(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気下に保持されたチャンバー内に配置された、複雑形状部分と平坦形状部分とを有する被処理基板に対し、原料ガスとしての金属塩化物ガス、および金属塩化物ガスを還元する還元ガスを、前記チャンバー内のパージを挟んでシーケンシャルに前記チャンバー内に供給して金属膜を成膜する金属膜の成膜方法であって、
前記金属塩化物ガスの供給量を相対的に少なくして第１の金属膜を成膜する工程と、前記金属塩化物ガスの供給量を相対的に多くして第２の金属膜を成膜する工程とを実施することを特徴とする金属膜の成膜方法。
【請求項２】
前記第１の金属膜を成膜する工程と、前記第２の金属膜を成膜する工程とを交互に実施することを特徴とする請求項１に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項３】
前記被処理基板は表面に下地膜を有し、前記下地膜の上に前記第１の金属膜を成膜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項４】
前記被処理基板は表面に下地膜を有し、前記金属膜と前記下地膜との間に、前記金属塩化物ガスの供給量を前記第２の金属膜を成膜する工程よりも少なくして、前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスをパージガスの供給を挟んでシーケンシャルに、または前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスを同時に前記チャンバー内に供給して、初期金属膜を成膜することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項５】
前記金属膜の成膜の最後を、前記第１の金属膜を成膜する工程とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項６】
前記金属膜の上に、前記金属塩化物ガスの供給量を前記第２の金属膜を成膜する工程よりも少なくして、前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスをパージガスの供給を挟んでシーケンシャルに、または前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスを同時に前記チャンバー内に供給して、トップコート金属膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項７】
前記金属塩化物ガスとして塩化タングステンガスを用いて、前記金属膜としてタングステン膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項８】
前記第１の金属膜を成膜する際の前記チャンバー内における前記塩化タングステンガスの分圧が１Ｔｏｒｒ以下になるように前記塩化タングステンガスを供給することを特徴とする請求項７に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項９】
前記第２の金属膜を成膜する際の前記チャンバー内における前記塩化タングステンガスの分圧が０．５〜１０Ｔｏｒｒの範囲になるように前記塩化タングステンガスを供給することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜の成膜処理の際に、前記被処理基板の温度が３００℃以上、前記チャンバー内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記塩化タングステンガスは、ＷＣｌ６、ＷＣｌ５、ＷＣｌ４のいずれかであることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項１２】
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種であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の金属膜の成膜方法。
【請求項１３】
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１２のいずれかの金属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、金属膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩを製造する際には、ＭＯＳＦＥＴゲート電極、ソース・ドレインとのコンタクト、メモリのワード線等にタングステンが広く用いられている。多層配線工程では、銅配線が主に用いられているが、銅は耐熱性に乏しく、また拡散しやすいため、耐熱性が要求される部分や銅の拡散による電気特性の劣化が懸念される部分等にタングステンが用いられる。
【０００３】
タングステンの成膜処理として、以前には物理的蒸着（ＰＶＤ）法が用いられていたが、高い被覆率（ステップカバレッジ）が要求される部分では、ＰＶＤ法により対応することが困難であるため、ステップカバレッジが良好な化学的蒸着（ＣＶＤ）法で成膜することが行われている。
【０００４】
このようなＣＶＤ法によるタングステン膜（ＣＶＤ−タングステン膜）の成膜方法としては、原料ガスとして例えば六フッ化タングステン（ＷＦ６）および還元ガスであるＨ２ガスを用い、被処理基板である半導体ウエハ上でＷＦ６＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦの反応を生じさせる方法が一般的に用いられている（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
しかし、ＷＦ６ガスを用いてＣＶＤによりタングステン膜を成膜する場合には、半導体デバイスにおける、特にゲート電極やメモリのワード線などで、ＷＦ６に含まれるフッ素がゲート絶縁膜を還元し、電気特性を劣化させることが強く懸念されるようになってきた。
【０００６】
フッ素を含有しないＣＶＤ−Ｗ成膜の際の原料ガスとしては、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）が知られている（例えば特許文献３、非特許文献１）。塩素もフッ素と同様に還元性を有するが、反応性はフッ素より弱く、電気特性に対する悪影響が少ないことが期待されている。
【０００７】
また、近時、半導体デバイスの微細化が益々進み、良好なステップカバレッジが得られると言われているＣＶＤでさえも複雑形状パターンへの埋め込みが困難になりつつあり、さらなる高いステップカバレッジを得る観点から、原料ガスと還元ガスとをパージを挟んでシーケンシャルに供給する原子層堆積（ＡＬＤ）法が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１９３２３３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３７６４号公報
【特許文献３】特開２００６−２８５７２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】J.A.M. Ammerlaan et al., "Chemical vapor deposition of tungsten by H2 reduction of WCl6", Applied Surface Science 53(1991), pp.24-29
