(57)【要約】金属膜の形成方法は、少なくとも１つは金属を含む複数種の原料ガスを順に下地バリア膜（３）に供給する工程（ｓ１３、ｓ１５）（ａ）と、工程（ａ）の前記原料ガスを真空排気、または工程（ａ）の前記原料ガスを夫々供給した後にその他のガスによって工程（ａ）の前記原料ガスを置換する工程（ｓ１４、ｓ１６）（ｂ）を含み、これによって、下地バリア膜（３）上に金属極薄膜（５）を形成することを特徴とする。
2004514289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つは金属を含む複数種の原料ガスを順に下地バリア膜（３）に供給する工程（ｓ１３、ｓ１５）（ａ）と、
工程（ａ）の前記原料ガスを真空排気、または工程（ａ）の前記原料ガスを夫々供給した後にその他のガスによって工程（ａ）の前記原料ガスを置換する工程（ｓ１４、ｓ１６）（ｂ）を含み、
これによって、下地バリア膜（３）上に金属極薄膜（５）を形成することを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属膜の形成方法において、
前記工程（ａ）および（ｂ）を繰り返して、下地バリア膜（３）上に金属極薄膜（５）を形成することを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の金属膜の形成方法は更に、
前記金属極薄膜（５）を核付け層として利用して、前記金属極薄膜（５）上に主金属膜（６）を形成する工程（ｓ１８）（ｃ）を含むことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項４】
請求項３記載の金属膜の形成方法において、
前記主金属膜（６）は、基板に設けられ下地バリア膜（３）を含むホール（２）内に形成され、これによって金属配線部が形成されることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１記載の金属膜の形成方法において、
前記金属はタングステンを含むことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の金属膜の形成方法において、
前記金属はタングステンを含み、前記下地バリア膜（３）上に形成される前記金属極薄膜（５）の膜厚は、０．２ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下であることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項７】
請求項５記載の金属膜の形成方法において、
前記下地バリア膜（３）は有機Ｔｉ化合物を含むＴｉＮから成り、
前記金属を含む前記原料ガスはＷＦ６ ガスであり、かつ、
前記その他の原料ガスはＳｉＨ４ ガスであることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の金属膜の形成方法において、
前記ＷＦ６ ガスは、５Ｐａ ｓｅｃ 以上１０ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項９】
請求項７記載の金属膜の形成方法は更に、
前記下地バリア膜（３）上に前記タングステン極薄膜（５）を形成する前処理として、ＳｉＨ４ を供給させる工程（ｄ）を含むことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項１０】
請求項９記載の金属膜の形成方法において、
前記ＳｉＨ４ は１ｋＰａ ｓｅｃ 以上２５ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項１１】
請求項７記載の金属膜の形成方法において、
前記主金属膜（６）は、基板に設けられ下地バリア膜（３）を含むホール（２）内に形成され、これによって金属配線部が形成され、
前記基板の温度が、１５０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項１２】
請求項７記載の金属膜の形成方法において、
前記主金属膜（６）は、基板に設けられ下地バリア膜（３）を含むホール（２）内に形成され、これによって金属配線部が形成され、
