▶ ジュソン エンジニアリング カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-25
(54)【発明の名称】薄膜の形成方法
(51)【国際特許分類】
C23C 16/14 20060101AFI20230818BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20230818BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20230818BHJP
C23C 16/02 20060101ALI20230818BHJP
【ＦＩ】
C23C16/14
C23C16/455
H01L21/285 C
C23C16/02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023504771
(86)(22)【出願日】2021-07-28
(85)【翻訳文提出日】2023-01-24
(86)【国際出願番号】 KR2021009836
(87)【国際公開番号】W WO2022025644
(87)【国際公開日】2022-02-03
(31)【優先権主張番号】10-2020-0095209
(32)【優先日】2020-07-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0095003
(32)【優先日】2021-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510149600
【氏名又は名称】ジュソン エンジニアリング カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チョ イルヒョン
(72)【発明者】
【氏名】キム ヨンウン
【テーマコード（参考）】
4K030
4M104
【Ｆターム（参考）】
4K030AA04
4K030AA17
4K030BA20
4K030EA03
4K030EA04
4K030EA06
4K030FA03
4K030GA02
4K030HA01
4K030LA15
4M104BB18
4M104DD44
4M104DD45
4M104HH01
(57)【要約】
本発明は、薄膜の形成方法に係り、さらに詳しくは、タングステン薄膜を形成するための薄膜の形成方法に関する。本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法は、反応空間に設けられた基板の上に還元ガスを供給するステップと、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給するステップ及び前記基板の上に含タングステンガスを供給するステップを含み、前記含タングステンガスを供給するステップは、前記還元ガスを供給する最中に間欠的に行われる。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応空間に設けられた基板の上に還元ガスを供給するステップと、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給するステップと、
前記基板の上に含タングステンガスを供給するステップと、
を含み、
前記含タングステンガスを供給するステップは、前記還元ガスを供給する最中に間欠的に行われる、薄膜の形成方法。
【請求項2】
前記還元ガスと含タングステンガスは、互いに分離された経路を介して前記基板の上に供給される、請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項3】
前記電源を供給するステップは、前記還元ガスを供給する最中に間欠的に行われ、前記含タングステンガスを供給するステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給する最中に行われる、請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項4】
前記電源を供給するステップは、前記含タングステンガスを供給する前に開始される、請求項３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項5】
前記還元ガスを供給する前に、前記基板の上に含シリコーンガスを供給するステップをさらに含む、請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項6】
前記含シリコーンガスを供給するステップは、前記還元ガスを供給する前に終了される、請求項５に記載の薄膜の形成方法。
【請求項7】
前記電源を供給するステップは、前記含タングステンガスの供給が中断されるときに終了される、請求項３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項8】
前記電源が供給されない間に前記反応空間をパージするステップをさらに含む、請求項３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項9】
反応空間に設けられた基板の上に還元ガスを供給するステップと、前記基板の上にタングステン薄膜を蒸着するステップと、
前記タングステン薄膜に残留する不純物を取り除くステップと、
を含み、
前記タングステン薄膜を蒸着するステップと前記不純物を取り除くステップは、前記還元ガスを供給する最中に交互に行われる、薄膜の形成方法。
【請求項10】
前記タングステン薄膜を蒸着するステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせ、前記基板の上に含タングステンガスを供給することにより行われる、請求項９に記載の薄膜の形成方法。