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、近時、三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤフラッシュメモリのような複雑形状の半導体デバイスが開発されており、このような複雑形状のデバイスにタングステン膜を成膜する場合、成膜原料を大流量で供給する必要がある。
【００１１】
一方、一般的に複雑形状の半導体デバイスにおいても、周辺回路等、単純で平坦な形状の部分も存在する。このように複雑形状と平坦な形状が混在しているデバイスに成膜原料として六塩化タングステン（ＷＣｌ６）のような塩化物を用いて膜形成を行う場合、複雑形状部分に必要な供給量で塩化物原料を供給すると、平坦形状部分では、ほとんど膜形成されないという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、複雑形状部分と平坦形状部分を有する被処理基板に塩化物原料を用いて金属膜を形成する場合に、いずれの部分にも膜形成することが可能な金属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】
【００１３】
本発明者らは、複雑な形状部分の成膜に必要な供給量で金属塩化物を供給した際に、平坦形状部分に膜形成され難い理由について検討した。その結果、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）のような金属塩化物を用いて膜形成する場合、副生成物としてＨＣｌが生成し、それが形成された膜にエッチング作用をおよぼすこと、単位面積あたりのＨＣｌ量は平坦な形状部分ほど多くなるため、平坦な形状部分ほどエッチング作用が大きいことが判明した。そしてさらに検討した結果、金属塩化物原料の供給量が少なければ平坦形状部分に膜形成が可能であり、金属塩化物原料の供給量が多ければ複雑形状部分の全体に膜形成が可能であり、これらの両方を実施することにより、複雑形状部分および平坦形状部分の両方に金属膜を形成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、減圧雰囲気下に保持されたチャンバー内に配置された、複雑形状部分と平坦形状部分とを有する被処理基板に対し、原料ガスとしての金属塩化物ガス、および金属塩化物ガスを還元する還元ガスを、前記チャンバー内のパージを挟んでシーケンシャルに前記チャンバー内に供給して金属膜を成膜する金属膜の成膜方法であって、前記金属塩化物ガスの供給量を相対的に少なくして第１の金属膜を成膜する工程と、前記金属塩化物ガスの供給量を相対的に多くして第２の金属膜を成膜する工程とを実施することを特徴とする金属膜の成膜方法を提供する。
【００１５】
前記第１の金属膜を成膜する工程と、前記第２の金属膜を成膜する工程とを交互に実施することが好ましい。
【００１６】
前記被処理基板の表面に下地膜を有している場合に、前記下地膜の上に前記第１の金属膜を成膜することが好ましい。また、前記被処理基板の表面に下地膜を有している場合に、前記金属膜と前記下地膜との間に、前記金属塩化物ガスの供給量を前記第２の金属膜を成膜する工程よりも少なくして、前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスをパージガスの供給を挟んでシーケンシャルに、または前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスを同時に前記チャンバー内に供給して、初期金属膜を成膜してもよい。
【００１７】
前記金属膜の成膜の最後を、前記第１の金属膜を成膜する工程とすることが好ましい。また、前記金属膜の上に、前記金属塩化物ガスの供給量を前記第２の金属膜を成膜する工程よりも少なくして、前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスをパージガスの供給を挟んでシーケンシャルに、または前記金属塩化物ガスおよび前記還元ガスを同時に前記チャンバー内に供給して、トップコート金属膜を成膜してもよい。
【００１８】
前記金属塩化物ガスとして塩化タングステンガスを用いて、前記金属膜としてタングステン膜を成膜することができる。
【００１９】
前記第１の金属膜を成膜する際の前記チャンバー内における前記塩化タングステンガスの分圧が１Ｔｏｒｒ以下になるように前記塩化タングステンガスを供給することが好ましい。また、前記第２の金属膜を成膜する際の前記チャンバー内における前記塩化タングステンガスの分圧が０．５〜１０Ｔｏｒｒの範囲になるように前記塩化タングステンガスを供給することが好ましい。
【００２０】
また、前記金属塩化物ガスとして塩化タングステンガスを用いて、前記金属膜としてタングステン膜を成膜する場合に、前記第１の金属膜および前記第２の金属膜の成膜処理の際に、前記被処理基板の温度が３００℃以上、前記チャンバー内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上であることが好ましい。前記塩化タングステンガスとしてはＷＣｌ６、ＷＣｌ５、ＷＣｌ４のずれかを用いることができる。
【００２１】
還元ガスとしては、Ｈ２ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、ＮＨ３ガスの少なくとも１種を好適に用いることができる。
【００２２】
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、上記金属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】
【００２３】
本発明によれば、金属塩化物原料の供給量を相対的に少なくして第１の金属膜を成膜する工程と、金属塩化物原料の供給量を相対的に多くして第２の金属膜を成膜する工程とを実施するので、第１の金属膜を成膜する工程により平坦形状部分に膜形成が可能であり、第２の金属膜を成膜する工程により複雑形状部分の全体に膜形成が可能である。このため、複雑形状部分と平坦形状部分を有する被処理基板に塩化物原料を用いて金属膜形成する場合に、いずれの部分にも膜形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る金属膜の成膜方法の実施に用いられるタングステン膜の成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る金属膜の成膜方法の一実施形態であるタングステン膜の成膜方法の工程を模式的に示す工程断面図である。
【図３】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際の成膜の状態を模式的に示す図である。
【図４】平坦部分とパターンが形成されている部分とに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際の成膜の状態を模式的に示す図である。
【図５】３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリの製造過程を説明するための工程断面図である。
【図６】３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリの製造過程を説明するための工程断面図である。
【図７】平坦形状部分と複雑形状部分に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した場合における、ＡＬＤの際のサイクルレート（１サイクルあたりの成膜量）とステップカバレッジとの関係を示す図である。
【図８】下地膜とタングステン膜との間に初期タングステン膜を成膜した状態を模式的に示す断面図である。
【図９】タングステン膜をウエットエッチングする際に生じる不都合を説明するための図である。
