JP6979888B2 - タングステン膜の成膜方法及び成膜システム - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、タングステン膜の成膜方法及び成膜システムに関するものである。
ＬＳＩを製造する際には、ＭＯＳＦＥＴゲート電極、ソース・ドレインとのコンタクト、メモリのワード線等に、タングステンが広く用いられている。多層配線工程では、銅配線が主に用いられている。しかし、銅は、耐熱性に乏しく、また拡散しやすい。このため、耐熱性が要求される部分や銅の拡散による電気特性の劣化が懸念される部分等には、タングステンが用いられる。
タングステンの成膜処理には、以前、物理的蒸着（ＰＶＤ）法が用いられていた。しかし、ＰＶＤ法は、高い被覆率（ステップカバレッジ）が要求される部分に対応することが困難である。このため、タングステンの成膜処理には、ステップカバレッジが良好な化学的蒸着（ＣＶＤ）法が用いられる。
ＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜する際には、シリコン層との密着性や反応抑制の観点から、シリコン層の上にバリア層としてＴｉＮ膜を形成し、その上にタングステン膜を成膜する方法が用いられている（例えば、特許文献１）。また、上記特許文献１では、上記反応によるタングステン膜の主成膜に先立って、タングステンが均一に成膜しやすいように、核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）工程が行われる。
特開２０１３−２１３２７４号公報
しかしながら、核生成工程により生成されるタングステンの膜（以下、「Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜」とも言う。）は、高抵抗となる。このため、タングステン膜全体を薄膜化する場合、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜部分の影響により、タングステン膜が高抵抗となる。
ＬＳＩは、配線が微細化されており、配線の低抵抗化が求められている。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の三次元積層半導体メモリでは、タングステン膜がワード線として成膜されるが、微細化のため、タングステン膜のさらなる低抵抗化が求められている。
開示するタングステン膜の成膜方法は、１つの実施態様において、表面にＴｉＮ膜が形成された基板を処理容器内に配置し、減圧雰囲気で前記基板を加熱しつつ基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、基板に、アルミ含有材料による第１の膜を成膜する工程と、第１の膜の上に、タングステン膜を成膜する工程と、を有する。
開示するタングステン膜の成膜方法の１つの態様によれば、薄膜化した場合でもタングステン膜の低抵抗化を図ることができる。
図１は、実施形態に係る成膜システムの全体の概略構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る第１成膜装置の概略断面図である。 図３は、実施形態に係る第２成膜装置の概略断面図である。 図４は、実施形態に係る成膜方法の各工程の流れを示すフローチャートである。 図５は、実施形態に係る成膜方法の各工程でのウエハの状態を模式的に示した断面図である。 図６は、実施形態に係るＡｌＮ膜を成膜する際のガス供給シーケンスを示す図である。 図７は、実施形態に係るタングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスを示す図である。 図８は、本実施形態に係るウエハの層構成の一例を示す図である。 図９は、比較例に係るウエハの層構成の一例を示す図である。 図１０は、タングステン膜の厚さに対する抵抗率の変化の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するタングステン膜の成膜方法及び成膜システムの実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。
［システムの構成］
本実施形態では、複数の成膜装置による成膜システムにより、成膜を実施する場合を例に説明する。最初に、本実施形態に係る成膜システムについて説明する。図１は、実施形態に係る成膜システムの全体の概略構成の一例を示す図である。成膜システム１００は、第１成膜装置１０１と、第２成膜装置１０２とを有する。実施形態に係る成膜システム１００では、第１成膜装置１０１をアルミ含有材料の成膜に使用し、第２成膜装置１０２をタングステン膜の成膜に使用する。第１成膜装置１０１及び第２成膜装置１０２には、不図示の搬送機構が接続され、成膜対象の被処理基板が搬送機構により搬送される。
成膜システム１００は、下地膜として窒化チタン膜（ＴｉＮ）の成膜を行い、次いで、窒化チタン膜（ＴｉＮ）上にアルミ含有材料の成膜を行い、その後、アルミ含有材料上にタングステン膜を成膜するためのものである。
図１に示すように、成膜システム１００は、窒化チタン膜（ＴｉＮ）を成膜する１つの下地膜成膜装置２０１と、アルミ含有材料を成膜する１つの第１成膜装置１０１と、タングステン膜を成膜する２つの第２成膜装置１０２とを有する。これらは、平面形状が七角形をなす真空搬送室３０１の４つの壁部にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室３０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。すなわち、成膜システム１００は、マルチチャンバータイプの真空処理システムであり、タングステン膜の成膜を、真空を破ることなく連続して行えるものである。つまり、下地膜成膜装置２０１、第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２の処理容器内で行われる工程のすべては、シリコンウエハＷ（以下「ウエハＷ」という。）を大気に曝露せずに行われる。
第１成膜装置１０１および第２成膜装１０２の構成は後述する。下地膜成膜装置２０１は、例えば、真空雰囲気のチャンバー内でＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によりウエハＷ上に例えば、チタン含有ガスと窒素含有ガスとを交互に供給して窒化チタン膜（ＴｉＮ）を成膜する装置である。
真空搬送室３０１の他の３つの壁部には３つのロードロック室３０２がゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロードロック室３０２を挟んで真空搬送室３０１の反対側には大気搬送室３０３が設けられている。３つのロードロック室３０２は、ゲートバルブＧ２を介して大気搬送室３０３に接続されている。ロードロック室３０２は、大気搬送室３０３と真空搬送室３０１との間でウエハＷを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力を制御するものである。
大気搬送室３０３のロードロック室３０２が取り付けられた壁部とは反対側の壁部にはウエハＷを収容するキャリア（ＦＯＵＰ等）Ｃを取り付ける３つのキャリア取り付けポート３０５が設けられている。また、大気搬送室３０３の側壁には、ウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ３０４が設けられている。大気搬送室３０３内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。
