(57)【要約】【課題】シリコンと酸素とを含む絶縁膜上に、当該絶縁膜のエッチング用のマスク構造体を形成するにあたり、前記マスク構造体を構成するタングステン膜の膜剥がれを抑えると共に、その膜厚について精度高く制御できる技術を提供すること。【解決手段】基板に形成された前記絶縁膜上に第１のシリコン膜を積層する工程と、次いで、前記第１のシリコン膜の表層に反応阻止層を形成する工程と、続いて、前記反応阻止層上に第２のシリコン膜を形成する工程と、しかる後、前記第２のシリコン膜にタングステンの化合物を含む処理ガスを供給して、前記第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換えてタングステン膜を形成する工程と、を実施する。【選択図】図８
2015110830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンと酸素とを含む絶縁膜の上にエッチング用のマスク構造体を形成する方法において、
基板に形成された前記絶縁膜上に第１のシリコン膜を積層する工程と、
次いで、前記第１のシリコン膜の表層に反応阻止層を形成する工程と、
続いて、前記反応阻止層上に第２のシリコン膜を形成する工程と、
しかる後、前記第２のシリコン膜にタングステンの化合物を含む処理ガスを供給して、前記第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換えてタングステン膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするマスク構造体の形成方法。
【請求項２】
前記反応阻止層は、前記第１のシリコン膜の表層を酸化または窒化することで形成される酸化層または窒化層であることを特徴とする請求項１記載のマスク構造体の形成方法。
【請求項３】
前記第１のシリコン膜及び第２のシリコン膜は、アモルファスシリコンにより構成されることを特徴とする請求項１または２記載のマスク構造体の形成方法。
【請求項４】
前記タングステンの化合物は、タングステンのハロゲン化物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のマスク構造体の形成方法。
【請求項５】
前記タングステン膜上に第３のシリコン膜を積層する工程と、
次いで、前記基板に前記処理ガスを供給し、前記第３のシリコン膜を前記タングステン膜に置き換えて、タングステン膜を積層する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のマスク構造体の形成方法。
【請求項６】
前記タングステン膜上に第３のシリコン膜を積層する工程と、
次いで、前記第３のシリコン膜の表層に反応阻止層を形成する工程と、
続いて、前記反応阻止層上に第４のシリコン膜を形成する工程と、
しかる後、前記第４のシリコン膜にタングステンの化合物を含む処理ガスを供給し、前記第４のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換えてタングステン膜を積層する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のマスク構造体の形成方法。
【請求項７】
反応容器内に載置された基板に成膜処理を行う成膜装置において、
前記反応容器内の前記基板を加熱するための加熱機構と、
前記基板にシリコン膜を形成するためのシリコン膜形成用ガスを反応容器内に供給する第１のガス供給部と、
前記シリコン膜の表層に反応阻止層を形成するための反応阻止層形成用ガスを反応容器内に供給する第２のガス供給部と、
前記シリコンをタングステンに置き換えるためのタングステンの化合物を含むタングステン膜形成用ガスを反応容器内に供給する第３のガス供給部と、
前記反応容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記シリコン膜形成用ガスを前記反応容器内に供給して、前記基板に形成されたシリコンと酸素とを主成分とする絶縁膜上に第１のシリコン膜を形成する工程と、次いで、前記反応容器内に前記反応阻止層形成用ガスを供給して第１のシリコン膜の表層に前記反応阻止層を形成する工程と、続いて前記シリコン膜形成用ガスを反応容器内に供給して、前記反応阻止層上に第２のシリコン膜を形成する工程と、しかる後反応容器内に前記タングステン膜形成用ガスを供給して第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換える工程と、が行われるように前記加熱機構、前記各ガス供給部及び圧力調整部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記制御部は、第１のシリコン膜及び第２のシリコン膜としてアモルファスシリコン膜が形成されるように制御信号を出力することを特徴とする請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
第２のガス供給部は、シリコン膜を酸化または窒化するためのガスを供給するものであることを特徴とする請求項７または８記載の成膜装置。
【請求項１０】
第３のガス供給部は、タングステンのハロゲン化合物を含むガスを供給するものであることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換える工程に次いで、前記シリコン膜形成用ガスを前記反応容器内に供給して、前記タングステン膜上に第３のシリコン膜を形成する工程と、次いで、前記反応容器内に前記タングステン膜形成用ガスを供給して、前記第３のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換えて、タングステン膜の積層を行う工程と、が行われるように前記加熱機構、前記各ガス供給部及び圧力調整部を制御することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換える工程に次いで、前記シリコン膜形成用ガスを前記反応容器内に供給して、前記タングステン膜上に第３のシリコン膜を形成する工程と、次いで、前記反応容器内に前記反応防止膜形成用ガスを供給して前記第３のシリコン膜の表層に前記反応阻止層を形成する工程と、続いて、前記シリコン膜形成用ガスを前記反応容器内に供給して、前記反応阻止層上に第４のシリコン膜を形成する工程と、しかる後、前記反応容器内に前記タングステン膜形成用ガスを供給し、前記第４のシリコン膜のシリコンをタングステンに置換して、タングステン膜を積層する工程と、が行われるように前記加熱機構、前記各ガス供給部及び圧力調整部を制御することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１３】