【請求項11】
前記還元ガスと含タングステンガスは、互いに分離された経路を介して前記基板の上に供給される、請求項１０に記載の薄膜の形成方法。
【請求項12】
前記還元ガスを供給する前に、前記基板の上にシリコーン層を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の薄膜の形成方法。
【請求項13】
前記タングステン薄膜を蒸着するステップは、前記シリコーン層に含まれているシリコーン原子をタングステン原子に置き換えることにより行われる、請求項１２に記載の薄膜の形成方法。
【請求項14】
前記不純物を取り除くステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせ、前記基板の上に含タングステンガスの供給を中止することにより行われる、請求項１０に記載の薄膜の形成方法。
【請求項15】
前記タングステン薄膜を蒸着するステップと前記不純物を取り除くステップとの間に、前記反応空間をパージするステップをさらに含む、請求項１０に記載の薄膜の形成方法。
【請求項16】
前記反応空間をパージするステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせずに行われる、請求項１５に記載の薄膜の形成方法。
【請求項17】
前記還元ガスは、水素ガスを含み、前記含タングステンガスは、六フッ化タングステンガスを含み、
前記不純物は、フッ素成分を含む、請求項１０に記載の薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、薄膜の形成方法に係り、さらに詳しくは、タングステン薄膜を形成するための薄膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
タングステン薄膜は、低い抵抗と高い熱的安定性を有することから、半導体素子または電子装置における電極や配線構造に広く適用されている。
【0003】
タングステン薄膜は、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、原子層蒸着（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）などといった方法を用いて、基板または半導体層の上に形成されることができ、このように、タングステン薄膜を形成するために、原料物質を気体状態で用いる場合、アスペクト比（aspect ratio）が高い段差構造における被覆率（ステップカバレッジ性）が抜群であるという特性を有する。
【0004】
タングステン薄膜を形成するためには、基板の上にタングステンを含有する物質であって、核生成層またはシード（seed）層の役割を果たすタングステン層を蒸着し、バルク（bulk）層としての残りのタングステン層を前記核生成層またはシード層の上に蒸着する。このようなタングステン薄膜は、化学気相蒸着工程を通じて、水素（Ｈ２）を還元剤として用いて、フッ素系のタングステン物質である六フッ化タングステン（ＷＦ６）を還元させて製造されるのが普通である。
【0005】
しかしながら、タングステン薄膜を形成するために、六フッ化タングステン（ＷＦ６）を用いると、形成されたタングステン薄膜の表面及び内部に不純物としてフッ素（Ｆ）が残留してしまうという現象が引き起こされる。残留したフッ素（Ｆ）は、隣りの構成物へのエレクトロマイグレーション（electromigration）またはフッ素（Ｆ）の広がりを引き起こす虞があり、接続部（contact）に損傷を与えて半導体装置の性能を全体的に落としてしまうという不都合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】大韓民国公開特許第１０－２０１７－０１２０４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、不純物の濃度が低減したタングステン薄膜を形成可能な薄膜の形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法は、反応空間に設けられた基板の上に還元ガスを供給するステップと、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給するステップと、前記基板の上に含タングステンガスを供給するステップと、を含み、前記含タングステンガスを供給するステップは、前記還元ガスを供給する最中に間欠的に行われる。
【0009】
前記還元ガスと含タングステンガスは、互いに分離された経路を介して前記基板の上に供給されてもよい。
【0010】
前記電源を供給するステップは、前記還元ガスを供給する最中に間欠的に行われ、前記含タングステンガスを供給するステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給する最中に行われてもよい。
【0011】
前記電源を供給するステップは、前記含タングステンガスを供給する前に開始されてもよい。
【0012】
前記還元ガスを供給する前に、前記基板の上に含シリコーンガスを供給するステップをさらに含んでいてもよい。
【0013】
前記含シリコーンガスを供給するステップは、前記還元ガスを供給する前に終了されてもよい。
【0014】
前記電源を供給するステップは、前記含タングステンガスの供給が中断されるときに終了されてもよい。
【0015】
前記電源が供給されない間に前記反応空間をパージするステップをさらに含んでいてもよい。
【0016】
