JP2010225989A

JP2010225989A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

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Publication number: JP2010225989A
Application number: JP2009073562A
Authority: JP
Inventors: Hideji Itaya; 秀治板谷; Kento Asae; 賢人浅江
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】半導体装置の製造において、金属膜の酸化による高抵抗化を防止し、生産性を向上させる。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板２００を収容し、基板２００の温度が第１処理温度となるように設定された処理室２０１内に、酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給して、基板２００上に金属含有膜を形成する工程と、金属含有膜が形成された基板２００を収容し、基板２００の温度が第２処理温度となるように設定された処理室２０１内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で金属含有膜を熱処理する工程と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属含有膜を形成する半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。

一般に、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のキャパシタは微細化するに伴って蓄積電荷容量の確保が困難となる。この蓄積電荷容量を確保するため、容量絶縁膜の高誘電率化、下部電極又は上部電極への金属材料の適応が図られている。容量絶縁膜の材料には高い誘電率を持つＡｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＨｆＯ_２，ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３，Ｌａ_２Ｏ_３，ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３），Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ（（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ_３）、ＰＺＴ（（Ｐｂ、Ｚｒ）ＴｉＯ_３）等が適しており、電極の材料にはルテニウム（Ｒｕ）が将来的に有力な候補となっている。
電極形状は高アスペクト比のシリンダ型が主流となっており、段差被覆性に優れた膜が必要となる。従って膜の形成方法としては従来のスパッタリング法よりも段差被覆性に優れるＣＶＤ法を採用し、有機液体原料と酸素の反応による成膜法が多く利用されている。

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いてルテニウム（Ｒｕ）膜を形成させる場合に、段差被覆性を向上させるためにＣＶＤを低温で行う必要がある。しかしながら低温で行うと、膜中に不純物が多く残り電気特性を劣化させる。なお、Ｒｕ原料の多くは酸素との反応が容易に進行するので、反応ガスとして酸素が使用される。
膜形成後、膜の結晶化及び膜中の不純物の除去のために高温熱処理を行う。このとき、金属膜中に残留している酸素原子の拡散により、Ｒｕ膜の下地に形成されるＴｉＮなどの金属膜が酸化されて絶縁膜が形成され、抵抗値が高くなるという問題がある。
また、いくつかのＲｕ原料については、ＣＶＤ法における膜堆積初期過程において、原料ガス供給後、膜堆積開始までの時間（インキュベーションタイム）が増大するという報告があり、生産性が劣るといった問題もある。

従って本発明の目的は、半導体装置の製造において、成膜の下地となる金属膜の酸化による高抵抗化を防止し、生産性を向上させることにある。

本発明の一態様によれば、基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された処理室内に、酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成する工程と、
前記金属含有膜が形成された前記基板を収容し、該基板の温度が第２処理温度となるように設定された処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理する工程と、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、
前記処理室内に酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給する有機金属原料ガス供給系と、
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、
前記処理室内を真空排気する排気系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された前記処理室内に、前記有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成し、前記基板の温度が第２処理温度となるように設定された前記処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理するように、前記ヒータ、前記有機金属原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および、排気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。

本発明のさらに他の態様によれば、基板を処理する第１処理室と、
前記第１処理室内に酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給する有機金属原料ガス供給系と、
前記第１処理室内を真空排気する第１排気系と、
前記第１処理室内の基板を加熱する第１ヒータと、
基板を処理する第２処理室と、
前記第２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、
前記第２処理室内を真空排気する第２排気系と、
前記第２処理室内の基板を加熱する第２ヒータと、
前記第１処理室と前記第２処理室との間で基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送ロボットを収容し前記第１処理室と前記第２処理室との間に設けられる搬送室と、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された前記第１処理室内に、前記有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成し、その後、前記金属含有膜が形成された前記基板を前記第１処理室から前記第２処理室へ搬送し、前記金属含有膜が形成された前記基板を収容し、前記基板の温度が第２処理温度となるように設定された前記第２処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理するように、前記各ヒータ、前記有機金属原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および、前記各排気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、反応ガスである酸素を使用しないで、有機液体原料の熱分解で膜を形成することにより、酸素起因による金属含有膜の下地の金属膜の高抵抗化を抑制することができる。一方、有機液体原料に含まれる炭素等の不純物を膜中から除去するために熱処理を実施し、歩留まりの高い、段差被覆性、生産性の高い半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態における基板処理装置の概略構成図である。本発明の実施形態における基板処理装置の処理室及びその周辺部を示した概略構成図である。各処理条件におけるＲｕ膜の抵抗率を示すグラフである。ＤＲＡＭの一部を示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態に限定するものではない。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施形態における基板処理装置及び半導体装置の製造方法について説明する。図１は本発明の実施形態におけるクラスタ型の基板処理装置１の概略構成図であり、図２は基板処理装置１の処理室２０１及びその周辺部材を示した概略構成図である。

