JP2010080737A

JP2010080737A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

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Publication number: JP2010080737A
Application number: JP2008248456A
Authority: JP
Inventors: Hideji Itaya; 秀治板谷; Kazuhiro Harada; 和宏原田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】金属膜中の不純物が少ない高品質な金属膜を形成する。
【解決手段】基板処理装置は、ウエハ２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内に金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給ライン１０と、処理室２０１内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ライン３０と、処理室２０１内を加熱するヒータ２０６と、所定の処理温度に設定された処理室２０１内に金属含有原料ガスを供給してウエハ２００上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された処理室２０１内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、ヒータ２０６、原料ガス供給ライン１０及び水素含有ガス供給ライン３０を制御するコントローラ２８０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関し、特に金属膜中の不純物が少ない高品質な金属膜を形成可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関する。

近年、半導体装置（半導体デバイス）の微細化に伴い、従来のＳｉ系の金属膜を用いた工程に、Ｓｉ以外の材料を用いた金属膜が導入される工程が増えつつある。例えば、容量絶縁膜の上部及び下部電極やゲート電極が挙げられる。これらの多くは、金属を含有した金属含有原料ガスと反応ガスとが使用されている。

ここで、前記金属含有原料ガスが有機原料の場合、その原料に含まれる有機物質（例えば炭素（Ｃ））が不純物として金属膜中に残留し、金属膜としての特性を劣化させる場合がある。
従って、本発明の主な目的は、金属膜中の不純物が少ない高品質な金属膜を形成可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、金属膜を形成した後に水素含有ガスを用いてその金属膜を熱処理するから、金属膜中の不純物を除去することができ、金属膜中の不純物が少ない高品質な金属膜を形成することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。

（１）基板処理装置の構成
まず、本実施例にかかる基板処理装置の構成について、図１，図２を参照しながら説明する。

＜処理室＞
図１，図２に示すとおり、本実施例にかかる基板処理装置は、処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１が構成されている。

処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する支持台２０３が設けられている。ウエハ２００が直接触れる支持台２０３の上面には、例えば、石英（ＳｉＯ_２）、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などから構成された支持板としてのサセプタ２１７が設けられている。また、支持台２０３には、ウエハ２００を加熱する加熱手段としてのヒータ２０６が内蔵されている。なお、支持台２０３の下端部は、処理容器２０２の底部を貫通している。

処理室２０１の外部には、昇降機構２０７ｂが設けられている。この昇降機構２０７ｂを作動させることにより、サセプタ２１７上に支持されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。支持台２０３は、ウエハ２００の搬送時には図２で示される位置（ウエハ搬送位置）まで下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示される位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。なお、支持台２０３の下端部、及び昇降機構２０７ｂの周囲は、ベローズ２０３ａにより覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。

また、処理室２０１の底面（床面）には、例えば３本のリフトピン２０８ｂが鉛直方向に設けられている。また、支持台２０３には、かかるリフトピン２０８ｂを貫通させるための貫通孔２０８ａが、リフトピン２０８ｂに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台２０３をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン２０８ｂの上端部が支持台２０３の上面から突出して、リフトピン２０８ｂがウエハ２００を下方から支持するように構成されている。また、支持台２０３をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没して、支持台２０３上面に設けられたサセプタ２１７がウエハ２００を下方から支持するように構成される。なお、リフトピン２０８ｂは、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。

＜ウエハ搬送口＞
処理室２０１の内壁側面には、処理室２０１の内外にウエハ２００を搬送するためのウエハ搬送口２５０が設けられている。ウエハ搬送口２５０にはゲートバルブ２５１が設けられており、ゲートバルブ２５１を開けることにより、処理室２０１内と搬送室（予備室）２７１内とが連通するように構成されている。搬送室２７１は密閉容器２７２内に形成されており、搬送室２７１内にはウエハ２００を搬送する搬送ロボット２７３が設けられている。搬送ロボット２７３には、ウエハ２００を搬送する際にウエハ２００を支持する搬送アーム２７３ａが備えられている。支持台２０３をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ２５１を開くことにより、搬送ロボット２７３により処理室２０１内と搬送室２７１内との間でウエハ２００を搬送することが可能なように構成されている。処理室２０１内に搬送されたウエハ２００は、上述したようにリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。