【図１０】タングステン膜の上にトップコートタングステン膜を成膜した状態を模式的に示す断面図である。
【図１１】第１のタングステン膜と第２のタングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの一例を示す図である。
【図１２】第１のタングステン膜と第２のタングステン膜を成膜する際のガス供給シーケンスの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
＜成膜装置の例＞
図１は本発明に係る金属膜の成膜方法の実施に用いられるタングステン膜の成膜装置の一例を示す断面図である。
【００２７】
成膜装置１００は、チャンバー１と、チャンバー１内で被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す。）Ｗを水平に支持するためのサセプタ２と、チャンバー１内に処理ガスをシャワー状に供給するためのシャワーヘッド３と、チャンバー１の内部を排気する排気部４と、シャワーヘッド３に処理ガスを供給する処理ガス供給機構５と、制御部６とを有している。
【００２８】
チャンバー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。チャンバー１の側壁にはウエハＷを搬入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で開閉可能となっている。チャンバー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。また、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の上面にはチャンバー１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。天壁１４と排気ダクト１３の間はシールリング１５で気密にシールされている。
【００２９】
サセプタ２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２３に支持されている。このサセプタ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基合金等の金属材料で構成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒーター２１が埋め込まれている。ヒーター２１はヒーター電源（図示せず）から給電されて発熱するようになっている。そして、サセプタ２の上面のウエハ載置面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ー２１の出力を制御することにより、ウエハＷを所定の温度に制御するようになっている。
【００３０】
サセプタ２には、ウエハ載置面の外周領域、およびサセプタ２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材２２が設けられている。
【００３１】
サセプタ２を支持する支持部材２３は、サセプタ２の底面中央からチャンバー１の底壁に形成された孔部を貫通してチャンバー１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されており、昇降機構２４によりサセプタ２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の一点鎖線で示すウエハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材２３のチャンバー１の下方位置には、鍔部２５が取り付けられており、チャンバー１の底面と鍔部２５の間には、チャンバー１内の雰囲気を外気と区画し、サセプタ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。
【００３２】
チャンバー１の底面近傍には、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、チャンバー１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるサセプタ２に設けられた貫通孔２ａに挿通されてサセプタ２の上面に対して突没可能となっている。このようにウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウエハ搬送機構（図示せず）とサセプタ２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００３３】
シャワーヘッド３は、金属製であり、サセプタ２に対向するように設けられており、サセプタ２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、チャンバー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、このガス拡散空間３３には、本体部３１およびチャンバー１の天壁１４の中央を貫通するように設けられたガス導入孔３６が接続されている。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、シャワープレート３２の環状突起部３４の内側の平坦面にはガス吐出孔３５が形成されている。
【００３４】
サセプタ２が処理位置に存在した状態では、シャワープレート３２とサセプタ２との間に処理空間３７が形成され、環状突起部３４とサセプタ２のカバー部材２２の上面が近接して環状隙間３８が形成される。
【００３５】
排気部４は、排気ダクト１３の排気口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とを備えている。処理に際しては、チャンバー１内のガスはスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気部４の排気機構４２により排気配管４１を通って排気される。
【００３６】
処理ガス供給機構５は、タングステン原料ガスである塩化タングステンとしてＷＣｌ６ガスを供給するＷＣｌ６ガス供給機構５１と、メインの還元ガスとしてのＨ２ガスを供給する第１Ｈ２ガス供給源５２と、添加還元ガスとしてのＨ２ガスを供給する第２Ｈ２ガス供給源５３と、パージガスであるＮ２ガスを供給する第１Ｎ２ガス供給源５４および第２Ｎ２ガス供給源５５とを有し、さらに、ＷＣｌ６ガス供給源５１から延びるＷＣｌ６ガス供給ライン６１と、第１Ｈ２ガス供給源５２から延びる第１Ｈ２ガス供給ライン６２と、第２Ｈ２ガス供給源５３から延びる第２Ｈ２ガス供給ライン６３と、第１Ｎ２ガス供給源５４から延び、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１側にＮ２ガスを供給する第１Ｎ２ガス供給ライン６４と、第２Ｎ２ガス供給源５５から延び、第１Ｈ２ガス供給ライン６２側にＮ２ガスを供給する第２Ｎ２ガス供給ライン６５とを有している。
【００３７】
第１Ｎ２ガス供給ライン６４は、ＡＬＤ法による成膜中に常時Ｎ２ガスを供給する第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６と、パージ工程のときのみＮ２ガスを供給する第１フラッシュパージライン６７とに分岐している。また、第２Ｎ２ガス供給ライン６５は、ＡＬＤ法による成膜中に常時Ｎ２ガスを供給する第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８と、パージ工程のときのみＮ２ガスを供給する第２フラッシュパージライン６９とに分岐している。第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６と、第１フラッシュパージライン６７とは、第１接続ライン７０に接続され、第１接続ライン７０はＷＣｌ６ガス供給ライン６１に接続されている。また、第２Ｈ２ガス供給ライン６３と、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８と、第２フラッシュパージライン６９とは、第２接続ライン７１に接続され、第２接続ライン７１は第１Ｈ２ガス供給ライン６２に接続されている。ＷＣｌ６ガス供給ライン６１と第１Ｈ２ガス供給ライン６２とは、合流配管７２に合流しており、合流配管７２は、上述したガス導入孔３６に接続されている。