基板処理装置１は処理室（第１処理室）２０１、搬送室３００、熱処理室（第２処理室）３０２、ロードロドック室（予備室）３０３、メインコントローラ（コントローラ）２５６等を有している。
処理室２０１はシリコンウエハ等の基板上にルテニウム（Ｒｕ）膜等の金属含有膜を形成する処理炉であり、熱処理室３０２は基板上に形成されたＲｕ膜等の金属含有膜を熱処理（アニール）する処理炉である。処理室２０１と熱処理室３０２はほぼ同様の構造となっている。ロードロック室３０３は処理前及び処理後の基板を基板処理装置１の内部へ搬入又は外部へ搬出するための空間である。搬送室３００は処理室２０１、熱処理室３０２及びロードロック室３０３のそれぞれに連通している。搬送室３００内に基板移載機（搬送ロボット）３０１が設置されている。基板移載機３０１が基板を処理室２０１、熱処理室３０２及びロードロック室３０３のそれぞれに移動させる。

基板２００を処理する処理室２０１は、処理容器２０２内に形成される。処理容器２０２の側壁には排気口２３０及び基板搬入搬出口２４７が設けられている。基板搬入搬出口２４７は、処理容器２０２の側壁において排気口２３０に対向する位置に設けられている。排気口２３０は処理室２０１内のガスを外部に排出するための開口部であり、基板搬入搬出口２４７は基板２００を搬入搬出するための出入り口である。
処理室２０１内には、円板形状の基板２００を支持する支持台２０６が設けられている。支持台２０６の上面にはサセプタ２１７が設けられており、サセプタ２１７の上面に基板２００が載置される。基板２００は半導体シリコンウエハ、ガラス基板その他の基板であり、円板形状に限られない。
支持台２０６の内部には加熱機構としてヒータ（第１ヒータ）２０７が設けられており、ヒータ２０７はサセプタ２１７を介して基板２００を加熱する。ヒータ２０７は基板２００の温度が所定の温度となるように温度制御部（温度制御手段）としての温度コントローラ２５３により制御される。なお、熱処理室３０２内にも同様の構造でヒータ（第２ヒータ）２０７ａが設けられている。

処理室２０１の下部には、基板２００等の昇降手段として昇降機構２６６が設けられている。この昇降機構２６６は、処理室２０１内において支持台２０６を上下に移動させる。

突き上げピン２１２は処理容器２０２の内部底面に垂直に取り付けられている。突き上げピン２１２は、複数本、例えば３本設けられている。また支持台２０６及びサセプタ２１７には、それぞれの突き上げピン２１２に対応する位置に、下面から上面に貫通する穴２１３が設けられている。つまり、穴２１３は、突き上げピン２１２と同数設けられている。従って基板２００の搬入又は搬出の際に支持台２０６が下降した状態にあるときには、それぞれの突き上げピン２１２がそれぞれの穴２１３を貫通し基板２００の下面を下から突き上げることとなる。各突き上げピン２１２は処理容器２０２の底面に固定されているので、支持台２０６が下降した状態にあるときは各突き上げピン２１２が基板２００の一部を支持する。

処理室２０１の上部にはシャワーヘッド２３６が設けられており、このシャワーヘッド２３６がサセプタ２１７と対向する。シャワーヘッド２３６は、内部に供給されたガスを分散させる分散板２３６ａと、分散板２３６ａにより分散させたガスを処理室２０１内へシャワー状に噴出させるシャワー板２３６ｂとを有する。シャワーヘッド２３６の天井部と分散板２３６ａとの間に第１バッファ空間２３６ｃが形成されており、分散板２３６ａとシャワー板２３６ｂとの間に第２バッファ空間２３６ｄが形成されている。シャワーヘッド２３６の下面、つまり、シャワー板２３６ｂには、多数のガス噴出口２４０が形成されている。第２バッファ空間２３６ｄ内のガスが、これらガス噴出口２４０を通じてサセプタ２１７に向けて噴出される。

