特許 5959991 タングステン膜の成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5959991

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】タングステン膜の成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/14 20060101AFI20160719BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20160719BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20160719BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20160719BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/14

   H01L21/285 C

   H01L21/88 M

   H01L21/88 R

【請求項の数】21

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2012-183934(P2012-183934)

(22)【出願日】2012年8月23日

(65)【公開番号】特開2013-213274(P2013-213274A)

(43)【公開日】2013年10月17日

【審査請求日】2015年3月31日

(31)【優先権主張番号】特願2011-258117(P2011-258117)

(32)【優先日】2011年11月25日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2012-51018(P2012-51018)

(32)【優先日】2012年3月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 耕一

【審査官】 吉野 涼

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０２４２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２４８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９３２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７３７６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理容器内において、減圧雰囲気で基板を加熱しつつ基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
前記処理容器内へのタングステン原料であるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給とを前記処理容器内のパージを挟んで交互に繰り返すことにより、基板の表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜を形成する工程と、
前記初期タングステン膜の表面に核形成のための物質を含むガスを吸着させる工程と、
前記処理容器内へタングステン原料であるＷＦ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜する工程と、
前記結晶性遮断タングステン膜成膜終了後、ＷＦ_６ガスの供給を停止し、前記処理容器内の圧力を上昇させた後、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜の際よりも高圧で、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜の際よりもＷＦ_６ガスの流量を多くし、ＷＦ_６ガスとＨ_２ガスとを供給して主タングステン膜を成膜する工程と
を有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。

【請求項2】

処理容器内において、減圧雰囲気で基板を加熱しつつ基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、
前記処理容器内へのタングステン原料であるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給とを前記処理容器内のパージを挟んで交互に繰り返すことにより、基板の表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜を形成する工程と、
前記処理容器内へタングステン原料であるＷＦ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜する工程と、
前記結晶性遮断タングステン膜成膜終了後、ＷＦ_６ガスの供給を停止し、前記処理容器内の圧力を上昇させた後、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜よりも高圧で、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜の際よりもＷＦ_６ガスの流量を多くし、ＷＦ_６ガスとＨ_２ガスとを供給して主タングステン膜を成膜する工程と
を有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法。

【請求項3】

前記結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、前記主タングステン膜成膜までの時間を２０〜２７０ｓｅｃとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項4】

前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚を０．５〜１１．５ｎｍとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項5】

前記結晶性遮断タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を１００〜２６６６７Ｐａ、ＷＦ_６ガスの流量を５〜２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ_２ガスの流量を１００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項6】

前記ガスを吸着させる工程は、シリコン化合物ガスとしてのＳｉＨ_４ガスとＨ_２ガスを供給することにより行われることを特徴とする請求項１に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項7】

前記ガスを吸着させる工程は、１０ｓｅｃ以上行われることを特徴とする請求項１または請求項６に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項8】

前記主タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を２６６６〜２６６６７Ｐａ、ＷＦ_６ガスの流量を１５０〜７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ_２ガスの流量を１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項9】

前記主タングステン膜の膜厚は、２５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項10】

前記主タングステン膜の成膜後、前記基板をアニールすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項11】

前記アニールは７００℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項１０に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項12】

前記主タングステン膜の膜厚は１０〜２５ｎｍであることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項13】

前記主タングステン膜の膜厚が１０〜２５ｎｍの場合に、前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚は３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項14】

前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚は、１．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項15】

前記初期タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を１００〜８０００Ｐａ、ＷＦ_６ガスの流量を５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ_２ガスの流量を５００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）とし、１サイクルあたり４〜２０ｓｅｃで行い、膜厚を０．５〜３．０ｎｍとすることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項16】

前記初期タングステン膜の成膜は、パージの際にガスを停止して真空引きを行うことにより実施することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項17】

前記初期タングステン膜の成膜に先立って、基板表面に核を形成するイニシエーション処理を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項18】

前記イニシエーション処理は、ＳｉＨ_４ガスを供給して行うことを特徴とする請求項１７に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項19】

前記各工程の際の基板を支持する載置台の温度が３５０〜５００℃であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項20】

前記基板は表面にＴｉＮ膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載のタングステン膜の成膜方法。

【請求項21】

コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項２０のいずれかのタングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造工程においては、配線間の凹部（ビアホール）や基板コンタクト用の凹部（コンタクトホール）を埋め込むためにタングステン（Ｗ）膜が用いられている。

【0003】

タングステン（Ｗ）膜の成膜方法としては、過去には物理的蒸着（ＰＶＤ）が用いられていたが、タングステンは高融点金属であること、およびＰＶＤでは近年のデバイスの微細化による高カバレッジに対応することが困難であること等の理由で、高カバレッジに対応することが可能で、かつデバイスの微細化に十分対応可能な化学的蒸着法（ＣＶＤ）が主流となっている。

【0004】

ＣＶＤによりビアホールやコンタクトホールにＷ膜を埋め込む際には、シリコン層との密着性や反応抑制の観点から、シリコン層の上にバリア層としてＴｉＮ膜を形成し、その上にタングステン膜を成膜する。

【0005】

タングステン膜の成膜に際しては、タングステン原料として六フッ化タングステン（ＷＦ_６）を用い還元ガスとしてＨ_２ガスを用いてＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦの反応により主成膜を行うが、最初の核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）の際には、還元ガスとしてＨ_２よりも還元力の大きいＳｉＨ_４ガスやＢ_２Ｈ_６ガスを用いている（例えば特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−１９３２３３号公報

【特許文献2】特開２００４−２７３７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、還元ガスとしてＳｉＨ_４ガスやＢ_２Ｈ_６ガスを用いてタングステンの核生成を行う場合には、タングステン膜中にシリコン（Ｓｉ）原子やボロン（Ｂ）原子が取り込まれるため、ピュアなタングステン膜と比較すると高抵抗になってしまう。近時のコンタクトホールの微細化にともない、より低抵抗なＷ膜が要求されており、ＳｉＨ_４ガスやＢ_２Ｈ_６ガスを用いた核生成では、要求を満たさなくなりつつある。また、還元ガスとしてＢ_２Ｈ_６ガスを用いた場合には、ＳｉＨ_４ガスを用いた場合よりも低抵抗化することはできるが、Ｂ拡散の影響により下地との密着性が悪化したり、電気特性を悪化させたり等の悪影響をおよぼすことがある。

【0008】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、下地との密着性や電気特性を悪化させることなく、低抵抗のタングステン膜を形成することができるタングステン膜の成膜方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、処理容器内において、減圧雰囲気で基板を加熱しつつ基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、前記処理容器内へのタングステン原料であるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給とを前記処理容器内のパージを挟んで交互に繰り返すことにより、基板の表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜を形成する工程と、前記初期タングステン膜の表面に核形成のための物質を含むガスを吸着させる工程と、前記処理容器内へタングステン原料であるＷＦ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜する工程と、前記結晶性遮断タングステン膜成膜終了後、ＷＦ_６ガスの供給を停止し、前記処理容器内の圧力を上昇させた後、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜の際よりも高圧で、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜の際よりもＷＦ_６ガスの流量を多くし、ＷＦ_６ガスとＨ_２ガスとを供給して主タングステン膜を成膜する工程とを有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法を提供する。

【0010】

本発明の第２の観点では、処理容器内において、減圧雰囲気で基板を加熱しつつ基板の表面にタングステン膜を成膜するタングステン膜の成膜方法であって、前記処理容器内へのタングステン原料であるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給とを前記処理容器内のパージを挟んで交互に繰り返すことにより、基板の表面にタングステンの核を生成するための初期タングステン膜を形成する工程と、前記処理容器内へタングステン原料であるＷＦ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを供給して、前記初期タングステン膜の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜を成膜する工程と、前記結晶性遮断タングステン膜成膜終了後、ＷＦ_６ガスの供給を停止し、前記処理容器内の圧力を上昇させた後、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜よりも高圧で、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜の際よりもＷＦ_６ガスの流量を多くし、ＷＦ_６ガスとＨ_２ガスとを供給して主タングステン膜を成膜する工程とを有することを特徴とするタングステン膜の成膜方法を提供する。

