(57)【要約】  基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法は、減圧雰囲気下の処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、処理容器内の基板を加熱することと、処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する。
2018021014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
減圧雰囲気下の処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法。
【請求項２】
前記基板は、表面にＴｉＮ膜が形成されている、請求項１に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３】
基板を加熱する温度が３００〜５００℃である、請求項１に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項４】
基板を加熱する温度が３５０〜４５０℃である、請求項３に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項５】
前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項１に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項６】
基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面にアモルファス層である初期タングステン膜を形成することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有する、タングステン膜の成膜方法。
【請求項７】
前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとして、Ｂ２Ｈ６ガスを用いる、請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項８】
前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとして、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６ガスおよびＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを用いる、請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項９】
前記アモルファス層である初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記アモルファス層である初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることにより行われる、請求項９に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記基板は、表面にＴｉＮ膜が形成されている、請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１２】
基板を加熱する温度が３００〜５００℃である、請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１３】
基板を加熱する温度が３５０〜４５０℃である、請求項１２に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１４】
前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１５】
基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を形成することと、
前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有する、タングステン膜の成膜方法。
【請求項１６】
前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてＳｉＨ４ガスを用いる、請求項１５に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１７】
前記アモルファス層を形成するための物質を含むガスはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガス、あるいはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスおよびＷＦ６ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスボロン膜あるいはアモルファスタングステン膜である、請求項１５に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１８】
前記初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項１５に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項１９】
前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることにより行われる、請求項１８に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２０】
前記基板は、表面にＴｉＮ膜が形成されている、請求項１５に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２１】
基板を加熱する温度が３００〜５００℃である、請求項１５に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２２】
基板を加熱する温度が３５０〜４５０℃である、請求項２１に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２３】
前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項１５に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２４】
基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、
前記処理容器内の基板を加熱することと、
前記基板の表面にアモルファス層を形成することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有する、タングステン膜の成膜方法。
【請求項２５】
前記アモルファス層を形成するためのガスはＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、またはその混合ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスシリコン膜あるいはアモルファスボロン膜である、請求項２４に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２６】
前記基板は、表面にＴｉＮ膜が形成されている、請求項２４に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２７】
基板を加熱する温度が３００〜５００℃である、請求項２４に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２８】
基板を加熱する温度が３５０〜４５０℃である、請求項２７に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項２９】
