JP2021147691A - 半導体装置の製造方法及び基板処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】自然酸化膜を除去して導電体間のコンタクト抵抗を低減できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による半導体装置の製造方法は、第１導電体を有する基板を準備する工程と、前記基板を加熱する工程と、前記加熱する工程の後、前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置の製造方法及び基板処理システムに関する。

タングステン配線の表面に形成されたタングステン酸化物を水素ラジカルにより還元して除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１１１３４７号公報

本開示は、自然酸化膜を除去して導電体間のコンタクト抵抗を低減できる技術を提供する。

本開示の一態様による半導体装置の製造方法は、第１導電体を有する基板を準備する工程と、前記基板を加熱する工程と、前記加熱する工程の後、前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、を含む。

本開示によれば、自然酸化膜を除去して導電体間のコンタクト抵抗を低減できる。

実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図 実施形態の基板処理システムの一例を示す概略図 加熱工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図 除去工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図 成膜工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図 実施例の評価結果を示す図

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

〔半導体装置の製造方法〕
図１を参照し、実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図１は、実施形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。

まず、図１（ａ）に示されるように、第１導電体１１を有する基板１０を準備する（準備工程）。基板１０は、第１導電体１１及び絶縁膜１２を含む。基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウエハ等の半導体ウエハである。第１導電体１１は、例えば配線材料である。第１導電体１１としては、例えばタングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）が挙げられる。絶縁膜１２は、第１導電体１１の上に形成されている。絶縁膜１２には、トレンチ、ホール等の凹部１３が形成され、凹部１３の底面１３ａにおいて第１導電体１１が露出している。そのため、第１導電体１１の露出した表面には、第１導電体１１が酸化した金属酸化膜である自然酸化膜１４が成長している。絶縁膜１２は、例えば窒化シリコン膜１２ａと酸化シリコン膜１２ｂの積層膜である。窒化シリコン膜１２ａは、例えばエッチストッパ層である。酸化シリコン膜１２ｂは、例えば層間絶縁膜である。なお、絶縁膜１２は、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等の単層膜であってもよい。

続いて、図１（ｂ）に示されるように、準備工程において準備された基板１０を第１の温度に加熱する（加熱工程）。第１の温度は、例えば後述する除去工程の開始時の基板１０の温度が２００〜４００℃となるように設定される。第１の温度と除去工程の開始時の基板１０の温度との対応関係は、予備実験等により算出される。

続いて、図１（ｃ）に示されるように、加熱工程で加熱された基板１０を水素プラズマに曝すことにより、第１導電体１１の上に成長した自然酸化膜１４を除去する（除去工程）。本実施形態において、除去工程は、加熱工程の後に基板１０を大気に曝すことなく連続して行われる。除去工程は、例えば加熱工程が行われた処理装置と真空搬送室を介して接続された別の処理装置で行われる。除去工程は、例えば加熱工程よりも低い温度で行われる。

続いて、図１（ｄ）に示されるように、表面の自然酸化膜１４が除去された第１導電体１１の上に第２導電体１５を形成する（成膜工程）。本実施形態において、成膜工程では、基板１０に第２導電体１５を含有する前駆体を供給して凹部１３に第２導電体１５を埋め込む。第２導電体１５は、例えばルテニウム（Ｒｕ）である。Ｒｕを含有する前駆体としては、例えばドデカカルボニルトリルテニウム（Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２）が挙げられる。

以上に説明した半導体装置の製造方法では、準備工程、加熱工程、除去工程及び成膜工程をこの順に行うことにより、第１導電体１１上の自然酸化膜１４を除去した上で、第１導電体１１上に第２導電体１５を形成する。これにより、第１導電体１１と第２導電体１５との間のコンタクト抵抗を低減できる。その結果、第１導電体１１及び第２導電体１５を含む半導体装置の配線抵抗を低減できる。

〔基板処理システム〕
図２を参照し、実施形態の半導体装置の製造方法を実施するための基板処理システムの一例について説明する。図２は、実施形態の基板処理システムの一例を示す概略図である。

