(57)【要約】【課題】  タングステン膜を成膜する際に半導体ウェーハがエッチングされることを抑制する成膜装置及び成膜方法を提供することである。【解決手段】  実施形態に係る成膜装置は、半導体ウェーハを載置するためのステージと、前記ステージ上に載置される半導体ウェーハの周縁部を覆うように配置されるエッジカット部を備え、前記半導体ウェーハ上にタングステン膜を成膜する。前記エッジカット部は、前記半導体ウェーハの周縁部と接触可能に設けられた第１のエッジカット部と、前記第１のエッジカット部に接続され、前記半導体ウェーハと実質的に垂直な方向に上下動可能な接続部と、前記接続部に接続され、前記接続部の上下動により前記半導体ウェーハの内側面に当接するように配置された第２のエッジカット部と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを載置するためのステージと、前記ステージ上に載置される半導体ウェーハの周縁部を覆うように配置されるエッジカット部を備え、前記半導体ウェーハ上にタングステン膜を成膜する成膜装置であって、
前記エッジカット部は、
前記半導体ウェーハの周縁部と接触可能に設けられた第１のエッジカット部と、
前記第１のエッジカット部に接続され、前記半導体ウェーハと実質的に垂直な方向に上下動可能な接続部と、
前記接続部に接続され、前記接続部の上下動により前記半導体ウェーハの内側面に当接するように配置された第２のエッジカット部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記エッジカット部は、前記半導体ウェーハ周縁部において、所定の間隔ごとに配置されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第２のエッジカット部は、前記第１のエッジカット部の内側面及び上面に当接可能に設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
半導体ウェーハ上にタングステン膜を成膜する成膜方法であって、
前記半導体ウェーハの周縁部を覆うように第１のエッジカット部を配置し、第２のエッジカット部を前記半導体ウェーハから離隔させた第１の状態で前記半導体ウェーハ上に第１のタングステン膜を成膜する工程と、
前記第２のエッジカット部を、前記半導体ウェーハの周縁部を覆うように配置された前記第１のエッジカット部の少なくとも内側面に当接させた第２の状態で前記第１のタングステン膜上に第２のタングステン膜を成膜する工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置を用いる成膜方法であって、
前記半導体ウェーハの周縁部を覆うように前記第１のエッジカット部を配置し、前記第２のエッジカット部を前記半導体ウェーハから離隔させた第１の状態で前記半導体ウェーハ上に第１のタングステン膜を成膜する工程と、
前記第２のエッジカット部を、前記半導体ウェーハの周縁部を覆うように配置された前記第１のエッジカット部の少なくとも内側面に当接させた第２の状態で前記第１のタングステン膜上に第２のタングステン膜を成膜する工程と、
を備えたことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスにおける配線及びコンタクトプラグの微細化が進んでいる。これに伴い、配線及びコンタクトプラグは、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりタングステン膜を成膜し、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)により表面処理することにより形成される。
【０００３】
ＣＭＰにより、表面に形成されたタングステン膜を除去するとき、半導体ウェーハの周縁部に成膜されたタングステン膜が残渣として残る場合がある。そのため、半導体ウェーハの周縁部にエッジカット部を配置し、タングステン膜の成膜が行われている。
【０００４】