前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項２４に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３０】
基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
基板を準備することと、
基板表面にアモルファス層を形成することと、
前記基板を減圧雰囲気下の処理容器内で加熱することと、
前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと
を有する、タングステン膜の成膜方法。
【請求項３１】
前記基板のアモルファス層形成と前記主タングステン膜形成とはｉｎ−ｓｉｔｕで行う、請求項３０に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３２】
前記主タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面の前記アモルファス層に前記主タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有する、請求項３０に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３３】
前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることにより行われる、請求項３２に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３４】
基板のアモルファス層形成と前記イニシエーション処理と前記主タングステン膜形成はｉｎ−ｓｉｔｕで行う、請求項３２に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３５】
前記基板表面の前記アモルファス層は、ＴｉＳｉＮ膜である、請求項３０に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３６】
基板を加熱する温度が３００〜５００℃である、請求項３０に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３７】
基板を加熱する温度が３５０〜４５０℃である、請求項３６に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３８】
前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行われる、請求項３０に記載のタングステン膜の成膜方法。
【請求項３９】
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３８のいずれかのタングステン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、記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タングステン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】
上記特許文献１，２においては、上記反応によるタングステン膜の主成膜に先立って、タングステンが均一に成膜しやすいように、核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）工程が行われているが、その際に還元ガスとしてＨ２よりも還元力の大きいＳｉＨ４ガスやＢ２Ｈ６ガスを用い、より緻密な膜を形成するために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例えば原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＡＬＤ）法が用いられている。【０００６】
また、半導体デバイスの微細化が益々進み、さらなる高いステップカバレッジを得る観点から、タングステン膜の主成膜（主タングステン膜）においてもＡＬＤ法が用いられつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９３２３３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３７６４号公報
【発明の概要】
【０００８】
しかしながら、主タングステン膜を六フッ化タングステン（ＷＦ６）および還元ガスであるＨ２ガスを用いたＣＶＤ法やＡＬＤ法により成膜した場合、得られたタングステン膜は、必ずしも十分な低抵抗化が得られているとはいえず、さらなる低抵抗化が求められている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、低抵抗のタングステン膜を得ることができるタングステン膜の成膜方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に表面にアモルファス層を有する基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することと有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の観点によれば、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面にアモルファス層である初期タングステン膜を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。
【００１２】
上記第２の観点において、前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてＢ２Ｈ６ガスを用いることができる。また、還元ガスとして、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６ガスおよびＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを用いることもできる。
【００１３】
上記第２の観点において、前記アモルファス層である初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記アモルファス層である初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有してもよい。前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることにより行われる。
【００１４】
本発明の第３の観点によれば、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスとを前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより、基板の表面に結晶層である初期タングステン膜を形成することと、前記初期タングステン膜の上にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。
【００１５】
上記第３の観点において、前記初期タングステン膜の成膜は、還元ガスとしてＳｉＨ４ガスを用いることができる。また、前記アモルファス層を形成するための物質を含むガスはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガス、あるいはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスおよびＷＦ６ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスボロン膜あるいはアモルファスタングステン膜であってよい。
【００１６】
