas ratio, WF₆ / H₂ / Carrier gas = 90 sccm / 750 sccm / 3000 sccm, process pressure is 40 Torr (5320 Pa), process temperature is 300 to 500 ° C., preferably 350 to 450 ° C. Here, the process pressure is within the range of 20 to 200 Torr (2660 to 26600 Pa) in order to avoid the occurrence of volcano, and the upper limit value of the process temperature is a certain level of step coverage and avoiding the occurrence of volcano. In order to obtain a film forming rate, the temperature is 300 to 500 ° C, preferably about 350 to 450 ° C.
WF₆ Regarding the partial pressure of the gas, the lower limit is about 0.4 Torr (53 Pa) in order to increase the step coverage to some extent, and the upper limit is 2. when the process pressure is 40 Torr or less in order to avoid the occurrence of volcano. It is about 0 Torr (266 Pa). Furthermore, WF₆ / H₂ The gas ratio is 0.01 to 1, preferably 0.1 to 0.5 in order to increase the step coverage to some extent and avoid volcano.
[0029]
In the main tungsten film forming step 80, at least one of the process pressure and the process temperature is set to be substantially higher than that in the passivation tungsten film forming step 84. Thereby, the film forming rate in the main tungsten film forming step 80 is increased. In particular, here, the process temperature is increased from 350 ° C. to 400 ° C. between both steps, but it is preferable to increase the processing speed by forming a tungsten film even during this temperature increase period.
When embedding was actually performed using the method of the present invention as shown in FIG. 2C, the result as shown in FIG. 10 was obtained.
FIG. 10 is a photograph showing a cross-section of the embedding hole embedded by the method of the present invention and the conventional method. In the case of the conventional method shown in FIG. 10A, voids are generated in the embedding hole. However, in the case of the method of the present invention shown in FIG. 10B, no void was generated in the embedding hole, and good embedding characteristics could be obtained. At this time, the inner diameter of the embedding hole was 0.13 μm. Therefore, it is particularly effective when the fine hole is 0.13 μm or more. It was also effective for fine holes of 0.13 μm or less.
[0030]
In addition, when the surface roughness was measured by observing the surface of the tungsten film when the film thickness was changed between 100 mm and 300 mm with an electron microscope, the surface roughness was measured when the film was formed by the conventional CVD method. Increased as the film thickness increased from 100 mm to 300 mm. On the other hand, in the case of the method of the present invention, it has been found that the surface roughness maintains a stable and smooth surface regardless of the film thickness.
Since the resistance value was also measured at this time, the evaluation result will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a graph showing the temperature dependence of the resistance value of the tungsten film. In the figure, a represents a tungsten film formed by a conventional CVD method (process temperature≈400 ° C.), b represents a tungsten film formed by the method of the present invention at a process temperature of 280 ° C., and c represents tungsten formed by the method of the present invention at a process temperature of 380 ° C. The membrane is shown.
As is apparent from this graph, the films b and c obtained by the method of the present invention have a resistance value that is about 2 to 4 times higher than that of the film a formed by the conventional CVD method. This is presumably because the crystallite size of the films b and c formed by the present method is 2 to 4 times smaller than that of the conventional method. It can also be seen that the films b and c formed by the method of the present invention have a higher resistance value as the film formed at a higher temperature. This is presumably because a film formed at a higher temperature contains a higher concentration of Si.
Finally, the evaluation of the F (fluorine) concentration diffused on the wafer surface will be described.
FIG. 12 is a graph showing an F concentration (diffusion amount) profile on the wafer surface. Here, the TiN film, the Ti film, and the SiO film are directed downward from the W film (tungsten film).₂ A wafer on which films are sequentially formed is used.
As is apparent from this graph, the F concentration in the W film of the method of the present invention is 1 × 10.¹⁷Atms / cc, the F concentration in the W film by the conventional CVD method is 3 × 10¹⁷Atms / cc, the diffusion amount of F in the W film of the present invention was suppressed to about 1/3, and it was confirmed that this had high barrier properties.
[0031]
