(57)【要約】【課題】厚さが２０ｎｍ以下で、低抵抗のタングステン膜を形成することができるタングステン膜の成膜方法を提供すること。【解決手段】減圧雰囲気で基板を加熱しつつ表面にバリア層を有する基板に膜厚２０ｎｍ以下のタングステン膜を成膜するにあたり、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、その際の処理容器内の圧力およびタングステン原料の供給量を調整してバリア層上にバリア層の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜し、その後ＷＦ６ガスの供給を停止し、処理容器内の圧力を上昇させた後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとを供給して主タングステン膜を成膜する。【選択図】  図２
2014019912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内において、減圧雰囲気で基板を加熱しつつ表面にバリア層を有する基板に膜厚２０ｎｍ以下の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、
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、その際の処理容器内の圧力およびタングステン原料の供給量を調整して前記バリア層上に前記バリア層の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜する工程と、
前記結晶性遮断タングステン膜成膜終了後、ＷＦ６ガスの供給を停止し、前記処理容器内の圧力を上昇させた後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとを供給して主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。
【請求項２】
前記結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、前記主タングステン膜成膜までの時間を２０〜２７０ｓｅｃと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。
【請求項３】
前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚を０．５〜５．０ｎｍとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項４】
前記結晶性遮断タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を１００〜２６６６Ｐａ、ＷＦ６ガスの流量を５〜４００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ２ガスの流量を１００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項５】
前記主タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を２６６６〜２６６６７Ｐａ、ＷＦ６ガスの流量を１５０〜７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ２ガスの流量を１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項６】
前記主タングステン膜の成膜後、前記基板をアニールすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項７】
前記アニールは７００℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項８】
前記結晶性遮断タングステン膜の成膜に先立って、基板表面に核を形成するイニシエーション処理を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項９】
前記イニシエーション処理は、ＳｉＨ４ガスを供給して行うことを特徴とする請求項８に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記各工程の際の基板を支持する載置台の温度が３５０〜５００℃であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記基板の表面に形成されたバリア層はＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１２】
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１１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ことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板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に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、配線間の凹部（ビアホール）や基板コンタクト用の凹部（コンタクトホール）を埋め込むためにタングステン（Ｗ）膜が用いられている。
【０００３】
タングステン（Ｗ）膜の成膜方法としては、過去には物理的蒸着（ＰＶＤ）が用いられていたが、タングステンは高融点金属であること、およびＰＶＤでは近年のデバイスの微細化による高カバレッジに対応することが困難であること等の理由で、高カバレッジに対応することが可能で、かつデバイスの微細化に十分対応可能な化学的蒸着法（ＣＶＤ）が主流となっている。
【０００４】
ＣＶＤによりビアホールやコンタクトホールにＷ膜を埋め込む際には、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。
【０００５】
タングステン膜の成膜に際しては、タングステン原料として六フッ化タングステン（ＷＦ６）を用い還元ガスとしてＨ２ガスを用いてＷＦ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦの反応により主成膜を行うが、このような主成膜に先立って、タングステン膜を均一に成膜する観点や、バリア層へフッ素成分が拡散することを抑制する観点から、核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）工程が行われているが、その際に還元ガスとしてＨ２よりも還元力の大きいＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用いている（例えば特許文献１、２）。また、核生成を行うための初期成膜においては、より緻密な膜を形成するためにＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはＳＦＤ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｆｌｏｗ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９３２３３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、還元ガスとしてＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用いてタングステンの核生成を行う場合には、タングステン膜中にシリコン（Ｓｉ）原子やボロン（Ｂ）原子が取り込まれるため、ピュアなタングステン膜と比較すると高抵抗になってしまう。近時のコンタクトホールの微細化にともない、より低抵抗なＷ膜が要求されており、ＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用いた核生成では、要求を満たさなくなりつつある。
【０００８】
特に、最近では膜厚が２０ｎｍ以下という極めて薄いタングステン膜の用途も出現しており、膜厚が薄くなると抵抗が高くなる傾向があるため、このような極めて薄いタングステン膜の低抵抗化については、未だ有効な知見が得られていないのが現状である。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、厚さが２０ｎｍ以下で、低抵抗のタングステン膜を形成することができるタングステン膜の成膜方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、処理容器内において、減圧雰囲気で基板を加熱しつつ表面にバリア層を有する基板に膜厚２０ｎｍ以下の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、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、その際の処理容器内の圧力およびタングステン原料の供給量を調整して前記バリア層上に前記バリア層の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜する工程と、前記結晶性遮断タングステン膜成膜終了後、ＷＦ６ガスの供給を停止し、前記処理容器内の圧力を上昇させた後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスとを供給して主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を提供する。
【００１１】
上記構成において、前記結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、前記主タングステン膜成膜までの時間を２０〜２７０ｓｅｃとすることができる。また、前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚を０．５〜５ｎｍとすることができる。さらに、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を１００〜２６６６Ｐａ、ＷＦ６ガスの流量を５〜４００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ２ガスの流量を１００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことができる。
【００１２】
また、前記主タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を２６６６〜２６６６７Ｐａ、ＷＦ６ガスの流量を１５０〜７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ２ガスの流量を１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことができる。
【００１３】
前記主タングステン膜の成膜後、前記基板をアニールしてもよい。前記アニールは７００℃以上の温度で行うことができる。
【００１４】
さらに、前記初期タングステン膜の成膜に先立って、基板表面にＳｉの核を形成するイニシエーション処理を行う工程をさらに有してもよい。前記イニシエーション処理は、ＳｉＨ４ガスを供給して行うことができ、その中ではＳｉＨ４ガスが好ましい。
【００１５】
さらにまた、前記各工程の際の基板を支持する載置台の温度は３５０〜５００℃とすることができる。さらにまた、前記基板の表面に形成されたバリア層としてはＴｉＮ膜を用いることができる。
【００１６】
