(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
六フッ化タングステンガスとアンモニアガスをガス供給機構から成膜室内へ供給して被処理体に窒化タングステン膜を成膜する半導体装置の製造方法であって、上記ガス供給機構は、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスそれぞれの個別流路を備え、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスを、それぞれの個別流路を経由させて上記成膜室内へ独立に供給し、上記温度調整機構は、上記ガス供給機構の温度を、上記六フッ化タングステンガスと上記アンモニアガスの副生成物の付着を防止する第１の温度に設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記第１の温度が１００〜３００℃であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記窒化タングステン膜を成膜した後、上記ガス供給機構の温度を上記第１の温度より低い第２の温度に設定し、上記成膜室内へ三フッ化塩素ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記第２の温度が８０℃以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
原料ガスを供給するガス供給機構と、このガス供給機構に連設された成膜室と、この成膜室内に配設され且つ被処理体を保持する温度調整可能な保持体とを備え、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスを用いて上記保持体で保持された被処理体に窒化タングステン膜を形成する装置であって、上記ガス供給機構は、温度調整機構と、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスそれぞれの個別流路と、を備え、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスを、それぞれの個別流路を経由させて上記成膜室内へ独立に供給し、上記温度調整機構は、上記ガス供給機構の温度を、上記六フッ化タングステンガスと上記アンモニアガスの副生成物の付着を防止する第１の温度に設定することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
上記第１の温度が１００〜３００℃であることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
上記窒化タングステン膜を成膜した後、上記温度調整機構は、上記ガス供給機構の温度を上記第１の温度より低い第２の温度に設定し、上記成膜室内へ三フッ化塩素ガスを供給することを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
上記第２の温度が８０℃以上であることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関し、更に詳しくはタングステンゲートを有する電界効果トランジスタ等の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、電界効果トランジスタ等の半導体装置のゲートが高抵抗化している。そこで、ゲート構造が微細化しても従来にも増して抵抗を抑えることができる電極配線材料が求められている。従来の導電性多結晶シリコン膜に代わってタングステンシリサイド等の高融点金属シリサイド膜が使用されるようになったが、最近、更なる低抵抗化を目指し、例えばタングステンシリサイド膜に比べて一桁抵抗値を下げることができるタングステン膜が有望視されている。
【０００３】
電極としてタングステン膜を用いる場合には、ゲート酸化膜、ポリシリコン膜、タングステン膜が順次積層された構造となるが、ポリシリコン膜上にタングステン膜が直接積層されていると、その後の熱処理（８５０〜９００℃）工程でポリシリコン膜とタングステン膜の界面で両者が反応し、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）を形成し、電極の抵抗を上昇させる。界面での反応が著しい場合には、更にタングステンが拡散してゲート酸化膜を突き破ってシリコン基板と反応し、トランジスタの漏洩電流を増大させたり、絶縁破壊電圧を低くしたりするなどの問題を生じさせる。
【０００４】