一般に、配線及びコンタクトプラグの形成は、シリコン半導体ウェーハ上に、層間絶縁膜、バリアメタル膜、及びタングステン膜を順に成膜することにより行われる。このとき、配線やコンタクトプラグを形成する際のエッチング、または層間絶縁膜成膜後のエッジカットを行うことにより、半導体ウェーハの周縁部において、層間絶縁膜が成膜されていない領域が形成される。これにより、半導体ウェーハ上に直接バリアメタル膜が成膜される場合がある。このため、半導体ウェーハの周縁部において、熱ＣＶＤによりタングステン膜を成膜するとき用いるWF6ガスのF原子がバリアメタル膜を突き抜け、半導体ウェーハがエッチングされるという問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９４４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、タングステン膜を成膜する際に半導体ウェーハがエッチングされることを抑制する成膜装置及び成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る成膜装置は、半導体ウェーハを載置するためのステージと、前記ステージ上に載置される半導体ウェーハの周縁部を覆うように配置されるエッジカット部を備え、前記半導体ウェーハ上にタングステン膜を成膜する。前記エッジカット部は、前記半導体ウェーハの周縁部と接触可能に設けられた第１のエッジカット部と、前記第１のエッジカット部に接続され、前記半導体ウェーハと実質的に垂直な方向に上下動可能な接続部と、前記接続部に接続され、前記接続部の上下動により前記半導体ウェーハの内側面に当接するように配置された第２のエッジカット部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る成膜装置の主要部の部分を拡大した断面図。
【図２】本実施形態に係る成膜装置の主要部を示す断面図。
【図３】本実施形態に係る成膜装置の主要部を示す平面図。
【図４】本実施形態に係る成膜方法を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明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は本実施形態に係る成膜装置の主要部の部分を拡大した断面図を、図２は、本実施形態に係る成膜装置の主要部の断面図を、図３は、本実施形態に係る成膜装置の主要部の平面図を示す。
【００１１】
本実施形態に係る成膜装置には、半導体ウェーハ２上に成膜処理を行う反応室（図示なし）が設けられている。反応室の主要部には、半導体ウェーハ２を載置するためのステージ１が設けられる。このステージ１上には、半導体ウェーハ２が載置される。図１に示すように、半導体ウェーハ２上には、層間絶縁膜（図示なし）及びバリアメタル膜３が形成されている。バリアメタル膜３は、例えばTi膜とTiN膜との積層膜である。
【００１２】
図１に示すように、反応室内には、半導体ウェーハ２の周縁部を覆うように配置するエッジカット部４が設けられる。エッジカット部４には、半導体ウェーハ２の周縁部と接触可能な第１のエッジカット部４ａが設けられている。第１のエッジカット部４ａの断面は、例えば長方形、正方形又はＬ字型の形状をしている。第１のエッジカット部４ａにおける半導体ウェーハ２の径方向の長さは、例えば１〜３ｍｍ程度である。
【００１３】
第１のエッジカット部４ａによって半導体ウェーハ２をステージ１に押さえることで、半導体ウェーハ２は固定される。さらに、第１のエッジカット部４ａが、半導体ウェーハ２の周縁部に設けられていることにより、後述するタングステン膜の成膜の際に半導体ウェーハ２の周縁部にタングステン膜が成膜されない。    
第１のエッジカット部４ａには、第１のエッジカット部４ａに接続する接続部４ｂが設けられる。接続部４ｂは、後述する第１の状態及び第２の状態において、第１のエッジカット部４ａに固定される。接続部４ｂは、例えば半導体ウェーハ２と実質的に垂直な方向、すなわち本実施形態に係る成膜装置の上下方向に上下動可能なロッドである。
【００１４】
接続部４ｂとしてのロッドの上部には、第２のエッジカット部４ｃが接続部４ｂと接続されるように設けられている。第２のエッジカット部４ｃは、例えばロッド上部に固定されている。第２のエッジカット部４ｃは、接続部４ｂが上下動する際に、一体となって例えば本実施形態に係る成膜装置の上下方向に移動する。
【００１５】
エッジカット部４は、接続部４ｂ及び第２のエッジカット部４ｃが成膜装置の上下方向に移動することにより、図２（ａ）に示すような半導体ウェーハ２の周縁部を覆うように第１のエッジカット部４ａを配置し、第２のエッジカット部４ｃを半導体ウェーハ２から離隔させた第１の状態と、図２（ｂ）に示すような第２のエッジカット部４ｃを、半導体ウェーハ２の周縁部を覆うように配置された第１のエッジカット部４ａの少なくとも内側面に当接させた第２の状態をとり得る。ここで、第２の状態において、第２のエッジカット部４ｃは、第１のエッジカット部４ａの内側面と当接するだけでなく、第１のエッジカット部４ａの上面や外側面と当接してもよい。なお、本明細書中においては、第１のエッジカット部４ａの内側面とは、第１のエッジカット部４ａにおいて半導体ウェーハ２の中心側の側面のことをいい、第１のエッジカット部４ａの外側面とは、第１のエッジカット部４ａにおいて半導体ウェーハ２の外側における側面のことをいう。
