JP2015212410A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来よりもさらに良好な面内均一性を有する膜を成膜することができる成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】処理容器内に設けられた載置台の載置台本体に被処理基板を載置し、処理容器内を真空排気した状態で、載置台本体に設けられた加熱ヒーターにより被処理基板を加熱しつつ、処理容器内に成膜原料ガスを供給し、被処理基板の表面で成膜原料ガスを熱分解または反応させて被処理基板上に所定の膜を成膜するにあたり、成膜原料ガスの供給に先立って、処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入して載置台本体の熱を載置台本体の外側に熱伝達させる。【選択図】図４

Description

本発明は、被処理基板に対して所定の膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関する。
近時、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低下ならびに配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が求められており、それに対応した技術として、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）よりも導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅（Ｃｕ）を用い、層間絶縁膜として低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いたＣｕ多層配線技術が注目されている。
この際のＣｕ配線の形成方法としては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）にＬｏｗ−ｋ膜を成膜し、Ｌｏｗ−ｋ膜にトレンチやホールを形成した後、その内壁にＴａ、ＴａＮ、Ｔｉなどからなるバリア層をスパッタリングに代表される物理蒸着法（ＰＶＤ）で成膜し、その上に同じくＰＶＤによりＣｕシード層を成膜し、さらにＣｕめっきを施してトレンチやホールを埋め込む技術が知られている（例えば特許文献１）。
しかしながら、半導体デバイスのデザインルールが益々微細化しており、ステップカバレッジが本質的に低いＰＶＤでＣｕシード層をトレンチやホール内に成膜することが困難となりつつある。このため、バリア層の上に化学蒸着法（ＣＶＤ）によりシード層としてルテニウム膜を成膜し、その上にＣｕ膜を形成する方法が提案されている（特許文献２）。また、より良好なステップカバレッジを得ることができる原子層堆積法（ＡＬＤ）によりルテニウム膜を形成することも検討されている。さらに、バリア層をＣＶＤやＡＬＤにより形成することも検討されている。
ＣＶＤやＡＬＤでシード層やバリア層を形成する場合、一般に金属原子が有機基と結合した有機金属化合物が用いられるが、有機金属化合物を用いた場合には膜中に金属以外の成分が残留しやすいことが懸念される。そこで、有機配位子がＣＯのみであり不純物の少ない膜を得ることができる有機金属化合物原料として金属カルボニルが検討されており、Ｗ（ＣＯ）６を用いてバリア層としてのタングステン膜を成膜する技術、およびＲｕ３（ＣＯ）１２を用いてシード層としてのルテニウム膜を成膜する技術が提案されている（特許文献３および特許文献４）。
ところで、金属カルボニルを用いて成膜を行う場合、通常の成膜手法では、ウエハの中央部の膜厚が大きく、周辺部の膜厚が小さくなって、面内均一性が低いものとなることがある。このため、半導体の周縁部に対応する位置にガス放出口を有するバッフル板を設けるとともに、処理容器内の処理空間を囲むように環状の内部区画壁を設け、バッフル板の周縁部に設けたガス放出口から載置台に載置された半導体ウエハの外周端よりも外側の領域に向けて成膜原料ガスを供給するようにしたものが提案されている（特許文献５）。
特開平１１−３４０２２６号公報 特開２００７−１９４６２４号公報 特開２００２−６０９４４号公報 特開２００４−３４６４０１号公報 特開２００９−２３９１０４号公報
しかしながら、半導体デバイスのさらなる微細化が進み、今後の２２ｎｍノード以降においては、バリア層やシード層を２ｎｍ以下といった極めて薄い膜厚で均一に成膜することが要求され、上記特許文献５の技術を用いても、ウエハの中央部と周縁部とのわずかな温度の差によって、所望の膜厚の面内均一性が得られない場合がある。このため、異なるアプローチによって面内均一性を得ることが求められている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、極めて良好な面内均一性を有する膜を成膜することができる成膜方法および成膜装置を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するべく検討を重ねた結果、一般的な成膜装置は、被処理基板を載置する載置台の外側に加熱されていない部材が設けられているため、真空雰囲気の処理容器内で不可避的に生じる被処理基板の中央部と周縁部との間の温度差によって膜厚の面内均一性に自ずと限界があるが、処理容器内に高熱伝導性の熱伝達ガスを導入することにより、載置台からその外側の部材への熱伝達を促進して被処理基板の中央部と周縁部の温度差を小さくできることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第１の観点は、処理容器内に設けられた載置台の載置台本体に被処理基板を載置し、前記処理容器内を真空排気した状態で、前記載置台本体に設けられた加熱ヒーターにより前記被処理基板を加熱しつつ、前記処理容器内に成膜原料ガスを供給し、前記被処理基板の表面で成膜原料ガスを熱分解または反応させて前記被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜方法であって、前記成膜原料ガスの供給に先立って、前記処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させることを特徴とする成膜方法を提供する。
上記成膜方法において、前記載置台が、前記載置台本体の外側に、被処理基板よりも低い温度に設定された外側部材を有するものであることが好ましい。また、被処理基板を前記処理容器に搬入する前に、前記処理容器内に前記熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させた後、前記熱伝達ガスを前記処理容器から排出し、その後被処理基板を前記処理容器に搬入して前記載置台に載置し、成膜処理を行うことが好ましい。この場合に、被処理基板を前記処理容器に搬入して前記載置台に載置した後、前記処理容器内に昇温ガスを導入して前記被処理基板を昇温させ、その後成膜処理を行うことが好ましい。
前記成膜原料ガスとしてＲｕ３（ＣＯ）１２ガスを用い、これを熱分解して前記所定の膜としてルテニウム膜を成膜する場合に好適である。前記所定の膜としてのルテニウム膜は、銅配線を形成する際の銅膜の下地として好適に用いることができる。
また、本発明の第２の観点は、被処理基板の表面に所定の膜を形成する成膜装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台本体を有する載置台と、載置台本体に設けられた加熱ヒーターと、前記処理容器内に成膜原料ガスを供給する成膜原料ガス供給手段と、前記処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入する熱伝達ガス導入手段と、前記処理容器内を排気する排気手段と、前記加熱ヒーターにより前記載置台本体上の被処理基板を加熱させつつ、前記処理容器内に成膜原料ガスを供給し、前記被処理基板の表面で成膜原料ガスを熱分解または反応させて前記被処理基板上に所定の膜を成膜する制御、および前記成膜原料ガスの供給に先立って、前記処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させる制御を行う制御部とを有することを特徴とする成膜装置を提供する。
