(57)【要約】【課題】薄膜化した場合でも金属層の低抵抗化を図りつつ、金属層のストレスを低減すること。【解決手段】成膜方法は、処理容器内に配置され、下地膜が形成された基板に、減圧雰囲気で前記下地膜の配向性をキャンセルするキャンセル層を形成するキャンセル層形成工程と、キャンセル層が形成された基板に、金属材料ガスとホウ素含有ガスを供給して、金属の初期膜を形成する初期膜形成工程と、初期膜が形成された基板に、金属の主成膜を形成する主成膜形成工程と、を有する。【選択図】図５
2020033630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に配置され、下地膜が形成された基板に、減圧雰囲気で前記下地膜の配向性をキャンセルするキャンセル層を形成するキャンセル層形成工程と、
前記キャンセル層が形成された前記基板に、金属材料ガスとホウ素含有ガスを供給して、金属の初期膜を形成する初期膜形成工程と、
前記初期膜が形成された前記基板に、金属の主成膜を形成する主成膜形成工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記金属材料ガスは、ＷＦ６、ＷＣｌｘの何れかを含み、
前記ホウ素含有ガスは、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌの何れかを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記初期膜の膜厚は、０．５〜５ｎｍとする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記金属は、タングステンであり、
前記主成膜形成工程は、Ｗ含有ガスとＨ含有ガスとを供給して前記主成膜を形成する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項５】
前記Ｗ含有ガスは、ＷＦ６、ＷＣｌｘの何れかを含み、
前記Ｈ含有ガスは、Ｈ２、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６の何れかを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記主成膜は、ストレスが０．１ＧＰａ以下である
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項７】
前記キャンセル層形成工程は、Ａｌ含有ガスとＮ含有ガスとを供給して前記キャンセル層を形成する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項８】
前記Ａｌ含有ガスは、ＡｌＣｌ３、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の何れかを含み、
前記Ｎ含有ガスは、Ｎ２、ＮＨ３の何れかを含む
ことを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記キャンセル層の膜厚は、１〜２ｎｍとする
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記キャンセル層形成工程、前記初期膜形成工程および前記主成膜形成工程は、原料ガスと、原料ガスを還元する還元ガスとの交互供給によって形成される
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記原料ガスと前記還元ガスとがパージガスの供給を挟んで交互供給される
ことを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記初期膜と前記主成膜が同じ処理容器内で形成される
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記下地膜と前記キャンセル層が同じ処理容器内で形成される
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記下地膜、前記キャンセル層、前記初期膜および前記主成膜は、大気暴露されることなく形成される
ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１つに記載の成膜方法。
【請求項１５】
処理容器内に配置され、下地膜が形成された基板に、減圧雰囲気で前記下地膜の配向性をキャンセルするキャンセル層を形成し、
前記キャンセル層が形成された前記基板に、金属材料ガスとホウ素含有ガスを供給して、金属の初期膜を形成し、
前記初期膜が形成された前記基板に、金属の主成膜を形成する
処理を実行することを特徴とする成膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜方法及び成膜システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板に金属層としてタングステン膜を成膜する技術が提案されている。特許文献１では、タングステン膜の主成膜に先立って、ＰＨ３又はＢ２Ｈ６のような還元剤と、ＷＦ６のようなタングステン含有化合物とを導入して、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５３６２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、薄膜化した場合でも金属層の低抵抗化を図りつつ、金属層のストレスを低減できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による成膜方法は、処理容器内に配置され、下地膜が形成された基板に、減圧雰囲気で前記下地膜の配向性をキャンセルするキャンセル層を形成するキャンセル層形成工程と、キャンセル層が形成された基板に、金属材料ガスとホウ素含有ガスを供給して、金属の初期膜を形成する初期膜形成工程と、初期膜が形成された基板に、金属の主成膜を形成する主成膜形成工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、薄膜化した場合でも金属層の低抵抗化および低ストレス化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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】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】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】図４は、実施形態に係る第３成膜装置の概略断面図である。
【図５】図５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６】図６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７】図７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８】図８は、実施形態に係る初期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９】図９は、実施形態に係る主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１０】図１０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１１】図１１は、第１比較例に係るウエハの層構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２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１３】図１３は、実施形態に係るタングステン層のストレスの比較結果の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施形態に係る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１５】図１５は、他の実施形態に係る成膜装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本願の開示する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。
【０００９】