【００１６】
第２のエッジカット部４ｃの断面は、第１のエッジカット部４ａの内側面や上面等に当接するように、例えばＬ字型の形状をしている。
【００１７】
エッジカット部４は、例えば、図３（ａ）に示すように半導体ウェーハ２周縁部全体を覆うように設けられる。この場合、第１のエッジカット部４ａは、図３（ａ）に示すように、例えばリング形状である。第２のエッジカット部４ｃは、第１のエッジカット部４ａの内側面に当接するように、例えば断面がＬ字型のリング形状である。
【００１８】
また、エッジカット部４は、図３（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ２周縁部において所定の間隔ごとに設けられてもよい。ここで、所定の間隔ごとに設けられるとは、例えば、半導体ウェーハ２を円形状としたとき、円の角度で１０度ごとの一定の間隔ごとに設けられることをいう。この円の角度は、１０度に限るものではなく、１５度、２０度、３０度等種々選択されるものである。
【００１９】
エッジカット部４が、半導体ウェーハ２周縁部において所定の間隔ごとに設けられる場合、エッジカット部４が存在しない部分において、半導体ウェーハ２の外側から半導体ウェーハ２に反応室中に供給される不活性ガスのＡｒガスが流れ、後述するタングステン膜の成膜中に供給されるWF6ガスが希釈される。これにより、半導体ウェーハ２へのエッチングを抑制することができる。
【００２０】
第１のエッジカット部４ａ及び第２のエッジカット部４ｃの形状をいくつか挙げたが、これらに限らず、第２のエッジカット部４ｃが第１のエッジカット部４ａの少なくとも内側面に当接する形状であればよい。
【００２１】
本実施形態に係る成膜装置によれば、第１の状態と第２の状態を変化させることにより、エッジカット部４全体における半導体ウェーハ２の径方向の長さを変えることができる。特に、第１の状態から、第２の状態にすることにより、エッジカット部４全体の半導体ウェーハ２の径方向の長さを長くすることができる。これにより、後述するタングステン膜の成膜領域を制御することができる。
【００２２】
以下、本実施形態に係る成膜方法について図４を用いて説明する。
【００２３】
まず、半導体ウェーハ２上には、配線又はコンタクトプラグを形成するまでに、所定の素子（図示なし）が形成される。このとき、半導体ウェーハ２上には、層間絶縁膜が形成される。層間絶縁膜は、リソグラフィ法及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、コンタクトホール及び配線溝が形成される。
【００２４】
コンタクトホール、配線溝及び層間絶縁膜上には、バリアメタル膜３として例えばTiN膜が形成される。バリアメタル膜３は、コンタクトホール又は配線溝の底面及び側面全体に成膜する。
【００２５】
次に、バリアメタル膜３上に、コンタクトプラグ又は配線を形成するため、タングステン膜を成膜する。タングステン膜は、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜される。本実施形態においては、以下の２工程に分けて第１のタングステン膜５及び第２のタングステン膜６を成膜する。
【００２６】
まず、半導体ウェーハ２を熱ＣＶＤ装置の反応室の主要部にあるステージ１に搬送する。その後、図４（ａ）に示すように、反応室に設けられているエッジカット部４を半導体ウェーハ２の周縁部を覆うように配置する。
【００２７】
まず、図４（ｂ）に示すように、第１の状態、すなわち第２のエッジカット部４ｃが第１のエッジカット部４ａの上方向に半導体ウェーハ２から離隔して配置されており、第２のエッジカット部４ｃと第１のエッジカット部４ａが非接触である状態にし、バリアメタル膜３上に、第１のタングステン膜５を成膜する。第１のタングステン膜５は、反応室に成膜ガスとしてSiH4ガス又はB2H6ガスとWF6ガスを供給し、SiH4又はB2H6によりWF6を還元することにより成膜される。これらの成膜ガスは、例えば半導体ウェーハ２上方から供給されるものである。第１のタングステン膜５は、核形成を行うために成膜する。このとき、バックサイドガスである不活性ガスのＡｒガスが供給されている。エッジカット部４が、所定の間隔ごとに設けられ、互いのエッジカット部４間に隙間が生じている場合には、バックサイドガスであるＡｒガスが、半導体ウェーハ２の外側から半導体ウェーハ２上に供給される。  