真空搬送室３０１内には、搬送機構３０６が設けられている。搬送機構３０６は、下地膜成膜装置２０１、第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２、ロードロック室３０２に対してウエハＷを搬送する。搬送機構３０６は、独立に移動可能な２つの搬送アーム３０７ａ，３０７ｂを有している。
大気搬送室３０３内には、搬送機構３０８が設けられている。搬送機構３０８は、キャリアＣ、ロードロック室３０２、アライメントチャンバ３０４に対してウエハＷを搬送するようになっている。
成膜システム１００は、全体制御部３１０を有している。全体制御部３１０は、下地膜成膜装置２０１、第１成幕装置１０１、第２成膜装置１０２の各構成部、真空搬送室３０１の排気機構、ガス供給機構及び搬送機構３０６、ロードロック室３０２の排気機構及びガス供給機構、大気搬送室３０３の搬送機構３０８、ゲートバルブＧ、Ｇ１、Ｇ２の駆動系等を制御するＣＰＵ（コンピュータ）を有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。全体制御部３１０の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、成膜システム１００に、所定の動作を実行させる。なお、全体制御部３１０は、後述する第１成膜装置１０１および第２成膜装置１０２が有する制御部６のような各ユニットの制御部の上位の制御部であってもよい。
次に、以上のように構成される成膜システム１００の動作について説明する。以下の処理動作は全体制御部３１０における記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
まず、搬送機構３０８により大気搬送室３０３に接続されたキャリアＣからウエハＷを取り出し、アライメントチャンバ３０４を経由した後に、いずれかのロードロック室３０２のゲートバルブＧ２を開けてそのウエハＷをそのロードロック室３０２内に搬入する。ゲートバルブＧ２を閉じた後、ロードロック室３０２内を真空排気する。
そのロードロック室３０２が、所定の真空度になった時点でゲートバルブＧ１を開けて、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかによりロードロック室３０２からウエハＷを取り出す。
そして、下地膜成膜装置２０１のゲートバルブＧを開けて、搬送機構３０６のいずれかの搬送アームが保持するウエハＷをその下地膜成膜装置２０１に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻すとともに、ゲートバルブＧを閉じ、その下地膜成膜装置２０１により窒化チタン膜（ＴｉＮ）の成膜処理を行う。
窒化チタン膜（ＴｉＮ）の成膜去処理が終了後、その下地膜成膜装置２０１のゲートバルブＧを開け、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、その中のウエハＷを搬出する。そして、第１成膜装置１０１のゲートバルブＧを開けて、搬送アームに保持されたウエハＷをその第１成膜装置１０１に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻すとともに、ゲートバルブＧを閉じ、その第１成膜装１０１により、ウエハＷ上に形成された窒化チタン膜（ＴｉＮ）上にアルミ含有材料の成膜処理を行う。
アルミ含有材料の成膜去処理が終了後、その第１成膜装置１０１のゲートバルブＧを開け、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、その中のウエハＷを搬出する。そして、第２成膜装置１０２のゲートバルブＧを開けて、搬送アームに保持されたウエハＷをその第２成膜装置１０２に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻すとともに、ゲートバルブＧを閉じ、その第２成膜装１０２により、ウエハＷ上に形成されたアルミ含有材料上にタングステン膜の成膜処理を行う。
このようにタングステン膜が成膜された後、その第２成膜装置１０２のゲートバルブＧを開け、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、その中のウエハＷを搬出する。そして、いずれかのロードロック室３０２のゲートバルブＧ１を開け、搬送アーム上のウエハＷをそのロードロック室３０２内に搬入する。そして、そのロードロック室３０２内を大気に戻し、ゲートバルブＧ２を開けて、搬送機構３０８にてロードロック室３０２内のウエハＷをキャリアＣに戻す。
以上のような処理を、複数のウエハＷについて同時並行的に行って、所定枚数のウエハＷのタングステン膜の成膜処理が完了する。
上述のように、１つの下地膜成膜装置２０１、１つの第１成膜装置１０１および２つの第２成膜装置１０２を搭載して成膜システム１００を構成することにより、窒化チタン膜（ＴｉＮ）の成膜、アルミ含有材料の成膜、およびタングステン膜の成膜を
を高スループットで実現することができる。なお、本実施例の成膜システム１００は、４つの成膜装置を搭載した真空処理システムとして示したが、複数の成膜装置が搭載可能な真空処理システムであれば、成膜装置の数は、これに限らず、４つ以上であってもよく、例えば、８つ以上の成膜装置を搭載した真空処理ステムであってもよい。
［成膜装置の構成］
第１成膜装置１０１及び第２成膜装置１０２は、略同様の構成とされている。以下では、第１成膜装置１０１の構成について主に説明し、第２成膜装置１０２の構成については異なる部分を主に説明する。
第１成膜装置１０１の構成について説明する。図２は、実施形態に係る第１成膜装置の概略断面図である。第１成膜装置１０１は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部６とを有している。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１は、被処理基板であるウエハＷを収容する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と天壁１４との間は、シールリング１５で気密に封止されている。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。
載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。載置台２は、昇降機構２４によって、支持部材２３を介して、図２で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には、処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６，３７が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
ガス供給機構５は、ガス導入孔３６，３７に接続され、成膜に用いる各種のガスを供給可能とされている。例えば、ガス供給機構５は、アルミ含有材料による膜を成膜するガス供給源として、Ａｌ含有ガス供給源５１ａ、Ｎ２ガス供給源５３ａ、ＮＨ３ガス供給源５５ａ、及びＮ２ガス供給源５７ａを有する。なお、図２に示すガス供給機構５では、各ガス供給源をそれぞれ分けて示したが、共通化可能なガス供給源は、共通化してもよい。