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
本発明によれば、処理容器内に設けられた載置台の載置台本体に被処理基板を載置し、処理容器内を真空排気した状態で、載置台本体に設けられた加熱ヒーターにより被処理基板を加熱しつつ、処理容器内に成膜原料ガスを供給し、被処理基板の表面で成膜原料ガスを熱分解または反応させて被処理基板上に所定の膜を成膜する際に、成膜原料ガスの供給に先立って、処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入して載置台本体の熱を載置台本体の外側に熱伝達させる。これにより、載置台本体の外側の温度を載置台本体の温度に極力近くして被処理基板の温度均一性を上昇させることができ、被処理基板上に極めて面内均一性の高い膜を形成することができる。
本発明の一実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図である。 図１の成膜装置における載置台の主要部の詳細を示す部分断面図である。 図１の成膜装置に用いられるバッフル板の一例を示す平面図である。 本発明の成膜方法の好ましい例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の成膜方法と従来の成膜方法とにおける、載置台本体、外側部材、およびウエハの温度変化を示す図である。 Ｈ２ガスで予備加熱した場合と、予備加熱しない場合とで、種々の膜厚でＣＶＤによりＲｕ膜を成膜し、ウエハ直径方向に沿って膜厚を測定した場合のウエハ直径方向の膜厚のばらつき（１σ）を示す図である。 膜厚２ｎｍ付近でＲｕ膜を成膜した場合におけるウエハ直径方向の膜厚分布を測定した結果を示す図であり、（ａ）はＨ２ガスで予備加熱を行った場合、（ｂ）は予備加熱を行わなかった場合である。 ウエハの存在下でＨ２ガスを導入してＲｕ膜を成膜した場合と、Ｈ２ガスを導入しない従来の方法でＲｕ膜を成膜した場合とにおける膜厚とＨａｚｅとの関係を示す図である。 ウエハ搬入前にＨ２ガスを導入してＲｕ膜を成膜した場合と、Ｈ２ガスを導入しない従来の方法でＲｕ膜を成膜した場合とにおける膜厚とＨａｚｅとの関係を示す図である。 本発明の成膜方法により成膜されるルテニウム膜を用いたＣｕ配線の形成方法を示すフローチャートである。 本発明の成膜方法により成膜されるルテニウム膜を用いたＣｕ配線の形成方法を説明するための工程断面図である。 Ｃｕ配線の形成方法に用いられる成膜システムの一例を示す平面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
＜成膜装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す断面図、図２は載置台の主要部の詳細を示す部分断面図、図３は図１の成膜装置に用いられるバッフル板の一例を示す平面図である。ここでは有機金属化合物の原料としてカルボニル系の有機金属化合物であるＲｕ３（ＣＯ）１２を用いてルテニウム膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図１に示すように、第１の実施形態に係る成膜装置１は、略円筒状をなし、処理室を画成する処理容器２を有している。この処理容器２は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。処理容器２の底壁には、処理容器２よりも小径の円筒状をなし、排気室を画成する排気容器１２が下方に突出するように接続されている。排気容器１２は、処理容器２と同じ材料からなる。
排気容器１２の側壁下部には排気口１３が形成され、この排気口１３に排気配管１４が接続されており、この排気配管１４には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構６が接続されている。そして、この排気機構６を作動させることにより処理容器２内を所定の減圧（真空）状態とすることが可能となっている。
処理容器２内には、被処理体であるウエハＷを載置して保持する載置台３が水平に設けられている。載置台３は、排気容器１２の下方から垂直に延びる金属製の支柱２１の上端部に取り付け固定されている。この支柱２１は、排気容器１２の底部を貫通して下方へ延びており、図示しないアクチュエータにより昇降され、載置台３の全体を昇降させるようになっている。また、支柱２１が排気容器１２の底部を貫通する貫通部には、伸縮可能な金属製のベローズ２２が設けられており、処理容器２内の気密性を維持しつつ載置台３の昇降が可能となっている。
載置台３には、例えばタングステンワイヤヒータやカーボンワイヤヒータのような加熱ヒーター２３が埋設されており、この加熱ヒーター２３によりウエハＷを加熱するようになっている。また、載置台３には、その下部や側部を冷却して温度調整する冷媒を流すための冷媒通路２４が設けられている。載置台３の詳細な構成は後述する。
載置台３の周縁部には、載置台３を垂直に貫通するように、複数（例えば３つ）のピン挿通孔（図示せず）が垂直に貫通するように設けられており、この各ピン挿通孔内にはリフタピン２５が挿通できるようになっている。各リフタピン２５の下端部は、昇降アーム２６に支持されており、この昇降アーム２６は、処理容器２の底部を貫通する昇降ロッド２７に接続されている。そして、図示しないアクチュエータにより昇降ロッド２７を昇降することにより、昇降アーム２６を介してリフタピン２５を昇降可能となっている。これにより、リフタピン２５は載置台３の載置面に対して突没して、載置台３上のウエハＷを押し上げたり、突出したリフタピン２５上に移載せられたウエハＷを載置台３の載置面に載置させたりするようになっている。昇降ロッド２７が処理容器２の底部を貫通する貫通部は、ベローズ２８により気密性が維持されるようになっている。
処理容器２の天井部の中央部には、成膜処理のためのガスを処理容器２内に導入するガス導入口１１が形成されている。ガス導入口１１には、成膜処理のためのガスを供給するガス供給機構５のガス供給配管が接続されている。また、処理容器２の上部にはガス導入口１１に連通してガス導入機構４が設けられている。なお、ガス導入機構４およびガス供給機構５の詳細な構成は後述する。
処理容器２の側壁には、載置台３を降下させた位置に対応する位置に、搬送アーム（図示せず）によりウエハＷを搬出入する開口部１６が形成されており、この開口部１６を開閉するためのゲートバルブ１７が設けられている。
処理容器２の側壁および天壁にはそれぞれヒーター１８ａ、１８ｂが設けられており、これらにより側壁および天壁を所定の温度に加熱することにより処理容器２内に供給された成膜原料ガスが固化や液化することを防止するようになっている。
成膜装置１は、ヒーターの電源、排気機構６、ガス供給機構５等の各構成部を制御するためのコントローラ７を有している。コントローラ７は上位の制御装置の指令により、各構成部を制御するようになっている。上位の制御装置は、以下に説明する成膜方法を実施するための処理レシピが記憶された記憶媒体を備えており、記憶媒体に記憶された処理レシピに従って成膜処理を制御する。
載置台３は、全体が円板状に形成されており、図２にも示すように、ウエハＷを載置する載置台本体３１と、この載置台本体３１の側面と底面とを囲んだ状態で載置台本体３１を支持する基台３２とにより主に構成されている。
載置台本体３１は、セラミックスまたは金属で構成され、円板状をなしており、その内部に略全面に亘って加熱ヒーター２３が絶縁された状態で埋設されている。載置台本体３１の上面がウエハＷを載置する載置面となっており、加熱ヒーター２３に給電することにより載置台本体３１を介してウエハＷを所望の温度に加熱して温度制御するようになっている。
載置台本体３１を構成するセラミックスとしては、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）等を挙げることができ、金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができる。載置台本体３１の直径は、ウエハＷの直径よりも僅かに小さく設定されている。載置台本体３１の上部は、直角状に切り取られて段部３３が周方向に沿ってリング状に形成されている。
基台３２は、全体が金属により形成されている。そして、基台３２は、内部に冷媒通路２４が略全面に亘って設けられた円板状の金属製のベース部３４と、このベース部３４の周縁部に載置台本体３１の周面を囲むように設けられたリング状をなす金属製のエッジリング３５とにより構成されている。冷媒通路２４に図示しない配管を介して冷媒を流すことにより、成膜原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されるようになっている。
ベース部３４とエッジリング３５との間には、エッジリング３５の冷却を緩和するために熱伝導性が低い金属よりなるリング状の熱伝導緩和部材３６が介在されている。具体的には、ベース部３４およびエッジリング３５は、アルミニウムやアルミニウム合金よりなり、熱伝導緩和部材３６は、アルミニウムやアルミニウム合金よりも熱伝導性が劣るステンレススチールよりなっている。熱伝導緩和部材３６は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。また、上記ベース部３４やエッジリング３５をステンレススチールで構成してもよい。エッジリング３５、熱伝導緩和部材３６およびベース部３４は、複数個のボルト３７により着脱可能（分解可能）に一体的に結合されている。
基台３２のベース部３４の上面と載置台本体３１の下面との間には、例えば、セラミックスやステンレススチールからなる断熱材３８が介設されている。
エッジリング３５は、ウエハＷの載置面の水平レベルと同一レベルを保ち、ウエハＷの半径方向外方へ延びるリング状のフランジ部３９を有している。フランジ部３９の周縁部には上方に突出する突出部３９ａが円周状に形成されている。
エッジリング３５の内周側の上部には、載置台本体３１側へ突出した突起部４０が周方向に沿ってリング状に形成されており、この突起部４０は載置台本体３１の段部３３の途中まで延びている。この突起部４０には、周方向に沿って上下に貫通するように複数のネジ穴が設けられ、その中に固定ネジ４１が螺合されており、この固定ネジ４１を下方向へ前進させることによって載置台本体３１の周辺部を押圧して固定するようになっている。したがって、エッジリング３５の内周面と載置台本体３１の外周面とは直接的には接触しておらず、両者間には空間部４２が形成されている。
載置台本体３１の段部３３の側面とエッジリング３５の突起部４０の内周面との間には、リング状のシールドリング４３が遊嵌状態で着脱可能に設けられている。このシールドリング４３は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属で構成され、載置台本体３１の側壁への成膜防止、ウエハＷの面内温度均一性の確保、ウエハＷの裏面への成膜防止、載置台本体３１とエッジリング３５との間の断熱等の機能を有している。
エッジリング３５の上面には、ウエハＷの端面であるベベル部に膜が付着することを防止するためのリング状のカバーリング４４が設けられている。このカバーリング４４は、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック材で構成されている。このカバーリング４４の温度も基台３２と同様、成膜時には、成膜原料ガスの分解温度未満で、かつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持される。
ガス導入機構４は、処理容器２の天井部の中央部に設けられたガス導入口１１に連通し、かつ載置台３に対向して設けられており、載置台３の垂直方向上方から載置台３上のウエハＷの外周端よりも外側の領域に向けて成膜原料ガスが供給されるようになっている。したがって、ガス導入機構４は、載置台３上に載置されたウエハＷの外側部分にウエハＷを避けるような方向に成膜原料ガスを供給するようになっている。
具体的には、このガス導入機構４は、ウエハＷの直径よりも大きな直径を有するバッフル板５１を有しており、このバッフル板５１は、処理容器２の天井部内面から下方に延びる円形リング状の支持部材５２により処理容器２の天井部から下方へ適長離隔して支持され、載置台３上のウエハＷと対向するように取り付けられている。図３に示すように、バッフル板５１の周縁部には、載置台３上のウエハＷの外周端よりも外側の領域に対応するように、周方向に沿って円弧状に形成された複数のガス放出口５３が全周に亘って設けられている。処理容器２の天井部とバッフル板５１との間の部分は、成膜原料ガスが拡散する拡散室５４として形成されることになり、拡散室５４において外方に拡散された成膜原料ガスが複数のガス放出口５３を経て下方の処理空間に向けて放出される。なお、このような円弧状のガス放出口５３に替えて、周方向に沿って内径の小さなガス噴射孔を多数形成するようにしてもよい。
支持部材５２やバッフル板５１は、熱伝導性が良好な金属材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で形成されている。
支持部材５２の下側には、バッフル板５１の下方に垂直に延長するリング状の内部区画壁５５が支持部材５２と一体に設けられており、支持部材５２と同じ材料で形成されている。この内部区画壁５５は、載置台３の上方の処理空間Ｓの周囲を囲むように設けられており、その下端部は載置台３に近接している。そして、この内部区画壁５５の下端と載置台３の周縁部との間に、載置台３の周方向に沿って環状に排気用のガス出口５６が形成されている。このガス出口５６より処理空間Ｓの雰囲気がウエハＷの外周側から均等に排気されるようになっている。
内部区画壁５５は、載置台３の周縁部に位置するフランジ部３９およびカバーリング４４の上方に位置されており、ガス出口５６は、カバーリング４４の上面およびフランジ部３９の突出部３９ａの上面と内部区画壁５５の下端面との間に形成されている。内部区画壁５５の下端部には、フランジ部３９の突出部３９ａに対応するようにリング状の突起５７が周方向に沿って形成されており、ガス出口５６の外周側の流路幅を絞るようになっている。ガス出口５６の上下方向の幅は、外周部の流路幅を絞った部分も含めて１〜１０ｍｍ程度が好ましい。
内部区画壁５５の下端部にはオリフィス形成部材５８が設けられている。具体的には、このオリフィス形成部材５８は、内部区画壁５５の下端部に、これより載置台３の半径方向の内方、すなわち処理容器２の中心方向に向けて延在されており、載置台３の周方向に沿ってリング状に形成されている。そして、このオリフィス形成部材５８の下面と載置台３の周縁部との間で、ガス出口５６に連通するオリフィス部５９を形成するようになっている。したがって、このオリフィス部５９は、オリフィス形成部材５８の下面と載置台３の周縁部に配置されたカバーリング４４の上面との間で区画形成され、載置台３の周方向に沿ってリング状に形成されることになる。