【0012】

上記第１、第２の観点において、前記結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、前記主タングステン膜成膜までの時間を２０〜２７０ｓｅｃとすることが好ましい。また、前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚を０．５〜１１．５ｎｍとすることが好ましい。さらに、前記結晶性遮断タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を１００〜２６６６７Ｐａ、ＷＦ_６ガスの流量を５〜２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ_２ガスの流量を１００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことが好ましい。

【0013】

上記第１の観点において、前記ガスを吸着させる工程は、シリコン化合物ガスとしてのＳｉＨ_４ガスとＨ_２ガスを供給することにより行うことができる。また、前記ガスを吸着させる工程は、１０ｓｅｃ以上行われることが好ましい。

【0014】

上記第１、第２の観点において、前記主タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を２６６６〜２６６６７Ｐａ、ＷＦ_６ガスの流量を１５０〜７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ_２ガスの流量を１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）として行うことが好ましい。前記主タングステン膜の膜厚は、２５ｎｍ以上であることが好ましい。

【0015】

前記主タングステン膜の成膜後、前記基板をアニールすることが好ましい。前記アニールは７００℃以上の温度で行うことが好ましい。このアニールにより膜厚にかかわらず比抵抗が低下するが、その効果は膜厚が１０〜２５ｎｍの範囲で大きいものとなる。

【0016】

また、前記主タングステン膜の膜厚が１０〜２５ｎｍの場合に、前記結晶性遮断タングステン膜の膜厚は３ｎｍ以下であることが好ましく、１．５ｎｍ以下がより好ましい。また、前記初期タングステン膜の成膜は、処理容器内の圧力を１００〜８０００Ｐａ、ＷＦ_６ガスの流量を５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、Ｈ_２ガスの流量を５００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）とし、１サイクルあたり４〜２０ｓｅｃで行い、膜厚を０．５〜３．０ｎｍとすることが好ましい。前記初期タングステン膜の成膜は、パージの際にガスを停止して真空引きを行うことにより実施することが好ましい。

【0017】

さらに、前記初期タングステン膜の成膜に先立って、基板表面にＳｉの核を形成するイニシエーション処理を行う工程をさらに有することが好ましい。前記イニシエーション処理は、ＳｉＨ_４ガスを供給して行うことができる。

【0018】

さらにまた、アニール以外の前記各工程の際の基板を支持する載置台の温度が３５０〜５００℃であることが好ましい。さらにまた、前記基板としては表面にＴｉＮ膜が形成されているものを用いることができる。

【0019】

本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１または第２の観点のタングステン膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、初期タングステン膜の成膜を還元ガスとしてＨ_２ガスを用いてＡＬＤにより行い、核として形成される物質を含むガスによる吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜、または結晶性遮断タングステン膜の成膜のみを経て主タングステン膜の成膜を行うので、不純物が少なくまた下地を引き継ぐことなく大きな結晶粒を得ることができ、従来よりも比抵抗の低いタングステン膜を形成することができる。また、成膜過程でＢを含むガスを用いないので、Ｂ拡散の影響により下地との密着性が悪化したり、電気特性を悪化させたり等の悪影響をおよぼすことがない。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態の第１の例に係る成膜方法のフローチャートである。

【図3】本発明の第１の実施形態の第１の例に係る成膜方法の各工程を示す工程断面図である。

【図4】初期タングステン膜の成膜の際のガス導入のタイミングを示すタイミングチャートである。

【図5】下地であるＴｉＮ膜とその上に形成された初期タングステン膜の結晶性を示す模式図である。

【図6】吸着処理を行った状態を示す模式図である。

【図7】結晶性遮断タングステン膜成膜および主タングステン膜成膜およびそれらの間の圧力の変化とＷＦ_６の流量の変化を示す図である。

【図8】本発明の第１の実施形態の第２の例に係る成膜方法のフローチャートである。

【図9】本発明の第１の実施形態の第３の例に係る成膜方法のフローチャートである。

【図10】本発明タングステン膜と、従来の初期成膜をＳｉＨ_４還元、Ｂ_２Ｈ_６還元で行ったタングステン膜の結晶状態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

【図11】本発明タングステン膜と、従来の初期成膜をＳｉＨ_４還元、Ｂ_２Ｈ_６還元で行ったタングステン膜の膜厚と比抵抗との関係を示す図である。

【図12】Ｈ_２還元による初期タングステン膜、ＳｉＨ_４還元による初期タングステン膜、Ｂ_２Ｈ_６還元による初期タングステン膜の深さ方向の不純物（Ｆ、Ｓｉ、Ｂ）濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定した結果を示す図である。

【図13】吸着処理の時間と得られたタングステン膜の比抵抗との関係を示す図である。

【図14】結晶性遮断タングステン膜の膜厚と膜の比抵抗および膜厚との関係を示す図である。

【図15】結晶性遮断タングステン膜の終了から主タングステン膜成膜開始までの時間ｔ（ｓｅｃ）と膜の比抵抗および膜厚との関係を示す図である。

【図16】本発明における最適条件で成膜したタングステン膜の比抵抗と、従来の初期タングステン膜をＳｉＨ_４還元により行ったタングステン膜の比抵抗と、参考のために初期タングステン膜をＳｉＨ_４還元により行った後、吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜を行い、その後主タングステン膜を成膜して形成したタングステン膜の比抵抗とを比較して示す図である。

【図17】吸着処理、結晶性遮断タングステン膜の成膜のいずれかまたは両方を行ったもの（ケースＡ〜Ｃ）と、いずれも行わなかったもの（ケースＤ）について主タングステン膜の成膜を行った際の膜厚と比抵抗の関係を示す図である。

【図18】ケースＡ〜Ｄにおいて、主タングステン膜の膜厚を変化させた際のＸ線回折の結果を示す図である。

【図19】ケースＡについて、膜厚を変化させて主タングステン膜の成膜を行ったもの、および主タングステン膜の成膜後にＮ_２ガス雰囲気において８００℃で３０ｍｉｎのアニールを施したものについて比抵抗を測定した結果を示す図である。

【図20】主タングステン膜の膜厚２０ｎｍと５０ｎｍのタングステン膜について、ａｓ ｄｅｐｏとアニール後のＸ線回折の結果を示す図である。

【図21】本発明の第２の実施形態に係る成膜方法のフローチャートである。

【図22】主タングステン膜の膜厚が５０ｎｍのタングステン膜でアニール温度を５００〜８００℃の間で変化させてＮ_２ガス雰囲気でアニールを行い、比抵抗を測定した結果を示す図である。

【図23】アニールの雰囲気をＮ_２にしたときとＨ_２にしたときの比抵抗を比較して示す図である。

【図24】結晶性遮断タングステン膜の膜厚を変化させた場合の、タングステン膜の膜厚と比抵抗の関係を示す図である。

【図25】初期タングステン膜の成膜の際のパージをＡｒガスおよびＮ_２ガスをパージガスとして機能させて行った場合（ケースＥ）と、全てのガスの供給を停止して真空引きした場合（ケースＦ）における、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。

【図26】上記ケースＥおよびケースＦと、これらにそれぞれＮ_２ガス雰囲気において８００℃で３０ｍｉｎのアニールを施した場合（ケースＧ、ケースＨ）について、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。

【図27】イニシエーション処理をＳｉＨ_４で行った場合（ケースＩ）と、Ｂ_２Ｈ_６で行った場合（ケースＪ）における、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
＜成膜装置＞
図１は本発明に係るタングステン膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。

【0023】

図１に示すように、成膜装置１００は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等により円筒状あるいは箱状に成形された処理容器２を有している。この処理容器２内には、容器底部より起立する支柱４上に、断面Ｌ字状の保持部材６を介して被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｓを載置するための載置台８が設けられている。この支柱４および保持部材６は、熱線透過性の材料、例えば石英により構成されており、また、載置台８は、厚さ１ｍｍ程度の例えばカーボン素材、アルミニウム化合物等により構成されている。