本発明はまた、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、上記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ことを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、厚さ２０ｎｍ以下という極めて薄いタングステン膜を形成する場合に、抵抗を上昇させる初期タングステン膜を用いず、バリア層の上に結晶性遮断タングステン膜を成膜することにより、下地のバリア層や初期タングステン膜の影響を受けずに主タングステン膜を大きく粒成長させることが可能であるため、形成されるタングステン膜は不純物が少なくかつ大きな結晶粒を有するものとなる。このため、膜厚が薄いのにもかかわらず極めて比抵抗の小さいタングステン膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法のフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る成膜方法の各工程を示す工程断面図である。
【図４】下地であるＴｉＮ膜上に主タングステン膜を形成した場合の結晶性を示す模式図である。
【図５】下地であるＴｉＮ膜上に結晶性遮断タングステンを形成した後に主タングステン膜を形成した場合の結晶性を示す模式図である。
【図６】結晶性遮断タングステン膜成膜および主タングステン膜成膜およびそれらの間の圧力の変化とＷＦ６の流量の変化を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る成膜方法のフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態の方法でタングステン膜を形成したケースＡと、ケースＡに初期タングステン膜成膜とＳｉＨ４処理を加えたケースＢとについて、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。
【図９】ケースＡにアニール処理を加えた本発明の第２の実施形態に係る方法でタングステン膜を形成したケースＣと、ケースＢにアニール処理を加えたケースＤとについて、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。
【図１０】ケースＡ〜Ｄについて、膜厚３５ｎｍ以下の範囲における膜厚と比抵抗との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
＜成膜装置＞
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。
【００２０】
図１に示すように、成膜装置１００は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により円筒状あるいは箱状に成形された処理容器２を有している。この処理容器２内には、容器底部より起立する支柱４上に、断面Ｌ字状の保持部材６を介して被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｓを載置するための載置台８が設けられている。この支柱４および保持部材６は、熱線透過性の材料、例えば石英により構成されており、また、載置台８は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、アルミニウム化合物等により構成されている。
【００２１】
この載置台８の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン１０（２本のみ図示）が設けられ、各リフタピン１０の基端部は、円弧状の支持部材１２により支持されている。この支持部材１２には容器底部を貫通して設けられた押し上げ棒１４が取り付けられており、押し上げ棒１４はアクチュエータ１８により昇降されるようになっている。そして、アクチュエータ１８により押し上げ棒１４を上下動させることにより、支持部材１２を介してリフタピン１０を上下動させ、リフタピン１０を載置台８に貫通して設けられたピン孔１６に挿通させてウエハＳを持ち上げるようになっている。押し上げ棒１４の容器底部の下方へ貫通した部分には、処理容器２内の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ２０が設けられている。
【００２２】
載置台８の周縁部には、ウエハＳの周縁部を保持してこれを載置台８側へ固定するためのセラミック製のリング状をなすクランプリング２２が設けられており、このクランプリング２２は、支持棒２４を介してリフタピン１０側に連結されており、リフタピン１０と一体的に昇降するようになっている。リフタピン１０および支持棒２４も石英等の熱線透過材料により構成されている。
【００２３】
載置台８の直下の容器底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓２６がＯリング等のシール部材２８を介して気密に設けられており、その下方には、透過窓２６を囲むように箱状の加熱室３０が設けられている。この加熱室３０内には加熱手段として複数の加熱ランプ３２が反射鏡も兼ねる回転台３４に取り付けられており、この回転台３４は、回転モータ３６により回転される。したがって、加熱ランプ３２より放出された熱線は、透過窓２６を透過して載置台８の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。なお、加熱手段として加熱ランプ３２に代えて、載置台８に埋め込んだ抵抗加熱ヒータを用いるようにしてもよい。
【００２４】
載置台８の外周側には、多数の整流孔３８を有するリング状の整流板４０が、上下方向に環状に成形された支持コラム４２により支持された状態で設けられている。整流板４０の内周側には、クランプリング２２の外周部と接触してこの下方にガスが流れないようにするリング状の石英製アタッチメント４４が設けられる。
【００２５】
