(57)【要約】【課題】成膜を行う前にアニールを行い、Ｗ（ＣＯ）６を用いたＣＶＤ法を用いたことで、良質で比抵抗値の低いＷ膜を絶縁膜上に直接成膜する。【解決手段】被処理基板に形成された絶縁膜上にＷ（ＣＯ）６を供給してＷ膜を成膜する成膜方法であって、前記被処理基板を１５０℃以上に加熱する第１の工程と、Ｗ（ＣＯ）６の熱分解により前記被処理基板上にＷ膜を成膜する第２の工程を含むことを特徴とする成膜方法。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に形成された絶縁膜上にＷ（ＣＯ）６を供給してＷ膜を成膜する成膜方法であって、
前記被処理基板を１５０℃以上に加熱する第１の工程と、
Ｗ（ＣＯ）６の熱分解により前記被処理基板上にＷ膜を成膜する第２の工程を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記第１の工程により、前記絶縁膜上の水分が除去されることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記第１の工程は減圧された圧力下で行われることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記圧力は１３３０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】
前記第１の工程は不活性ガス雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法。
【請求項６】
前記不活性ガスはＮ２，ＡｒまたはＨｅの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５記載の成膜方法。
【請求項７】
前記被処理基板を処理する基板処理容器において、前記第１の工程および第２の工程が連続的に行われることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
【請求項８】
前記被処理基板を処理する第１の基板処理容器において前記第１の工程が行われ、さらに前記被処理基板を処理する第２の基板処理容器において前記第２の工程が行われることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
【請求項９】
前記絶縁膜はＣＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜は塗布によるスピンコート法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１〜１０のうち、いずれか１項記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板への成膜方法に係り、更にはＷ膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高性能化・高集積化が進み、半導体装置の配線ルールの微細化への要求が高まってきている。
【０００３】
従来、半導体装置の製造工程における金属層の形成にはスパッタ法（ＰＶＤ法）が多く用いられてきた。しかし、近年の微細化の要求からよりアスペクトの大きい微細パターンへカバレッジよく成膜できる化学気相堆積法（ＣＶＤ法）が、半導体装置の製造工程において多く用いられるようになってきている。
【０００４】
例えばＷ膜の堆積は、ＷＦ６あるいはＷＣｌ６等の原料を使い、これをＨ２やＳｉＨ４、あるいはＮＨ３により還元することにより行われており、またカルボニル原料を使ったＷ膜の成膜も提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
ＵＳ  ４６１９８４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば原料にＷＦ６あるいはＷＣｌ６等を用いた場合には、ＳｉＯ２膜などの絶縁膜上へのＷ膜の堆積が困難である問題があった。そのため、ＳｉＯ２膜などの絶縁膜の上にＷ膜の配線層、コンタクト層などを形成する際は例えばＴｉＮ膜などの密着層を形成する必要があった。
【０００７】