【００３８】
ＷＣｌ６ガス供給ライン６１、第１Ｈ２ガス供給ライン６２、第２Ｈ２ガス供給ライン６３、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６、第１フラッシュパージライン６７、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８、および第２フラッシュパージライン６９の最下流側には、それぞれ、ＡＬＤの際にガスを切り替えるための開閉バルブ７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９が設けられている。また、第１Ｈ２ガス供給ライン６２、第２Ｈ２ガス供給ライン６３、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６、第１フラッシュパージライン６７、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８、および第２フラッシュパージライン６９の開閉バルブの上流側には、それぞれ、流量制御器としてのマスフローコントローラ８２，８３，８４，８５，８６，８７が設けられている。さらに、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１および第１Ｈ２ガス供給ライン６２には、短時間で必要なガス供給が可能なように、それぞれバッファタンク８０，８１が設けられている。
【００３９】
ＷＣｌ６ガス供給機構５１は、ＷＣｌ６を収容する成膜原料タンク９１を有している。ＷＣｌ６は常温では固体であり、成膜原料タンク９１内には固体状のＷＣｌ６が収容されている。成膜原料タンク９１の周囲にはヒーター９１ａが設けられており、タンク９１内の成膜原料を適宜の温度に加熱して、ＷＣｌ６を昇華させるようになっている。タンク９１内には上述したＷＣｌ６ガス供給ライン６１が上方から挿入されている。
【００４０】
また、ＷＣｌ６ガス供給機構５１は、成膜原料タンク９１内に上方から挿入されたキャリアガス配管９２と、キャリアガス配管９２にキャリアガスであるＮ２ガスを供給するためのキャリアＮ２ガス供給源９３と、キャリアガス配管９２に接続された、流量制御器としてのマスフローコントローラ９４、およびマスフローコントローラ９４の下流側の開閉バルブ９５ａおよび９５ｂと、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１の成膜原料タンク９１の近傍に設けられた、開閉バルブ９６ａおよび９６ｂ、ならびに流量計９７とを有している。キャリアガス配管９２において、開閉バルブ９５ａはマスフローコントローラ９４の直下位置に設けられ、開閉バルブ９５ｂはキャリアガス配管９２の挿入端側に設けられている。また、開閉バルブ９６ａおよび９６ｂ、ならびに流量計９７は、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１の挿入端から開閉バルブ９６ａ、開閉バルブ９６ｂ、流量計９７の順に配置されている。
【００４１】
キャリアガス配管９２の開閉バルブ９５ａと開閉バルブ９５ｂの間の位置、およびＷＣｌ６ガス供給ライン６１の開閉バルブ９６ａと開閉バルブ９６ｂの間の位置を繋ぐように、バイパス配管９８が設けられ、バイパス配管９８には開閉バルブ９９が介装されている。そして、開閉バルブ９５ｂおよび９６ａを閉じて開閉バルブ９９、９５ａおよび９６ｂを開くことにより、キャリアＮ２ガス供給源９３からのＮ２ガスを、キャリアガス配管９２、バイパス配管９８を経て、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１に供給し、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１をパージすることが可能となっている。
【００４２】
ＷＣｌ６ガス供給ライン６１における流量計９７の下流位置には、エバック配管１０１の一端が接続され、エバック配管１０１の他端は排気配管４１に接続されている。エバック配管１０１のＷＣｌ６ガス供給ライン６１近傍位置および排気配管４１近傍位置には、それぞれ開閉バルブ１０２および１０３が設けられている。また、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１におけるエバック配管１０１接続位置の下流側には開閉バルブ１０４が設けられている。そして、開閉バルブ１０４、９９、９５ａ，９５ｂを閉じた状態で開閉バルブ１０２、１０３、９６ａ，９６ｂを開けることにより、成膜原料タンク９１内を排気機構４２によって真空排気することが可能となっている。
【００４３】
制御部６は、各構成部、具体的にはバルブ、電源、ヒーター、ポンプ等を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラと、ユーザーインターフェースと、記憶部とを有している。プロセスコントローラには成膜装置１００の各構成部が電気的に接続されて制御される構成となっている。ユーザーインターフェースは、プロセスコントローラに接続されており、オペレータが成膜装置１００の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置の各構成部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っている。記憶部もプロセスコントローラに接続されており、記憶部には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわち処理レシピや、各種データベース等が格納されている。処理レシピは記憶部の中の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、半導体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。必要に応じて、ユーザーインターフェースからの指示等にて所定の処理レシピを記憶部から呼び出してプロセスコントローラに実行させることで、プロセスコントローラの制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００４４】
＜成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１００を用いて行われるタングステン膜の成膜方法の実施形態について説明する。
【００４５】
（成膜方法の概要）
最初に成膜方法の概要について説明する。
本実施形態に係る成膜方法は、複雑形状部分と平坦形状部分を有するウエハに対してタングステン膜を成膜する場合に適用される。なお、複雑形状部分とは、相対的にアスペクト比が高い凹部が形成された部分をいい、平坦形状部分とは、凹部が形成されていないか、または相対的にアスペクト比が低い凹部が形成された部分をいう。
【００４６】
図２は本実施形態のタングステン膜の成膜方法の工程を模式的に示す工程断面図である。
【００４７】