処理室２０１内の支持台２０６及びサセプタ２１７の上には円環形状のプレート２０５が設けられている。プレート２０５は基板２００の周りを囲うように配置されており、シャワーヘッド２３６から噴出されるガスの流れを調整する整流板として構成されている。プレート２０５の下方には、円環状の溝２１１を有する円環状のロワープレート２０８が設けられており、溝２１１はプレート２０５により完全に覆われている。また、プレート２０５には上面から下面にかけて貫通する複数の穴２０９が円環状に設けられており、この穴２０９を介して処理室２０１内が溝２１１内に連通している。ロワープレート２０８の下面であって、処理容器２０２に設けられた排気口２３０に最も近い位置には排気穴２１０が設けられている。これにより、シャワーヘッド２３６から処理室２０１内に導入される処理ガスは、基板２００の上を通って穴２０９から溝２１１に流れ込み、排気穴２１０から流れ出て排気口２３０を介して処理室２０１の外部に排気される。
このような構造とすることにより、処理室２０１内の排気を迅速に行うことができ、かつ処理容器２０２内部の原料ガスが直接触れる部分の面積を小さくできる。これにより、処理室２０１内のクリーニングが容易となる。なお、基板外周部等基板２００上に膜を形成したくない箇所が存在する場合には、プレート２０５の内径を基板２００の外径より小さくして基板２００の上面外周部分を覆うようにしてもよい。この場合、基板２００の搬送を可能とするために、プレート２０５を処理室２０１内の基板処理位置に固定したり、プレート２０５を昇降させる機構を設けるようにしたりしてもよい。

基板搬入搬出口２４７には仕切弁としてのゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４を閉じることで処理室２０１内を密閉し、ゲートバルブ２４４を開放することで基板２００を処理室２０１内に搬入搬出することができるようになっている。処理容器２０２はゲートバルブ２４４を介して搬送室３００に接続されている。

処理室２０１の外部には、液体原料を供給する原料供給源２５０ａが設けられている。原料供給源２５０ａには、常温常圧で液体状態の有機金属原料が封入されている。本実施形態では、液体状の有機金属原料として酸素を用いることなく（酸素無添加で）熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属液体材料、例えばエア・リキード・ラボラトリーズ社製の『ＣＨＯＲＵＳ』を用いる。『ＣＨＯＲＵＳ』はＲｕ、Ｃ、Ｈ、Ｏを含む液体原料である。原料供給源２５０ａは、液体原料供給管２３２ａにより、流量制御器（流量制御手段）としての液体マスフローコントローラ２４１ａを介して気化器２５５ａに接続されている。気化器２５５ａは、原料供給源２５０ａから送られた有機金属原料を気化させるものである。

処理室２０１の外部にはキャリアガス供給源２５０ｃが設けられている。キャリアガス供給源２５０ｃには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等のキャリアガスが封入されている。キャリアガス供給源２５０ｃは、キャリアガス供給管２３２ｃにより、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｃを介して気化器２５５ａに接続されている。キャリアガスが気化器２５５ａに送られることによって、気化器２５５ａに供給された有機金属原料の液滴が霧化する。これにより、有機金属原料の気化が容易になる。

気化器２５５ａは、原料ガス供給管２３４を介してシャワーヘッド２３６に接続されており、気化器２５５ａで有機金属原料を気化して得られた有機金属原料ガスがシャワーヘッド２３６に送られるようになっている。原料ガス供給管２３４にはバルブ２４３ａが設けられている。シャワーヘッド２３６に供給される有機金属原料ガスは、シャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃに導入される。
主に、原料供給源２５０ａ、液体原料供給管２３２ａ、液体マスフローコントローラ２４１ａ、気化器２５５ａ、キャリアガス供給源２５０ｃ、キャリアガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２４１ｃ、原料ガス供給管２３４及びバルブ２４３ａにより有機金属原料ガス供給系２２１が構成される。

また、処理室２０１の外部には不活性ガス供給源２５０ｂが設けられている。不活性ガス供給源２５０ｂには、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等の不活性ガスが封入されている。不活性ガス供給源２５０ｂは、不活性ガス供給管２３２ｂにより、流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ２４１ｂに接続されている。マスフローコントローラ２４１ｂは、供給配管２５２ｂにより、原料ガス供給管２３４に接続されている。その接続箇所は原料ガス供給管２３４においてバルブ２４３ａよりも下流側に位置する。供給配管２５２ｂには、バルブ２４３ｂが設けられている。
主に、不活性ガス供給源２５０ｂ、不活性ガス供給管２３２ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、供給配管２５２ｂ及びバルブ２４３ｂにより不活性ガス供給系２２２が構成される。