Ａｌ含有ガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介してＡｌ含有ガスを処理容器１内に供給する。Ａｌ含有ガスとしては、例えば、ＡｌＣｌ３ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム：Ｃ６Ｈ１８Ａｌ２）ガスが挙げられる。ガス供給ライン５１ｂには、上流側から流量制御器５１ｃ、貯留タンク５１ｄ及びバルブ５１ｅが介設されている。ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。Ａｌ含有ガス供給源５１ａから供給されるＡｌ含有ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク５１ｄで一旦貯留され、貯留タンク５１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５１ｄから処理容器１へのＡｌ含有ガスの供給及び停止は、バルブ５１ｅにより行われる。このように貯留タンク５１ｄへＡｌ含有ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＡｌ含有ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ２ガス供給源５３ａは、ガス供給ライン５３ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５３ｂには、上流側から流量制御器５３ｃ、バルブ５３ｅ及びオリフィス５３ｆが介設されている。ガス供給ライン５３ｂのオリフィス５３ｆの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５３ａから供給されるＮ２ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５３ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５３ｅにより行われる。貯留タンク５１ｄによってガス供給ライン５１ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス５３ｆによってガス供給ライン５１ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン５３ｂに逆流することが抑制される。
ＮＨ３ガス供給源５５ａは、ガス供給ライン５５ｂを介して還元ガスであるＮＨ３ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５５ｂには、上流側から流量制御器５５ｃ、貯留タンク５５ｄ及びバルブ５５ｅが介設されている。ガス供給ライン５５ｂのバルブ５５ｅの下流側は、ガス供給ライン５４ｂに接続されている。ガス供給ライン５４ｂの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。ＮＨ３ガス供給源５５ａから供給されるＮＨ３ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク５５ｄで一旦貯留され、貯留タンク５５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５５ｄから処理容器１へのＮＨ３ガスの供給及び停止は、バルブ５５ｅにより行われる。このように貯留タンク５５ｄへＮＨ３ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＮＨ３ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ２ガス供給源５７ａは、ガス供給ライン５７ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５７ｂには、上流側から流量制御器５７ｃ、バルブ５７ｅ及びオリフィス５７ｆが介設されている。ガス供給ライン５７ｂのオリフィス５７ｆの下流側は、ガス供給ライン５４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源５７ａから供給されるＮ２ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源５７ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５７ｅにより行われる。貯留タンク５５ｄによってガス供給ライン５５ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス５７ｆによってガス供給ライン５５ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン５７ｂに逆流することが抑制される。
上記のように構成された第１成膜装置１０１は、制御部６によって、その動作が統括的に制御される。制御部６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。制御部６は、第１成膜装置１０１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部６が外部に設けられている場合、制御部６は、有線又は無線等の通信手段によって、第１成膜装置１０１を制御することができる。
次に、第２成膜装置１０２の構成について説明する。図３は、実施形態に係る第２成膜装置の概略断面図である。第２成膜装置１０２は、使用するガス及びガスを供給するガス供給機構５以外、第１成膜装置１０１と同様の構成とされている。第２成膜装置１０２の第１成膜装置１０１と同一部分については、同一の符号を付して説明を省略し、主に異なる点について説明をする。
ガス供給機構５は、ガス導入孔３６，３７に接続され、成膜に用いる各種のガスを供給可能とされている。例えば、ガス供給機構５は、タングステン膜を成膜するガスの供給源として、ＷＦ６ガス供給源６１ａ、Ｎ２ガス供給源６２ａ、Ｎ２ガス供給源６３ａ、Ｈ２ガス供給源６４ａ、Ｈ２ガス供給源６５ａ、Ｎ２ガス供給源６６ａ、及びＮ２ガス供給源６７ａを有する。なお、図３に示すガス供給機構５でも、各ガス供給源をそれぞれ分けて示したが、共通化可能なガス供給源は、共通化してもよい。
ＷＦ６ガス供給源６１ａは、ガス供給ライン６１ｂを介してＷＦ６ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６１ｂには、上流側から流量制御器６１ｃ、貯留タンク６１ｄ及びバルブ６１ｅが介設されている。ガス供給ライン６１ｂのバルブ６１ｅの下流側は、ガス導入孔３６に接続されている。ＷＦ６ガス供給源６１ａから供給されるＷＦ６ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６１ｄで一旦貯留され、貯留タンク６１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６１ｄから処理容器１へのＷＦ６ガスの供給及び停止は、バルブ６１ｅにより行われる。このように貯留タンク６１ｄへＷＦ６ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＷＦ６ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ２ガス供給源６２ａは、ガス供給ライン６２ｂを介してパージガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６２ｂには、上流側から流量制御器６２ｃ、貯留タンク６２ｄ及びバルブ６２ｅが介設されている。ガス供給ライン６２ｂのバルブ６２ｅの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６２ａから供給されるＮ２ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６２ｄで一旦貯留され、貯留タンク６２ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６２ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６２ｅにより行われる。