多数の基板を一括して処理するために、前記反応容器には当該多数の基板を当該反応容器の長さ方向に配列保持する保持具が搬入されることを特徴とする請求項７ないし１２のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項１４】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載したマスク構造体の形成方法を実施するために、成膜装置に用いられるプログラムを格納した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、Ｗ（タングステン）膜を含むマスク構造体の形成方法と、成膜装置と、前記成膜装置に用いられる記憶媒体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のキャパシタを形成する工程において、ＳｉＯ２（酸化シリコン）膜に比較的深い凹部を形成することが検討されており、そのために前記ＳｉＯ２膜に対してエッチング選択性が高いマスク膜を当該ＳｉＯ２膜上に積層することが求められている。つまり、ＳｉＯ２膜のエッチング時に、エッチング耐性が高いマスク膜をＳｉＯ２膜上に形成する要請がある。なお、特許文献１、２には、Ｗ膜を成膜する技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４０１５８
【特許文献２】特開６１−２２０４６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記マスク膜としては、例えばＳｉ（シリコン）膜や不純物をドープしたＳｉ膜が用いられていた。しかしエッチング耐性評価から、これらのＳｉ膜に比べてＷ膜のエッチング耐性が高いことが分かり、このＷ膜を前記マスク膜として形成することが検討されている。しかし、Ｗ膜はＳｉＯ２膜に対して密着性が低く、ＳｉＯ２膜上に直接Ｗ膜を積層すると、Ｗ膜が剥がれてＳｉＯ２膜がスパッタによりダメージを受けるおそれがある。
【０００５】
前記密着性を改善するためにＴｉＮ（窒化チタン）膜を、ＳｉＯ２膜に対する密着層としてＳｉＯ２膜上に積層し、このＴｉＮ膜を下地（密着層）として、Ｗ膜を成膜することが考えられる。前記ＴｉＮ膜を下地としてＷ膜を形成する手法を具体的に説明する。先ず、基板のＳｉＯ２膜上に前記ＴｉＮ膜を成膜後、基板にＳｉＨ4（モノシラン）ガスを供給する。このＳｉＨ4ガスの供給はＴｉＮ膜上に活性サイトを増やし、Ｗ膜の成長を促進させると共にＷ膜の密度を高めるために行う。その後、ＷＦ6（六フッ化タングステン）ガスとＳｉＨ４ガスとを例えば交互に供給し、種付け膜（Ｗ膜）を形成する。その後、ＷＦ6ガスとＨ２（水素）ガスとを供給し、Ｗ膜を形成する。このＷＦ6ガス及びＨ２ガスにより形成されるＷ膜は、前記種付け膜よりも低抵抗であり、不純物が少なく、結晶化度が高い。なお、前記種付け膜を形成せずに、ＷＦ6ガス及びＨ２ガスにより当該Ｗ膜を成長させることは困難である。
【０００６】
上記のようにＴｉＮ膜の形成後、各種ガスの供給が必要となることから、上記したようにＴｉＮ膜を下地としてＷ膜を成膜する手法は工程数が多くなり、手間がかかる。このように成膜の手間を抑える他に、基板の面内及び基板間において、Ｗ膜の厚さについての均一性を高くすることが求められている。
【０００７】
本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的はシリコンと酸素とを含む絶縁膜上に、当該絶縁膜のエッチング用のマスク構造体を形成するにあたり、前記マスク構造体を構成するタングステン膜の膜剥がれを抑えると共に、その膜厚について精度高く制御できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のマスク構造体の形成方法は、シリコンと酸素とを含む絶縁膜の上にエッチング用のマスク構造体を形成する方法において、
基板に形成された前記絶縁膜上に第１のシリコン膜を積層する工程と、
次いで、当該第１のシリコン膜の表層に反応阻止層を形成する工程と、
続いて、前記反応阻止層上に第２のシリコン膜を形成する工程と、
しかる後、前記第２のシリコン膜にタングステンの化合物を含む処理ガスを供給して、前記第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換えてタングステン膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の成膜装置は、反応容器内に載置された基板に成膜処理を行う成膜装置において、
前記反応容器内の前記基板を加熱するための加熱機構と、
前記基板にシリコン膜を形成するためのシリコン膜形成用ガスを反応容器内に供給する第１のガス供給部と、
前記シリコン膜の表層に、反応阻止層を形成するための反応阻止層形成用ガスを反応容器内に供給する第２のガス供給部と、
前記シリコンをタングステンに置き換えるためのタングステンの化合物を含むタングステン膜形成用ガスを反応容器内に供給する第３のガス供給部と、
前記反応容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記シリコン膜形成用ガスを前記反応容器内に供給して、前記基板に形成されたシリコンと酸素とを主成分とする絶縁膜上に第１のシリコン膜を形成する工程と、次いで、前記反応容器内に前記反応阻止層形成用ガスを供給して第１のシリコン膜の表層に前記反応阻止層を形成する工程と、次いで前記シリコン膜形成用ガスを反応容器内に供給して、前記反応阻止層上に第２のシリコン膜を形成する工程と、次いで反応容器内に前記タングステン膜形成用ガスを供給して第２のシリコン膜のシリコンをタングステンに置き換える工程と、が行われるように前記加熱機構、前記各ガス供給部及び圧力調整部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコンと酸素とを主成分として含む絶縁膜上に設けられた第１のシリコン膜の表層に反応阻止層を形成し、この反応防止層上に第２のシリコン膜を積層してから、タングステン膜形成用ガスによりこのシリコン膜をタングステン膜に置き換える。従って、第１のシリコン膜のシリコンがタングステンに置き換えられることを抑えることができるため、前記タングステン膜の膜厚を精度高く制御することができる。また、タングステン膜が前記絶縁膜に隣接して形成されることを防ぐことができるので、タングステン膜の膜剥がれが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の積層膜の形成処理を行う成膜装置の縦断側面図である。
【図２】前記前記成膜装置における処理工程を示すチャート図である。
