钨膜的成膜方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及钨膜的成膜方法。
【背景技术】
[0002]在制造LSI时，M0SFET栅极电极、与源极.漏极的触点(contact)、存储器的字线等广泛使用钨。在多层配线步骤中，主要使用铜配线，但是其缺乏耐热性。钨配线特别用于需要提供大致500°C以上的耐热性的部分、接近晶体管的使用铜时可能因铜的扩散导致电特性劣化的部分等。
[0003]作为钨的成膜处理，以前使用物理蒸镀(PVD)法，但是在被要求较高的覆盖率(step coverage，阶梯覆盖)的部分，在PVD法中因与较高的阶梯覆盖难以对应等原因，而以能够与器件的微细化充分对应的化学蒸镀(CVD)法进行成膜。
[0004]作为基于这样的CVD法的钨膜(CVD-钨膜)的成膜方法，通常使用如下方法:作为原料气体，例如使用六氟化钨(wf6)并且作为还原气体的h2气体，在晶片上产生WF6+3H2— W+6HF的反应(例如专利文献1、2)。
[0005]但是，在使用WF6气体将CVD-钨膜成膜的情况下，在半导体器件中特别是栅极电极和存储器的字线等，WF6K含有的氟将栅极绝缘膜还原，使电特性劣化的可能性较大，因此，研究使用不含有氟的六氯化钨(WC16)作为原料气体使CVD-钨膜成膜(例如非专利文献1)。氯虽然也具有还原性，但是反应性比氟弱，期待其对电特性的不良影响会比较少。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2003-193233号公报
[0009]专利文献2:日本特开2004-273764号公报
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1:J.A.M.Ammerlaan et al.，"Chemical vapor deposit1n oftungsten by H2reduct1n of WC16〃，Applied Surface Science 53(1991)，pp.24-29
【发明内容】
[0012]发明要解决的技术问题
[0013]但是，近来，随着半导体器件的微细化日益发展，就连用所谓能够获得良好的阶梯覆盖的CVD也难以获得充分的阶梯覆盖，从获得更高的阶梯覆盖的观点出发，隔着吹扫(purge)顺序供给原料气体和还原气体的原子层堆积(ALD)法得到关注。
[0014]但是，在使用作为原料气体的胃(:16气体和作为还原气体的!12气体通过ALD法将钨膜成膜的情况下，存在每1个循环的堆积膜厚变薄、为了堆积所期望的膜厚而耗费更多时间的问题。
[0015]本发明是鉴于这样的问题而完成的，提供一种在使用WC16气体作为原料气体通过顺序供给气体来形成钨膜的情况下，能够以足够的堆积速度将钨膜成膜的钨膜的成膜方法。
[0016]用于解决问题的技术方案
[0017]本发明人首先研究使用胃(:16气体作为原料气体通过ALD法将钨膜成膜时堆积速度变慢的原因。其结果，推测是如下原因:被供给的WC16气体与已经成膜的钨膜发生反应，形成 WC15、WC14、WC12等次氯化物(sbchloride) (WClx(x<6))将钨膜蚀刻。
[0018]而且，进一步研究的结果发现:这样的蚀刻，在供给呢16气体时，同时供给能够抑制次氯化物(WClx(x〈6))生成的Cl2气体、以及同时供给还原气体是有效的，从而完成本发明。
[0019]S卩，本发明的第一方面提供一种钨膜的成膜方法，其特征在于:对收纳有被处理基板并且保持在减压环境下的腔室内，顺序(按时序)供给作为钨原料气体的WC16气体、由含有氢的还原性气体构成的还原气体和吹扫气体，由此在被处理基板的表面形成钨膜，在供给上述评(:16气体时同时供给C1 2气体。
[0020]在上述第一方面的发明中，通过下述步骤形成妈单位膜:对上述腔室内供给上述WC16气体和上述C12气体的第一步骤、对上述腔室内进行吹扫的第二步骤、对上述腔室内供给上述还原气体的第三步骤和对上述腔室内进行吹扫的第四步骤，将上述第一步骤至上述第四步骤反复循环多次，由此形成期望厚度的钨膜。
[0021]另外，能够采用如下结构:上述WC16气体，是通过对固体状的WC1JI料供给载气而输送到上述腔室内的，使用Cl2气体作为上述载气的至少一部分，由此将C12气体与WC16气体同时供给到上述腔室。
[0022]本发明的第二方面提供一种钨膜的成膜方法，其特征在于:对收纳有被处理基板并且保持在减压环境下的腔室内，顺序(按时序)供给作为钨原料气体的WC16气体、由含有氢的还原性气体构成的还原气体和吹扫气体，由此在被处理基板的表面形成钨膜，在供给上述wci6气体时同时供给上述还原气体或者在上述腔室内存在有上述还原气体的状态下供给上述WC16气体。
[0023]在上述第二方面的本发明中，能够采用如下结构:通过下述步骤形成钨单位膜:对上述腔室内供给上述wci6气体和上述还原气体的第一步骤、对上述腔室内进行吹扫的第二步骤、对上述腔室内供给上述还原气体的第三步骤和对上述腔室内进行吹扫的第四步骤，将上述第一步骤至上述第四步骤反复循环多次，由此形成期望厚度的钨膜。
[0024]在上述第一方面和第二方面的任一本发明中，作为上述还原气体能够使用比气体、SiH4气体、B 2H6气体、NH3气体中的至少一种。
[0025]发明效果
[0026]根据本发明，在顺序供给作为钨原料气体的WC16气体、由含有氢的还原气体构成的还原气体和吹扫气体而在被处理基板的表面将钨膜成膜时，与WC16气体同时供给C1 2气体、或者在供给WC16气体时同时供给还原气体或成为在腔室内存在有还原气体的状态，因此能够抑制供给WC16气体时的钨膜的蚀刻，能够以足够快的堆积速度将钨膜成膜。
【附图说明】
[0027]图1是表示用于实施本发明的第一实施方式涉及的成膜方法的成膜装置的一个例子的截面图。
[0028]图2是表示第一实施方式涉及的成膜方法的气体供给顺序的时序图。
[0029]图3是表示用于实施本发明的第一实施方式涉及的成膜方法的成膜装置的另一例的截面图。
[0030]图4是表示用于实施本发明的第二实施方式涉及的成膜方法的成膜装置的一个例子的截面图。
[0031]图5是表示第二实施方式涉及的成膜方法的气体供给顺序的时序图。
[0032]附图标记说明
[0033]1:腔室
[0034]2:基座
[0035]5:加热器
[0036]10:喷淋头
[0037]30:气体供给机构
[0038]31:成膜原料罐
[0039]32:载气配管
[0040]33、61、71:N2 气体供给源
[0041]36:原料气体送出配管
[0042]42:?气体供给源
[0043]50:控制部
[0044]51:处理控制器(process controller)
[0045]53:存储部
[0046]81、91:C12气体供给配管
[0047]82、92:C12气体供给源
[0048]100、100'、101:成膜装置
[0049]W:半导体晶片
【具体实施方式】
[0050]以下，参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。
[0051]〈第一实施方式〉
[0052]首先，说明第一实施方式。
[0053][成膜装置的例子]
[0054]图1是表示用于实施本发明的第一实施方式涉及的钨膜的成膜方法的成膜装置的一个例子的截面图。
[0055]如图1所示，成膜装置100具有气密地构成的大致圆筒状的腔室1，在其中用于将作为被处理基板的晶片W水平地支承的基座2以由从后述的排气室的底部到达其中央下部的圆筒状的支承部件3支承的状态配置。该基座2例如由A1N等陶瓷构成。另外，在基座2埋入有加热器5，该加热器5与加热器电源6连接。另一方面，在基座2的上表面附近设置有热电偶7，热电偶7的信号被传送到加热器控制器8。然后，加热器控制器8根据热电偶7的信号向加热器电源6发送指令，控制加热器5的加热，将晶片W控制成规定的温度。此外，在基座2，以相对于基座2的表面能够突出和没入(缩入)的方式设置有3根晶片升降销(未图示)，在输送晶片W时，成为从基座2的表面突出的状态。此外，基座2能够通过升降机构(未图示)升降。
[0056]在腔室1的顶壁la形成有圆形的孔lb，以从这里向腔室1内突出的方式嵌入有喷淋头10。喷淋头10用于将从后述的气体供给机构30供给的作为成膜原料气体的胃(:16气体排出到腔室1内，在其上部具有:导入WC16气体和作为吹扫气体的~2气体的第一导入通路11、以及导入作为还原气体的H2气体和作为吹扫气体的N2气体的第二导入通路12。
[0057]在喷淋头10的内部，上下2段地设置有空间13、14。上侧的空间13与第一导入通路11连接，第一气体排出通路15从该空间13延伸至喷淋头10的底面。下侧的空间14与第二导入通路12连接，第二气体排出通路16从该空间14延伸至喷淋头10的底面。S卩，喷淋头10形成为作为成膜原料气体的胃(:16气体和作为还原气体的1气体分别独立地从排出通路15和16排出。
[0058]在腔室1的底壁设置有向下方突出的排气室21。排气室21的侧面与排气管22连接，该排气管22与具有真空栗、压力控制阀等的排气装置23连接。而且，通过使该排气装置23运转，能够使腔室1内形成为规定的减压状态。
[0059]在腔室1的侧壁设置有:用于进行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口 24和对该搬入搬