また、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法は、反応空間に設けられた基板の上に還元ガスを供給するステップと、前記基板の上にタングステン薄膜を蒸着するステップと、前記タングステン薄膜に残留する不純物を取り除くステップと、を含み、前記タングステン薄膜を蒸着するステップと前記不純物を取り除くステップは、前記還元ガスを供給する最中に交互に行われてもよい。
【0017】
前記タングステン薄膜を蒸着するステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせ、前記基板の上に含タングステンガスを供給することにより行われてもよい。
【0018】
前記還元ガスと含タングステンガスは、互いに分離された経路を介して前記基板の上に供給されてもよい。
【0019】
前記還元ガスを供給する前に、前記基板の上にシリコーン層を形成するステップをさらに含んでいてもよい。
【0020】
前記タングステン薄膜を蒸着するステップは、前記シリコーン層に含まれているシリコーン原子をタングステン原子に置き換えることにより行われてもよい。
【0021】
前記不純物を取り除くステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせ、前記基板の上に含タングステンガスの供給を中止することにより行われてもよい。
【0022】
前記タングステン薄膜を蒸着するステップと不純物を取り除くステップとの間に、前記反応空間をパージするステップをさらに含んでいてもよい。
【0023】
前記反応空間をパージするステップは、前記反応空間にプラズマを生じさせずに行われてもよい。
【0024】
前記還元ガスは、水素ガスを含み、前記含タングステンガスは、六フッ化タングステンガスを含み、前記不純物は、フッ素成分を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【0025】
本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法によれば、タングステン層を蒸着するステップと蒸着されたタングステン層に含有されている不純物を取り除くステップとを交互に繰り返し行ってタングステン薄膜を形成することにより、薄膜ストレス及び不純物の濃度が低減したタングステン薄膜を形成することができる。
【0026】
また、タングステン層に含有されている不純物を取り除く前に、反応空間をパージすることにより、不純物を取り除くステップの効率性を向上させ、フッ素成分の含量を成分分析により感知されないレベルである低フッ素タングステン（ＬＷＦ：Low Fluorine W）レベルまで減量させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図。
【図2】本発明の実施形態に係るガス噴射部を概略的に示す図。
【図4】本発明の実施形態によりプラズマが形成される様子を示す図。
【図5】本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法を概略的に示す図。
【図6】本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法の工程サイクルを説明するための図。
【図7】工程サイクル内において薄膜が形成される各ステップを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。
【0029】
明細書の全体に亘って、層、膜、領域または基板などのある構成要素が他の構成要素の「上」に位置すると言及するときには、前記ある構成要素が直接的に他の構成要素の「上に」接触したり、それらの間に介在されるさらに他の構成要素が存在したりする可能性があるものと解釈可能である。
【0030】
また、「上部」または「下部」などの相対的な用語は、図示のごとく、他の要素に対するある要素の相対的な関係を述べるためにこの開示において使用可能である。相対的な用語は、図中において描かれる方向に加えて、素子の他の方向を含むことを意図していると理解可能である。発明を詳しく説明するために図面は誇張されて示されていてもよく、図中、同じ符号は、同じ要素を指し示す。
【0031】
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。また、図２は、本発明の実施形態に係るガス噴射部を概略的に示す図であり、図３は、図２に示すガス噴射部を分解して示す図である。一方、図４は、本発明の実施形態によりプラズマが形成される様子を示す図である。
【0032】
図１から図４を参照すると、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、薄膜、例えば、タングステン薄膜を形成するための装置であって、チャンバー１０と、前記チャンバー１０内に設けられ、前記チャンバー１０内に配設される基板Ｓを支持するための基板支持部２０と、前記基板支持部２０に対向配置されるように前記チャンバー１０内に設けられ、前記基板支持部２０に向かって工程ガスを噴射するためのガス噴射部３０及び前記ガス噴射部３０にガスを与えるためのガス供給部４０を備える。また、前記基板処理装置は、前記チャンバー１０内にプラズマを生じさせるように電源を供給するＲＦ電源５０及び前記ＲＦ電源５０を制御する制御部（図示せず）をさらに備えていてもよい。ここで、ガス噴射部３０には、第１のガスを供給するための第１のガス供給経路と第２のガスを供給するための第２のガス供給経路とが互いに分離されて形成される。
【0033】