前記基板の温度が、３５５℃以上５００℃以下であることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の金属膜の形成方法において、
前記主金属膜（６）は、基板に設けられ下地バリア膜（３）を含むホール（２）内に形成され、これによって金属配線部が形成され、
前記ＳｉＨ４ ガスは、１３Ｐａ ｓｅｃ 以上１０ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の金属膜の形成方法において、
前記主金属膜（６）は、基板に設けられ下地バリア膜（３）を含むホール（２）内に形成され、これによって金属配線部が形成され、
前記ＳｉＨ４ ガスは、４０Ｐａ ｓｅｃ 以上１０ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されることを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項１５】
基材に形成されると共に内壁に下地バリア膜を有するホール内に埋めこまれる金属配線部を形成する半導体製造装置であって、
少なくとも１つは金属を含む複数種の原料ガスを順に下地バリア膜（３）に供給する手段（２８、３２）と、
前記原料ガスを真空排気、または前記原料ガスを夫々供給した後にその他のガスによって前記原料ガスを置換し、これによって、下地バリア膜（３）上に金属極薄膜（５）を形成する手段（２２、２４）と、
前記金属極薄膜（５）を核付け層として、前記金属極薄膜（５）上に主金属膜（６）を形成する手段（６０）とを含むことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、一般的には金属配線の形成方法及び金属配線形成用半導体製造装置に係り、特に半導体ウエハ等の被処理体に形成された凹凸部の穴埋めに用いられる金属配線の形成方法及び金属配線形成用半導体製造装置に関する。
【０００２】
［発明の背景］
一般に半導体集積回路の製造工程では、被処理体である半導体ウエハ表面に成膜処理、酸化拡散処理、エッチング処理等の各種の処理が繰り返し行われる。この半導体集積回路の製造工程の途中におけるコンタクトホールやスルーホール等の凹凸部が形成される。凹凸部の穴埋めには、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）による金属タングステン膜が多用される傾向にある。化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）による金属タングステン膜は、被覆性に優れ、断線が生じにくく、比較的成膜が容易で、比抵抗も小さい。
【０００３】
この金属タングステンの成膜方法として、タングステン含有原料ガスとしてＷＦ６ガス、還元ガスとしてＨ２ガスを供給し、４００〜４５０℃の温度下で、主としてＴｉＮ膜を下地として、ＷＦ６をＨ２で還元して金属タングステンを成膜する方法が一般的である。
【０００４】
物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）やＣＶＤ法で形成したＴｉＮが、以下の理由から一般に下地として用いられる。第一に、ウエハ表面全体に均一にタングステンを成膜させる必要がある、これは、Ｈ２還元法で形成される金属タングステンは、一般に金属表面と絶縁物表面とで成膜速度が異なるからである。第二に、タングステンの原料であるＷＦ６が、下層の配線などを侵食することを防止するバリアとして必要だからである。
【０００５】
ここで、従来の金属タングステン層の形成を例にとって説明する。
【０００６】
金属タングステン層の形成する際、初めからＣＶＤ法により膜形成を行おうとすると、膜付きが悪く、インキュベーションタイムが長くなる傾向にある。これを防止するために、最初は原料ガスであるＷＦ６ガスと、還元ガスとしてＨ２ガス、ＳｉＨ４ガスなどを少量ずつ流してウエハ表面に結晶種となるタングステンの核付け層を成長させている。次に、上記原料ガスや還元ガスを多量に流して、上記核付け層を種としてタングステン膜を高い成長速度で成長させている。このようにして、所望の厚さのタングステン膜を得ている。
【０００７】