基板処理システム１は、処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４、真空搬送室ＴＭ、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３、大気搬送室ＬＭ、ロードポートＬＰ１〜ＬＰ３及び全体制御部ＣＴを備える。

処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４は、それぞれゲートバルブＧ１〜Ｇ４を介して真空搬送室ＴＭと接続されている。処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４内は所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて基板の一例であるウエハＷに所望の処理を施す。本実施形態において、処理装置ＰＭ１は除去工程を実施するための装置であり、処理装置ＰＭ２は加熱工程を実施するための装置であり、処理装置ＰＭ３は成膜工程を実施するための装置である。なお、処理装置ＰＭ４は予備の装置であり、処理装置ＰＭ１〜ＰＭ３のいずれかと同じ工程を実施するための装置であってもよく、処理装置ＰＭ１〜ＰＭ３とは別の工程を実施するための装置であってもよい。また、処理装置ＰＭ４は設けられていなくてもよい。

真空搬送室ＴＭは、内部を所定の圧力に減圧可能に構成される。所定の圧力は、例えば１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−４Ｐａ）以下である。真空搬送室ＴＭには、減圧状態でウエハＷを搬送可能な搬送ロボットＴＲ１が設けられている。搬送ロボットＴＲ１は、処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４及びロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３に対してウエハＷを搬送する。搬送ロボットＴＲ１は、例えば独立に移動可能な２つの搬送アームを有する。

ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３は、それぞれゲートバルブＧ５〜Ｇ７を介して真空搬送室ＴＭと接続され、ゲートバルブＧ８〜Ｇ１０を介して大気搬送室ＬＭと接続されている。ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３は、内部を大気雰囲気と真空雰囲気との間で切り替え可能に構成される。

大気搬送室ＬＭは、内部が大気雰囲気である。大気搬送室ＬＭ内には、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。大気搬送室ＬＭ内には、ウエハＷのアライメントを行うアライナＡＵが設けられている。また、大気搬送室ＬＭには、搬送ロボットＴＲ２が設けられている。搬送ロボットＴＲ２は、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３、後述するロードポートＬＰ１〜ＬＰ３のキャリアＣ及びアライナＡＵに対してウエハＷを搬送する。

ロードポートＬＰ１〜ＬＰ３は、大気搬送室ＬＭの長辺の壁面に設けられている。ロードポートＬＰ１〜ＬＰ３は、ウエハＷが収容されたキャリアＣ又は空のキャリアＣが取り付けられる。キャリアＣは、例えばＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）である。

全体制御部ＣＴは、基板処理システム１の各部を制御する。例えば、全体制御部ＣＴは、処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４の動作、搬送ロボットＴＲ１，ＴＲ２の動作、ゲートバルブＧ１１〜Ｇ１０の開閉、ロードロック室ＬＬＭ１〜ＬＬＭ３内の雰囲気の切り替え等を実行する。全体制御部ＣＴは、例えばコンピュータであってよい。

次に、基板処理システム１の動作の一例について説明する。

まず、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ８を開けると共に、搬送ロボットＴＲ２を制御して、例えばロードポートＬＰ１のキャリアＣ内に収容されたウエハＷをロードロック室ＬＬＭ１内に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ８を閉じ、ロードロック室ＬＬＭ１内を真空雰囲気とする。

続いて、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ５を開けると共に、搬送ロボットＴＲ１を制御して、ロードロック室ＬＬＭ１内のウエハＷを処理装置ＰＭ２に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ５を閉じ、処理装置ＰＭ２を動作させることにより、処理装置ＰＭ２において加熱工程を実施する。

加熱工程が終了すると、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ１を開けると共に、搬送ロボットＴＲ１を制御して、処理装置ＰＭ２において加熱されたウエハＷを処理装置ＰＭ１に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ２，Ｇ１を閉じ、処理装置ＰＭ１を動作させることにより、処理装置ＰＭ１において除去工程を実施する。