そのため、密着層を形成するための工程数が増加し、さらに密着層を形成するための基板処理装置が必要になるなど製造コストが増加してしまう問題があり、絶縁膜上に直接良質で抵抗値の低いＷ膜を形成することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明では上記の課題を解決した新規で有用な成膜方法を提案することを統括的課題としている。
【０００９】
本発明の具体的な課題は、Ｗ膜を成膜する成膜方法において、成膜を行う前水分除去工程を行い、さらにＷ（ＣＯ）６を用いたＣＶＤ法を用いたことで、良質で比抵抗値の低いＷ膜を絶縁膜上に直接成膜することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
被処理基板に形成された絶縁膜上にＷ（ＣＯ）６を供給してＷ膜を成膜する成膜方法であって、
前記被処理基板を１５０℃以上に加熱する第１の工程と、
Ｗ（ＣＯ）６の熱分解により前記被処理基板上にＷ膜を成膜する第２の工程を含むことを特徴とする成膜方法により、また、
請求項２に記載したように、
前記第１の工程により、前記絶縁膜上の水分が除去されることを特徴とする請求項１記載の成膜方法により、また、
請求項３に記載したように、
前記第１の工程は減圧された圧力下で行われることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記圧力は１３３０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項３記載の成膜方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記第１の工程は不活性ガス雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記不活性ガスはＮ２，ＡｒまたはＨｅの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５記載の成膜方法により、また、
請求項７に記載したように、
前記被処理基板を処理する基板処理容器において、前記第１の工程および第２の工程が連続的に行われることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項８に記載したように、
前記被処理基板を処理する第１の基板処理容器において前記第１の工程が行われ、さらに前記被処理基板を処理する第２の基板処理容器において前記第２の工程が行われることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記絶縁膜はＣＶＤ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記絶縁膜は塗布によるスピンコート法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１〜１０のうち、いずれか１項記載の成膜方法により、解決する。
［作用］
本発明によれば、原料にＷ（ＣＯ）６を用いてこれを気相原料として使い、熱分解反応を用いることで
Ｗ（ＣＯ）６→Ｗ＋６ＣＯ
により、ＳｉＯ２膜上に直接Ｗ膜を形成することが可能となる。
【００１１】
しかし、形成されたＷ膜は比抵抗が高くなってしまう。これは絶縁膜上の水分の影響で形成されたＷ膜の膜質低下を招いているからと考えられる。
【００１２】
そこで、成膜工程の前に水分除去工程を設け、絶縁膜が形成された被処理基板を加熱して絶縁膜上に吸着している水分を取り除き、その後で前記したＷ（ＣＯ）６を用いたＷ膜の形成を行ったところ、比抵抗値が低い良質のＷ膜を絶縁膜上に直接形成することが可能となった。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例で使われるＣＶＤ装置１０の構成を示す。
【００１４】
図１を参照するに、ＣＶＤ装置１０はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１２およびドライポンプ（ＤＰ）１３により排気される処理容器１１を備え、前記処理容器１１中には被処理基板Ｗｆを保持する基板保持台１１Ａが設けられている。前記基板保持台１１Ａにはヒータ１１ａが埋設されており、前記被処理基板Ｗｆを所望の温度に加熱することが可能な構造となっている。
【００１５】