In the above embodiment, hydrogen and silane were used as the reducing gas, but instead of this, disilane (Si₂ H₆ ), Dichlorosilane (SiH)₂ Cl₂ ), Diborane (B₂ H₆ ), Phosphine (PH_Three ) Etc., and these may be combined appropriately. In this case, it is preferable to use a gas having a larger reducing power in the initial tungsten film forming step than in the main tungsten film forming step 80.
Furthermore, the same reducing gas may be used in the initial tungsten film forming step, the passivation tungsten film forming step, and the main tungsten film forming step.
Here, SiH is used in the initial tungsten film forming step._Four Instead of this, H was generated using plasma or using ultraviolet rays.₂ A radical (active species) may be used.
As a tungsten-containing gas, WF is used.₆ It is not limited to the gas, and an organic tungsten source gas may be used.
In this embodiment, the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.
[0032]
【The invention's effect】
  As described above, according to the tungsten film forming method of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
  In the present inventionAccordingly, an initial tungsten film as a nucleation layer with high film thickness uniformity can be formed. Therefore, even when the main tungsten film is deposited after this, even if the diameter of the buried hole is small, the characteristics are adversely affected. It is possible to suppress the generation of voids and the generation of volcano that are large enough.
  The present inventionAccording to the above, by controlling the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas to be constant throughout the reducing gas supply process, the tungsten gas supply process, and the purge process, The amount of gas to be coated can be kept constant.
  In particular, claim 7According to the invention, the surface can be activated by attaching the reaction intermediate to the surface of the object to be processed with substantially the same function as the initiation process of the conventional method.
  In particular, claim 8According to the invention, the first reducing gas supply process performs the same function as the conventional initialization process, and the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas is controlled to be constant. By doing so, the temperature of the wafer (object to be processed) and the amount of gas to be coated can be kept constant.
  The present inventionIn accordance with the progress of miniaturization of semiconductor devices, for example, even if the diameter of the buried hole is reduced to 0.1 μm or less, it is possible to suppress the generation of voids and the occurrence of volcano that have an adverse effect on the characteristics, The embedding characteristic can be improved.
  Especially in claim 10According to the invention, the passivation tungsten film functions as a so-called passivation film, and the embedding characteristics can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a heat treatment apparatus for performing a tungsten film forming method according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a supply mode of each gas.
[Fig. 3] Silane (SiH) in a processing vessel._Four It is a figure which shows the distribution state of the partial pressure of ().
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a tungsten film deposited on the surface of a semiconductor wafer.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing another example of a tungsten film deposited on the surface of a semiconductor wafer.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a silane parameter (Torr · sec) and a film thickness formed per cycle.
FIG. 7 WF₆ It is a graph which shows the relationship between the parameter (Torr * sec) of this and the film thickness formed per cycle.
FIG. 8 is a graph showing the temperature dependence of the film thickness formed per cycle of gas supply.
FIG. 9 WF₆ It is the graph which showed the relationship between the parameter (Torr * sec) of gas, and the generation | occurrence | production number of volcano per cell.
FIG. 10 is a drawing-substituting photograph showing a cross-section of a buried hole buried by the method of the present invention and the conventional method.
FIG. 11 is a graph showing the temperature dependence of the resistance value of a tungsten film.
FIG. 12 is a graph showing an F concentration (diffusion amount) profile on the wafer surface;
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a buried hole in which volcano and void are generated.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a process for filling a buried hole with tungsten.
[Explanation of symbols]
2 Embedded holes
4 Barrier layer
20 Heat treatment equipment
22 Processing container
24 Shower head
60 Heating lamp
70 Reducing gas supply process
72 Tungsten gas supply process
74 Purge process
76 Initial tungsten film
78 Main tungsten film
80 Main tungsten film formation process
82 Passivation tungsten film
84 Passivation tungsten film formation process
W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims

真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、
還元ガスとしてシリコン含有ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成するようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法。When forming a tungsten film on the surface of the object to be processed in a processing container that can be evacuated,
A tungsten gas supply step of supplying a reducing gas supply step and the tungsten-containing gas supplied to the silicon-containing gas as the reducing gas, is interposed a purge step of evacuating while supplying an inert gas between the two steps Rutotomoni method of forming a tungsten film, which was to form a repeated manner Tan Gusuten film alternately to perform the reducing gas supply step first.

真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、
還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させ、前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程と前記パージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御すると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程とを交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成するようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法。When forming a tungsten film on the surface of the object to be processed in a processing container that can be evacuated,
A reducing gas supply step for supplying a reducing gas and a tungsten gas supplying step for supplying a tungsten-containing gas are provided with a purge step for evacuating while supplying an inert gas between the two steps, and the reducing gas supplying step. And controlling the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas to be constant throughout the tungsten gas supply step and the purge step, and the reducing gas supply step so that the reducing gas supply step is performed first. method of forming a tungsten film which is characterized in that so as to form a tongue Gusuten film so as to repeatedly performing extent the tungsten gas supply Engineering alternately.

真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、
還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成し、前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程において、還元ガスの分圧と供給時間との積よりなるパラメータを、他の還元ガス供給工程のパラメータよりも大きくなるように設定したことを特徴とするタングステン膜の形成方法。When forming a tungsten film on the surface of the object to be processed in a processing container that can be evacuated,
A tungsten gas supply step of supplying a reducing gas supply step and the tungsten-containing gas supplied to the reducing gas, the Rutotomoni the reducing gas supplied is interposed a purge step of evacuating while supplying an inert gas between the two steps Tan Gusuten film formed as repeated alternately to perform the process first, in a first reducing gas supply step of said repeated reducing gas supply step, the supply time partial pressure of the reducing gas A tungsten film forming method, wherein a parameter formed by a product is set to be larger than a parameter of another reducing gas supply step .

真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、
還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成し、前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程における還元ガスの供給時間を他の還元ガス供給工程の供給時間よりも長くなるように設定し、還元ガス供給工程とタングステンガス供給工程とパージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御したことを特徴とするタングステン膜の形成方法。When forming a tungsten film on the surface of the object to be processed in a processing container that can be evacuated,
A tungsten gas supply step of supplying a reducing gas supply step and the tungsten-containing gas supplied to the reducing gas, the Rutotomoni the reducing gas supplied is interposed a purge step of evacuating while supplying an inert gas between the two steps Tan Gusuten film formed as repeated alternately to perform the process in the first, initial feed time other reducing gas supply of the reducing gas in the reducing gas supply step of said repeated reducing gas supply step It is set to be longer than the process supply time, and the total pressure of the reducing gas, tungsten-containing gas and inert gas is controlled to be constant throughout the reducing gas supply process, tungsten gas supply process and purge process. A method for forming a tungsten film.

真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜を形成するに際して、
還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにして初期タングステン膜を形成し、前記初期タングステン膜を形成した後に、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜を形成する主タングステン膜形成工程を行うと共に、前記初期タングステン膜を形成する工程と前記主タングステン膜を形成する工程との間に、前記タングステン含有ガスの流量比が前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さい状態で、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することによりパッシベーションタングステン膜を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程を行うようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法。When forming a tungsten film on the surface of the object to be processed in a processing container that can be evacuated,
A tungsten gas supply step of supplying a reducing gas supply step and the tungsten-containing gas supplied to the reducing gas, the Rutotomoni the reducing gas supplied is interposed a purge step of evacuating while supplying an inert gas between the two steps The initial tungsten film is formed by alternately repeating the steps as in the first step, and after the initial tungsten film is formed , the main tungsten film is formed by simultaneously supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas. A flow ratio of the tungsten-containing gas between the step of forming the initial tungsten film and the step of forming the main tungsten film is higher than that in the case of forming the main tungsten film. In a small state, supply the tungsten-containing gas and the reducing gas simultaneously. Method of forming a tungsten film which is characterized in that to perform the passivation tungsten film forming step of forming a passivation tungsten film by.

真空引き可能になされた処理容器内にて被処理体の表面にタングステン膜Tungsten film on the surface of the object to be processed in a processing container that can be evacuated を形成するに際して、In forming
還元ガスを供給する還元ガス供給工程とタングステン含有ガスを供給するタングステンガス供給工程とを、前記両工程の間に不活性ガスを供給しつつ真空引きするパージ工程を介在させると共に前記還元ガス供給工程を最初に行なうように交互に繰り返し行うようにして初期タングステン膜を形成し、前記初期タングステン膜を形成した後に、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜を形成する主タングステン膜形成工程を行うと共に、前記初期タングステン膜を形成する工程と前記主タングステン膜を形成する工程との間に、前記タングステン含有ガスの流量が前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さい状態で、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することによりパッシベーションタングステン膜を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程を行うようにし、 The reducing gas supplying step for supplying the reducing gas and the tungsten gas supplying step for supplying the tungsten-containing gas are interposed between the two steps with a purge step for evacuating while supplying an inert gas, and the reducing gas supplying step. The initial tungsten film is formed by alternately repeating the initial tungsten film, and after the initial tungsten film is formed, the main tungsten film is formed by supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas simultaneously. A state in which a flow rate of the tungsten-containing gas is smaller than that in the main tungsten film forming step between the step of forming the initial tungsten film and the step of forming the main tungsten film while performing the main tungsten film forming step. And simultaneously supplying the tungsten-containing gas and the reducing gas. To perform the passivation tungsten film forming step of forming a more passivation tungsten film,
前記タングステン含有ガスの流量は、前記主タングステン膜形成工程の時より前記パッシベーションタングステン膜形成工程の時の方が少なくなるようにしたことを特徴とするタングステン膜の形成方法。 The tungsten film forming method, wherein the flow rate of the tungsten-containing gas is smaller in the passivation tungsten film forming step than in the main tungsten film forming step.