図１は、上記成膜工程における時間と膜厚の関係を示したグラフである。前処理後に核付け層形成工程が行われる。この核付け層形成工程に入っても、しばらくは膜が付着しないインキュベーションタイムＴ１が存在する。また、核付け層形成工程から主タングステン膜形成工程に入ったときも、しばらくは膜が付着しないインキュベーションタイムＴ２が存在する。そして、主タングステン膜形成工程において多量のタングステン膜が形成される。
【０００８】
ところで、現在、半導体集積回路の微細化、高集積化が進んだ結果、コンタクトホールやビアホールなどスルーホールの埋めこみがますます困難になっている。図２に示すように、特に上層配線間に用いられるビアホール２に関しては、下地バリア膜は、ＰＶＤ法では、必要な被覆性が得られず、有機Ｔｉソースを原料としたＣＶＤ膜で、プラズマ処理により改質したＭＯ−ＴｉＮ膜３を用いるのが主流である。ＰＶＤ法では、必要な被覆性が得られない。このプラズマ処理には、有機物を原料としていることに由来して、不純物Ｃ（カーボン）が、成膜後に膜中に残留する。成膜後、プラズマでカーボンをたたきだし、膜の純度、密度を上げることが出来る。
【０００９】
従来、ＰＶＤ−ＴｉＮ膜やＴｉＣｌ４をソースとした無機系ＣＶＤ−ＴｉＮ膜に対してＣＶＤ−Ｗ成膜が行われていた。図３に示すように、ホールの上部平坦面および底部には、プラズマが到達し十分に改質処理されているので、良質なタングステン膜がＣＶＤ−Ｗ成膜によって下地バリア膜に形成される。しかし、プラズマの根本的な性質として、ホール側壁にはプラズマが到達しにくい。従って、改質がどうしても不充分になるので、その上へのタングステンの成膜が困難である。よって、たとえタングステン膜が形成されても粗悪なタングステン膜になったり、埋めこみが不充分になってしまう。
【００１０】
［発明の概要］
本発明は、半導体集積回路の製造工程の被処理体に形成された凹凸部に金属配線を形成する新規かつ有用な方法及び金属配線形成用半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
より具体的には、下地バリア膜が不純物を含むＭＯ−ＴｉＮである場合にも、良好にタングステンの埋めこみを行なうことができる金属配線の形成方法及び金属配線形成用半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の別の目的は、少なくとも１つは金属を含む複数種の原料ガスを順に下地バリア膜に供給する工程（ａ）と、工程（ａ）の前記原料ガスを真空排気、または工程（ａ）の前記原料ガスを夫々供給した後にその他のガスによって工程（ａ）の前記原料ガスを置換する工程（ｂ）を含み、これによって、下地バリア膜（３）上に金属極薄膜（５）を形成することを特徴とする金属膜の形成方法を提供することにある。工程（ａ）および（ｂ）を繰り返してもよい。
【００１３】
当該金属膜の形成方法は更に、前記金属極薄膜を核付け層として利用して、前記金属極薄膜上に主金属膜を形成する工程（ｃ）を含んでもよい。
【００１４】
前記主金属膜は、基板に設けられ下地バリア膜を含むホール内に形成され、これによって金属配線部が形成されてもよい。
【００１５】
前記金属はタングステンを含み、下地バリア膜上に形成される金属極薄膜の膜厚は、０．２ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下であってもよい。
【００１６】
前記下地バリア膜は有機Ｔｉ化合物を含むＴｉＮから成り、前記金属を含む前記原料ガスはＷＦ６ ガスであり、かつ、前記その他の原料ガスはＳｉＨ４ ガスであってもよい。ＷＦ６ ガスは、５Ｐａ ｓｅｃ 以上１０ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されてもよい。
【００１７】
下地バリア膜（３）上にタングステン極薄膜（５）を形成する前処理として、ＳｉＨ４ を供給させる工程（ｄ）を含んでもよい。ＳｉＨ４ は１ｋＰａ ｓｅｃ 以上２５ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されてもよい。
【００１８】
主金属膜は、基板に設けられ下地バリア膜を含むホール内に形成され、これによって金属配線部が形成され、基板の温度が、１５０℃以上３５０℃以下であってもよい。主金属膜は、基板に設けられ下地バリア膜を含むホール内に形成され、これによって金属配線部が形成され、ＳｉＨ４ ガスは、１３Ｐａ ｓｅｃ 以上１０ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されてもよい。