【図３】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図４】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図５】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図６】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図７】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図８】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図９】前記成膜後のウエハの膜の縦断側面図である。
【図１０】前記成膜後にエッチングされるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１１】前記成膜後にエッチングされるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１２】前記成膜後にエッチングされるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１３】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１４】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１５】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１６】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１７】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１８】前記成膜装置において処理されるウエハの膜の縦断側面図である。
【図１９】評価試験でウエハに形成された膜の縦断側面図である。
【図２０】評価試験でウエハに形成された膜の縦断側面図である。
【図２１】評価試験でウエハに形成された膜の縦断側面図である。
【図２２】評価試験でウエハに形成された膜の縦断側面図である。
【図２３】評価試験でウエハに形成された膜の縦断側面図である。
【図２４】評価試験でウエハに形成された膜の縦断側面図である。
【図２５】評価試験におけるウエハの厚さ方向における原子の構成比を示す特性図である。
【図２６】評価試験におけるウエハの厚さ方向における原子の構成比を示す特性図である。
【図２７】評価試験におけるウエハの厚さ方向における原子の構成比を示す特性図である。
【図２８】評価試験におけるウエハの表面のラフネスを示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は成膜装置の略縦断面図であり、図中２は例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器である。この反応容器２の下端は、炉口として開口され、その開口部２１の周縁部にはフランジ２２が一体形成されている。反応容器２の下方には、前記フランジ２２の下面に当接して開口部２１を気密に閉塞する例えば石英製の蓋体３が、図示しないボートエレベータにより上下方向に開閉可能に設けられている。蓋体３の中央部には、回転軸３１が貫通して設けられ、その上端部には、基板保持具であるウエハボート４が搭載されている。
【００１３】
このウエハボート４は、３本以上例えば４本の支柱４１を備えており、複数枚例えば１２５枚の被処理体である半導体ウエハ（以下ウエハという）１０を棚状に保持できるように、前記支柱４１に溝（スロット）が形成されている。前記回転軸３１の下部には、当該回転軸３１を回転させる駆動部をなすモータ３２が設けられており、従ってウエハボート４はモータ３２により回転することになる。また蓋体３の上には前記回転軸３１を囲むように保温ユニット３３が設けられている。
【００１４】
前記反応容器２の下部のフランジ２２には、反応容器２内のウエハ１０にガスを供給するための例えばＬ字型のインジェクタ５１、６１、７１、８１が挿入して設けられている。インジェクタ５１の基端側には、ガス供給路であるガス供給管５２が接続されている。このガス供給管５２の基端側は上流側からＷ膜形成用ガスであるＷＦ6ガスの供給源５３、流量制御部であるマスフローコントローラ５４及びバルブ５５がこの順に設けられている。
【００１５】
インジェクタ６１の基端側には、ガス供給路であるガス供給管６２が接続されている。このガス供給管６２の基端側は上流側からシリコン膜形成用ガスであるＳｉＨ４ガスの供給源６３、マスフローコントローラ６４及びバルブ６５がこの順に設けられている。インジェクタ７１の基端側には、ガス供給路であるガス供給管７２が接続されている。このガス供給管７２の基端側は上流側からＨ２（水素）ガスの供給源７３、マスフローコントローラ７４及びバルブ７５がこの順に設けられている。これらのインジェクタ７１、ガス供給管７２、Ｈ２（水素）ガスの供給源７３、マスフローコントローラ７４及びバルブ７５は、後述の変形例で用いる。
【００１６】
インジェクタ８１の基端側に接続されるガス供給路８２は、この例では２系統に分かれており、その一方には上流側から反応阻止層形成用ガスである酸素（Ｏ２）ガスの供給源８３、マスフローコントローラ８４、バルブ８５がこの順に設けられると共に、他方には上流側から窒素（Ｎ２）ガスの供給源８６、マスフローコントローラ８７、バルブ８８がこの順に設けられている。各インジェクタ、ガス供給源、マスフローコントローラ、バルブ及びガス供給路は、ガス供給部を構成する。
【００１７】
また反応容器２の上方には、反応容器２内を排気するための排気口２３が形成されている。この排気口２３には、反応容器２内を所望の真空度に減圧排気可能な真空ポンプ２４及び圧力調整部２５を備えた排気管２６が接続されている。反応容器２の周囲には、反応容器２内を加熱するための加熱手段であるヒータ３４を備えた加熱炉３５が設けられている。
【００１８】
更にこの成膜装置には、コンピュータからなる制御部２０が備えられている。この制御部２０は、処理プログラムを起動し、図示しないメモリ内のプロセスレシピの記載事項を読み出して、そのレシピに基づいて処理条件を制御する機能を有し、ヒータ３４、圧力調整部２５及び各ガス供給部のガス供給機器（バルブ、マスフローコントローラなど）を夫々制御するための制御信号を出力する。前記処理プログラム及びプロセスレシピ（プロセスレシピ入力用の画面データを含む）を含むソフトウエアは、記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（いわゆるＭＯ）などに格納され、制御部２０にインストールされる。