整流板４０の下方の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６には、排気管５２が接続されている。この排気管５２の途中には圧力調整弁４８、真空ポンプ５０が設けられている。そして、真空ポンプ５０により処理容器２内を真空引きして、その中を所定の圧力に維持する。処理容器２の側壁には、処理容器２内に対してウエハＳを搬入出するための開口５４が設けられ、この開口５４はゲートバルブ５６により開閉可能となっている。
【００２６】
一方、処理容器２の天井部には、その中へ所定のガスを導入するためのガス導入手段であるシャワーヘッド６０が設けられている。このシャワーヘッド６０は、例えばアルミニウム合金等により円形箱状に成形され、その天井部にはガス導入口６１が設けられている。シャワーヘッド６０の下面には、ガス導入口６１からシャワーヘッド６０の内部へ供給されたガスを放出するための多数のガス吐出孔６２が均等に形成されており、ウエハＳの上方の処理空間に対して均等にガスを放出するようになっている。シャワーヘッド６０の内部には、多数のガス分散孔６４を有する拡散板６５が配設されており、シャワーヘッド６０内へ導入されたガスを拡散してウエハ面に、より均等にガスを供給するようになっている。
【００２７】
ガス導入口６１には、ガス供給部７０のガス配管７１が接続されている。ガス供給部７０は、このガス配管７１と、ガス配管７１から分岐した複数の分岐配管７２とを有しており、かつ各分岐配管７２に接続された、ＣｌＦ3ガス源７３、ＷＦ6ガス源７４、Ａｒガス源７５、Ｎ2ガス源７６、ＳｉＨ4ガス源７７、Ｈ2ガス源７８を有している。ＣｌＦ3ガス源７３からは、クリーニングに用いるＣｌＦ３ガスが供給される。また、ＷＦ6ガス源７４からはタングステン原料であるＷＦ6ガスが供給される。Ａｒガス源７５、Ｎ2ガス源７６からはパージガスや希釈ガスとして用いるＡｒガス、Ｎ２ガスが供給される。パージガスや希釈ガスとしては、他の不活性ガスを用いることもできる。ＳｉＨ4ガス源７７からはイニシエーション処理およびＳｉ吸着処理に用いられるＳｉＨ４ガスが供給される。さらに、Ｈ２ガス源７８からはＷＦ６の還元ガスとしてＨ２ガスが供給される。
【００２８】
これらガス源が接続された分岐配管にはそれぞれマスフローコントローラのような流量制御器７９と、その前後の開閉弁８０とが設けられている。なお、図示していないが、載置台８の下方の空間にバックガス（パージガス）としてＡｒガスを供給するバックガスＡｒラインも設けられている。
【００２９】
この成膜装置１００は、成膜装置１００の各構成部、例えばアクチュエータ１８、加熱ランプ３２の電源、真空ポンプ５０、マスフローコントローラ７９、開閉弁８０等を制御するための制御部９０を有している。この制御部９０は、各構成部の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ９１と、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９２と、成膜装置１００で実行される処理をコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部９３とを備えている。なお、ユーザーインターフェース９２および記憶部９３はコントローラ９１に接続されている。
【００３０】
上記処理レシピは記憶部９３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００３１】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してコントローラ９１に実行させることで、コントローラ９１の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３２】
＜成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１００を用いて行われる本発明の実施形態に係る成膜方法について説明する。本実施形態では膜厚２０ｎｍ以下の極めて薄いタングステン膜を成膜する。
【００３３】
（第１の実施形態に係る成膜方法）
図２は本発明の第１の実施形態に係る成膜方法のフローチャート、図３は各工程を示す工程断面図である。
【００３４】
まず、最初に、図３（ａ）のようにＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜１０１の上に、表面のバリア層としてＴｉＮ膜１０２が形成されたウエハＳを準備し、処理容器２内に搬入する（ステップ１）。なお、層間絶縁膜１０１には実際にはホール（コンタクトホールまたはビアホール）が形成されているが、便宜上図３ではホールを省略している。
【００３５】
次いで、処理容器２内を所定の減圧雰囲気にし、加熱ランプ３２により載置台８を介してウエハＳを載置台温度で３５０〜５００℃、例えば４１０℃になるように加熱しつつ、処理容器２内にシラン（ＳｉＨ４）ガスおよびＨ２ガス等を導入して、タングステンの核形成に先立ってウエハＳの表面にＳｉの核を形成するイニシエーション処理を行う（ステップ２）。イニシエーション処理は、図３（ｂ）に示すように、Ｗの核形成が均一に行われるように下地のＴｉＮ膜１０２の全面にＳｉ等の核１０３を形成する処理であり、ここではＳｉＨ４を吸着させてＳｉの核を形成する。実際にはＳｉＨ４は熱分解されて、ＳｉＨｘ（ｘ＜４）として吸着される。
【００３６】
このイニシエーション処理の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・処理容器内の圧力：２６６６〜２００００Ｐａ
・ＳｉＨ４流量：３００〜８００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：５〜１２０ｓｅｃ
なお、イニシエーション処理に用いるガスとしてはＳｉＨ４ガスに限らず、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、ＰＨ３等を用いることができる。Ｂ２Ｈ６、Ｈ２、ＰＨ３を用いる場合には、それぞれＢ、Ｈ、Ｐが核として形成されるが、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２等を用いてＳｉの核を形成することが好ましい。また、イニシエーション処理は必須ではない。