チャンバー１０は、所定の反応空間を設け、これを気密に保持する。チャンバー１０は、概ね円形状または四角い形状の平面部及び平面部から上向きに延びた側壁部を備えて所定の反応空間を有する胴体１２と、概ね円形状または四角い形状であって、胴体１２の上に位置して反応空間を気密に保持する蓋体１４と、を備えていてもよい。しかしながら、チャンバー１０は、これに何ら限定されるものではなく、基板Ｓの形状に対応する多種多様な形状に作製されてもよい。
【0034】
チャンバー１０の下面の所定の領域には排気口（図示せず）が形成され、チャンバー１０の外側には排気口と連結される排気管（図示せず）が設けられてもよい。また、排気管は、排気装置（図示せず）と連結されてもよい。排気装置としては、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプが利用可能である。したがって、排気装置によりチャンバー１０の内部を所定の減圧雰囲気、例えば、０．１mTorr以下の所定の圧力まで真空引きすることができる。排気管は、チャンバー１０の下面のみならず、後述する基板支持部２０の下側のチャンバー１０の側面に配設されてもよい。なお、排気される時間を短縮するために、多数本の排気管及びそれに付随する排気装置がさらに配設されてもよいということはいうまでもない。
【0035】
一方、基板支持部２０には、薄膜の形成工程のために、チャンバー１０内に配設された基板Ｓが載置されてもよい。ここで、基板Ｓは、タングステン薄膜を形成するために、核生成層またはシード（seed）層の役割を果たすタングステン層が蒸着されるための基板であってもよく、核生成層またはシード層の上にバルク（bulk）層としてのタングステン層を形成するために既に核生成層またはシード層が形成された基板であってもよい。基板支持部２０は、このような基板Ｓが載置されて支持できるように、例えば、静電チャックなどが設けられて基板Ｓを静電力により吸着・保持することもできれば、真空吸着や機械的な力により基板Ｓを支持することもできる。
【0036】
基板支持部２０は、基板Ｓの形状と対応する形状、例えば、円形状または四角い形状に設けられてもよい。基板支持部２０は、基板Ｓが載置される基板支持台２２及び前記基板支持台２２の下部に配置されて基板支持台２２を昇降移動させる昇降器２４を備えていてもよい。ここで、基板支持台２２は、基板Ｓよりも大きく作製されてもよく、昇降器２４は、基板支持台２２の少なくとも一領域、例えば、中心部を支持するように設けられ、基板支持台２２の上に基板Ｓが載置されれば、基板支持台２２をガス噴射部３０に近づくように移動させてもよい。なお、基板支持台２２の内部には、ヒーター（図示せず）が配設されてもよい。ヒーターは、所定の温度で発熱して、基板支持台２２及び前記基板支持台２２に載置された基板Ｓを加熱して、基板Ｓに一様に薄膜が蒸着されるようにする。
【0037】
ガス供給部４０は、チャンバー１０の蓋体１４を貫くように配設されてもよく、第１のガス及び第２のガスをそれぞれ前記ガス噴射部３０に与えるために、第１のガス供給器４２及び第２のガス供給器４４を備えていてもよい。ここで、前記第１のガスは、含タングステンガスを含んでいてもよく、第２のガスは、還元ガスを含んでいてもよい。これとは逆に、前記第１のガスは、還元ガスを含んでいてもよく、第２のガスは、含タングステンガスを含んでいてもよいということはいうまでもない。また、含タングステンガスは、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを含んでいてもよく、還元ガスは、水素（Ｈ２）ガスを含んでいてもよい。一方、第１のガス供給器４２及び第２のガス供給器４４は、それぞれ必ずしも一種類のガスを与えるとは限らず、第１のガス供給器４２及び第２のガス供給器４４は、それぞれ複数種のガスを同時に供給するように、あるいは、複数種のガスのうちから選ばれたガスを供給するように構成されてもよい。
【0038】
ガス噴射部３０は、前記チャンバー１０の内部、例えば、蓋体１４の下面に配設され、ガス噴射部３０の内部には、第１のガスを基板の上に噴射して供給するための第１のガス供給経路と、第２のガスを基板の上に噴射して供給するための第２のガス供給経路が形成される。前記第１のガス供給経路及び第２のガス供給経路は、互いに独立して分離されるように形成されて、前記第１のガス及び前記第２のガスがガス噴射部３０内において混合されないようにそれぞれ別々に基板の上に供給してもよい。
【0039】
前記ガス噴射部３０は、上フレーム３２及び下フレーム３４を備えていてもよい。ここで、前記上フレーム３２は、前記蓋体１４の下面に着脱自在に結合されるとともに、上面の一部、例えば、上面の中心部が前記蓋体１４の下面から所定の距離だけ離れる。これにより、前記上フレーム３２の上面と前記蓋体１４の下面との間の空間に第１のガス供給部４２からの第１のガスが行き渡ることができる。また、前記下フレーム３４は、前記上フレーム３２の下面に一定の間隔だけ離れて配設される。これにより、前記下フレーム３４の上面と前記上フレーム３２の下面との間の空間に第２のガス供給部４４からの第２のガスが行き渡ることができる。前記上フレーム３２と前記下フレーム３４は、外周面に沿って繋がり合って内部に離隔空間を形成して一体に形成されてもよく、別途のシール部材により外周面を密閉するような仕組みになっていてもよいということはいうまでもない。
【0040】
前記第１のガス供給経路は、第１のガス供給部４２からの第１のガスが前記蓋体１４の下面と前記上フレーム３２との間の空間に行き渡って、前記上フレーム３２及び前記下フレーム３４を貫通してチャンバー１０の内部に供給されるように形成されてもよい。また、前記第２のガス供給経路は、第２のガス供給部４４からの第２のガスが前記上フレーム３２の下面と前記下フレーム３４の上面との間の空間に行き渡って、前記下フレーム３４を貫通してチャンバー１０の内部に供給されるように形成されてもよい。前記第１のガス供給経路及び前記第２のガス供給経路は、互いに連通されなくてもよく、これにより、前記第１のガス及び第２のガスは、前記ガス供給部４０からガス噴射部３０を経て前記チャンバー１０の内部にそれぞれ別々に供給されることができる。