【0024】

この載置台８の下方には、複数本、例えば３本のリフタピン１０（２本のみ図示）が設けられ、各リフタピン１０の基端部は、円弧状の支持部材１２により支持されている。この支持部材１２には容器底部を貫通して設けられた押し上げ棒１４が取り付けられており、押し上げ棒１４はアクチュエータ１８により昇降されるようになっている。そして、アクチュエータ１８により押し上げ棒１４を上下動させることにより、支持部材１２を介してリフタピン１０を上下動させ、リフタピン１０を載置台８に貫通して設けられたピン孔１６に挿通させてウエハＳを持ち上げるようになっている。押し上げ棒１４の容器底部の下方へ貫通した部分には、処理容器２内の気密状態を保持するために伸縮可能なベローズ２０が設けられている。

【0025】

載置台８の周縁部には、ウエハＳの周縁部を保持してこれを載置台８側へ固定するためのセラミック製のリング状をなすクランプリング２２が設けられており、このクランプリング２２は、支持棒２４を介してリフタピン１０側に連結されており、リフタピン１０と一体的に昇降するようになっている。リフタピン１０および支持棒２４も石英等の熱線透過材料により構成されている。

【0026】

載置台８の直下の容器底部には、石英等の熱線透過材料よりなる透過窓２６がＯリング等のシール部材２８を介して気密に設けられており、その下方には、透過窓２６を囲むように箱状の加熱室３０が設けられている。この加熱室３０内には加熱手段として複数の加熱ランプ３２が反射鏡も兼ねる回転台３４に取り付けられており、この回転台３４は、回転モータ３６により回転される。したがって、加熱ランプ３２より放出された熱線は、透過窓２６を透過して載置台８の下面を照射してこれを加熱し得るようになっている。なお、加熱手段として加熱ランプ３２に代えて、載置台８に埋め込んだ抵抗加熱ヒータを用いるようにしてもよい。

【0027】

載置台８の外周側には、多数の整流孔３８を有するリング状の整流板４０が、上下方向に環状に成形された支持コラム４２により支持された状態で設けられている。整流板４０の内周側には、クランプリング２２の外周部と接触してこの下方にガスが流れないようにするリング状の石英製アタッチメント４４が設けられる。

【0028】

整流板４０の下方の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６には、排気管５２が接続されている。この排気管５２の途中には圧力調整弁４８、真空ポンプ５０が設けられている。そして、真空ポンプ５０により処理容器２内を真空引きして、その中を所定の圧力に維持する。処理容器２の側壁には、処理容器２内に対してウエハＳを搬入出するための開口５４が設けられ、この開口５４はゲートバルブ５６により開閉可能となっている。

【0029】

一方、処理容器２の天井部には、その中へ所定のガスを導入するためのガス導入手段であるシャワーヘッド６０が設けられている。このシャワーヘッド６０は、例えばアルミニウム合金等により円形箱状に成形され、その天井部にはガス導入口６１が設けられている。シャワーヘッド６０の下面には、ガス導入口６１からシャワーヘッド６０の内部へ供給されたガスを放出するための多数のガス吐出孔６２が均等に形成されており、ウエハＳの上方の処理空間に対して均等にガスを放出するようになっている。シャワーヘッド６０の内部には、多数のガス分散孔６４を有する拡散板６５が配設されており、シャワーヘッド６０内へ導入されたガスを拡散してウエハ面に、より均等にガスを供給するようになっている。

【0030】

ガス導入口６１には、ガス供給部７０のガス配管７１が接続されている。ガス供給部７０は、このガス配管７１と、ガス配管７１から分岐した複数の分岐配管７２とを有しており、かつ各分岐配管７２に接続された、ＣｌＦ₃ガス源７３、ＷＦ₆ガス源７４、Ａｒガス源７５、Ｎ₂ガス源７６、ＳｉＨ₄ガス源７７、Ｈ₂ガス源７８を有している。ＣｌＦ₃ガス源７３からは、クリーニングに用いるＣｌＦ_３ガスが供給される。また、ＷＦ₆ガス源７４からはタングステン原料であるＷＦ₆ガスが供給される。Ａｒガス源７５、Ｎ₂ガス源７６からはパージガスや希釈ガスとして用いるＡｒガス、Ｎ_２ガスが供給される。パージガスや希釈ガスとしては、他の不活性ガスを用いることもできる。ＳｉＨ₄ガス源７７からはイニシエーション処理およびＳｉ吸着処理に用いられるＳｉＨ_４ガスが供給される。さらに、Ｈ_２ガス源７８からはＷＦ_６の還元ガスとしてＨ_２ガスが供給される。

【0031】

これらガス源が接続された分岐配管にはそれぞれマスフローコントローラのような流量制御器７９と、その前後の開閉弁８０とが設けられている。なお、図示していないが、載置台８の下方の空間にバックガス（パージガス）としてＡｒガスを供給するバックガスＡｒラインも設けられている。

【0032】

この成膜装置１００は、成膜装置１００の各構成部、例えばアクチュエータ１８、加熱ランプ３２の電源、真空ポンプ５０、マスフローコントローラ７９、開閉弁８０等を制御するための制御部９０を有している。この制御部９０は、各構成部の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ９１と、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９２と、成膜装置１００で実行される処理をコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部９３とを備えている。なお、ユーザーインターフェース９２および記憶部９３はコントローラ９１に接続されている。

【0033】

上記処理レシピは記憶部９３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

【0034】

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してコントローラ９１に実行させることで、コントローラ９１の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。

【0035】

＜成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１００を用いて行われる成膜方法の実施形態について説明する。

【0036】

（第１の実施形態）
・第１の例
図２は本発明の第１の実施形態の第１の例に係る成膜方法のフローチャート、図３は各工程を示す工程断面図である。

【0037】

まず、最初に、図３（ａ）のようにＳｉＯ_２等からなる層間絶縁膜１０１の上に、表面のバリア層としてＴｉＮ膜１０２が形成されたウエハＳを準備し、処理容器２内に搬入する（ステップ１）。なお、層間絶縁膜１０１には実際にはホール（コンタクトホールまたはビアホール）が形成されているが、便宜上図３ではホールを省略している。

【0038】

次いで、処理容器２内を所定の減圧雰囲気にし、加熱ランプ３２により載置台８を介してウエハＳを載置台温度で３５０〜５００℃、例えば４１０℃になるように加熱しつつ、処理容器２内にシラン（ＳｉＨ_４）ガスおよびＨ_２ガス等を導入して、タングステンの核形成に先立ってウエハＳの表面にＳｉの核を形成するイニシエーション処理を行う（ステップ２）。イニシエーション処理は、図３（ｂ）に示すように、Ｗの核形成が均一に行われるように下地のＴｉＮ膜１０２の全面にＳｉ等の核１０３を形成する処理であり、ここではＳｉＨ_４を吸着させてＳｉの核を形成する。実際にはＳｉＨ_４は熱分解されて、ＳｉＨ_ｘ（ｘ＜４）として吸着される。

【0039】

このイニシエーション処理の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・処理容器内の圧力：２６６６〜２００００Ｐａ
・ＳｉＨ_４流量：３００〜８００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：５〜１２０ｓｅｃ
なお、イニシエーション処理に用いるガスとしてはＳｉＨ_４ガスに限らず、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、Ｂ_２Ｈ_６、Ｈ_２、ＰＨ_３等を用いることができる。Ｂ_２Ｈ_６、Ｈ_２、ＰＨ_３を用いる場合には、それぞれＢ、Ｐ、Ｈが核として形成されるが、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等を用いてＳｉの核を形成することが好ましい。また、イニシエーション処理は必須ではない。

【0040】

次に、載置台８の加熱温度を維持したまま、タングステンの核生成（Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）のための初期タングステン膜１０４の成膜を行う（ステップ３、図３（ｃ））。初期タングステン膜の成膜は、図４に示すようにタングステン原料ガスであるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給とをパージ工程を挟んで複数回繰り返す、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいはＳＦＤ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により行う。初期タングステン膜の成膜の期間、ＡｒガスおよびＮ_２ガスの一方または両方を所定量流してもよく、この場合には、パージ工程ではＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスの供給を停止し、Ａｒガスおよび／またはＮ_２ガスをパージガスとして機能させる。パージ工程においては、パージガスを流さず、真空引きのみを行ってもよい。なお、図４におけるパージ工程を表す凸部は、単にパージ工程を行うことを示しているに過ぎず、ガスのオンオフを示すものではない。すなわち、上述のようにＡｒガスおよび／またはＮ_２ガスをパージガスと機能させる場合には、これらのガスは処理の期間中、流したままであるし、真空引きのみの場合にはパージ工程ではガスを流さないが、工程としては存在しているのでそのことを示している。

【0041】

このように、還元ガスとして水素ガス（Ｈ_２ガス）を用い、ＡＬＤまたはＳＦＤの手法を用いることにより、還元ガスとしてＳｉＨ_４やＢ_２Ｈ_６を使用した場合のように、膜中にシリコン（Ｓｉ）やボロン（Ｂ）が混入することがなく、また残留するフッ素（Ｆ）の量も減少させることができるので、不純物の少ない良質の初期タングステン膜を形成することができる。なお、ガスの導入の順序は問わないが、最初に還元ガスであるＨ_２ガスを流すことが好ましい。

【0042】

この初期タングステン膜成膜の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・圧力：１００〜８０００Ｐａ
・１サイクル当たりの時間：４〜２０ｓｅｃ
・繰り返し回数：３〜１００回
・ＷＦ_６流量：５０〜５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：５００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：３０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・膜厚：０．５〜３．０ｎｍ

【0043】

このような初期タングステン膜の成膜の後、載置台８の温度を同じ温度に維持したまま、初期タングステン膜１０４の表面に核形成のための物質を含むガスを吸着させ、核１０５を形成する吸着処理を行い（ステップ４、図３（ｄ））、さらに同様の温度で初期タングステン膜の結晶性を遮断する結晶性遮断タングステン膜１０６を成膜する（ステップ５、図３（ｅ））。その後、同様の温度で主タングステン膜１０７の成膜を行う（ステップ６、図３（ｆ））。

【0044】

ステップ４の吸着処理とステップ５の結晶性遮断タングステン膜の成膜は、初期タングステン膜の結晶性を主タングステン膜に引き継がないようにするために行う処理である。

【0045】

図５に示すように、下地であるＴｉＮ膜１０２の結晶は柱状晶であるため、初期タングステン膜１０４はＴｉＮ膜の結晶性に影響されて柱状晶となる。このまま初期タングステン膜１０４の上に主タングステン膜１０７を形成すると、主タングステン膜１０７も初期タングステン膜１０４の影響を受けて柱状晶的な結晶となる。柱状晶は結晶粒界が垂直に存在し、その結晶粒界の存在により膜の抵抗が高くなる。したがって、たとえ初期タングステン膜として不純物の少ない膜が形成されたとしても、最終的に形成されるタングステン膜の抵抗は高いものとなってしまう。

【0046】

そこで、本例では、ステップ４の吸着処理とステップ５の結晶性遮断タングステン膜の成膜を行って、初期タングステン膜の結晶性を引き継がない状態で主タングステン膜を成膜できるようにし、主タングステン膜の結晶を十分に大きく成長させることを可能にする。これにより、タングステン膜の抵抗を極めて低いものとすることができる。

【0047】

ステップ４の吸着処理は、処理容器２内に核形成のための物質を含む吸着ガスを供給して、図６に示すように柱状晶である初期タングステン膜１０４の上にそのガスを吸着させて核１０５を形成させ、初期タングステン膜１０４の結晶性を遮断する。吸着処理の時間は、吸着ガスの流量にもよるが、１０ｓｅｃ以上であることが好ましい。この吸着処理は、本実施形態では、処理容器２内に吸着ガスとしてＳｉ化合物であるＳｉＨ_４ガスを供給し、初期タングステン膜１０４の表面にＳｉＨ_４ガスを吸着させ、Ｓｉの核１０５を形成する。このとき、実際にはＳｉＨ_４は熱分解されて、ＳｉＨ_ｘ（ｘ＜４）として吸着される。このとき、ＳｉＨ_４ガスが局部的に熱分解しないように、Ｈ_２ガスも併せて導入する。このときのＳｉＨ_４ガスの吸着は、極薄くてよく、単分子膜程度でよい。したがって、吸着されるＳｉの量は極わずかであり、タングステン膜の抵抗をほとんど上昇させない。

【0048】

吸着ガスとしてＳｉＨ_４ガスを用いた場合の吸着処理の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・処理容器内の圧力：５００〜２００００Ｐａ
・ＳｉＨ_４流量：３００〜８００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：１０〜１２０ｓｅｃ

【0049】

具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・温度：４１０℃
・処理容器内の圧力：１０００Ｐａ
・ＳｉＨ_４流量：７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：５００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・時間：２０ｓｅｃ
なお、吸着処理に用いる吸着ガスとしてはＳｉＨ_４ガスに限らず、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、Ｂ_２Ｈ_６、Ｈ_２、ＰＨ_３等を用いることができる。吸着ガスとしてＢ_２Ｈ_６、Ｈ_２、ＰＨ_３を用いる場合には、それぞれＢ、Ｐ、Ｈが核として形成されるが、吸着ガスとしてＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２等のシリコン化合物を用いてＳｉの核を形成することが好ましい。

【0050】

ステップ５により成膜される結晶性遮断タングステン膜１０６は、ステップ４の吸着処理によりガスを吸着させて表面にＳｉ等の核を形成することにより、初期タングステン膜１０４の結晶性を引き継がないタングステン膜として形成され、その後に形成される主タングステン膜１０７の結晶性を初期タングステン膜の結晶性から遮断する作用を有する。

【0051】

この結晶性遮断タングステン膜の成膜は、タングステン原料ガスであるＷＦ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを処理容器２内に供給して加熱されたウエハＳ上でこれらを反応させるＣＶＤにより行われる。このとき、ＡｒガスおよびＮ_２ガスの一方または両方を所定量流してもよい。

【0052】

この結晶性遮断タングステン膜１０６は、遮断性が高く、かつ主タングステン膜の結晶が成長しやすいように、より緻密な膜とする必要があり、そのために、主タングステン膜１０７の成膜の際よりもタングステン原料であるＷＦ_６ガスの流量を少なくし、圧力を低圧にする。また、結晶性遮断タングステン膜１０６の膜厚が１２ｎｍを超えると膜の比抵抗が上昇する傾向になるため、結晶性遮断タングステン膜１０６の膜厚は１１．５ｎｍ以下が好ましい。また、より効果を高める観点から結晶性遮断タングステン膜１０６の膜厚は０．５ｎｍ以上が好ましい。

【0053】

この結晶性遮断タングステン膜成膜の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・圧力：１００〜２６６６７Ｐａ
・ＷＦ_６流量：５〜２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：１００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：１０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・膜厚：０．５〜１１．５ｎｍ

【0054】

具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・温度：４１０℃（載置台温度）
・圧力：１０００Ｐａ
・ＷＦ_６流量：６０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：６０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・膜厚：６ｎｍ

【0055】

ステップ６において成膜される主タングステン膜１０７は、コンタクトホールやビアホールを完全に埋め込むためのものであり、結晶性遮断タングステン膜１０６と同様、タングステン原料ガスであるＷＦ_６ガスと、還元ガスであるＨ_２ガスとを処理容器２内に供給して加熱されたウエハＳ上でこれらを反応させるＣＶＤにより行われる。このとき、ＡｒガスおよびＮ_２ガスの一方または両方を所定量流してもよい。この主タングステン膜１０７の成膜は、所望のスループットでコンタクトホールやビアホールを埋めるために、結晶性遮断タングステン膜１０６の成膜の際よりも原料ガスであるＷＦ_６ガスの流量を多くし、かつ高圧にして行われる。

【0056】

この主タングステン膜１０７の成膜の際には、この膜をより低抵抗にする観点から、結晶性遮断タングステン膜１０６と非連続で成膜を行うことが好ましい。すなわち、図７に示すように、結晶性遮断タングステン膜１０６の成膜後、主タングステン膜１０７の成膜時の圧力に上昇させる際に、ＷＦ_６ガスを停止する。また、より低抵抗な膜を形成する観点から、結晶性遮断タングステン膜１０６の成膜終了後、主タングステン膜１０７の成膜開始までの時間ｔを２０〜２７０ｓｅｃの範囲とすることが好ましい。時間ｔをこの範囲にすることにより、主タングステン膜の成膜速度が若干低下し、それにともなって主タングステン膜の比抵抗が低下する傾向にある。

【0057】

この主タングステン膜成膜の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・温度：３５０〜５００℃（載置台温度）
・圧力：２６６６〜２６６６７Ｐａ
・ＷＦ_６流量：１５０〜７００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：１０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）

【0058】

具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・温度：４１０℃（載置台温度）
・圧力：１０６６６Ｐａ
・ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）

【0059】

また、結晶性遮断タングステン膜成膜の圧力から主タングステン膜成膜の圧力まで圧力上昇させる際の条件の好ましい範囲を以下に示す。
・Ｈ_２流量：１０００〜１２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：１０００〜１４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：０〜４０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・圧力上昇速度：３５〜１０００Ｐａ／ｓｅｃ

【0060】

具体的な条件例としては、以下のものを挙げることができる。
・Ｈ_２流量：６０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ａｒ流量：７０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・Ｎ_２流量：２０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）
・圧力上昇速度：９５０Ｐａ／ｓｅｃ

【0061】

以上のように、ＷＦ_６ガスとＨ_２ガスを用いてＡＬＤまたはＳＦＤにより初期タングステン膜を成膜することにより、ＳｉやＢの膜中への混入が防止され、かつ吸着処理、結晶性遮断タングステン膜の存在により、初期タングステン膜の結晶性の影響を受けずに主タングステン膜を大きく粒成長させることが可能であるため、形成されるタングステン膜は不純物が少なくかつ大きな結晶粒を有するものとなり、従来よりも著しく比抵抗の小さいタングステン膜を得ることができる。また、還元ガスとしてＢ_２Ｈ_６ガスを用いないので、Ｂの拡散により下地との密着性が圧下したり、電気特性を悪化させたりする問題は生じない。

【0062】

また、主タングステン膜を結晶性遮断タングステン膜と非連続に成膜し、結晶性遮断タングステン膜の成膜を終了してから主タングステン膜の成膜を開始するまでの時間を２０〜２７０ｓｅｃの範囲にすることにより、膜の比抵抗をより低下させることができる。具体的には、初期成膜をＳｉＨ_４還元で行っていた従来のＷ膜が膜厚５０ｎｍで比抵抗が２８μΩｃｍ程度であったものを本実施形態により１０μΩｃｍ程度と著しく低下させることができる。

【0063】

・第２の例
図８は本発明の第１の実施形態の第２の例に係る成膜方法のフローチャートである。本例は、第１の例のステップ４の吸着処理を行わない点が第１の例とは異なっており、その他の工程は第１の例と同様に行う。すなわち、図３（ａ）の構造のウエハＳを処理容器２内に搬入し（ステップ１）、必要に応じてイニシエーション処理を行い（ステップ２）、初期タングステン膜を成膜し（ステップ３）、結晶性遮断タングステン膜を成膜し（ステップ５）、主タングステン膜を成膜する（ステップ６）。

【0064】

これらステップ１、２、３、５、６は第１の例と同様に行う。また、第１の例と同様、主タングステン膜の成膜の際には、結晶性遮断タングステン膜と非連続で成膜を行うことが好ましく、また、結晶性遮断タングステン膜の成膜終了後、主タングステン膜の成膜開始までの時間を２０〜２７０ｓｅｃの範囲とすることが好ましい。

【0065】

本例では、吸着処理を行わない分、第１の実施形態よりも主タングステン膜の結晶性を初期タングステン膜の結晶性から遮断する効果は幾分低下するものの、結晶性遮断タングステン膜によりその効果が維持されるため、従来よりも比抵抗の小さいタングステン膜を得ることができる。具体的には、初期成膜をＳｉＨ_４還元で行っていた従来のＷ膜が膜厚５０ｎｍで比抵抗が２８μΩｃｍ程度であったものを本実施形態により１３μΩｃｍ程度まで低下させることができる。

【0066】

・第３の例
図９は本発明の第１の実施形態の第３の例に係る成膜方法のフローチャートである。本例は、第１の例のステップ５の結晶性遮断タングステン膜の成膜を行わない点が第１の例とは異なっており、その他の工程は第１の例と同様に行う。すなわち、図３（ａ）の構造のウエハＳを処理容器２内に搬入し（ステップ１）、必要に応じてイニシエーション処理を行い（ステップ２）、初期タングステン膜を成膜し（ステップ３）、吸着処理を行い（ステップ４）、主タングステン膜を成膜する（ステップ６）。

【0067】

これらステップ１、２、３、４、６は第１の例と同様に行う。また、主タングステン膜の成膜の際には、吸着処理終了後、主タングステン膜の成膜開始までの時間を２０〜２７０ｓｅｃの範囲とすることが好ましい。これにより、この範囲で成膜速度が若干低下し、それにともなって比抵抗が低下する傾向にある。

【0068】

本例では、結晶性遮断タングステン成膜を行わない分、第１の例よりも主タングステン膜の結晶性を初期タングステン膜の結晶性から遮断する効果は幾分低下するものの、吸着処理によりその効果が維持されるため、従来よりも比抵抗の小さいタングステン膜を得ることができる。具体的には、初期成膜をＳｉＨ_４還元で行っていた従来のＷ膜が膜厚５０ｎｍで比抵抗が２８μΩｃｍ程度であったものを本実施形態により１５μΩｃｍ程度まで低下させることができる。

【0069】

・第１の実施形態における実験結果
次に、第１の実施形態の実験結果について説明する。
１．実験例１
ここでは、上記手順に従って、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、イニシエーション処理、原料ガスとしてのＷＦ_６ガスと還元ガスとしてＨ_２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚１０ｎｍ）、ＳｉＨ_４による吸着処理（２０ｓｅｃ）、ＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた結晶性遮断タングステン膜の成膜（圧力：１０００Ｐａ、ＷＦ_６流量：６０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ、膜厚：６ｎｍ）を行い、さらに結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、７０ｓｅｃ後にＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた主タングステン膜を成膜し（圧力：１０６６６Ｐａ、ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ）、タングステン膜を作製した（Ｈ_２還元膜）。この際の温度は全て４１０℃とした。また、比較のため、ＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜の際に還元ガスとしてＳｉＨ_４ガスを用いたタングステン膜（ＳｉＨ_４還元膜）、およびＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜成膜の際に還元ガスとしてＢ_２Ｈ_６ガスを用いたタングステン膜（Ｂ_２Ｈ_６還元膜）も作製した。

【0070】

これらのタングステン膜について、断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮影した。その結果を図１０に示す。これらに示すように、ＳｉＨ_４還元膜、Ｂ_２Ｈ_６還元膜は、いずれもタングステン膜の結晶が柱状晶的あるのに対し、Ｈ_２還元膜では結晶粒が大きく成長していることがわかる。

【0071】

図１１は、これら膜の膜厚と比抵抗との関係を示したものであるが、本発明のＨ_２還元膜の比抵抗が最も低いことが確認された。これはＨ_２還元膜ではタングステン膜の結晶粒が大きく成長しているためと考えられる。

【0072】

次に、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、それぞれ上記Ｈ_２還元による初期タングステン膜、ＳｉＨ_４還元による初期タングステン膜、Ｂ_２Ｈ_６還元による初期タングステン膜のみを成膜したサンプルを作製して、これら初期タングステン膜について二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により、深さ方向の不純物（Ｆ、Ｓｉ、Ｂ）濃度を測定した。その結果を図１２に示す。図１２の（ａ）はＦ濃度を示すもの、（ｂ）はＳｉの二次イオン強度を示すもの、（ｃ）はＢ濃度を示すものである。これらに示すように、Ｈ_２還元による初期タングステン膜は他の初期タングステン膜に比べて不純物濃度が低いことがわかる。また、膜厚１０ｎｍにおける比抵抗が、ＳｉＨ_４還元による初期タングステン膜では１９６μΩｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６還元による初期タングステン膜では１５１μΩｃｍであるのに対し、Ｈ_２還元による初期タングステン膜では７４μΩｃｍであることが確認された。このことより、不純物濃度が低いことに起因して比抵抗が低くなっていることが確認された。

【0073】

２．実験例２
ここでは、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、イニシエーション処理、原料ガスとしてのＷＦ_６ガスと還元ガスとしてのＨ_２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚２ｎｍ）を行った後、ＳｉＨ_４による吸着処理をそれぞれ０ｓｅｃ（なし）、１０ｓｅｃ、２０ｓｅｃ、４０ｓｅｃ行い（圧力：１０００Ｐａ、ＳｉＨ_４流量：７００ｓｃｃｍ）、その後、それぞれＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた結晶性遮断タングステン膜の成膜（圧力：１０００Ｐａ、ＷＦ_６流量：６０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ、膜厚：６ｎｍ）を行い、さらに結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、７０ｓｅｃ後にＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた主タングステン膜を成膜し（圧力：１０６６６Ｐａ、ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ）、膜厚約５０ｎｍのタングステン膜を作製した。なお、この際の温度は全ての工程で４１０℃とした。

【0074】

以上のようにして作製したタングステン膜について、吸着処理時間と膜の比抵抗の関係を図１３に示す。この図に示すように、吸着処理が０ｓｅｃ（吸着処理なし）のものは比抵抗が１３μΩｃｍであったが、吸着処理を行うことにより時間にかかわらず１０μΩｃｍ程度まで低下することが確認された。ただし、吸着処理なしのものでも、従来よりも低い比抵抗が得られている。

【0075】

３．実験例３
ここでは、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、イニシエーション処理、原料ガスとしてのＷＦ_６ガスと還元ガスとしてのＨ_２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚２ｎｍ）を行った後、ＳｉＨ_４による吸着処理を２０ｓｅｃ行い、さらにＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた結晶性遮断タングステン膜の成膜（圧力：１０００Ｐａ、ＷＦ_６流量：６０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ）を、それぞれ膜厚０ｎｍ（なし）、３ｎｍ、６ｎｍ、１２ｎｍとして行い、その後、それぞれ結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、７０ｓｅｃ後にＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた主タングステン膜を成膜し（圧力：１０６６６Ｐａ、ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ）、タングステン膜を作製した。なお、この際の温度は全ての工程で４１０℃とした。

【0076】

以上のようにして作製したタングステン膜について、結晶性遮断タングステン膜の膜厚と膜の比抵抗および膜厚との関係を図１４に示す。この図に示すように、結晶性遮断タングステン膜が０ｎｍ（結晶性遮断タングステン膜なし）のものは比抵抗が１５μΩｃｍ（ただし膜厚が８０ｎｍと厚いので５０ｎｍではより高い値となる）であったものが、結晶性遮断タングステン膜が３ｎｍ、６ｎｍでは１０μΩｃｍ程度まで低下していることがわかる。しかし、結晶性遮断タングステン膜が１２ｎｍの場合には２０μΩｃｍとかえって高くなることが確認された。このことから、０．５〜１１．５ｎｍ程度の適度の厚さの結晶性遮断タングステン膜を形成することによりタングステン膜の比抵抗が低下することが確認された。ただし、結晶性遮断タングステン膜なしのものでも、従来よりも低い比抵抗が得られている。

【0077】

４．実験例４
ここでは、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、イニシエーション処理、原料ガスとしてのＷＦ_６ガスと還元ガスとしてのＨ_２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚２ｎｍ）を行った後、ＳｉＨ_４による吸着処理を２０ｓｅｃ行い、さらにＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた結晶性遮断タングステン膜の成膜（圧力：１０００Ｐａ、ＷＦ_６流量：６０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ、膜厚：６ｎｍ）を行い、その後、結晶性遮断タングステン膜成膜の終了後、それぞれ１５ｓｅｃ後、７０ｓｅｃ後、１４０ｓｅｃ後、２８０ｓｅｃ後にＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた主タングステン膜を成膜し（圧力：１０６６６Ｐａ、ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ）、タングステン膜を作製した。なお、この際の温度は全ての工程で４１０℃とした。

【0078】

以上のようにして作製したタングステン膜について、結晶性遮断タングステン膜成膜終了から主タングステン膜成膜開始までの時間ｔ（ｓｅｃ）と膜の比抵抗および膜厚との関係を図１５に示す。この図に示すように、ｔが１４０ｓｅｃまでは、時間ｔを長くすると主タングステン膜成膜の際の成膜速度が低下し、比抵抗は低下する傾向にあることがわかる。しかし、ｔが２８０ｓｅｃになると比抵抗が高くなる傾向があることがわかった。このことから結晶性遮断タングステン膜成膜終了から主タングステン膜成膜開始までの時間を２０〜２７０ｓｅｃ程度にすることにより、比抵抗をより低くできることが確認された。

【0079】

以上のように、初期タングステン膜の成膜の還元ガスとしてＨ_２ガスを用い、その後吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜を適正な条件で行い、さらに結晶性遮断タングステン膜成膜終了から主タングステン膜成膜開始までの時間を最適化して主タングステン膜の成膜を行うことにより、膜厚５０ｎｍで１０μΩｃｍという極めて低い比抵抗が得られることが確認された。従来の初期タングステン膜をＳｉＨ_４ガスを用いて行っていたタングステン膜では膜厚５０ｎｍで２８μΩｃｍであるから、従来よりも６５％も比抵抗が低下したことが確認された。なお、参考のため、還元ガスとしてＳｉＨ_４ガスを用いた初期タングステン膜成膜を行い、その後吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜を適正条件で行い、さらに結晶性遮断タングステン膜成膜終了から主タングステン膜成膜開始までの時間を最適化して主タングステン膜の成膜を行った場合についても比抵抗を測定したが、比抵抗は２０μΩｃｍまでしか低下しないことが確認された。図１６にこれら膜厚５０ｎｍのときの比抵抗の値を比較して示す。

【0080】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
まず、本実施形態の前提となる実験結果について説明する。第１の実施形態では、主タングステン膜の膜厚を従来の配線や埋め込み層の用途に適した５０ｎｍ程度をターゲットにした実験結果に基づいているが、最近では１０〜３０ｎｍ程度の用途も存在するため、膜厚を変化させた際の膜の比抵抗を把握した。

【0081】

ここでは、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に、イニシエーション処理、原料ガスとしてのＷＦ_６ガスと還元ガスとしてのＨ_２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚２ｎｍ）を行った後、ＳｉＨ_４による吸着処理と結晶性遮断タングステン膜の成膜を行ったもの（ケースＡ）、ＳｉＨ_４による吸着処理のみを行ったもの（ケースＢ）、結晶性遮断タングステン膜の成膜のみを行ったもの（ケースＣ）、これら両方とも行わなかったもの（ケースＤ）について、最終処理終了の７０ｓｅｃ後に膜厚を変化させて主タングステン膜の成膜を行った。

【0082】

なお、温度は全て４１０℃とし、各処理の条件は以下の通りとした。
・ＳｉＨ_４による吸着処理
圧力：１０００Ｐａ
ＳｉＨ_４流量：７００ｓｃｃｍ
時間：２０ｓｅｃ
・結晶性遮断タングステン膜の成膜
圧力：１０００Ｐａ
ＷＦ_６流量：６０ｓｃｃｍ
Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ
膜厚：６ｎｍ
・主タングステン膜の成膜
圧力：１０６６６Ｐａ
ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ
Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ

【0083】

図１７にこのようにして形成したタングステン膜の膜厚と比抵抗の関係を示す。図１７に示すように、ＳｉＨ_４による吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜の両方を行ったケースＡでは、膜厚が２５ｎｍ以上で比抵抗が低い値を示すが、膜厚が２５ｎｍ以下、特に１０〜２５ｎｍ付近では、極端に比抵抗が上昇してしまうことが判明した。ＳｉＨ_４による吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜の両方を行わなかったものについても同様の膜厚範囲で多少比抵抗の増加が見られる。

【0084】

この原因を調査するため、これらの膜表面のＸ線回折を行った。その結果を図１８に示す。その結果、ＳｉＨ_４による吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜の両方を行ったケースＡでは、膜厚９．３ｎｍ、２３．８ｎｍにおいて、α−Ｗを示すピークの他、β−Ｗを示す比較的強いピークが観察された。また、これらの両方を行わなかったケースＤでも膜厚１９．２ｎｍおいてβ−Ｗのピークが多少観察された。

【0085】

タングステン（Ｗ）には、α相（α−Ｗ）とβ相（β−Ｗ）の２つの結晶相があり、両者の違いは抵抗率にある。すなわち、バルク材でのα−Ｗの比抵抗が５．３３μΩｃｍ（２２℃）であるのに対し、β−Ｗは３００〜１０００μΩｃｍと高い。したがって、膜厚１０〜２５ｎｍ付近において比抵抗が上昇したのは、β−Ｗの存在によるものと考えられる。また、ＳｉＨ_４による吸着処理および結晶性遮断タングステン膜の成膜の両方を行ったケースＡにおいては、膜厚が５０ｎｍ程度において、α−Ｗのピークが極めて強く現出していることから、β−Ｗの存在がその上に形成されるα−Ｗの結晶性を高める作用を有しているとも推測される。

【0086】

このようなβ−Ｗによる比抵抗の上昇を解消する手法としてアニールに注目した。図１９は、ＳｉＨ_４による吸着処理と結晶性遮断タングステン膜の成膜を行ったもの（上記ケースＡ）について、膜厚を変化させて主タングステン膜の成膜を行ったもの、および主タングステン膜の成膜後にＮ_２ガス雰囲気において８００℃で３０ｍｉｎのアニールを施したものについて比抵抗を測定した結果を示す図である。

【0087】

この図に示すように、成膜後アニールを行うことにより全体的に比抵抗が低下し、特に膜厚が１０〜２５ｎｍの範囲で比抵抗の低下率が大きいものとなった。

【0088】

次に、膜厚２０ｎｍと５０ｎｍの膜について、成膜したまま（ａｓ ｄｅｐｏ）とアニール後のＸ線回折結果を調査した。その結果を図２０に示す。この図に示すように、膜厚２０ｎｍではａｓ ｄｅｐｏでβ−Ｗのピークが確認されるが、アニールによりβ−Ｗのピークが消失していることがわかる。このことは、結晶構造がβ−Ｗからα−Ｗに変化することにより、比抵抗が低下したことを強く裏付けている。また、膜厚５０ｎｍでは、アニール前後でいずれもβ−Ｗのピークは存在しないが、アニールによりＸ線回折では検出されない内部のβ−Ｗがα−Ｗに変化したため、比抵抗が低下したものと考えられる。また、図１９から、アニールを行うことにより、膜厚が１０ｎｍ以上のいずれの膜厚においても、比抵抗が１０μΩｃｍ前後の極めて低い値となり、特に膜厚が４０ｎｍ以上で８μΩｃｍ以下の極めて低い値となることが確認された。

【0089】

また、アニールした後のタングステン膜の表面および断面をＳＥＭにより観察した結果、アニールによる表面状態の違いや体積変化等は見られなかった。

【0090】

そこで本実施形態では、上記第１の実施形態の第１の例〜第３の例のようにして主タングステン膜を成膜した後、アニールを行う。具体的には、図３（ａ）に示す構造のウエハＳを準備し、図２１に示すように、ウエハＳを処理容器２内に搬入し（ステップ１）、必要に応じてイニシエーション処理を行い（ステップ２）、初期タングステン膜を成膜し（ステップ３）、吸着処理を行い（ステップ４）、結晶性遮断タングステン膜を成膜し（ステップ５）、主タングステン膜を成膜し（ステップ６）、アニールを施す（ステップ７）。ステップ４とステップ５はいずれかを省略してもよい。

【0091】

アニールは、ステップ６の主タングステン膜の成膜終了後、処理容器２内をパージし、処理容器２内にアニール雰囲気を形成するためのガス、例えばＮ₂ガス源７６からＮ_２ガスを導入しつつ加熱ランプ３２により載置台８を介してウエハＳを加熱する。ステップ６終了後、別個に設けられたアニール装置でアニールしてもよい。

【0092】

この際の加熱温度については、主タングステン膜の膜厚が５０ｎｍのタングステン膜でアニール温度を５００〜８００℃の間で変化させてＮ_２ガス雰囲気でアニールを行い、比抵抗を測定した結果、図２２に示すように、アニール温度が６００℃までは、比抵抗がａｓ ｄｅｐｏとほぼ同じ値となったが、７００℃以上では比抵抗が低下しているのがわかる。このことから、アニール温度は７００℃以上が好ましい。

【0093】

また、アニール雰囲気については、膜厚５０ｎｍのタングステン膜でアニールの雰囲気をＮ_２ガス雰囲気とＨ_２ガス雰囲気で変化させて８００℃でアニールした結果、図２３に示すように、比抵抗の値がほぼ同等であり、アニールの効果は雰囲気に依存しないことがわかった。したがって、アニールの際には、Ｎ_２ガスに代えてＨ_２ガス源７８からＨ_２ガスを処理容器２内に導入しても構わないし、Ａｒガス源７５からＡｒガスを導入しても構わない。アニール用に他のガスを供給するようにしてもよい。別個に設けられたアニール装置でアニールする場合には、適宜のガスを導入するようにすればよい。

【0094】

以上のように、本実施形態では、還元ガスとしてＨ_２ガスを用いたＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜、ＳｉＨ_４による吸着処理、ＷＦ_６ガスおよびＨ_２ガスを用いた結晶性遮断タングステン膜の成膜、および主タングステン膜を成膜後、アニールを行うことにより、膜中のβ−Ｗをα−Ｗに変化させて膜の比抵抗を低下させる。特に、β−Ｗが多く晶出して比抵抗が大きく上昇する膜厚２５ｎｍ以下において、大きな比抵抗低下効果を発揮する。また、２５ｎｍ以上の膜厚においても、内部に残存するβ−Ｗをα−Ｗに変化させることにより、比抵抗をより低くすることができ、８μΩｃｍ以下といった、従来では考えられない低い値を得ることができる。

【0095】

本実施形態に従って成膜およびアニールを行ったタングステン膜と、初期タングステン膜を従来のＳｉＨ_４ガスまたはＢ_２Ｈ_６ガスを用いて成膜した後、主タングステン膜を成膜し、アニールを行ったタングステン膜の比抵抗を実際に比較した結果、本実施形態では７．３μΩｃｍ（膜厚５０ｎｍ）と著しく低い値であったのに対し、初期タングステン膜の成膜にＳｉＨ_４ガスを用いたもの、およびＢ_２Ｈ_６ガスを用いたものは、アニールによって比抵抗が低下したものの、それぞれ１８．４μΩｃｍ、１１．６μΩｃｍといずれも本実施形態のものよりも高い値となった。

【0096】

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態について説明する。
ここでは、主タングステン膜の膜厚が２５ｎｍ以下と薄い場合における結晶性遮断タングステン膜の膜厚の影響を検討した結果に基づく。

【0097】

図２４は、結晶性遮断タングステン膜の膜厚を変化させた場合の、主タングステン膜の膜厚と比抵抗の関係を示す図である。
図２４では、ＴｉＮ膜の上に、以下の条件で、イニシエーション処理、初期タングステン膜の成膜、ＳｉＨ_４による吸着処理、結晶性遮断タングステン膜の成膜（結晶性遮断タングステン膜なしの場合も含む）、主タングステン膜の成膜を行った結果を示す。

【0098】

・ＳｉＨ_４による吸着処理
圧力：１０６６６Ｐａ
ＳｉＨ_４流量：７００ｓｃｃｍ
時間：６０ｓｅｃ
・結晶性遮断タングステン膜の成膜
圧力：１０００Ｐａ
ＷＦ_６流量：２００ｓｃｃｍ
Ｈ_２流量：４０００ｓｃｃｍ
膜厚：０〜４ｎｍ
・主タングステン膜の成膜
圧力：１０６６６Ｐａ
ＷＦ_６流量：２５０ｓｃｃｍ
Ｈ_２流量：２２００ｓｃｃｍ
・温度
全ての処理において４１０℃

