鎢膜的成膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鎢膜的成膜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造LSI時，M0SFET柵極電極、與源極.漏極的觸點(contact)、存儲器的字線等廣泛使用鎢。在多層配線步驟中，主要使用銅配線，但是其缺乏耐熱性。鎢配線特別用于需要提供大致500°C以上的耐熱性的部分、接近晶體管的使用銅時可能因銅的擴散導致電特性劣化的部分等。
[0003]作為鎢的成膜處理，以前使用物理蒸鍍(PVD)法，但是在被要求較高的覆蓋率(step coverage，階梯覆蓋)的部分，在PVD法中因與較高的階梯覆蓋難以對應等原因，而以能夠與器件的微細化充分對應的化學蒸鍍(CVD)法進行成膜。
[0004]作為基于這樣的CVD法的鎢膜(CVD-鎢膜)的成膜方法，通常使用如下方法:作為原料氣體，例如使用六氟化鎢(wf6)并且作為還原氣體的h2氣體，在晶片上產(chǎn)生WF6+3H2— W+6HF的反應(例如專利文獻1、2)。
[0005]但是，在使用WF6氣體將CVD-鎢膜成膜的情況下，在半導體器件中特別是柵極電極和存儲器的字線等，WF6K含有的氟將柵極絕緣膜還原，使電特性劣化的可能性較大，因此，研究使用不含有氟的六氯化鎢(WC16)作為原料氣體使CVD-鎢膜成膜(例如非專利文獻1)。氯雖然也具有還原性，但是反應性比氟弱，期待其對電特性的不良影響會比較少。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2003-193233號公報
[0009]專利文獻2:日本特開2004-273764號公報
[0010]非專利文獻
[0011]非專利文獻1:J.A.M.Ammerlaan et al.，"Chemical vapor deposit1n oftungsten by H2reduct1n of WC16〃，Applied Surface Science 53(1991)，pp.24-29

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0013]但是，近來，隨著半導體器件的微細化日益發(fā)展，就連用所謂能夠獲得良好的階梯覆蓋的CVD也難以獲得充分的階梯覆蓋，從獲得更高的階梯覆蓋的觀點出發(fā)，隔著吹掃(purge)順序供給原料氣體和還原氣體的原子層堆積(ALD)法得到關(guān)注。
[0014]但是，在使用作為原料氣體的胃(:16氣體和作為還原氣體的!12氣體通過ALD法將鎢膜成膜的情況下，存在每1個循環(huán)的堆積膜厚變薄、為了堆積所期望的膜厚而耗費更多時間的問題。
[0015]本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的，提供一種在使用WC16氣體作為原料氣體通過順序供給氣體來形成鎢膜的情況下，能夠以足夠的堆積速度將鎢膜成膜的鎢膜的成膜方法。
[0016]用于解決問題的技術(shù)方案
[0017]本發(fā)明人首先研究使用胃(:16氣體作為原料氣體通過ALD法將鎢膜成膜時堆積速度變慢的原因。其結(jié)果，推測是如下原因:被供給的WC16氣體與已經(jīng)成膜的鎢膜發(fā)生反應，形成 WC15、WC14、WC12等次氯化物(sbchloride) (WClx(x<6))將鎢膜蝕刻。
[0018]而且，進一步研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn):這樣的蝕刻，在供給呢16氣體時，同時供給能夠抑制次氯化物(WClx(x〈6))生成的Cl2氣體、以及同時供給還原氣體是有效的，從而完成本發(fā)明。
[0019]S卩，本發(fā)明的第一方面提供一種鎢膜的成膜方法，其特征在于:對收納有被處理基板并且保持在減壓環(huán)境下的腔室內(nèi)，順序(按時序)供給作為鎢原料氣體的WC16氣體、由含有氫的還原性氣體構(gòu)成的還原氣體和吹掃氣體，由此在被處理基板的表面形成鎢膜，在供給上述評(:16氣體時同時供給C1 2氣體。
[0020]在上述第一方面的發(fā)明中，通過下述步驟形成媽單位膜:對上述腔室內(nèi)供給上述WC16氣體和上述C12氣體的第一步驟、對上述腔室內(nèi)進行吹掃的第二步驟、對上述腔室內(nèi)供給上述還原氣體的第三步驟和對上述腔室內(nèi)進行吹掃的第四步驟，將上述第一步驟至上述第四步驟反復循環(huán)多次，由此形成期望厚度的鎢膜。
[0021]另外，能夠采用如下結(jié)構(gòu):上述WC16氣體，是通過對固體狀的WC1JI料供給載氣而輸送到上述腔室內(nèi)的，使用Cl2氣體作為上述載氣的至少一部分，由此將C12氣體與WC16氣體同時供給到上述腔室。
[0022]本發(fā)明的第二方面提供一種鎢膜的成膜方法，其特征在于:對收納有被處理基板并且保持在減壓環(huán)境下的腔室內(nèi)，順序(按時序)供給作為鎢原料氣體的WC16氣體、由含有氫的還原性氣體構(gòu)成的還原氣體和吹掃氣體，由此在被處理基板的表面形成鎢膜，在供給上述wci6氣體時同時供給上述還原氣體或者在上述腔室內(nèi)存在有上述還原氣體的狀態(tài)下供給上述WC16氣體。
