[发明专利]钨膜的形成方法

说明书

本案是申请日为2006年6月23日、申请号为200680024112.4、发明名称为钨膜的形成方法、成膜装置、存储介质和半导体装置的分案申请

技术领域

本发明涉及在半导体晶片等被处理体的表面上形成钨膜的方法、成膜装置、存储介质和半导体装置。

背景技术

一般地，在半导体器件的制造过程中，具有在被处理体例如半导体晶片(以下简称为“晶片”)的表面上形成金属类膜的工序。例如在晶片表面形成配线图形，或者埋入配线间的凹部(通孔)、基板连接用凹部(接触孔)的情况下进行金属类膜的成膜。作为这样的金属类膜，例如是将W(钨)、WSi(硅化钨)、WN(氮化钨)、Ti(钛)、TiN(氮化钛)、TiSi(硅化钛)等金属或者金属化合物堆积而成的薄膜。

像这样，由于金属类膜使用于配线等，所以优选使用尽量低电阻的膜。从这一观点出发由于钨膜是上述金属类膜中电阻率特别小的，镀膜温度也不高，所以，多用于配线间的凹部或者基板连接用凹部的埋入。

在形成这样的钨膜时，一般地，将WF₆(六氟化钨)作为金属类原料气体使用，通过使用氢、硅烷、二氟硅烷等还原性气体进行还原，堆积成钨膜。并且，在形成钨膜的情况下，为了提高密接性，抑制与下层配线金属或者基板之间的反应，首先在晶片表面薄且均匀地形成阻挡层，该阻挡层是在TiN膜或者在Ti膜上形成有TiN膜的叠层膜(TiN/Ti膜)等的作为基底膜的阻挡层，在该阻挡层上堆积上述钨膜。

因此，在通过钨膜进行凹部等的埋入的情况下，为了使埋入性能良好，使用以还原性比硅烷更弱的氢气为主的气体作为还原性气体。在如此使用氢气作为还原性气体的情况下，有时会出现产生“火山口(volcano)”，或者在埋入孔(例如接触孔)中产生空隙(void)的情况。

在此，产生火山口的机制如在图10中所示。图10A、图10B和图10C依次表示反应进展的状态。根据图10，对于火山口的产生，氟元素的举动有很大的影响，可以理解为在阻挡层与氟元素反应生成的TiF₃向上方突破。具体地说，由于未反应的WF₆气体使上述阻挡层受到侵蚀，使阻挡层与氟元素发生反应，生成了以TiF₃为主体的氟钛化合物(参照图10A和图10B)。由于该氟钛化合物的体积膨胀，向上方突破了阻挡层从而产生了火山口(参照图10C)。

为了防止产生这样的火山口等，在堆积主体钨膜之前，作为种核层通过形成初期钨膜，在形成主体钨膜时遮蔽住由WF₆气体对基底阻挡层的侵蚀。在形成上述初期钨膜时，有必要迅速地除去上述未反应WF₆气体，同时还要抑制上述钨膜中的氟元素浓度，使得在钨膜中含有的氟元素不能与基底的阻挡层直接反应。

作为形成上述初期钨膜的方法，公开了在交替地供给WF₆气体和还原性的B₂H₆(乙硼烷)气体，并在它们之间插入清扫步骤的原子层堆积的方法(ALD：Atomic Layered Deposition原子层沉积法)(例如参照专利文献1)。用此方法堆积的钨膜是低电阻，同时降低了钨膜中氟元素的浓度，能够避免基底金属和氟化物的形成。

参照附图说明在这样的现有的形成钨膜的方法中各种气体的供给方式。图11A表示基于现有方法的各种气体的供给方式的一个例子，图11B表示基于现有方法的各种气体的供给方式的另一个例子。图11A表示上述ALD法的各种气体的供给方式，是使用B₂H₆作为还原性气体的情况，图11B是使用SiH₄气体作为还原性气体的情况。图12表示通过在图11中所示的气体供给方式下形成的钨膜埋入埋入孔时的工序。

在此是以使用B₂H₆作为还原性气体的情况为例(参照图11A)进行说明的。并且分别以一定的流量流通Ar气和N₂气作为载气或者清扫气体，在整个处理期间处理压力是恒定的。对于在此使用的晶片M，如在图12A中所示，在包括例如接触孔之类的埋入孔2内的内面的晶片整个表面上形成阻挡层4。