最初に、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基体２０１上にＳｉＯ２膜等の絶縁膜２０２が形成され、その上に下地膜２０３が形成されたウエハＷを準備する。なお、便宜上、図２（ａ）では、ウエハＷを平面状に描いているが、実際には、複雑形状部分と平坦形状部分とを有している。
【００４８】
下地膜２０３としては、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｔｉシリサイド膜、Ｔｉ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＡｌＮ膜等のチタン系材料膜を挙げることができる。また、下地膜２０３として、ＷＮ膜、ＷＳｉｘ膜、ＷＳｉＮ膜等のタングステン系化合物膜を挙げることもできる。また、これらの下地膜２０３を絶縁膜２０２の上に設けることにより、タングステン膜を良好な密着性で成膜することができる。
【００４９】
次に、塩化タングステンガスであるＷＣｌ６ガスと還元ガスであるＨ２ガスをチャンバー１内のパージを挟んでシーケンシャルにチャンバー１内に供給するＡＬＤ法により下地膜２０３の上にタングステン膜２０４を成膜するが、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、ＷＣｌ６ガスの供給量を相対的に少なくして第１のタングステン膜（１ｓｔＷ膜）２０５を成膜する工程と、ＷＣｌ６ガスの供給量を相対的に多くして第２のタングステン膜（２ｎｄＷ膜）２０６を成膜する工程とを交互に実施することにより、第１のタングステン膜２０５および第２のタングステン膜２０６を交互に形成してタングステン膜２０４を得る。
【００５０】
以下、このような成膜手法を採用する理由について説明する。
塩化タングステンガスであるＷＣｌ６ガスと還元ガスである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、図３に示すように、ＷＣｌ６ガスの吸着と、還元ガスであるＨ２ガスによるＷＣｌ６の還元とを繰り返すが、吸着されたＷＣｌ６を還元してタングステンを生成する反応は以下の（１）式のようになり、ＨＣｌを生成する。
ＷＣｌ６（ａｄ）＋３Ｈ２（ｇ）→Ｗ（ｓ）＋６ＨＣｌ  ・・・（１）
この反応により生成されたＨＣｌは、強いエッチング性を有するため、以下の（２）の反応により成膜されたタングステン膜をエッチングする。
Ｗ（ｓ）＋５ＷＣｌ６（ｇ）→６ＷＣｌｘ  ・・・（２）
【００５１】
このような反応は、タングステン膜の成膜を阻害する。図４（ａ）に示すように、平坦部分では単位面積当たりのＷＣｌ６ガスの供給量が多い（ＷＣｌ６ガスの分圧が高い）ため、単位面積当たりのＨＣｌの量が多くなってエッチングが進行しやすくなり、タングステン膜の成膜レートが低くなるのに対し、図４（ｂ）に示すように、パターンが形成されている部分では、表面積が増加し、単位面積当たりのＷＣｌ６ガスの供給量が少ない（ＷＣｌ６ガスの分圧が高い）ため、単位面積当たりのＨＣｌの量が少なくなってエッチングが抑制され、タングステン膜の成膜レートを高く維持することができる。
【００５２】
特に、３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリのように、複雑形状部分であるメモリセルと平坦形状部分を有する半導体デバイスにタングステン膜を形成する場合、複雑形状部分の全ての領域に膜形成するためには、成膜原料であるＷＣｌ６ガスの供給量を多くする必要があるが、複雑形状部分に必要な供給量でＷＣｌ６ガスを供給すると、平坦形状部分ではＨＣｌによるエッチング作用のため、タングステン膜がほとんど堆積されない。
【００５３】
このような問題を、図５、６を参照しながら、３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリの製造過程を例にとって説明する。３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリの製造にあたっては、最初に、Ｓｉ基板（図示せず）上に下部構造部（図示せず）を形成した後、ＳｉＯ２膜３０１とＳｉＮ膜３０２を交互に例えば２４〜７０層程度積層した積層体３０３を形成し、さらに厚いＳｉＯ２膜３０４を形成し、次いでドライエッチングにより垂直方向にトレンチ３０５およびホール３０６を形成し、図５（ａ）の構造を得る。
【００５４】
その後、ホール３０６内に、ＩＰＤ膜、チャージトラップ層、トンネル酸化膜、チャンネルポリ、中心酸化膜からなる柱状体３０７を形成し、次いで、ウエットエッチングによりＳｉＮ膜３０２を除去してスペース３０８を形成し、図５（ｂ）の構造を得る。
【００５５】
その後、図５（ｃ）のようにＴｉＮ膜からなる下地膜２０３を全面に形成する。その後、図６（ａ）に示すように、ＴｉＮ膜からなる下地膜２０３の上にタングステン膜２０４を形成する。その後、図６（ｂ）に示すように、タングステン膜２０４の余分な領域をウエットエッチングにより除去する。
【００５６】
これにより、ＳｉＯ２膜３０１とタングステン膜２０４との積層構造からなるメモリセルが形成されるが、積層構造の部分は、積層数が多く、スペース３０８も微細で高アスペクト比の複雑形状部分となっており、下部のスペース３０８までＷＣｌ６ガスを行き渡らせて高ステップカバレッジでタングステン膜が形成されるようにするためには、ＷＣｌ６ガスの供給量をある程度多くする必要がある。
【００５７】
しかし、最上部のＳｉＯ２膜３０４の表面等は平坦形状部であるため、複雑形状部分に必要な供給量でＷＣｌ６ガスを供給した場合には、ＨＣｌによるエッチングが進行しやすい。このため、タングステン膜はほとんど堆積しない。このことを図７を参照して説明する。図７は横軸にＡＬＤの際のサイクルレート（１サイクルあたりの成膜量）をとり、縦軸にステップカバレッジをとったグラフであるが、複雑形状部分で高ステップカバレッジとなる供給量でＷＣｌ６ガスを供給した場合に、平坦形状部分ではタングステン膜がほとんど成膜されないことがわかる。
【００５８】
一方、ＷＣｌ６ガスの供給量を少なくすると、ＨＣｌによるエッチング作用が小さくなり、平坦形状部分でもタングステン膜が形成されるが、平坦形状部分でタングステン膜が形成される程度のＷＣｌ６ガス供給量では、複雑形状部分の全体にＷＣｌ６ガスを行き渡らせることは困難である。
【００５９】
そこで、ＷＣｌ６ガスの供給量を相対的に少なくして第１のタングステン膜２０５を成膜する工程と、ＷＣｌ６ガスの供給量を相対的に多くして第２のタングステン膜２０６を成膜する工程とを交互に実施する。これにより、複雑形状部分と平坦形状部分の両方にタングステン膜を堆積させることができる。
【００６０】
タングステン膜２０４は、良好な埋め込み性（高ステップカバレッジ）で成膜する必要があり、そのために、塩化タングステンガスであるＷＣｌ６ガスと還元ガスであるＨ２ガスをチャンバー１内のパージを挟んでシーケンシャルにチャンバー１内に供給するＡＬＤ法により成膜する。また、厳密な意味でのＡＬＤ法に限らず、それに準じたシーケンスにより成膜してもよい。
【００６１】
第１のタングステン膜２０５を成膜する際のＷＣｌ６ガスの供給量は、ＨＣｌによるエッチングの影響を少なくして平坦形状部分にタングステン膜が形成できる程度に少ない量であることが好ましい。ＷＣｌ６ガスの供給量自体の適正範囲はチャンバー１の大きさ等により変化するため、ＷＣｌ６ガスの供給量の指標としてチャンバー１内におけるＷＣｌ６ガスの分圧を用いることが好ましく、平坦形状部分にタングステン膜を有効に成膜する観点から、ＷＣｌ６ガスの分圧は１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下であることが好ましい。より好ましくは０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）以下である。