そこで、電極としてタングステン膜を用いる場合には、タングステン膜とポリシリコン膜の間に窒化タングステン、窒化チタン等の高融点金属窒化膜をバリア膜として設け、バリア膜によりタングステンとポリシリコンの反応、タングステン膜中のフッ素原子のポリシリコン以下への拡散を防止することが一般的である。このようなゲート用バリア膜としての窒化タングステン膜と窒化チタン膜を比較した場合、窒化タングステン膜は耐熱温度が高く、柱状晶以外の結晶相を得ることができ、しかも窒化タングステン膜上のタングステン膜の結晶粒を大きく成長させ、低抵抗化することが可能であり、有望である。これに対して窒化チタン膜は通常柱状晶しか得られないため、タングステン膜の結晶粒の大粒径化には限界がある。
【０００５】
ところで、ゲート用バリア膜として有望な窒化タングステン膜の製法としては、次の▲１▼〜▲５▼の技術が知られている。
▲１▼ＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを用いた熱ＣＶＤ法
▲２▼ＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを用いたプラズマＣＶＤ法（例えば、特開昭６４−５０５１５号公報）
▲３▼ＷＦ6ガス、Ｎ2ガス、Ｈ2ガスを用いたプラズマＣＶＤ法（例えば、特開昭６４−５０５１５号公報）
▲４▼ＷＦ6ガスとＮＦ3ガスを用いたプラズマＣＶＤ法(Suzuki et.al, "Advanced Metalization and Innterconnect Systems for ULSI  Application in 1997"Mter.Res.Soc..1998,49)
▲５▼有機タングステンソースを用いた熱ＣＶＤ法(Sun et.al.,Proc. of 13th VMIC, 151,1996)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゲート用バリア膜として窒化タングステン膜を成膜する際にＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを原料ガスとして用いる場合にはこれらの原料ガスの副生成物ができ、この副生成物がパーティクル源になるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスの副生成物が成膜室内で発生せず、あるいは発生しても成膜室内から脱離して成膜室内に残存しない半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的としている。また、成膜後のin-situクリーニングで六フッ化タングステンガスとアンモニアガスの副生成物を除去し、成膜室内を常に清浄な状態に保持できる半導体装置の製造方法を併せて提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを原料ガスとしてＷＮX膜を形成する場合の副生成物の膜質への影響について種々検討した結果、副生成物としてＮＨ4Ｆ及びＮＨ4ＦにＷが結合した化合物が成膜室内で付着し、これらにより原料ガスが吸収されて成膜効率を低下させ、更にこの付着物がパーティクル源になることを知見した。更に、副生成物が成膜室内の各構成部品に付着する温度について検討した結果、成膜室内の特定の構成部品を特定の温度範囲に制御することにより副生成物の付着を防止できることを知見した。
【０００９】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスをガス供給機構から成膜室内へ供給して被処理体に窒化タングステン膜を成膜する半導体装置の製造方法であって、上記ガス供給機構は、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスそれぞれの個別流路を備え、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスを、それぞれの個別流路を経由させて上記成膜室内へ独立に供給し、上記温度調整機構は、上記ガス供給機構の温度を、上記六フッ化タングステンガスと上記アンモニアガスの副生成物の付着を防止する第１の温度に設定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の発明において、上記第１の温度が１００〜３００℃であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の発明において、上記窒化タングステン膜を成膜した後、上記ガス供給機構の温度を上記第１の温度より低い第２の温度に設定し、上記成膜室内へ三フッ化塩素ガスを供給することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載の半導体装置の製造方法は、請求項３に記載の発明において、上記第２の温度が８０℃以