(57)【要約】【課題】下地膜のエッチングを抑制しつつ、大流量で塩化タングステンガスを供給してタングステン膜を成膜する成膜方法を提供すること。【解決手段】一実施形態の成膜方法は、下地膜を有する被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持された処理容器内に、塩化タングステンガス、及び塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、パージを挟んで交互に供給するサイクルを複数サイクル繰り返して被処理基板の表面にタングステン膜を成膜する成膜方法であって、１サイクルあたりの前記塩化タングステンガスの積算流量を略一定に維持した状態で、前記複数サイクル繰り返される前の前記下地膜の膜厚に対する前記複数サイクル繰り返されることによりエッチングされる前記下地膜の膜厚の割合が所定の割合よりも小さくなるように、前記塩化タングステンガスの供給流量及び１サイクルの時間を設定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地膜を有する被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持された処理容器内に、塩化タングステンガス、及び塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、パージを挟んで交互に供給するサイクルを複数サイクル繰り返して被処理基板の表面にタングステン膜を成膜する成膜方法であって、
１サイクルあたりの前記塩化タングステンガスの積算流量を略一定に維持した状態で、前記複数サイクル繰り返される前の前記下地膜の膜厚に対する前記複数サイクル繰り返されることによりエッチングされる前記下地膜の膜厚の割合が所定の割合よりも小さくなるように、前記塩化タングステンガスの供給流量及び１サイクルの時間を設定する、
成膜方法。
【請求項２】
前記割合が所定の割合よりも小さくなる範囲内で、前記塩化タングステンガスの供給流量を大きくしつつ、１サイクルの時間を短くする、
請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記所定の割合は、５０％である、
請求項１又は２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記塩化タングステンガスは、ＷＣｌ６ガス、ＷＣｌ５ガス、ＷＣｌ４ガスのいずれかである、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記還元ガスは、Ｈ２ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、ＮＨ３ガスの少なくとも１種である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記下地膜は、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜のいずれかである、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
下地膜を有する被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持された処理容器内に、塩化タングステンガス、及び塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、パージを挟んで交互に供給するサイクルを複数サイクル繰り返して被処理基板の表面にタングステン膜を成膜する成膜条件の算出方法であって、
１サイクルあたりの前記塩化タングステンガスの積算流量を略一定に維持した状態で、前記複数サイクル繰り返される前の前記下地膜の膜厚に対する前記複数サイクル繰り返されることによりエッチングされる前記下地膜の膜厚の割合が所定の割合よりも小さくなるように、前記塩化タングステンガスの供給流量及び１サイクルの時間を設定する、
成膜条件の算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜方法及び成膜条件の算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウエハ上に形成されるコンタクトホールや配線間のビアホールを埋め込むための材料としてタングステンが用いられている。
【０００３】
タングステン膜は、例えば塩化タングステンガス及び還元ガスを用いたＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により成膜される。ＡＬＤ法では、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して段差被覆性の良好なタングステン膜を成膜することができる。
【０００４】
ＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜する場合、密着性を高めるという観点から窒化チタン（ＴｉＮ）膜等の下地膜が用いられる。しかし、塩化タングステンガスはＴｉＮ膜等の下地膜を構成する材料をエッチングする性質を有するため、タングステン膜を成膜する際に下地膜がエッチングされる場合がある。下地膜のエッチング量が大きい場合、デバイス特性に悪影響を及ぼす虞がある。
【０００５】
下地膜のエッチングを抑制する方法としては、例えば塩化タングステンガスの流量を小さくする方法や、エッチングモードにならないように温度や圧力を適正な条件に設定する方法が知られている（例えば、特許文献１〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０８００５８号