処理容器２０２の排気口２３０の外側には排気チャンバ２０３が設けられている。排気チャンバ２０３は、排気管２３１により排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６及び図示しない除害装置に接続されている。排気管２３１には、圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ２５４及び原料回収トラップ２５１が設けられている。真空ポンプ２４６は、処理容器２０２内のガスを真空排気するものである。圧力コントローラ２５４は、処理容器２０２内の圧力を調整するものである。原料回収トラップ２５１は、処理容器２０２から排気されるガスに含まれる原料を捕捉するものである。
主に、排気口２３０、排気チャンバ２０３、排気管２３１、圧力コントローラ２５４及び真空ポンプ２４６により排気系（第１排気系）２２３が構成される。

原料ガス供給管２３４においてバルブ２４３ａの上流の箇所は、ベント管２５２ａにより、バルブ２４３ｃを介して排気管２３１に接続されている。その接続箇所は排気管２３１において圧力コントローラ２５４よりも下流側であって原料回収トラップ２５１よりも上流側である。主に、ベント管２５２ａ及びバルブ２４３ｃによりベント系２２４が構成される。

図１に示すように、熱処理室３０２の外部には水素含有ガス供給源２５０ｄが設けられている。水素含有ガス供給源２５０ｄには水素（Ｈ_２）ガス等の水素含有ガスが封入されている。水素含有ガス供給源２５０ｄは、水素含有ガス供給管２３２ｄにより、熱処理室３０２内部に接続されている。水素含有ガス供給管２３２ｄには、マスフローコントローラ２４１ｄ及びバルブ２４３ｄが設けられている。主に、水素含有ガス供給源２５０ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ及びバルブ２４３ｄにより水素含有ガス供給系２２５が構成される。
なお、熱処理室３０２の外部には、水素含有ガス供給系２２５だけでなく、窒素ガス（Ｎ_２）等の窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系を設けてもよい。その場合には、窒素含有ガス供給系は水素含有ガス供給系と同様に構成される。

熱処理室３０２の外部には排気装置（排気手段）としての真空ポンプ２４６ａが設けられている。真空ポンプ２４６ａは、排気管２３１ａにより、熱処理室３０２内部に接続されている。排気管２３１ａには、原料回収トラップ２５１ａ及び圧力制御部（圧力制御手段）としての圧力コントローラ２５４ａが設けられている。
主に、真空ポンプ２４６ａ、排気管２３１ａ、原料回収トラップ２５１ａ及び圧力コントローラ２５４ａにより排気系（第２排気系）２２６が構成される。

バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、マスフローコントローラ２４１ａ〜２４１ｄ、ゲートバルブ２４４、真空ポンプ２４６，２４６ａ、温度コントローラ２５３、圧力コントローラ２５４，２５４ａ、気化器２５５ａ、昇降機構２６６及び基板移載機３０１等の基板処理装置１を構成する各部の動作の制御は、メインコントローラ２５６により行う。

次に、上述した図１及び図２の構成の基板処理装置１を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として基板上に薄膜を形成する方法について説明する。本実施の形態では、常温常圧で液体状態の有機金属液体原料であるＣＨＯＲＵＳを用いて、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、特にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により基板上に金属膜としてＲｕ膜を形成する場合について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１を構成する各部の動作はメインコントローラ２５６により制御される。

まず、メインコントローラ２５６が温度コントローラ２５３を制御することで、ヒータ２０７に電力が供給されて、ヒータ２０７が発熱する。その後、温度コントローラ２５３によって、ヒータ２０７への電力供給量が制御される。そして、メインコントローラ２５６が基板移載機３０１を動作させ、ロードロック室３０３に搬入された基板２００が基板移載機３０１によってロードロック室３０３から搬送室３００へ搬送される。

また、メインコントローラ２５６が昇降機構２６６及びゲートバルブ２４４を動作させ、支持台２０６が基板２００を搬入可能な位置まで昇降機構２６６によって下降され、ゲートバルブ２４４が開かれて基板搬入搬出口２４７が開放される。搬送室３００内へ搬送された基板２００は、基板移載機３０１によって基板搬入搬出口２４７を介して処理室２０１内へ搬入される（基板搬入工程）。このとき支持台２０６は下降した状態であるため、サセプタ２１７の各穴２１３から各突き上げピン２１２が垂直に突出している。処理室２０１内へ搬入された基板２００は、基板移載機３０１により下降されることで、各突き上げピン２１２上に載置され、各突き上げピン２１２によって水平に支持される。基板２００が処理室２０１内に搬入された後、メインコントローラ２５６によりゲートバルブ２４４が閉じられる。その後、メインコントローラ２５６が昇降機構２６６を動作させ、支持台２０６が昇降機構２６６によって上昇される。この上昇に伴い、各突き上げピン２１２が各穴２１３から引き抜かれ、基板２００がサセプタ２１７上に載置される（基板載置工程）。図２はこの状態を示している。以上が、基板搬入工程における基板処理装置１の動作である。