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項５に記載の半導体製造装置は、原料ガスを供給するガス供給機構と、このガス供給機構に連設された成膜室と、この成膜室内に配設され且つ被処理体を保持する温度調整可能な保持体とを備え、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスを用いて上記保持体で保持された被処理体に窒化タングステン膜を形成する装置であって、上記ガス供給機構は、温度調整機構と、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスそれぞれの個別流路と、を備え、上記六フッ化タングステンと上記アンモニアガスを、それぞれの個別流路を経由させて上記成膜室内へ独立に供給し、上記温度調整機構は、上記ガス供給機構の温度を、上記六フッ化タングステンガスと上記アンモニアガスの副生成物の付着を防止する第１の温度に設定することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項６に記載の半導体製造装置は、請求項５に記載の発明において、上記第１の温度が１００〜３００℃であることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項７に記載の半導体製造装置は、請求項５に記載の発明において、上記窒化タングステン膜を成膜した後、上記温度調整機構は、上記ガス供給機構の温度を上記第１の温度より低い第２の温度に設定し、上記成膜室内へ三フッ化塩素ガスを供給することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項８に記載の半導体製造装置は、請求項７に記載の発明において、上記第２の温度が８０℃以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。まず本発明の半導体装置の製造方法に好適に使用される熱ＣＶＤ成膜装置（以下、単に「成膜装置」と称す。）について図１を参照しながら説明する。本実施形態の成膜装置は、例えば図１に示すように、原料ガスを供給するガス供給機構（シャワーヘッド）１０と、このシャワーヘッド１０に連設された略円筒状で気密構造の成膜室（チャンバー）２０と、このチャンバー２０内の中央に配設され且つ被処理体（例えば、半導体ウエハ）Ｗを水平に保持する温度調整可能な保持体（サセプタ）３０と、このサセプタ３０で保持された半導体ウエハＷの成膜処理後のガスを排気する排気管４０とを備えている。従って、シャワーヘッド１０からチャンバー２０内へ原料ガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ6）とアンモニア（ＮＨ3）を供給すると、半導体ウエハＷに窒化タングステン（ＷＮX）膜を成膜することができる。そして、各原料ガスは図示しないマスフローコントローラで流量制御する。尚、図１において３１はサセプタ３０を支持する支持部材である。
【００１５】
図１に示すようにシャワーヘッド１０はチャンバー２０の上壁中央を貫通し、その下面がサセプタ３０と平行になっている。更に、シャワーヘッド１０は上下三段のブロック体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが一体化して形成されている。上段ブロック体１０Ａ上面にはＷＦ6ガス及びＮＨ3ガスそれぞれのガス供給源５０、６０にそれぞれの配管５１、６１を介して接続された第１、第２ガス流入口１１、１２が形成されている。各ガス流入口１１、１２はそれぞれ上段ブロック体１１内で分岐して第１、第２分岐ガス流路１１Ａ、１２Ａとして形成され、各分岐ガス流路１１Ａ、１２Ａは上段ブロック体１０Ａの下面全面で均等に分散して開口している。中段ブロック体１０Ｂ上面には第１、第２分岐ガス流路１１Ａ、１２Ａそれぞれの開口部と連通する第１、第２中段ガス流路１１Ｂ、１２Ｂが形成され、各中段ガス流路１１Ｂ、１２Ｂはそれぞれ中段ブロック体１０Ｂを貫通し中段ブロック体１０Ｂの下面で開口している。下段ブロック体１０Ｃの上面には第１、第２中段ガス流路１１Ｂ、１２Ｂそれぞれの開口部と連通する第１、第２下段ガス流路１１Ｃ、１２Ｃが形成され、各下段ガス流路１１Ｃ、１２Ｃはそれぞれ下段ブロック体１０Ｃの下面全面で均等に分散して開口している。従って、ガス供給源５ ０、６０からＷＦ6ガス及びＮＨ3ガスが供給すると、各ガスは第１、第２ガス流入口１１、１２からシャワーヘッド１０内へ流入した後、下段ガス流路１１Ｃ、１２Ｃの開口部から個別に分散して流出し、チャンバー２０内で初めて均等に混合され、シャワーヘッド１０内での各原料ガスの反応を防止している。
【００１６】