【0041】
前記下フレーム３４の下面には、第１の電極３８が配設されてもよく、前記下フレーム２４の下側及び第１の電極２８の外側には、所定の間隔だけ離れて第２の電極３６が配設されてもよい。このとき、下フレーム３４と第２の電極３６は、外周面に沿って繋がり合うように形成されてもよく、別途のシール部材により外周面を密閉するような仕組みになっていてもよいということはいうまでもない。
【0042】
このように、第１の電極３８及び第２の電極３６が配設される場合、第１のガスは、第１の電極３８を貫通して基板の上に噴射されることができ、第２のガスは、第１の電極３８と第２の電極３６との間の離隔空間を介して基板の上に噴射されることができる。
【0043】
下フレーム３４と第２の電極３６のうちのどちらか一方には、ＲＦ電源５０からＲＦ電力が印加されてもよい。図４には、下フレーム３４が接地され、第２の電極３６にＲＦ電力が印加される仕組みを例にとって示している。下フレーム３４が接地される場合、前記下フレーム３４の下面に配設された第１の電極３８もまた接地される。したがって、第２の電極３６にＲＦ電源５０からのＲＦ電力が印加される場合、前記ガス噴射部３０と前記基板支持部２０との間には、第１の活性化領域、すなわち、第１のプラズマ領域Ｐ１が形成され、前記第１の電極３８と前記第２の電極３６との間には、第２の活性化領域、すなわち、第２のプラズマ領域Ｐ２が形成されることができる。
【0044】
図４は、本発明の実施形態によりプラズマが形成される様子を示す図である。図４には、第１の電極３８及び基板支持部２０が接地され、第２の電極３６にＲＦ電源５０からのＲＦ電力が印加されることを例にとって示しているが、電源の供給の仕組みはこれに何ら制限されないということはいうまでもない。
【0045】
図４に示すように、第１のガス、例えば、含タングステンガスは、実線にて示された矢印に沿ってチャンバー１０内に供給され、第２のガス、例えば、還元ガスは、点線にて示された矢印に沿ってチャンバー１０内に供給されてもよい。第１のガスは、第１の電極３８の内部を貫通してチャンバー１０の内部に供給され、第２のガスは、第１の電極３８と第２の電極３６との間の離隔空間を介してチャンバー１０の内部に供給されてもよい。前記第１のガスは、前記第１の電極３８を貫通して前記チャンバー１０の内部に供給されてもよい。
【0046】
前記第１の電極３８及び基板支持部２０が接地され、前記第２の電極３６に電源が供給される場合、前記ガス噴射部３０と前記基板支持部２０との間には、第１の活性化領域、すなわち、第１のプラズマ領域Ｐ１が形成され、前記第１の電極３８と前記第２の電極３６との間には、第２の活性化領域、すなわち、第２のプラズマ領域Ｐ２が形成される。
【0047】
したがって、前記第１のガスが前記第１の電極３８を貫通して供給される場合、前記第１のガスは、前記ガス噴射部３０の外部に形成される第１のプラズマ領域Ｐ１において活性化される。また、前記第２のガスが前記第１の電極３８と前記第２の電極３６との間の離隔空間を介して供給される場合、前記第２のガスは、前記ガス噴射部３０の内部に相当する前記第１の電極３８と前記第２の電極３６との間、すなわち、第２のプラズマ領域Ｐ２から第１のプラズマ領域Ｐ１までの領域にかけて活性化される。したがって、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、前記第１のガスと前記第２のガスとを互いに異なる大きさのプラズマ領域において活性化させることができる。なお、前記第１のガスと前記第２のガスとが互いに異なる大きさのプラズマ領域において活性化されることにより、薄膜を蒸着するための最適な供給経路に各ガスを振り分けることができる。
【0048】
【0049】
図２は、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法を概略的に示す図であり、図３は、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法の工程サイクルを説明するための図であり、図４は、工程サイクル内において薄膜が形成される各ステップを説明するための図である。
【0050】
図２から図４を参照すると、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法は、反応空間に設けられた基板Ｓの上に還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）と、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給するステップ（Ｓ２００）及び前記基板Ｓの上に含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）を含み、前記含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、前記還元ガスを供給する最中に間欠的に行われる。
【0051】
還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）においては、チャンバー１０の反応空間に設けられた基板Ｓの上に還元ガスを供給する。還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）においては、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法において、タングステン薄膜が形成されるまで還元ガスの供給を行い続けてもよい。ここで、還元ガスは、水素（Ｈ）を含むガス、例えば、水素（Ｈ２）ガスを含んでいてもよい。