【００１９】
主金属膜は、基板に設けられ下地バリア膜を含むホール内に形成され、これによって金属配線部が形成され、基板の温度が、３５５℃以上５００℃以下であってもよい。主金属膜（６）は、基板に設けられ下地バリア膜（３）を含むホール（２）内に形成され、これによって金属配線部が形成され、ＳｉＨ４ ガスは、４０Ｐａ ｓｅｃ 以上１０ｋＰａ ｓｅｃ以下の範囲で供給されてもよい。
【００２０】
上記の発明によれば、下地バリア膜上にタングステン極薄膜を形成する際、タングステン形成するための複数種の原料ガスを１種類ずつ複数回にわたり供給している。従って、タングステン極薄膜をホール内に良好な状態で確実に形成することができる。よって、このタングステン極薄膜を核付け層として主タングステン膜を形成することにより、微細なホールであっても埋め込み性良く確実に主タングステン膜を形成することができる。
【００２１】
本発明の別の目的は、基材に形成されると共に内壁に下地バリア膜を有するホール内に埋めこまれる金属配線部を形成する半導体製造装置であって、少なくとも１つは金属を含む複数種の原料ガスを順に下地バリア膜に供給する手段と、前記原料ガスを真空排気、または前記原料ガスを夫々供給した後にその他のガスによって前記原料ガスを置換し、これによって、下地バリア膜上に金属極薄膜を形成する手段と、前記金属極薄膜を核付け層として、前記金属極薄膜上に主金属膜を形成する手段とを含むことを特徴とする半導体製造装置を提供することにある。
【００２２】
［発明の最良の実施の形態］
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。各図面中、同一または実質的に同一の部分については、同じ番号を付す。
【００２３】
本発明の発明者は、ビアホール２内に、下地バリア膜として、不純物を含むＭＯ−ＴｉＮ膜３が形成されていたとしてもＣＶＤ法によりタングステンを良好に埋めこむ方法を得る実験を重ねた。その結果、図４に示すように、ＣＶＤ法によりタングステンを埋めこむ前に、被覆性の良いタングステンの極薄膜５を形成した場合には、全体として良好な埋めこみ性を示すタングステン配線が形成されることを見出した。発明者はまた、図５に示すように、タングステンの極薄膜５を核付け層として主タングステン膜６を成膜することを見出した。
【００２４】
発明者は更に、タングステン極薄膜５の形成として、以下の方法により良好な被覆性を達成できることを見出した。先ず、原料ガス例えばＷＦ６やＳｉＨ４を１種類ずつ供給する。互いに反応する可能性のある異種の原料ガスを順番に供給して、即ち、ＷＦ６とＳｉＨ４を順に供給して、真空引きをするか、Ａｒ、Ｎ２、Ｈ２などの他のガスによる置換を行う方法を採用する。
【００２５】
即ち、ＷＦ６ガスがホールの底まで十分到達する。成膜対象表面に当該ガスが吸着される。そして、真空排気または置換により、その温度と圧力で決まる均一な厚さの吸着層のみを形成する。余剰なＷＦ６が除去された後に、ＳｉＨ４ガスが供給され、吸着した分のＷＦ６のみがＳｉＨ４と反応してタングステン層が形成される。本発明によれば、ホールの底部のみならず上部でも原料ガスが消費される。従って、非常に良好な被覆性を得ることができた。
【００２６】
図６は本発明のタングステン配線の形成方法を実施するための真空処理装置を示す概略構成図である。まず、本発明方法を実施するための真空処理装置について説明する。
【００２７】
この真空処理装置５０は、処理容器６０を有する。処理容器６０は、例えばアルミニウム等により形成され円筒形状を有する。この処理容器６０内には、処理容器底部より起立させた円筒状のリフレクタ７が設けられている。このリフレクタ７の上には、Ｌ字状の保持部材８が設けられている。保持部材８の上面には、被処理体として半導体ウエハＷを載置するための載置台１０が設けられる。この載置台１０は、例えば厚さ数ｍｍ程度のカーボン素材、ＡｌＮなど、熱伝導性の良い材料で構成される。
【００２８】