［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、第３成膜装置１０３と、下地膜成膜装置２０１とを有する。実施形態に係る成膜システム１００では、下地膜成膜装置２０１を下地膜の成膜に使用し、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および第３成膜装置１０３を金属層の成膜に使用する。第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２、第３成膜装置１０３及び下地膜成膜装置２０１には、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。
【００１０】
成膜システム１００は、基板に下地膜を成膜する。例えば、成膜システム１００は、下地膜として、窒化チタン膜（ＴｉＮ）を成膜する。次いで、成膜システム１００は、基板に、下地膜の配向性をキャンセルするキャンセル層を形成する。例えば、成膜システム１００は、キャンセル層として、アルミ含有材料を成膜する。次いで、成膜システム１００は、金属層を成膜する。例えば、成膜システム１００は、金属層として、タングステン膜を成膜する。なお、以下では、金属層としてタングステン膜を成膜する場合を例に説明するが、これに限定されない。成膜システム１００は、Ｃｕ（銅）、Ｃｏ（コバルト）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｍｏ（モリブデン）のうちのいずれかを含有する金属層を成膜してもよい。
【００１１】
図１に示すように、成膜システム１００は、窒化チタン膜（ＴｉＮ）を成膜する下地膜成膜装置２０１と、アルミ含有材料を成膜する第１成膜装置１０１と、金属層として、初期タングステン膜を成膜する第２成膜装置１０２と、金属層として、主タングステン膜を成膜する第３成膜装置１０３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、第３成膜装置１０３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。
【００１２】
第１成膜装置１０１、第２成膜装１０２および第３成膜装置１０３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、Ｔｉ含有ガスとＮ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。Ｔｉ含有ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４、ＴＤＭＡＴ（テトラキス(ジメチルアミノ)チタン：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）ガス、ＴＭＥＡＴ（テトラキス（メチルエチルアミノ）チタン：Ｃ１２Ｈ３２Ｎ４Ｔｉ）ガスが挙げられる。Ｎ含有ガスとしては、例えば、Ｎ２、ＮＨ３、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ＭＭＨ（モノメチルヒドラジン：ＣＨ３（ＮＨ）ＮＨ２）が挙げられる。例えば、下地膜成膜装置２０１は、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとを交互に供給してウエハＷ上に窒化チタン膜（ＴｉＮ）を成膜する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、第３成膜装置１０３、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、例えば、コンピュータとして構成され、ＣＰＵなどの主制御部と、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）を有する。主制御部は、下地膜成膜装置２０１、第１成幕装置１０１、第２成膜装置１０２、第３成膜装置１０３の各構成部を制御する。また、主制御部は、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。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、第２成膜装置１０２および第３成膜装置１０３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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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を閉じる。そして、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。
【００２２】
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を閉じる。そして、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。
【００２３】
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を閉じる。そして、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初期タングステン膜の成膜処理を行う。
【００２４】
初期タングステンの成膜処理が終了後、第２成膜装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、ウエハＷを搬出する。そして、第３成膜装置１０３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３成膜装置１０３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を閉じる。そして、第３成膜装置１０３によりウエハＷに対して主タングステン膜の成膜処理を行う。
【００２５】
このように主タングステン膜が成膜された後、第３成膜装置１０３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。
【００２６】
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。
【００２７】
これにより、成膜システム１００は、下地膜、キャンセル層、初期タングステン膜及び主タングステン膜の成膜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い。例えば、成膜システム１００は、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。
【００２８】
［成膜装置の構成］
第１成膜装置１０１、第２成膜装置１０２および第３成膜装置１０３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および第３成膜装置１０３の構成については異なる部分を主に説明する。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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およびパージガスである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。
【００３９】
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。
【００４０】
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およびパージガスである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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、初期タングステン膜を成膜するガスの供給源として、金属材料ガス供給源６１ａ、Ｎ２ガス供給源６２ａ、Ｎ２ガス供給源６３ａを有する。また、ガス供給機構５は、初期タングステン膜を成膜するガスの供給源として、ホウ素含有ガス供給源６５ａ、Ｎ２ガス供給源６６ａ、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。
【００４４】