除去工程が終了すると、全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ１，Ｇ３を開けると共に、搬送ロボットＴＲ１を制御して、処理装置ＰＭ１において自然酸化膜が除去されたウエハＷを処理装置ＰＭ３に搬送する。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ１，Ｇ３を閉じ、処理装置ＰＭ３を動作させることにより、処理装置ＰＭ３において成膜工程を実施する。

成膜工程が終了すると、全体制御部ＣＴは、処理装置ＰＭ３において成膜が行われたウエハＷを、搬送ロボットＴＲ１を制御して、例えばロードロック室ＬＬＭ３に搬送する。全体制御部ＣＴは、ロードロック室ＬＬＭ３内を大気雰囲気とする。全体制御部ＣＴは、ゲートバルブＧ１０を開けると共に、搬送ロボットＴＲ２を制御して、ロードロック室ＬＬＭ３のウエハＷを例えばロードポートＬＰ３のキャリアＣ内に搬送して収容する。

このように、基板処理システム１によれば、各処理装置ＰＭ１〜ＰＭ３においてウエハＷに処理が施される間、ウエハＷを大気に曝すことなく、つまり、真空を破らずにウエハＷに処理を施すことができる。

なお、上記の例では、加熱工程、除去工程及び成膜工程を、それぞれ処理装置ＰＭ２、処理装置ＰＭ１及び処理装置ＰＭ３において実施する場合を説明したが本開示はこれに限定されない。例えば、一部の工程（例えば加熱工程及び除去工程）を同一の処理装置において実施してもよく、全ての工程（加熱工程、除去工程及び成膜工程）を同一の処理装置において実施してもよい。

〔処理装置ＰＭ２〕
図３を参照し、図２の基板処理システム１における処理装置ＰＭ２の構成例について説明する。図３は、加熱工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図である。

処理装置ＰＭ２は、処理容器２１０、ステージ２２０、シャワーヘッド２３０、排気部２４０、ガス供給機構２５０及び制御部２９０を有する。

処理容器２１０は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器２１０は、ウエハＷを収容する。処理容器２１０の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口２１１が形成されている。搬入出口２１１は、ゲートバルブ２１２により開閉される。ゲートバルブ２１２は、図２ではゲートバルブＧ２として図示している。処理容器２１０の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト２１３が設けられている。排気ダクト２１３には、内周面に沿ってスリット２１３ａが形成されている。排気ダクト２１３の外壁には、排気口２１３ｂが形成されている。排気ダクト２１３の上面には、処理容器２１０の上部開口を塞ぐように天壁２１４が設けられている。排気ダクト２１３と天壁２１４との間は、シールリング２１５で気密に封止されている。

ステージ２２０は、処理容器２１０内でウエハＷを水平に支持する。ステージ２２０は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されている。ステージ２２０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２２１が埋め込まれている。ヒータ２２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ２２０の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。ステージ２２０には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックス材料により形成されたカバー部材２２２が設けられている。

ステージ２２０の底面には、ステージ２２０を支持する支持部材２２３が設けられている。支持部材２２３は、ステージ２２０の底面の中央から処理容器２１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器２１０の下方に延び、その下端が昇降機構２２４に接続されている。昇降機構２２４は、支持部材２２３を介してステージ２２０を、図３で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降させる。支持部材２２３の処理容器２１０の下方には、鍔部２２５が取り付けられており、処理容器２１０の底面と鍔部２２５の間には、処理容器２１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ２２０の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２２６が設けられている。

処理容器２１０の底面の近傍には、昇降板２２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の昇降ピン２２７が設けられている。昇降ピン２２７は、処理容器２１０の下方に設けられた昇降機構２２８により昇降板２２７ａを介して昇降する。昇降ピン２２７は、搬送位置にあるステージ２２０に設けられた貫通孔２２０ａに挿通されてステージ２２０の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン２２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）とステージ２２０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