また、上記シャワーヘッド１０には三フッ化塩素（ＣｌＦ3）ガスの供給源７０に配管７１を介して接続された第３ガス流入口１３が第１、第２ガス流入口１１、１２と同様に形成され、第３ガス流入口１３からシャワーヘッド１０内へ流入したＣｌＦ3ガスを上段ガス流路１２Ａ、中段ガス流路１２Ｂを経由して下段ガス流路１２Ｃからクリーニングガスとしてチャンバー２０内へ供給するようにしてある。また、図示してないが、シャワーヘッド１０にはアルゴン（Ａｒ）ガスや窒素ガス等の不活性ガスを原料ガスの希釈用ガスとしてチャンバー２０内へ供給するガス流路も形成されている。
【００１７】
上記シャワーヘッド１０の上面にはシャワーヘッドヒータ１４が取り付けられ、このヒータ１４でシャワーヘッド１０の温度を制御し、もってシャワーヘッド１０内で原料ガス、クリーニングガス、希釈用ガスの温度をぞれぞれ所定の温度に調整し、チャンバー２０内へ供給するようにしてある。また、チャンバー２０の周壁及び上下両壁それぞれの外面にはチャンバーヒータ２１が配設され、これらのヒータ２１によってチャンバー２０の内壁面を所定温度に制御するようにしてある。シャワーヘッドヒータ１４とチャンバーヒータ２１はそれぞれ図示しないコントローラの制御下で個別に制御できるようにしてある。
【００１８】
上記チャンバー２０内のサセプタ３０の外周縁部には図示しない搬送機構から搬入された半導体ウエハＷをサセプタ３０の中央へガイドするガイドリング３２が設けられ、サセプタ３０内には半導体ウエハＷの温度を制御するステージヒータ８０が埋設されている。このステージヒータ８０には電源８１及びコントローラ８２が接続され、電源８１はコントローラ８２の制御下でステージヒータ８０へ給電するようにしてある。
【００１９】
上記排気管４０には真空ポンプ９０が接続され、更に、排気管４０にはその流路の開度を調整するバルブ９１が開度調整機構として設けられ、このバルブ９１の開度を調整することによりチャンバー２０内の圧力を適宜調整するようにしてある。
【００２０】
次に、図１に示す成膜装置を用いた本発明の半導体装置の製造方法について説明する。本発明方法ではＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを用いて半導体ウエハＷに窒化タングステン（ＷＮX）膜を形成して半導体装置を製造するに当たり、シャワーヘッドヒータ１４及びチャンバーヒータ２１を介してシャワーヘッド１０及びチャンバー２０の温度を、ＷＦ6ガスとＮＨ3の副生成物であるＮＨ4Ｆ及びこれにＷが結合した化合物の付着を防止する温度に設定する点に特徴がある。本発明方法を実施することにより、ＷＦ6ガスとＮＨ3の副生成物がチャンバー２０内で発生せず、あるいは発生してもチャンバー２０内から脱離して内部に副生成物が残存しない。
【００２１】
本実施形態ではＷＦ6ガスとＮＨ3ガスの副生成物が如何なる温度範囲で形成されるかを把握するために、ＷＮX膜の成膜時と同様にチャンバー２０内へＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを供給し、サセプタ３０の温度を１００℃から４００℃まで５０℃間隔に変化させた。この時、その上に載置された半導体ウエハＷの温度はサセプタ３０に比べて約５０℃低く推移する。そして、それぞれの温度における半導体ウエハＷ上の堆積物中のＷ量をＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析）の強度に基づいて評価し、その結果を図２に示した。図２によればサセプタ３０の温度が１００℃の時（半導体ウエハＷの温度が約５０℃の時）には青色の膜状堆積物が認められ、僅かではあるがＷ原子が存在することが判った。また、サセプタ３０の温度が１５０℃から２５０℃の範囲（半導体ウエハＷの温度が約１００℃から２００℃の範囲）では目視で半導体ウエハＷへの副生成物の堆積は認められず、図２からも明らかなようにＸＲＦ−Ｗ強度もＷＦ6ガスとＮＨ3ガスを供給しない時の半導体ウエハＷと同一レベルであった。この事実から約１００〜２００℃に保持した表面には殆ど堆積物（副生成物）が付着しないことが推察される。サセプタ３０の温度が３００℃以上（半導体ウエハＷが約２５０℃以上）ではＸＲＦ−Ｗ強度も僅かに上昇しており、実際にも半導体ウエハＷが若干金銀色に変化していることから、非常に薄いながらもＷＮX膜が形成されていることが推察される。これらの結果から、ＷＦ6ガスとＮＨ3ガスをチャンバー２０内に供給した時には、チャンバー２０内部への堆積物について推察すると、強弱の差はあっても表面が１００℃未満の低温部分ではＮＨ4ＦとＷの化合物が形成されるが、表面を１００℃以上、２５０℃未満に保持することによりこの化合物が脱離して堆積せず、２５０℃以上ではＷＮX膜が形成されるというモデルが考えられる。
【００２２】