さらに前記処理容器１１上には処理ガスを導入するシャワーヘッド１１Ｂが設けられており、前記シャワーヘッド１１Ｂには、液体原料であるＷ（ＣＯ）６を保持するバブラ１４から前記Ｗ（ＣＯ）６が、Ａｒなどのキャリアガスと共に、気相原料として、バルブ１４Ａおよびライン１４Ｂ、さらに前記ライン１４Ｂに設けられたバルブ１４Ｃを介して供給される。このようにして供給されたＷ（ＣＯ）６は、前記シャワーヘッド１１Ｂから処理容器１１に、図中に矢印で示すように供給され、前記被処理基板表面において熱分解反応を生じ、その結果、前記被処理基板Ｗｆの表面に形成された絶縁膜上に、分解されたＷ膜が堆積する。
【００１６】
例えば原料としてＷＦ６，ＷＣｌ６を用いて還元剤にＨ２，ＳｉＨ４などを用いた反応では、例えばＴｉＮ膜などの密着層の上にはＷ膜が成膜するものの、例えばＳｉＯ２などの絶縁膜上に成膜するのは非常に困難であるが、本発明ではＷ（ＣＯ）６を原料に用いたことで可能となっている。
【００１７】
さらに、前記シャワーヘッド１１Ｂにはバルブ１４ｄが設けられたガスライン１４Ｄが接続されている。前記ガスライン１４Ｄは図示しないガス供給源に接続されており、不活性ガスであるＡｒ，Ｈｅ，Ｎ２などが供給されて前記処理容器１１を不活性ガスで満たすことが可能であり、また必要に応じて前記不活性ガスを用いて前記処理容器１１内の圧力を調整することが可能となっている。
【００１８】
また図１のＣＶＤ装置１０には前記ライン１４Ｂを、バルブ１３Ａを介してドライポンプに接続するバイパスライン１３Ｂが設けられている。前記バルブ１３Ａは通常の成膜ステップでは閉じられているが、例えば成膜前に原料を含むキャリアガスを処理容器１１の外に流して流量を安定させるような場合に、あるいは前記処理容器１１をパージするような場合に開放され、同時に前記バルブ１４Ｃが閉じられる。その結果、このような流量安定作業中には、前記バブラ１４で形成された気相原料が直接にドライポンプ１３に排出される。これにより、前記バブラ１４の状態を、堆積工程中においても、また流量安定作業中においても、またパージ工程中においても一定に維持することが可能になる。
【００１９】
本実施例では前記バブラ１４にはＡｒなどよりなるキャリアガスが、質量流量コントローラ１５およびバルブ１５Ａを介して供給され、バブリングを生じる。その際、質量流量コントローラ１５をシステムコントローラ１６により制御することにより、前記処理容器１１中に供給される気相原料中におけるＷ（ＣＯ）６の濃度を制御することができる。
【００２０】
次に本実施例による金属膜の堆積方法を、図２（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。
【００２１】
図２（Ａ）を参照するに、シリコン基板２１表面にはＳｉＯ２膜２１Ａが約１００ｎｍの膜厚に形成されており、図２（Ａ）の工程では前記シリコン基板２１が前記被処理基板Ｗｆとして、図１のＣＶＤ装置１０の前記処理容器１１中に図示しないゲートバルブを介して導入され、前記基板保持台１１Ａ上に載置される。このとき、前記処理容器１１は、前記ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１２およびドライポンプ（ＤＰ）１３により排気されて圧力がおよそ６．５Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）となっている。前記前記載置された前記シリコン基板２１は、前記基板保持台１１Ａに埋設された前記ヒータ１１ａによって加熱されて４００℃の状態で３分間保持される。このように減圧された前記処理容器１１内でウェハを加熱して保持する工程を設けることで、前記ＳｉＯ２膜２１Ａ上に付着した水分を除去して、次の工程で形成されるＷ膜中の不純物を減少させて当該Ｗ膜の比抵抗値を減少させることができる。ウェハの加熱温度は約１５０℃以上、前記処理容器１１の圧力は１３３０Ｐａ以下とすることで、効果を得ることができる。
【００２２】
また前記バブラ１４中にはＷ（ＣＯ）６が金属カルボニル化合物として２５℃の温度で保持される。
【００２３】
次に図２（Ｂ）の工程において、前記質量流量コントローラ１５を前記システムコントローラ１６により制御し、２５℃の温度で保持された前記バブラ１４にＡｒキャリアガスを３００ＳＣＣＭの流量で供給して前記処理容器１１内の圧力を約２０Ｐａ（０．１５Ｔｏｒｒ）とする。前記ＳｉＯ２膜２１Ａ表面近傍の空間には、通常の熱ＣＶＤ法の場合と同様なＷ（ＣＯ）６分子の過飽和状態が生じ、前記基板Ｗｆ上にＷ膜２２がＳｉＯ２膜２１Ａを覆うように成膜速度約３ｎｍ／ｍｉｎで成長する。