このオリフィス形成部材５８は、内部区画壁５５と同じ熱伝導性が良好な材料で構成されている。オリフィス形成部材５８は内部区画壁５５と一体に形成されているが、別体であってもよい。このようにオリフィス形成部材５８を処理容器２の中心方向へ延在させることにより、上方から流下してきた成膜原料ガスの一部の流れを処理容器２の中心方向へ変更させるとともに、オリフィス部５９により排気されるガスの流路面積を絞り込むことによって処理空間Ｓにおける成膜原料ガスの滞留時間を適度に長くさせるようになっている。
この場合、オリフィス形成部材５８の内周端は、載置台３上に載置されたウエハＷの外周端よりも内側に入らないように設けられることが好ましい。オリフィス形成部材５８の内周端がウエハＷ上まで延びると膜厚の面内均一性を阻害する。また、オリフィス形成部材５８を確保する観点からは、オリフィス形成部材５８の内周端と載置台３上に載置されたウエハＷの外周端との間の水平距離（図２のＬ２）は１０ｍｍ以下が好ましい。また、オリフィス部５９の上下方向の幅は、ガス出口５６の幅と同程度に設定される。
ガス供給機構５は、固体状の成膜原料６０としてルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を収容する成膜原料容器６１を有している。成膜原料容器６１の周囲にはヒーター６２が設けられている。成膜原料容器６１には、上方からキャリアガスであるＣＯガスを供給するキャリアガス供給配管６３が挿入されている。キャリアガス供給配管６３にはＣＯガスを供給するＣＯガス供給源６４が接続されている。また、成膜原料容器６１には、成膜原料ガス供給配管６５が挿入されている。このガス供給配管６５は、処理容器２のガス導入口１１に接続されている。したがって、ＣＯガス供給源６４からキャリアガス供給配管６３を介して成膜原料容器６１内にキャリアガスとしてのＣＯガスが吹き込まれ、成膜原料容器内６１内で昇華したルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）ガスがＣＯガスに搬送されて成膜原料ガス供給配管６５およびガス導入口１１を介してガス導入機構４の拡散室５４に導入され、バッフル板５１のガス放出口５３から処理容器２の処理空間Ｓに供給される。キャリアガス供給配管６３には、流量制御用のマスフローコントローラ６６とその前後のバルブ６７ａ、６７ｂが設けられている。また、ガス供給配管６５には、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）のガス量を把握するための流量計６８とその前後のバルブ６９ａ，６９ｂが設けられている。
また、ガス供給機構５は、キャリアガス供給配管６３におけるバルブ６７ａの上流側から分岐して設けられたカウンターＣＯガス配管７１を有している。カウンターＣＯガス配管７１は、ガス供給配管６５に接続されている。したがって、ＣＯガス供給源６４からのＣＯガスが、ルテニウムカルボニルガスとは別個に処理空間Ｓに供給可能となっている。カウンターＣＯガス配管７１には、流量制御用のマスフローコントローラ７２とその前後のバルブ７３ａ、７３ｂが設けられている。
さらに、ガス供給機構５は、希釈ガス、昇温ガス、パージガスとして用いるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源７４と、熱伝達ガスとして用いるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源７５とを有する。Ｎ２ガス供給源７４にはＮ２ガス供給配管７６が接続され、Ｈ２ガス供給源７５にはＨ２ガス供給配管７７が接続されていて、これらの他端は成膜原料ガス供給配管６５に接続されている。Ｎ２ガス供給配管７６には、流量制御用のマスフローコントローラ７８とその前後のバルブ７９ａ，７９ｂが設けられており、Ｈ２ガス供給配管７７には、流量制御用のマスフローコントローラ８０とその前後のバルブ８１ａ，８１ｂが設けられている。
なお、希釈ガス等として用いられるＮ２ガスの代わりにＡｒガスを用いてもよい。また、熱伝達ガスとしてＨ２ガスの代わりにＨｅガスを用いてもよい。
＜成膜方法＞
次に、以上のように構成された成膜装置１を用いて行われる成膜処理について説明する。
成膜処理に当たっては、ゲートバルブ１７を開き、開口部１６からウエハＷを処理容器２内に搬入して載置台３上に載置し、処理容器２内を排気機構６により排気して所定の圧力に維持し、加熱ヒーター２３により載置台３上のウエハＷを昇温させた状態とする。
次いで、ガス供給機構５において、バルブ６７ａ，６７ｂを開にしてキャリアガス供給配管６３を介して成膜原料容器６１にキャリアガスとしてのＣＯガスを吹き込み、成膜原料容器６１内でヒーター６２の加熱により昇華して生成されたＲｕ３（ＣＯ）１２ガスを搬送ガスであるＣＯガスとともに成膜原料ガス供給配管６５およびガス導入口１１を介してガス導入機構４の拡散室５４へ供給する。そして供給された成膜原料ガスを、バッフル板５１のガス放出口５３を経て処理容器２の処理空間Ｓに導入する。ウエハＷ表面では、成膜原料ガスであるＲｕ３（ＣＯ）１２ガスが以下の（１）式に示す反応により熱分解して生成されたルテニウム（Ｒｕ）が堆積し、所定の膜厚を有するＲｕ膜が成膜される。
Ｒｕ３（ＣＯ）１２→３Ｒｕ＋１２ＣＯ ・・・（１）
このとき、ウエハ表面においては、以下の（２）式に示すようなＲｕ３（ＣＯ）１２とＣＯの吸着・脱離反応が生じる。この反応は、トレンチやホール等の凹部に成膜する際に、良好なステップカバレッジを得ることができる表面反応律速の反応であり、Ｒｕ３（ＣＯ）１２とＣＯの吸着・脱離反応は平衡反応と考えられる。
Ｒｕ３（ＣＯ）１２(g)←→Ｒｕｘ（ＣＯ）ｙ(ad)＋（１２−ｙ）ＣＯ(ad)←→３Ｒｕ(s)＋１２ＣＯ(g) ・・・（２）
上記（１）、（２）式に示すＲｕ３（ＣＯ）１２ガスの分解反応はＣＯガスの存在により抑制することができ、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の構造を極力保ったまま成膜原料ガスをチャンバ１１内に供給することができる。このため、キャリアガスとしてＣＯガスを用いる。また、Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガスの分解反応をより効果的に抑制するためには、Ｒｕ３（ＣＯ）１２／ＣＯ分圧比を減少させることが有効であり、そのために、カウンターＣＯガス配管７１を介して、ルテニウムカルボニルガスとは別個にＣＯガスを供給することが有効である。
このときの処理条件としては、処理容器内の圧力が０．００１〜１Ｔｏｒｒ（０．１３〜１３３Ｐａ）、ウエハ温度が成膜原料ガスの分解温度以上、例えば１５０〜２５０℃の範囲、キャリアガスとしてのＣＯガスの流量が、成膜原料であるＲｕ３（ＣＯ）１２ガスの流量が例えば５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下となるような流量、例えば３００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下程度が好ましい。
このとき、成膜原料ガスであるＲｕ３（ＣＯ）１２ガスは、バッフル板５１の作用により拡散室５４内をその周囲に向けて拡散し、バッフル板５１の周縁部に形成されたガス放出口５３から下方に向けて放出され、処理空間Ｓ内をウエハＷの外周端の外側の領域に向かって流下し、その一部は、処理空間Ｓ内の中央部に向かって拡散する。流下した成膜原料ガスの大部分は内部区画壁５５の下端部に、処理空間Ｓの中央部に向けて延在させて設けたオリフィス形成部材５８に当たり、一旦、処理空間Ｓの中央部側へ曲げられる。その成膜原料ガスの一部は処理空間Ｓ内に滞留すると同時に、多くの成膜原料ガスは流路面積が絞り込まれたオリフィス部５９内を流れ、さらにガス出口５６を通って、処理容器２内の載置台３の下方の空間へと流れていき、排気容器１２内の排気空間を経て排気口１３から排出される。
