(57)【要約】【課題】ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制しつつ、タングステン膜を成膜させる。【解決手段】時刻ｔ１にＳｉＨ４ガスの供給を開始した後、時刻ｔ２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させ、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、時刻ｔ３にＳｉＨ４ガスをＨ２ガスに切り替えることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、タングステン膜を成膜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】
バリアメタル膜上に保護膜を成膜させる工程と、
前記保護膜が成膜されたバリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
【請求項３】
モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記モノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
【請求項４】
モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスおよび水素ガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
【請求項５】
モノシランガスの供給を開始してから、水素ガスの供給を開始する工程と、
前記水素ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
【請求項６】
水素ガスの供給を開始してから、モノシランガスの供給を開始する工程と、
前記モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
【請求項７】
アルゴンおよびモノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、
タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記アルゴンおよびモノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とするタングステン膜の成膜方法。
【請求項８】
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の開口部を形成する工程と、
前記開口部が形成された層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成する工程と、
還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、前記バリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタングステン膜の成膜方法および半導体装置の製造方法に関し、特に、ＷＦ６（六フッ化タングステン）系ガスを用いてタングステン膜を成膜する方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタングステン膜の成膜方法では、タングステン膜と絶縁膜との間の密着性を向上させるため、ＴｉＮなどのバリアメタル膜を密着層として用いることが行われている。
一方、特許文献１には、タングステンによる異常成膜の発生を抑制するために、ＷＦ６（六フッ化タングステン）／ＳｉＨ４（モノシラン）系ガスを用いたＣＶＤを行う際に、Ｈ２ガスによる還元が行われないようにする方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７７３５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のタングステン膜の成膜方法では、マスフローコントローラにおけるＷＦ６ガスの応答速度がＳｉＨ４ガスの応答速度よりも速い場合、ＷＦ６ガスがＴｉＮなどのバリアメタル膜を浸食し、バリアメタル膜下の半導体基板に拡散するため、電流リークを引き起こすという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制しつつ、タングステン膜を成膜させることが可能なタングステン膜の成膜方法および半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、タングステン膜を成膜することを特徴とする。
これにより、マスフローコントローラにおける六フッ化タングステンガスの応答速度が還元性ガスの応答速度よりも速い場合においても、六フッ化タングステンガスを還元性ガスで希釈しながら、タングステン膜を成膜させることが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスが単独でバリアメタル膜をアタックすることを防止することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【０００７】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、バリアメタル膜上に保護膜を成膜させる工程と、前記保護膜が成膜されたバリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、保護膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、六フッ化タングステンガスによるアタックからバリアメタル膜を防御することが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となり、六フッ化タングステンガスの拡散を防止して、電流リークを低減することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記モノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、シリコン膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となる。このため、タングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる際に、バリアメタル膜をシリコン膜で保護することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することを可能として、電流リークを低減することが可能となる。
【００１０】
また、タングステン核がバリアメタル膜上に形成された後、モノシランガスを水素ガスに切り替えることにより、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となり、製造歩留まりを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスおよび水素ガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、シリコン膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、モノシランガスおよび水素ガスで六フッ化タングステンガスを希釈することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することを可能として、電流リークを低減することが可能となる。
【００１２】