【００２４】
このようにして形成されたＷ膜は前記したように前記ＳｉＯ２膜２１Ａの水分が除去された清浄な表面に形成されるため、図２（Ａ）の工程を行わない場合と比較して、形成されるＷ膜の比抵抗を低く抑えることができる。
【００２５】
また、図２（Ａ）の工程は処理容器１１が真空（約６．５Ｐａ）で行われたが、不活性ガスである、Ｎ２，Ｈｅ，Ａｒなどの雰囲気中で行っても同様の効果が得られる。
【００２６】
また、さらに以下の第２実施例に示すように図２（Ａ）で示す工程と図２（Ｂ）で示す工程を別の処理容器で行うことが可能である。
［第２実施例］
図３は、図２（Ａ）に示した工程を行う基板処理装置３０の構成を示す。
【００２７】
図３を参照するに、基板処理装置３０はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）３２およびドライポンプ（ＤＰ）３３により排気される処理容器３１を備え、前記処理容器３１中には被処理基板Ｗｆを保持する基板保持台３１Ａが設けられている。前記基板保持台３１Ａにはヒータ３１ａが埋設されており、前記被処理基板Ｗｆを所望の温度に加熱することが可能な構造となっている。
【００２８】
さらに前記処理容器３１上には不活性ガス処理ガスを導入するシャワーヘッド３１Ｂが設けられており、前記シャワーヘッド３１Ｂに接続されたガスライン３４Ｂより、バルブ３４Ｃを開放することで不活性ガスであるＡｒ，Ｈｅ，Ｎ２などが供給され、前記処理容器３１を不活性ガスを満たすことが可能である。
【００２９】
前記したような基板処理容器３０を用いて、さらに次に示すようなクラスターツール装置１００によって前記ＣＶＤ装置１０と前記基板処理装置３０を接続することにより、前記基板処理装置での図２（Ａ）で示す処理と、前記ＣＶＤ装置１０での図２（Ｂ）で示す処理の連続的な実行が可能となる。
【００３０】
図４には前記ＣＶＤ装置１０の前記処理容器１１および前記基板処理装置３０の前記処理容器３１が接続されたクラスターツール装置１００の構成を示す。
【００３１】
図４を参照するに、前記クラスターツール装置１００は多角形の搬送容器１０２を有し、前記搬送容器１０２は図示しない排気装置によって真空排気される。前記クラスターツール装置１００には、被処理基板Ｗｆを収納するカセット（図示せず）を設置するカセットモジュール１０１Ａおよび１０１Ｂが接続されて、前記被処理基板Ｗｆは前記カセットモジュール１０１Ａおよび１０１Ｂより挿入・取り出しを行う。
【００３２】
前記クラスターツール装置１００には前記ＣＶＤ装置１０および前記基板処理装置３０が接続されており、以下に説明するように、本発明による成膜方法の実行を行うことが可能となる。
【００３３】
まず、カセットモジュール１０１Ａより被処理基板Ｗｆが投入され、投入された前記被処理基板Ｗｆは前記搬送容器１０２に設置された図示しない搬送アームによって前記基板処理容器３０に搬送される。
【００３４】
前記基板処理容器３０では、被処理基板であるシリコン基板２１は前記基板載置台３１Ａに載置される。このあと、図２（Ａ）に示す工程において、前記処理容器３１に接続されたガスライン３４Ｂより前記バルブ３４Ｃを開放することで不活性ガスである例えばＮ２ガスが前記シャワーヘッド３１Ｂより前記処理容器３１に導入され、前記処理容器内の圧力が６６６Ｐａとなる。また、このとき載置された前記シリコン基板２１は、前記基板載置台３１Ａに埋設されたヒータ３１ａによって４１０℃とされ、前記したようにＮ２雰囲気中で３分間保持される。このように前記処理容器３１内で不活性ガス雰囲気中にウェハを加熱して保持する工程を設けることで、前記ＳｉＯ２膜２１Ａ上に付着した水分を除去して、次の工程で形成されるＷ膜中の不純物を減少させて当該Ｗ膜の比抵抗値を減少させることができる。
【００３５】
この後、前記シリコン基板２１は、前記搬送容器１０２を介して図示しない搬送アームによって前記搬送容器１０２に接続された前記ＣＶＤ装置１０の前記処理容器１１に搬送される。その際、前記処理容器１０２内は真空排気されているため、前記ＳｉＯ２膜２１Ａ上に水分が再付着することなく、表面が清浄な状態を保持して前記基板載置台１１Ａに載置される。
【００３６】
次に、前記処理容器１１において、第１実施例の場合と同様に、図２（Ｂ）の工程を行う。
【００３７】