基板２００がサセプタ２１７の上に載置されると、基板２００がヒータ２０７によって加熱され、昇温される（基板昇温工程）。ここで、ヒータ２０７への電力供給量が温度コントローラ２５３によって制御されることによって、基板２００の温度が第１の処理温度（例えば、２００〜４００℃）となるように均一に加熱される。その後も温度コントローラ２５３によるこの温度制御を継続し、基板２００が第１の処理温度に保たれるように設定される。

また、基板２００が処理室２０１内に搬入されてゲートバルブ２４４が閉じられた後、メインコントローラ２５６が真空ポンプ２４６を動作させることで処理室２０１内が真空ポンプ２４６により真空排気される。また、メインコントローラ２５６が圧力コントローラ２５４を制御することで処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となるように制御される（圧力調整工程）。
なお、基板搬入工程、基板載置工程、基板昇温工程及び圧力調整工程においてバルブ２４３ｂは常時開放状態とされ、不活性ガス供給源２５０ｂから処理室２０１内へ不活性ガスが常時流される。これにより基板２００へのパーティクル及び金属汚染物の付着を防ぐことができる。

これと並行して気化安定化工程が行われる。つまり、メインコントローラ２５６によってバルブ２４３ｃが開かれるとともに、バルブ２４３ａが閉じられる。この状態で液体状の有機金属原料としてのＣＨＯＲＵＳが原料供給源２５０ａから気化器２５５ａへ供給され、これと同時にキャリアガスがキャリアガス供給源２５０ｃから気化器２５５ａへ供給される。この気化器２５５ａへ供給されるキャリアガスによって気化器２５５ａ内にてＣＨＯＲＵＳの液滴が霧化し、ＣＨＯＲＵＳが気化される。気化器２５５ａ内のＣＨＯＲＵＳガス及びキャリアガスはベント管２５２ａを通って排気管２３１から排気される。このようにして予めＣＨＯＲＵＳを気化させておくことで、ＣＨＯＲＵＳの気化を安定化させる。

以上のようにして、基板２００の温度が第１の処理温度となり、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力となり、更に、気化器２５５ａ内におけるＣＨＯＲＵＳの気化が安定化したら、薄膜形成工程が行われる。メインコントローラ２５６によってバルブ２４３ｂ，２４３ｃが閉じられると共にバルブ２４３ａが開かれる。そうすると、有機金属原料ガスとしてのＣＨＯＲＵＳガスがキャリアガスと共に原料ガス供給管２３４を通ってシャワーヘッド２３６の第１バッファ空間２３６ｃ及び分散板２３６ａを介して第２バッファ空間２３６ｄに流入する。第２バッファ空間２３６ｄに流入したＣＨＯＲＵＳガスは、シャワー板２３６ｂの多数のガス噴出口２４０から処理室２０１内へ噴出される。そのため、ＣＨＯＲＵＳガスがシャワー状となって基板２００に吹き付けられる。基板２００の温度が第１の処理温度となるように設定された処理室２０１内に供給されたＣＨＯＲＵＳガスは基板２００に接触して、第１処理温度まで昇温された基板２００によって加熱されて熱分解する。ＣＨＯＲＵＳガスの熱分解によって、基板２００上（下地膜上）に金属含有膜としてのＲｕ膜が形成される。
処理室２０１内に供給されたＣＨＯＲＵＳガスは、プレート２０５上の穴２０９、溝２１１、排気穴２１０を通過して排気口２３０から処理室２０１の外部へ流れ出た後、排気チャンバ２０３を介して排気管２３１から排気される。

ＣＨＯＲＵＳガスが処理室２０１内に供給されている間、温度コントローラ２５３による温度制御を継続して、基板２００の温度が第１の処理温度に保たれるようにする。また、圧力コントローラ２５４による圧力制御を継続して、処理室２０１内の圧力が所定の処理圧力に保たれるようにする。そして、ＣＨＯＲＵＳガスの供給が所定時間行われることによって基板２００上のＲｕ膜が所定膜厚にまで成長した後、メインコントローラ２５６によってバルブ２４３ａが閉じられ、処理室２０１内へのＣＨＯＲＵＳガスの供給が停止される。続いてメインコントローラ２５６によってバルブ２４３ｂが開放されると、不活性ガスが処理室２０１内へ供給される。これにより処理室２０１が不活性ガスによりパージされ、残留ガスが除去される。この不活性ガスは排気管２３１より排気される。また、このとき同時にバルブ２４３ｃも開放し、ＣＨＯＲＵＳガスをベント管２５２ａから排気管２３１へ排気するようにする。