[0023]在上述第二方面的本發(fā)明中，能夠采用如下結(jié)構(gòu):通過下述步驟形成鎢單位膜:對上述腔室內(nèi)供給上述wci6氣體和上述還原氣體的第一步驟、對上述腔室內(nèi)進行吹掃的第二步驟、對上述腔室內(nèi)供給上述還原氣體的第三步驟和對上述腔室內(nèi)進行吹掃的第四步驟，將上述第一步驟至上述第四步驟反復循環(huán)多次，由此形成期望厚度的鎢膜。
[0024]在上述第一方面和第二方面的任一本發(fā)明中，作為上述還原氣體能夠使用比氣體、SiH4氣體、B 2H6氣體、NH3氣體中的至少一種。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，在順序供給作為鎢原料氣體的WC16氣體、由含有氫的還原氣體構(gòu)成的還原氣體和吹掃氣體而在被處理基板的表面將鎢膜成膜時，與WC16氣體同時供給C1 2氣體、或者在供給WC16氣體時同時供給還原氣體或成為在腔室內(nèi)存在有還原氣體的狀態(tài)，因此能夠抑制供給WC16氣體時的鎢膜的蝕刻，能夠以足夠快的堆積速度將鎢膜成膜。
【附圖說明】
[0027]圖1是表示用于實施本發(fā)明的第一實施方式涉及的成膜方法的成膜裝置的一個例子的截面圖。
[0028]圖2是表示第一實施方式涉及的成膜方法的氣體供給順序的時序圖。
[0029]圖3是表示用于實施本發(fā)明的第一實施方式涉及的成膜方法的成膜裝置的另一例的截面圖。
[0030]圖4是表示用于實施本發(fā)明的第二實施方式涉及的成膜方法的成膜裝置的一個例子的截面圖。
[0031]圖5是表示第二實施方式涉及的成膜方法的氣體供給順序的時序圖。
[0032]附圖標記說明
[0033]1:腔室
[0034]2:基座
[0035]5:加熱器
[0036]10:噴淋頭
[0037]30:氣體供給機構(gòu)
[0038]31:成膜原料罐
[0039]32:載氣配管
[0040]33、61、71:N2 氣體供給源
[0041]36:原料氣體送出配管
[0042]42:?氣體供給源
[0043]50:控制部
[0044]51:處理控制器(process controller)
[0045]53:存儲部
[0046]81、91:C12氣體供給配管
[0047]82、92:C12氣體供給源
[0048]100、100'、101:成膜裝置
[0049]W:半導體晶片
【具體實施方式】
[0050]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行具體說明。
[0051]〈第一實施方式〉
[0052]首先，說明第一實施方式。
[0053][成膜裝置的例子]
[0054]圖1是表示用于實施本發(fā)明的第一實施方式涉及的鎢膜的成膜方法的成膜裝置的一個例子的截面圖。
[0055]如圖1所示，成膜裝置100具有氣密地構(gòu)成的大致圓筒狀的腔室1，在其中用于將作為被處理基板的晶片W水平地支承的基座2以由從后述的排氣室的底部到達其中央下部的圓筒狀的支承部件3支承的狀態(tài)配置。該基座2例如由A1N等陶瓷構(gòu)成。另外，在基座2埋入有加熱器5，該加熱器5與加熱器電源6連接。另一方面，在基座2的上表面附近設置有熱電偶7，熱電偶7的信號被傳送到加熱器控制器8。然后，加熱器控制器8根據(jù)熱電偶7的信號向加熱器電源6發(fā)送指令，控制加熱器5的加熱，將晶片W控制成規(guī)定的溫度。此外，在基座2，以相對于基座2的表面能夠突出和沒入(縮入)的方式設置有3根晶片升降銷(未圖示)，在輸送晶片W時，成為從基座2的表面突出的狀態(tài)。此外，基座2能夠通過升降機構(gòu)(未圖示)升降。
[0056]在腔室1的頂壁la形成有圓形的孔lb，以從這里向腔室1內(nèi)突出的方式嵌入有噴淋頭10。噴淋頭10用于將從后述的氣體供給機構(gòu)30供給的作為成膜原料氣體的胃(:16氣體排出到腔室1內(nèi)，在其上部具有:導入WC16氣體和作為吹掃氣體的~2氣體的第一導入通路11、以及導入作為還原氣體的H2氣體和作為吹掃氣體的N2氣體的第二導入通路12。
[0057]在噴淋頭10的內(nèi)部，上下2段地設置有空間13、14。上側(cè)的空間13與第一導入通路11連接，第一氣體排出通路15從該空間13延伸至噴淋頭10的底面。下側(cè)的空間14與第二導入通路12連接，第二氣體排出通路16從該空間14延伸至噴淋頭10的底面。S卩，噴淋頭10形成為作為成膜原料氣體的胃(:16氣體和作為還原氣體的1氣體分別獨立地從排出通路15和16排出。
[0058]在腔室1的底壁設置有向下方突出的排氣室21。排氣室21的側(cè)面與排氣管22連接，該排氣管22與具有真空栗、壓力控制閥等的排氣裝置23連接。而且，通過使該排氣裝置23運轉(zhuǎn)，能夠使腔室1內(nèi)形成為規(guī)定的減壓狀態(tài)。
[0059]在腔室1的側(cè)壁設置有:用于進行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口 24和對該搬入搬