【００６２】
第２のタングステン膜２０６を成膜する際のＷＣｌ６ガスの供給量は、デバイスが形成される部分である複雑形状部分の全体にタングステンを成膜できる程度の供給量であることが好ましく、ＷＣｌ６ガスの分圧で０．５〜１０Ｔｏｒｒ（６６．７〜１３３３Ｐａ）程度が好ましい。
【００６３】
タングステン膜２０４を成膜する際には、第１のタングステン膜２０５および第２のタングステン膜２０６のどちらから先に成膜してもよいが、ＷＣｌ６ガスの供給量が相対的に少ない第１のタングステン膜２０５から成膜することが好ましい。これは、成膜初期のタングステン膜がほとんど成膜されていないか成膜量がわずかである領域において、ＷＣｌ６ガスが下地膜２０３に直接的に供給されてＷＣｌ６ガスにより下地膜２０３がエッチングされるからである。
【００６４】
つまり、下地膜２０３がＴｉＮ膜の場合には、ＴｉＮとＷＣｌ６ガスとの間で以下の（３）式に示すエッチング反応が生じ、ＷＣｌ６ガスの供給量が多いほどそのエッチング反応により下地膜２０３の膜厚が減少するからである。
ＴｉＮ（ｓ）＋ＷＣｌ６（ｇ）→ＴｉＣｌ４（ｇ）＋ＷＣｌｘ（ｇ）・・・（３）
下地膜２０３として他のチタン系材料膜およびタングステン化合物膜を用いた場合も同様に塩化タングステンガスであるＷＣｌ６ガスによりエッチングされるから、第１のタングステン膜２０５から成膜することが好ましい。
【００６５】
また、図８に示すように、下地膜２０３とタングステン膜２０４の間に、下地膜２０３のエッチングを抑制する目的で、タングステン膜２０４の成膜に先立って、別途に初期タングステン膜２０７を形成してもよい。このように別途に初期タングステン膜２０７を成膜することにより、第２のタングステン膜２０６を形成する際のＷＣｌ６ガスの供給量に応じて下地膜２０３のエッチングを効果的に抑制することができる適宜の厚さとすることができる。初期タングステン膜２０７はＡＬＤ法で成膜することができる。ただし、ＷＣｌ６ガスによる下地膜２０３のエッチングを抑制するために形成するものであり、タングステン膜２０４ほどの埋め込み性は要求されないため、ＷＣｌ６ガスおよびＨ２ガスを同時にチャンバー１内に供給してＣＶＤ法により成膜してもよい。また、初期タングステン膜２０７を成膜する際のＷＣｌ６ガスの分圧は、第１のタングステン膜２０５と同様、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下が好ましく、より好ましくは０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）以下であるが、その際のＷＣｌ６ガス分圧を第１のタングステン膜２０５を成膜する際の分圧と異ならせてもよい。
【００６６】
また、タングステン膜２０４をウエットエッチングする場合、例えば、図６に示すように、３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリの製造過程において、タングステン膜２０４を成膜後、余分な領域をウエットエッチングする場合、タングステン膜２０４の成膜の最後がＷＣｌ６ガスの流量が多い第２のタングステン膜であると、ＨＣｌのエッチング作用が大きいため、タングステン膜２０４の表面がスムースになって、図９（ａ）に示すように中心部にわずかな隙間２０８が形成される。この状態でウエットエッチングを行うと、図９（ｂ）に示すように、埋め込み部分のタングステン膜もエッチングされてしまう。このため、タングステン膜２０４の最後は、ＷＣｌ６ガスの供給量が少なく、エッチング作用が小さい第１のタングステン膜２０５であることが好ましい。すなわち、第１のタングステン膜２０５を最後にすることにより、エッチング作用が小さいため、図９（ｃ）のように、隙間２０８を埋めることができる。
【００６７】
また、図１０に示すように、タングステン膜２０４の表面に、隙間を埋める目的でタングステン膜２０４の表面に、別途にトップコートタングステン膜２０９を成膜してもよい。このように別途にトップコートタングステン膜２０９を成膜することにより、ＷＣｌ６ガスの供給量および厚さを適度に調整して適切に隙間２０８を埋めることができる。トップコートタングステン膜２０９はＡＬＤ法で成膜することができる。ただし、トップコートタングステン膜２０９は、隙間２０８を埋めるためのものであり、タングステン膜２０４ほどの埋め込み性は要求されないため、ＷＣｌ６ガスおよびＨ２ガスを同時にチャンバー１内に供給してＣＶＤ法により成膜してもよい。また、トップコートタングステン膜２０９を成膜する際のＷＣｌ６ガスの分圧は、第１のタングステン膜２０５と同様、１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下が好ましく、より好ましくは０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）以下であるが、その際のＷＣｌ６ガス分圧を第１のタングステン膜２０５を成膜する際の分圧と異ならせてもよい。
【００６８】
第１のタングステン膜２０５と第２のタングステン膜２０６は、一層ずつであってもよいが、２回以上交互に繰り返すことが好ましく、５回以上繰り返すことがより好ましい。また、上述のように下地膜のエッチングを抑制し、かつ、タングステン膜のウエットエッチングの際に埋め込みタングステンのエッチングを抑制する観点からは、最初と最後が第１のタングステン膜２０５とすることが好ましく、このときの積層の最小単位は、第１のタングステン膜２０５／第２のタングステン膜２０６／第１のタングステン膜２０５の３層構造となる。ただし、初期タングステン膜２０７やトップコートタングステン膜２０９を形成する場合は、順番は問わず少なくとも一層ずつの第１のタングステン膜２０５と第２のタングステン膜２０６が存在していればよい。第１のタングステン膜２０５および第２のタングステン膜２０６の個々の膜厚は、１〜１０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００６９】
なお、タングステン膜２０４の成膜に用いる塩化タングステンとしてはＷＣｌ６が好ましいが、その他にＷＣｌ５、ＷＣｌ４も用いることができる。これらもＷＣｌ６とほぼ同じ挙動を示す。
【００７０】
また、還元ガスとしては、Ｈ２ガスに限らず、水素を含む還元性のガスであればよく、Ｈ２ガスの他に、ＳｉＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、ＮＨ３ガス等を用いることもできる。Ｈ２ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガス、およびＮＨ３ガスのうち２つ以上を供給できるようにしてもよい。また、これら以外の他の還元ガス、例えばＰＨ３ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを用いてもよい。膜中の不純物をより低減して低抵抗値を得る観点からは、Ｈ２ガスを用いることが好ましい。
【００７１】
パージガスやキャリアガスとしてはＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００７２】
タングステン膜２０４を成膜する際のウエハ温度は３００℃以上が好ましい。また、チャンバー内圧力は、２０〜１００Ｔｏｒｒ（２６６６〜１３３３０Ｐａ）が好ましい。
【００７３】
＜図１の成膜装置を用いた具体的なシーケンス＞
次に、図１の成膜装置を用いた場合の具体的なシーケンスについて説明する。