まず、前記質量流量コントローラ１５を前記システムコントローラ１６により制御し、２５℃の温度で保持された前記バブラ１４にＡｒキャリアガスを３００ＳＣＣＭの流量で供給して前記処理容器１１内の圧力を約２０Ｐａ（０．１５Ｔｏｒｒ）とする。前記ＳｉＯ２膜２１Ａ表面近傍の空間には、通常の熱ＣＶＤ法の場合と同様なＷ（ＣＯ）６分子の過飽和状態が生じ、前記基板Ｗｆ上にＷ膜２２がＳｉＯ２膜２１Ａを覆うように成膜速度約３ｎｍ／ｍｉｎで成長する。
【００３８】
このようにして形成されたＷ膜は前記したように前記ＳｉＯ２膜２１Ａの水分が除去された清浄な表面に形成されるため、前記した第１実施例の場合と同様に、前記図２（Ａ）の工程において不活性ガス雰囲気中の場合、また図２（Ａ）の工程と図２（Ｂ）の工程において別の処理容器で処理を行った場合においても、形成されるＷ膜の比抵抗を低く抑えることができる。
［第３実施例］
次に、本発明により成膜したＷ膜の比抵抗値を図５に示す。
【００３９】
図５には、前記した第１実施例および第２実施例にて示した方法により、成膜したＷ膜の比抵抗値をそれぞれ条件ＢおよびＣで示す。なお、比較のため、第１実施例において前記した図２（Ａ）工程である水分除去工程を省略した場合の比抵抗値を条件Ａで示す。
【００４０】
図５を参照するに、被処理基板上の絶縁膜上の水分除去工程を行わない条件Ａの場合は、１３２Ω−ｃｍと高い比抵抗値を示しているが、絶縁膜上の水分除去を行った条件ＢおよびＣの場合はそれぞれ４２Ω−ｃｍ、３６Ω−ｃｍと、比抵抗値が低く抑えられており、形成されるＷ膜中への不純物の影響を排除して比抵抗値の低い良質のＷ膜を絶縁膜上に直接形成することが可能となっていることがわかる。
【００４１】
また、本実施例においては、絶縁膜の例としてＳｉＯ２膜上にＷ膜を成膜する場合を記述したが、本発明は当該ＳｉＯ２膜に限定されるものではない。例えば、ＣＶＤ法または塗布によるスピンコート法による他の絶縁膜を用いた場合にも同様の効果を得ることができる。
【００４２】
例えば、ＳｉＣ膜，ＳｉＣＯ膜またはＳｉＣＯ（Ｈ）膜などがＳｉＯ２膜と置き換えることが可能であり、ほかにもＳｉＣＮ膜、ＳｉＮ膜または水素化シロキサン膜を含む比誘電率が３．０以下の様々な低誘電率無機絶縁膜、あるいは芳香族ポリエーテル膜などの様々な低誘電率有機絶縁膜、さらには無機および有機の低誘電率多孔質絶縁膜上にＷ膜を堆積する場合にも有効である。
【００４３】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、原料にＷ（ＣＯ）６を用いてこれを気相原料として使い、熱分解反応を用いることで
Ｗ（ＣＯ）６→Ｗ＋６ＣＯ
により、ＳｉＯ２膜上に直接Ｗ膜を形成することが可能となる。
【００４５】
しかし、形成されたＷ膜は比抵抗が高くなってしまう。これは絶縁膜上の水分の影響で形成されたＷ膜の膜質低下を招いているからと考えられる。
【００４６】
そこで、成膜工程の前に水分除去工程をもうけ、絶縁膜が形成された被処理基板を加熱して絶縁膜上に吸着している水分を取り除き、その後で前記したＷ（ＣＯ）６を用いたＷ膜の形成を行ったところ、比抵抗値が低い良質のＷ膜を絶縁膜上に直接形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は本発明による絶縁膜上へのＷ膜のＣＶＤ法による堆積工程を示す図である。
【図３】本発明による基板処理装置の構成を示す図である。
【図４】本発明によるクラスターツール装置の構成を示す図である。
【図５】Ｗ膜の比抵抗値を示す図である。
【符号の説明】
１０  ＣＶＤ装置
１１，３１  処理容器
１１Ａ，３１Ａ  基板保持台
１１Ｂ，３１Ｂ  シャワーヘッド
１２，３２  ターボ分子ポンプ
１３，３３  ドライポンプ
１３Ａ，１４Ａ，１４Ｃ，１４ｄ，１５Ａ，３４Ｃ  バルブ
１３Ｂ  バイパスライン
１４  バブラ
１４Ｂ，１４Ｄ，３４Ｂ  ライン
１５  質量流量コントローラ
１６  システムコントローラ
２１  シリコン基板
２１Ａ  ＳｉＯ２膜
２２  Ｗ膜
３０  基板処理装置
１００  クラスターツール装置
１０１Ａ，１０１Ｂ  カセットモジュール
１０２Ａ  搬送容器
【図１】
2005068456.tif 000003
【図２】
2005068456.tif 000004
【図３】
2005068456.tif 000005
【図４】
2005068456.tif 000006
【図５】
2005068456.tif 000007