【0052】
還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）においては、含タングステンガスが供給される前から基板Ｓの上に還元ガスを供給し、タングステン薄膜が形成されるまで還元ガスの供給を行い続けてもよい。ここで、含タングステンガス、例えば、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスが供給される前に供給される還元ガス、例えば、水素（Ｈ２）ガスによりチャンバー１０内の反応空間は還元性の雰囲気に形成されることができる。このように、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスが供給される前にチャンバー１０内の反応空間を水素（Ｈ２）ガスにより還元性の雰囲気に形成すれば、ガス噴射部３０と基板Ｓとの間の空間において六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスが水素（Ｈ２）ガスまたはプラズマにより活性化された水素（Ｈ）ラジカルと反応して六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス中のフッ素（Ｆ）成分が１次的に取り除かれることができる。
【0053】
一方、基板Ｓは、タングステン薄膜を形成するために、核生成層またはシード（ｓｅｅｄ）層の役割を果たすタングステン層が蒸着されるための基板であってもよく、核生成層またはシード層の上にバルク（ｂｕｌｋ）層としてのタングステン層を形成するために、既に核生成層またはシード層が形成された基板であってもよいということは上述した通りである。
【0054】
電源を供給するステップ（Ｓ２００）においては、ＲＦ電源５０から高周波電源を供給して反応空間にプラズマを生じさせる。還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）において、還元ガスとして水素（Ｈ２）ガスを供給する場合、水素（Ｈ２）ガスは、電源を供給するステップ（Ｓ２００）において反応空間に生じたプラズマにより水素（Ｈ）ラジカルに活性化されることができる。
【0055】
含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）においては、基板Ｓの上に含タングステンガスを供給する。ここで、含タングステンガスは、タングステン（Ｗ）を含有するガス、例えば、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを含んでいてもよい。
【0056】
ここで、電源を供給するステップ（Ｓ２００）において、ＲＦ電源５０から高周波電源を供給し、含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）において、基板Ｓの上に含タングステンガスを供給する場合、一般に、ガス噴射部３０内にタングステン（Ｗ）が蒸着されてしまう虞があるという不都合がある。すなわち、通常のシャワーヘッドタイプのガス噴射部３０に高周波電源を供給し、第１のガス、すなわち、含タングステンガスと第２のガス、すなわち、還元ガスをガス噴射部３０を介して供給する場合、含タングステンガスと還元ガスとがガス噴射部３０内において互いに反応してガス噴射部３０内にタングステン（Ｗ）が蒸着されてしまうことが懸念される。
【0057】
しかしながら、前述したように、本発明の実施形態に係るガス噴射部３０において、第１のガス供給経路及び前記第２のガス供給経路は互いに連通されておらず、互いに独立して分離されるように形成される。したがって、図４に示す第１の電極３８を介して供給される含タングステンガスは、ガス噴射部３０内において第１の電極３８と第２の電極３６との間に供給される還元ガスと反応せず、ガス噴射部３０の下部においてようやく還元ガスと反応することになって、ガス噴射部３０内にタングステン（Ｗ）が蒸着されてしまうことを有効に防ぐことができる。
【0058】
一方、前述したように、還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）は行われ続け、還元ガスを供給する最中に含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）が行われると、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスは、水素（Ｈ２）ガスと下記の反応式１のように反応して還元され、基板Ｓの上にはタングステン層が形成される。
【0059】
【数1】
【0060】
ここで、含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、還元ガスを供給する最中に間欠的に行われてもよい。すなわち、還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）は、タングステン薄膜が形成されるまで行われ続け、含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、還元ガスが供給される最中に含タングステンガスの供給及び中断が交互に行われるように、還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）の最中に間欠的に行われてもよい。