また、モノシランガスおよび水素ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となるとともに、モノシランガスの流れを途中で停止させることで、段差被覆性を向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、モノシランガスの供給を開始してから、水素ガスの供給を開始する工程と、前記水素ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、シリコン膜が成膜されたバリアメタル膜上にモノシランガスおよび水素ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、水素ガスの供給を開始してから、モノシランガスの供給を開始する工程と、前記モノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスおよび水素ガスを供給しながら、前記モノシランガスの供給を停止させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、シリコン膜が成膜されたバリアメタル膜上にモノシランガスおよび水素ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係るタングステン膜の成膜方法によれば、アルゴンおよびモノシランガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始する工程と、タングステン核が形成された後、前記六フッ化タングステンガスを供給しながら、前記アルゴンおよびモノシランガスを水素ガスに切り替える工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、シリコン膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜をシリコン膜で保護することが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、モノシランガスおよびアルゴンで六フッ化タングステンガスを希釈することが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜のアタックを抑制することを可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【００１８】
また、モノシランガスおよび六フッ化タングステンガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜上に形成した後、水素ガスおよび六フッ化タングステンガスを用いてバリアメタル膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の開口部を形成する工程と、前記開口部が形成された層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成する工程と、還元性ガスの供給を開始してから、六フッ化タングステンガスの供給を開始することにより、前記バリアメタル膜上にタングステン膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。
【００２０】
これにより、六フッ化タングステンガスを還元性ガスで希釈しながら、タングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させることが可能となる。このため、六フッ化タングステンガスが単独でバリアメタル膜をアタックすることを防止することが可能となり、六フッ化タングステンガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るタングステン膜の成膜方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２２】
図１（ａ）において、半導体基板１には素子分離絶縁膜２が形成され、素子分離絶縁膜２で素子分離された半導体基板１には、シリサイド層３が形成されている。そして、シリサイド層３が形成された半導体基板１上には層間絶縁膜４が積層され、層間絶縁膜４には、シリサイド層３および半導体基板１を露出させる開口部５が形成されている。
【００２３】
なお、素子分離絶縁膜２としては、例えば、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などを用いることができる。また、シリサイド層３としては、例えば、Ｔｉシリサイド、Ｗシリサイド、ＭｏシリサイドまたはＣｏシリサイドなどを用いることができる
次に、図１（ｂ）に示すように、スパッタリングなどの方法により、開口部５が形成された絶縁膜４上にバリアメタル膜６を形成する。なお、バリアメタル膜６としては、例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ構造を用いることができる。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、タングステン膜７をバリアメタル膜６上に形成する。なお、バリアメタル膜６上にタングステン膜７を形成する場合、例えば、ＷＦ６／ＳｉＨ４系ガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜６上に形成した後、ＷＦ６／Ｈ２系ガスを用いてタングステン膜７を成膜させることができる。
【００２５】
ここで、ＷＦ６／ＳｉＨ４系ガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜６上に形成することにより、ＴｉＮなどのバリアメタル膜６上でのタングステン膜の成長を促進させることを可能として、バリアメタル膜６上に成膜されるタングステン膜７の膜厚均一性を確保することができる。
また、タングステン核がバリアメタル膜６上に形成された後、ＷＦ６／Ｈ２系ガスを用いてタングステン膜７を成膜させることにより、バリアメタル膜６上に成膜されるタングステン膜７の段差被覆性を向上させることが可能となり、タングステン膜７を開口部５内に安定して埋め込むことが可能となる。
【００２６】
また、ＷＦ６／ＳｉＨ４系ガスを用いてタングステン核を形成する場合、ＳｉＨ４ガスをＷＦ６ガスより先に流し、バリアメタル膜６上にＳｉ膜を薄く成膜してから、タングステン膜７の成膜を開始させることができる。
これにより、タングステン膜７をバリアメタル膜６上に成膜させる際に、バリアメタル膜６をＳｉ膜で保護することが可能となる。このため、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜６の浸食を抑制することが可能となり、ＷＦ６ガスが半導体基板１内に拡散することを防止して、電流リークを低減することが可能となる。
【００２７】
図２は、本発明の第２実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
図２において、時刻ｔ１にＳｉＨ４ガスの供給を開始した後、時刻ｔ２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、時刻ｔ３にＳｉＨ４ガスをＨ２ガスに切り替えることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００２８】
なお、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ１とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。
これにより、Ｓｉ膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、タングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる際に、バリアメタル膜をＳｉ膜で保護することが可能となる。このため、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となり、電流リークを低減することが可能となる。
【００２９】
また、タングステン核がバリアメタル膜上に形成された後、ＳｉＨ４ガスをＨ２ガスに切り替えることにより、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となり、製造歩留まりを向上させることが可能となる。
図３は、本発明の第３実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
【００３０】