このように、排気経路の面積を適度に絞り込んだオリフィス部５９を設けるようにしたので、成膜原料ガスの処理空間Ｓから排出される際のコンダクタンスを低下させて処理空間Ｓ内に適度な時間滞留させることができ、しかも処理空間Ｓの中央部では成膜原料ガスが過剰にならず、この処理空間Ｓ内の雰囲気はオリフィス部５９およびガス出口５６を介して排出されて行くことになる。すなわち、オリフィス部５９の存在により、処理空間Ｓ内の成膜原料ガスの滞留時間を適度に長くすることができるため、Ｒｕ膜の成膜速度を高くしつつ、膜厚の面内均一性を良好にすることができる。
しかし、このように処理空間Ｓでの成膜原料ガスの流れを制御してある程度の膜厚面内均一性を確保できるものの、今後の２２ｎｍノード以降のより微細化された半導体デバイスにおけるＣｕ配線では、Ｃｕ膜の下地としてのＲｕ膜には２ｎｍ以下という極めて薄い膜厚が要求され、膜厚面内均一性の要求レベルが一層高まっており、上記のような成膜原料ガスの流れを制御するだけでは不十分になりつつある。
すなわち、載置台３においては、載置面を有する載置台本体３１のみを加熱ヒーター２３で加熱するようになっており、その外側の部材であるエッジリング３５、カバーリング４４等（以下、外側部材と称す）は、成膜原料ガスの熱分解を抑制して膜が形成されないように、加熱ヒーターが存在せず、載置台本体３１により加熱されているのみであるから、両者間で不可避的に温度差が生じ、この温度差により膜厚の差が生じる。
例えば、載置台本体３１の温度を１９５℃に設定すると、ウエハＷ（中心部）の温度が１９０℃となり、外側部材の温度が１８０℃以下となって、その結果、ウエハ外周部での温度低下により、ウエハ外周部の成膜量がウエハ中心部の成膜量よりも少なくなり、Ｒｕ膜の膜厚が中心部よりも外周部が薄くなる傾向にある。
従来は、このような温度差による膜厚の不均一は問題にならなかったが、近時のより微細化された半導体デバイスにおけるＣｕ配線では、このような温度差による膜厚の不均一でさえも問題となる。
そこで、本実施形態では、処理容器２内に熱伝達ガスとしてＨ２ガスを導入して、載置台３のウエハＷに対応して設けられた載置台本体３１の加熱ヒーター２３による熱を、Ｈ２ガスを介して載置台本体３１の外側に存在するエッジリング３５、カバーリング４４等の外側部材に伝達させて、外側部材の温度を載置台本体３１の温度に極力近い値とし、ウエハＷの温度均一性を上昇させる。
Ｈ２ガスは５００Ｋ（２２７℃）における熱伝導率が２６７ｍＷ／（ｍ・Ｋ）であり、他のガスと比較して突出して高い熱伝導率を有しており（例えば、Ｎ２ガスは３８．６４ｍＷ／（ｍ・Ｋ）、Ａｒガスは２６．５８ｍＷ／（ｍ・Ｋ））、極めて高い熱伝達性を示す。熱伝達ガスとして使用するＨ２ガスは、単独で処理容器に供給してもよいし、Ｎ２ガス等で希釈してもよい。
なお、上述したように、熱伝達ガスとしてはＨｅガスを用いることもできる。Ｈｅガスの熱伝導率はＨ２ガスよりも少し劣るが、５００Ｋ（２２７℃）における熱伝導率が２２１．２ｍＷ／（ｍ・Ｋ）と高い値であり、熱伝達ガスとして有効である。
ただし、処理容器２内にウエハＷが存在している際に、Ｈ２ガスを導入すると成膜した膜の表面の平滑性が低下する傾向にあるため、ウエハＷの搬入前にＨ２ガスを処理容器２に導入し、予備加熱することが好ましい。
この際の具体的な成膜処理の手順について、図４のフローチャートを参照して説明する。
最初に、処理容器２内に熱伝達ガスであるＨ２ガスを導入する（ステップ１）。このときＨ２ガスのみを導入してもよく、Ｈ２ガスとＮ２ガスの両方を導入してもよい。これにより、Ｈ２ガスを介して載置台本体３１の熱がその外側部材に伝達され、Ｈ２ガスを所定時間供給した後、Ｈ２ガスを停止し、処理容器２内を排気する（ステップ２）。次いで、処理容器２内にウエハＷを搬入して載置台３上に載置し（ステップ３）、処理容器２内に昇温ガスであるＮ２ガスを導入してウエハＷを昇温する（ステップ４）。次いで、処理容器２内にＲｕ３（ＣＯ）１２ガスを導入してＣＶＤによりＲｕ膜を成膜する（ステップ５）。その後、処理容器２内を排気（パージ）し（ステップ６）、ウエハＷを処理容器２から搬出する（ステップ７）。以上の処理を所定の枚数のウエハについて繰り返す。
このとき、載置台本体３１、外側部材（エッジリング３５、カバーリング４４等）、ウエハの温度は、図５（ａ）に示すように変化する。一方、Ｈ２ガスによる予備加熱を行わない従来の成膜処理の場合の温度変化は、図５（ｂ）に示すようなものとなる。これらを比較すると、Ｈ２ガスによる予備加熱を行った場合には、図５（ａ）に示すように、予備加熱の際に外側部材の温度が上昇しており、Ｒｕ膜成膜の際に外側部材の温度がウエハの温度に近い値となるのに対し、Ｈ２ガスによる予備加熱を行わない従来方法の場合には、図５（ｂ）に示すように、ウエハ搬入後の昇温工程の際に外側部材の温度が十分に上昇せず、Ｒｕ膜成膜の際に、外側部材の温度がウエハの温度よりもはるかに低くなることがわかる。
なお、熱伝達ガスとしてＨｅガスを用いた場合にも同様の手順で処理を行うことができるが、ＨｅガスはＲｕ膜の平滑性を低下させないので、ウエハＷの存在下で導入しても悪影響はない。例えば、ウエハを昇温する際にＮ２ガスの代わりに伝熱ガスとしてＨｅガスを導入してもよい。
＜実験例＞
最初に、Ｈ２ガスで予備加熱する本発明の方法と、予備加熱しない場合のＲｕ膜の膜厚について調査した。ここでは、層間絶縁膜の上にバリア膜としてイオン化ＰＶＤ（Ｉｏｎｉｚｅｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｉＰＶＤ）により成膜されたＴａＮ膜と熱酸化膜を有するシリコンウエハを用い、Ｈ２ガスで予備加熱した場合と、予備加熱しない場合とで、種々の膜厚でＣＶＤによりＲｕ膜を成膜し、ウエハ直径方向に沿って膜厚を測定した。図６は、ウエハ直径方向の膜厚のばらつき（１σ）を示すものである。なお、図６では、Ｈ２ガスによる予備加熱の効果を確認するために、Ｈ２ガスにより予備加熱を行わず、Ｎ２ガスによる昇温時間を従来の６０ｓｅｃから１８０ｓｅｃに延長したものの結果についても示している。図６に示すように、昇温時間を増加させることにより膜厚のばらつきはわずかに低下したに止まっていたが、Ｈ２ガスによる予備加熱を行うことにより、膜厚のばらつきが明確に低下することが確認された。
次に、実際にＣｕ膜のシード層として用いられる膜厚２ｎｍ付近でＲｕ膜を成膜した場合におけるウエハ直径方向の膜厚分布を測定した。その結果を図７に示す。図７の（ａ）はＨ２ガスで予備加熱を行った場合、（ｂ）は予備加熱を行わなかった場合である。図７に示すように、Ｈ２ガスによる予備加熱を行わない従来方法では、ウエハ外周部の膜厚が薄くなっていることがわかる。一方、Ｈ２ガスによる予備加熱を行った場合は、ウエハ外周部で膜厚が薄くなることはなく、ウエハ面内全体で均一な膜厚となっていることがわかる。
図６、７に示すように、Ｈ２ガスによる予備加熱処理を行うことにより膜厚均一性が向上したのは、Ｈ２ガスによる予備加熱により、ウエハの外側に存在する外側部材が十分に加熱されて、外側部材の温度がウエハ温度に近い値になったことで、ウエハ外周の成膜量が中心部と同等となったためと考えられる。
次に、Ｈ２ガスの供給タイミングによるＲｕ膜表面の平滑性の違いを調査した。ここでは、層間絶縁膜の上にバリア膜としてイオン化ＰＶＤ（ｉＰＶＤ）により成膜されたＴａＮ膜と熱酸化膜を有するシリコンウエハを用い、ウエハ搬入前にＨ２ガスを導入して予備加熱した後にＲｕ膜を成膜した場合と、ウエハの存在下でＨ２ガスを導入して予備加熱した後にＲｕ膜を成膜した場合とで膜の平滑性を評価した。膜の平滑性は、Ｈａｚｅにより評価した。Ｈａｚｅは光の散乱による評価手法で、膜が平滑なほどＨａｚｅの値は小さくなる。比較のため、Ｈ２ガスを導入しない従来の方法でＲｕ膜を成膜した場合についてもＨａｚｅにより膜の平滑性を評価した。