【００１９】
次に上述の成膜装置を用いて実施するマスク構造体の形成方法の一例について、図２と、図３〜図８のウエハ１０の各膜の縦断側面図と、を参照しながら説明する。図２は、反応容器２内の設定温度及び設定圧力のプロファイルと、反応容器２内への各ガスを供給するタイミングと、を互いに対応付けて示した、前記成膜装置により行われる処理の工程図である。
【００２０】
Ｓｉからなる多数の前記ウエハ１０が、所定枚数ウエハボート４に棚状に載置される。このウエハ１０の表面には、図３に示すようにＳｉとＯとを主成分とする絶縁膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１０１が成膜されており、ＳｉＯ２膜１０１の厚さＬ１は、例えば１μｍである。反応容器２内の温度が例えば５３０℃に制御されると共に、当該反応容器２内にＮ２ガスが供給されて反応容器２内の圧力が大気圧となるように制御される。この例では、ウエハＷの処理中、反応容器２内の設定温度が５３０℃に維持される。そして、図示しないボートエレベータを上昇させることにより、ウエハボート４が反応容器２内に搬入される（工程Ｓ１）。
【００２１】
フランジ２２の下端開口部が蓋体３により塞がれ待機状態とされた後（工程Ｓ２）、装置の圧力調整部２５により反応容器２内の圧力が低下する（工程Ｓ３）。然る後、反応容器２へのＮ２ガスの供給が停止し、前記圧力調整部２５により反応容器２内が、所定の圧力に維持される（工程Ｓ４）。その後、反応容器２内へＮ２ガスが供給されて反応容器２内の圧力が例えば６０Ｐａ（０．４５Ｔｏｒｒ）に上昇し、反応容器２内の温度が安定化される（工程Ｓ５）。
【００２２】
続いて、反応容器２内へのＮ２ガスの供給が停止すると共に、反応容器２内へのＳｉＨ４ガスの供給が開始される（工程Ｓ６）。このＳｉＨ４ガスによって、ＳｉＯ２膜１０１上にアモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ）膜１０２が積層される（図４）。このａ-Ｓｉ膜１０２は、後述のＷ膜１０５と共にＳｉＯ２膜１０１をエッチングする際のマスクとなる。このマスクとしての役割を果たすために、前記ａ-Ｓｉ膜１０２は、その厚さＬ２が例えば３００ｎｍ以上となるように成膜される。また、このａ-Ｓｉ膜１０２は、ＳｉＯ２膜１０１よりもＷ膜１０５に対する密着性が高く、Ｗ膜１０５をＳｉＯ２膜１０１に対して密着させる密着層としての役割を有する。このようにＳｉＯ２膜１０１上に形成される膜は、前記密着層となること、及び後述するようにその表層を酸化または窒化して反応阻止層を形成できる膜であることが求められる。ところでａ-Ｓｉ膜１０２は、前記Ｌ２が５ｎｍ程度になるように形成しても密着層としての役割を有するので、５ｎｍ以上の厚さとすることができる。例えば前記Ｌ２が２０ｎｍ以下のａ-Ｓｉ膜１０２を形成する場合は、ＳｉＨ４ガスにより成膜を行うことが難しいため、反応容器２内を４００℃程度に設定し、ＳｉＨ４ガスを用いる代わりにＳｉ２Ｈ６（ジシラン）ガスを用いてＣＶＤによる成膜を行う。そのようにＳｉ２Ｈ６ガスを用いる場合、ＳｉＯ２膜１０１上に直接ａ-Ｓｉ膜１０２を形成してもよいし、アミノシランによるシード層を形成した後、当該シード層上にａ-Ｓｉ膜１０２を形成してもよい。
【００２３】
所望の厚さのａ-Ｓｉ膜１０２が形成されると、反応容器２内へのＳｉＨ４ガスの供給が停止し、反応容器２内のＳｉＨ４ガスが排気されて当該反応容器２内から除去される。然る後、Ｎ2ガスとＯ２ガスとの混合ガスが反応容器２内に供給されて、反応容器２内の圧力は、例えば１３３Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ）となる。この混合ガス中のＯ２ガスによりａ-Ｓｉ膜１０２の表層が酸化されて、図５に示すように酸化層である反応阻止層１０３が形成される（工程Ｓ７）。この反応阻止層１０３は、後述のようにＷ膜１０５を形成するにあたり、その下層のａ-Ｓｉ膜１０２とＷＦ6ガスとの反応を阻止する役割を有し、その役割を果たすために、その厚さＬ３は例えば０．６ｎｍ〜１．０ｎｍとすることが好ましく、この例では０．８ｎｍ〜０．９ｎｍである。
【００２４】
然る後、前記混合ガスの反応容器２内への供給が停止し、当該混合ガスが排気されて反応容器２内から除去される。そして、再びＳｉＨ４ガスが反応容器２内へ供給され（工程Ｓ８）、反応容器２内の圧力が例えば６０Ｐａ（０．４５Ｔｏｒｒ）に制御される。そして、図６に示すように反応阻止層１０３上に、ａ-Ｓｉ膜１０４が積層される。後述するようにａ-Ｓｉ膜１０４からＷ膜１０５が形成されるため、このａ-Ｓｉ膜１０４の膜厚は、所望のＷ膜１０５の膜厚に従って設定される。
【００２５】
前記ａ-Ｓｉ膜１０４が形成されると、反応容器２内へのＳｉＨ4ガスの供給が停止し、ＳｉＨ４ガスが排気され、反応容器２内から除去される。次いで、反応容器２内にＮ２ガスが供給され、反応容器２内の圧力が１３３Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ）に制御される。Ｎ２ガスの供給が続けられ、反応容器２内の温度が安定化する（工程Ｓ９）。
【００２６】
次いで、反応容器２内へのＮ２ガスの供給が停止すると共に、反応容器２内にＷＦ６ガスが供給される（工程Ｓ１０）。ＷＦ６ガスがａ-Ｓｉ膜１０４と下記の式１に示すように反応し、ａ-Ｓｉ膜１０４からＷ膜１０５への置き換えが進行する（図７）。
３Ｓｉ＋２ＷＦ６→２Ｗ＋３ＳｉＦ４・・・式１
【００２７】
ａ-Ｓｉ膜１０４の上層から下層へ向けて前記置き換えが進行し、ａ-Ｓｉ膜１０４の下層までＷ膜１０５に置き換わると、反応阻止層１０３により上記の式１の反応が停止する。つまり反応阻止層１０３により、当該ＷＦ6ガスとａ-Ｓｉ膜１０２との接触が妨げられるので、ＷＦ６ガスの供給が続けられても、ａ-Ｓｉ膜１０２がＷ膜１０５へ置き換わってしまうことが防がれる（図８）。このようにして形成されるＷ膜１０５は、その膜応力が比較的大きく、当該膜応力による膜の剥がれや歪みなどを抑えるために、その厚さＬ４は、１００ｎｍ以下とすることが好ましく、この例では５０ｎｍである。
なおａ-Ｓｉ膜１０４を成膜した後、ＷＦ６ガスを供給して形成されるＷ膜１０５は、Ｓｉを含むため、Ｗを主成分とする膜であるということができる。本明細書中においては便宜上、シリコン膜にタングステンの化合物を含む処理ガスを供給して、シリコン膜のシリコンをタングステンに置き換える処理が施された膜をＷ膜と記載することとする。
【００２８】
然る後、ＷＦ６ガスの供給が停止し、反応容器２内のＷＦ６ガスが排気され、反応容器２内から除去される（工程Ｓ１１）。続いて反応容器２内へＮ２ガスが供給される（工程Ｓ１２）。そしてＮ２ガスの供給が続けられると共に、圧力調整部２５により反応容器２内の圧力が上昇し（工程Ｓ１３）、大気圧になるとボートエレベータが下降し、ウエハボート４が反応容器２内から搬出される（工程Ｓ１４）。