また、本発明者等は、ＷＦ6ガスとＮＨ3ガスによるＷＮX膜の成膜後のＣｌＦ3ガスを用いたクリーニングについても種々検討した。その結果、成膜時には上述したようにチャンバー２０内部の部材を副生成物が付着しない温度に保持することにより成膜後にＣｌＦ3ガスを用いたクリーニングで、成膜前と略同様な清浄表面が得られることを知見した。
【００２３】
即ち、実際に、成膜時にシャワーヘッド１０及びチャンバー２０内面の温度が１２０℃となるように設定し、成膜後にシャワーヘッド１０及びチャンバー２０内面の温度が１００℃となるように設定してＣｌＦ3ガスによるクリーニングを行った。その後、チャンバー２０を開放し、その内部を目視観察したところ、シャワーヘッド１０及びチャンバー２０内面に付着物が認められなかった。また、シャワーヘッド１０及びチャンバー２０内面の温度が低い温度、例えば８０℃となるように設定し、成膜を行い、その後ＣｌＦ3ガスによるクリーニングを行ったところ、内面での付着物が認められた。この事実から、成膜時に、チャンバー２０内部のサセプタヒータ以外の部材を、副生成物が付着しない温度に保持することにより、成膜後に、ＣｌＦ3ガスを用いたクリーニングで成膜前と略同等な清浄表面を得られることが判る。
【００２４】
ＣｌＦ3ガスを用いたクリーニングの時に、チャンバー２０内部の部材を保持すべき温度としては約８０℃以上、約５００℃以下にすることが好ましい。約５００℃より高温になるとクリーニングガスにより部材を損傷し、約８０℃より低温になるとクリーニングの効率が悪いためである。
【００２５】
上述のことを前提にして所定の半導体ウエハＷにＷＮX膜及びＷ膜を成膜する場合には、まず真空ポンプ９０を駆動し、バルブ９１の開度を調整してチャンバー２０内を所定の真空度まで真空引きすると共にシャワーヘッドヒータ１４、チャンバーヒータ２１及びステージヒータ８０を介してシャワーヘッド１０、サセプタ３０及びチャンバー２０をそれぞれ所定の温度まで加熱する。次いで、ＷＮX膜の成膜処理に先だってチャンバー２０内の前処理を行う。それにはチャンバー２０内に半導体ウエハＷが存在しない状態でＷＦ6ガス、ＮＨ3ガス及びＡｒガスをそれぞれ所定の流量でチャンバー２０内へ供給し、チャンバー２０内のサセプタ及びその周辺にＷＮX膜をプリコートする。この前処理を行わないと、半導体ウエハＷでの成膜初期にサセプタ及びその周辺でＷＦ6ガスあるいはＮＨ3ガスが消費され、肝心の成膜時にこれらのガスが半導体ウエハに到達せず、所望のＷＮX膜を形成できないからである。
【００２６】
前処理を行う場合には、例えばガス供給源５０、６０等のＷＦ６ガス、Ａｒガ ス及びＮＨ３ガスをそれぞれの配管５１、６１等を介してシャワーヘッド１０の 第１、第２ガス流入口１１、１２等へ個別に供給する。ＷＦ６ガス、Ａｒガス及 びＮＨ３ガスはそれぞれの第１、第２ガス分岐流路１１Ａ、１２Ａ及び中段ガス 流路１１Ｂ、１２Ｂを経由して下段ガス流路１１Ｃ、１２Ｃへ達し、これらの開口部からチャンバー２０内へシャワー状に互いに独立して吐出し、チャンバー２０内で初めて均一に混合される。この際、ＷＦ６ガス、Ａｒガス及びＮＨ３ガスそれぞれの流量は例えば半導体ウエハＷにＷＮＸ膜を形成する場合と同一条件に設定する。その流量でこれらの原料ガスをチャンバー２０内に所定時間（例えば、２０数分程度）だけ個別に供給すると、サセプタ３０及びその周辺にＷＮＸ膜が形成される。
【００２７】
本実施形態では原料ガスの副生成物の発生、付着を防止するために、シャワーヘッドヒータ１４及びチャンバーヒータ２１を介してシャワーヘッド１０及びチャンバー２０を例えば、表面温度として１００℃以上２５０℃未満、より好ましくは１２０〜１８０℃になるように設定する。
【００２８】
本実施形態では前処理を行った後、ＷＮX膜の成膜前に半導体ウエハＷの表面に下地処理を施す。即ち、半導体ウエハＷとしては例えばゲート酸化膜２００オングストローム及びポリシリコン膜５００オングストロームがそれぞれ下層から順次積層されたものを用いる。この半導体ウエハＷをチャンバー２０内へ搬入し、サセプタ３０上で保持し、半導体ウエハＷを加熱して所定温度に設定する。引き続きシャワーヘッド１０及びチャンバー２０を所定の温度に設定した状態で半導体ウエハＷへＷＮX膜を成膜する前に、ＷＦ6ガスとＡｒガスを所定の圧力及び流量でシャワーヘッド１０からチャンバー２０内へ所定時間（例えば、１０秒程度）だけ個別に供給する。
【００２９】