上記第３の観点において、前記初期タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記初期タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有してもよい。前記イニシエーション処理は、前記基板の表面に、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることにより行うことができる。
【００１７】
本発明の第４の観点は、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、減圧雰囲気下の処理容器内に基板を配置することと、前記処理容器内の基板を加熱することと、前記基板の表面にアモルファス層を形成することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。
【００１８】
上記第４の観点において、前記アモルファス層を形成するためのガスはＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、またはその混合ガスであり、前記アモルファス層はアモルファスシリコン膜あるいはアモルファスボロン膜であってよい。
【００１９】
上記第１の観点から第４の観点において、前記基板として、表面にＴｉＮ膜が形成されているものを用いることができる。
【００２０】
本発明の第５の観点は、基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、基板を準備することと、基板表面にアモルファス層を形成することと、前記基板を減圧雰囲気下の処理容器内で加熱することと、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを供給して、前記アモルファス層の上に、主タングステン膜を成膜することとを有する、タングステン膜の成膜方法が提供される。
【００２１】
前記第５の観点において、前記主タングステン膜の成膜に先立って、前記基板の表面に前記主タングステン膜を成膜しやすくさせるイニシエーション処理を行うことをさらに有してもよい。基板のアモルファス層形成と前記主タングステン膜形成、または基板のアモルファス層形成と前記イニシエーション処理と前記主タングステン膜形成はｉｎ−ｓｉｔｕで行う。前記基板表面の前記アモルファス層は、ＴｉＳｉＮ膜であってよい。イニシエーション処理は、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることであってよい。
【００２２】
上記第１の観点から第５の観点において、基板を加熱する温度が３００〜５００℃とすることができ、特に、３５０〜４５０℃と高温にすることが好ましい。
【００２３】
上記第１の観点から第５の観点において、前記主タングステン膜を形成することは、前記処理容器内へ、タングステン原料であるＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、前記処理容器内のパージを挟んでシーケンシャルに供給することにより行うことができる。
【００２４】
本発明の第６の観点は、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、上記第１の観点から第５の観点のいずれかのタングステン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、記憶媒体を提供する。
【００２５】
本発明によれば、主タングステン膜をアモルファス層の上に形成することにより、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る成膜方法の第１の実施形態のフローチャートである。
【図３】本発明に係る成膜方法の第１の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【図４】サンプルＢについて、初期タングステン膜まで成膜した際と、主タングステン膜まで成膜した際のＸ線回折（ＸＲＤ）の結果を示す図である。
【図５Ａ】サンプルＡのＳＥＭ写真である。
【図５Ｂ】サンプルＢのＳＥＭ写真である。
【図６】サンプルＡおよびサンプルＢの平面ＴＥＭ像である。
【図７】図６の平面ＴＥＭ像におけるサンプルＡおよびサンプルＢの最小粒径、最大粒径、および平均粒径を示す図である。
【図８】第１の実施形態の第１の例を説明するための図である。
【図９】第１の実施形態の第１の例におけるアモルファス層の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】第１の実施形態の第１の例における主タングステン膜の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１１】第１の実施形態の第２の例を説明するための図である。
【図１２】第１の実施形態の第２の例におけるアモルファス層の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明に係る成膜方法の第２の実施形態のフローチャートである。
【図１４】本発明に係る成膜方法の第２の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【図１５】第２の実施形態の具体例を説明するための図である。
【図１６】本発明に係る成膜方法の第３の実施形態のフローチャートである。
【図１７】本発明に係る成膜方法の第３の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【図１８】第３の実施形態の具体例を説明するための図である。
【図１９】本発明に係る成膜方法の第４の実施形態のフローチャートである。
【図２０】本発明に係る成膜方法の第４の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【図２１】第４の実施形態の具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明者らは、上記目的を解決すべく検討を重ねた結果、主タングステン膜をアモルファスの膜上に成膜することにより、主タングステン膜の結晶粒を大きくすることができ、タングステン膜の低抵抗化を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２８】
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。
＜成膜装置の例＞
図１は本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。この装置は、ＡＬＤ法によりタングステン膜を成膜するのに適した装置である。
【００２９】
図１に示すように、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。
【００３０】
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の間にはシールリング１５で気密にシールされている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
処理ガス供給機構５は、タングステン原料ガスであるＷＦ６ガスを供給するＷＦ６ガス供給源５１と、還元ガスとしてのＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源５２と、ＳｉＨ４ガスを供給するＳｉＨ４ガス供給源５３と、Ｂ２Ｈ６ガスを供給するＢ２Ｈ６ガス供給源５４と、パージガスであるＮ２ガスを供給する第１Ｎ２ガス供給源５５および第２Ｎ２ガス供給源５６とを有し、さらに、ＷＦ６ガス供給源５１から延びるＷＦ６ガス供給ライン６１と、Ｈ２ガス供給源５２から延びるＨ２ガス供給ライン６２と、ＳｉＨ４ガス供給源５３から延びるＳｉＨ４ガス供給ライン６３と、Ｂ２Ｈ６ガス供給源５４から延びるＢ２Ｈ６ガス供給ライン６４と、第１Ｎ２ガス供給源５５から延び、ＷＦ６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６５と、第２Ｎ２ガス供給源５６から延び、Ｈ２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６６とを有している。
【００３９】
第１Ｎ２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１連続Ｎ２ガス供給ライン６７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６８とに分岐している。また、第２Ｎ２ガス供給ライン６６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６９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７０とに分岐している。第１連続Ｎ２ガス供給ライン６７と、第１フラッシュパージライン６８とは、第１接続ライン７１に接続され、第１接続ライン７１はＷＦ６ガス供給ライン６１に接続されている。また、ＳｉＨ４ガス供給ライン６３と、Ｂ２Ｈ６ガス供給ライン６４と、第２連続Ｎ２ガス供給ライン６９と、第２フラッシュパージライン７０とは、第２接続ライン７２に接続され、第２接続ライン７２はＨ２ガス供給ライン６２に接続されている。ＷＦ６ガス供給ライン６１とＨ２ガス供給ライン６２とは、合流配管７３に合流しており、合流配管７３は、上述したガス導入孔３６に接続されている。
【００４０】
ＷＦ６ガス供給ライン６１、Ｈ２ガス供給ライン６２、ＳｉＨ４ガス供給ライン６３、Ｂ２Ｈ６ガス供給ライン６４、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、および第２フラッシュパージライン７０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７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１が設けられている。また、ＷＦ６ガス供給ライン６１、Ｈ２ガス供給ライン６２、ＳｉＨ４ガス供給ライン６３、Ｂ２Ｈ６ガス供給ライン６４、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、および第２フラッシュパージライン７０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８４，８５，８６，８７，８８，８９，９０，９１が設けられている。さらに、ＷＦ６ガス供給ライン６１、Ｈ２ガス供給ライン６２、ＳｉＨ４ガス供給ライン６３、Ｂ２Ｈ６ガス供給ライン６４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９２，９３，９４，９５が設けられている。
【００４１】
なお、第１連続Ｎ２ガス供給ライン６７および第２連続Ｎ２ガス供給ライン６９からは、タングステン膜の成膜期間連続してＮ２ガスが供給され、第１フラッシュパージライン６８および第２フラッシュパージライン７０からは、ＡＬＤの際のパージ工程の際のみにパージガスとしてのＮ２ガスが供給される。Ｎ２ガスの代わりに、Ａｒガス等の他の不活性ガスを用いることもできる。
【００４２】
ＷＦ６ガス供給ライン６１におけるマスフローコントローラ８４の下流位置には、バイパス配管１０１の一端が接続され、バイパス配管１０１の他端は排気配管４１に接続されている。バイパス配管１０１のＷＦ６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、ＳｉＨ４ガス供給ライン６３におけるマスフローコントローラ８６の下流位置には、バイパス配管１０４の一端が接続され、バイパス配管１０４の他端は排気配管４１に接続されている。バイパス配管１０４のＳｉＨ４ガス供給ライン６３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１０５および１０６が設けられている。さらに、Ｈ２ガス供給ライン６２におけるマスフローコントローラ８５の下流位置、およびＢ２Ｈ６ガス供給ライン６４におけるマスフローコントローラ８７の下流位置には、それぞれバイパス配管１０７および１０９の一端が接続され、バイパス配管１０７および１０９の他端はバイパス配管１０４に接続されている。これらバイパス配管１０１，１０４，１０７，１０９により、チャンバー１をバイパスして、ＷＦ６ガス、Ｈ２ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスを、排気配管４１に流せるようになっている。
【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、処理条件に応じて成膜装置１００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、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、半導体メモリ等であってもよい。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を用いて行われる成膜方法の実施形態について説明する。
【００４５】
［成膜方法の第１の実施形態］
最初に、成膜方法の第１の実施形態について説明する。
図２は第１の実施形態のフローチャート、図３は第１の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【００４６】
まず、最初に、図３の（ａ）のようにＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜２０１の上に、表面のバリア層としてＴｉＮ膜２０２が形成されたウエハを準備し、成膜装置１００のチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（ステップ１）。なお、層間絶縁膜２０１には実際にはトレンチやホール（コンタクトホールまたはビアホール）等の凹部が形成されているが、便宜上図３では凹部を省略している。
【００４７】
次いで、チャンバー１内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ２内のヒーター２１によりサセプタ２上のウエハＷを所定温度に加熱しつつ、ウエハ表面に、例えばＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを供給して、図３の（ｂ）に示すように、アモルファス層を形成しやすくさせるイニシエーション処理を行う（ステップ２）。イニシエーション処理により還元ガスが吸着物２０３ａとして吸着され、次工程の初期タングステン膜の成膜を容易にする。イニシエーション処理は次の初期タングステン膜を形成しやすくする処理であるが、必須ではない。
【００４８】
次いで、サセプタ２の加熱温度を維持したまま、処理ガス供給機構５から、チャンバー１へ、ＷＦ６ガスと、還元ガス（Ｂ２Ｈ６ガス、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス）とを、チャンバー１のパージを挟んでシーケンシャルに供給する手法、例えば、ＷＦ６ガスと、還元ガスとを、チャンバー１のパージを挟んで複数回繰り返して供給するＡＬＤ法により、メインのタングステン膜（主タングステン膜）の下地となる、初期タングステン膜２０４を成膜する（ステップ３、図３の（ｃ））。ＷＦ６の供給と還元ガスの供給はいずれを先にしても構わない。この初期タングステン膜２０４は、アモルファス層として形成される。初期タングステン膜２０４の膜厚は、０．５〜５ｎｍであることが好ましい。
【００４９】
なお、本明細書において、アモルファスとは、明確な結晶性を有しない状態をいうが、一部に非常に微細な結晶が存在していてもよい。具体的には、Ｘ線回折スペクトル（ＸＲＤ）において、結晶性を示す回折ピークが存在しない場合、また存在していてもピークがわずかである場合、また、ハローピークが存在する場合はアモルファスであるとする。
【００５０】