まず、所定の構造を有するウエハＷを、搬入出口１１を介してチャンバー１内に搬入し、ヒーター２１により所定温度に加熱されたサセプタ２上に載置し、サセプタ２を処理位置まで上昇させ、チャンバー１内を所定の真空度まで真空引きするとともに、開閉バルブ１０４、９５ａ、９５ｂ、９９を閉じ、開閉バルブ１０２、１０３、９６ａ，９６ｂを開けて、エバック配管１０１を介して成膜原料タンク９１内も同様に真空引きした後、開閉バルブ７６および開閉バルブ７８を開け、開閉バルブ７３，７４，７５，７７，７９を閉じて、第１Ｎ２ガス供給源５４および第２Ｎ２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を経てＮ２ガスをチャンバー１内に供給して圧力を上昇させ、サセプタ２上のウエハＷの温度を安定させる。
【００７４】
そして、チャンバー１内が所定圧力に到達した後、開閉バルブ１０２，１０３を閉じ、開閉バルブ１０４，９５ａ，９５ｂを開けて、成膜原料タンク９１内の圧力を上げてタングステン原料であるＷＣｌ６ガスを供給可能な状態とする。
【００７５】
この状態で、成膜原料ガスであるＷＣｌ６ガス、還元ガスであるＨ２ガス、パージガスであるＮ２ガスを以下に示すようなシーケンシャルな形態で供給し、上述したようにＷＣｌ６ガスの供給量（分圧）を変化させて、第１のタングステン膜２０５および第２のタングステン膜２０６を交互に行ってタングステン膜２０４を形成する。
【００７６】
図１１は、第１のタングステン膜２０５および第２のタングステン膜２０６を成膜する際のガス供給シーケンスの一例を示す図である。
【００７７】
最初に、開閉バルブ７６および開閉バルブ７８を開けたまま、第１Ｎ２ガス供給源５４および第２Ｎ２ガス供給源５５から、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を経てＮ２ガスを供給し続け、さらに開閉バルブ７３および開閉バルブ７５を開くことにより、ＷＣｌ６ガス供給機構５１からＷＣｌ６ガス供給ライン６１を経てＷＣｌ６ガスをチャンバー１内の処理空間３７に供給するとともに、第２Ｈ２ガス供給源５３から延びる第２Ｈ２ガス供給ライン６３を経て添加還元ガスとしてのＨ２ガス（添加Ｈ２ガス）をチャンバー１内に供給する（ステップＳ１）。このとき、ＷＣｌ６ガスは、バッファタンク８０に一旦貯留された後にチャンバー１内に供給される。
【００７８】
このステップＳ１により、ウエハＷ表面にＷＣｌ６が吸着される。このとき、同時に添加されたＨ２の存在により、ＷＣｌ６が活性化される。
【００７９】
次いで、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を介してのＮ２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７３，７５を閉じてＷＣｌ６ガスおよびＨ２ガスを停止するとともに、開閉バルブ７７，７９を開けて、第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からもＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）を供給し、大流量のＮ２ガスにより、処理空間３７の余剰のＷＣｌ６ガス等をパージする（ステップＳ２）。
【００８０】
次いで、開閉バルブ７７，７９を閉じて第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からのＮ２ガスを停止し、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を介してのＮ２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を開いて第１Ｈ２ガス供給源５２から第１Ｈ２ガス供給ライン６２を経てメインの還元ガスとしてのＨ２ガス（メインＨ２ガス）を処理空間３７に供給する（ステップＳ３）。このとき、Ｈ２ガスは、バッファタンク８１に一旦貯留された後にチャンバー１内に供給される。
【００８１】
このステップＳ３により、ウエハＷ上に吸着したＷＣｌ６が還元される。このときのメインＨ２ガスの流量は、十分に還元反応が生じる量とされ、ステップＳ１の添加Ｈ２ガスの流量よりも多い流量で供給される。
【００８２】
次いで、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８を介してのＮ２ガスの供給を継続したまま、開閉バルブ７４を閉じて第１Ｈ２ガス供給ライン６２からのＨ２ガスの供給を停止するとともに、開閉バルブ７７，７９を開けて、第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からもＮ２ガス（フラッシュパージＮ２ガス）を供給し、ステップＳ２と同様、大流量のＮ２ガスにより、処理空間３７の余剰のＨ２ガスをパージする（ステップＳ４）。
【００８３】
以上のステップＳ１〜Ｓ４を短時間で１サイクル行うことにより、薄いタングステン単位膜を形成し、これらのステップのサイクルを複数サイクル繰り返すことにより所望の膜厚の第１のタングステン膜および第２のタングステン膜を成膜する。このときの第１のタングステン膜および第２のタングステン膜の膜厚は、上記サイクルの繰り返し数により制御することができる。
【００８４】
ステップＳ１の際にＷＣｌ６ガスと同時に第２Ｈ２ガス供給ライン６３から添加還元ガスを供給してＷＣｌ６ガスを活性化することにより、その後のステップＳ３の際の成膜反応が生じやすくなり、高いステップカバレッジを維持しつつ、１サイクルあたりの堆積膜厚を厚くして成膜速度を大きくすることができる。このときのＨ２ガスの供給量は、ＣＶＤ反応を抑制してＡＬＤ反応が維持できる程度である必要があり、１００〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であることが好ましい。なお、図１２に示すように、第２Ｈ２ガス供給ライン６３からの添加Ｈ２ガスをステップＳ２〜Ｓ４の期間、常時供給するようにしてもよい。これによってもＷＣｌ６ガスを供給する際に、添加還元ガスである添加Ｈ２ガスが供給されることとなり、ＷＣｌ６ガスを活性化することができる。このときのＨ２ガスの供給量は、ＣＶＤ反応を抑制してＡＬＤ反応を維持する観点から、１０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）であることが好ましい。ただし、添加Ｈ２ガスが存在しなくても良好に成膜反応が生じる場合には、添加Ｈ２ガスを供給しなくてもよい。
【００８５】
以上のシーケンスにおいて、ステップＳ１〜Ｓ４の間、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６６、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６８からパージガスであるＮ２ガスをＷＣｌ６ガス供給ライン６１および第１Ｈ２ガス供給ライン６２に常時流しつつ、ステップＳ１およびステップＳ３においてＷＣｌ６ガスとＨ２ガスとを間欠的に供給するので、処理空間３７のガスの置換効率を良好にすることができる。また、ステップＳ２およびステップＳ４における処理空間３７のパージの際に、第１フラッシュパージライン６７および第２フラッシュパージライン６９からのＮ２ガスも付加するので、処理空間３７におけるガスの置換効率を一層良好にすることができる。これにより、タングステン単位膜の膜厚制御性を良好にすることができる。
【００８６】
図１の成膜装置においては、ＷＣｌ６ガス供給ライン６１および第１Ｈ２ガス供給ライン６２に、それぞれバッファタンク８０および８１を設けたので、短時間でＷＣｌ６ガスおよびＨ２ガスを供給しやすくなり、１サイクルが短い場合でも、ステップＳ１およびＳ３において必要な量のＷＣｌ６ガスおよびＨ２ガスを供給しやすくすることができる。