【００２９】
その後にウエハ１０に行われる処理についても説明しておく。Ｗ膜１０５上にはレジスト膜１０６が形成され、当該レジスト膜１０６は開口されて、パターン１０７が形成される（図９）。このパターン１０７に沿ってＷ膜１０５がエッチングされる。それによって、Ｗ膜１０５にパターン１０８が形成される（図１０）。Ｗ膜１０５のエッチング用ガスとしては、例えばＣｌ２（塩素）ガスやＣＦ４（四フッ化炭素）ガスが用いられる。
【００３０】
然る後、レジスト膜１０６が除去され、図１１に示すようにこのマスクに沿って、ａ-Ｓｉ膜１０２、ＳｉＯ２膜１０１をエッチングし、ＳｉＯ２膜１０１に凹部１０９を形成する（図１１）。ＳｉＯ２膜１０１のエッチング用ガスとしては、例えばＣ４Ｆ６（ヘキサフルオロブタジエン）やＣ４Ｆ８（オクタフルオロブテン）などのフッ素系ガスが用いられる。
【００３１】
このＳｉＯ２膜１０１のエッチングを、前記エッチング用ガスを用いてエッチングするとき、Ｗ膜１０５に対してＳｉＯ２膜１０１へのエッチング選択比が大きく、つまりＳｉＯ２膜１０１に比べてＷ膜１０５は遅い速度でエッチングされる。即ち、Ｗ膜１０５はＳｉＯ２膜１０１に対するエッチング用マスクとなる。また、上記エッチング用ガスを用いた場合、ＳｉＯ２膜１０１は、ａ-Ｓｉ膜１０２に対してエッチング選択比が大きく、従って前記凹部１０９を形成する途中でＷ膜１０５がエッチングされて消失すると、既述のようにａ-Ｓｉ膜１０２をマスクとしてＳｉＯ２膜１０１のエッチングが続けられる（図１２）。このように形成された凹部１０９には、例えばＤＲＡＭを構成するキャパシタが埋め込まれる。
【００３２】
上記のマスク構造体の形成方法によれば、ＳｉＯ２膜１０１上にＷ膜１０５を密着させるためにａ-Ｓｉ膜１０２が形成され、このａ-Ｓｉ膜１０２の表層が酸化されて、当該ａ-Ｓｉ膜１０２がＷＦ６ガスと反応することを防ぐための反応阻止層１０３とされる。そして、この反応阻止層１０３上に形成するａ-Ｓｉ膜１０４が、Ｗ膜１０５に置き換えられる。これによって、前記ａ-Ｓｉ膜１０２がＷ膜１０５となることを防ぐことができるので、Ｗ膜１０５の膜剥がれを防ぐことができる。また、前記ａ-Ｓｉ膜１０２がＷ膜１０５になることが阻止されるため、Ｗ膜１０５の厚さは、前記ａ-Ｓｉ膜１０４の厚さに応じて決定される。従って、当該Ｗ膜１０５の厚さを精度高く制御することができる。
【００３３】
ところで、前記ＷＦ６ガスとＳｉＨ４との反応性は比較的高い。反応容器２内の各部でＷＦ６ガスの濃度や流量が不均一になり、前記反応性の高さによって、ウエハ１０の面内各部、及びウエハ１０間において前記反応の進行度合にばらつきが起きたとしても、上記のように反応阻止層１０３よりも下層側の反応が阻止されるため、ウエハ１０の面内及びウエハ１０間で、精度高くＷ膜１０５の膜厚を制御することができる。つまり、本実施形態の手法は、多くのウエハ１０を一括して処理する場合において、ウエハ１０の面内各部、及びウエハ１０間で均一性高い処理を行うことができるので、スループットの向上及び歩留りの低下を図ることができるという利点がある。
【００３４】
また、発明が解決しようとする課題の項目で、ＴｉＮ膜を密着層としてＷ膜を形成する例を説明したが、このＴｉＮ膜を密着層とする場合も本実施形態のＷ膜１０５を形成する場合と同様、Ｗ膜の膜応力によりその厚さに制限がある。つまり、このＴｉＮ膜とは別に、Ｗ膜の下層にＳｉＯ２膜をエッチングするためのマスクとして、ａ-Ｓｉ膜などの膜を形成することが求められる場合がある。しかし、そのようにマスクとなる膜を形成することで、さらに処理工程が複雑化してしまう。それに対して本実施形態の手法によれば、ａ-Ｓｉ膜１０２は、前記密着層の役割とＳｉＯ２膜１０１のエッチングマスクの役割を兼ねるため、Ｗ膜を形成するまでにウエハ１０に形成される膜種の数が抑えられ、処理の複雑化を防ぐことができる。
【００３５】
ところで前記工程Ｓ８のａ-Ｓｉ膜１０４を、Ｓｉ２Ｈ６ガスをウエハ１０に供給することで行う場合、変形例として、当該Ｓｉ２Ｈ６ガスを排気した後、工程Ｓ９のＮ２ガスの供給を行う前に、反応容器２内にＨ２ガスを供給する。Ｈ２ガス供給時の反応容器２内の圧力は、例えば８００Ｐａ（６．０Ｔｏｒｒ）である。このＨ２ガスは、反応容器２内の設定温度を５３０℃より低い温度に低下させるために供給し、以降の各工程Ｓはそのように低下した設定温度で進行する。このように温度を低下させることで、Ｓｉ２Ｈ６ガスから形成されたａ-Ｓｉ膜１０４のマイグレーションを防ぎ、それによってＷ膜１０５の膜応力を抑え、Ｗ膜１０５の変形や膜剥がれを抑えることができる。温度が低下することで上記の式１の反応が進行し難くなることを防ぐために、上記のＳｉＨ４ガスを用いてａ-Ｓｉ膜１０４を形成する例ではＨ２ガスの供給を行わない。
【００３６】
ａ-Ｓｉ膜１０２、１０４の代わりに、ポリシリコン膜を形成してもよい。ただし、そのようにポリシリコン膜を形成するには、アモルファスシリコンによる膜１０２、１０４を形成するよりも反応容器２内の設定温度を高くすることが必要である。即ち、ａ-Ｓｉ膜１０２、１０４を形成する上記の第１の実施形態においては、Ｗ膜１０５を形成する前に、反応容器２内の温度が高くなることが抑えられるので、工程Ｓ９で反応容器２内の温度を設定温度に低下させるにあたり、当該設定温度になるまでの時間の短縮化を図ることができる。従って、上記の第１の実施形態では、スループットの低下が、より確実に抑えられる。
【００３７】
上記の第１の実施形態においてはａ-Ｓｉ膜１０２の形成からＷ膜１０５の形成に至るまでの処理を、ウエハ１０を反応容器２内に格納したまま行うため、スループットの向上を図ることができる。
ただし、例えば、反応阻止層１０３を形成するまでは、反応容器２の外部の装置で処理を行い、然る後、ウエハ１０を反応容器２内に搬入し、Ｗ膜１０５を形成するまでは反応容器２内からウエハ１０を搬出せずに処理を行うようにしてもよい。ａ-Ｓｉ膜１０４を形成してからＷ膜１０５を形成するまでは、反応容器２の外部雰囲気に含まれる酸素により、ａ-Ｓｉ膜１０４の表層が酸化されてＷ膜１０５の形成が妨げられることを防ぐために、反応容器２内から搬出しないようにすることが有効である。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係るマスク構造体の形成方法について説明する。この第２の実施形態では第１の実施形態で示した成膜装置が用いられ、積層されたＷ膜が形成される。例えば既述のＳ１〜Ｓ１１までの工程に沿って処理が行われ、ウエハ１０にＷ膜１０５が形成され、反応容器２からＷＦ６ガスが除去された後、工程Ｓ８と同様に反応容器２内にＳｉＨ4ガスが供給され、Ｗ膜１０５上にａ-Ｓｉ膜１１１が形成される（図１３）。