【００３７】
次に、従来行っていたタングステンの核生成の工程を行うことなく、ＣＶＤにより下地であるＴｉＮ膜の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜１０４の成膜を行う（ステップ３、図３（ｃ））。
【００３８】
従来は、タングステン膜を均一に成膜する観点や、バリア層へフッ素成分が拡散することを抑制する観点から、核生成工程はタングステン膜において必須であるとされており、還元ガスとしてＨ２よりも還元力の大きいＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用い、かつより緻密な初期タングステン膜を形成する観点からＡＬＤあるいはＳＦＤで行われてきた。
【００３９】
しかし、膜厚が２０ｎｍという極めて薄いタングステン膜を成膜する場合、従来行われている核生成工程で初期タングステン膜を形成すると、十分低抵抗化することができないことが判明した。すなわち、従来行われている核生成工程で形成される初期タングステン膜は、ＳｉやＢといった抵抗増加成分を含み、ＡＬＤあるいはＳＦＤにより微細な結晶となるとともに、下地のＴｉＮ膜１０２の柱状晶に影響されて柱状晶となるため、それ自体の抵抗が高い。タングステン膜が２０ｎｍ以下と薄いと、このような抵抗の高い膜が占める割合が高くなってしまう。また、このようにＡＬＤあるいはＳＦＤにより初期タングステン膜を形成すると、膜厚が小さい範囲で抵抗の高いβ−Ｗが晶出しやすくなる。このため、全体の膜の抵抗が高いものとなってしまう。一方、膜厚が２０ｎｍ以下と極めて薄い場合には、下地のＴｉＮ膜へのフッ素成分の拡散は大きな問題にならない。
【００４０】
このため、本実施形態では、従来のような還元ガスとしてＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用いてＡＬＤあるいはＳＦＤで成膜する核生成工程は行わない。
【００４１】
しかし、結晶が柱状晶であるＴｉＮ膜１０２の上に直接に主タングステン膜１０５を成膜すると、図４に示すように、結晶が柱状晶である主タングステン膜１０５もＴｉＮ膜１０２の影響を受けて柱状晶的な結晶となる。柱状晶は結晶粒界が垂直に存在し、その結晶粒界の存在により膜の抵抗が高くなる。したがって、たとえ初期タングステン膜として不純物の少ない膜が形成されたとしても、最終的に形成されるタングステン膜の抵抗は高いものとなってしまう。
【００４２】
そこで、本実施形態では、ステップ３の結晶性遮断タングステン膜１０４の成膜を行って、下地のＴｉＮ膜１０２の結晶性を引き継がない状態で主タングステン膜１０５を成膜できるようにし、図５に示すように、主タングステン膜１０５の結晶を十分に大きく成長させることを可能にする。これにより、タングステン膜の抵抗を極めて低いものとすることができる。
【００４３】
この結晶性遮断タングステン膜の成膜は、タングステン原料ガスであるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを処理容器２内に供給して加熱されたウエハＳ上でこれらを反応させるＣＶＤにより行われる。このとき、ＡｒガスおよびＮ２ガスの一方または両方を所定量流してもよい。
【００４４】
この結晶性遮断タングステン膜１０４は、結晶性遮断効果が高く、かつ主タングステン膜の結晶が成長しやすいように、より緻密な膜とする必要があり、そのために、主タングステン膜１０５の成膜の際よりも圧力を低圧にし、好ましくはタングステン原料であるＷＦ６ガスの流量を主タングステン膜１０５の成膜の際よりも少なくする。また、結晶性遮断タングステン膜１０４の膜厚が５ｎｍを超えると膜の比抵抗が上昇する傾向になるため、結晶性遮断タングステン膜１０４の膜厚は５ｎｍ以下が好ましい。より好ましくは３．０ｎｍ以下、さらには１．５ｎｍ以下である。また、より効果を高める観点から結晶性遮断タングステン膜１０４の膜厚は０．５ｎｍ以上が好ましい。
【００４５】
この結晶性遮断タングステン膜成膜の条件の好ましい範囲を以下にまとめて示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・圧力：１００〜２６６６Ｐａ
・ＷＦ６流量：５〜４００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２流量：１００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：１０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・膜厚：０．５〜５．０ｎｍ
【００４６】
具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・温度：４１０℃（載置台温度）
・圧力：１０００Ｐａ
・ＷＦ６流量：６０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２流量：４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：６０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ２流量：２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・膜厚：０．８ｎｍ
【００４７】
このようにして結晶遮断性タングステン膜１０４を成膜した後、同様の温度で、その上に主タングステン膜１０５を成膜する（ステップ４、図３（ｄ））。
【００４８】