薄膜形成工程終了後、処理済の基板２００は、基板搬入工程とは逆の手順で処理室２０１から搬送室３００へ搬出される（基板搬出工程）。搬送室３００へ搬出された基板２００は、基板移載機３０１によって搬送室３００から熱処理室３０２内へ搬入される。そして、熱処理室３０２内は真空ポンプ２４６ａにより真空排気され、熱処理室３０２の圧力が圧力コントローラ２５４ａにより所定の処理圧力となるように制御される。

また、メインコントローラ２５６によってヒータ２０７ａへの電力供給量を制御し基板２００を加熱する。これにより基板２００の温度が第２処理温度（例えば、４００〜６００℃）となるように制御される。また、基板２００の温度が第２処理温度となるように設定された熱処理室３０２内に、Ｈ_２ガスを供給する。すなわち、メインコントローラ２５６によってバルブ２４３ｄが開放され、水素含有ガス供給源２５０ｄから熱処理室３０２内へＨ_２ガスが供給される。これにより熱処理室３０２内をＨ_２ガス雰囲気とし、このＨ_２ガス雰囲気下で基板２００上に形成されたＲｕ膜を所定時間熱処理（アニール処理）する（熱処理工程）。
なお、熱処理室３０２内にＨ_２ガスを供給せず、到達真空雰囲気下でＲｕ膜を熱処理するようにしてもよい。つまり、メインコントローラ２５６によるヒータ２０７ａの制御によって基板２００の温度が第２処理温度に保たれた状態で、圧力コントローラ２５４ａにより熱処理室３０２内の圧力を到達真空雰囲気となるように調整する。なお、到達真空雰囲気とは、所定空間内の圧力を真空ポンプの到達真空度まで低下させた状態をいう。

熱処理工程終了後、処理済の基板２００は基板移載機３０１により、熱処理室３０２から搬送室３００に搬送され、搬送室３００からロードロック室３０３へ搬送される。そして処理済の基板２００は、ロードロック室３０３から基板処理装置１外へ搬出される。

なお、本実施形態における基板処理装置を用いて基板２００を処理する処理条件の一例として、ＣＨＯＲＵＳを用いてＲｕ膜を形成する薄膜形成工程においては、処理温度（基板の温度）：２００〜４００℃、処理圧力（処理室内圧力）：２５〜４００Ｐａ、有機金属液体原料（ＣＨＯＲＵＳ）供給流量：０．０１〜０．２ｇ／ｍｉｎ、キャリアガス（Ｎ_２ガス）供給流量：１００〜１０００ｓｃｃｍが例示される。
また、熱処理工程においては、処理温度：成膜温度以上、例えば４００〜６００℃、処理時間：３０分以下、Ｈ_２処理の場合の処理圧力：１３３〜１３３３Ｐａ、Ｈ_２ガス供給流量：０．１〜５ｓｌｍ、真空処理の場合の処理圧力：０．１〜１０Ｐａが例示される。なお、真空処理の場合は処理室内を引き切りとし、到達真空圧力とするのが好ましい。

なお、本実施形態では薄膜形成工程と熱処理工程とを基板処理装置１で行う例について説明したが、薄膜形成工程が終了した時点で基板２００を基板処理装置１から搬出し、別の処理装置で熱処理工程を行うこととしてもよい。また、本実施形態では、薄膜形成工程を処理室２０１内で行い、熱処理工程を熱処理室３０２内で行う例について説明したが、熱処理工程は、処理室２０１内で行ってもよい。すなわち、処理室２０１内での基板２００上へのＲｕ膜の形成後、同一処理室内、すなわち処理室２０１内にて連続して熱処理工程を行うようにしてもよい。以下、これについて説明する。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態について説明する。上記第１実施形態では、熱処理工程が熱処理室３０２内にて行われているのに対し、本実施形態では、熱処理工程が処理室２０１内にて行われる。
そのため、第１の実施形態では水素含有ガス供給系２２５が熱処理室３０２に接続されていたのに対し、第２の実施形態では水素含有ガス供給系２２５が処理室２０１のシャワーヘッド２３６に接続されている。

次に、本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法について説明する。
基板搬入工程、基板昇温工程、圧力調整工程、気化安定工程及び薄膜形成工程は第１の実施形態と同一である。
薄膜形成工程終了後（処理室２０１が不活性ガスにより置換された後）、処理室２０１は真空ポンプ２４６により真空排気され、処理室２０１内の圧力が圧力コントローラ２５４により所定の処理圧力となるように制御される。