このように貯留タンク６２ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＮ２ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ２ガス供給源６３ａは、ガス供給ライン６３ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６３ｂには、上流側から流量制御器６３ｃ、バルブ６３ｅ及びオリフィス６３ｆが介設されている。ガス供給ライン６３ｂのオリフィス６３ｆの下流側は、ガス供給ライン６１ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６３ａから供給されるＮ２ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源６３ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６３ｅにより行われる。貯留タンク６１ｄ，６２ｄによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６３ｆによってガス供給ライン６１ｂ，６２ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン６３ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ２ガス供給源６４ａは、ガス供給ライン６４ｂを介して還元ガスであるＨ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６４ｂには、上流側から流量制御器６４ｃ、バルブ６４ｅ及びオリフィス６４ｆが介設されている。ガス供給ライン６４ｂのオリフィス６４ｆの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。Ｈ２ガス供給源６４ａから供給されるＨ２ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｈ２ガス供給源６４ａから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６４ｅにより行われる。後述する貯留タンク６５ｄ，６６ｄによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６４ｆによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン６４ｂに逆流することが抑制される。
Ｈ２ガス供給源６５ａは、ガス供給ライン６５ｂを介して還元ガスであるＨ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６５ｂには、上流側から流量制御器６５ｃ、貯留タンク６５ｄ及びバルブ６５ｅが介設されている。ガス供給ライン６５ｂのバルブ６５ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｈ２ガス供給源６５ａから供給されるＨ２ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６５ｄで一旦貯留され、貯留タンク６５ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６５ｄから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６５ｅにより行われる。このように貯留タンク６５ｄへＨ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＨ２ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ２ガス供給源６６ａは、ガス供給ライン６６ｂを介してパージガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６６ｂには、上流側から流量制御器６６ｃ、貯留タンク６６ｄ及びバルブ６６ｅが介設されている。ガス供給ライン６６ｂのバルブ６６ｅの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６６ａから供給されるＮ２ガスは、処理容器１内に供給される前に貯留タンク６６ｄで一旦貯留され、貯留タンク６６ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク６６ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６６ｅにより行われる。このように貯留タンク６６ｄへＮ２ガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量で安定的にＮ２ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｎ２ガス供給源６７ａは、ガス供給ライン６７ｂを介してキャリアガスであるＮ２ガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン６７ｂには、上流側から流量制御器６７ｃ、バルブ６７ｅ及びオリフィス６７ｆが介設されている。ガス供給ライン６７ｂのオリフィス６７ｆの下流側は、ガス供給ライン６４ｂに接続されている。Ｎ２ガス供給源６７ａから供給されるＮ２ガスは、ウエハＷの成膜中に連続して処理容器１内に供給される。Ｎ２ガス供給源６７ａから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ６７ｅにより行われる。貯留タンク６５ｄ，６６ｄによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂには比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス６７ｆによってガス供給ライン６５ｂ，６６ｂに供給されるガスが、ガス供給ライン６７ｂに逆流することが抑制される。
〔成膜方法〕
次に、上記のように構成された成膜システム１００を用いて行われる、タングステン膜の成膜方法について説明する。図４は、実施形態に係る成膜方法の各工程の流れを示すフローチャートである。図５は、実施形態に係る成膜方法の各工程でのウエハの状態を模式的に示した断面図である。
まず、最初に、本実施形態に係る成膜方法では、例えばトレンチやホール等の凹部を有するシリコン膜の表面に下地膜である窒化チタン（ＴｉＮ）膜が形成されたウエハＷ（図５（ａ））を準備する。なお、ウエハＷには実際にはトレンチやホール（コンタクトホールまたはビアホール）等の凹部が形成されているが、便宜上、図５では凹部を省略している。
第１成膜装置１０１は、ウエハＷに対して、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、アルミ含有材料による膜を成膜する（ステップＳ１：図５（ｂ））。例えば、第１成膜装置１０１は、Ａｌ含有ガスと、還元ガスを処理容器１内へ供給して、アルミ含有材料による膜として、ＡｌＮ膜を成膜する。なお、ＡｌＮ膜を成膜する工程の詳細は、後述する。