【００３９】
その後、上記Ｓ９〜Ｓ１０の工程が行われ、ＳｉＨ４ガスの排気後、反応容器２内にＷＦ６ガスが供給される。ＷＦ６ガスがａ-Ｓｉ膜１１１と反応し、ａ-Ｓｉ膜１１１からＷ膜１１２への置き換えが進行し、Ｗ膜１１２がＷ膜１０５に積層される（図１４）。このような反応容器２内へのＳｉＨ４ガスの供給とＷＦ６ガスの供給とをさらに繰り返し、図１５に示すようにＷ膜１１３を形成して、３層積層されたＷ膜を形成してもよいし、Ｗ膜の積層数を４以上にしてもよい。ところで、一層あたりのＷ膜の膜厚を大きくすると、成膜中にＷのグレインが成長し、それによってＷ膜の膜応力が高くなる。しかし、膜厚が比較的小さいＷ膜を積層することで、各層におけるＷの前記グレイン成長を抑え、膜応力が大きくなることを抑えながら、積層数を多くすることにより各層の合計のＷ膜の膜厚を大きくすることができる。この手法によって、各層の合計で例えば１５０ｎｍ以上の膜厚を有するようにＷ膜を形成することができる。一層あたりのＷ膜の膜厚は、例えば５０ｎｍであり、その場合、例えばＷ膜の合計膜厚を２００ｎｍとするには、積層数を４とする。
【００４０】
またａ-Ｓｉ膜１１１をＷ膜１１２に置き換えた場合に、膜の表面から底部に向かうにつれて、Ｓｉの濃度が大きくなる傾向にある。このため膜の深さ方向におけるＳｉの濃度の均一性（Ｗの濃度の均一性）は、ａ-Ｓｉ膜１１１の膜厚が大きい場合に比べて、ａ-Ｓｉ膜１１１の膜厚が小さい場合の方が良くなる。従って膜の深さ方向におけるＷの濃度の均一性は、膜厚の大きいａ-Ｓｉ膜１１１を成膜して、一気にＷ膜に置き換える場合に比べて、膜厚の小さいａ-Ｓｉ膜１１１の成膜とＷＦ６ガスの供給とを繰り返して、Ｗ膜を順次積層していく手法の方が良い。その後Ｗ膜１１２はエッチング工程を経てＳｉＯ２膜１０１のマスクとなるが、Ｗの濃度の均一性の良いＷ膜を用いることにより、このエッチング工程における管理をしやすくなり、スムーズなエッチングが行われる。
【００４１】
（第３の実施形態）
次に上記の成膜装置を用いて行う、第３の実施形態に係るマスク構造体の形成方法について説明する。第３の実施形態でも、第１の実施形態で示した成膜装置が用いられる。この第３の実施形態では、反応阻止層とＷ膜とが各々複数含まれた積層膜を形成する。図１３に示したようにＷ膜１０５上にａ-Ｓｉ膜１１１が積層された後、上記の工程Ｓ７に従ってＯ２ガスが供給され、ａ-Ｓｉ膜１１１の表層が酸化されて、反応阻止層１２１が形成される（図１６）。以降、上記の工程Ｓ８〜Ｓ１１に従って処理が行われる。即ち、反応容器２内にＳｉＨ４ガスが供給され、反応阻止層１２１上にａ-Ｓｉ膜１２２が形成された後（図１７）、反応容器２内にＷＦ６ガスが供給されて、前記ａ-Ｓｉ膜１２２からＷ膜１２３が形成される（図１８）。このようなＷ膜上へのａ-Ｓｉ膜１１１及び工程Ｓ８〜Ｓ１１をさらに繰り返し、反応阻止層及びＷ膜が夫々３層以上設けられた積層膜を形成してもよい。
【００４２】
第２、第３の実施形態で説明した積層膜を形成する場合も、第１の実施形態で説明した積層膜を形成する場合と同様の効果が得られる。第２、第３の実施形態で示したようにＷ膜は、複数層であっても構わない。
【００４３】
ところで、各実施形態において反応阻止層としては密着層であるａ-Ｓｉ膜の表層を酸化することで形成したが、ａ-Ｓｉ膜の表層を窒化することによって形成してもよい。窒化するためのガスとしては、例えばＮＨ３（アンモニア）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｎ２Ｏなど（一酸化二窒素）が用いられる。ａ-Ｓｉ膜の代わりに上記のポリシリコン膜を密着層とする場合も、同様にその表層を酸化または窒化して反応阻止層とすることができる。また、Ｗ膜を形成するガスとしてはＷＦ６ガスに限られず、例えばＷＣｌ６（六塩化タングステン）ガスを用いることができる。
また、Ｗ膜をマスクとする被エッチング膜としてはＳｉＯ２膜に限られず、ＳｉとＯとを主成分とする膜であればよい。例えばＳｉＣＯＨ膜やＳｉＯＣ膜であってもよい。
【００４４】
さらにａ-Ｓｉ膜を成膜する際にドーパントを注入してもよい。ａ-Ｓｉ膜を成膜する際にドーパントを注入することで、成膜されるＷ膜中にドーパントが分布するため、Ｗ膜のエッチング耐性を改善することができる。ドーパントとして注入する物質は、例えば、Ｏ（酸素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｂ（ホウ素）、Ｐ（リン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）などが挙げられる。また各元素を注入する際に使用する物質の例を下記に示す。
Ｏ：Ｎ２Ｏ、ＮＯ
Ｃ：Ｃ２Ｈ４などのＣｘＨｙ
Ｎ：ＮＨ３
Ｂ：ＢＣｌ３、（三塩化ホウ素）、Ｂ２Ｈ６（ジボラン）
Ｐ：ＰＨ３（ホスフィン）
Ｇｅ：ＧｅＨ４（水素ゲルマニウム）
これらの物質は単独で注入してもよく、複数の物質を組み合わせて、ドーパントを注入するようにしてもよい。
【００４５】
評価試験１
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。ＳｉＯ２膜１０１が形成されたウエハ１０にａ-Ｓｉ膜１０２を形成した後、ＷＦ６ガスを供給して、ａ-Ｓｉ膜１０２からＷ膜を成膜した。つまり、この評価試験１では上記の実施形態と異なり、反応阻止層１０３及びａ-Ｓｉ膜１０４を形成していない。Ｗ膜１０５の成膜後にウエハ１０の面内各部について、その縦断側面を観察した。図１９〜図２１は、その縦断側面を模式的に示したものである。
【００４６】
観察した箇所によって、Ｗ膜１０５の形成状態に大きなばらつきが見られた。具体的には、Ｗ膜１０５が形成されていない箇所（図１９参照）と、上層がＷ膜１０５に置き換えられ、Ｗ膜１０５の下層には未反応のａ-Ｓｉ膜１０２が残留している箇所（図２０参照）と、ａ-Ｓｉ膜１０２が上層から下層に至るまでＷ膜１０５に置き換えられることで、当該ａ-Ｓｉ膜１０２が観察できなかった箇所（図２１参照）と、が観察された。上記のａ-Ｓｉ膜１０２が下層までＷ膜１０５に置き換えられた箇所においては、Ｗ膜１０５がＳｉＯ２膜１０１に密着しておらず、当該ＳｉＯ２膜１０１からの浮き上がりが観察された。図２１では、そのように浮き上がったＷ膜１０５を示している。
【００４７】
各膜の厚さを示しておくと、図１９中のａ-Ｓｉ膜１０２の厚さＬ１１は３６２ｎｍ、ＳｉＯ2膜１０１の厚さＬ１２は９９ｎｍであった。図２０中のＷ膜１０５の厚さＬ１３は１３０ｎｍ、ａ-Ｓｉ膜１０２の厚さＬ１４は１４２ｎｍ、ＳｉＯ２膜１０１の厚さＬ１５は９９ｎｍであった。図２１中のＷ膜１０５の厚さＬ１６は夫々１３０ｎｍであった。
【００４８】