次いで、サセプタ２の加熱温度を維持したまま、アモルファス層である初期タングステン膜２０４の上に主タングステン膜２０５を成膜する（ステップ４、図３の（ｄ））。主タングステン膜２０５は、トレンチやホール等の凹部を埋め込むためのものであり、処理ガス供給機構５から、チャンバー１へ、ＷＦ６ガスと、還元ガスであるＨ２ガスとを、チャンバー１のパージを挟んでシーケンシャルに供給する手法、例えば、ＷＦ６ガスと、還元ガスとを、チャンバー１のパージを挟んで複数回繰り返して供給するＡＬＤ法により成膜する。ＷＦ６の供給とＨ２ガスの供給はいずれを先にしても構わない。
【００５１】
主タングステン膜２０５をＡＬＤ法のようなシーケンシャルな手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。主タングステン膜の膜厚は、凹部のサイズ等により適宜設定され、膜厚に応じてＡＬＤ等の繰り返し数が設定される。
【００５２】
従来のように初期タングステン膜が結晶層である場合には、初期タングステン膜の結晶は、柱状晶であるＴｉＮ膜の影響を受けて柱状晶となる。このような初期タングステン膜の上に主タングステン膜を形成すると、主タングステン膜は初期タングステン膜の結晶性の影響を受けて、やはり柱状晶的な結晶層となる。結晶性物質の抵抗値は、結晶粒径が大きくなって粒界が少なくなるほど小さくなることが知られているが、柱状晶は結晶粒界が垂直に存在し、その結晶粒界の存在により膜の抵抗が十分に小さくならない。
【００５３】
これに対して、本実施形態のように、初期タングステン膜２０４をアモルファス層として成膜し、そのようなアモルファスの初期タングステン膜２０４の上に主タングステン膜２０５を成膜することにより、主タングステン膜２０５の結晶粒径を大きくすることができ、低抵抗化を図ることができる。
【００５４】
すなわち、アモルファスには、多結晶において核発生サイトになるようなエネルギーの高い粒界が存在しないため、核発生しにくく、核の数自体が少なくなる。したがって、アモルファス層である初期タングステン膜２０４の上に主タングステン膜２０５を成膜する際には、結晶粒一つひとつが大きくなりやすく、従来よりも結晶粒径が大きくなり、低抵抗化を実現することができると考えられる。
【００５５】
そのことを裏付ける実験結果について説明する。
ここでは、チャンバー内の圧力を５００Ｐａ、ウエハ温度を４５０℃にして、ＴｉＮ膜の上に、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスをそれぞれ７００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍで供給して６０ｓｅｃのイニシエーション処理を行った後、ＷＦ６ガス３００ｓｃｃｍで１ｓｅｃ供給−パージ５ｓｅｃ−ＳｉＨ４ガス４００ｓｃｃｍで１ｓｅｃ供給−パージ５ｓｅｃを繰り返して膜厚２ｎｍの初期タングステン膜を成膜し、その後、ＷＦ６ガス１００ｓｃｃｍで０．１５ｓｅｃ供給−パージ０．２ｓｅｃ−Ｈ２ガス４５００ｓｃｃｍで０．３ｓｅｃ供給−パージ０．３ｓｅｃを繰り返して膜厚１９．８ｎｍの主タングステン膜を成膜したサンプル（サンプルＡ）と、同じ圧力および温度で、ＴｉＮ膜の上に、Ｂ２Ｈ６ガスとＨ２ガスをそれぞれ１００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍで供給して２０ｓｅｃのイニシエーション処理を行った後、ＷＦ６ガス３００ｓｃｃｍで１ｓｅｃ供給−パージ５ｓｅｃ−Ｂ２Ｈ６ガス１００ｓｃｃｍで１ｓｅｃ供給−パージ５ｓｅｃを繰り返して膜厚２ｎｍのＡＬＤにより初期タングステン膜を成膜し、その後、サンプルＡと同様の条件で膜厚１５．９ｎｍの主タングステン膜を成膜したサンプル（サンプルＢ）を作製した。
【００５６】
これらサンプルＡ、Ｂの比抵抗を測定した結果、サンプルＡは４３．５μΩ・ｃｍであったのに対し、サンプルＢは２６．３μΩ・ｃｍであった。すなわち、主タングステン膜は同様に成膜され、しかもサンプルＡよりも薄いのにもかかわらず、サンプルＢはサンプルＡよりも低い比抵抗を示した。このことより、主タングステン膜の下地により低抵抗化が可能であることがわかる。
【００５７】
次に、抵抗が低かったサンプルＢについて、初期タングステン膜まで成膜した際と、主タングステン膜まで成膜した際のＸ線回折（ＸＲＤ）を行った。その結果を図４に示す。図４に示すように、主タングステン膜まで成膜した際には、タングステン結晶のピークが見られたが、初期タングステン膜まで成膜した際には、回折ピークが見られず、初期タングステン膜がアモルファスであることがわかった。なお、サンプルＡは初期タングステン膜も結晶であった。
【００５８】
次に、サンプルＡとサンプルＢの結晶の状態をＳＥＭにより確認した。図５ＡはサンプルＡのＳＥＭ写真であり、図５ＢはサンプルＢのＳＥＭ写真である。これらの写真に示すように、サンプルＡよりもサンプルＢのほうが主タングステン膜の結晶粒が大きく、サンプルＢでは破線で示すように、最大粒径が約２００μｍ程度の粗大粒となった。
【００５９】
サンプルＡとサンプルＢの結晶の状態を、さらに詳細にＴＥＭにより確認した。図６はサンプルＡとサンプルＢの平面ＴＥＭ像およびグレインサイズ解析画像を示し、図７はこのときのサンプルＡおよびサンプルＢの最小粒径、最大粒径、および平均粒径を示す。平面ＴＥＭ像の視野においてもサンプルＢの最大粒径は１２６μｍであり、サンプルＡの最大粒径の２９μｍと比べて著しく粗大であることが確認された。また、平均粒径についてもサンプルＡは１１μｍであるのに対し、サンプルＢは５０μｍであった。
【００６０】
このことより、主タングステン膜の下地がアモルファス層であることにより、主タングステン膜の結晶粒が大きくなり、その結果、低抵抗のタングステン膜が得られることが確認された。
【００６１】
なお、下地の初期タングステン膜２０４をアモルファス層にすることに加えて、主タングステン膜２０５の成膜の際の温度を高くすることによっても結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜の低抵抗化に有利である。
【００６２】
次に、本実施形態の具体例について説明する。
（第１の例）
本例では、図８に示すように、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＢ２Ｈ６ガスを用いて、ＡＬＤ法によりアモルファスの初期タングステン膜を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＨ２ガスを用いて、ＡＬＤ法により主タングステン膜を成膜する。
【００６３】
イニシエーション処理の際には、初期タングステン膜がＴｉＮ膜上に成長しやすくなるように、還元ガスであるＢ２Ｈ６ガスを用いる。
【００６４】
また、初期タングステン膜をＡＬＤ法により成膜する際に、図９に示すようにタングステン原料ガスであるＷＦ６ガスの供給と、還元ガスであるＢ２Ｈ６ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。なお、図９におけるパージ工程を表す凸部は、単にパージ工程を行うことを示しているに過ぎず、ガスのオンオフを示すものではない。実際、成膜の間、連続Ｎ２ガスが常時供給されており、パージ工程の際にフラッシュパージＮ２ガスが付加される。初期タングステン膜を成膜の際には、成膜ガスとして用いるＷＦ６ガス、および還元ガスとして用いるＢ２Ｈ６ガスの供給量、供給時間、ならびに成膜温度や圧力等の条件を調整して、初期タングステン膜をアモルファス化する。アモルファス層になるように条件設定する。還元ガスとしてＢ２Ｈ６ガスを用いることにより、アモルファスのタングステン膜が形成されやすい。
【００６５】
主タングステン膜をＡＬＤ法により成膜する場合には、図１０に示すようにタングステン原料ガスであるＷＦ６ガスの供給と、還元ガスであるＨ２ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。成膜の間、連続Ｎ２ガスが常時供給されており、パージ工程の際にフラッシュパージＮ２ガスが付加される。
【００６６】
以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。