＜排気系＞
処理室２０１の内壁側面であって、ウエハ搬送口２５０の反対側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気口２６０が設けられている。排気口２６０には排気管２６１が接続されており、排気管２６１には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Auto Pressure Controller）等の圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、及び真空ポンプ２６４が順に直列に接続されている。主に、排気口２６０、排気管２６１、圧力調整器２６２、原料回収トラップ２６３、真空ポンプ２６４により排気系（排気ライン）が構成される。

＜ガス導入口＞
処理室２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２４０の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２１０が設けられている。なお、ガス導入口２１０に接続されるガス供給系の構成については後述する。

＜シャワーヘッド＞
ガス導入口２１０と、ウエハ処理位置におけるウエハ２００との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２４０が設けられている。シャワーヘッド２４０は、ガス導入口２１０から導入されるガスを分散させるための分散板２４０ａと、分散板２４０ａを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台２０３上のウエハ２００の表面に供給するためのシャワー板２４０ｂと、を備えている。分散板２４０ａおよびシャワー板２４０ｂには、複数の通気孔が設けられている。分散板２４０ａは、シャワーヘッド２４０の上面及びシャワー板２４０ｂと対向するように配置されており、シャワー板２４０ｂは、支持台２０３上のウエハ２００と対向するように配置されている。

なお、シャワーヘッド２４０の上面と分散板２４０ａとの間、および分散板２４０ａとシャワー板２４０ｂとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口２１０から供給されるガスを分散させるための分散室（第１バッファ空間）２４０ｃ、および分散板２４０ａを通過したガスを拡散させるための第２バッファ空間２４０ｄとしてそれぞれ機能する。

＜排気ダクト＞
処理室２０１の内壁側面には、段差部２０１ａが設けられている。そして、この段差部２０１ａは、コンダクタンスプレート２０４をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート２０４は、内周部にウエハ２００を収容する穴が設けられた１枚のドーナツ状（リング状）をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート２０４の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口２０４ａが設けられている。排出口２０４ａは、コンダクタンスプレート２０４の外周部がコンダクタンスプレート２０４の内周部を支えることができるよう、不連続に形成される。

一方、支持台２０３の外周部には、ロワープレート２０５が係止している。ロワープレート２０５は、リング状の凹部２０５ｂと、凹部２０５ｂの内側上部に一体的に設けられたフランジ部２０５ａとを備えている。凹部２０５ｂは、支持台２０３の外周部と、処理室２０１の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられる。凹部２０５ｂの底部のうち排気口２６０付近の一部には、凹部２０５ｂ内から排気口２６０側へガスを排出（流通）させるためのプレート排気口２０５ｃが設けられている。フランジ部２０５ａは、支持台２０３の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部２０５ａが支持台２０３の上部外周縁上に係止することにより、ロワープレート２０５が、支持台２０３の昇降に伴い、支持台２０３と共に昇降されるようになっている。

支持台２０３がウエハ処理位置まで上昇したとき、ロワープレート２０５もウエハ処理位置まで上昇する。その結果、ウエハ処理位置近傍に保持されているコンダクタンスプレート２０４が、ロワープレート２０５の凹部２０５ｂの上面部分を塞ぎ、凹部２０５ｂの内部をガス流路領域とする排気ダクト２５９が形成されることとなる。なお、このとき、排気ダクト２５９（コンダクタンスプレート２０４及びロワープレート２０５）及び支持台２０３によって、処理室２０１内が、排気ダクト２５９よりも上方の処理室上部と、排気ダクト２５９よりも下方の処理室下部と、に仕切られることとなる。なお、コンダクタンスプレート２０４およびロワープレート２０５は、排気ダクト２５９の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。

