JP6998873B2 - タングステン膜の成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明の第5の観点によれば、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、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を成膜することと、前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有し、前記主タングステン膜を成膜することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、タングステン膜の成膜方法が提供される。
<成膜装置の例>
図1は本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。この装置は、ALD法によりタングステン膜を成膜するのに適した装置である。
次に、以上のように構成された成膜装置100を用いて行われる成膜方法の実施形態について説明する。
最初に、成膜方法の第1の実施形態について説明する。
図2は第1の実施形態のフローチャート、図3は第1の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
ここでは、チャンバー内の圧力を500Pa、ウエハ温度を450℃にして、TiN膜の上に、SiH4ガスとH2ガスをそれぞれ700sccm、500sccmで供給して60secのイニシエーション処理を行った後、WF6ガス300sccmで1sec供給-パージ5sec-SiH4ガス400sccmで1sec供給-パージ5secを繰り返して膜厚2nmの初期タングステン膜を成膜し、その後、WF6ガス100sccmで0.15sec供給-パージ0.2sec-H2ガス4500sccmで0.3sec供給-パージ0.3secを繰り返して膜厚19.8nmの主タングステン膜を成膜したサンプル(サンプルA)と、同じ圧力および温度で、TiN膜の上に、B2H6ガスとH2ガスをそれぞれ100sccm、500sccmで供給して20secのイニシエーション処理を行った後、WF6ガス300sccmで1sec供給-パージ5sec-B2H6ガス100sccmで1sec供給-パージ5secを繰り返して膜厚2nmのALDにより初期タングステン膜を成膜し、その後、サンプルAと同様の条件で膜厚15.9nmの主タングステン膜を成膜したサンプル(サンプルB)を作製した。
(第1の例)
本例では、図8に示すように、B2H6ガスおよびH2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてB2H6ガスを用いて、ALD法によりアモルファスの初期タングステン膜を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。
1.イニシエーション処理
・温度(サセプタ温度):300~500℃
・処理容器内の圧力:300~900Pa
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:200~1000sccm(mL/min)
・時間:10~120sec
・温度(サセプタ温度):300~500℃
・WF6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:500~10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000~10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・B2H6ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・パージ(1回あたり):0.1~10sec
・繰り返し回数:1~50回
・温度(サセプタ温度):300~500℃
(より好ましくは350~450℃)
・WF6ガス流量:50~1000sccm(mL/min)
・H2ガス流量:2000~5000sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:500~10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000~10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.05~5sec
・H2ガス供給時間(1回あたり):0.05~5sec
・パージ(1回あたり):0.1~5sec
・繰り返し回数:要求される膜厚に応じて適宜設定
本例では、図11に示すように、B2H6ガス+SiH4ガス、またはB2H6ガス+SiH4ガス+H2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてB2H6ガス+SiH4ガス、またはB2H6ガス+SiH4ガス+H2ガスを用いて、ALD法によりアモルファスの初期タングステン膜を成膜し、その上に第1の例と同様の手法で、ALD法により主タングステン膜を成膜する。
1.イニシエーション処理
・温度(サセプタ温度):300~500℃
・処理容器内の圧力:300~900Pa
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・SiH4ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:200~1000sccm(mL/min)
・時間:10~120sec
・温度(サセプタ温度):300~500℃
・WF6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・5%H2希釈B2H6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・SiH4ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:50~1000sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:1000~10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000~10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・B2H6ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・SiH4ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・H2ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・パージ(1回あたり):0.1~10sec
・繰り返し回数:1~50回
次に、成膜方法の第2の実施形態について説明する。
図13は第2の実施形態のフローチャート、図14は第2の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
本例では、図15に示すように、SiH4ガスおよびH2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてSiH4ガスを用いて、ALD法により初期タングステン膜を成膜し、その上にB2H6ガスおよびH2ガスによりアモルファス層を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。
成膜温度400,450,500℃、成膜圧力500Pa
5% H2希釈B2H6ガス流量 100sccm
連続供給N2ガス流量 6000sccm
保持時間 20,60sec
で、基板を処理したところ、XRFのB強度は
400℃ 20,60secで 0.8057,0.8151kcps
450℃ 20,60secで 0.8074,2.0388kcps
500℃ 20,60secで 0.9271,3.905kcps
であり、これらの強度をボロンSEM膜厚に換算すると
400℃は、20,60secともにほぼ0nm
450℃ 20secはほぼ0nm、60secは6.9nm
500℃ 20secは0.4nm、60secは17.8nm
となった。
450℃ 60secの膜の結晶性をXRDで評価するとブロードなピークが得られ、アモルファスであることがわかった。
5% H2希釈B2H6ガスをこのような条件で基板に供給することで、その温度、供給時間を制御して所望の厚さのアモルファスボロン膜を得ることができる。
・温度(サセプタ温度):350~500℃
・WF6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・SiH4ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・連続供給N2ガス流量:1000~10000sccm(mL/min)
・フラッシュパージN2ガス流量:1000~10000sccm(mL/min)
・WF6ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・SiH4ガス供給時間(1回あたり):0.1~10sec
・パージ(1回あたり):0.1~10sec
・繰り返し回数:1~50回
・温度(サセプタ温度):350~500℃
・処理容器内の圧力:300~900Pa
・B2H6ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:200~1000sccm(mL/min)
・時間:10~120sec
次に、成膜方法の第3の実施形態について説明する。
図16は第3の実施形態のフローチャート、図17は第3の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