半導体ウエハＷの所定温度は３５０〜５５０℃、より好ましくは４５０〜５００℃に設定する。半導体ウエハＷの温度が３５０℃未満では密着層の形成速度が許容範囲より遅くなる虞があり、５５０℃を超えると例えばＣｕ配線のバリア膜に使用する場合には層間絶縁膜によっては耐熱温度を超える等の問題があり、使用上の制限ができて好ましくない。ＷＦ6ガスの所定流量は例えば０．５〜１０sccm、より好ましくは０．５〜２sccmに設定する。ＷＦ6ガスの流量が０．５sccm未満ではＷＦ6と半導体ウエハＷ表面のポリシリコンとの反応が不十分でその表面を活性化することができず、密着層の形成速度が許容範囲より遅くなり、ＷＦ6ガスを接触させる意義がなくなる虞があり、１０sccmを超えると密着層の形成速度が高すぎ、特に薄膜を得たい場合に膜厚の制御が難しくなる虞がある。また、半導体ウエハＷの所定の処理圧力は０．１〜１０Torr、より好ましくは０．３〜３Torrに設定する。０．１Torr未満では密着層の形成速度が許容範囲より遅くなり、１０Torrを超えると密着層の形成速度が高すぎ、特に薄膜を得たい場合に膜厚の制御が難しくなる虞がある。
【００３０】
下地処理を行った後、バリア膜であるＷＮＸ膜の成膜処理を行う。それには、 シャワーヘッド１０からチャンバー２０内へＷＦ６ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスをそれぞれの流路から個別に所定の流量で所定時間（例えば、１０秒程度）それぞれのガスを反応させることなくチャンバー２０内へ供給し、サセプタ３０上で所定の温度に設定された半導体ウエハＷのポリシリコン膜上にＷＮＸ膜を形成する。引き続き、通常のＷ−ＣＶＤ法により１０００オングストロームのＷ膜をＷＮＸ膜上に成膜する。その後、従来公知のように半導体ウエハＷを例えば所 定温度（例えば、８５０〜９００℃）まで加熱し、ＷＮＸ膜及びＷ膜を所定時間
熱処理して膜質を改善する。
【００３１】
半導体ウエハＷの所定温度は３５０〜５５０℃、より好ましくは４５０〜５００℃に設定する。半導体ウエハＷの温度が３５０℃未満ではＷＮX膜がアモルファスになり易くＲＴＮ後の膜剥離が起き易くなり、５５０℃を超えると下地処理の場合と同様に理由に使用上の制限ができて好ましくない。ＷＦ6ガスの所定流量は例えば０．５〜１０sccm、より好ましく、１〜５sccmに設定する。ＷＦ6ガスの流量が０．５sccm未満では成膜速度が許容範囲より遅くなる虞があり、１０sccmを超えるとＷＮX膜がアモルファスになり易くＲＴＮ後の膜剥離が起き易くなる虞がある。ＮＨ3ガスの所定流量は例えば２０〜５００sccm、より好ましくは１５０〜５００sccmに設定する。ＮＨ3ガスの流量が２０sccm未満ではＷＮX膜がアモルファスになり易くＲＴＮ後の膜剥離が起き易くなる虞があり、５００sccmを超えるとＷＦ6ガスの分圧が低下し成膜速度が許容範囲を下回る虞がある。
Ａｒガスの所定流量は例えば１０〜５００sccm、より好ましくは５０〜３００cmに設定する。Ａｒガスの流量が１０sccm未満ではＷＦ6ガスがＮＨ3ガスの供給ラインへ拡散し、あるいはＮＨ3ガスがＷＦ6ガスの供給ラインへ拡散し、著しい場合にはこれら両者が反応してパーティクルを生じ、パーティクルで配管が詰まる虞があり、５００sccmを超えるとＷＦ6ガスの分圧が低下し成膜速度が許容範囲を下回る虞がある。
【００３２】
【実施例】
次に、具体的な実施例について説明する。
実施例１
本実施例では、チャンバー内の前処理を下記１の条件で行い、サセプタ及びその周辺にＷＮX膜をプリコートした。プリコート膜の膜厚を把握するために、チャンバー内のサセプタ上に半導体ウエハを載置した状態で、本前処理と同一条件で半導体ウエハ表面にＷＮX膜を形成した。この条件でサセプタ上に半導体ウエハを載置した場合には半導体ウエハの表面温度はサセプタより５６℃低い温度に相当する。また、サセプタ及びその周辺に形成されたＷＮX膜の膜厚は同じ条件で半導体ウエハに形成されたＷＮX膜の膜厚以上となる。そこで、半導体ウエハに形成されたＷＮX膜の膜厚を測定した結果、その膜厚は約１．５μｍであった。従って、上記プリコート膜の膜厚は少なくとも約１．５μｍ以上と考えられる。
１．前処理の条件
(1)半導体製造装置の条件
▲１▼チャンバー内の圧力      ：０．３Torr
▲２▼チャンバーの内壁面の温度：１７０℃
▲３▼シャワーヘッドの温度    ：１７０℃
▲４▼サセプタの温度          ：５０６℃
(2)前処理時の原料ガスの条件
▲１▼第一段階
原料ガス流量：ＷＦ6／ＮＨ3／Ａｒ＝２／５０／２００(sccm)
処理時間    ：６０秒
▲２▼第二段階
原料ガス流量：ＷＦ6／ＮＨ3／Ａｒ＝１０／５０／２００(sccm)
処理時間    ：１３６０秒
【００３３】
上記前処理を行った後、表面からポリシリコン膜（５００オングストローム）／ゲート酸化膜（２００オングストローム）の各膜を形成した半導体ウエハをチャンバー内のサセプタ上に載置した後、ＷＦ6ガスを用いて下記２の条件で半導体ウエハのポリシリコン膜表面の下地処理を行った後、下記３の条件で成膜処理を行ってポリシリコン膜上にＷＮX膜を形成した。
２．下地処理
(1)半導体製造装置の条件
