(57)【要約】【課題】  下地膜材料の制約を受けずに低抵抗なタングステン膜を形成可能な半導体製造装置及びそのタングステン膜を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  金属膜を成膜可能な半導体製造装置であって、基板を内部に載置し処理を行うことが可能な処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に前記金属膜の原料ガス及びプラズマ生成用ガスを供給するガス供給部と、前記プラズマ生成用ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により生成されたイオンを前記基板に衝突させるバイアス発生部とを備えた半導体製造装置。【選択図】  図１
2013182961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜を成膜可能な半導体製造装置であって、
基板を内部に載置し処理を行うことが可能な処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に前記金属膜の原料ガス及びプラズマ生成用ガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマ生成用ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部により生成されたイオンを前記基板に衝突させるバイアス発生部とを備えた半導体製造装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生部は平行平板型の電極によりプラズマを発生させることが可能な請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生部は誘導結合によりプラズマを発生させることが可能な請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
基板上に初期膜を形成する工程と、
前記初期膜が形成された前記基板をプラズマに晒し、前記プラズマにより生成されたイオンを前記初期膜に衝突させて前記初期膜表面に非晶質層を形成する工程と、
前記非晶質層上に金属膜を形成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。
【請求項５】
前記金属膜はＡＬＤ法により形成されることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施の形態は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴い、製造工程においては、被処理体である半導体ウェハ上に配線パターンやコンタクトとして金属材料を用いる技術の重要性がより高まってきている。一般的に用いられる金属材料としてはＷ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）、ＴｉＳｉ（チタンシリサイド）、Ｃｕ（銅）、Ｔａ２Ｏ５（タンタルオキサイド）等を挙げることが出来、これらを堆積させて薄膜を形成している。
【０００３】
上記した各種の金属及び金属化合物材料の内、比抵抗が小さく、膜付け温度も小さくて済む等の理由からタングステン膜が多用されている。タングステン膜は原料ガスとしてＷＦ６（六フッ化タングステン）を用い、これを水素、シラン、ジクロルシラン等により還元することにより形成することが出来る。
【０００４】
基板上にタングステン膜を形成する場合に、基板上に直接タングステン膜を成膜しようとすると初期の膜は微結晶のタングステン膜となるためその上に形成されるタングステン膜も小粒径のタングステン膜となり抵抗値が高くなってしまう。そのため下地層に非結晶層を形成し、その上にタングステン膜を成膜することで抵抗値の低い大粒径のタングステン膜を成膜することが出来る（例えば、特許文献１参照）がより抵抗値が低い膜の形成が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１６２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
下地膜材料の制約を受けずに低抵抗なタングステン膜を形成可能な半導体製造装置及びそのタングステン膜を有する半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による半導体製造装置は、金属膜を成膜可能な半導体製造装置であって、基板を内部に載置し処理を行うことが可能な処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に前記金属膜の原料ガス及びプラズマ生成用ガスを供給するガス供給部と、前記プラズマ生成用ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により生成されたイオンを前記基板に衝突させるバイアス発生部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る半導体製造装置を示す断面構成図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る別態様の半導体製造装置を示す断面構成図である。
【図３】本発明の第一の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する場合の製造フローを示した図である。