【特許文献２】特開２０１６−１４５４０９号公報
【特許文献３】特開２０１６−２２２９５４号公報
【特許文献４】特開２０１６−２２５３９６号公報
【特許文献５】特開２０１６−１８６０９４号公報
【特許文献６】特開２０１５−１９３９０８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、上記のいずれの方法においても、下地膜のエッチングを抑制しつつ、大流量で塩化タングステンガスを供給してタングステン膜を成膜する方法については開示されていない。
【０００８】
そこで、本発明の一態様では、下地膜のエッチングを抑制しつつ、大流量で塩化タングステンガスを供給してタングステン膜を成膜する成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜方法は、下地膜を有する被処理基板が収容され、減圧雰囲気下に保持された処理容器内に、塩化タングステンガス、及び塩化タングステンガスを還元する還元ガスを、パージを挟んで交互に供給するサイクルを複数サイクル繰り返して被処理基板の表面にタングステン膜を成膜する成膜方法であって、１サイクルあたりの前記塩化タングステンガスの積算流量を略一定に維持した状態で、前記複数サイクル繰り返される前の前記下地膜の膜厚に対する前記複数サイクル繰り返されることによりエッチングされる前記下地膜の膜厚の割合が所定の割合よりも小さくなるように、前記塩化タングステンガスの供給流量及び１サイクルの時間を設定する。
【発明の効果】
【００１０】
開示の成膜方法によれば、下地膜のエッチングを抑制しつつ、大流量で塩化タングステンガスを供給してタングステン膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置の概略断面図
【図２】本発明の実施形態に係る成膜方法のガス供給シーケンスを示す図
【図３】本発明の実施形態の変形例１に係る成膜装置の概略断面図
【図４】本発明の実施形態の変形例２に係る成膜装置の概略断面図
【図５】タングステン膜の成膜条件とＴｉＮ膜のエッチング量との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１３】
〔成膜装置〕
本発明の実施形態に係るタングステン膜の成膜方法の実施に用いられる成膜装置の一例について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置の概略断面図である。
【００１４】
成膜装置は、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。
【００１５】
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、被処理基板である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図１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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
ガス供給機構５は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給機構５は、ＷＣｌ６ガス供給源５１ａ、Ｎ２ガス供給源５２ａ、Ｎ２ガス供給源５３ａ、Ｈ２ガス供給源５４ａ、Ｈ２ガス供給源５５ａ、Ｎ２ガス供給源５６ａ、及びＮ２ガス供給源５７ａを有する。
【００２２】
ＷＣｌ６ガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介して塩化タングステンガスであるＷＣｌ６ガスを処理容器１内に供給する。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。ＷＣｌ６ガス供給源５１ａから供給されるＷＣｌ６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ＷＣｌ６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ＷＣｌ６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ＷＣｌ６ガスを処理容器１内に供給することができる。
【００２３】
Ｎ２ガス供給源５２ａは、ガス供給ライン５２ｂ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５２ｂには、上流側から流量制御器５２ｃ、貯留タンク５２ｄ及びバルブ５２ｅが介設されている。ガス供給ライン５２ｂのバルブ５２ｅ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５２ａ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５２ｄで一旦貯留され、貯留タンク５２ｄ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５２ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５２ｅにより行われる。このように貯留タンク５２ｄ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。
【００２４】
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，５２ｄによってガス供給ライン５１ｂ，５２ｂ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，５２ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン５３ｂに逆流することが抑制される。