第２成膜装置１０２は、ウエハＷに対して、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスを処理容器１内へ供給してウエハＷの表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜としてＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜を形成する（ステップＳ２：図５（ｃ））。なお、ステップＳ３は、次のタングステン膜を形成しやすくする処理であるが、必須ではない。また、ステップＳ３は、第２成膜装置１０２が、ＳｉＨ４ガスを処理容器１内へ所定時間供給してウエハＷの表面をトリートメントする工程としてもよい。
次に、第２成膜装置１０２は、ウエハＷに対して、タングステン膜を成膜する（ステップＳ３：図５（ｄ））。なお、タングステン膜を成膜する工程の詳細は、後述する。
〔ＡｌＮ膜の成膜〕
次に、第１成膜装置１０１がＡｌＮ膜を成膜する流れについて説明する。図６は、実施形態に係るＡｌＮ膜を成膜する際のガス供給シーケンスを示す図である。
第１成膜装置１０１の制御部６は、載置台２のヒータ２１を制御し、ウエハＷを所定の温度（例えば２５０〜６５０℃）に加熱する。また、制御部６は、排気機構４２の圧力制御バルブを制御し、処理容器１内を所定の圧力（例えば１．３×１０１〜８．０×１０３Ｐａ）に調整する。
制御部６は、バルブ５３ｅ，５７ｅを開き、Ｎ２ガス供給源５３ａ，５７ａから夫々ガス供給ライン５３ｂ，５７ｂに所定の流量（例えば１００〜１００００ｓｃｃｍ）のキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、制御部６は、Ａｌ含有ガス供給源５１ａ及びＮＨ３ガス供給源５５ａから夫々Ａｌ含有ガス及びＮＨ３ガスをガス供給ライン５１ｂ，５５ｂに供給する。このとき、バルブ５１ｅ，５５ｅが閉じられているので、Ａｌ含有ガス及びＮＨ３ガスは、貯留タンク５１ｄ，５５ｄに夫々貯留され、貯留タンク５１ｄ，５５ｄ内が昇圧する。
次いで、制御部６は、バルブ５１ｅを開き、貯留タンク５１ｄに貯留されたＡｌ含有ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面にアルミ含有材料による膜を吸着させる（ステップＳ１１）。例えば、Ａｌ含有ガスとして、ＡｌＣｌ３ガスを用いた場合、ＡｌＣｌ３＋ＮＨ３→ＡｌＮ＋ＨＣｌ↑と反応し、ウエハＷの表面にＡｌＮが吸着する。また、例えば、Ａｌ含有ガスとして、ＴＭＡガスを用いた場合、Ｃ６Ｈ１８Ａｌ２＋ＮＨ３→ＡｌＮ＋ＣｘＨｙ↑と反応し、ウエハＷの表面にＡｌＮが吸着する。
制御部６は、バルブ５１ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５〜５秒）が経過した後、バルブ５１ｅを閉じ、処理容器１内へのＡｌ含有ガスの供給を停止する（ステップＳ１２）。バルブ５１ｅが閉じられたことにより、Ａｌ含有ガス供給源５１ａからガス供給ライン５１ｂに供給されるＡｌ含有ガスが貯留タンク５１ｄに貯留され、貯留タンク５１ｄ内が昇圧する。また、バルブ５１ｅが閉じられたことで、ガス供給ライン５３ｂおよびガス供給ライン５７ｂから供給されているキャリアガス（Ｎ２）が、パージガスとしても機能して、余分なＡｌ含有ガスを排気することができる（ステップＳ１２）。
制御部６は、バルブ５１ｅを閉じてから所定の時間（例えば０．０５〜５秒）が経過した後、バルブ５５ｅを開き、貯留タンク５５ｄに貯留されたＮＨ３ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着したＡｌ含有ガスを還元する（ステップＳ１３）。
制御部６は、バルブ５５ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５〜５秒）が経過した後、バルブ５５ｅを閉じ、処理容器１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する（ステップＳ１４）。バルブ５５ｅが閉じられたことにより、ＮＨ３ガス供給源５５ａからガス供給ライン５５ｂに供給されるＮＨ３ガスが貯留タンク５５ｄに貯留され、貯留タンク５５ｄ内が昇圧する。また、バルブ５１ｅが閉じられたことで、ガス供給ライン５３ｂおよびガス供給ライン５７ｂから供給されているキャリアガス（Ｎ２）が、パージガスとしても機能して、余分なＡｌ含有ガスを排気することができる（ステップＳ１４）。
制御部６は、ステップＳ１１〜Ｓ１４のサイクルを複数サイクル（例えば１０〜１０００サイクル）繰り返すことにより所望の膜厚のＡｌＮ膜を成膜する。
なお、図６に示した、ＡｌＮ膜を成膜する際のガス供給シーケンス及びプロセスガズの条件は、一例であり、これに限定されるものではない。ＡｌＮ膜の成膜は、他のガス供給シーケンス及びプロセスガズの条件を用いてもよい。
〔タングステン膜の成膜〕
次に、第２成膜装置１０２がタングステン膜を成膜する流を説明する。図７は、実施形態に係るタングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスを示す図である。
第２成膜装置１０２の制御部６は、載置台２のヒータ２１を制御し、ウエハＷを所定の温度（例えば２５０〜６５０℃）に加熱する。また、制御部６は、排気機構４２の圧力制御バルブを制御し、処理容器１内を所定の圧力（例えば１．３×１０１〜８．０×１０３Ｐａ）に調整する。
制御部６は、バルブ６３ｅ，６７ｅを開き、Ｎ２ガス供給源６３ａ，６７ａから夫々ガス供給ライン６３ｂ，６７ｂに所定の流量（例えば１００〜８０００ｓｃｃｍ）のキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、制御部６は、バルブ６４ｅを開き、Ｈ２ガス供給源６４ａからガス供給ライン６４ｂに所定の流量（例えば１００〜２００００ｓｃｃｍ）のＨ２ガスを供給する。また、制御部６は、ＷＦ６ガス供給源６１ａ及びＨ２ガス供給源６５ａから夫々ＷＦ６ガス及びＨ２ガスをガス供給ライン６１ｂ，６５ｂに供給する。このとき、バルブ６１ｅ，６５ｅが閉じられているので、ＷＦ６ガス及びＨ２ガスは、貯留タンク６１ｄ，６５ｄに夫々貯留され、貯留タンク６１ｄ，６５ｄ内が昇圧する。
次いで、制御部６は、バルブ６１ｅを開き、貯留タンク６１ｄに貯留されたＷＦ６ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着させる（ステップＳ２１）。また、制御部６は、処理容器１内へのＷＦ６ガスの供給に並行して、Ｎ２ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂに夫々パージガス（Ｎ２ガス）を供給する。このとき、バルブ６２ｅ，６６ｅが閉じられたことにより、パージガスは、貯留タンク６２ｄ，６６ｄに貯留され、貯留タンク６２ｄ，６６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ６１ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５〜５秒）が経過した後、バルブ６１ｅを閉じると共にバルブ６２ｅ，６６ｅを開き、処理容器１内へのＷＦ６ガスの供給を停止すると共に貯留タンク６２ｄ，６６ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ２２）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク６２ｄ，６６ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量（例えば５００〜１００００ｓｃｃｍ）でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＷＦ６ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＷＦ６ガス雰囲気からＨ２ガス及びＮ２ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ６１ｅが閉じられたことにより、ＷＦ６ガス供給源６１ａからガス供給ライン６１ｂに供給されるＷＦ６ガスが貯留タンク６１ｄに貯留され、貯留タンク６１ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ６２ｅ，６６ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５〜５秒）が経過した後、バルブ６２ｅ，６６ｅを閉じると共にバルブ６５ｅを開き、処理容器１内へのパージガスの供給を停止すると共に貯留タンク６５ｄに貯留されたＨ２ガスを処理容器１内に供給し、ウエハＷの表面に吸着したＷＦ６ガスを還元する（ステップＳ２３）。