钨膜的成膜方法技术

本发明专利技术涉及钨膜的成膜方法。[课题]即使进行器件的微细化、复杂化，通过使用氯化钨气体作为原料气体的ALD法，也能够以良好的嵌入性形成具有良好的密合性的钨膜。[解决手段]具备如下工序：主钨膜成膜工序：以间隔腔室内的吹扫的方式依次向腔室内供给氯化钨气体和还原气体来形成主钨膜；以及、初始钨膜成膜工序：先于主钨膜成膜工序，使氯化钨气体的供给量少于主钨膜成膜工序，以间隔吹扫气体的供给的方式依次向腔室内供给氯化钨气体和还原气体，或者同时向腔室内供给氯化钨气体和还原气体，从而在基底膜上形成初始钨膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钨膜的成膜方法。
技术介绍
制造LSI时，MOSFET栅电极、与源电极/漏电极的接点、存储器的字线等中广泛使用了钨。多层布线工序中，主要使用铜布线，但铜缺乏耐热性，而且容易扩散，因此要求耐热性的部分、担心铜的扩散而导致电特性劣化的部分等中使用了钨。作为钨的成膜处理，以前使用了物理气相沉积(PVD)法，但在要求高的覆盖率(阶梯覆盖率(step coverage))的部分中难以通过PVD法应对，因此，通过阶梯覆盖率良好的化学气相沉积(CVD)法来进行成膜。作为这样的利用CVD法的钨膜(CVD-钨膜)的成膜方法，一般使用如下方法：作为原料气体使用例如六氟化钨(WF6)和还原气体即H2气，在作为被处理基板的半导体晶圆上产生WF6+3H2→W+6HF的反应(例如专利文献1、2)。然而，使用WF6气通过CVD形成钨膜时，非常担心对于半导体器件中的特别是栅电极、存储器的字线等中WF6所含的氟将栅极绝缘膜还原而使电特性劣化。作为不含有氟的CVD-W成膜时的原料气体，已知有六氯化钨(WCl6)(例如专利文献3、非专利文献1)。氯也与氟同样地具有还原性但反应性比氟弱，从而可以期待对电特性的不良影响少。另外，近期，半导体器件的微细化日益推进，甚至据说能够得到良好的阶梯覆盖率的CVD也变得难以嵌入至复杂形状图案，从得到更高的阶梯覆盖率的观点出发，以间隔吹扫的方式依次供给原料气体和还原气体的原子层沉
积(ALD)法受到关注。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-193233号公报专利文献2：日本特开2004-273764号公报专利文献3：日本特开2006-28572号公报非专利文献非专利文献1：J.A.M.Ammerlaan et al.,“Chemical vapor deposition of tungsten by H2reduction of WCl6”,Applied Surface Science 53(1991),pp.24-29
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，通过CVD、ALD形成钨膜时，对于层间绝缘膜等氧化膜的密合力差且孵育时间也变长，因而难以成膜。因此，使用TiN膜那样的Ti系材料膜作为基底膜。由此，实现密合性和嵌入性良好的钨膜。然而，伴随着近期的器件的微细化、复杂化，即使使用TiN膜等基底膜也无法充分确保钨膜的密合性和嵌入性。因此，本专利技术的课题在于，提供钨膜的成膜方法，即使器件微细化、复杂化也可以通过使用氯化钨气体作为原料气体的ALD法，以良好的嵌入性形成具有良好的密合性的钨膜。用于解决问题的方案本专利技术人等对即使设置基底膜也会由于器件的微细化和复杂化而使钨膜的密合性和嵌入性降低的原因进行了调查。其结果，得到了其原因为以下方面的结论。即，氯化钨气体具有蚀刻构成TiN膜等基底膜的材料的性质，伴随着器件的复杂化而钨原料气体的所需量增加时，TiN膜等基底膜的蚀刻量有增加的倾向，而且伴随着器件的微细化，从布线的低电阻化的观点出发，
对基底膜进行薄膜化。因此，伴随着器件的微细化或复杂化，残留的基底膜的膜厚变得比用于确保钨膜的密合性和嵌入性所需的膜厚还薄。因此，进一步进行了研究的结果发现：通过先于利用ALD法的主钨膜的成膜，在使具有蚀刻作用的WCl6气的供给量少于主钨膜成膜时的状态下，利用CVD或ALD形成初始钨膜，从而可以缓解对基底膜的蚀刻作用而确保基底膜所需的厚度，从而完成了本专利技术。即，本专利技术提供钨膜的成膜方法，其特征在于，其为使用作为钨原料气体的氯化钨气体和还原氯化钨气体的还原气体对被处理基板形成钨膜的成膜方法，所述被处理基板配置于保持在减压气氛下的腔室内且表面形成有基底膜，所述成膜方法具备如下工序：主钨膜成膜工序：以间隔前述腔室内的吹扫的方式依次向前述腔室内供给前述氯化钨气体和前述还原气体来形成主钨膜；以及、初始钨膜成膜工序：先于前述主钨膜成膜工序，使前述氯化钨气体的供给量少于前述主钨膜成膜工序，以间隔吹扫气体的供给的方式依次向前述腔室内供给前述氯化钨气体和前述还原气体，或者同时向前述腔室内供给前述氯化钨气体和前述还原气体，从而在前述基底膜上形成初始钨膜。优选以形成前述初始钨膜时的前述腔室内的前述氯化钨气体的分压成为1Torr以下的方式供给前述氯化钨气体，更优选以形成前述初始钨膜时的前述腔室内的前述氯化钨气体的分压变为0.1Torr以下的方式供给前述氯化钨气体。形成前述初始钨膜时，优选使前述氯化钨气体的供给量斜线上升(ramp up)直至设定值。将前述初始钨膜的膜厚设为1nm以上。该情况下，优选根据形成前述主钨膜时的氯化钨气体的供给量而改变前述初始钨膜的膜厚。前述初始钨膜可以为使氯化钨气体的供给量不同而形成的2阶段以上的膜。前述初始钨膜和前述主钨膜的成膜处理时，优选的是，前述被处理基板