前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程において、還元ガスの分圧と供給時間との積よりなるパラメータを、他の還元ガス供給工程のパラメータよりも大きくなるように設定したことを特徴とする請求項１または２記載のタングステン膜の形成方法。 In the first reducing gas supply step among the repeated reducing gas supply steps, the parameter formed by the product of the partial pressure of the reducing gas and the supply time is set to be larger than the parameters of the other reducing gas supply steps. 3. The method for forming a tungsten film according to claim 1, wherein the tungsten film is formed.

前記繰り返される還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程において、
還元ガスの供給時間を他の還元ガス供給工程の供給時間よりも長くなるように設定し、還元ガス供給工程とタングステンガス供給工程とパージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御して、前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程を交互に繰り返し行うようにしてタングステン膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項１、２及び７のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。In the first reducing gas supply step among the repeated reducing gas supply steps,
The reduction gas supply time is set to be longer than the supply time of other reduction gas supply processes, and the total pressure of the reduction gas, tungsten-containing gas, and inert gas through the reduction gas supply process, tungsten gas supply process, and purge process. There was controlled to be constant, according to claim 1, characterized in that so as to form a repeated manner Tan Gusuten film the reducing gas supply step and the tungsten gas supply step are alternately and 8. The method for forming a tungsten film as described in any one of 7 above.

前記タングステン膜を形成した後に、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することにより主タングステン膜を形成する主タングステン膜形成工程を行うようにしたことを特徴とする請求項１、２、７及び８のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。According to claim 1, characterized in that the after forming tungsten film was to perform main tungsten film forming step of forming a main tungsten film by supplying said reducing gas and said tungsten-containing gas at the same time , 7 and 8, The method for forming a tungsten film.

前記初期タングステン膜を形成する工程と前記主タングステン膜を形成する工程との間に、前記タングステン含有ガスの流量比が前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さい状態で、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとを同時に供給することによりパッシベーションタングステン膜を形成するパッシベーションタングステン膜形成工程を行うようにしたことを特徴とする請求項９記載のタングステン膜の形成方法。Between the step of forming the initial tungsten film and the step of forming the main tungsten film, the flow rate ratio of the tungsten-containing gas is smaller than that in the case of the main tungsten film forming step, and the tungsten-containing gas and the method of forming a tungsten film of claim 9 Symbol mounting, characterized in that to perform the passivation tungsten film forming step of forming a passivation tungsten film by supplying a reducing gas simultaneously.

前記初期タングステン膜の形成工程と前記パッシベーションタングステン膜形成工程とは、プロセス圧力とプロセス温度の内、少なくともいずれか一方が同一であることを特徴とする請求項５又は１０記載のタングステン膜の形成方法。Wherein the initial tungsten film step and the passivation tungsten film forming step of forming the, among the process pressure and process temperature, according to claim 5 or 10 SL placement of the tungsten film, wherein the hand, at least one is the same Forming method.

前記主タングステン膜形成工程では、前記パッシベーションタングステン膜形成工程と比較して、プロセス圧力とプロセス温度の内、少なくともいずれか一方が高く設定されていることを特徴とする請求項５、１０及び１１のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。In the main tungsten film forming step, the passivation tungsten film forming process compared to, among process pressure and process temperature, claim 5, 10 and 11, characterized in that hand at least one is set to be higher method of forming a tungsten film of the mounting serial to either.