▲１▼チャンバー内の圧力      ：０．３Torr
▲２▼チャンバーの内壁面の温度：１７０℃
▲３▼シャワーヘッドの温度    ：１７０℃
▲４▼サセプタの温度          ：５０６℃
▲５▼半導体ウエハの表面温度  ：４５０℃
(2)原料ガスの流量：ＷＦ6／ＮＨ3／Ａｒ＝１．３／０／２００(sccm)
処理時間      ：１０秒
３．成膜処理
(1)半導体製造装置の条件：下地処理と同一条件
(2)原料ガス流量：ＷＦ6／ＮＨ3／Ａｒ＝２／５０／２００(sccm)
処理時間     ：１０秒
【００３４】
上記成膜処理を行った後、ＷＮX膜のシート抵抗を四探針法により測定したところ、１８５オーム／sqであった。下地処理層を含むＷＮX膜の膜厚はＳＥＭ観察から２５０オングストロームであったので、比抵抗値は４６２μΩｃｍとなった。
【００３５】
次いで、通常のＷ−ＣＶＤ法により成膜処理を行ってＷＮX膜上に１０００オングストロームのＷ膜を形成した。この時のＷ／ＷＮ膜のシート抵抗を四探針法により測定したところ、１．３１４オーム／sqという低いシート抵抗値が得られた。更に、膜剥離の有無を知るために、Ｗ／ＷＮ膜の耐熱性試験を行った。即ち、半導体ウエハのＷ／ＷＮ膜に対して９００℃で６００秒間熱負荷を掛けて熱処理（ＲＴＮ）を行った。ＲＴＮ後のシート抵抗値の上昇の有無及びＳＩＭＳ分析からバリア性を、また、ＲＴＮ後の膜剥がれの有無から密着性をそれぞれ評価した。ＲＴＮによりＷＮX膜のバリア性が破壊されれば、Ｓｉ原子がＷ膜へ拡散し、その結果シート抵抗値が上昇し、ＳＩＭＳ分析でもＳｉ原子のＷ膜内への拡散あるいはＷ原子のポリシリコン膜への拡散が観測されるはずである。また、Ｗ／ＷＮ／ポリシリコン膜のいずれかの界面における密着性が不十分であれば、ＲＴＮにより膜剥離が発生するはずである。ところが、本実施例で得られた半導体ウエハを上述のように評価した結果、ＲＴＮ後のシート抵抗値は１．１１１Ω／sqとなり、Ｗ膜のシート抵抗値が低下しており、背面ＳＩＭＳによるＷ原子のポリシリコン膜への拡散及び膜剥離も認められなかった。シート抵抗値が低下したのはＳｉ原子への拡散がなく、しかもＷの結晶粒が大粒径化したためと考えられる。
【００３６】
上記各条件で半導体ウエハを所定枚数の成膜処理を行った後、チャンバー２０内のin-situクリーニングを行う。それにはサセプタの温度を３００℃、チャンバーの内壁面及びシャワーヘッドの温度を１００℃に保持し、以下の条件でＣｌＦ3ガス及びＡｒガスをクリーニングガスとして同時にチャンバー内へ供給し、ＣｌＦ3ガスでチャンバー内のクリーニングを行った。クリーニング終了後、サセプタ、チャンバー及びシャワーヘッドの加熱を止め、常温に戻した後、チャンバーを開放し、内部を目視観察した結果、サセプタ、チャンバー及びシャワーヘッドの全てが成膜前と同様に清浄な表面であることが観察され、チャンバー内がクリーニングガスで十分に清浄になることが判った。
(1)チャンバー内の圧力    ：１Torr
(2)クリーニングガスの流量：ＣｌＦ3／Ａｒ＝５００／５０(sccm)
(3)クリーニング時間      ：６００秒
【００３７】
実施例２
本実施例では、予め表面に２００オングストロームのシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜が形成された半導体ウエハに対して実施例１と同一条件で成膜処理を施し、ＷＮX膜、Ｗ膜の順で積層してＷ／ＷＮ膜を形成した。
【００３８】
上記成膜処理を行った後、ＷＮX膜のシート抵抗を四探針法により測定したところ、２０２７オーム／sqであった。ＸＲＦ法による測定値から換算されるＷＮX膜の膜厚を３９７オングストロームとすると、比抵抗値は８０５２μΩｃｍとなった。
【００３９】
次いで、通常のＷ−ＣＶＤ法により成膜処理を行ってＷＮX膜上に１０００オングストロームのＷ膜を形成した。このＷ／ＷＮ膜の耐熱性試験を行った。即ち、半導体ウエハのＷ／ＷＮ膜に対して６００℃で６００秒間熱負荷を掛けて熱処理（ＲＴＮ）を行い、膜剥離の有無からＷ／ＷＮ膜の密着度を評価した。その結果、Ｗ／ＷＮ／ＳｉＯ2膜は密着性に問題がないことが判った。
【００４０】
上記条件で半導体ウエハを所定枚数の成膜処理を行った後、下記条件でチャンバー２０内のin-situクリーニングを行い、クリーニング終了後、サセプタ、チャンバー及びシャワーヘッドの加熱を止め、常温に戻した後、チャンバーを開放し、内部を目視観察した結果、サセプタ、チャンバー及びシャワーヘッドの全てが成膜前と同様に清浄な表面であることが観察された。
(1)チャンバー内の圧力    ：１Torr
(2)クリーニングガスの流量：ＣｌＦ3／Ａｒ＝２００／５０(sccm)
(3)クリーニング時間      ：１８０秒
【００４１】
比較例１