金属材料ガス供給源６１ａは、ガス供給ライン６１ｂを介して金属材料ガスを処理容器１内に供給する。金属材料ガスとしては、例えば、ＷＦ６ガス、ＷＣｌｘガスが挙げられる。例えば、金属材料ガス供給源６１ａは、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。金属材料ガス供給源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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
ホウ素含有ガス供給源６５ａは、ガス供給ライン６５ｂを介して還元ガスであるホウ素含有ガスを処理容器１内に供給する。ホウ素含有ガスとしては、例えば、Ｂ２Ｈ６ガス、ＢＣｌガスが挙げられる。例えば、ホウ素含有ガス供給源６５ａは、Ｂ２Ｈ６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。ガス供給ライン６４ｂの下流側は、ガス導入孔３７に接続されている。ホウ素含有ガス供給源６５ａから供給されるＢ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６ガスを処理容器１内に供給することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、第３成膜装置１０３の構成について説明する。図４は、実施形態に係る第３成膜装置の概略断面図である。第３成膜装置１０３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２成膜装置１０２と同様の構成とされている。第３成膜装置１０３の第２成膜装置１０２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。
【００５１】
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、主タングステン膜を成膜するガスの供給源として、第２成膜装置１０２と同様に、金属材料ガス供給源６１ａ、Ｎ２ガス供給源６２ａ、Ｎ２ガス供給源６３ａ、Ｎ２ガス供給源６６ａ、Ｎ２ガス供給源６７ａを有する。金属材料ガス供給源６１ａ、Ｎ２ガス供給源６２ａ、Ｎ２ガス供給源６３ａ、Ｎ２ガス供給源６６ａ、Ｎ２ガス供給源６７ａのガス供給の経路は、第２成膜装置１０２と同様に構成されている。また、ガス供給機構５は、主タングステン膜を成膜するガスの供給源として、Ｈ２ガス供給源６４ａ、Ｈ２ガス供給源６８ａを有する。なお、図４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。
【００５２】
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。貯留タンク６６ｄ，６８ｄによってガス供給ライン６６ｂ，６８ｂ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６６ｂ，６８ｂ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。
【００５３】
Ｈ２ガス供給源６８ａは、ガス供給ライン６８ｂ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６８ｂには、上流側から流量制御器６８ｃ、貯留タンク６８ｄ及びバルブ６８ｅが介設されている。ガス供給ライン６８ｂのバルブ６８ｅ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６８ａ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６８ｄで一旦貯留され、貯留タンク６８ｄ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６８ｄから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ６８ｅにより行われる。このように貯留タンク６８ｄ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。
【００５４】
〔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５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６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。
【００５５】
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６（ａ））を準備する。例えば、成膜システム１００では、下地膜成膜装置２０１により、ウエハＷに対して、窒化チタン膜（ＴｉＮ）を成膜する。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６では凹部を省略している。
【００５６】
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６（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。
【００５７】
第２成膜装置１０２は、ウエハＷに対して、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６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６（ｃ））。
【００５８】
第３成膜装置１０３は、ウエハＷに対して、主タングステン膜を成膜する（ステップＳ３：図６（ｄ））。なお、主タングステン膜を成膜する工程の詳細は、後述する。
【００５９】
〔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７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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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）。
【００６３】
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）。
【００６４】
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）。
【００６５】
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）。
【００６６】
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。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。
【００６７】
なお、図７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。
【００６８】
〔初期タングステン膜の成膜〕
次に、第２成膜装置１０２が初期タングステン膜を成膜する流を説明する。図８は、実施形態に係る初期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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、金属材料ガス供給源６１ａ及びホウ素含有ガス供給源６５ａから夫々ＷＦ６ガス及びＢ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、処理容器１内へのＷＦ６ガスの供給を停止する。また、制御部６は、バルブ６２ｅ，６６ｅを開き、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、金属材料ガス供給源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。
【００７３】
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、処理容器１内へのパージガスの供給を停止する。また、制御部６は、バルブ６５ｅを開き、貯留タンク６５ｄに貯留されたＢ２Ｈ６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。
【００７４】