【００２５】
Ｈ２ガス供給源５４ａは、ガス供給ライン５４ｂ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５４ｂには、上流側から流量制御器５４ｃ、バルブ５４ｅ及びオリフィス５４ｆが介設されている。ガス供給ライン５４ｂのオリフィス５４ｆ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５４ａ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５４ａから処理容器１へのＨ２ガスの供給及び停止は、バルブ５４ｅにより行われる。貯留タンク５５ｄ，５６ｄによってガス供給ライン５５ｂ，５６ｂ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５４ｆによってガス供給ライン５５ｂ，５６ｂに供給されるガスがＨ２ガス供給ライン５４ｂに逆流することが抑制される。
【００２６】
Ｈ２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Ｈ２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。Ｈ２ガス供給源５５ａ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Ｈ２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。
【００２７】
Ｎ２ガス供給源５６ａは、ガス供給ライン５６ｂ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５６ｂには、上流側から流量制御器５６ｃ、貯留タンク５６ｄ及びバルブ５６ｅが介設されている。ガス供給ライン５６ｂのバルブ５６ｅ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５６ａ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５６ｄで一旦貯留され、貯留タンク５６ｄ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５６ｄから処理容器１へのＮ２ガスの供給及び停止は、バルブ５６ｅにより行われる。このように貯留タンク５６ｄ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。
【００２８】
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，５６ｄによってガス供給ライン５５ｂ，５６ｂ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，５６ｂに供給されるガスがＮ２ガス供給ライン５７ｂに逆流することが抑制される。
【００２９】
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、成膜装置の動作を制御する。制御部６は、成膜装置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が成膜装置の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、成膜装置を制御することができる。
【００３０】
〔成膜方法〕
前述の成膜装置を用いてタングステン膜を成膜する方法について説明する。本発明の実施形態に係る成膜方法は、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に対してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によりタングステン膜を成膜する場合に適用される。図２は、本発明の実施形態に係る成膜方法のガス供給シーケンスを示す図である。
【００３１】
最初に、バルブ５１ｅ〜５７ｅが閉じられた状態で、ゲートバルブ１２を開いて搬送機構によりウエハＷを処理容器１内に搬送し、搬送位置にある載置台２に載置する。搬送機構を処理容器１内から退避させた後、ゲートバルブ１２を閉じる。載置台２のヒータ２１によりウエハＷを所定の温度（例えば４５０〜６５０℃）に加熱すると共に載置台２を処理位置まで上昇させ、処理空間３８を形成する。また、排気機構４２の圧力制御バルブにより処理容器１内を所定の圧力（例えば１．３×１０３〜８．０×１０３Ｐａ）に調整する。
【００３２】
次いで、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１００〜３０００ｓｃｃｍ）のキャリアガス（Ｎ２ガス）を供給する。また、バルブ５４ｅを開き、Ｈ２ガス供給源５４ａからガス供給ライン５４ｂに所定の流量（例えば５００〜８０００ｓｃｃｍ）のＨ２ガスを供給する。また、ＷＣｌ６ガス供給源５１ａ及びＨ２ガス供給源５５ａから夫々ＷＣｌ６ガス及びＨ２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、ＷＣｌ６ガス及びＨ２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。
【００３３】
次いで、バルブ５１ｅを開き、貯留タンク５１ｄに貯留されたＷＣｌ６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Ｓ１）。また、処理容器１内へのＷＣｌ６ガスの供給に並行して、Ｎ２ガス供給源５２ａ，５６ａからガス供給ライン５２ｂ，５６ｂに夫々パージガス（Ｎ２ガス）を供給する。このとき、バルブ５２ｅ，５６ｅが閉じられたことにより、パージガスは貯留タンク５２ｄ，５６ｄに貯留され、５２ｄ，５６ｄ内が昇圧する。