ここで、ウエハ処理時における処理室２０１内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０の上部へと供給されたガスは、分散室（第１バッファ空間）２４０ｃを経て分散板２４０ａの多数の孔から第２バッファ空間２４０ｄへと入り、さらにシャワー板２４０ｂの多数の孔を通過して処理室２０１内に供給され、ウエハ２００上に均一に供給される。そして、ウエハ２００上に供給されたガスは、ウエハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウエハ２００に接触した後の余剰なガスは、支持台２０３の外周に設けられた排気ダクト２５９上（すなわちコンダクタンスプレート２０４上）を、ウエハ２００の径方向外側に向かって放射状に流れ、排気ダクト２５９上に設けられた排出口２０４ａから、排気ダクト２５９内のガス流路領域内（凹部２０５ｂ内）へと排出される。その後、ガスは排気ダクト２５９内を流れ、プレート排気口２０５ｃを経由して排気口２６０へと排気される。以上の通り、処理室２０１の下部への、すなわち支持台２０３の裏面や処理室２０１の底面側へのガスの回り込みが抑制される。

＜ガス供給系＞
ガス導入口２１０には原料ガス供給ライン１０が接続されている。原料ガス供給ライン１０には開閉バルブ１２、気化器（ＶＡＰ）１４、液体流量コントローラ（ＬＭＦＣ）１６が設けられおり、その基端に原料供給源１８が設けられている。原料供給源１８は金属含有原料の供給源であり、本実施例では当該金属含有原料としてＤＥＲ（２，４−ジメチルペンタジエニルエチルシクロペンタジエニルルテニウム，Ｒｕ（Ｃ_２Ｈ_５Ｃ_５Ｈ_４）（（ＣＨ_３）Ｃ_５Ｈ_５））が用いられる。

原料ガス供給ライン１０には、不活性ガス供給ライン２０と水素含有ガス供給ライン３０とが接続されている。不活性ガス供給ライン２０には、開閉バルブ２２、流量コントローラ（ＭＦＣ）２４が設けられており、その基端に不活性ガス供給源２６が接続されている。不活性ガス供給源は不活性ガスの供給源であり、本実施例では当該不活性ガスとしてＮ_２ガスが用いられる。水素含有ガス供給ライン３０には、開閉バルブ３２、流量コントローラ３４が設けられており、その基端に水素含有ガス供給源３６が接続されている。水素含有ガス供給源は水素含有ガスの供給源であり、本実施例では当該水素含有ガスとしてＨ_２ガスが用いられる。

原料ガス供給ライン１０に加え、ガス導入口２１０にはさらに反応ガス供給ライン４０が接続されている。反応ガス供給ライン４０には開閉バルブ４２、流量コントローラ４４が設けられており、その基端に反応ガス供給源４６が設けられている。反応ガス供給源４６は反応ガスの供給源であり、本実施例では当該反応ガスとしてＯ_２ガスが用いられる。

＜ベント（バイパス）系＞
原料ガス供給ライン１０にはベントライン５０の一端が接続されている。ベントライン５０には開閉バルブ５２が設けられており、その他端が排気管２６１の真空ポンプ２６４より上流側に接続されている。不活性ガス供給ライン２０にもベントライン６０の一端が接続されている。ベントライン６０には開閉バルブ６２が設けられており、その他端が排気管２６１の真空ポンプ２６４より上流側に接続されている。反応ガス供給ライン４０にもベントライン７０の一端が接続されている。ベントライン７０には開閉バルブ７２が設けられており、その他端が排気管２６１の真空ポンプ２６４より上流側に接続されている。なお、反応ガス供給ライン４０とベントライン６０との間にはこれらラインを互いに接続する接続ライン８０が設けられており、接続ライン８０には開閉バルブ８２が設けられている。

＜コントローラ＞
本実施例にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ２８０を有している。コントローラ２８０は、ゲートバルブ２５１、昇降機構２０７ｂ、搬送ロボット２７３、ヒータ２０６、圧力調整器２６２、気化器１４、真空ポンプ２６４、開閉バルブ１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２、液体流量コントローラ１６、流量コントローラ２４，３４，４４等の動作を制御する。