このとき、バルブ６２ｅ，６６ｅが閉じられたことにより、Ｎ２ガス供給源６２ａ，６６ａからガス供給ライン６２ｂ，６６ｂに夫々供給されるパージガスが貯留タンク６２ｄ，６６ｄに貯留され、貯留タンク６２ｄ，６６ｄ内が昇圧する。
制御部６は、バルブ６５ｅを開いてから所定の時間（例えば０．０５〜５秒）が経過した後、バルブ６５ｅを閉じると共にバルブ６２ｅ，６６ｅを開き、処理容器１内へのＨ２ガスの供給を停止すると共に貯留タンク６２ｄ，６６ｄに夫々貯留されたパージガスを処理容器１内に供給する（ステップＳ２４）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク６２ｄ，６６ｄから供給されるので、処理容器１内には比較的大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量（例えば５００〜１００００ｓｃｃｍ）でパージガスが供給される。そのため、処理容器１内に残留するＨ２ガスが速やかに排気配管４１へと排出され、処理容器１内がＨ２ガス雰囲気からＨ２ガス及びＮ２ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。一方、バルブ６５ｅが閉じられたことにより、Ｈ２ガス供給源６５ａからガス供給ライン６５ｂに供給されるＨ２ガスが貯留タンク６５ｄに貯留され、貯留タンク６５ｄ内が昇圧する。
制御部６は、ステップＳ２１〜Ｓ２４のサイクルを複数サイクル（例えば５０〜２０００サイクル）繰り返すことにより所望の膜厚のタングステン膜を成膜する。
なお、図７に示した、タングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンス及びプロセスガズの条件は、一例であり、これに限定されるものではない。タングステン膜の成膜は、他のガス供給シーケンス及びプロセスガズの条件を用いてもよい。
［作用及び効果］
次に、本実施形態に係る成膜方法の作用及び効果について説明する。図８は、本実施形態に係るウエハの層構成の一例を示す図である。図８は、本実施形態に係る成膜方法により成膜されたウエハＷの層構成の一例を示したものである。ウエハＷは、シリコン（ＳｉＯ２）層の上に、ブロックキングのためＡｌＯ層が形成され、ＡｌＯ層の上に、密着性や反応抑制の観点から、厚さが例えば１ｎｍのＴｉＮ膜が形成されている。そして、ウエハＷは、ＴｉＮ膜の上に、本実施形態に係る成膜方法により、厚さが例えば１ｎｍのＡｌＮ膜が成膜され、ＡｌＮ膜の上に、初期タングステン膜として、厚さが例えば１ｎｍのタングステンのＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜（Ｎｕｃ）が形成されている。そして、ウエハＷは、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜の上に、低抵抗のタングステン膜（Ｗ）が形成されている。
ここで、実施形態に係る成膜方法のプロセス条件の一例をまとめて以下に記載する。
・ＡｌＮ膜
温度：２５０〜５５０℃
圧力：０．１〜１０Ｔｏｒｒ
Ａｌ含有ガス：１０〜５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２）：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ２）：０〜１００００ｓｃｃｍ
ＮＨ３ガス：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
時間：
Ａｌ含有ガス：０．０５〜５秒
パージ：０．０５〜５秒
ＮＨ３ガス：０．０５〜５秒
パージ：０．０５〜５秒
・Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜：
温度：２５０〜５５０℃
圧力：１〜１００Ｔｏｒｒ
Ｗ含有ガス：１０〜５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２）：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ２）：０〜１００００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：５００〜２００００ｓｃｃｍ
ＳｉＨ４ガス：１０〜１０００ｓｃｃｍ
時間：
Ｗ含有ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
ＳｉＨ４ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
・Ｗ膜
温度：２５０〜５５０℃
圧力：０．１〜２０Ｔｏｒｒ
Ｗ含有ガス：１００〜５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２）：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ２）：０〜１００００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：５００〜２００００ｓｃｃｍ
時間：
Ｗ含有ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
Ｈ２ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
ウエハＷは、このようにタングステンの成膜前に、ＴｉＮ膜の上にＡｌＮ膜を形成することで、ＡｌＮ膜がＴｉＮの配向をキャンセルできる。ＡｌＮ膜は、厚さを１−２ｎｍ程度とすることが好まく、厚さが１ｎｍ程度あれば、下地のＴｉＮの配向をキャンセルすることができる。これにより、ウエハＷでは、成膜されるタングステンのグレインをより大きく成長させることができ、タングステン膜の抵抗を低下させることができる。
また、ウエハＷは、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜を形成することで、成膜されるタングステンの密着性を高めることができる。また、成膜されるタングステンの均一性を高めることができる。Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜は、厚さを０．５−５ｎｍ程度とすることが好ましい。
ここで、比較例を用いて効果を説明する。図９は、比較例に係るウエハの層構成の一例を示す図である。図９は、従来のウエハＷの層構成の一例を示したものである。ウエハＷは、シリコン（ＳｉＯ２）層の上に、ブロックキングのためＡｌＯ層が形成され、ＡｌＯ層の上に、密着性や反応抑制の観点から、厚さが例えば２ｎｍのＴｉＮ膜が形成されている。そして、ウエハＷは、ＴｉＮ膜の上に、厚さが例えば３ｎｍのタングステンのＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜（Ｎｕｃ）が形成されている。そして、ウエハＷは、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜の上に、低抵抗のタングステン膜（Ｗ）が形成されている。