既述のようにａ-Ｓｉ膜１０２とＷＦ6ガスとの反応性は比較的高く、そのためにウエハ１０の面内におけるＷ膜１０５の形成具合に上記のばらつきが生じたと考えられる。そしてこの評価試験１の結果から、当該評価試験１の成膜手法においては、各ウエハ１０の面内全ての箇所を図２０に示したようなＳｉＯ２膜１０１、ａ-Ｓｉ膜１０２、Ｗ膜１０５の積層構造となるように揃えることが困難であると考えられる。つまり、ウエハ１０の面内全ての箇所及び複数のウエハ１０間において、Ｗ膜１０５を形成し、且つＷ膜１０５の膜剥がれを抑えることが難しいと考えられる。
【００４９】
評価試験２
評価試験１と同様、ＳｉＯ２膜１０１が形成されたウエハ１０にａ-Ｓｉ膜１０２を形成し、さらにＷＦ６ガスを供給して、前記ａ-Ｓｉ膜１０２からＷ膜１０５を成膜した。成膜後に、ウエハ１０の断面を観察した。この試験においては、処理ごとに異なる膜厚の前記ａ-Ｓｉ膜１０２が形成されるように設定した。一の処理では前記ａ-Ｓｉ膜１０２の設定膜厚を３０ｎｍとし、他の処理では前記ａ-Ｓｉ膜１０２の設定膜厚を１００ｎｍとした。
【００５０】
観察の結果、ａ-Ｓｉ膜１０２の設定膜厚を３０ｎｍとしたウエハ１０のＷ膜１０５の膜厚は２２.３ｎｍであり、ａ-Ｓｉ膜１０２の設定膜厚を１００ｎｍとしたウエハ１０のＷ膜１０５の膜厚は７８.２ｎｍであった。つまり、Ｗ膜１０５の膜厚は、ａ-Ｓｉ膜１０２の膜厚によって変化することが分かる。従って、この評価試験２から、上記の各実施形態においても反応防止層上に形成したａ-Ｓｉ膜の膜厚によって、Ｗ膜の膜厚を制御することができると言える。
【００５１】
評価試験３
複数枚のウエハ１０を搭載したウエハボート４を反応容器２に搬入して、評価試験１と同様に、各ウエハ１０のＳｉＯ２膜１０１上にａ-Ｓｉ膜１０２を形成した後、ＷＦ６ガスを供給して、ａ-Ｓｉ膜１０２からＷ膜１０５を形成した。そして、ウエハボート４におけるウエハ１０の載置領域の上部側、中央部、下部側に各々搭載されていたウエハ１０の断面を観察した。
【００５２】
観察の結果、各ウエハ１０において、ａ-Ｓｉ膜１０２が下層までＷ膜１０５に置き換えられた箇所が見られた。当該箇所における前記Ｗ膜１０５の厚さは、互いに略同じ厚さであった。具体的に、前記載置領域の上部側に配置されたウエハ１０のＷ膜１０５の膜厚、中央部に配置されたウエハ１０のＷ膜１０５の膜厚、下部側に配置されたウエハ１０のＷ膜１０５の膜厚は、夫々７９．６ｎｍ、７９．３ｎｍ、７８．２ｎｍであった。このように下層までＷ膜１０５に置き換えられた箇所については、当該Ｗ膜１０５のＳｉＯ２膜１０１に対する剥がれが発生している箇所があることが確認された。このように完全にＷ膜１０５に置き換えられた箇所がある一方で、ａ-Ｓｉ膜１０２と、ＷＦ６ガスとの反応が不十分で、ａ-Ｓｉ膜１０２が残留している箇所があることが確認された。この評価試験３からも、実施の形態で説明した反応阻止層を形成せずに、ウエハ１０の面内全ての箇所及び複数のウエハ１０間において、Ｗ膜１０５を形成し、且つＷ膜１０５の膜剥がれを抑えることが難しいと考えられる。
【００５３】
評価試験４
上記の第１の実施形態に従ってウエハ１０に処理を行い、Ｗ膜１０５を形成した。Ｗ膜１０５形成後、ウエハ１０の断面を観察した。この処理ではａ-Ｓｉ膜１０２、１０４の膜厚は、夫々１５０ｎｍ、１００ｎｍとなるように成膜装置の設定を行った。また、前記ウエハ１０とは別のウエハ１０に、第１の実施形態に従って処理を行った。ただし、この別のウエハ１０に対する処理においてはａ-Ｓｉ膜１０４の形成後、Ｗ膜１０５を形成する前に当該ウエハ１０を反応容器２から取り出した。このウエハ１０についても反応容器２からの取り出し後、その断面を観察した。
【００５４】
図２２は、上記のＷ膜１０５を形成していないウエハ１０の各膜の断面を示し、図２３は、上記のＷ膜１０５の形成をしたウエハ１０の各膜の断面を示している。ただし、反応阻止層１０３は薄いため、各図でａ-Ｓｉ膜１０２に含まれるものとして図示を省略している。図２２中、ａ-Ｓｉ膜１０２及びａ-Ｓｉ膜１０４の合計膜厚Ｌ２１は、２７２ｎｍである。即ち設定された膜厚と略同じ膜厚のａ-Ｓｉ膜１０２、１０４が形成されている。図２３中Ｗ膜１０５の膜厚Ｌ２２は、６９．３ｎｍであり、ａ-Ｓｉ膜１０２の膜厚Ｌ２３は１４７ｎｍであった。この結果から、反応阻止層１０３より下層側のａ-Ｓｉ膜１０２はＷＦ6ガスと反応せずに残留していることが分かる。つまり、反応阻止層１０３によって、当該反応防止層１０３より下層のａ-Ｓｉ膜とＷＦ6ガスとの反応を阻止できることが示された。従って、評価試験１〜３で記載した反応阻止層１０３を形成しない手法に比べて、精度高くＷ膜１０５の膜厚を制御することができ、Ｗ膜１０５の膜剥がれを防ぐことができることが示された。
【００５５】
評価試験５
上記の第１の実施形態に従って処理を行い、Ｗ膜１０５を形成して、ウエハ１０の各膜の断面を観察した。ａ-Ｓｉ膜１０２、１０４の膜厚は、評価試験４と同様に、夫々１５０ｎｍ、１００ｎｍとなるように成膜装置を設定して処理を行った。この評価試験５では、ウエハボート４には１００枚のウエハ１０を搭載して、これらのウエハ１０に一括して処理を行った。この処理において、図２の工程Ｓ７のＯ２ガスの供給は２分間行い、工程Ｓ１０のＷＦ6ガスの供給は３０分間行った。
【００５６】
処理終了後、ウエハボート４のウエハ１０の載置領域の上部側に搭載されていたウエハ１０（上部側ウエハ１０）、中央部に載置されていたウエハ１０（中央部ウエハ１０）、下部側に載置されていたウエハ１０（下部側ウエハ１０）を各々取り出した。そして、取り出した各ウエハ１０の中心部と周縁部とについて、その断面を観察した。その結果、観察を行った各ウエハ１０の中心部、周縁部共に、図２４に示すようにＷ膜１０５、ａ-Ｓｉ膜１０２及びＳｉＯ２膜１０１からなる積層膜が形成されていることが確認された。
【００５７】
また、観察を行った各ウエハ１０の中心部及び周縁部のＷ膜１０５、ａ-Ｓｉ膜１０２、ＳｉＯ2膜１０１について、夫々の膜厚Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３を測定した。前記上部側ウエハ１０の中心部において、前記膜厚Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は夫々、６７．０ｎｍ、１４４ｎｍ、９５．０ｎｍであり、周縁部において前記膜厚Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は夫々、７３．０ｎｍ、１４５ｎｍ、９４．０ｎｍであった。中央部ウエハ１０の中心部において、前記膜厚Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は夫々、７０．０ｎｍ、１５１ｎｍ、９３．０ｎｍであり、周縁部において前記膜厚Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は夫々、７５．０ｎｍ、１４６ｎｍ、９２．０ｎｍであった。下部側ウエハ１０の中心部において、前記膜厚Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、７２．０ｎｍ、１４９ｎｍ、９２．０ｎｍであり、周縁部において前記膜厚Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、６５．０ｎｍ、１４９ｎｍ、９２．０ｎｍであった。