（２）基板処理工程
続いて、図１〜図３を参照しながら、本実施例にかかる半導体装置の製造工程の一工程として、主に、上述の基板処理装置を用いたＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、ウエハ２００上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ２８０により制御される。

＜基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）＞
まず、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図２に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ２５１を開き、処理室２０１と搬送室２７１とを連通させる。そして、搬送ロボット２７３により搬送室２７１内から処理室２０１内へ処理対象のウエハ２００を搬送アーム２７３ａで支持した状態で搬入する（Ｓ１）。処理室２０１内に搬入したウエハ２００は、支持台２０３の上面から突出しているリフトピン２０８ｂ上に一時的に載置される。搬送ロボット２７３の搬送アーム２７３ａが処理室２０１内から搬送室２７１内へ戻ると、ゲートバルブ２５１が閉じられる。

続いて、昇降機構２０７ｂを作動させ、支持台２０３を、図１に示すウエハ処理位置まで上昇させる。その結果、リフトピン２０８ｂは支持台２０３の上面から埋没し、ウエハ２００は、支持台２０３上面のサセプタ２１７上に載置される（Ｓ２）。

＜圧力調整工程（Ｓ３）、昇温工程（Ｓ４）＞
続いて、圧力調整器２６２により、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する（Ｓ３）。また、ヒータ２０６に供給する電力を調整し、ウエハ２００の表面温度が所定の処理温度となるように制御する（Ｓ４）。

なお、基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）、圧力調整工程（Ｓ３）及び昇温工程（Ｓ４）においては、真空ポンプ２６４を作動させつつ、不活性ガス供給ライン２０の開閉バルブ２２を開けることで、処理室２０１内にＮ_２ガスを常に流しておく（ｉｄｌｅ）。これにより、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。このとき、ベントライン５０の開閉バルブ５２を開けて、液体のＤＥＲを予め液体流量コントローラ１６で流量制御しながら気化器１４で気化させ、ＤＥＲガスをベントライン５０から排気しておく。

＜成膜工程（Ｓ５）＞
成膜工程（Ｓ５）は主に、原料ガス供給工程（Ｓ５−１）、原料ガスパージ工程（Ｓ５−２）、反応ガス供給工程（Ｓ５−３）及び反応ガスパージ工程（Ｓ５−４）の４つの工程で構成されている。

原料ガス供給工程では、開閉バルブ５２を閉じて原料ガス供給ライン１０の開閉バルブ１２を開け、液体のＤＥＲを、液体流量コントローラ１６で流量制御しながら気化器１４に送り込んで気化器１４で気化させ、気化させたＤＥＲガスをガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０に導入する。ＤＥＲガスはシャワーヘッド２４０を流通して処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面に吸着する（Ｓ５−１）。余剰なＤＥＲガスは、排気ダクト２５９を経由して排気口２６０から排気される。このとき、接続ライン８０の開閉バルブ８２を開け、Ｎ_２ガスを流量コントローラ２４で流量制御しながら反応ガス供給ライン４０に流しておき、ＤＥＲガスが反応ガス供給ライン４０に侵入するのを防止する。

続いて、原料ガスパージ工程では、開閉バルブ１２を閉じて不活性ガス供給ライン２０の開閉バルブ２２を開け、Ｎ_２ガスを、流量コントローラ２４で流量制御しながらガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０を経て処理室２０１に供給する。その結果、原料ガス供給ライン１０や処理室２０１に残留しているＤＥＲガスは、Ｎ_２ガスによりパージされ排気口２６０から排気される（Ｓ５−２）。このとき、ベントライン７０の開閉バルブ７２を開けて、次の工程で用いるＯ_２ガスを、予め流量コントローラ４４で流量制御しながらベントライン７０から排気しておく。