的温度为300℃以上，前述腔室内的压力为5Torr以上。另外，作为前述氯化钨，可以使用WCl6、WCl5、WCl4中的任一者。作为还原气体，可以优选使用H2气、SiH4气、B2H6气、NH3气中的至少1种。作为前述基底膜，可以使用具有钛系材料膜或钨化合物膜的基底膜。另外，本专利技术提供一种存储介质，其特征在于，其为存储有在计算机上运转且用于控制成膜装置的程序的存储介质，前述程序在执行时使计算机控制前述成膜装置以进行上述钨膜的成膜方法。专利技术的效果根据本专利技术，在形成有基底膜的被处理基板上形成钨膜时，先于以间隔腔室内的吹扫的方式依次向腔室供给氯化钨气体和还原气体来形成主钨膜，使氯化钨气体的供给量少于前述主钨膜成膜工序，从而形成初始钨膜。形成初始钨膜时的氯化钨气体的供给量少，因此对初始钨膜本身的基底膜进行蚀刻的量少且形成氯化钨气体的供给量多的主钨膜时，初始钨膜对于基底膜起到作为氯化钨气体的阻隔的作用。因此，能够通过初始钨膜抑制基底膜的蚀刻。因此，即使在由于因器件的微细化导致布线低电阻化而基底膜被薄膜化的情况下、应对器件的复杂化而增加氯化钨气体的供给量的情况下，也可以残留所需量的基底膜，以良好的嵌入性形成具有良好的密合性的钨膜。附图说明图1为示出用于实施本专利技术的钨膜的成膜方法的成膜装置的一例的截面图。图2为本专利技术的实施方式的钨膜成膜方法的流程图。图3为示意性示出本专利技术的本实施方式的钨膜成膜方法的工序的工序截面图。图4为示出在钨膜的成膜初期作为基底膜的TiN膜产生蚀刻反应的区域的图。图5为示出WCl6气的供给时间与TiN膜的每1个循环的蚀刻量的关系的图。图6为示出载气(carrier gas)N2流量与TiN膜的每1个循环的蚀刻量的关系的图。图7为示出形成初始钨膜时的循环数与在其上形成主钨膜时的TiN膜的蚀刻量的关系的图。图8为示出初始钨膜的膜厚与TiN膜的蚀刻量的关系的图，为示出初始钨膜+主钨膜中WCl6气的供给量为通常的情况、初始钨膜+主钨膜中WCl6气的供给量多的情况、仅初始钨膜的情况的图。图9为示出形成初始钨膜和主钨膜时的气体供给顺序的一例的图。图10为示出形成初始钨膜和主钨膜时的气体供给顺序的其他例子的图。图11为示出初始钨膜的成膜中使WCl6气斜线上升时的设置于WCl6气供给配管的压力计的压力值的图。附图标记说明1：腔室2：基座3：喷头4：排气部5：气体供给机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨膜的成膜方法，其特征在于，其为使用作为钨原料气体的氯化钨气体和还原氯化钨气体的还原气体对被处理基板形成钨膜的成膜方法，所述被处理基板配置于保持在减压气氛下的腔室内且表面形成有基底膜，所述成膜方法具备如下工序：主钨膜成膜工序：以间隔所述腔室内的吹扫的方式，依次向所述腔室内供给所述氯化钨气体和所述还原气体来形成主钨膜；以及初始钨膜成膜工序：先于所述主钨膜成膜工序，使所述氯化钨气体的供给量少于所述主钨膜成膜工序，以间隔吹扫气体的供给的方式依次向所述腔室内供给所述氯化钨气体和所述还原气体，或者同时向所述腔室内供给所述氯化钨气体和所述还原气体，从而在所述基底膜上形成初始钨膜。

【技术特征摘要】
2015.03.27 JP 2015-0656621.一种钨膜的成膜方法，其特征在于，其为使用作为钨原料气体的氯化钨气体和还原氯化钨气体的还原气体对被处理基板形成钨膜的成膜方法，所述被处理基板配置于保持在减压气氛下的腔室内且表面形成有基底膜，所述成膜方法具备如下工序：主钨膜成膜工序：以间隔所述腔室内的吹扫的方式，依次向所述腔室内供给所述氯化钨气体和所述还原气体来形成主钨膜；以及初始钨膜成膜工序：先于所述主钨膜成膜工序，使所述氯化钨气体的供给量少于所述主钨膜成膜工序，以间隔吹扫气体的供给的方式依次向所述腔室内供给所述氯化钨气体和所述还原气体，或者同时向所述腔室内供给所述氯化钨气体和所述还原气体，从而在所述基底膜上形成初始钨膜。2.根据权利要求1所述的钨膜的成膜方法，其特征在于，以形成所述初始钨膜时的所述腔室内的所述氯化钨气体的分压成为1Torr以下的方式供给所述氯化钨气体。3.根据权利要求2所述的钨膜的成膜方法，其特征在于，所述氯化钨气体的分压为0.1Torr以下。4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的钨膜的成膜方法，其特征在于，形成所述初始钨膜时，使所述氯化钨气体的供给量斜线上升...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木健二，前川浩治，堀田隼史，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP