성막 방법 및 성막 장치 document_id A220623108924

일반적으로, 반도체 집적 회로의 제조 공정에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼 표면에 배선 패턴을 형성하기 위해, 또는 배선 사이 등의 오목부를 매립하기 위해, W(텅스텐), WN(텅스텐나이트라이드), WSi(텅스텐실리사이드), Ti(티타늄), TiN(티탄나이트라이드), TiSi(티탄실리사이드) 등의 금속 또는 금속 화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하는 것이 행해지고 있다. 상기 금속 박막의 베이스로서, 하층과의 밀착성 등을 향상시킬 목적으로, 배리어막을 형성하는 경우가 있다. 이 배리어막으로서는, 텅스텐질화막이나 티탄질화막 등이 이용된다. 여기서, 금속 박막으로서 텅스텐막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다. 텅스텐막을 형성하는 경우에는, 일반적으로는 주로 WF6(6불화텅스텐) 가스가 사용된다(일본 특허 공개 평6-89873호 공보 및 일본 특허 공개 제2003-96567호 공보). 상기와 같은 금속 박막을 형성하기 위한 일반적인 성막 장치가, 도 6에 도시된다. 예컨대 알루미늄 등에 의해 통 형상으로 성형된 처리 용기(2) 내에, 예컨대 얇은 카본 소재 또는 알루미늄 화합물에 의해 성형된 탑재대(4)가 마련되어 있다. 탑재대(4)의 아래쪽에, 석영제의 투과창(6)을 개재하여, 할로겐 램프 등의 가열 수단(8)이 배치되어 있다. 가열 수단(8)으로부터의 열선은, 투과창(6)을 투과해서, 탑재대(4)에 도달하여, 탑재대(4)를 가열한다. 그리고, 탑재대(4) 위에 탑재되는 반도체 웨이퍼(S)를 소정의 온도로 간접적으로 가열 유지한다. 이와 동시에, 탑재대(4)의 위쪽에 마련된 샤워 헤드부(10)로부터, 프로세스 가스로서의 WF6와 환원 가스인 SiH4가 웨이퍼 표면 상에 균등하게 공급된다. 이것에 의해, 웨이퍼 표면 상에 W(텅스텐)의 금속막이 형성된다. 상기 두 가스를 공급하는 형태로서는, 두 가스를 동시에 공급하여, CVD법에 의해 W막을 형성하는 방법이나, WF6 가스와 SiH4 가스를 교대로 간헐적으로 반복해서 공급하여, 막 두께 수 Å의 W막의 박막을 다층으로 형성하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법 등이 알려져 있다. 또한, 상기 SiH4 가스 대신에, 환원 가스인 B2H6 가스를, 상술한 바와 같이 이용하는 경우도 있다. 또한, 텅스텐질화막은, WF6 가스와 일반적으로는 NH3 가스를 이용하여, CVD법에 의해서 형성된다. 그런데, 상술한 종래의 텅스텐막의 성막 방법에서는, 환원 가스로서 SiH4 가스나 B2H6 가스가 사용되기 때문에, 퇴적한 텅스텐막 내에 Si(실리콘) 원자나 B(보론) 원자가 혼입되는 것을 피할 수 없다. 이 Si 원자나 B 원자의 혼입량은 기껏 수% 정도이기는 하지만, 이 Si 원소나 B 원소라는 불순물 원소의 혼입은, 텅스텐막의 저항치를 상승시켜 버린다고 하는 문제가 있었다. 이 경우, 환원 가스로서, 불순물 원소의 혼입 우려가 없는 H2 가스를 이용하는 것도 생각된다. 그러나, H2 가스의 환원성은, SiH4 가스나 B2H6 가스와 비교하여 상당히 약하기 때문에, 충분한 성막 레이트를 낼 수 없다. 즉, 환원 가스로서 H2 가스를 이용하는 것은 실용적이지 않다. 또한, H2 가스의 환원성을 보충할 목적으로, 플라즈마에 의해 활성화된 H2 가스를 처리 용기 내로 도입하는, 소위 리모트 플라즈마 방식이나, 처리 용기 내에서 플라즈마를 일으켜 가스를 활성화하는 플라즈마 활성화 방식을 채용하는 것도 생각된다. 그러나 리모트 플라즈마 방식의 경우에는, 활성화된 가스가 처리 용기까지의 수송 경로를 구성하는 재료와 충돌함으로써 활성을 잃어버리기 때문에, 효율이 매우 저하되어 버린다. 또한, 플라즈마 활성화 방식에서는, 처리 용기 내의 웨이퍼의 위쪽으로 플라즈마를 형성하기 때문에, 웨이퍼 자체가 플라즈마 손상을 받기 쉬워져 바람직하지 못하다. 또한, 상기 가스를 활성화시키는 다른 수법으로서, 예컨대 일본 특허 공개 소63-40314호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 가열 촉매체를 이용하는 방법이 존재한다. 그러나 이 방법에서는, 원료 가스 자체가 이 가열 촉매체에 의해 분해되어 버려, 가열 촉매체에 파티클의 원인이 되는 막이 부착되어 버린다. 또한, 텅스텐질화막을 형성하는 경우에는, 예컨대 NH4F 등의 반응 부생성물이 다량으로 발생하여, 유지 보수 빈도가 현저히 상승하여 버린다. (발명의 요지) 본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이것을 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 환원 가스를 선택적으로 활성화하는 것에 의해 불순물 원소의 혼입이 억제된 저저항의 텅스텐막을 효율적으로 형성하는 것이 가능한 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 질화 가스를 선택적으로 활성화하는 것에 의해 반응 부생성물의 발생을 억제하면서 텅스텐질화막을 효율적으로 형성할 수 있는 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명은, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 피처리체를 탑재하는 공정, 및 상기 처리 용기 내로 텅스텐 함유 가스와 환원 가스를 공급함과 아울러, 상기 환원 가스를 가열된 촉매체에 의해 활성화시켜, 상기 피처리체의 표면에 텅스텐막을 형성하는 성막 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 방법이다. 본 발명에 의하면, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내로 텅스텐 함유 가스와 환원 가스를 공급하는 동시에, 상기 환원 가스를 가열된 촉매체에 의해 활성화시키도록 했기 때문에, 불순물 원소의 혼입이 억제된 저저항의 텅스텐막을 효율적으로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 촉매체는, 상기 환원 가스를 선택적으로 활성화시키도록 되어 있다. 또한, 상기 환원 가스는 예컨대, H2 가스이다. 또는, 본 발명은, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 피처리체를 탑재하는 공정, 및 상기 처리 용기 내로 텅스텐 함유 가스와 질화 가스를 공급함과 아울러, 상기 질화 가스를 가열된 촉매체에 의해 활성화시켜, 상기 피처리체의 표면에 텅스텐질화막을 형성하는 성막 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 방법이다. 본 발명에 의하면, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기 내로 텅스텐 함유 가스와 질화 가스를 공급함과 아울러, 상기 질화 가스를 가열된 촉매체에 의해 활성화시키도록 했기 때문에, 반응 부생성물의 발생을 억제하면서 텅스텐질화막을 효율적으로 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 촉매체는 상기 질화 가스를 선택적으로 활성화시키도록 되어 있다. 또한, 상기 질화 가스는 예컨대, N2 가스이다. 바람직하게는, 상기 촉매체는 통전(通電)에 의해서 가열되도록 되어 있고, 상기 선택적인 활성화는 온도 제어에 의해 행해지도록 되어 있다. 또는, 바람직하게는, 상기 선택적인 활성화는 상기 촉매체의 재료의 선택에 의해 행해지도록 되어 있다. 또한, 예컨대, 상기 텅스텐 함유 가스는 WF6 또는 W(CO)6이다. 또한, 예컨대, 상기 촉매체는 W, Ir, Ru, Re, Pt 및 카본으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료로 이루어진다. 또한, 예컨대, 상기 성막 공정은 상기 2종류의 가스를 동시에 공급하여 CVD법에 의해서 행해진다. 또는, 예컨대, 상기 성막 공정은 상기 2종류의 가스를 교대로 반복 공급하여 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해서 행해진다. 또한, 예컨대, 상기 성막 공정 후에, 클리닝 가스를 공급하면서 상기 클리닝 가스를 상기 촉매체에 의해서 활성화하는 것에 의해 클리닝 처리가 행해진다. 또한, 본 발명은, 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기, 상기 처리 용기 내에 마련되고 피처리체를 탑재하는 탑재대, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단, 상기 처리 용기 내로 텅스텐 함유 가스와 환원 가스를 공급하는 가스 공급 수단, 상기 환원 가스를 활성화하기 위해 통전에 의해 발열하는 촉매체, 및 상기 촉매체에 통전을 행하기 위해 접속된 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다. 이 경우, 상기 환원 가스는, 예컨대, H2 가스이다. 또한, 본 발명은, 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기, 상기 처리 용기 내에 마련되고, 피처리체를 탑재하는 탑재대, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단, 상기 처리 용기 내로 텅스텐 함유 가스와 질화 가스를 공급하는 가스 공급 수단, 상기 질화 가스를 활성화하기 위해 통전에 의해 발열하는 촉매체, 및 상기 촉매체에 통전을 행하기 위해 접속된 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다. 이 경우, 상기 질화 가스는, 예컨대, N2 가스이다. 예컨대, 상기 촉매체는 선 형상 또는 봉(棒) 형상으로 형성된 라인재로 이루어진다. 이 경우, 예컨대, 상기 라인재는 상기 탑재대의 위쪽에서 복수개 배열되어 있다. 또는, 예컨대, 상기 라인재는 상기 탑재대의 외주측의 위쪽에서 상기 탑재대를 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 예컨대, 상기 텅스텐 함유 가스는 WF6 또는 W(CO)6이다. 또한, 예컨대, 상기 촉매체는 W, Ir, Ru, Re, Pt 및 카본으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 재료로 이루어진다.