図３において、時刻ｔ１１にＳｉＨ４ガスの供給を開始した後、時刻ｔ１２にＷＦ６ガスおよびＨ２ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを供給しながら、時刻ｔ１３にＳｉＨ４ガスの供給を停止させることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００３１】
なお、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ１１とＷＦ６ガスおよびＨ２ガスの供給を開始する時刻ｔ１２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。さらに、ＷＦ６ガスに対するＨ２ガスの流量比は４０倍以上に設定することが好ましい。
【００３２】
これにより、Ｓｉ膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスでＷＦ６ガスを希釈することが可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することを可能として、電流リークを低減することが可能となる。
また、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給しながらタングステン核を成長させることにより、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となるとともに、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスを流しながらＳｉＨ４ガスの流れを途中で停止させ、タングステン核を核としてタングステン膜を成膜させることで、段差被覆性を向上させることが可能となる。
【００３３】
図４は、本発明の第４実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
図４において、時刻ｔ２１にＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を開始した後、時刻ｔ２２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを供給しながら、時刻ｔ２３にＳｉＨ４ガスの供給を停止させることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００３４】
なお、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を開始する時刻ｔ２１とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ２２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。さらに、ＷＦ６ガスに対するＨ２ガスの流量比は４０倍以上に設定することが好ましい。
【００３５】
これにより、Ｓｉ膜が成膜されたバリアメタル膜上にＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。
図５は、本発明の第５実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
【００３６】
図５において、時刻ｔ３１にＨ２ガスの供給を開始した後、時刻ｔ３２にＳｉＨ４ガスの供給を開始し、その後の時刻ｔ３３にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、ＷＦ６ガスおよびＨ２ガスを供給しながら、時刻ｔ３４にＳｉＨ４ガスの供給を停止させることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００３７】
なお、Ｈ２ガスの供給を開始する時刻ｔ３１とＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ３２との差は、例えば、１秒程度とすることができる。また、ＳｉＨ４ガスの供給を開始する時刻ｔ３２とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ３３との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。さらに、ＷＦ６ガスに対するＨ２ガスの流量比は４０倍以上に設定することが好ましい。
【００３８】
これにより、Ｓｉ膜が成膜されたバリアメタル膜上にＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給しながらタングステン膜を成膜させることが可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制することが可能となるとともに、段差被覆性の劣化を抑止しつつ、タングステン膜の膜厚均一性を確保することが可能となる。図６は、本発明の第６実施形態に係るタングステン膜の成膜方法を示すタイミングチャートである。
【００３９】
図６において、時刻ｔ４１にＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスの供給を開始した後、時刻ｔ４２にＷＦ６ガスの供給を開始することにより、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させる。そして、バリアメタル膜上にタングステン核を成長させた後、時刻ｔ４３にＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスをＨ２ガスに切り替えることにより、タングステン核を核としてタングステン膜をバリアメタル膜上に成膜させる。
【００４０】
なお、ＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスの供給を開始する時刻ｔ４１とＷＦ６ガスの供給を開始する時刻ｔ４２との差は、例えば、２秒程度とすることができる。また、ＷＦ６ガスに対するＳｉＨ４ガスの流量比は０．２以上に設定することが好ましく、例えば、（ＷＦ６ガスの流量）：（ＳｉＨ４ガスの流量）＝６７：３３とすることができる。
【００４１】
これにより、Ｓｉ膜を薄く成膜してからタングステン膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜をＳｉ膜で保護することが可能となるとともに、タングステン膜を成膜させる際に、ＳｉＨ４ガスおよびＡｒガスでＷＦ６ガスを希釈することが可能となる。このため、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜のアタックを抑制することを可能となり、ＷＦ６ガスによるバリアメタル膜の浸食を抑制して、電流リークを低減することが可能となる。
【００４２】
また、ＳｉＨ４ガスおよびＷＦ６ガスを用いてタングステン核をバリアメタル膜上に形成した後、Ｈ２ガスおよびＷＦ６ガスを用いてバリアメタル膜を成膜させることが可能となり、バリアメタル膜上に成膜されるタングステン膜の膜厚均一性を確保しつつ、段差被覆性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図３】第３実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図４】第４実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図５】第５実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【図６】第６実施形態に係る成膜方法を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  素子分離絶縁膜、３  シリサイド層、４  層間絶縁膜、５  開口部、６  バリアメタル膜、７  タングステン膜
【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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