【図４】本発明の第一の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する場合の製造工程の一部を示した断面図である。
【図５】本発明の第一の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する場合の製造工程の一部を示した断面図である。
【図６】本発明の第一の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する場合の製造工程の一部を示した断面図である。
【図７】本発明の第二の実施形態による半導体製造装置の一例であるマルチチャンバー型成膜装置３０を模式的に示した上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の第一の実施形態に係る半導体製造装置を示す断面構成図である。図１に示すように、成膜装置１は、例えば断面が略円筒形状のアルミニウム製の処理チャンバー２を有している。この処理チャンバー２内の天井部には流量制御された処理ガスとして例えば各種の成膜ガスやキャリアガス、及びプラズマ生成用のガス等を、選択的に導入するためのシャワーヘッド部３がＯリング等のシール部材（図示せず）を介して設けられており、この下面に設けた多数のガス噴射口４から処理空間に向けて成膜ガスを噴射するようになっている。
【００１１】
なお、このシャワーヘッド部３内には、複数の拡散孔を有する１枚、或いは複数枚の拡散板を設けて、ここに導入されたガスの拡散を促進するようにした構造としても構わない。また、このシャワーヘッド部３はＲＦ電源５に接続されており、処理空間内にプラズマを生成する際の上部電極として用いることが出来る。
【００１２】
処理チャンバー２内には、処理チャンバー底部より起立させ、ウェハＷを載置することが可能な下部電極６が設けられている。下部電極６はその上にウェハＷを載置して成膜処理するほかにウェハＷにプラズマ処理を行う際にバイアスを印加する電極としても機能する。下部電極６の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン（図示せず）設けられている。このリフタピンを上下動させることにより、ウェハＷを持ち上げる。この下部電極６も先述したシャワーヘッド部３と同様にＲＦ電源５に接続されている。
【００１３】
処理チャンバー２の底部の周縁部には、排気口７が設けられ、この排気口７に図示しない真空ポンプに接続された排気経路８が接続されており、処理チャンバー２内を所定の真空度まで真空引き出来るようになっている。また、処理チャンバー２の側壁には、ウェハＷを搬出入する際に開閉されるゲートバルブ９が設けられている。
【００１４】
図２は本発明の第一の実施形態に係る別態様の半導体製造装置を示す断面構成図である。先述した半導体製造装置ではプラズマ発生機構として並行平板型の電極を有していたが、図２に示すように誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）によりプラズマを発生させる機構としても構わない。
【００１５】
図２に示すように、成膜装置１０は、例えば断面が略円筒形状のアルミニウム製の処理チャンバー１１を有している。この処理チャンバー２内の天井部には流量制御された処理ガスとして例えば各種の成膜ガスやキャリアガス、及びプラズマ生成用のガス等を、選択的に導入するためのガス供給口１２が設けられた石英・セラミック等からなる誘導体１３が設けられている。その誘導体１３にはプラズマを発生させるための誘導コイル１４が巻きつけられており電源１５に接続されている。なお、ガス供給口１２付近に複数の拡散孔を有する１枚、或いは複数枚の拡散板を設けて、ここに導入されたガスの拡散を促進するようにした構造としても構わない。その他の構成は先述した図１の構成と同様であるため、対応する箇所には同じ符号を用いている。
【００１６】
（半導体装置の製造方法）
次に、先述した第一の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する方法について説明する。まず、処理チャンバー２の側壁に設けたゲートバルブ９を開いて図示しない搬送アームにより処理チャンバー２内にウェハＷを搬入し、リフタピンを押し上げることによりウェハＷをリフタピン側に受け渡す。そして、リフタピンを、降下させてウェハＷを下部電極６上に載置する。
【００１７】
図３は本発明の第一の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する場合の製造フローを示している。まず、基板２０上に初期膜２１を形成する（Ｓ１）。初期膜２１の材料は特に限定されないが、低抵抗値を確保するために高濃度ボロン等を含まない膜とすることが好ましい。本実施形態では、図４に示すようにＷＦ６とＳｉＨ４ガスにより初期膜２１を形成している。なお、ここではＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により金属膜を成膜している。
【００１８】
続いて、成膜チャンバー２内にＡｒガスを導入し、成膜チャンバー２内でプラズマを生成する（Ｓ２）。その後、図５に示すように、下部電極６にバイアスを印加してＡｒイオンを初期膜２１に衝突させることにより初期膜２１上層に非晶質層２２を形成する（Ｓ３）。本実施形態では下地層２１に対しプラズマに晒してイオンを衝突させることで非晶質化しているため、下地層２１の材料を限定せずに非晶質層２２を形成することが出来る。