ステップ４において成膜される主タングステン膜１０５は、コンタクトホールやビアホールを完全に埋め込むためのものであり、結晶性遮断タングステン膜１０４と同様、タングステン原料ガスであるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを処理容器２内に供給して加熱されたウエハＳ上でこれらを反応させるＣＶＤにより行われる。このとき、ＡｒガスおよびＮ２ガスの一方または両方を所定量流してもよい。この主タングステン膜１０５の成膜は、所望のスループットでコンタクトホールやビアホールを埋めるために、結晶性遮断タングステン膜１０４の成膜の際よりも原料ガスであるＷＦ６ガスの流量を多くし、かつ高圧にして行われる。
【００４９】
この主タングステン膜１０５の成膜の際には、この膜をより低抵抗にする観点から、結晶性遮断タングステン膜１０４と非連続で成膜を行うことが好ましい。すなわち、図６に示すように、結晶性遮断タングステン膜１０４の成膜後、主タングステン膜１０５の成膜時の圧力に上昇させる際に、ＷＦ６ガスを停止する。また、より低抵抗な膜を形成する観点から、結晶遮断タングステン膜１０４の成膜終了後、主タングステン膜１０５の成膜開始までの時間ｔを２０〜２７０ｓｅｃの範囲とすることが好ましい。時間ｔをこの範囲にすることにより、主タングステン膜１０５の成膜速度が若干低下し、それにともなって主タングステン膜１０５の比抵抗が低下する傾向にある。
【００５０】
この主タングステン膜成膜の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・圧力：２６６６〜２６６６７Ｐａ
・ＷＦ６流量：１５０〜７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２流量：１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：１０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
【００５１】
具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・温度：４１０℃（載置台温度）
・圧力：１０６６６Ｐａ
・ＷＦ６流量：２５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２流量：２２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ２流量：２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
【００５２】
また、結晶性遮断タングステン膜成膜の圧力から主タングステン膜成膜の圧力まで圧力上昇させる際の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・Ｈ２流量：１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：１０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・圧力上昇速度：３５〜１０００Ｐａ／ｓｅｃ
【００５３】
具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・Ｈ２流量：６０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：７０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ２流量：２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・圧力上昇速度：９５０Ｐａ／ｓｅｃ
【００５４】
以上のように、厚さ２０ｎｍ以下という極めて薄いタングステン膜を形成する場合に、抵抗を上昇させる初期タングステン膜を用いず、ＴｉＮ膜１０２の上に結晶性遮断タングステン膜１０４を成膜することにより、下地のＴｉＮ膜や初期タングステン膜の影響を受けずに主タングステン膜を大きく粒成長させることが可能であるため、形成されるタングステン膜は不純物が少なくかつ大きな結晶粒を有するものとなる。また、抵抗が高いβ−タングステンの晶出を抑制することができる。このため、膜厚が薄いのにもかかわらず極めて比抵抗の小さいタングステン膜を得ることができる。
【００５５】
また、主タングステン膜を結晶性遮断タングステン膜と非連続に成膜し、結晶性遮断タングステン膜の成膜を終了してから主タングステン膜の成膜を開始するまでの時間を２０〜２７０ｓｅｃの範囲にすることにより、膜の比抵抗をより低下させることができる。
【００５６】
（第２の実施形態に係る成膜方法）
図７は本発明の第２の実施形態に係る成膜方法のフローチャートである。本実施形態では、主タングステン膜の成膜までは、第１の実施形態と同様に実施され、その後にステップ５として、アニール工程を付加したものである。したがって、ステップ１〜４までは第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
タングステンには、抵抗の低いα相（α−Ｗ）と抵抗の高いβ相（β−Ｗ）とがあるが、アニールを行うことにより、抵抗の低いα−Ｗを安定化させることができ、タングステン膜をより低抵抗にすることができる。
【００５８】
アニールは、ステップ４の主タングステン膜の成膜終了後、処理容器２内をパージし、処理容器２内にアニール雰囲気を形成するためのガス、例えばＮ2ガス源７６からＮ２ガスを導入しつつ加熱ランプ３２により載置台８を介してウエハＳを加熱する。ステップ４終了後、別個に設けられたアニール装置でアニールしてもよい。
【００５９】
この際の加熱温度については、７００℃以上で比抵抗を低下させる効果が高まることから、アニール温度は７００℃以上が好ましい。
【００６０】