【0061】
このとき、基板Ｓの上に含水素ガス、すなわち、水素（Ｈ２）ガスと、含タングステンガス、すなわち、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスとが同時に供給される区間においては、上記の反応式のように、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスと水素（Ｈ２）ガスとが反応して基板Ｓの上にタングステン薄膜が蒸着される。すなわち、水素（Ｈ２）ガスと六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスとが同時に供給される区間においては、供給される六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスと水素（Ｈ２）ガスとが反応して基板Ｓの上にタングステン層を蒸着するステップが行われることができる。
【0062】
一方、含タングステンガスの供給が中断されて基板Ｓの上に水素（Ｈ２）ガスのみが供給される最中には、供給される水素（Ｈ２）ガスにより基板Ｓの上に形成されたタングステン層の不純物、例えば、フッ素（Ｆ）成分が取り除かれる。
【0063】
六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスと水素（Ｈ２）ガスとを同時に供給して反応させる場合にも、六フッ化タングステン（ＷＦ６）に含まれているフッ素（Ｆ）成分は十分に取り除かれない。このため、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法においては、水素（Ｈ２）ガスを供給する最中に六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスの供給と中断を繰り返し行うことにより、水素（Ｈ２）ガスと六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスとが同時に供給される区間においてはタングステン層を蒸着し、水素（Ｈ２）ガスのみが単独で供給される区間においては蒸着されたタングステン層を水素（Ｈ２）ガスにてトリートメント（treatment）して蒸着されたタングステン層に含まれている不純物、すなわち、フッ素（Ｆ）成分を取り除く。このように、本発明の実施形態においては、タングステン層を蒸着するステップと蒸着されたタングステン層の不純物を取り除くステップとを交互に行うことにより、タングステン層中のフッ素（Ｆ）成分の含量を成分分析により感知されないレベルである低フッ素タングステン（ＬＷＦ：Low Fluorine W）レベルまで低減することができる。
【0064】
一方、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法は、還元ガスを供給する前に、基板Ｓの上に含シリコーンガスを供給するステップをさらに含んでいてもよい。すなわち、還元ガスを供給する前に、先に基板Ｓの上にシリコーン層を形成し、次いで、タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）において、シリコーン層に含まれているシリコーン原子をタングステン原子に置き換えて基板Ｓの上にタングステン薄膜を蒸着してもよい。このとき、含シリコーンガスは、シラン（ＳｉＨ４）ガスを含んでいてもよく、シリコーン層に含まれているシリコーン原子は、含タングステンガスと下記の反応式２のように反応してタングステン原子に置き換えられることができる。
【0065】
【数2】
【0066】
このとき、含シリコーンガスを供給するステップは、還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）が行われる前に終了されてもよい。なお、含シリコーンガスを供給するステップは、後述するように、反応空間に設けられた基板Ｓの上に還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）と、前記反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給するステップ（Ｓ２００）及び前記基板Ｓの上に含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）を含む工程サイクルの前に１回のみ行われてもよく、工程サイクルに含まれて、還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）の前に繰り返し行われてもよい。
【0067】
一方、電源を供給するステップ（Ｓ２００）は、水素（Ｈ２）ガスが供給される最中に行われ続けて、水素（Ｈ２）ガスと六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスとが同時に供給される区間においては、プラズマにより水素（Ｈ２）ガスを水素（Ｈ）ラジカルに活性化させて六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスと反応させ、水素（Ｈ２）ガスのみが供給される区間においては、プラズマにより水素（Ｈ２）ガスを水素（Ｈ）ラジカルに活性化させて、基板Ｓの上に蒸着されたタングステン層を水素（Ｈ２）ガスにてトリートメント（treatment）してもよいということはいうまでもない。
【0068】
しかしながら、電源を供給するステップ（Ｓ２００）は、還元ガスを供給する最中に間欠的に行われ、含タングステンガスを供給するステップ（Ｓ３００）は、反応空間にプラズマを生じさせるように電源を供給する最中に行われてもよい。このとき、本発明の実施形態は、電源が供給されない間に反応空間をパージするステップをさらに含んでいてもよい。