本例では、図18に示すように、SiH4ガスおよびH2ガスによりアモルファス層を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。
・温度(サセプタ温度):300~500℃
・処理容器内の圧力:300~900Pa
・SiH4ガス流量:50~500sccm(mL/min)
・H2ガス流量:0~1000sccm(mL/min)
・時間:10~120sec
次に、成膜方法の第4の実施形態について説明する。
図19は第4の実施形態のフローチャート、図20は第4の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
本例では、図21に示すように、アモルファス層であるTiSiN膜208を形成した後、その上に、in-situでSiH4ガスおよびH2ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、in-situで、上述したようにして成膜ガスとしてWF6ガス、還元ガスとしてH2ガスを用いて、ALD法により主タングステン膜を成膜する。なお、イニシエーション処理の条件は、第1の実施形態の第2の例と同じであり、また主タングステン膜成膜の条件は第1の実施形態の第1の例と同じである。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。
Claims (22)
- 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、
減圧雰囲気下の処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記主タングステン膜を成膜することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、タングステン膜の成膜方法。 - 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、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面にアモルファス層である初期タングステン膜を成膜することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとして、B 2 H 6 ガスおよびSiH 4 ガス、またはB 2 H 6 ガスおよびSiH 4 ガスおよびH 2 ガスを用いる、タングステン膜の成膜方法。 - 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、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面にアモルファス層である初期タングステン膜を成膜することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記主タングステン膜を成膜することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、タングステン膜の成膜方法。 - 前記アモルファス層である初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記アモルファス層である初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項2または請求項3に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる、請求項4に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 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、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を成膜することと、
前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記アモルファス層を形成するための物質を含むガスはB 2 H 6 ガスおよびH 2 ガス、あるいはB 2 H 6 ガスおよびH 2 ガスおよびWF 6 ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスボロン膜あるいはアモルファスタングステン膜である、タングステン膜の成膜方法。 - 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、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を成膜することと、
前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記主タングステン膜を成膜することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、タングステン膜の成膜方法。 - 前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてSiH4ガスを用いる、請求項6または請求項7に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項6から請求項8のいずれか一項に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる、請求項9に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 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、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記基板の表面にアモルファス層を形成することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記主タングステン膜を成膜することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、タングステン膜の成膜方法。 - 前記アモルファス層を形成するためのガスはSiH4ガス、またはB2H6ガス、またはその混合ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスシリコン膜あるいはアモルファスボロン膜である、請求項11に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記基板は、表面にTiN膜が形成されている、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 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、
基板を準備することと、
基板表面にアモルファス層を形成することと、
前記基板を減圧雰囲気下の処理容器内で加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF6ガスと、還元ガスであるH2ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有し、
前記主タングステン膜を成膜することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるWF 6 ガスと、還元ガスであるH 2 ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、タングステン膜の成膜方法。 - 前記基板のアモルファス層の形成と前記主タングステン膜の成膜とはin-situで行う、請求項14に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記主タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面の前記アモルファス層に前記主タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項14に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、SiH4ガス、もしくはSiH4ガスおよびH2ガス、またはB2H6ガス、もしくはB2H6ガスおよびH2ガスを通流させることにより行われる、請求項16に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 基板のアモルファス層の形成と前記イニシエーション処理と前記主タングステン膜の成膜はin-situで行う、請求項16または請求項17に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 前記基板表面の前記アモルファス層は、TiSiN膜である、請求項14から請求項18のいずれか一項に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 基板を加熱する温度が300~500℃である、請求項1から請求項19のいずれか一項に記載のタングステン膜の成膜方法。
- 基板を加熱する温度が350~450℃である、請求項20に記載のタングステン膜の成膜方法。
- コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項1から請求項21のいずれかのタングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させる、記憶媒体。
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