【0099】

図２４に示すように、主タングステン膜の膜厚が２５ｎｍ以上であれば、結晶性遮断タングステン膜がいずれの厚さにおいても、結晶性遮断タングステン膜を設けない場合よりも比抵抗が低くなるが、主タングステン膜が２５ｎｍ以下では、結晶性遮断タングステン膜の膜厚が厚くなるほど、上述したβ−Ｗに起因する抵抗の上昇が大きくなることがわかる。具体的には、結晶性遮断タングステン膜の膜厚が４ｎｍでは、主タングステン膜の膜厚が２５ｎｍですでに比抵抗の上昇が始まっており、主結晶性遮断タングステン膜の膜厚が３ｎｍでは、主タングステン膜の膜厚が２２ｎｍ程度で比抵抗の上昇が始まり、結晶性遮断タングステン膜の膜厚が１．５ｎｍでは、主タングステン膜の膜厚が１７ｎｍ程度で比抵抗の上昇が始まり、結晶性遮断タングステン膜の膜厚が１ｎｍでは、主タングステン膜の膜厚が１６ｎｍ程度で比抵抗の上昇が始まる。

【0100】

このことから、主タングステン膜の膜厚が２５ｎｍ以上の場合には、結晶性遮断タングステン膜の膜厚が０．５ｎｍ以上であれば有効であり、主タングステン膜の膜厚が２５ｎｍ以下（１０〜２５ｎｍ）の場合には、結晶性遮断タングステン膜の膜厚が３ｎｍ以下であることが好ましく、１．５ｎｍ以下であることがより好ましい。また、０．５〜３ｎｍの範囲が好ましく、さらには、０．５〜１．５ｎｍの範囲が好ましい。なお、本実施形態では、初期タングステン膜の表面に核生成のための物質を含むガスを吸着させる工程（ＳｉＨ_４による吸着処理）が存在しない場合にも同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の条件で成膜した後に第２の実施形態と同様にアニールしてもよい。

【0101】

（他の実施形態）
・初期タングステン膜の成膜
上記実施形態では初期タングステン膜の成膜の際に、タングステン原料ガスであるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給との間のパージを、Ａｒガスおよび／またはＮ_２ガスをパージガスとして機能させて行ったが、このパージを真空引きのみで行うことにより、その後の吸着処理、結晶性遮断タングステン膜の成膜、主タングステン膜の成膜により形成されたタングステン膜の比抵抗を低下させることができる。

【0102】

そのことを図２５に示す。図２５は、初期タングステン膜の成膜の際のパージをＡｒガスおよびＮ_２ガスをパージガスとして機能させて行った場合（ケースＥ）と、全てのガスの供給を停止して真空引きした場合（ケースＦ）における、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。なお、ここでは１回のパージ時間を１．５ｓｅｃとし、タングステン原料ガスであるＷＦ_６ガスの供給と、還元ガスであるＨ_２ガスの供給とを２７回繰り返し、膜厚２ｎｍの初期タングステン膜を形成し、吸着処理、結晶性遮断タングステン膜の成膜、主タングステン膜の成膜については、図１７の結果を得た実験と同様の条件とした。なお、処理温度は全ての処理で４１０℃とした。

【0103】

図２５に示すように、初期タングステン膜の成膜の際のパージを、全てのガスを停止して真空引きにより行うことにより、パージガスによるパージよりも比抵抗が低下することが確認された。これは、真空引きによるパージによって、膜中のフッ素（Ｆ）等の不純物が低下したためと推測される。また、いずれも、膜厚１０〜２５ｎｍ付近において、比抵抗が高くなる。

【0104】

このように初期タングステン膜のパージを真空引きで行った場合にも、成膜後のアニールは有効である。その結果を図２６に示す。図２６は上記ケースＥおよびケースＦと、これらにそれぞれＮ_２ガス雰囲気において８００℃で３０ｍｉｎのアニールを施した場合（ケースＧ、ケースＨ）について、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。

【0105】

図２６に示すように、アニールすることにより、初期タングステン膜形成時のパージをパージガスで行ったものも、真空引きで行ったものも比抵抗が低下し、特に膜厚１０〜２５ｎｍの比抵抗が高い部分においてその低下率が大きいものとなった。また、アニールを行ったものについても、パージを真空引きで行ったもの（ケースＨ）のほうが低い比抵抗を示した。

【0106】

・イニシエーション処理
上記実施形態ではイニシエーション処理の際にＳｉＨ_４ガスを用いた例を示したが、Ｂ_２Ｈ_６ガスを用いても良好な結果が得られる。そのことを図２７に示す。図２７は、イニシエーション処理をＳｉＨ_４で行った場合（ケースＩ）と、Ｂ_２Ｈ_６で行った場合（ケースＪ）における、膜厚と比抵抗との関係を示す図である。ここでは、ＳｉＯ_２膜の上に形成されたＴｉＮ膜の上に行うイニシエーション処理を、ケースＩでは、圧力：１０６６６Ｐａ、ＳｉＨ_４流量：７００ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：５００ｓｃｃｍの条件で行い、ケースＪでは圧力１０６６６Ｐａ、Ｂ_２Ｈ_６流量：３５ｓｃｃｍ、Ｈ_２流量：１１６５ｓｃｃｍの条件で行った後に、原料ガスとしてのＷＦ_６ガスと還元ガスとしてのＨ_２ガスを用いＡＬＤあるいはＳＦＤによる初期タングステン膜の成膜（膜厚２ｎｍ）を行い、その後の、吸着処理、結晶性遮断タングステン膜の成膜、主タングステン膜の成膜については、図１７の結果を得た実験と同様の条件とした。なお、処理温度は全ての処理で４１０℃とした。

【0107】

図２７示すように、いずれも膜厚が薄い部分で比抵抗が上昇しており、膜厚１５〜２３ｎｍの範囲ではＢ_２Ｈ_６でイニシエーション処理したケースＪのほうが比抵抗が低くなっているが、膜厚２３ｎｍより厚い範囲ではいずれも低い抵抗値が得られており、ＳｉＨ_４でイニシエーション処理したケースＩのほうがＢ_２Ｈ_６で処理したケースＪよりも比抵抗が低くなっている。

【0108】

これらのうち、主タングステン膜の膜厚が３５ｎｍのサンプルについて、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ）により表面の結晶状態を観察した。その結果、ＳｉＨ_４でイニシエーション処理するほうがＢ_２Ｈ_６で処理するよりも結晶粒径が大きくなり、また、Ｗの比抵抗を下げる（１１０）面の量もＳｉＨ_４で処理するほうが多くなることが確認された。このことから、イニシエーション処理はＢ_２Ｈ_６を用いるよりもＳｉＨ_４を用いたほうがより効果的であることがわかる。

【0109】

結果を示していないが、いずれの場合にも成膜後にアニールを行うことにより、比抵抗が低下し、ＳｉＨ_４を用いたほうが低い比抵抗を示す。

【0110】

＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、全ての工程を同じ温度で実施した例を示したが、工程毎に温度を変えて適正化してもよい。また、上記実施形態では、基板として表面にＴｉＮ膜が形成されたものを用い、その上にタングステン膜を成膜する例を示したが、ＴｉＮ膜の上に成膜する場合に限るものではない。さらに、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、半導体ウエハはシリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもよく、さらに、半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0111】

２；処理容器
８；載置台
３０；加熱室
３２；加熱ランプ
５０；真空ポンプ
５２；排気管
６０；シャワーヘッド
７０；ガス供給部
９０；制御部
９１；コントローラ
９２；ユーザーインターフェース
９３；記憶部（記憶媒体）
１００；成膜装置
１０１；層間絶縁膜
１０２；ＴｉＮ膜
１０３；核
１０４；初期タングステン膜
１０５；核
１０６；結晶性遮断タングステン膜
１０７；主タングステン膜
Ｓ；半導体ウエハ（基板）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図10】