本比較例では、シャワーヘッド１０及びチャンバー２０の内面をそれぞれ６０℃及び８０℃に設定した以外は実施例１と同一条件でＷＮX膜及びＷ膜を形成したところ、成膜量が少なくなる問題が発生した。また、成膜後に実施例１と同様のクリーニングを行い、チャンバーの冷却後にその内部を目視観察したところ、実施例１には観られなかった、茶色の付着物がシャワーヘッド１０及びチャンバー２０の内面に認められた。本比較例では前処理のプリコート時及び成膜時においてシャワーヘッド１０及びチャンバー２０の加熱が不足していたため、副生成物である、ＮＨ4ＦとＷが結合した化合物がシャワーヘッド１０及びチャンバー２０の内面に残留し、成膜時に半導体ウエハに到達すべき原料ガスを吸収して成膜量を減少させ、更にクリーニング時に付着物がクリーニングしきれずに残留したものと推察される。
【００４２】
比較例２
本比較例では、実施例１と同一の条件でプリコート、成膜処理を行い、成膜後にサセプタを５００℃に設定してクリーニングを行った。冷却後、チャンバーを開放し内部を目視観察したところ、シャワーヘッド及びサセプタ周辺の金属部分に腐食が認められた。
【００４３】
比較例３
本比較例では、実施例１と同一の条件でプリコート、成膜処理を行い、成膜後にシャワーヘッド及びチャンバー内面を５０℃に設定してクリーニングを行った。冷却後、チャンバーを開放し内部を目視観察したところ、プリコート膜の残留が認められた。この事実からシャワーヘッド及びチャンバーの加熱不足のため、実施例１と同一時間ではクリーニングが十分に行われないことが推察される。
【００４４】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、要は半導体装置を製造するに当たり、ガス供給機構及び／または成膜室内のガス接触部位それぞれの温度を、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスの副生成物の付着を防止する温度に設定する方法、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスによる成膜後に、ガス供給機構及び／または成膜室内のガス接触部位それぞれの温度を所定温度に設定した状態で、成膜室内へ三フッ化塩素ガスを供給する方法であれば本発明に包含される。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の請求項１、請求項２及び請求項５、請求項６に記載の発明によれば、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスをガス供給機構から成膜室内へ供給して被処理体に窒化タングステン膜を成膜する際に、ガス供給機構は、六フッ化タングステンとアンモニアガスそれぞれの個別流路を備え、六フッ化タングステンとアンモニアガスを、それぞれの個別流路を経由させて上記成膜室内へ独立に供給し、温度調整機構は、ガス供給機構の温度を、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスの副生成物の付着を防止する第１の温度（例えば、１００〜３００℃）に設定するようにしたため、六フッ化タングステンガスとアンモニアガスの副生成物がガス供給機構内で発生せず、また、成膜室内からガス供給機構への副生成物の付着を防止しあるいは抑制することができる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することができる。
【００４６】
本発明の請求項３、請求項４及び請求項７、請求項８に記載の発明によれば、更に、上記窒化タングステン膜を成膜した後、上記ガス供給機構の温度を上記第１の温度より低い第２の温度（例えば、８０℃以上）に設定し、上記成膜室内へ三フッ化塩素ガスを供給するようにしたため、成膜後のin-situクリーニングで六フッ化タングステンガスとアンモニアガスの副生成物を除去し、成膜室内を常に清浄な状態に保持できる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法に好適に用いられる本発明の半導体製造装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すサセプタの温度とサセプタに載置された半導体ウエハの表面の堆積物との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    シャワーヘッド（ガス供給機構）
１４    シャワーヘッドヒータ（温度調整機構）
２０    チャンバー（成膜室）
２１    チャンバーヒータ（温度調整機構）
３０    サセプタ（保持体）
【図１】
0003904750.tif 000002
【図２】
0003904750.tif 000003