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、処理容器１内へのＢ２Ｈ６ガスの供給を停止する。また、制御部６は、バルブ６２ｅ，６６ｅを開き、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Ｂ２Ｈ６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Ｂ２Ｈ６ガス雰囲気から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、ホウ素含有ガス供給源６５ａからガス供給ライン６５ｂに供給されるＢ２Ｈ６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。
【００７５】
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初期タングステン膜を成膜する。
【００７６】
なお、図８に示した、初期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。初期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。
【００７７】
〔主タングステン膜の成膜〕
〔初期タングステン膜の成膜〕
次に、第３成膜装置１０３が主タングステン膜を成膜する流を説明する。図９は、実施形態に係る主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。
【００７８】
第３成膜装置１０３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。
【００７９】
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、金属材料ガス供給源６１ａ及びＨ２ガス供給源６８ａから夫々ＷＦ６ガス及びＨ２ガスをガス供給ライン６１ｂ，６８ｂに供給する。このとき、バルブ６１ｅ，６８ｅ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，６８ｄに夫々貯留され、貯留タンク６１ｄ，６８ｄ内が昇圧する。
【００８０】
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Ｓ３１）。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。
【００８１】
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、処理容器１内へのＷＦ６ガスの供給を停止する。また、制御部６は、バルブ６２ｅ，６６ｅを開き、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Ｓ３２）。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、金属材料ガス供給源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。
【００８２】
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、処理容器１内へのパージガスの供給を停止する。また、制御部６は、バルブ６８ｅを開き、貯留タンク６８ｄ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Ｓ３３）。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。
【００８３】
制御部６は、バルブ６８ｅ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６８ｅを閉じ、処理容器１内へのＨ２ガスの供給を停止する。また、制御部６は、バルブ６２ｅ，６６ｅを開き、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Ｓ３４）。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６８ｅが閉じられたことにより、Ｈ２ガス供給源６８ａからガス供給ライン６８ｂに供給されるＨ２ガスが貯留タンク６８ｄに貯留され、貯留タンク６８ｄ内が昇圧する。
【００８４】
制御部６は、ステップＳ３１〜Ｓ３４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主タングステン膜を成膜する。
【００８５】
なお、図９に示した、主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。主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。
【００８６】
［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１０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１０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、低抵抗の主タングステン膜（Ｗ）が形成されている。
【００８７】
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。
【００８８】
・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
【００８９】
・初期タングステン膜（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜）：
温度：１５０〜５５０℃
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
Ｂ２Ｈ６ガス：１０〜１０００ｓｃｃｍ
時間：
Ｗ含有ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
Ｂ２Ｈ６ガス：０．０５〜１５秒
パージ：０．０５〜１５秒
【００９０】
・主タングステン膜
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
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
ここで、比較例を用いて効果を説明する。図１１は、第１比較例に係るウエハの層構成の一例を示す図である。図１１は、第１比較例として、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。
【００９４】
以下に、第１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。
【００９５】
・Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ膜：
温度：１５０〜５５０℃
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
【００９６】
・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
【００９７】
図１２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１２には、図１０に示した本実施形態の層構成と、図１１に示した第１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１２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。第１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１２の例では、厚さが１０ｎｍの場合の第１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１２に示すように、厚さが１０ｎｍの場合、本実施形態の層構成は、第１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、第１比較例の層構成に比べて、抵抗率が４１％低下する。
【００９８】
ここで、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。
【００９９】
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。
【０１００】