これらの結果を図８、９に示す。図８はウエハの存在下でＨ２ガスを導入してＲｕ膜を成膜した場合と、Ｈ２ガスを導入しない従来の方法でＲｕ膜を成膜した場合とにおける膜厚とＨａｚｅとの関係を示すものであり、図９はウエハ搬入前にＨ２ガスを導入してＲｕ膜を成膜した場合と、Ｈ２ガスを導入しない従来の方法でＲｕ膜を成膜した場合とにおける膜厚とＨａｚｅとの関係を示すものである。図８に示すように、ウエハの存在下でＨ２ガスを導入すると、従来よりもＨａｚｅが上昇する傾向があるのに対し、図９に示すように、Ｈ２ガスを導入して昇温した後にＲｕ膜を成膜した場合には、従来と同等のＨａｚｅが得られることが確認された。このようなＨａｚｅの上昇（Ｈａｚｅの低下）は、下地のＴｉＮ膜がＨ２ガスに曝されることによるものであると考えられ、ウエハ搬入前にＨ２ガスで予備加熱することが好ましいことが確認された。
＜Ｃｕ配線の形成方法＞
次に、以上のように形成されるＲｕ膜を用いたＣｕ配線の形成方法について説明する。
図１０はそのようなＣｕ配線の形成方法を示すフローチャートであり、図１１はその工程断面図である。
まず、下部構造２０１（詳細は省略）の上にＳｉＯ２膜、Ｌｏｗ−ｋ膜（ＳｉＣＯ、ＳｉＣＯＨ等）等の層間絶縁膜２０２を有し、そこにトレンチ２０３および下層配線への接続のためのビア（図示せず）が所定パターンで形成された半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを準備する（ステップ１１、図１１（ａ））。このようなウエハＷとしては、ＤｅｇａｓプロセスやＰｒｅ−Ｃｌｅａｎプロセスによって、絶縁膜表面の水分やエッチング／アッシング時の残渣を除去したものであることが好ましい。
次に、トレンチ２０３およびビアの表面を含む全面にＣｕの拡散を抑制するバリア膜２０４を成膜する（ステップ１２、図１１（ｂ））。
バリア膜２０４としては、Ｃｕに対して高いバリア性を有し、低抵抗のものが好ましく、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、Ｔａ／ＴａＮの２層膜を好適に用いることができる。また、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜等を用いることもできる。Ｃｕ配線はトレンチまたはホール内に埋め込むＣｕの体積が大きくなるほど低抵抗になるので、バリア膜は非常に薄く形成することが好ましく、そのような観点からその厚さは１〜２０ｎｍが好ましい。より好ましくは１〜１０ｎｍである。バリア膜は、ｉＰＶＤ、例えばプラズマスパッタにより成膜することができる。また、通常のスパッタ、イオンプレーティング等の他のＰＶＤで成膜することもでき、ＣＶＤやＡＬＤ、プラズマを用いたＣＶＤやＡＬＤで成膜することもできる。
次いで、バリア膜２０４の上に、上述したルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を用いたＣＶＤ法により、Ｒｕ膜２０５をライナー膜として成膜する（ステップ１３、図１１（ｃ））。Ｒｕ膜は、埋め込むＣｕの体積を大きくして配線を低抵抗にする観点から、例えば１〜５ｎｍと薄く形成することが好ましい。
ＲｕはＣｕに対する濡れ性が高いため、Ｃｕの下地にＲｕ膜を形成することにより、次のｉＰＶＤによるＣｕ膜形成の際に、良好なＣｕの移動性を確保することができ、トレンチやホールの間口を塞ぐオーバーハングを生じ難くすることができる。また、上述のように、Ｈ２ガスのような熱伝達ガスにより予備加熱を行うことにより、加熱ヒーターが埋設されている載置台本体の熱を外側部材に供給することができ、Ｃｕ配線の微細化にともなってＲｕ膜の要求膜厚が２ｎｍ以下という極めて薄いレベルになっても、膜厚の面内均一性を高く維持することができる。
次いで、ＰＶＤによりＣｕ膜２０６を形成し、トレンチ２０３およびビア（図示せず）を埋め込む（ステップ１４、図１１（ｄ））。ＰＶＤとしては、ｉＰＶＤを用いることが好ましい。これにより、Ｃｕのオーバーハングを抑制して良好な埋め込み性を確保することができる。また、ＰＶＤを用いることによりめっきよりも高純度のＣｕ膜を得ることができる。Ｃｕ膜２０６の成膜に際しては、その後の平坦化処理に備えて、Ｃｕ膜２０６がトレンチ２０３の上面から積み増されるように形成されることが好ましい。ただし、この積み増し分については、ＰＶＤにより連続して形成する代わりに、めっきによって形成してもよい。
Ｃｕ膜２０６の成膜後、必要に応じてアニール処理を行う（ステップ１５、図１１（ｅ））。このアニール処理により、Ｃｕ膜２０６を安定化させる。
この後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりウエハＷ表面の全面を研磨して、表面のＣｕ膜２０６、ならびにその下のＲｕ膜２０５およびバリア膜２０４を除去して平坦化する（ステップ１６、図１１（ｆ））。これによりトレンチおよびビア（ホール）内にＣｕ配線２０７が形成される。
なお、Ｃｕ配線２０７を形成後、ウエハＷ表面のＣｕ配線２０７および層間絶縁膜２０２を含む全面に、誘電体キャップやメタルキャップ等の適宜のキャップ膜が成膜される。
以上のような方法により、極めて微細なトレンチやホールに対して高ステップカバレッジでＲｕ膜を成膜することができるので、ボイドが生じることなくＣｕ膜を埋め込むことが可能となる。また、高ステップカバレッジでＲｕ膜を成膜できることにより、極めて薄いＲｕ膜を成膜することができ、Ｃｕ配線中のＣｕの体積をより増大させることができるので、Ｃｕ配線をより低抵抗化することができる。なお、ＣＶＤでＣｕを埋め込むことにより、Ｃｕの結晶粒を増大させることができ、これによってもＣｕ配線をより低抵抗化することができる。
＜Ｃｕ配線を形成するための成膜システム＞
次に、Ｃｕ配線の形成方法の実施に好適な成膜システムについて説明する。
図１２は、Ｃｕ配線の形成方法に用いられる成膜システムの一例を示す平面図である。
成膜システム３００は、バリア膜成膜およびＲｕ膜成膜のための第１の処理部３０１と、Ｃｕ膜成膜のための第２の処理部３０２と、搬入出部３０３と、制御部３０４を有しており、ウエハＷに対してＣｕ配線を形成する際における、下地膜の成膜からＣｕ膜の成膜を行うものである。
第１の処理部３０１は、第１の真空搬送室３１１と、この第１の真空搬送室３１１の壁部に接続された、２つのバリア膜成膜装置３１２ａ，３１２ｂおよび２つのＲｕ膜成膜装置３１４ａ，３１４ｂとを有している。Ｒｕ膜成膜装置３１４ａ，３１４ｂは、上述した成膜装置１と同様に構成されている。バリア膜成膜装置３１２ａおよびＲｕ膜成膜装置３１４ａとバリア膜成膜装置３１２ｂおよびＲｕ膜成膜装置３１４ｂとは線対称の位置に配置されている。
第１の真空搬送室３１１の他の壁部には、ウエハＷのデガス処理を行うデガス室３０５ａ，３０５ｂが接続されている。また、第１の真空搬送室３１１のデガス室３０５ａと３０５ｂとの間の壁部には、第１の真空搬送室３１１と後述する第２の真空搬送室３２１との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し室３０５が接続されている。
バリア膜成膜装置３１２ａ，３１２ｂ、Ｒｕ膜成膜装置３１４ａ，３１４ｂ、デガス室３０５ａ，３０５ｂ、および受け渡し室３０５は、第１の真空搬送室３１１の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブＧの開閉により、第１の真空搬送室３１１に対して連通・遮断される。
第１の真空搬送室３１１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、ウエハＷを搬送する第１の搬送機構３１６が設けられている。この第１の搬送機構３１６は、第１の真空搬送室３１１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部３１７と、その先端に設けられたウエハＷを支持する２つの支持アーム３１８ａ，３１８ｂとを有する。第１の搬送機構３１６は、ウエハＷをバリア膜成膜装置３１２ａ，３１２ｂ、Ｒｕ膜成膜装置３１４ａ，３１４ｂ、デガス室３０５ａ，３０５ｂ、および受け渡し室３０５に対して搬入出する。