シャワーヘッド２３０は、処理容器２１０内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド２３０は、金属により形成されている。シャワーヘッド２３０は、ステージ２２０に対向するように設けられており、ステージ２２０とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド２３０は、処理容器２１０の天壁２１４に固定された本体部２３１と、本体部２３１の下に接続されたシャワープレート２３２とを有する。本体部２３１とシャワープレート２３２との間にはガス拡散空間２３３が形成されており、ガス拡散空間２３３には処理容器２１０の天壁２１４及び本体部２３１の中央を貫通するようにガス導入孔２３６が設けられている。シャワープレート２３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部２３４が形成されている。環状突起部２３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔２３５が形成されている。ステージ２２０が処理位置に存在した状態では、ステージ２２０とシャワープレート２３２との間に処理空間２３８が形成され、カバー部材２２２の上面と環状突起部２３４とが近接して環状隙間２３９が形成される。

排気部２４０は、処理容器２１０の内部を排気する。排気部２４０は、排気口２１３ｂに接続された排気配管２４１と、排気配管２４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構２４２とを有する。処理に際しては、処理容器２１０内のガスがスリット２１３ａを介して排気ダクト２１３に至り、排気ダクト２１３から排気配管２４１を通って排気機構２４２により排気される。

ガス供給機構２５０は、シャワーヘッド２３０のガス導入孔２３６にガス供給ライン２３７を介して接続されている。ガス供給機構２５０は、１又は複数のガス供給源及びガスボックスを含み、処理容器２１０内に流量を制御しながら処理ガスを供給する。本実施形態において、複数のガス供給源は、窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスの供給源を含む。

制御部２９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置ＰＭ２の動作を制御する。なお、制御部２９０は、全体制御部ＣＴ（図２参照）と独立に設けられていてもよく、全体制御部ＣＴが制御部２９０を兼ねてもよい。

次に、処理装置ＰＭ２において実施される加熱工程の一例について説明する。なお、開始時において、処理容器２１０内は排気機構２４２により真空雰囲気となっており、ステージ２２０は搬送位置に移動しているものとして説明する。

制御部２９０は、ゲートバルブ２１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、タングステン膜を有するウエハＷが処理容器２１０内に搬送されてステージ２２０に載置される。搬送ロボットＴＲ１が処理容器２１０内から退避すると、制御部２９０は、ゲートバルブ２１２を閉じる。

続いて、制御部２９０は、ヒータ２２１を制御して、ウエハＷを第１の温度に加熱する。第１の温度は、例えば処理装置ＰＭ１における除去工程の開始時のウエハＷの温度が２００〜４００℃となるように設定される。また、制御部２９０は、昇降機構２２４を制御して、ステージ２２０を処理位置まで上昇させ、処理空間２３８を形成する。また、制御部２９０は、ガス供給機構２５０を制御して処理容器２１０内にＮ_２ガスを供給すると共に、排気機構２４２の圧力制御バルブを制御して処理容器２１０内を所定の圧力に調整する。係る状態で、ウエハＷを所定の時間加熱する。

所定の時間が経過すると、制御部２９０は、ガス供給機構２５０を制御して処理容器２１０内へのＮ_２ガスの供給を停止し、ゲートバルブ２１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１により、昇降ピン２２７の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口２１１から退避すると、制御部２９０は、ゲートバルブ２１２を閉じる。

〔処理装置ＰＭ１〕
図４を参照し、図２の基板処理システム１における処理装置ＰＭ１の構成例について説明する。図４は、除去工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図である。

処理装置ＰＭ１は、処理容器１１０、ステージ１２０、シャワーヘッド１３０、排気部１４０、ガス供給機構１５０及び制御部１９０を有する。

処理容器１１０は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１１０の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１１が形成されている。搬入出口１１１は、ゲートバルブ１１２により開閉される。ゲートバルブ１１２は、図２ではゲートバルブＧ１として図示している。処理容器１１０の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１１３が設けられている。排気ダクト１１３には、内周面に沿ってスリット１１３ａが形成されている。排気ダクト１１３の外壁には、排気口１１３ｂが形成されている。排気ダクト１１３の上面には、処理容器１１０の上部開口を塞ぐように天壁１１４が設けられている。排気ダクト１１３と天壁１１４の間はシールリング１１５で気密に封止されている。