この載置台１０の真下の処理容器６０の底部には、石英よりなる透過窓１２が気密に設けられている。透過窓１２の下方には、透過窓１２を囲むようにして箱状の加熱室１４が設けられる。この加熱室１４には、複数個の加熱ランプ１６が反射鏡も兼ねる回転台１８に取り付けられており、この回転台１８は、回転モーター２０によって回転される。従って、この加熱ランプ１６により放出された熱線は、透過窓１２を透過して載置台１０の下面を照射する。よって、載置台１０の上のウエハＷを間接的に加熱される。
【００２９】
処理容器６０の底部周辺部には、排気口２２が設けられている。排気口２２には図６には図示しない真空ポンプに接続された排気通路２４が接続されている。よって、処理容器６０内を真空引きできるようになっている。また、処理容器６０の側壁にはゲートバルブ２６が設けられる。ゲートバルブ２６は、ウエハを搬出入する際に開閉される。
【００３０】
一方、上記載置台１０と対向する処理容器天井部には、原料ガス等を処理容器６０内へ導入するシャワーヘッド部２８が設けられている。シャワーヘッド部２８は、多数のガス噴出孔３０が設けられている射出面２８Ａを有する。シャワーヘッド部２８は更に、ガス導入口３２を有する。ガス導入口３２は、成膜処理等に必要な原料ガス等を供給するガス供給系が接続されている。具体的には、ＷＦ６、ＳｉＨ４、Ａｒ、Ｎ２、Ｈ２の各ガス源がガス導入口３２に接続されている。
【００３１】
各ガス源の配管には、流量制御器としてのマスフローコントローラー３４及び２個の開閉弁３６、３８が設けられている。開閉弁３６、３８の間には、マスフローコントローラー３４が設けられている。よって、各ガスの流量制御及び供給の有無の選択を行うことが出来る。各ガスは所定量ずつ、単独あるいは混合してこれらガス源からシャワーヘッド部２８へ供給される。その後、下面のガス噴出孔３０から処理容器６０内へ略均等に供給される。同時に、排気口２２から処理容器６０の内部雰囲気を所定の排気速度で吸引排気することにより、処理容器６０内を所定の真空度に保持することができる。
【００３２】
次に、以上のように構成された装置を用いて行われる本発明方法の一実施例について図２、４、５、７を用いて説明する。図７は、本実施例におけるタングステン配線膜の形成方法を処理工程順に示すフローチャートである。図２は、従来法および本発明によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜前のビアホールの構造を示す断面図である。図４は、本発明によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜途中のビアホールの構造を示す断面図である。図５は、本発明によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜後のビアホールの構造を示す断面図である。
【００３３】
ステップ１０では、処理容器６０の側壁に設けたゲートバルブ２６を開き、図６には図示しない搬送アームを用いて、処理容器６０内にウエハＷを搬入する。この際、予め加熱ランプ１６を所定の温度、例えばウエハＷが３００℃となるようにセットしておき、所定の温度に加熱された載置台１０にウエハＷを載置する。なお、図２に示すようにこのウエハＷの表面には、ビアホール２とＭＯ−ＴｉＮによる下地バリア膜３が形成されている。
【００３４】
ステップ１０に続くステップ１１では、ＡｒあるいはＮ２をガス源からシャワーヘッド部２８へ供給する。処理容器６０を所定の圧力、例えば４００Ｐａに保持して、内部を排気する。よって、ウエハＷに載置台１０の熱を伝導し、ウエハＷは昇温する。
【００３５】
ステップ１１に続くステップ１２では、ガス供給を停止する。処理容器６０の内部が例えば１０Ｐａ以下になるまで処理容器６０を真空排気する。
【００３６】
ステップ１２に続くステップ１３では、ＷＦ６ガスに若干のＡｒ，Ｎ２を混合したものをシャワーヘッド部２８へ供給しつつ、処理容器６０を所定の圧力に保持排気する。それによって、ウエハＷ上に略均等にＷＦ６を１５０Ｐａ ｓｅｃとなるように供給する。
【００３７】
ステップ１３に続くステップ１４では、ガス供給を停止して、処理容器６０内が例えば１０Ｐａ 以下になるまで処理容器６０を真空排気する。この工程において、ウエハＷのビアホールの上面、側面、底面に渡って、この温度と圧力で決まる均一な厚さのＷＦ６の吸着層のみが残留する。