第２の処理部３０２は、第２の真空搬送室３２１と、この第２の真空搬送室３２１の対向する壁部に接続された２つのＣｕ膜成膜装置３２２ａ，３２２ｂとを有している。Ｃｕ膜成膜装置３２２ａ，３２２ｂを凹部の埋め込みから積み増し部の成膜まで一括して行う装置として用いてもよいし、Ｃｕ膜成膜装置３２２ａ，３２２ｂを埋め込みのみに用い、積み増し部をめっきによって形成してもよい。
第２の真空搬送室３２１の第１の処理部３０１側の２つの壁部には、それぞれ上記デガス室３０５ａ，３０５ｂが接続され、デガス室３０５ａと３０５ｂとの間の壁部には、上記受け渡し室３０５が接続されている。すなわち、受け渡し室３０５ならびにデガス室３０５ａおよび３０５ｂは、いずれも第１の真空搬送室３１１と第２の真空搬送室３２１との間に設けられ、受け渡し室３０５の両側にデガス室３０５ａおよび３０５ｂが配置されている。さらに、搬入出部３０３側の２つの壁部には、それぞれ大気搬送および真空搬送可能なロードロック室３０６ａ，３０６ｂが接続されている。
Ｃｕ膜成膜装置３２２ａ，３２２ｂ、デガス室３０５ａ，３０５ｂ、およびロードロック室３０６ａ，３０６ｂは、第２の真空搬送室３２１の各壁部にゲートバルブＧを介して接続され、これらは対応するゲートバルブを開放することにより第２の真空搬送室３２１と連通され、対応するゲートバルブＧを閉じることにより第２の真空搬送室３２１から遮断される。また、受け渡し室３０５はゲートバルブを介さずに第２の搬送室３２１に接続されている。
第２の真空搬送室３２１内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、Ｃｕ膜成膜装置３２２ａ，３２２ｂ、デガス室３０５ａ，３０５ｂ、ロードロック室３０６ａ，３０６ｂおよび受け渡し室３０５に対してウエハＷの搬入出を行う第２の搬送機構３２６が設けられている。この第２の搬送機構３２６は、第２の真空搬送室３２１の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部３２７を有し、その回転・伸縮部３２７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム３２８ａ，３２８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム３２８ａ，３２８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部３２７に取り付けられている。
搬入出部３０３は、上記ロードロック室３０６ａ，３０６ｂを挟んで第２の処理部３０２と反対側に設けられており、ロードロック室３０６ａ，３０６ｂが接続される大気搬送室３３１を有している。大気搬送室３３１の上部には清浄空気のダウンフローを形成するためのフィルター（図示せず）が設けられている。ロードロック室３０６ａ，３０６ｂと大気搬送室３３１との間の壁部にはゲートバルブＧが設けられている。大気搬送室３３１のロードロック室３０６ａ，３０６ｂが接続された壁部と対向する壁部には被処理基板としてのウエハＷを収容するキャリアＣを接続する２つの接続ポート３３２，３３３が設けられている。また、大気搬送室３３１の側面にはウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ３３４が設けられている。大気搬送室３３１内には、キャリアＣに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室３０６ａ，３０６ｂに対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送用搬送機構３３６が設けられている。この大気搬送用搬送機構３３６は、２つの多関節アームを有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール３３８上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３３７上にウエハＷを載せてその搬送を行うようになっている。
制御部３０４は、成膜システム３００の各構成部、例えばバリア膜成膜装置３１２ａ，３１２ｂ、Ｒｕ膜成膜装置３１４ａ，３１４ｂ、Ｃｕ膜成膜装置３２２ａ，３２２ｂ、搬送機構３１６，３２６，３３６等を制御するためのものであり、各構成部を個別に制御するコントローラ（図示せず）（例えば上記コントローラ７）の上位の制御装置として機能する。この制御部３０４は、各構成部の制御を実行するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラと、オペレータが成膜システム３００を管理するための入力操作や稼働状況のモニタリングを行うためのユーザーインターフェースと、各種データ、および処理条件に応じて処理装置の各構成部に処理を実行させるための処理レシピやその他制御データが格納された記憶部とを備えている。処理レシピは記憶部の中の記憶媒体（ハードディスク、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等）に記憶されている。他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェースからの指示等にて任意のレシピを記憶部から呼び出してプロセスコントローラに実行させることで、プロセスコントローラの制御下で、成膜システム３００での所望の処理が行われる。
このような成膜システム３００においては、キャリアＣから大気搬送用搬送機構３３６によりトレンチやホールを有する所定パターンが形成されたウエハＷを取り出し、ロードロック室３０６ａまたは３０６ｂに搬送し、そのロードロック室を第２の真空搬送室３２１と同程度の真空度に減圧した後、第２の搬送機構３２６によりロードロック室のウエハＷを第２の真空搬送室３２１を介してデガス室３０５ａまたは３０５ｂに搬送し、ウエハＷのデガス処理を行う。その後、第１の搬送機構３１６によりデガス室のウエハＷを取り出し、第１の真空搬送室３１１を介してバリア膜成膜装置３１２ａまたは３１２ｂに搬入し、バリア膜を成膜する。バリア膜成膜後、第１の搬送機構３１６によりバリア膜成膜装置３１２ａまたは３１２ｂからウエハＷを取り出し、Ｒｕ膜成膜装置３１４ａまたは３１４ｂに搬入し、上述したようにＲｕ膜を成膜する。Ｒｕ膜成膜後、第１の搬送機構３１６によりＲｕ膜成膜装置３１４ａまたは３１４ｂからウエハＷを取り出し、受け渡し室３０５に搬送する。その後、第２の搬送機構３２６によりウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室３２１を介してＣｕ成膜装置３２２ａまたは３２２ｂに搬入してＣｕ膜を形成し、トレンチおよびビアにＣｕを埋め込む。この際に、積み増し部まで一括して成膜してもよいが、Ｃｕ膜成膜装置３２２ａまたは３２２ｂでは埋め込みのみを行い、めっきによって積み増し部の形成を行ってもよい。
Ｃｕ膜の形成後、ウエハＷをロードロック室３０６ａまたは３０６ｂに搬送し、そのロードロック室を大気圧に戻した後、大気搬送用搬送機構３３６によりＣｕ膜が形成されたウエハＷを取り出し、キャリアＣに戻す。このような処理をキャリア内のウエハＷの数の分だけ繰り返す。
このような成膜システム３００によれば、大気開放することなく真空中でバリア膜の成膜、Ｒｕ膜の成膜、Ｃｕ膜の成膜を行うことができ、各工程後の表面での酸化を防止することができ、高性能のＣｕ配線を得ることができる。