続いて、反応ガス供給工程では、開閉バルブ７２を閉じて反応ガス供給ライン４０の開閉バルブ４２を開け、Ｏ_２ガスを、流量コントローラ４４で流量制御しながらガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０に導入する。Ｏ_２ガスはシャワーヘッド２４０を流通して処理室２０１内に供給され、ウエハ２００の表面に吸着しているＤＥＲと表面反応し、その結果ウエハ２００上にＲｕ膜が形成される（Ｓ５−３）。余剰なＯ_２ガスは、排気ダクト２５９を経由して排気口２６０から排気される。このとき、開閉バルブ２２を開いたままとして、Ｎ_２ガスを流量コントローラ２４で流量制御しながら原料ガス供給ライン１０に流しておき、Ｏ_２ガスが原料ガス供給ライン１０に侵入するのを防止する。

続いて、反応ガスパージ工程では、開閉バルブ４２を閉じて接続ライン８０の開閉バルブ８２を開けて、Ｎ_２ガスを、流量コントローラ２４で流量制御しながらガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０を経て処理室２０１に供給する。その結果、反応ガス供給ライン４０や処理室２０１に残留しているＯ_２ガスや、Ｏ_２ガスにより発生した副生成物は、Ｎ_２ガスによりパージされ排気口２６０から排気される（Ｓ５−４）。このとき、ベントライン５０の開閉バルブ５２を開けて、液体のＤＥＲを予め液体流量コントローラ１６で流量制御しながら気化器１４で気化させ、ＤＥＲガスをベントライン５０から排気しておく。

そして上述した４つの工程Ｓ５−１〜Ｓ５−４を１サイクルとしてこの成膜サイクルを所定回数（１回又は複数回）繰り返し（Ｓ６）、所定膜厚のＲｕ膜を形成する（Ｓ５）。原料ガス供給工程（Ｓ５−１）から反応ガスパージ工程（Ｓ５−４）にかけて要する時間は、スループット向上のために、各工程で数秒以下が望ましい。

なお、成膜工程（Ｓ５）において、Ｒｕ膜をＡＬＤ法により形成する際の処理条件の一例としては、処理室２０１内の温度（処理温度）：２００〜４５０℃、処理室２０１内の圧力（処理圧力）：０．１〜１０Ｔｏｒｒ、処理室２０１内に供給するガスの総流量：０．１〜５ｓｌｍ（１００〜５０００ｓｃｃｍ）、原料ガス（ＤＥＲガス）の供給流量：０．０１〜０．５ｇ／ｍｉｎ、反応ガス（Ｏ_２ガス）の供給流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ、パージガス（Ｎ_２ガス）の供給流量：１００〜５０００ｓｃｃｍ、Ｒｕ膜の膜厚：１〜２０ｎｍ、成膜サイクル：１〜１００サイクルが例示される。なお、この処理条件の範囲内であれば、成膜工程（Ｓ５）をノンプラズマで行うことができる。

また、成膜工程（Ｓ５）をＡＬＤ法により行う場合、処理温度を原料ガス（ＤＥＲガス）が自己分解しない程度の温度帯となるように制御する。この場合、原料ガスを用いたＡＬＤ工程において原料ガスを供給する際（Ｓ５−１）には、原料ガスは熱分解することなくウエハ２００上に吸着する。また、反応ガス（Ｏ_２ガス）を供給する際（Ｓ５−３）には、ウエハ２００上に吸着している原料ガス分子と反応ガスとが反応することにより、ウエハ２００上に１原子層未満（１Å未満）程度の薄膜（Ｒｕ膜）が形成される。

＜水素処理工程（Ｓ７）＞
続いて、水素含有ガス供給ライン３０の開閉バルブ３２を開けて、Ｈ_２ガスを、流量コントローラ３４で流量制御しながらガス導入口２１０からシャワーヘッド２４０に導入する。Ｈ_２ガスはシャワーヘッド２４０を流通して処理室２０１内に供給され、その結果ウエハ２００上に形成された所定膜厚のＲｕ膜に対しＨ_２ガスを用いた熱処理がなされる（Ｓ７）。余剰なＨ_２ガスは、排気ダクト２５９を経由して排気口２６０から排気される。この状態で所定時間経過したら、開閉バルブ３２を閉じてＨ_２ガスの供給を停止するとともに、不活性ガス供給ライン２０の開閉バルブ２２を開けて処理室２０１内をパージする。