ステージ１２０は、処理容器１１０内でウエハＷを水平に支持する部材である。ステージ１２０は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材１２３に支持されている。ステージ１２０は、ＡｌＮ等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ１２１と電極１２９とが埋め込まれている。ヒータ１２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ１２０の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ１２１の出力を制御し、これにより、ウエハＷが所定の温度に制御される。

電極１２９には、整合器１４３を介して第１高周波電源１４４が接続されている。整合器１４３は、第１高周波電源１４４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１高周波電源１４４は、電極１２９を介してステージ１２０に第１の周波数の電力を印加する。第１の周波数は、例えば１２．８８ＭＨｚである。ただし、第１の周波数１２．８８ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、ステージ１２０は、下部電極としても機能する。

また、電極１２９は、処理容器１１０の外側に配置したＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８を介して吸着電源１４９に接続され、ウエハＷをステージ１２０に吸着させるための電極としても機能する。

また、シャワーヘッド１３０には、整合器１４５を介して第２高周波電源１４６が接続されている。整合器１４５は、第２高周波電源１４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２高周波電源１４６は、シャワーヘッド１３０に第２の周波数の電力を印加する。第２の周波数は、例えば６０ＭＨｚである。ただし、第２の周波数は６０ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１２．８８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、シャワーヘッド１３０は、上部電極としても機能する。

ステージ１２０には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材１２２が設けられている。ステージ１２０の底面には、上部電極と下部電極の間のギャップＧを調整する調整機構１４７が設けられている。調整機構１４７は、支持部材１２３と昇降機構１２４とを有する。支持部材１２３は、ステージ１２０の底面の中央からステージ１２０を支持する。また、支持部材１２３は、処理容器１１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１１０の下方に延び、下端が昇降機構１２４に接続されている。ステージ１２０は、昇降機構１２４により、支持部材１２３を介して昇降する。調整機構１４７は、図４の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置の間で昇降機構１２４を昇降させ、ウエハＷの搬入及び搬出を可能にする。

支持部材１２３の処理容器１１０の下方には、鍔部１２５が取り付けられており、処理容器１１０の底面と鍔部１２５の間には、処理容器１１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ１２０の昇降動作にともなって伸縮するベローズ１２６が設けられている。

処理容器１１０の底面の近傍には、昇降板１２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の昇降ピン１２７が設けられている。昇降ピン１２７は、処理容器１１０の下方に設けられた昇降機構１２８により昇降板１２７ａを介して昇降する。

昇降ピン１２７は、搬送位置にあるステージ１２０に設けられた貫通孔１２０ａに挿通されてステージ１２０の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン１２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）とステージ１２０の間でウエハＷの受け渡しが行われる。

シャワーヘッド１３０は、処理容器１１０内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド１３０は、金属製であり、ステージ１２０に対向するように設けられており、ステージ１２０とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド１３０は、処理容器１１０の天壁１１４に固定された本体部１３１と、本体部１３１の下に接続されたシャワープレート１３２とを有している。本体部１３１とシャワープレート１３２の間には、ガス拡散空間１３３が形成されており、ガス拡散空間１３３には処理容器１１０の天壁１１４及び本体部１３１の中央を貫通するようにガス導入孔１３６が設けられている。シャワープレート１３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部１３４が形成されている。環状突起部１３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔１３５が形成されている。ステージ１２０が処理位置に存在した状態では、ステージ１２０とシャワープレート１３２の間に処理空間１３８が形成され、カバー部材１２２の上面と環状突起部１３４とが近接して環状隙間１３９が形成される。