前記タングステン含有ガスはＷＦ_６ガスであり、前記還元ガスは、初期タングステン膜の形成工程ではＳｉＨ_４ガスであり、前記パッシベーションタングステン膜形成工程と前記主タングステン膜形成工程ではＨ_２ガスであることを特徴とする請求項５、１０乃至１２のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。Wherein a tungsten-containing gas is WF ₆ gas, the reducing gas may be in the process of forming the initial tungsten film is SiH ₄ gas, wherein the passivation tungsten film shape formed step and in the main tungsten film forming step is H ₂ gas The method of forming a tungsten film according to claim 5, wherein

前記タングステン含有ガスの流量は、前記主タングステン膜形成工程の時より前記パッシベーションタングステン膜形成工程の時の方が少ないことを特徴とする請求項５記載のタングステン膜の形成方法。6. The method of forming a tungsten film according to claim 5, wherein the flow rate of the tungsten-containing gas is smaller in the passivation tungsten film forming step than in the main tungsten film forming step.

前記パッシベーションタングステン膜形成工程では、前記タングステン含有ガスと前記還元ガスとの流量比は、前記主タングステン膜形成工程の場合よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項５又は１４記載のタングステン膜の形成方法。The tungsten according to claim 5 or 14, wherein, in the passivation tungsten film forming step, a flow rate ratio between the tungsten-containing gas and the reducing gas is set smaller than that in the main tungsten film forming step. Method for forming a film.

前記主タングステン膜形成工程のプロセス圧力は、２０〜２００Ｔｏｒｒの範囲内であることを特徴とする請求項５、１４、１５のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。16. The method of forming a tungsten film according to claim 5, wherein a process pressure in the main tungsten film forming step is in a range of 20 to 200 Torr.

前記各工程におけるプロセス温度は、２００〜５００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The method of forming a tungsten film according to any one of claims 1 to 16, wherein a process temperature in each of the steps is in a range of 200 to 500 ° C.

前記還元ガス供給工程の内の最初の還元ガス供給工程の還元ガスの分圧と供給時間との積よりなるパラメータは、１０〜３００Ｔｏｒｒ・ｓｅｃの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The parameter consisting of the product of the partial pressure of the reducing gas in the first reducing gas supply step and the supply time in the reducing gas supply step is in the range of 10 to 300 Torr · sec. 18. The method for forming a tungsten film as described in any one of 17 above.

前記初期タングステン膜形成工程の１サイクルの膜厚は、１〜５Åの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The method for forming a tungsten film according to claim 1, wherein a film thickness of one cycle of the initial tungsten film forming step is in a range of 1 to 5 mm.

前記初期タングステン膜の厚さは、１０〜２００Åの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。20. The method for forming a tungsten film according to claim 1, wherein the initial tungsten film has a thickness in a range of 10 to 200 mm.

前記還元ガス供給工程と前記タングステンガス供給工程と前記パージ工程を通して還元ガスとタングステン含有ガスと不活性ガスの全圧が一定になるように制御することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。21. The control according to claim 1, wherein the total pressure of the reducing gas, the tungsten-containing gas, and the inert gas is controlled to be constant throughout the reducing gas supply step, the tungsten gas supply step, and the purge step. A method for forming a tungsten film as described in 1. above.

前記被処理体の表面には、予めバリヤ層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The method for forming a tungsten film according to any one of claims 1 to 21, wherein a barrier layer is formed in advance on a surface of the object to be processed.

前記バリヤ層は、Ｔｉ／ＴｉＮ膜よりなることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The method for forming a tungsten film according to claim 1, wherein the barrier layer is made of a Ti / TiN film.

前記タングステン含有ガスは、ＷＦ_６ガスと有機タングステンソースガスの内のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The tungsten-containing gas, method of forming a tungsten film according to any one of claims 1 to 23, characterized in that any one of the WF ₆ gas and organic tungsten source gas.

前記還元ガスは、Ｈ_２ガス、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、ホスフィン（ＰＨ_３）の内のいずれか１つよりなることを特徴とする請求項２乃至２４のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The reducing gas is any one of H ₂ gas, silane (SiH ₄ ), disilane (Si ₂ H ₆ ), dichlorosilane (SiH ₂ Cl ₂ ), diborane (B ₂ H ₆ ), and phosphine (PH ₃ ). 25. The method for forming a tungsten film according to any one of claims 2 to 24 , comprising:

前記シリコン含有ガスは、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）の内のいずれか１つよりなることを特徴とする請求項１、７、８、９、１７乃至２４のいずれかに記載のタングステン膜の形成方法。The silicon-containing gas is silane _(SiH 4), disilane _(Si _{2 H} 6), dichlorosilane claim, characterized by comprising than one one of the _(SiH ₂ Cl 2) 1,7,8,9 25. A method for forming a tungsten film according to any one of 17 to 24 .