そして、上記成膜サイクルによる成膜工程（Ｓ５）の処理と、この水素処理工程（Ｓ７）の処理とを、１サイクルとしてこの成膜−水素処理サイクルを所定回数（１回又は複数回）繰り返し（Ｓ８）、目標膜厚のＲｕ膜を形成する。

なお、水素処理工程（Ｓ６）における、水素処理条件の範囲としては、処理室２０１内の温度（処理温度）：２００〜４５０℃、処理室２０１内の圧力（処理圧力）：０．１〜１０Ｔｏｒｒ、水素含有ガス（Ｈ_２ガス）の供給流量：０．１〜５ｓｌｍ、水素処理時間：１〜３０分、成膜−水素処理サイクル数：１〜１００サイクル、水素処理サイクル完了後のＲｕ膜の総膜厚：５〜１００ｎｍが例示される。

ＡＬＤ法によるＲｕ膜の成膜工程（Ｓ５）と水素処理工程（Ｓ６）とは、同一の処理温度で行うのが好ましく、同一の処理温度及び同一の処理圧力で行うのがさらに好ましい。上述の水素処理条件の範囲内であれば、同一の処理温度で、さらには同一の処理温度及び同一の処理圧力で、成膜工程（Ｓ５）と水素処理工程（Ｓ６）とを行うことができる。つまり、処理温度を変更することなく、さらには処理温度と処理圧力とを変更することなく、成膜工程（Ｓ５）と水素処理工程（Ｓ６）とを連続的かつスムーズに行うことができ、スループットを向上させることができる。また、上述の水素処理条件の範囲内であれば、水素処理工程（Ｓ６）をノンプラズマで行うことができる。

＜基板搬出工程（Ｓ９）＞
その後、上述した基板搬入工程（Ｓ１）、基板載置工程（Ｓ２）に示した手順とは逆の手順により、目標膜厚のＲｕ膜を形成した後のウエハ２００を処理室２０１内から搬送室２７１内へ搬出して、本実施例にかかる基板処理工程を完了する。

以上の本実施例によれば、目標膜厚のＲｕ膜を形成する際に成膜−水素処理サイクルを所定回数繰り返すから、Ｒｕ膜中の不純物（例えば炭素（Ｃ））を除去することができ、高品質なＲｕ膜をウエハ２００上に形成することができる。特に、本実施例において、成膜工程（Ｓ５）と水素処理工程（Ｓ７）とで、処理温度を変更せずに同一の処理温度で各処理を実行すれば、スループットを向上させることができる。さらに、処理温度，処理圧力の両方を変更せずに同一処理温度，同一処理圧力で各処理を実行すれば、さらにスループットを向上させることができる。また、水素処理工程（Ｓ７）の処理を熱により（ノンプラズマで）実行するから、ウエハ２００にダメージを与えることがないし、プラズマを発生させるためのプラズマユニットも不要であり、基板処理装置にかかるコストが増大するのを防止することができる。

ここで、図４，図５の実験結果を参照しながら、成膜−水素処理サイクルとＲｕ膜の抵抗率との関係（不純物の除去効果）について説明する。
図４は、横軸がＲｕ膜の成膜と水素処理とを１サイクルとした場合のサイクル数を示しており、縦軸が抵抗率を示している。
図５は、横軸がＲｕ膜の成膜と水素処理とを１サイクルとした場合の１サイクル当たりに形成されるＲｕ膜の膜厚を示しており、縦軸が抵抗率を示している。
なお、図４，図５は同一の実験結果を示すものであり、横軸だけを変えたものである。また、実験では、Ｒｕ膜の成膜工程と水素処理工程とのそれぞれの処理条件を上述の処理条件の範囲内の値に設定し、Ｒｕ膜の成膜工程と水素処理工程とを１サイクルとした場合のサイクル数と、１サイクル当たりに形成するＲｕ膜の膜厚を変えて成膜を行った。