排気部１４０は、処理容器１１０の内部を排気する。排気部１４０は、排気口１１３ｂに接続された排気配管１４１と、排気配管１４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構１４２とを有する。処理に際しては、処理容器１１０内のガスがスリット１１３ａを介して排気ダクト１１３に至り、排気ダクト１１３から排気配管１４１を通って排気機構１４２により排気される。

ガス供給機構１５０は、シャワーヘッド１３０のガス導入孔１３６にガス供給ライン１３７を介して接続されている。ガス供給機構１５０は、１又は複数のガス供給源及びガスボックスを含み、処理容器１１０内に流量を制御しながら処理ガスを供給する。本実施形態において、複数のガス供給源は、水素（Ｈ_２）ガスの供給源を含む。

制御部１９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置ＰＭ１の動作を制御する。なお、制御部１９０は、全体制御部ＣＴ（図２参照）と独立に設けられていてもよく、全体制御部ＣＴが制御部１９０を兼ねてもよい。

次に、処理装置ＰＭ１において実施される除去工程の一例について説明する。なお、開始時において、処理容器１１０内は排気機構１４２により真空雰囲気となっており、ステージ１２０は搬送位置に移動しているものとして説明する。

制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、昇降ピン１２７の上に、処理装置ＰＭ２において加熱工程が実施された後のウエハＷが載置される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口１１１から退避すると、制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。

続いて、制御部１９０は、昇降機構１２４を制御してステージ１２０を処理位置に移動させる。この際、ステージ１２０が上昇することにより、昇降ピン１２７の上に載置されたウエハＷがステージ１２０の載置面に載置される。また、制御部１９０は、ガス供給機構１５０を制御して処理容器１１０内にＨ_２ガスを供給すると共に、排気機構１４２の圧力制御バルブを制御して処理容器１１０内を所定の圧力に調整する。また、制御部１９０は、第１高周波電源１４４及び整合器１４３を制御して、第１の周波数の電力をステージ１２０に印加する。また、制御部１９０は、第２高周波電源１４６及び整合器１４５を制御して、第２の周波数の電力をシャワーヘッド１３０に印加する。これにより、処理空間１３８にＨ_２プラズマが生成される。このとき、制御部１９０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８をＯＮにすることにより、ウエハＷをステージ１２０に吸着させる。また、制御部１９０は、ヒータ１２１を制御してステージ１２０を第１の温度よりも低い第２の温度に制御してもよい。係る状態でウエハＷを水素プラズマに曝すことにより、タングステン膜の表面の自然酸化膜が除去される。

所定の時間が経過すると、制御部１９０は、ガス供給機構１５０を制御して処理容器１１０内へのＨ_２ガスの供給を停止する。また、制御部１９０は、第１高周波電源１４４及び整合器１４３を制御してステージ１２０への電力の印加を停止し、第２高周波電源１４６及び整合器１４５を制御してシャワーヘッド１３０への電力の印加を停止する。また、制御部１９０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１４８をＯＦＦにしてウエハＷのステージ１２０への吸着を解除させ、昇降機構１２４を制御してステージ１２０を搬送位置に移動させる。この際、昇降ピン１２７の頭部がステージ１２０の載置面から突出し、ステージ１２０の載置面からウエハＷを持ち上げる。

制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１により、昇降ピン１２７の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口１１１から退避すると、制御部１９０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。

〔処理装置ＰＭ３〕
図５を参照し、図２の基板処理システム１における処理装置ＰＭ３の構成例について説明する。図５は、成膜工程を実施するための処理装置の一例を示す断面図である。

処理装置ＰＭ３は、処理容器３０１を有する。処理容器３０１は、上側に開口を有する有底の容器である。支持部材３０２は、ガス吐出機構３０３を支持する。また、支持部材３０２が処理容器３０１の上側の開口を塞ぐことにより、処理容器３０１は密閉され、処理室を形成する。ガス供給部３０４は、支持部材３０２を貫通する供給管３０２ａを介して、ガス吐出機構３０３にＲｕ含有ガス等のプロセスガスやキャリアガスを供給する。ガス供給部３０４から供給されたＲｕ含有ガスやキャリアガスは、ガス吐出機構３０３から処理容器３０１内へ供給される。