また、アニール雰囲気については、膜厚５０ｎｍのタングステン膜でアニールの雰囲気をＮ２ガス雰囲気とＨ２ガス雰囲気で変化させて８００℃でアニールした結果、比抵抗の値がほぼ同等であり、アニールの効果は雰囲気に依存しないことがわかった。したがって、アニールの際には、Ｎ２ガスに代えてＨ２ガス源７８からＨ２ガスを処理容器２内に導入しても構わないし、Ａｒガス源７５からＡｒガスを導入しても構わない。アニール用に他のガスを供給するようにしてもよい。別個に設けられたアニール装置でアニールする場合には、適宜のガスを導入するようにすればよい。
【００６１】
＜実験結果＞
次に、実験例について説明する。
（実験例１）
ここでは、上記手順に従って、ＳｉＯ２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、イニシエーション処理を行った後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを用いた結晶性遮断タングステン膜の成膜（圧力：１０００Ｐａ、ＷＦ６流量：６０ｓｃｃｍ、Ｈ２流量：４０００ｓｃｃｍ、膜厚：０．８ｎｍ）を行い、さらに結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、７０ｓｅｃ後にＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを用いた主タングステン膜を膜厚を変えて成膜し（圧力：１０６６６Ｐａ、ＷＦ６流量：２５０ｓｃｃｍ、Ｈ２流量：２２００ｓｃｃｍ）、種々の膜厚のタングステン膜を作製した（ケースＡ）。この際の温度は全て４１０℃とした。また、比較のため、イニシエーション処理を行った後、原料ガスとしてのＷＦ６ガスと還元ガスとしてＨ２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚１０ｎｍ）を行い、ＳｉＨ４を吸着させる処理を２０ｓｅｃ行った後、ケースＡと同様にして、結晶性遮断タングステン膜の成膜を行い、さらに主タングステン膜を膜厚を変えて成膜し、種々の膜厚のタングステン膜を成膜した（ケースＢ）。
【００６２】
図８は、ケースＡおよびＢについて、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。この図に示すように、ＡＬＤまたはＳＦＤによる初期成膜を行ったケースＢの膜は膜厚が２０ｎｍで主にβ−Ｗに起因すると考えられる抵抗の上昇が生じているのに対し、本発明の第１の実施形態の成膜方法で得られたケースＡの膜はこのようなβ−Ｗに起因すると考えられる抵抗上昇領域が膜厚８ｎｍ以下のより薄い領域にシフトしていることがわかる。そして、本発明の第１の実施形態の成膜方法で得られたケースＡの膜は、膜厚が１０〜２０ｎｍの範囲で、比抵抗がほぼ２０μΩｃｍ以下であり、ケースＢがほぼ５０μΩｃｍ以上であるのに比較して極めて低い値となった。なお、従来のタングステン膜は、初期タングステン膜を成膜する際の還元ガスとしてＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用いており、抵抗上昇成分であるＳｉやＢを含んでいるため、ケースＢよりもさらに高い抵抗値になると考えられる。
【００６３】
（実験例２）
次に、ケースＡおよびケースＢの種々の厚さの膜に対し、Ｎ２雰囲気において８００℃で３０ｍｉｎのアニールを施した。これらをそれぞれケースＣよびケースＤとする。
【００６４】
図９は、ケースＣおよびＤについて、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。この図に示すように、アニールを施すことにより、アニール前のケースＡおよびＢよりも比抵抗が低下する傾向があり、特に、本発明の第２の実施形態の成膜方法の範囲のケースＣは、膜厚が１０〜２０ｎｍの範囲で比抵抗がほぼ１５μΩｃｍ以下と極めて低い値を示している。
【００６５】
（実験例３）
ここでは、上記ケースＡ〜Ｄについて、より厚い膜厚まで成膜を行った。図１０は、ケースＡ〜Ｄについて、膜厚３５ｎｍ以下の範囲における膜厚と比抵抗との関係を示す図である。この図に示すように、膜厚が２０ｎｍを超えると、本発明の実施形態であるケースＡおよびＣは、初期タングステン膜を用いたケースＢおよびＤの比抵抗とあまり差がなくなっており、むしろケースＢおよびＤのほうがわずかに比抵抗が低くなっている。このことから、本発明の実施形態では膜厚２０ｎｍ以下で効果を有することが確認された。
【００６６】
＜他の適用＞
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。例えば、上記実施形態では、結晶性遮断タングステン膜と主タングステン膜とを同じ温度で実施した例を示したが、異なる温度で実施して適正化してもよい。また、上記実施形態では、基板として表面にバリア層であるＴｉＮ膜が形成されたものを用い、その上にタングステン膜を成膜する例を示したが、バリア層はＴｉＮ膜に限るものではない。さらに、被処理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。 
【符号の説明】
【００６７】
２；処理容器
８；載置台
３０；加熱室
３２；加熱ランプ
５０；真空ポンプ
５２；排気管
６０；シャワーヘッド
７０；ガス供給部
９０；制御部
９１；コントローラ
９２；ユーザーインターフェース
９３；記憶部（記憶媒体）
１００；成膜装置
１０１；層間絶縁膜
１０２；ＴｉＮ膜
１０３；核
１０４；結晶性遮断タングステン膜
１０５；主タングステン膜
Ｓ；半導体ウエハ（基板）
【図１】
2014019912.tif 000003
【図２】
2014019912.tif 000004
【図３】
2014019912.tif 000005
【図４】
2014019912.tif 000006
【図５】
2014019912.tif 000007
【図６】
2014019912.tif 000008
【図７】
2014019912.tif 000009
【図８】
2014019912.tif 000010
【図９】
2014019912.tif 000011
【図１０】
2014019912.tif 000012