また、メインコントローラ２５６が、温度コントローラ２５３を制御することで、ヒータ２０７の設定温度を第１処理温度から第２処理温度に変更する。そうすると、温度コントローラ２５３によりヒータ２０７への電力供給量が制御され、基板２００の温度が第２処理温度（例えば、４００〜６００℃）となる。

続いて基板２００の温度が第２処理温度となるように設定された処理室２０１内に、Ｈ_２ガスを供給する。すなわち、メインコントローラ２５６によってバルブ２４３ｄが開放され、水素含有ガス供給源２５０ｄから処理室２０１内へＨ_２ガスが供給される。これにより処理室２０１内をＨ_２ガス雰囲気とし、このＨ_２ガス雰囲気下で基板２００上に形成されたＲｕ膜を所定時間熱処理（アニール処理）する。
なお、処理室２０１内にＨ_２ガスを供給せず、到達真空雰囲気下でＲｕ膜を熱処理するようにしてもよい。つまり、温度コントローラ２５３によるヒータ２０７の制御によって基板２００の温度が第２処理温度に保たれた状態で、圧力コントローラ２５４により処理室２０１内の圧力を到達真空雰囲気となるように調整する。

図４は、上述の実施の形態に係る基板処理装置１及び半導体装置の製造方法を用いて形成されるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の一部を示す断面図である。以下、半導体装置（デバイス）の製造方法の一例として、ＤＲＡＭの一部を形成する際に本発明を適用する例について説明する。

層間絶縁膜１００を堆積後、コンタクトホールを開口し、コンタクトプラグ１０１及びバリアメタル膜１０２を形成する。同様に、層間絶縁膜１０３を堆積後、コンタクトホールを開口し、本発明の基板処理装置１及び基板処理方法により下部電極膜（Ｒｕ膜）１０４を形成する。そして層間絶縁膜１０３の上方の下部電極膜を除去し、層間絶縁膜１０３の上部を除去すると、シリンダ形状の下部電極１０４が露出する。露出した下部電極１０４の表面に容量絶縁膜１０５を形成し、更にその表面に上部電極膜１０６を形成する。

本発明で形成される膜は用途に応じて様々な種類から適宜選択可能であるが、一般的には、下部電極膜又は上部電極膜としてはＲｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｏ、バリアメタル膜としてはＴｉＮ、ＴａＮ、容量絶縁膜としてはＡｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＨｆＯ_２，ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３，Ｌａ_２Ｏ_３，ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３），Ｔａ_２Ｏ_５、ＢＳＴ（（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ_３）、ＰＺＴ（（Ｐｂ、Ｚｒ）ＴｉＯ_３）等を用いる。

図３を参照して本発明の実施例について説明する。図３は、上述の基板処理装置１を用い、以下に説明する各処理条件により形成したＲｕ膜の抵抗率を比較したものである。
縦軸は測定したＲｕ膜の抵抗率を示している。図３の左右中央に位置する縦の破線の左側は基板の温度を２４０℃として薄膜形成工程を行った場合、縦の破線の右側は基板の温度を３３０℃として薄膜形成工程を行った場合をそれぞれ示している。また、「as-deposited」の値は薄膜形成工程のみを行った場合、「After Anneal」の値は薄膜形成工程後に熱処理工程も行った場合をそれぞれ示している。そして、横軸は熱処理工程のコンディションを示しており、Ｎ_２，Ｈ_２，ＶＡＣは、Ｎ_２雰囲気下、Ｈ_２雰囲気下、到達真空雰囲気下で熱処理工程を行った場合をそれぞれ示している。なお、薄膜形成工程における温度以外の処理条件、熱処理工程における処理条件は、上述の実施形態における処理条件の範囲内の条件とした。

まず、縦の破線の左側と右側とを比較すると、薄膜形成工程時においては、基板の温度を２４０℃とするよりも３３０℃とした方がＲｕ膜の抵抗率をより低下させることができることが分かる。
また、as-depositedとAfter Annealの値を比較すると、いずれもAfter Annealの場合の方がＲｕ膜の抵抗率は低く、薄膜形成工程のみではなく熱処理工程をも行った方がより抵抗率の低いＲｕ膜を形成できることが分かる。なお、このとき熱処理工程を行った場合も行わなかった場合もＲｕ膜の下地は酸化されていないことを確認した。これは、ＣＨＯＲＵＳは酸素（Ｏ）を含むがＣＯの結合状態で存在しており、このＣＯの結合が強いため、薄膜形成工程又は熱処理工程において気体状のＣＯ（一酸化炭素）として脱離するためと考えられる。
更に、熱処理工程におけるコンディションについては、Ｎ_２雰囲気に比べ、Ｈ_２雰囲気及び真空雰囲気の方が、より抵抗率を低下できることが分かる。これは、Ｈ_２雰囲気下もしくは真空雰囲気下での熱処理による膜中の不純物除去の効果によるものといえる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の第１の態様によれば、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された処理室内に、酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成する工程と、
前記金属含有膜が形成された前記基板を収容し、該基板の温度が第２処理温度となるように設定された処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理する工程と、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。