１．イニシエーション処理
・温度（サセプタ温度）：３００〜５００℃
・処理容器内の圧力：３００〜９００Ｐａ
・５％Ｈ２希釈Ｂ２Ｈ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２ガス流量：２００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：１０〜１２０ｓｅｃ
【００６７】
２．初期タングステン膜成膜
・温度（サセプタ温度）：３００〜５００℃
・ＷＦ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・５％Ｈ２希釈Ｂ２Ｈ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・連続供給Ｎ２ガス流量：５００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・フラッシュパージＮ２ガス流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＷＦ６ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・Ｂ２Ｈ６ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・パージ（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・繰り返し回数：１〜５０回
【００６８】
３．主タングステン膜成膜
・温度（サセプタ温度）：３００〜５００℃
（より好ましくは３５０〜４５０℃）
・ＷＦ６ガス流量：５０〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２ガス流量：２０００〜５０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・連続供給Ｎ２ガス流量：５００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・フラッシュパージＮ２ガス流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＷＦ６ガス供給時間（１回あたり）：０．０５〜５ｓｅｃ
・Ｈ２ガス供給時間（１回あたり）：０．０５〜５ｓｅｃ
・パージ（１回あたり）：０．１〜５ｓｅｃ
・繰り返し回数：要求される膜厚に応じて適宜設定
【００６９】
（第２の例）
本例では、図１１に示すように、Ｂ２Ｈ６ガス＋ＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６ガス＋ＳｉＨ４ガス＋Ｈ２ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＢ２Ｈ６ガス＋ＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６ガス＋ＳｉＨ４ガス＋Ｈ２ガスを用いて、ＡＬＤ法によりアモルファスの初期タングステン膜を成膜し、その上に第１の例と同様の手法で、ＡＬＤ法により主タングステン膜を成膜する。
【００７０】
本例では、初期タングステン膜をＡＬＤ法により成膜する際に、図１２に示すように、成膜ガスであるＷＦ６ガスの供給と、還元ガスであるＢ２Ｈ６ガスおよびＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６およびＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。そして、供給量、供給時間、ならびに成膜温度や圧力等の条件を調整して、初期タングステン膜をアモルファス化する。初期タングステン膜を成膜する際に、還元ガスとしてＢ２Ｈ６ガスおよびＳｉＨ４ガス、またはＢ２Ｈ６およびＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを用いることにより、アモルファス化しやすくなる。
【００７１】
以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。なお、主タングステン膜の条件は第１の例と同じなので省略する。
１．イニシエーション処理
・温度（サセプタ温度）：３００〜５００℃
・処理容器内の圧力：３００〜９００Ｐａ
・５％Ｈ２希釈Ｂ２Ｈ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＳｉＨ４ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２ガス流量：２００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：１０〜１２０ｓｅｃ
【００７２】
２．初期タングステン膜成膜
・温度（サセプタ温度）：３００〜５００℃
・ＷＦ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・５％Ｈ２希釈Ｂ２Ｈ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＳｉＨ４ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２ガス流量：５０〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・連続供給Ｎ２ガス流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・フラッシュパージＮ２ガス流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＷＦ６ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・Ｂ２Ｈ６ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・ＳｉＨ４ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・Ｈ２ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・パージ（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・繰り返し回数：１〜５０回
【００７３】
［成膜方法の第２の実施形態］
次に、成膜方法の第２の実施形態について説明する。
図１３は第２の実施形態のフローチャート、図１４は第２の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【００７４】
まず、最初に、図１４の（ａ）のように、第１の実施形態と同様、ＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜２０１の上に、表面のバリア層としてＴｉＮ膜２０２が形成されたウエハを準備し、成膜装置１００のチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（ステップ１１）。なお、層間絶縁膜２０１には実際にはトレンチやホール（コンタクトホールまたはビアホール）等の凹部が形成されているが、便宜上図１４では凹部を省略している。
【００７５】
次いで、チャンバー１内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ２内のヒーター２１によりサセプタ２上のウエハＷを所定温度に加熱しつつ、ウエハ表面に、例えばＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを供給して、図１４の（ｂ）に示すように、核２０３を吸着させるイニシエーション処理を行う（ステップ１２）。イニシエーション処理は次の初期タングステン膜を形成しやすくする処理であるが、必須ではない。
【００７６】