【００３８】
ステップ１４に続くステップ１５では、ＳｉＨ４ガスに若干のＡｒ，Ｎ２ を混合したものをシャワーヘッド部２８へ供給しつつ、処理容器６０を所定の圧力に保持排気する。それによって、ウエハＷ上に略均等にＳｉＨ４ を７０Ｐａ ｓｅｃ となるように供給する。この工程において、ステップ１４で残留した均一な厚さのＷＦ６ の吸着層がＳｉＨ４ によって還元され、分子層レベルのタングステン膜（Ｗ膜）が形成される。
【００３９】
ステップ１５に続くステップ１６では、ガス供給を停止して、処理容器６０内が例えば１０Ｐａ 以下になるまで処理容器６０を真空排気する。
【００４０】
ステップ１７に示すように、上記したステップ１３からステップ１６までの処理を、図４に示すように所望の厚さ、例えば１ｎｍのタングステン極薄膜５が得られるまで所定の回数、例えば１７サイクル繰り返す。
【００４１】
上記のように所定の厚さのタングステン極薄膜５が形成されると、続くステップ１８では、主タングステン膜６を成膜する。主タングステン膜６は、タングステン極薄膜５を核付け層として、図５に示すように通常のＣＶＤ法で形成する。主タングステン膜６の成膜が終了すると、ステップ１９において処理容器６０の側壁に設けたゲートバルブ２６を開いて、図６には図示しない搬送アームにより処理容器６０内からウエハＷを搬出する。
【００４２】
本発明の結果では、上記のステップ１９を経たウエハＷの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、径が０．２μｍ、深さが１μｍのビアホール内に欠陥なく良好な埋めこみが達成されていた。
【００４３】
以上、上記実施例においては、タングステン極薄膜５を形成する場合、ＷＦ６ とＳｉＨ４ の供給の間は、真空排気する例を示した。ここで、ＷＦ６ あるいはＳｉＨ４ ガスの供給を停止した後、パージを実施しても良い。例えば２００ｓｃｃｍ以上の大流量のＡｒ，Ｎ２ などの不活性ガス或いはＨ２ を供給し、処理容器６０内のＷＦ６ あるいはＳｉＨ４ を押し出すいわゆるパージを実施しても良い。
【００４４】
発明者の実験によれば、例えば、処理容器６０内を１０００Ｐａ、ウエハ温度を３５０℃に維持したままの状況で、以下のステップを経てパージしてもよい。即ち、ステップ１３でＷＦ６ ガスを３８Ｐａ ｓｅｃ、Ａｒガスを３８１６Ｐａ ｓｅｃ、Ｎ２ ガスを１１４５Ｐａ ｓｅｃ供給する。次に、ステップ１４でＡｒガスを２３０８Ｐａ ｓｅｃ、Ｎ２ ガスを６９２Ｐａ ｓｅｃ供給する。更に、ステップ１５で、ＳｉＨ４ ガスを１１２Ｐａ ｓｅｃ、Ａｒガスを３７５９Ｐａ ｓｅｃ、Ｎ２ ガスを１１２７Ｐａ ｓｅｃ供給する。次に、ステップ１６で、Ａｒガスを２３０８Ｐａ ｓｅｃ、Ｎ２ ガスを６９２Ｐａ ｓｅｃ供給する。そして、ステップ１７で、上述したステップ１３からステップ１６までの処理を６回繰り返したところ、厚さ７．０ｎｍのタングステン極薄膜が得られた。
【００４５】
Ｈ２は、特にタングステン極薄膜を酸化させたくない場合に有効である。また、真空排気−パージ−真空排気を１つのセットとして運用する場合、総成膜時間が長くなる問題はあるが、ＷＦ６ ガスあるいはＳｉＨ４ ガスの残留が除去されるという効果がある。
【００４６】
上記実施例においては、ウエハＷを処理容器６０内に載置後、タングステン極薄膜５を形成する場合、前処理を行わずにＷＦ６ 供給から始める例を示した。しかるに、ウエハＷを処理容器６０内に載置後、タングステン極薄膜５を成膜する前に、図１に示されるような前処理工程を設けても良い。
【００４７】
その前処理工程は、例えばウエハ表面にＳｉＨ４ ガスをフローさせることでも良い。例えば、ＳｉＨ４ガスを７０００Ｐａ ｓｅｃ 供給することで、タングステン極薄膜５を形成時のインキュベーションタイムＴ１ を減らすことができる。上記した前処理を行わない実施例においては、１ｎｍのタングステン極薄膜５を形成するために、ＷＦ６ とＳｉＨ４ の供給を１７サイクル実施した。１７サイクルのうち、１３サイクルはインキュベーションタイムＴ１ に相当するものであり、１３サイクル中にタングステン極薄膜５の成膜は見られない。そして、１４サイクル目から成膜が始まり、１７サイクルまでの４サイクルで実質的に１ｎｍのタングステン極薄膜が形成されている。