【００３４】
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を閉じると共にバルブ５２ｅ，５６ｅを開き、処理容器１内へのＷＣｌ６ガスの供給を停止すると共に貯留タンク５２ｄ，５６ｄ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Ｓ２）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５２ｄ，５６ｄ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ＷＣｌ６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ＷＣｌ６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５１ｅが閉じられたことにより、ＷＣｌ６ガス供給源５１ａからガス供給ライン５１ｂに供給されるＷＣｌ６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。
【００３５】
バルブ５２ｅ，５６ｅ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５２ｅ，５６ｅを閉じると共にバルブ５５ｅ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５５ｄ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ＷＣｌ６ガスを還元する（ステップＳ３）。このとき、バルブ５２ｅ，５６ｅが閉じられたことにより、Ｎ２ガス供給源５２ａ，５６ａからガス供給ライン５２ｂ，５６ｂに夫々供給されるパージガスが貯留タンク５２ｄ，５６ｄに貯留され、貯留タンク５２ｄ，５６ｄ内が昇圧する。
【００３６】
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を閉じると共にバルブ５２ｅ，５６ｅ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５２ｄ，５６ｄ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Ｓ４）。このとき、圧力が上昇した状態の貯留タンク５２ｄ，５６ｄ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５５ｅが閉じられたことにより、Ｈ２ガス供給源５５ａからガス供給ライン５５ｂに供給されるＨ２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。
【００３７】
上記のステップＳ１〜Ｓ４のサイクルを１サイクル実施することにより、ＴｉＮ膜の表面に薄いタングステン単位膜を形成する。そして、ステップＳ１〜Ｓ４のサイクルを複数サイクル（例えば５０〜１０００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。その後、処理容器１内への搬入時とは逆の手順でウエハＷを処理容器１から搬出する。
【００３８】
このとき、１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量（曝露量）を略一定に維持した状態で、複数サイクル繰り返される前のＴｉＮ膜の膜厚に対する複数サイクル繰り返されることによりエッチングされるＴｉＮ膜の膜厚の割合（以下「エッチング割合」という。）が所定の割合よりも小さくなるように、ＷＣｌ６ガスの供給流量及び１サイクルの時間を設定する。所定の割合は、下地膜であるＴｉＮ膜の機能（例えば、密着性）を十分に確保できるという観点及び高密度のタングステン膜を成膜できるという観点から、５０％であることが好ましく、２５％であることがより好ましく、１０％であることが特に好ましい。
【００３９】
〔効果〕
ＷＣｌ６ガスとＨ２ガスを用いてＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜する場合、ＷＣｌ６ガスの吸着とＨ２ガスによるＷＣｌ６ガスの還元とが繰り返されて、タングステン膜が成膜される。このとき、副生成物としてＷＣｌｘ、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）等が生成される。副生成物として生成されるＷＣｌｘ、ＨＣｌ、Ｃｌ２は、ＴｉＮ膜をエッチングする性質を有する。そのため、ＷＣｌｘ、ＨＣｌ、Ｃｌ２が処理容器１内に存在すると、ＴｉＮ膜がエッチングされる虞がある。また、ＷＣｌｘ、ＨＣｌ、Ｃｌ２が処理容器１内に滞在する時間が長くなるほど（滞在確率が大きくなるほど）、ＴｉＮ膜のエッチング量が大きくなる。
【００４０】
本発明の実施形態に係る成膜方法では、１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量を略一定に維持した状態で、複数サイクル繰り返される前のＴｉＮ膜の膜厚に対する複数サイクル繰り返されることによりエッチングされるＴｉＮ膜の膜厚の割合が所定の割合よりも小さくなるように、ＷＣｌ６ガスの供給流量及び１サイクルの時間を設定する。これにより、タングステン単位膜を成膜するために必要な１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量を確保しつつ、ＴｉＮ膜のエッチング割合が所定の割合よりも小さくなる範囲内で、１サイクルの時間を短くすることができる。そのため、処理容器１内からＷＣｌｘ、ＨＣｌ、Ｃｌ２を速やかに排気配管４１へ排気できるので、処理容器１内にＷＣｌｘ、ＨＣｌ、Ｃｌ２が滞在する時間が短くなる（滞在確率が小さくなる）。その結果、ＴｉＮ膜のエッチング量が小さくなる。したがって、本発明の実施形態に係る成膜方法によれば、ＴｉＮ膜のエッチングを抑制しつつ、大流量でＷＣｌ６ガスを供給してタングステン膜を成膜することができる。また、１サイクルの時間を短くすることができるので、生産性が向上する。