【００８７】
・成膜条件
以下に、第１のタングステン膜２０５および第２のタングステン膜２０６の好ましい成膜条件について示す。
【００８８】
（１）第１のタングステン膜２０５
ｉ）ＡＬＤ
圧力：２０〜１００Ｔｏｒｒ（２６６６〜１３３３０Ｐａ）
温度：３００℃以上（より好ましくは４５０〜６００℃）
ＷＣｌ６ガス流量：０．１〜１０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（キャリアガス流量：１〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ））
ＷＣｌ６ガス分圧（既述）：１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下（より好ましくは０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）以下）
メインＨ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
連続供給Ｎ２ガス流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（第１および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６６，６８）
フラッシュパージＮ２ガス流量：１００〜１０００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（第１および第２フラッシュパージライン６７，６９）
ステップＳ１の時間（１回あたり）：０．０１〜５ｓｅｃ
ステップＳ３の時間（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
ステップＳ２、Ｓ４の時間（パージ）（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
ステップＳ１の添加Ｈ２ガス供給時間（１回あたり）：０．０１〜０．３ｓｅｃ
成膜原料タンクの加温温度：１３０〜１９０℃
ii）ＣＶＤ
圧力：２０〜１００Ｔｏｒｒ（２６６６〜１３３３０Ｐａ）
温度：３００℃以上（好ましくは４５０〜６００℃）
ＷＣｌ６ガス流量：０．１〜１０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（キャリアガス流量：１〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ））
ＷＣｌ６ガス分圧（既述）：１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以下（好ましくは０．１Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）以下）
メインＨ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
Ｎ２ガス流量：１０〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
【００８９】
（２）第２のタングステン膜２０６
圧力：５〜５０Ｔｏｒｒ（６６６．５〜６６６５Ｐａ）
温度：３００℃以上（好ましくは４５０〜６００℃）
ＷＣｌ６ガス流量：３〜６０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（キャリアガス流量：１００〜２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ））
ＷＣｌ６ガス分圧：０．５〜１０Ｔｏｒｒ（６６．７〜１３３３Ｐａ）
メインＨ２ガス流量：２０００〜８０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
添加Ｈ２ガス流量（既述）：１００〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
連続供給Ｎ２ガス流量：１００〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（第１および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６６，６８）
フラッシュパージＮ２ガス流量：５００〜３０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
（第１および第２フラッシュパージライン６７，６９）
ステップＳ１の時間（１回あたり）：０．０１〜５ｓｅｃ
ステップＳ３の時間（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
ステップＳ２、Ｓ４の時間（パージ）（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
ステップＳ１の添加Ｈ２ガス供給時間（１回あたり）：０．０１〜０．３ｓｅｃ
成膜原料タンクの加温温度：１３０〜１７０℃
【００９０】
なお、初期タングステン膜２０７またはトップコートタングステン膜２０９を別途に設ける場合には、これらを図１１、１２に示すシーケンスで第１のタングステン膜２０５と同じ条件で成膜することができる。また、上述したように、初期タングステン膜２０７およびトップコートタングステン膜２０９は、ＣＶＤ法により成膜することができ、その場合には、ＷＣｌ６ガス供給配管６１からのＷＣｌ６ガスの供給と、第１Ｈ２ガス供給ライン６２からのＨ２ガスの供給を同時に行えばよい。
【００９１】
＜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、金属塩化物として塩化タングステンを用いてタングステン膜を成膜する場合について示したが、金属塩化物ガスと還元ガスをシーケンシャルに供給して金属膜を成膜する場合であれば適用可能であり、例えば塩化モリブデンガスと還元ガスを用いてモリブデン膜を成膜する場合や、塩化タンタルガスと還元ガスを用いてタンタル膜を成膜する場合に適用することができる。
【００９２】
また、上記実施形態では、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】
【００９３】
１；チャンバー
２；サセプタ
３；シャワーヘッド
４；排気部
５；ガス供給機構
６；制御部
５１；ＷＣｌ６ガス供給機構
５２；第１Ｈ２ガス供給源
５３；第２Ｈ２ガス供給源
５４；第１Ｎ２ガス供給源
５５；第２Ｎ２ガス供給源
６１；ＷＣｌ６ガス供給ライン
６２；第１Ｈ２ガス供給ライン
６３；第２Ｈ２ガス供給ライン
６６；第１連続Ｎ２ガス供給ライン
６７；第１フラッシュパージライン
６８；第２連続Ｎ２ガス供給ライン
６９；第２フラッシュパージライン
７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，１０２，１０３；開閉バルブ
９１；成膜原料タンク
１００；成膜装置
１０１；エバック配管
２０３；下地膜
２０４；タングステン膜
２０５；第１のタングステン膜
２０６；第２のタングステン膜
２０７；初期タングステン膜
２０９；トップコートタングステン膜
Ｗ；半導体ウエハ
【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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【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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