また、本出願人は、下地膜上にキャンセル層が形成された基板に、金属材料ガスとホウ素含有ガスを供給して金属の初期膜を形成し、初期膜が形成された基板に金属の主成膜を形成することで、金属層のストレスを低減できることを見出した。例えば、本実施形態のように、ＴｉＮ膜上にＡｌＮ膜が形成されたウエハＷに、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを供給して初期タングステン膜を形成し、初期タングステン膜が形成された基板に主タングステン膜を形成することで、タングステン層のストレスが低減する。
【０１０１】
比較例を用いて効果を説明する。例えば、図１０に示したウエハＷの層構成の初期タングステン膜を、Ｂ２Ｈ６ガスに代わりにＳｉＨ４ガスを供給して第２比較例を形成する。
【０１０２】
図１３は、実施形態に係るタングステン層のストレスの比較結果の一例を示す図である。図１３には、本実施形態の層構成と、第２比較例の層構成でのストレスの比較結果が示されている。本実施形態の層構成は、タングステン層のストレスが０．１ＧＰａ以下となっている。第２比較例の層構成は、タングステン層のストレスが１．８ＧＰａ以上となっている。このように本実施形態の層構成は、第２比較例の層構成に比べてストレスが大幅に減少している。ウエハＷは、ストレスが低減されることにより、例えば、反りなどの変形の発生が抑制される。このようにウエハＷの反りなどの発生が抑制されることにより、例えば、ウエハＷに対してフォトリソグラフィを行う場合の位置の精度の低下を抑制できる。
【０１０３】
また、本実施形態の層構成は、第２比較例の層構成と同様に、金属層の低抵抗化を実現できる。図１４は、実施形態に係る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１４には、本実施形態の層構成と、第２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。本実施形態の層構成は、第２比較例の層構成と同等以上にタングステン膜の低抵抗化を実現できる。
【０１０４】
このように、本実施形態に係る成膜方法は、処理容器１内に配置され、下地膜（ＴｉＮ膜）が形成されたウエハＷに、下地膜の配向性をキャンセルするキャンセル層（ＡｌＮ膜）を形成する。成膜方法は、キャンセル層が形成されたウエハＷに、金属材料ガスとホウ素含有ガスを供給して、金属の初期膜（初期タングステン膜）を形成する。成膜方法は、初期膜が形成されたウエハＷに、金属の主成膜（主タングステン膜）を形成する。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、薄膜化した場合でも金属層の低抵抗化を図りつつ、金属層のストレスを低減できる。
【０１０５】
また、本実施形態に係る成膜方法は、金属材料ガスとして、ＷＦ６、ＷＣｌｘの何れかを含み、ホウ素含有ガスとして、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌの何れかを含む。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、タングステン膜を成膜できる。また、本実施形態に係る成膜方法は、タングステン膜を薄膜化した場合でもタングステン膜の低抵抗化を図りつつ、タングステン膜のストレスを低減できる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る成膜方法は、初期膜の膜厚を、０．５〜５ｎｍとする。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、成膜される主タングステン膜の均一性を高めつつ、薄膜化した場合でもタングステン層の低抵抗化を図ることができる。
【０１０７】
また、本実施形態に係る成膜方法は、成膜する金属が、タングステンであり、主成膜形成工程は、Ｗ含有ガスとＨ含有ガスとを供給して主成膜を形成する。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、ストレスの低い主タングステン膜を成膜できる。
【０１０８】
また、本実施形態に係る成膜方法は、Ｗ含有ガスが、ＷＦ６、ＷＣｌｘの何れかを含み、Ｈ含有ガスが、Ｈ２、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６の何れかを含む。これにより、本実施形態に係る成膜方法は、ストレスの低い主タングステン膜を成膜できる。
【０１０９】
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【０１１０】
例えば、本実施形態係る成膜システム１００は、初期タングステン膜を第２成膜装置１０２で実施し、主タングステン膜の成膜を第３成膜装置１０３で実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、成膜システム１００は、初期タングステン膜と主タングステン膜の成膜を同じ成膜装置で実施してもよい。例えば、成膜システム１００では、第２成膜装置１０２および第３成膜装置１０３が初期タングステン膜と主タングステン膜の成膜を実施してもよい。この場合、第２成膜装置１０２および第３成膜装置１０３は、図３、図４に示したガス供給機構５の構成を合わせて有するものとすればよい。図１５は、他の実施形態に係る成膜装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。図１５に示した第２成膜装置１０２は、図３に示したガス供給機構５の構成に加えて、図４に示したガス供給機構５の構成を有している。成膜システム１００では、初期タングステン膜と主タングステン膜の成膜を第２成膜装置１０２および第３成膜装置１０３でそれぞれ実施することで、初期タングステン膜の成膜と主タングステン膜の成膜との間で成膜装置間のウエハＷの搬送時間を削減でき、生産性が向上する。
【０１１１】
また、実施形態係る成膜システム１００は、下地膜の成膜を下地膜成膜装置２０１で実施し、キャンセル層の成膜を第１成膜装置１０１で実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、成膜システム１００は、下地膜とキャンセル層とを同じ成膜装置で実施してもよい。
【０１１２】
また、成膜システム１００では、下地膜、キャンセル層、初期タングステン膜および主タングステン膜の成膜を同じ成膜装置で実施してもよい。この場合、成膜装置間のウエハＷの搬送時間を削減でき、生産性が向上する。
【０１１３】
また、実施形態係る成膜システム１００は、下地膜の成膜を下地膜成膜装置２０１で実施し、キャンセル層の成膜を第１成膜装置１０１で実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、成膜システム１００は、下地膜の成膜を別の成膜システムの下地膜成膜装置で実施してもよい。
【０１１４】
また、実施形態係る成膜システム１００は、下地膜の成膜を下地膜成膜装置２０１で実施し、キャンセル層の成膜を第１成膜装置１０１で実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、生産性等を考慮して各成膜装置の数を適宜変更することができる。
【０１１５】
また、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い。さらに、半導体ウエハは、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適用することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
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
１０３  第３成膜装置
２０１  下地膜成膜装置
【図１】
2020033630.tif 000003
【図２】
2020033630.tif 000004
【図３】
2020033630.tif 000005
【図４】
2020033630.tif 000006
【図５】
2020033630.tif 000007
【図６】
2020033630.tif 000008
【図７】
2020033630.tif 000009
【図８】
2020033630.tif 000010
【図９】
2020033630.tif 000011
【図１０】
2020033630.tif 000012
【図１１】
2020033630.tif 000013
【図１２】
2020033630.tif 000014
【図１３】
2020033630.tif 000015
【図１４】
2020033630.tif 000016
【図１５】
2020033630.tif 000017