【００４１】
また、本発明の実施形態に係る成膜方法では、減圧雰囲気下に保持された処理容器１内に、塩化タングステンガス及びＨ２ガスを、パージを挟んで交互に供給するサイクルを所定のサイクル繰り返してウエハＷの表面にタングステン膜を成膜する。これにより、段差被覆性の良好なタングステン膜を成膜することができる。
【００４２】
また、本発明の実施形態に係る成膜方法では、貯留タンク５２ｄ，５６ｄに一旦貯留したＮ２ガスをパージガスとして処理容器１内に供給することで、処理容器１内からＷＣｌ６ガスを排出する。そのため、処理容器１内に残留するＷＣｌ６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ＷＣｌ６ガスの雰囲気からＨ２ガス及びＮ２ガスを含む雰囲気に短時間で置換される。その結果、タングステン膜を成膜するのに要する時間を短縮できる。
【００４３】
〔変形例１の成膜装置〕
本発明の実施形態の変形例１に係る成膜装置について説明する。図３は、本発明の実施形態の変形例１に係る成膜装置の概略断面図である。
【００４４】
図３に示されるように、変形例１に係る成膜装置は、ガス供給ライン５４ｂがガス供給ライン５１ｂに接続された後、ガス導入孔３６を介してガス拡散空間３３に連通している。これにより、ガス供給ライン５１ｂから供給されるガスと、ガス供給ライン５４ｂから供給されるガスとがガス拡散空間３３に到達する前に混合される。
【００４５】
変形例１に係る成膜装置を用いる場合においても、図１に示される成膜装置を用いる場合と同様に、ＴｉＮ膜のエッチングを抑制しつつ、大流量で塩化タングステンガスを供給してタングステン膜を成膜することができる。
【００４６】
〔変形例２の成膜装置〕
本発明の実施形態の変形例２に係る成膜装置について説明する。図４は、本発明の実施形態の変形例２に係る成膜装置の概略断面図である。
【００４７】
図４に示されるように、変形例２に係る成膜装置は、ガス供給ライン５１ｂ，５４ｂが夫々ガス導入孔３６，３７を介して異なるガス拡散空間３３ａ，３３ｂに連通している。これにより、ガス供給ライン５１ｂから供給されるガスと、ガス供給ライン５４ｂから供給されるガスとが処理空間３８において混合される。
【００４８】
変形例２に係る成膜装置を用いる場合においても、図１に示される成膜装置を用いる場合と同様に、ＴｉＮ膜のエッチングを抑制しつつ、大流量で塩化タングステンガスを供給してタングステン膜を成膜することができる。
【００４９】
〔実施例〕
（実施例１）
図１に示される成膜装置を用いて、前述の成膜方法を用いて異なる成膜条件（条件１，２，３）により下地膜であるＴｉＮ膜（膜厚：５．０ｎｍ）の上にタングステン膜を成膜した後、それぞれについてＴｉＮ膜のエッチング量を評価した。成膜条件は以下の表１に示すとおりである。
【００５０】
【表１】
2019099836.tif 000003
【００５１】
表１において、「Ｔｅｍｐ．」はウエハ温度（℃）、「Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」は処理容器１内の圧力（Ｐａ）、「ＧＡＰ」は載置台２の上面とシャワーヘッド３の下面との間の距離（ｍｍ）を示す。「ＷＣｌｘ」は、ガス供給ライン５１ｂから処理容器１内に供給されるＷＣｌｘガスの供給流量（ｍｇ／ｍｉｎ）を示す。「Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｐｕｒｇｅ  Ｎ２  （Ａ）」は、ガス供給ライン５３ｂから処理容器１内に供給されるキャリアガスであるＮ２ガスの供給流量（ｓｃｃｍ）を示す。「Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｐｕｒｇｅ  Ｎ２  （Ｂ）」は、ガス供給ライン５７ｂから処理容器１内に供給されるキャリアガスであるＮ２ガスの供給流量（ｓｃｃｍ）を示す。「ＦＬＡＳＨ  Ｐｕｒｇｅ  Ｎ２  （Ａ）」は、ガス供給ライン５２ｂから処理容器１内に供給されるパージガスであるＮ２ガスの供給流量（ｓｃｃｍ）を示す。「ＦＬＡＳＨ  Ｐｕｒｇｅ  Ｎ２  （Ｂ）」は、ガス供給ライン５６ｂから処理容器１内に供給されるパージガスであるＮ２ガスの供給流量（ｓｃｃｍ）を示す。「Ｈ２」は、ガス供給ライン５５ｂから処理容器１内に供給されるＨ２ガスの供給流量（ｓｃｃｍ）を示す。「Ｔｉｍｅ  ＷＣｌｘ」、「Ｔｉｍｅ  Ｐｕｒｇｅ  ａｆｔｅｒ  Ｗ」、「Ｔｉｍｅ  Ｈ２」及び「Ｔｉｍｅ  Ｐｕｒｇｅ  ａｆｔｅｒ  Ｈ」は、それぞれステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３及びステップＳ４の時間（ｓｅｃ）を示す。「Ｔｏｔａｌ  Ｔｉｍｅ／ｃｙｃｌｅ」は、ステップＳ１からステップＳ４までの合計の時間（ｓｅｃ）、即ち１サイクルの時間（ｓｅｃ）を示す。「ＷＣｌｘ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ」は、１サイクルあたりのＷＣｌｘガスの積算流量（ｍｇ／ｃｙ）であり、以下の（１）式により算出される値である。
【００５２】
ＷＣｌｘガスの積算流量＝ＷＣｌｘガスの供給流量×１サイクルの時間    （１）
【００５３】