以下に、比較例の各膜を成膜するプロセス条件の一例を記載する。
・Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜：
温度：２５０〜５５０℃
圧力：１〜１００Ｔｏｒｒ
Ｗ含有ガス：１０〜５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２）：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ２）：０〜１００００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：５００〜２００００ｓｃｃｍ
ＳｉＨ４ガス：１０〜１０００ｓｃｃｍ
時間：
Ｗ含有ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
ＳｉＨ４ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
・Ｗ膜：
温度：２５０〜５５０℃
圧力：０．１〜２０Ｔｏｒｒ
Ｗ含有ガス：１００〜５００ｓｃｃｍ
キャリアガス（Ｎ２）：１０００〜１００００ｓｃｃｍ
パージガス（Ｎ２）：０〜１００００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス：５００〜２００００ｓｃｃｍ
時間：
Ｗ含有ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
Ｈ２ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
図１０は、タングステン膜の厚さに対する抵抗率の変化の一例を示す図である。図１０には、図８に示した本実施形態の層構成と、図９に示した比較例の層構成とによるタングステン膜の厚さによる抵抗率の変化が示されている。図１０の例では、タングステン膜の厚さをＴｉＮ膜との界面から計測している。すなわち、本実施形態の層構成では、ＡｌＮ膜、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜（Ｎｕｃ）、タングステン膜（Ｗ）の厚さを、タングステン膜の厚さとしている。比較例の層構成では、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜（Ｎｕｃ）、タングステン膜（Ｗ）の厚さを、タングステン膜の厚さとしている。また、図１０の例では、厚さが１０ｎｍの場合の比較例の抵抗率を基準として、正規化して抵抗率を示している。図１０に示すように、厚さが１０ｎｍの場合、本実施形態の層構成は、比較例の層構成に比べて、抵抗率が５９％低下する。また、厚さが１５ｎｍの場合、本実施形態の層構成は、比較例の層構成に比べて、抵抗率が４１％低下する。
ここで、上述のように、ＬＳＩは、配線が微細化されており、配線の低抵抗化が求められている。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の三次元積層半導体メモリでは、タングステン膜がワード線として成膜されるが、微細化のため、タングステン膜のさらなる低抵抗化が求められている。
これに対し、本実施形態の層構成は、薄膜化した場合でもタングステン膜の低抵抗化を図ることができる。
また、従来、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜の成膜では、還元ガスとして、Ｂｏｒｏｎ（Ｂ２Ｈ６）ガスが用いられる。しかし、Ｂｏｒｏｎは、ウエハＷに悪影響を及ぼす場合がある。
これに対し、本実施形態に係るＮｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜の成膜では、還元ガスとして、ＳｉＨ４ガスを用いることで悪影響を抑制できる。
なお、図８に示した本実施形態の層構成では、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜を設けた場合を示したが、Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜は必須ではない。Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜を成膜する代わりに、ＳｉＨ４ガスを処理容器１内へ所定時間供給してウエハＷの表面をトリートメントしてもよい。所定時間は、例えば、３００秒程度以上の時間とすることが好ましい。
また、本実施形態では、ＡｌＮ膜とタングステン膜とを別々の成膜装置で成膜する場合を説明してきたが、これに限定されるものではない。例えば、ＡｌＮ膜とタングステン膜は、ＡｌＮ膜を形成するためのガス供給機構とタングステン膜を形成するためのガス供給機構を備えた１つの成膜装置で成膜してもよい。また、ウエハＷは、大気圧力下でそれぞれの成膜装置を搬送されもよい。
このように、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、処理容器１内に配置され、表面にＴｉＮ膜が形成されたウエハＷを減圧雰囲気で加熱しつつウエハＷの表面に、アルミ含有材料による第１の膜を成膜する。そして、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、第１の膜の上に、タングステン膜を成膜する。これにより、薄膜化した場合でもタングステン膜の低抵抗化を図ることができる。
また、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、ＡｌＣｌ３ガス、ＴＭＡガスの少なくとも一方と、還元ガスを処理容器１内へ供給して、第１の膜として、ＡｌＮ膜を成膜する。これにより、ＡｌＮ膜によってＴｉＮ膜の配向がキャンセルされ、成膜されるタングステンのグレインを大きく成長させることができるため、タングステン膜の抵抗を低下させることができる。
また、本実施形態に係るタングステン膜の成膜方法は、第１の膜の成膜の後、タングステン膜を成膜する工程の前に、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスを処理容器１内へ供給してウエハＷの表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜を形成する、または、ＳｉＨ４ガスを処理容器１内へ供給してウエハＷの表面をトリートメントする。これにより、成膜されるタングステンの密着性を高めることができる。また、成膜されるタングステンの均一性を高めることができる。
以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハはシリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもよく、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
１ 処理容器
５ ガス供給機構
６ 制御部
Ｗ ウエハ
１００ 成膜システム
１０１ 第１成膜装置
１０２ 第２成膜装置

Claims (5)

  1. 表面にＴｉＮ膜が形成された基板を処理容器内に配置し、減圧雰囲気で前記基板を加熱しつつ前記基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