図４，図５より、１サイクル当たりに形成されるＲｕ膜の膜厚を薄くし、サイクル数を増やすと、Ｒｕ膜の抵抗率が低下していることがわかる。つまり、１サイクル当たりのＲｕ膜の膜厚が厚い状態では、水素処理による不純物の除去効果が不十分で膜全体に行き届かないが、１サイクル当たりのＲｕ膜の膜厚が薄い状態では、十分に水素処理の効果が得られることを確認できた。

また、１サイクル当たりに形成するＲｕ膜の膜厚は０．０３〜６ｎｍが好ましい。Ｒｕ膜の膜厚が０．０３ｎｍ未満だと、１サイクル当たりのＲｕ膜の厚さが１原子層未満となってスループットが悪くなり、実用的でない。他方、Ｒｕ膜の膜厚が６ｎｍを超えると、Ｒｕ膜の抵抗率が実用レベルではなくなる。よって、Ｒｕ膜の膜厚は０．０３〜６ｎｍがよく、より好ましくは０．０５〜２ｎｍがよい。この範囲とすれば、スループットがより実用的で、Ｒｕ膜の抵抗率がより実用レベルとなる。

なお、本発明の好ましい実施例では、原料ガスとしてＤＥＲガスを、反応ガスとしてＯ_２ガスを使用し、金属膜としてＲｕ膜を形成し、水素含有ガスとしてＨ_２ガスを使用する例について説明したが、本実施例で使用されるガス，形成する膜は用途に応じて様々な種類から適宜選択可能であり、一般的に下記が例示される。

原料ガスとしては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｂａ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｗ，Ｐｂ，Ｂｉのうち少なくともいずれかの金属を含むものが使用可能である。
反応ガスとしては、Ｈ_２Ｏ，ＮＯ，Ｎ_２Ｏが使用可能である。
金属膜としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｎｂ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｂａ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｗ，Ｒｅ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｗ，Ｐｂ，Ｂｉのうち少なくともいずれかの金属を含むものが形成可能である。
水素含有ガスとしては、Ｈ_２，Ｈ_２Ｏ，Ｈ_２Ｏ_２，ＮＨ_３，Ｎ_２Ｈ_６等のガスのいずれかや、これらガスのいずれかを活性化手段により活性化させることにより生成可能なラジカル種又はイオン種が使用可能である。

また、成膜方法としては、従来から実施されている、金属含有原料ガスと反応ガス（酸素又は窒素を含有するガス）とを同時に供給する成膜や、金属含有原料の熱分解による成膜によるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法も利用できることは言うまでもない。

以下、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の他の態様によれば、
処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスと反応ガスとを交互に又は同時に供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスと反応ガスとを交互に又は同時に供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

好ましくは、前記水素含有ガスによる前記金属膜の熱処理はノンプラズマで行う。
好ましくは、前記１サイクルで形成する前記金属膜の膜厚が０．０３ｎｍ以上６ｎｍ以下である。
好ましくは、前記１サイクルで形成する前記金属膜の膜厚が０．０５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
好ましくは、前記所定膜厚の金属膜を形成する工程と前記金属膜を熱処理する工程とで、前記処理室内の温度および圧力を同一の処理温度および処理圧力に設定する。
好ましくは、前記金属膜がルテニウム膜であり、前記水素含有ガスが水素ガスである。

本発明の好ましい実施例にかかる基板処理装置のウエハ処理時における概略的な断面構成図である。本発明の好ましい実施例にかかる基板処理装置のウエハ搬送時における概略的な断面構成図である。本発明の好ましい実施例にかかる半導体装置の製造方法の一部の工程を経時的に示す概略的なフローチャートである。成膜−水素処理サイクル数（横軸）と、Ｒｕ膜の抵抗率（縦軸）との関係を概略的に示す図面である。１回の成膜−水素処理サイクル当たりに形成されるＲｕ膜の膜厚（横軸）と、Ｒｕ膜の抵抗率（縦軸）との関係を概略的に示す図面である。

符号の説明

１０原料ガス供給ライン
３０水素含有ガス供給ライン
２００ウエハ
２０１処理室
２０６ヒータ
２８０コントローラ

Claims

処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。