【００１９】
次いで、図６に示すように、非晶質層２２を形成した後に成膜チャンバー２内にＷＦ６とＨ２ガスを導入しメイン膜となる大粒径のタングステン膜２３を形成することが出来る（Ｓ４）。
【００２０】
（第二の実施形態）
続いて、本発明の第二の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の第一の実施形態では、成膜チャンバー内でプラズマを生成する手段を有する半導体製造装置について述べたが、本実施形態では同じ装置内に別途独立してプラズマ処理チャンバーを有している半導体製造装置について説明する。
【００２１】
図７は本発明の第二の実施形態による半導体製造装置の一例であるマルチチャンバー型成膜装置３０を模式的に示した上面図である。図７に示すように、マルチチャンバー型成膜装置３０は五角形の形状に形成された搬送チャンバー３１を備えており、その一辺にはロードポート３２が設けられている。ロードポート３２は、図７に示すように、隣接して複数配置されていても構わない。搬送チャンバー３１の一対の対辺には第一プラズマ処理チャンバー３３及び第二プラズマ処理チャンバー３４がそれぞれ配置されている。また、その一対の斜辺には第一成膜チャンバー３５及び第二成膜チャンバー３６がそれぞれ配置されている。
【００２２】
なお、実施形態の説明として２つのプラズマ処理チャンバーと２つの成膜チャンバーを有するマルチチャンバー型成膜装置を挙げているが、この例に限らずチャンバーの数を適宜変更しても構わない。
【００２３】
搬送チャンバー３１の内部にはウェハＷを各チャンバーに対して搬入搬出するための搬送装置３７が設けられている。また、ロードポート３２と搬送チャンバー３１との間にはロードロック３８がそれぞれ設けられている。
【００２４】
（半導体装置の製造方法）
次に、先述した第二の実施形態の半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する方法について説明する。なお、説明の便宜上、第一成膜チャンバー３５及び第二成膜チャンバー３６のいずれにおいてもタングステン等の金属膜を形成する工程として説明する。
【００２５】
まず、金属膜を形成する工程を迎えたウェハＷを例えば、２５枚１ロットとしてフープに収納された状態で、ロードポート３２に供給する。ロードポート３２に供給されたウェハＷはロードロック３８を介して搬送装置３７によってピックアップされ、第一成膜チャンバー３５或いは第二成膜チャンバー３６に運ばれる。
【００２６】
次いで、金属膜の原料ガスが成膜チャンバー内に供給され、ウェハＷ上に金属膜を形成する。この時ウェハＷ上に形成される金属膜は粒径の小さい初期膜である。初期膜の成膜処理が完了すると、ウェハＷは成膜チャンバー内から搬送装置３７によってピックアップされ、続いてプラズマ処理チャンバーへ搬送される。この時、第一プラズマ処理チャンバー３３及び第二プラズマ処理チャンバー３４のどちらに搬送しても構わない。複数のウェハＷを効率良く処理する上で適宜チャンバーを選択することが出来る。
【００２７】
プラズマ処理チャンバーへ搬送されたウェハＷに対し、例えば、Ａｒプラズマを生成しＡｒイオンを衝突させることで初期膜上層に非晶質層を形成する。その後、プラズマ処理チャンバーからウェハＷを搬出し、搬送装置３７によって再度成膜チャンバーへ搬送する。再度成膜チャンバーに搬送されたウェハＷの初期膜上層には非晶質層が形成されているため、この非晶質層上の金属膜を成膜すると大粒径の低抵抗な膜を形成することが出来る。
【００２８】
大粒径の低抵抗な膜を形成した後、ウェハＷは搬送装置３７によってピックアップされ成膜チャンバーから搬出される。クーリングチャンバーから搬出されたウェハＷはロードロック３８を介してロードポート３２に載置されたフープに搬送される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、金属膜成膜装置内に別チャンバーとしてプラズマ処理チャンバーが設けられているため、初期膜成膜後チャンバー間の搬送を行うだけで簡便に非晶質層を形成することができ、その上に大粒径の低抵抗な金属膜を形成することが出来る。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。例えば、非晶質層を形成する際にＡｒガス以外のガスを用いてプラズマを形成しても構わないし、初期膜として他の材料を用いても構わない。
【符号の説明】
【００３１】
１、１０  成膜装置
２、１１  処理チャンバー
３  シャワーヘッド部
４  ガス噴射口
５  ＲＦ電源
６  下部電極
７  排気口
８  排気経路
９  ゲートバルブ
１２  ガス供給口
１３  誘導体
１４  誘導コイル
１５  電源
２０  基板
２１  初期膜
２２  非晶質層
２３  タングステン膜
３０  マルチチャンバー型成膜装置
３１  搬送チャンバー
３２  ロードポート
３３  第一プラズマ処理チャンバー
３４  第二プラズマ処理チャンバー
３５  第一成膜チャンバー
３６  第二成膜チャンバー
３７  搬送装置
３８  ロードロック
【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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