次いで、処理ガス供給機構５から、チャンバー１へ、ＷＦ６ガスと、還元ガス（ＳｉＨ４ガス等）とを、チャンバー１のパージを挟んでシーケンシャルに供給する手法、例えば、ＷＦ６ガスと、還元ガスとを、チャンバー１のパージを挟んで複数回繰り返して供給するＡＬＤ法により、初期タングステン膜２０４ａを成膜する（ステップ１３、図１４の（ｃ））。本実施形態では、この初期タングステン膜２０４ａは、結晶層として形成される。初期タングステン膜２０４ａの膜厚は、０．５〜５ｎｍであることが好ましい。
【００７７】
次いで、初期タングステン膜２０４ａの表面に、核形成のための物質を含むガス、例えばＢ２Ｈ６ガスを含むガスを吸着させアモルファス層２０６を形成する（ステップ１４、図１４の（ｄ）。アモルファス層２０６は、その下の初期タングステン膜２０４ａの表面が覆われれば十分であり、その膜厚は０．５〜５ｎｍが好ましい。
【００７８】
次いで、アモルファス層２０６の上に主タングステン膜２０５を成膜する（ステップ１５、図１４の（ｅ））。主タングステン膜２０５は、第１の実施形態と同様に、シーケンシャルにガスを供給する手法、例えばＡＬＤ法により成膜する。
【００７９】
このように、主タングステン膜２０５の成膜に先立ってアモルファス層２０６を成膜することにより、主タングステン膜２０５の成膜が容易となるとともに、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。
【００８０】
また、タングステン膜２０５をＡＬＤ法等のシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。
【００８１】
次に、本実施形態の具体例について説明する。
本例では、図１５に示すように、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＳｉＨ４ガスを用いて、ＡＬＤ法により初期タングステン膜を成膜し、その上にＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスによりアモルファス層を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＨ２ガスを用いて、ＡＬＤ法により主タングステン膜を成膜する。
【００８２】
イニシエーション処理の際には、初期タングステン膜がＴｉＮ膜上に成長しやすくなるように、初期タングステン膜の成膜の際に還元ガスとして用いるＳｉＨ４ガスを核生成のガスとして用いる。
【００８３】
また、初期タングステン膜をＡＬＤ法により成膜する際には、タングステン原料ガスであるＷＦ６ガスの供給と、還元ガスであるＳｉＨ４ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す。これにより、結晶層の初期タングステン膜が形成される。
【００８４】
アモルファス層の成膜は、初期タングステン膜の表面にイニシエーション処理と同様の核生成処理を長時間行うことにより、核となる物質の膜を形成するものであり、Ｂ２Ｈ６ガスとＨ２ガスを用いることにより、核となる物質であるＢがアモルファスボロン膜として形成される。
【００８５】
ここで、Ｂ２Ｈ６ガスを用いてアモルファスボロン膜を形成するには例えば以下の方法がある。
成膜温度４００，４５０，５００℃、成膜圧力５００Ｐａ
５％ Ｈ２希釈Ｂ２Ｈ６ガス流量  １００ｓｃｃｍ
連続供給Ｎ２ガス流量  ６０００ｓｃｃｍ
保持時間  ２０，６０ｓｅｃ
で、基板を処理したところ、ＸＲＦのＢ強度は
４００℃  ２０，６０ｓｅｃで  ０．８０５７，０．８１５１ｋｃｐｓ
４５０℃  ２０，６０ｓｅｃで  ０．８０７４，２．０３８８ｋｃｐｓ
５００℃  ２０，６０ｓｅｃで  ０．９２７１，３．９０５ｋｃｐｓ
であり、これらの強度をボロンＳＥＭ膜厚に換算すると
４００℃は、２０，６０ｓｅｃともにほぼ０ｎｍ
４５０℃  ２０ｓｅｃはほぼ０ｎｍ、６０ｓｅｃは６．９ｎｍ
５００℃  ２０ｓｅｃは０．４ｎｍ、６０ｓｅｃは１７．８ｎｍ
となった。
４５０℃  ６０ｓｅｃの膜の結晶性をＸＲＤで評価するとブロードなピークが得られ、アモルファスであることがわかった。
５％ Ｈ２希釈Ｂ２Ｈ６ガスをこのような条件で基板に供給することで、その温度、供給時間を制御して所望の厚さのアモルファスボロン膜を得ることができる。
【００８６】
以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。なお、イニシエーション処理の条件は第１の実施形態の第２の例と同じであり、また主タングステン膜成膜の条件は第１の実施形態の第１の例と同じなので省略する。
【００８７】
１．初期タングステン膜成膜
・温度（サセプタ温度）：３５０〜５００℃
・ＷＦ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＳｉＨ４ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・連続供給Ｎ２ガス流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・フラッシュパージＮ２ガス流量：１０００〜１００００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・ＷＦ６ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・ＳｉＨ４ガス供給時間（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・パージ（１回あたり）：０．１〜１０ｓｅｃ
・繰り返し回数：１〜５０回
【００８８】
２．アモルファス層成膜
・温度（サセプタ温度）：３５０〜５００℃
・処理容器内の圧力：３００〜９００Ｐａ
・Ｂ２Ｈ６ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２ガス流量：２００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：１０〜１２０ｓｅｃ
【００８９】
［成膜方法の第３の実施形態］
次に、成膜方法の第３の実施形態について説明する。
図１６は第３の実施形態のフローチャート、図１７は第３の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【００９０】
まず、最初に、図１７の（ａ）のように、第１の実施形態と同様、ＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜２０１の上に、表面のバリア層としてＴｉＮ膜２０２が形成されたウエハを準備し、チャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置する（ステップ２１）。なお、層間絶縁膜２０１には実際にはトレンチやホール（コンタクトホールまたはビアホール）等の凹部が形成されているが、便宜上図１７では凹部を省略している。
【００９１】
次いで、チャンバー１内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ２内のヒーター２１によりサセプタ２上のウエハＷを所定温度に加熱しつつ、ＴｉＮ膜２０２の表面に、例えばＳｉＨ４ガスを含むガスを供給して吸着させ、アモルファス層２０７を形成する（ステップ２２、図１７の（ｂ））。アモルファス層２０７は、その下のＴｉＮ膜２０２の表面が覆われれば十分であり、その膜厚は０．５〜５ｎｍが好ましい。
【００９２】
次いで、サセプタ２の加熱温度を維持したまま、アモルファス層２０７の上に主タングステン膜２０５を成膜する（ステップ２３、図１７の（ｃ））。主タングステン膜２０５は、第１の実施形態と同様に、シーケンシャルにガスを供給する手法、例えばＡＬＤ法により成膜する。
【００９３】
このように、主タングステン膜２０５の成膜に先立ってアモルファス層２０７を成膜することにより、主タングステン膜２０５の成膜が容易となるとともに、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。
【００９４】