【0069】
六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを間欠的に供給する場合、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスの供給が中断された直後にも、反応空間内には六フッ化タングステン（ＷＦ６）が残留する。反応空間内に六フッ化タングステン（ＷＦ６）が残留する場合、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスの供給を中断し、水素（Ｈ２）ガスを供給すれば、供給される水素（Ｈ２）ガスは、まず、残留する六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスと反応してしまい、その結果、基板Ｓの上に蒸着されたタングステン層を十分にトリートメントすることができなくなる。
【0070】
したがって、本発明の実施形態においては、電源を供給するステップ（Ｓ２００）を還元ガスを供給する最中に間欠的に行い、電源が供給されない間には反応空間をパージして、チャンバー１０内の反応空間に残留する六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを取り除くことができる。
【0071】
電源の供給を中止して反応空間をパージした後、電源を供給するステップ（Ｓ２００）は、含タングステンガスを再び供給する前に開始されてもよい。ここで、電源が供給され、含タングステンガスが再び供給される前には、反応空間に水素（Ｈ２）ガスのみが供給され、供給される水素（Ｈ２）ガスは、プラズマにより活性化されて基板Ｓの上に蒸着されたタングステン層をトリートメントして、タングステン層に含有されているフッ素（Ｆ）成分を取り除くことになる。なお、電源を供給するステップ（Ｓ２００）は、含タングステンガスの供給が中断されるときに同時に終了されて、反応空間をパージするための十分な時間を確保することができる。
【0072】
一方、還元ガスを供給するステップ（Ｓ１００）においては、含タングステンガスが供給される前から基板Ｓの上に還元ガスを供給し、タングステン薄膜が形成されるまで還元ガスの供給を行い続けてもよい。ここで、含タングステンガスが供給される前に供給される還元ガスにより、チャンバー１０内の反応空間は還元性の雰囲気に形成される。次いで、含タングステンガスとして六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスが供給されることにより、反応空間に供給され続ける還元ガスの水素（Ｈ）成分と六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスに含まれているフッ素（Ｆ）成分とが結合してフッ化水素（ＨＦ）ガスが生成されて取り除かれ、基板Ｓの上には、フッ素（Ｆ）成分が１次的に取り除かれたタングステン層が形成されることができる。
【0073】
図６及び図７に示すように、本発明の実施形態においては、水素（Ｈ２）ガスが供給される最中に電源を供給し、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを供給してタングステン層を蒸着する区間（（１）区間）及び水素（Ｈ２）ガスが供給される最中に六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスの供給なしに電源を供給して不純物を取り除く区間（（２）区間）が一つの工程サイクルを形成する。一方、タングステン層を蒸着する区間（（１）区間）と不純物を取り除く区間（（２）区間）との間には、反応空間をパージする区間がさらに含まれて、一つの工程サイクルを形成してもよいということはいうまでもない。工程サイクルは、複数回にわたって繰り返し行われ、これにより、タングステン層を蒸着する区間、反応空間をパージする区間及び不純物を取り除く区間が繰り返し含まれて、タングステン層に含有されているフッ素（Ｆ）成分を有効に取り除いて不純物の濃度が格段に低減したタングステン薄膜を形成することが可能になる。
【0074】
このように、本発明の実施形態に係る薄膜の形成方法によれば、タングステン層を蒸着するステップと蒸着されたタングステン層に含有されている不純物を取り除くステップとを交互に繰り返し行ってタングステン薄膜を形成することにより、薄膜ストレス及び不純物の濃度が低減したタングステン薄膜を形成することができる。
【0075】
また、タングステン層に含有されている不純物を取り除く前に反応空間をパージすることにより、不純物を取り除くステップの効率性を向上させ、フッ素成分の含量を成分分析により感知されないレベルである低フッ素タングステン（ＬＷＦ：Low Fluorine W）レベルまで低減することができる。
【0076】
以上、本発明の好適な実施形態について特定の用語を用いて説明及び図示したが、このような用語は、単に本発明を明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の実施形態及び記述された用語は、特許請求の範囲の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変更及び変形が加えられるということは明らかなことである。このように、変更及び変形が加えられた実施形態は、本発明の思想及び範囲から個別的に理解されてはならず、本発明の特許請求の範囲内に属するものであると言える。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】