以上の成膜システム３００により上記実施形態におけるバリア膜成膜からＣｕ膜成膜までを行うことができるが、Ｃｕ膜成膜後に行われるアニール工程、ＣＭＰ工程は、成膜システム３００から搬出した後のウエハＷに対し、別途の装置を用いて行うことができる。これらの装置は、通常用いられる構成のものでよい。これら装置と成膜システム３００とでＣｕ配線形成システムを構成し、制御部３０４と同じ機能を有する共通の制御部により一括して制御するようにすることにより、上記他の実施形態のＣｕ配線の形成方法を一つの処理レシピにより一括して制御することができる。
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、Ｃｕ配線形成の際のＣｕ膜の下地膜として使用するＲｕ膜を例にとって説明したが、これに限るものではない。また、上記実施形態では、Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガスを用いてＲｕ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、本発明の原理上、成膜原料ガスを熱により分解または反応させて膜形成するものであれば適用可能であり、成膜する膜はＲｕ膜に限らず、膜の材料に応じて成膜原料ガスとして種々の金属カルボニルを用いることができるし、成膜原料ガスは金属カルボニルに限らず種々のものを用いることができる。また、上記実施形態では、金属カルボニルガスであるＲｕ３（ＣＯ）１２ガスを熱分解する場合について示したが、成膜原料ガスを他のガスと反応させて所定の膜を形成する場合にも適用可能である。
さらに、上記実施形態では、トレンチとビア（ホール）とを有するウエハに本発明の方法を適用した例を示したが、凹部の形態はトレンチとビアの両方有するものに限らない。また、適用されるデバイスの構造も上記実施形態に限らず、基板についても半導体ウエハに限らない。
さらに、上記実施形態では成膜装置として、成膜原料が基板の周縁部と中心部に均一に供給されるように、周縁部の基板より外側に対応する位置にガス放出口を有するバッフル板を用いるとともに、処理空間Ｓを囲むようないう区画壁を設けて成膜原料の流れを制御するようにした成膜装置について示したが、これに限らず、基板にシャワー状にガスを放出する一般的なシャワーヘッドを用いて成膜原料ガスを放出する等の他のガス導入機構を用いる成膜装置でも、基板の外側の部材の温度が基板よりも低くなることによって膜厚が不均一になるような場合であれば適用可能である。
１；成膜装置
２；処理容器
３；載置台
４；ガス導入機構
５；ガス供給機構
６；排気機構
７；コントローラ
２３；加熱ヒーター
３１；載置台本体
３２；基台
３５；エッジリング（外側部材）
４４；カバーリング（外側部材）
６０；成膜原料
６１；成膜原料容器
６３；キャリアガス供給配管
６４；ＣＯガス供給源
７５；Ｈ２ガス供給源
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (12)

  1. 処理容器内に設けられた載置台の載置台本体に被処理基板を載置し、前記処理容器内を真空排気した状態で、前記載置台本体に設けられた加熱ヒーターにより前記被処理基板を加熱しつつ、前記処理容器内に成膜原料ガスを供給し、前記被処理基板の表面で成膜原料ガスを熱分解または反応させて前記被処理基板上に所定の膜を成膜する成膜方法であって、
    前記成膜原料ガスの供給に先立って、前記処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させることを特徴とする成膜方法。
  2. 前記載置台は、前記載置台本体の外側に、被処理基板よりも低い温度に設定された外側部材を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
  3. 被処理基板を前記処理容器に搬入する前に、前記処理容器内に前記熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させた後、前記熱伝達ガスを前記処理容器から排出し、その後被処理基板を前記処理容器に搬入して前記載置台に載置し、成膜処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成膜方法。
  4. 被処理基板を前記処理容器に搬入して前記載置台に載置した後、前記処理容器内に昇温ガスを導入して前記被処理基板を昇温させ、その後成膜処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
  5. 前記成膜原料ガスとしてＲｕ３（ＣＯ）１２ガスを用い、これを熱分解して前記所定の膜としてルテニウム膜を成膜することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法。
  6. 前記所定の膜としてのルテニウム膜は、銅配線を形成する際の銅膜の下地として用いられることを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
  7. 被処理基板の表面に所定の膜を形成する成膜装置であって、
    被処理基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内で被処理基板が載置される載置台本体を有する載置台と、
    載置台本体に設けられた加熱ヒーターと、
    前記処理容器内に成膜原料ガスを供給する成膜原料ガス供給手段と、
    前記処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入する熱伝達ガス導入手段と、
    前記処理容器内を排気する排気手段と、
    前記加熱ヒーターにより前記載置台本体上の被処理基板を加熱させつつ、前記処理容器内に成膜原料ガスを供給し、前記被処理基板の表面で成膜原料ガスを熱分解または反応させて前記被処理基板上に所定の膜を成膜する制御、および前記成膜原料ガスの供給に先立って、前記処理容器内にＨ２ガスまたはＨｅガスを含む熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させる制御を行う制御部と
    を有することを特徴とする成膜装置。
  8. 前記載置台は、前記載置台本体の外側に、被処理基板よりも低い温度に設定された外側部材を有することを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
  9. 前記制御部は、被処理基板を前記処理容器に搬入する前に、前記処理容器内に前記熱伝達ガスを導入して前記載置台本体の熱を前記載置台本体の外側に熱伝達させた後、前記熱伝達ガスを前記処理容器から排出させ、その後被処理基板を前記処理容器に搬入して前記載置台に載置させ、成膜処理を行わせることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の成膜装置。
  10. 前記制御部は、被処理基板を前記処理容器に搬入させて前記載置台に載置させた後、前記処理容器内に昇温ガスを導入させて前記被処理基板を昇温させ、その後成膜処理を行わせることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
  11. 前記成膜原料ガスとしてＲｕ３（ＣＯ）１２ガスを用い、これを熱分解して前記所定の膜としてルテニウム膜を成膜させることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
  12. コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項６のいずれかの成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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