    ＡｌＣｌ３ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスの少なくとも一方と還元ガスを前記処理容器内へ供給して、前記基板に、前記ＴｉＮ膜の配向をキャンセルする第１の膜として、ＡｌＮ膜を成膜する工程と、
    タングステン含有ガスとＨ ２ ガスを前記処理容器内へ交互に供給して、前記第１の膜の上に、タングステン膜を成膜する工程と、
    を有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
  2. 前記第１の膜の成膜の後、前記タングステン膜を成膜する工程の前に、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスを処理容器内へ供給して前記基板の表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜を形成する、または、ＳｉＨ４ガスを処理容器内へ供給して前記基板の表面をトリートメントする工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のタングステン膜の成膜方法。
  3. 前記第１の膜の膜厚は、１−２ｎｍとすることを特徴とする請求項１又は２に記載のタングステン膜の成膜方法。
  4. 前記初期タングステン膜の膜厚は、０．５−５ｎｍとすることを特徴とする請求項２に記載のタングステン膜の成膜方法。
  5. 第１の処理容器と、前記第１の処理容器内に配置され、表面にＴｉＮ膜が形成された基板を減圧雰囲気で加熱しつつ、ＡｌＣｌ３ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスの少なくとも一方と還元ガスを前記第１の処理容器内へ供給して、前記基板の表面に、前記ＴｉＮ膜の配向をキャンセルする第１の膜として、ＡｌＮ膜を成膜する制御を行なう第１の制御部と、を有する第１成膜装置と、
    第２の処理容器と、前記第２の処理容器内に配置され、前記第１の膜が形成された基板を減圧雰囲気で加熱しつつ、タングステン含有ガスとＨ ２ ガスを前記第２の処理容器内へ交互に供給して、前記第１の膜上に、タングステン膜を成膜する制御を行う第２の制御部と、を有する第２成膜装置と、
    を備えたことを特徴とする成膜システム。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7138518B2 (ja) * 2018-08-31 2022-09-16 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜システム
JP7433132B2 (ja) * 2020-05-19 2024-02-19 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100414745B1 (ko) * 1996-12-31 2004-03-30 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의금속배선형성방법
US6146996A (en) * 1998-09-01 2000-11-14 Philips Electronics North America Corp. Semiconductor device with conductive via and method of making same
JP4032872B2 (ja) * 2001-08-14 2008-01-16 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の形成方法
KR100783844B1 (ko) * 2001-08-14 2007-12-10 동경 엘렉트론 주식회사 텅스텐막의 형성 방법
JP2007523994A (ja) * 2003-06-18 2007-08-23 アプライド　マテリアルズ　インコーポレイテッド バリヤ物質の原子層堆積
US7455918B2 (en) * 2004-03-12 2008-11-25 Kennametal Inc. Alumina coating, coated product and method of making the same
KR100557964B1 (ko) * 2004-10-22 2006-03-07 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 메탈1콘택 형성방법
US7338901B2 (en) * 2005-08-19 2008-03-04 Tokyo Electron Limited Method of preparing a film layer-by-layer using plasma enhanced atomic layer deposition
JP5513767B2 (ja) * 2008-06-25 2014-06-04 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置および半導体装置
KR20110084275A (ko) * 2008-10-27 2011-07-21 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 삼원 화합물의 기상 증착 방법
US8207062B2 (en) * 2009-09-09 2012-06-26 Novellus Systems, Inc. Method for improving adhesion of low resistivity tungsten/tungsten nitride layers
JP5719138B2 (ja) * 2009-12-22 2015-05-13 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法および基板処理方法
CN105256276B (zh) * 2010-06-10 2018-10-26 应用材料公司 具有增强的离子化和rf 功率耦合的低电阻率钨pvd
JP5959991B2 (ja) * 2011-11-25 2016-08-02 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
US9558237B2 (en) * 2013-04-23 2017-01-31 Itay Katsav Systems and methods for automated combination and conjugation of indicia
US20140327139A1 (en) * 2013-05-02 2014-11-06 Globalfoundries Inc. Contact liner and methods of fabrication thereof
US9853123B2 (en) * 2015-10-28 2017-12-26 United Microelectronics Corp. Semiconductor structure and fabrication method thereof
US9947578B2 (en) * 2015-11-25 2018-04-17 Applied Materials, Inc. Methods for forming low-resistance contacts through integrated process flow systems

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