また、表１中、「↑」は条件１に対して供給流量が大きい又は時間が長いことを示し、「↓」は条件１に対して供給流量が小さい又は時間が短いことを示す。
【００５４】
条件１は、ＷＣｌｘガスの供給流量を５０〜６００ｍｇ／ｍｉｎ、１サイクルの時間を０．２〜２０ｓｅｃに設定した条件である。
【００５５】
条件２は、条件１に対して１サイクルあたりのＷＣｌｘガスの積算流量を略一定に維持した状態で、ＷＣｌｘガスの供給流量を大きくし、且つ１サイクルの時間を短くした条件である。
【００５６】
条件３は、条件１に対して１サイクルあたりのＷＣｌｘガスの積算流量を略一定に維持した状態で、ＷＣｌｘガスの供給流量を小さくし、且つ１サイクルの時間を長くした条件である。
【００５７】
図５は、タングステン膜の成膜条件とＴｉＮ膜のエッチング量との関係を示す図である。図５のグラフの横軸は１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量（ｍｇ／ｃｙ）、縦軸はＴｉＮ膜のエッチング量（ｎｍ）である。
【００５８】
図５では、一例として、ＷＣｌｘガスとしてＷＣｌ６ガスを使用し、１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量を５ｍｇ／ｃｙ程度に調整したときの条件１〜３におけるＴｉＮ膜のエッチング量を示している。
【００５９】
条件１の場合、膜厚が５．０ｎｍのＴｉＮ膜の上にタングステン膜を成膜したときのＴｉＮ膜のエッチング量は２．２ｎｍであった。言い換えると、条件１の場合、タングステン膜を成膜することによるＴｉＮ膜のエッチング割合は４４％であった。
【００６０】
条件２の場合、膜厚が５．０ｎｍのＴｉＮ膜の上にタングステン膜を成膜したときのＴｉＮ膜のエッチング量は１．１ｎｍであった。言い換えると、条件２の場合、タングステン膜を成膜することによるＴｉＮ膜のエッチング割合は２２％であった。
【００６１】
条件３の場合、膜厚が５．０ｎｍのＴｉＮ膜の上にタングステン膜を成膜したときのＴｉＮ膜のエッチング量は２．５ｎｍであった。言い換えると、条件３の場合、タングステン膜を成膜することによるＴｉＮ膜のエッチング割合は５０％であった。
【００６２】
これらの図５に示される結果から、１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量を略一定に維持した状態で、ＷＣｌ６ガスの供給流量及び１サイクルの時間を調整することで、ＴｉＮ膜のエッチング量を制御できることが分かる。また、１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量を略一定に維持した状態で、ＷＣｌ６ガスの供給流量を大きくし、且つ１サイクルの時間を短くすることで、ＴｉＮ膜のエッチング量を小さくすることができることが分かる。
【００６３】
また、条件１，２のいずれの場合においても、ＴｉＮ膜のエッチング量の面内分布に大きな違いは認められなかった。
【００６４】
（実施例２）
図１に示される成膜装置を用いて、前述の成膜方法を用いて異なる成膜条件（条件１，２，３）により凹部の表面に形成された下地膜であるＴｉＮ膜の上にタングステン膜を成膜した後、それぞれについてタングステン膜の凹部への埋め込み特性を評価した。成膜条件は前述の表１に示すとおりである。
【００６５】
条件１〜３のいずれの場合においても、タングステン膜の凹部への埋め込み特性に大きな違いは認められなかった。この結果から、１サイクルあたりのＷＣｌ６ガスの積算流量を略一定に維持した状態で、ＷＣｌ６ガスの供給流量及び１サイクルの時間を調整することによるタングステン膜の凹部への埋め込み特性への影響は小さいと考えられる。
【００６６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００６７】
上記の実施形態では、塩化タングステンガスがＷＣｌ６ガスである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばＷＣｌ５ガス、ＷＣｌ４ガスであってもよい。
【００６８】
また、上記の実施形態では、還元ガスがＨ２ガスである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばＳｉＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、ＮＨ３ガスであってもよい。
【００６９】
また、上記の実施形態では、パージガス及びキャリアガスがＮ２ガスである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばＡｒガスであってもよい。
【００７０】
また、上記の実施形態では、下地膜がＴｉＮ膜である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばＴｉＳｉＮ膜であってもよい。
【００７１】
また、上記の実施形態では、被処理基板が半導体ウエハである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。被処理基板は、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、セラミック基板等であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  処理容器
２  載置台
３  シャワーヘッド
４  排気部
５  ガス供給機構
６  制御部
Ｗ  ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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