【００４８】
これに対し、前処理工程においてＳｉＨ４ ガスを７０００Ｐａ ｓｅｃ 供給することにより、インキュベーションタイムＴ１ に相当するサイクル数が１７サイクルから３サイクルへと大幅に短縮される。これにより、４サイクル目から成膜が始まるので、１ｎｍのタングステン極薄膜の形成に要するＷＦ６ とＳｉＨ４ の供給は、７サイクルに低減される。このように、前処理工程を入れることは、総成膜時間の大幅な低減につながって好適である。
【００４９】
このＳｉＨ４ ガスフローのＳｉＨ４ 量は、１ｋＰａ ｓｅｃ以上でインキュベーションタイム低減効果が認められた。ＳｉＨ４ ガスフローのＳｉＨ４ 量は、２５ｋＰａ ｓｅｃを超えると処理時間が長くなり過ぎてスループットを低めたり、ＳｉＨ４ 分圧が高くなり過ぎてパーティクルを発生させたりする。従って、ＳｉＨ４ ガスフローは、２５ｋＰａ ｓｅｃ以下が好ましい。
【００５０】
また、上記実施例においては、タングステン極薄膜を形成する条件として、ウエハ温度３００℃、ＷＦ６ ガス供給１５０Ｐａ ｓｅｃ、ＳｉＨ４ ガス供給７０Ｐａ ｓｅｃで、１サイクルあたりのＷの成膜量が０．２５ｎｍである例を示した。しかしながら、本発明者らが、このタングステン極薄膜５の形成方法として種々検討した結果、図８、９、１０に示すような以下の関係を見出した。
【００５１】
図８は、本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための核付け層であるタングステン極薄膜の１サイクルあたり成膜厚さとウエハ温度の関係を示すグラフである。ウエハ温度１５０℃から３５０℃の領域では、ウエハ温度にかかわらず、１サイクルあたりの成膜厚さは０．２３ｎｍから０．２８ｎｍの範囲で実質的に一定である。ウエハ温度３８０℃から５００℃の領域では、ウエハ温度にかかわらず、１サイクルあたりの成膜厚さは０．５５ｎｍから０．６ ｎｍの範囲で実質的に一定である。
【００５２】
これら２つの領域は、反応が原料の吸着を律速過程として進んでいることを示すものである。これら２つの領域は、制御性良く被覆性に優れたタングステン極薄膜を得られる領域として好適である。
【００５３】
発明者の実験によれば、ウエハ温度が３５５℃から５００℃の領域にある場合には、ウエハ温度が３８０℃から５００℃の領域ある場合と同様に、制御性良く被覆性に優れたタングステン極薄膜を得ることが出来ることがわかった。
【００５４】
図９は、本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための核付け層である。タングステン極薄膜の１サイクルあたり成膜厚さとＳｉＨ４の供給量の関係を示すグラフである。ウエハ温度１５０℃から３５０℃の領域の代表としてウエハ温度３００℃をまた、ウエハ温度３８０℃から５００℃の領域の代表としてウエハ温度４１０℃を持って、実験した結果を示してある。
【００５５】
図９より、ウエハ温度が１５０℃から３５０℃の場合は、ＳｉＨ４ 供給量６６Ｐａ ｓｅｃ 以上で、１サイクルあたり成膜厚さが飽和していることがわかる。また、ウエハ温度が３８０℃から５００℃の場合は、ＳｉＨ４ 供給量３３３Ｐａ ｓｅｃ 以上で、１サイクルあたり成膜厚さが飽和していることがわかる。これら２つの飽和領域は、反応が原料の吸着を律速過程として進んでいることを示すものである。これら２つの飽和領域では、制御性良く被覆性に優れたタングステン極薄膜を得ることが出来る。
【００５６】
発明者の実験によれば、ウエハ温度が１５０℃から３５０℃の場合は、ＳｉＨ４ 供給量１３Ｐａ ｓｅｃ 以上で、ウエハ温度が３８０℃から５００℃の場合は、ＳｉＨ４ 供給量４０Ｐａ ｓｅｃ 以上で、制御性良く被覆性に優れたタングステン極薄膜を得ることが出来ることが分かった。
【００５７】
また、図１０は、本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための核付け層であるタングステン極薄膜の１サイクルあたり成膜厚さとＷＦ６の供給量の関係を示すグラフである。ウエハ温度１５０℃から３５０℃の領域の代表としてウエハ温度３００℃をまた、ウエハ温度３８０℃から５００℃の領域の代表としてウエハ温度４１０℃を持って、実験した結果を示している。
【００５８】