【００５８】
このように同じウエハ１０の面内、及び異なるウエハ１０間において、各膜は略同じ膜厚となっている。また、評価試験３で見られたようなＷ膜の剥がれは観察されなかった。つまり、本発明のマスク構造体の形成方法によれば、反応容器２内で一括して多数のウエハ１０に略同様にＷ膜１０５及びａ-Ｓｉ膜１０２を形成することができる。また、Ｗ膜１０５の膜剥がれを抑えることができる。従って、この評価試験５より、本発明によって、スループットの向上を図ると共に歩留りの低下を防ぐことができることが示された。
【００５９】
評価試験６
上記の第２の実施形態に従ってウエハ１０に処理を行い、膜厚の小さいＷ膜を複数層積層して、膜厚の大きいＷ膜を形成した。Ｗ膜の形成後、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によりＳｉ及びＷの各元素の濃度（原子％）について計測した。この処理ではＷ膜は、５０ｎｍのＷ膜を５層積層、２０ｎｍのＷ膜を５層積層、１０．５ｎｍのＷ膜を２０層積層するように成膜装置の設定を行った。なおＳｉＭＳの計測によりＯ及びＣの検出も行ったがほとんど検出されなかった。
【００６０】
図２５〜図２７はこの結果を示し、夫々５０ｎｍのＷ膜を５層積層した場合、２０ｎｍのＷ膜を５層積層した場合、１０．５ｎｍのＷ膜を２０層積層した場合のＳＩＭＳにおけるスパッタリング時間に対する検出された元素の構成比を示す特性図である。図２５、２６において、Ｓｉの底部分（Ｗの山の頂部）が各Ｗ層の境界に相当する。図２５、図２６に示すように各Ｗ層の表面部分においてＷの濃度が高くなっており、深くなるにつれてＷの濃度が低く（Ｓｉの濃度が高く）なっていることがわかる。また図２５と図２６を比較すると、一層のＷ膜の厚さを５０ｎｍに設定した場合に比べて、２０ｎｍに設定した場合には、各Ｗ膜内における深さ方向におけるＳｉの濃度の均一性（Ｗの濃度の均一性）が良くなることがわかる。更に図２７に示すように一層のＷ膜の厚さを１０．５ｎｍに設定した場合には、深さ方向におけるＷの濃度（Ｓｉの濃度）の差がほとんどないことがわかる。
この結果によれば第２の実施の形態において、ＳｉＨ４ガスの供給とＷＦ６ガスの供給とを繰り返し行うことにより、薄いＷ膜を積層することで、深さ方向においてＳｉの濃度の均一性（Ｗの濃度の均一性）が良くなることが示されている。そしてこの場合１層当たりのＷ膜の厚さを薄くすることにより、深さ方向においてＳｉの濃度の均一性（Ｗの濃度の均一性）が良好になる傾向が見られる。
【００６１】
評価試験７
以下の３通りの手法によりＷ膜を形成し、Ｗ膜の表面のラフネスを評価した。
(評価試験７−１)
第２の実施の形態に従って、各々膜厚が４５ｎｍのＷ膜を１層、２層及び５層積層することにより、３通りのＷ膜を得た。これら３通りのＷ膜の各々について、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡法）によりＷ膜の表面のラフネス（Ｒａ：算術平均粗さ）を計測した。なお、Ｗ膜を１層とする場合には、後述の評価試験７−３における膜厚が４５ｎｍＷ膜と同じであるが、評価結果の把握を容易にするために、評価試験７−１の中に含ませて記載している。
(評価試験７−２)
第２の実施の形態に従って、各々膜厚が２０ｎｍのＷ膜を５層及び１０層積層することにより、２通りのＷ膜を得た。これら３通りのＷ膜の各々について、同様にラフネスを計測した。
(評価試験７−３)
第１の実施の形態に従って、各々膜厚が３０ｎｍ、４５ｎｍ、７０ｎｍ及び１２０ｎｍのＷ膜を成膜する（１回で成膜する）ことにより、４通りのＷ膜を得た。これら４通りのＷ膜の各々について、同様にラフネスを計測した。
図２８は、評価試験７−１から７−３にて得られたＷ膜の膜厚とラフネスとの関係を示すグラフであり、◇は評価試験７−１の結果を示し、△は評価試験７−２の結果を示し、□は評価試験７−３の結果を夫々示している。なお、図２８において、プロットに付記した数字はＷ膜の積層数を示している。
この結果によれば、一層で成膜した場合において、膜厚が大きくなるに従いラフネスが大きくなることがわかる。第２の実施形態に示したようにＳｉＨ４ガスの供給とＷＦ６ガスの供給とを繰り返し、薄いＷ膜を積層した場合には、ラフネスの値が小さくなっていることがわかる。また４５ｎｍのＷ膜を５層積層した場合と比較して、２０ｎｍのＷ膜を１０層積層した場合にラフネスの値が小さくなっていることがわかる。従って、この評価試験７より、第２の実施形態によって、表面のラフネスを抑制できること、そして積層する各Ｗ膜の膜厚を薄くすることにより、ラフネスが改善されること、が示されている。
【符号の説明】
【００６２】
１０              ウエハ
２                反応容器
２０              制御部
４                ウエハボート
１０１            ＳｉＯ2膜
１０２、１０４    ａ-Ｓｉ膜
１０３            反応阻止層
１０５            Ｗ膜
【図１】
2015110830.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2015110830.tif 000027
【図２６】
2015110830.tif 000028
【図２７】
2015110830.tif 000029
【図２８】
2015110830.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月17日(2014.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2015110830.tif 000031
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2015110830.tif 000032
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７】
2015110830.tif 000033
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２８】
2015110830.tif 000034