また、タングステン膜２０５をＡＬＤ法等のシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。
【００９５】
さらに、初期タングステン膜が不要になるため、工程をシンプルにすることができる。
【００９６】
次に、本実施形態の具体例について説明する。
本例では、図１８に示すように、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスによりアモルファス層を成膜し、その上に上述したように成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＨ２ガスを用いて、ＡＬＤ法により主タングステン膜を成膜する。
【００９７】
アモルファス層の成膜は、ＴｉＮ膜の表面にイニシエーション処理と同様の核生成処理を長時間行うことにより、核となる物質の膜を形成するものであり、ここではＳｉＨ４ガスとＨ２ガスを用いることにより、核となる物質であるＳｉがアモルファスシリコン膜として形成される。
【００９８】
以下、本例における各工程の好ましい条件について説明する。なお、主タングステン膜成膜の条件は第１の実施形態の第１の例と同じなので省略する。
【００９９】
１．アモルファス層成膜
・温度（サセプタ温度）：３００〜５００℃
・処理容器内の圧力：３００〜９００Ｐａ
・ＳｉＨ４ガス流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ２ガス流量：０〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：１０〜１２０ｓｅｃ
【０１００】
［成膜方法の第４の実施形態］
次に、成膜方法の第４の実施形態について説明する。
図１９は第４の実施形態のフローチャート、図２０は第４の実施形態の各工程を示す工程断面図である。
【０１０１】
まず、最初に、図２０の（ａ）のようにＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜２０１が形成されたウエハに対して、別個の装置により、層間絶縁膜２０１の上に表面のバリア層として、アモルファス層であるＴｉＳｉＮ膜２０８を形成する（ステップ３１）。なお、層間絶縁膜２０１には実際にはトレンチやホール（コンタクトホールまたはビアホール）等の凹部が形成されているが、便宜上図２０では凹部を省略している。
【０１０２】
次いで、ＴｉＳｉＮ膜２０８が形成されたウエハをチャンバー１内に搬入し、サセプタ２上に載置し、次いで、チャンバー１内を所定の減圧雰囲気にし、サセプタ２内のヒーター２１によりサセプタ２上のウエハＷを所定温度に加熱しつつ、ウエハの表面に、例えば、ＳｉＨ４ガス、もしくはＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガス、またはＢ２Ｈ６ガス、もしくはＢ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを通流させることにより、図２０の（ｂ）に示すように、核２０３を吸着させるイニシエーション処理を行う（ステップ３２）。イニシエーション処理は次の主タングステン膜を形成しやすくする処理であるが、下地のアモルファス層であるＴｉＳｉＮ膜２０８の表面活性を維持する観点から、イニシエーション処理と主タングステン膜２０５の成膜は下地ＴｉＳｉＮ膜２０８の形成とｉｎ−ｓｉｔｕで行う必要がある。ただし、イニシエーション処理は必須ではない。
【０１０３】
次いで、アモルファス層であるＴｉＳｉＮ膜２０８の上に主タングステン膜２０５を成膜する（ステップ３３、図２０の（ｃ））。主タングステン膜２０５は、第１の実施形態と同様に、シーケンシャルにガスを供給する手法、例えばＡＬＤ法により成膜する。
【０１０４】
このように下地膜のバリア層をアモルファス層であるＴｉＳｉＮ膜２０８とすることにより、その上に主タングステン膜２０５を成膜する際に、タングステンの核の数を少なくして結晶粒径を大きくすることができ、タングステン膜を低抵抗化することができる。
【０１０５】
また、タングステン膜２０５をＡＬＤ法等のシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜することにより、高ステップカバレッジで成膜することができるので、微細で高アスペクト比の凹部に対しても、良好な埋め込み性を得ることができる。
【０１０６】
さらに、アモルファス層である下地膜の上に、要すればイニシエーション処理を介して、主タングステン膜２０５を成膜するので、初期タングステン膜が不要であり、工程をシンプルにすることができる。
【０１０７】
なお、主タングステン膜２０５の下地となるアモルファス層としては、ＴｉＳｉＮ膜以外種々のものを用いることができ、例えば有機モリブデン膜を原料としてＣＶＤまたはＡＬＤにより成膜されたアモルファスモリブデン膜を挙げることができる。
【０１０８】
次に、本実施形態の具体例について説明する。
本例では、図２１に示すように、アモルファス層であるＴｉＳｉＮ膜２０８を形成した後、その上に、ｉｎ−ｓｉｔｕでＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスによりイニシエーション処理を行い、次いで、ｉｎ−ｓｉｔｕで、上述したようにして成膜ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＨ２ガスを用いて、ＡＬＤ法により主タングステン膜を成膜する。なお、イニシエーション処理の条件は、第１の実施形態の第２の例と同じであり、また主タングステン膜成膜の条件は第１の実施形態の第１の例と同じである。
【０１０９】
＜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。
【０１１０】
例えば、上記実施形態では、主タングステン膜をＡＬＤ法のようなシーケンシャルにガスを供給する手法により成膜する例を示したが、本発明は、主タングステン膜をＣＶＤ法により成膜する場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１１１】
また、上記実施形態では、主タングステン膜の下地となる膜をアモルファス層としたいくつかの例を示したが、アモルファス層の材料等はこれらの例に限定されるものではない。
【０１１２】
さらに、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】
【０１１３】
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、２１；ヒーター、５１；ＷＦ６ガス供給源、５２；Ｈ２ガス供給源、５３；ＳｉＨ４ガス供給源、５４；Ｂ２Ｈ６ガス供給源、５５；第１Ｎ２ガス供給源、５６；第２Ｎ２ガス供給源、６１；ＷＦ６ガス供給ライン、６２；Ｈ２ガス供給ライン、６３；ＳｉＨ４ガス供給ライン、６４；Ｂ２Ｈ６ガス供給ライン、６５；第１Ｎ２ガス供給ライン、６６；第２Ｎ２ガス供給ライン、６７；第１連続Ｎ２ガス供給ライン、６８；第１フラッシュパージライン、６９；第２連続Ｎ２ガス供給ライン、７０；第２フラッシュパージライン、７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９；開閉バルブ、１００；成膜装置、２０１；層間絶縁膜、２０２；ＴｉＮ膜、２０３；核、２０３ａ；吸着物、２０４；初期タングステン膜（アモルファス層）、２０４ａ；初期タングステン膜、２０５；主タングステン膜、２０６，２０７；アモルファス層、２０８；ＴｉＳｉＮ膜（アモルファス層）、Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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】
2018021014.tif 000022
【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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