図１０より、いずれもＷＦ６ 供給量１３３Ｐａ ｓｅｃ 以上で、１サイクルあたり成膜厚さが飽和している。この飽和領域は、反応が原料の吸着を律速過程として進んでいることを示すものであり、制御性良く、被覆性に優れた、タングステン極薄膜を得られる領域として好適である。
【００５９】
発明者の実験によれば、ＷＦ６ 供給量５Ｐａ ｓｅｃ 以上で、ＷＦ６ 供給量１３３Ｐａ ｓｅｃ 以上の場合と同様に、制御性良く被覆性に優れたタングステン極薄膜を得られることがわかった。
【００６０】
ＳｉＨ４ 供給量，ＷＦ６ 供給量の上限としては、１０ｋＰａ ｓｅｃを超えると１サイクルあたりに要する時間が長くなりすぎてスループットを低めたり、供給量が多すぎてチャンバー内に残留し易くなりガスの置換が難しくなる。このため、ＳｉＨ４ 供給量，ＷＦ６ 供給量の上限は１０ｋＰａ ｓｅｃ以下が好ましい。
【００６１】
本発明は、上述のタングステン極薄膜の厚さが１ｎｍの例に限られるものではない。タングステン極薄膜の厚さは、０．２ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲であることが望ましい。タングステン極薄膜の厚さが０．２ ｎｍ未満では、局所的に非常に薄い部分が存在するなどの理由により、核付け層としての役目を十分果たせない場合があり好ましくない。また２０．０ｎｍを超えると、核付け層としての機能に対しては問題無いが、総成膜時間を増大させ、スループットの低下を招く場合があり好ましくない。逆に０．２ｎｍから２０．０ｎｍの範囲であれば、核付け層として十分機能しつつ、スループットの深刻な低下をもたらさないので好適である。
【００６２】
尚、上記実施例では、ビアホール２にタングステン配線を形成する例について示したが、配線の材料はタングステンに限定されたものではなく、他の材料を用いた場合においても本発明を適用できることは勿論である。
【００６３】
本出願は、２０００年１１月１７日に出願された日本特許出願２０００−３５１７１６号に基づく優先権主張を伴うものであり、その全内容が参照される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のタングステン配線の形成方法を説明するためのタイムチャートと膜厚との関係を示すグラフである。
【図２】
従来法および本発明によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜前のビアホールの構造を示す断面図である。
【図３】
従来法によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜後のビアホールの構造を示す断面図である。
【図４】
本発明によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜途中のビアホールの構造を示す断面図である。
【図５】
本発明によるタングステン配線の形成方法を説明するための成膜後のビアホールの構造を示す断面図である。
【図６】
本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための真空処理装置を示す概略構成図である。
【図７】
本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するためのフローチャートである。
【図８】
本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための核付け層であるタングステン極薄膜の１サイクルあたり成膜厚さとウエハ温度の関係を示すグラフである。
【図９】
本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための核付け層であるタングステン極薄膜の１サイクルあたり成膜厚さとＳｉＨ４の供給量の関係を示すグラフである。
【図１０】
本発明によるタングステン配線の形成方法を実施するための核付け層であるタングステン極薄膜の１サイクルあたり成膜厚さとＷＦ６の供給量の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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