本発明の第２の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給する有機金属原料ガス供給系と、
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、
前記処理室内を真空排気する排気系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された前記処理室内に、前記有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成し、前記基板の温度が第２処理温度となるように設定された前記処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理するように、前記ヒータ、前記有機金属原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および、排気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。

本発明の第３の態様によれば、
基板を処理する第１処理室と、
前記第１処理室内に酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給する有機金属原料ガス供給系と、
前記第１処理室内を真空排気する第１排気系と、
前記第１処理室内の基板を加熱する第１ヒータと、
基板を処理する第２処理室と、
前記第２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、
前記第２処理室内を真空排気する第２排気系と、
前記第２処理室内の基板を加熱する第２ヒータと、
前記第１処理室と前記第２処理室との間で基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送ロボットを収容し前記第１処理室と前記第２処理室との間に設けられる搬送室と、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された前記第１処理室内に、前記有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成し、その後、前記金属含有膜が形成された前記基板を前記第１処理室から前記第２処理室へ搬送し、前記金属含有膜が形成された前記基板を収容し、前記基板の温度が第２処理温度となるように設定された前記第２処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理するように、前記各ヒータ、前記有機金属原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および、前記各排気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。

本発明の第４の態様によれば、
基板の置かれた雰囲気を有機金属化合物ガスの雰囲気にして、その有機金属化合物ガスを熱分解することによって前記基板上に金属含有膜を形成し、
その後、前記基板の置かれた雰囲気を水素ガスの雰囲気又は真空圧の雰囲気にして、前記基板上に形成された前記金属含有膜を加熱する、金属含有膜の製造方法が提供される。
好ましくは、前記有機金属原料ガス（有機金属化合物ガス）は、ＣＯ結合を含む。
また好ましくは、前記有機金属原料ガス（有機金属化合物ガス）は、ＣＨＯＲＵＳガスである。

１基板処理装置
２００基板
２０１処理室（第１処理室）
２０７ヒータ（第１ヒータ）
２０７ａヒータ（第２ヒータ）
２２１有機金属原料ガス供給系
２２３排気系（第１排気系）
２２５水素含有ガス供給系
２２６排気系（第２排気系）
２５６メインコントローラ（コントローラ）
３００搬送室
３０１基板移載機（搬送ロボット）
３０２熱処理室（第２処理室）

Claims

基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された処理室内に、酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成する工程と、
前記金属含有膜が形成された前記基板を収容し、該基板の温度が第２処理温度となるように設定された処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理する工程と、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、
前記処理室内に酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給する有機金属原料ガス供給系と、
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、
前記処理室内を真空排気する排気系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された前記処理室内に、前記有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成し、前記基板の温度が第２処理温度となるように設定された前記処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理するように、前記ヒータ、前記有機金属原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および、排気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。
基板を処理する第１処理室と、
前記第１処理室内に酸素を用いることなく熱分解にて金属含有膜を形成できる有機金属原料ガスを供給する有機金属原料ガス供給系と、
前記第１処理室内を真空排気する第１排気系と、
前記第１処理室内の基板を加熱する第１ヒータと、
基板を処理する第２処理室と、
前記第２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、
前記第２処理室内を真空排気する第２排気系と、
前記第２処理室内の基板を加熱する第２ヒータと、
前記第１処理室と前記第２処理室との間で基板を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送ロボットを収容し前記第１処理室と前記第２処理室との間に設けられる搬送室と、
基板を収容し、該基板の温度が第１処理温度となるように設定された前記第１処理室内に、前記有機金属原料ガスを供給して、前記基板上に金属含有膜を形成し、その後、前記金属含有膜が形成された前記基板を前記第１処理室から前記第２処理室へ搬送し、前記金属含有膜が形成された前記基板を収容し、前記基板の温度が第２処理温度となるように設定された前記第２処理室内で、水素含有ガス雰囲気下、もしくは、到達真空雰囲気下で前記金属含有膜を熱処理するように、前記各ヒータ、前記有機金属原料ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、および、前記各排気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。