また、このとき、第２のエッジカット部４ｃは、半導体ウェーハ２から離隔して第１のエッジカット部４ａと非接触状態にあり、第１のエッジカット部４ａの上方にある。したがって、第１のタングステン膜５の成膜時に第２のエッジカット部４ｃは影響しない。すなわち、第１の状態においては、半導体ウェーハ２周縁部には、エッジカット部４のうち第１のエッジカット部４ａが配置されているため、半導体ウェーハ２端から距離Ｄ１の領域は、第１のタングステン膜５が成膜されていない領域となる。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２の状態、すなわち第２のエッジカット部４ｃと第１のエッジカット部４ａの少なくとも内側面が当接している状態にし、第１のタングステン膜５上に第２のタングステン膜６を成膜する。第２のタングステン膜６は、反応室に成膜ガスとしてH2ガスとWF6ガスを供給し、H2によりWF6を還元することにより成膜される。これらの成膜ガスは、例えば半導体ウェーハ２上方から供給されるものである。第２のタングステン膜６の成膜は、厚膜のタングステン膜を形成するために行う。このとき、バックスサイドガスである不活性ガスのＡｒガスが供給されている。エッジカット部４が、所定の間隔ごとに設けられ、互いのエッジカット部４間に隙間が生じている場合には、バックサイドガスであるＡｒガスが、半導体ウェーハ２の外側から半導体ウェーハ２上に供給される。これにより、第２のタングステン膜６の成膜中に供給されるWF6ガスが希釈され、半導体ウェーハ２のエッチングを抑制することができる。  また、このとき、第２のエッジカット部４ｃは、第１のエッジカット部４ａの少なくとも内側面が当接している状態である。すなわち、第１の状態に比べて、エッジカット部４全体の半導体ウェーハ２の径方向の長さが長くなっている。半導体ウェーハ２端から距離Ｄ２の領域には、第２のタングステン膜６が成膜されていないとすると、第２のタングステン膜６の非成膜領域は、第１のタングステン膜５の非成膜領域より大きいものとなる（Ｄ２≧Ｄ１）。換言すると、第１のタングステン膜５の成膜領域は、第２のタングステン膜６の成膜領域より大きいものとなる。
【００２９】
これにより、半導体ウェーハ２の周縁部において、層間絶縁膜が成膜されていない領域が存在したとしても、厚膜の第２のタングステン膜６は、半導体ウェーハ２上に直接成膜されない。したがって、第２のタングステン膜６の成膜ガスによる半導体ウェーハ２のエッチングを抑制することができる。
【００３０】
以上のように、本発明の本実施形態によれば、接続部４ｂ及び第２のエッジカット部４ｃを上下動させ、第１の状態と第２の状態とを変化させることにより、エッジカット部４全体の半導体ウェーハ２の径方向の長さを変えることができる。これにより、タングステン膜の成膜領域を制御することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態によれば、第２のエッジカット部４ｃを半導体ウェーハ２から離隔させた第１の状態において、半導体ウェーハ２上に第１のタングステン膜５を成膜し、第２のエッジカット部４ｃと第１のエッジカット部４ａの少なくとも内側面が当接している第２の状態において、第１のタングステン膜５上に第２のタングステン膜６を成膜している。これにより、第１のタングステン膜５の成膜領域を第２のタングステン膜６の成膜領域より大きくすることができ、第２のタングステン膜６は、半導体ウェーハ２上に直接成膜されることを抑制できる。すなわち、成膜ガスによる半導体ウェーハ２のエッチングを抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１…ステージ
２…半導体ウェーハ
３…バリアメタル膜
４…エッジカット部
４ａ…第１のエッジカット部
４ｂ…接続部
４ｃ…第２のエッジカット部
５…第１のタングステン膜
６…第２のタングステン膜
【図１】
2013026241.tif 000003
【図２】
2013026241.tif 000004
【図３】
2013026241.tif 000005
【図４】
2013026241.tif 000006