ステージ３０５は、ウエハＷを載置する部材である。ステージ３０５の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒータ３０６が設けられている。また、ステージ３０５は、ステージ３０５の下面中心部から下方に向けて伸び、処理容器３０１の底部を貫通する一端が昇降板３０９を介して、昇降機構に支持された支持部３０５ａを有する。また、ステージ３０５は、断熱リング３０７を介して、温調部材である温調ジャケット３０８の上に固定される。温調ジャケット３０８は、ステージ３０５を固定する板部と、板部から下方に延び、支持部３０５ａを覆うように構成された軸部と、板部から軸部を貫通する穴部と、を有している。

温調ジャケット３０８の軸部は、処理容器３０１の底部を貫通する。温調ジャケット３０８の下端部は、処理容器３０１の下方に配置された昇降板３０９を介して、昇降機構３１０に支持される。処理容器３０１の底部と昇降板３０９との間には、ベローズ３１１が設けられており、昇降板３０９の上下動によっても処理容器３０１内の気密性は保たれる。

昇降機構３１０は、昇降板３０９を昇降させることにより、ステージ３０５を、図５で示す処理位置と、ウエハＷの搬送が可能な搬送位置（図示せず）との間で昇降させる。

昇降ピン３１２は、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）との間でウエハＷの受け渡しを行う際、ウエハＷを下面から支持して、ステージ３０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。昇降ピン３１２は、軸部と、軸部よりも拡径した頭部と、を有している。ステージ３０５及び温調ジャケット３０８の板部には、昇降ピン３１２の軸部が挿通する貫通孔が形成されている。また、ステージ３０５の載置面の側に昇降ピン３１２の頭部を収納する溝部が形成されている。昇降ピン３１２の下方には、当接部材３１３が配置されている。

ステージ３０５をウエハＷの処理位置まで移動させた状態において、昇降ピン３１２の頭部は溝部内に収納され、ウエハＷはステージ３０５の載置面に載置される。また、昇降ピン３１２の頭部が溝部に係止され、昇降ピン３１２の軸部はステージ３０５及び温調ジャケット３０８の板部を貫通して、昇降ピン３１２の軸部の下端は温調ジャケット３０８の板部から突出している。一方、ステージ３０５をウエハＷの搬送位置まで移動させた状態において、昇降ピン３１２の下端が当接部材３１３と当接して、昇降ピン３１２の頭部がステージ３０５の載置面から突出する。これにより、昇降ピン３１２の頭部がウエハＷの下面から支持して、ステージ３０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。

環状部材３１４は、ステージ３０５の上方に配置されている。ステージ３０５をウエハＷの処理位置まで移動させた状態において、環状部材３１４は、ウエハＷの上面外周部と接触し、環状部材３１４の自重によりウエハＷをステージ３０５の載置面に押し付ける。一方、ステージ３０５をウエハＷの搬送位置まで移動させた状態において、環状部材３１４は、搬入出口３０１ａよりも上方で図示しない係止部によって係止される。これにより、搬送ロボットＴＲ１（図２参照）によるウエハＷの受け渡しを阻害しないようになっている。

チラーユニット３１５は、配管３１５ａ，３１５ｂを介して、温調ジャケット３０８の板部に形成された流路３０８ａに冷媒、例えば冷却水を循環させる。

伝熱ガス供給部３１６は、配管３１６ａを介して、ステージ３０５に載置されたウエハＷの裏面とステージ３０５の載置面との間に、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス等の伝熱ガスを供給する。

パージガス供給部３１７は、配管３１７ａ、支持部３０５ａと温調ジャケット３０８の穴部との隙間、ステージ３０５と断熱リング３０７の間に形成され径方向外側に向かって延びる流路、ステージ３０５の外周部に形成された上下方向の流路にパージガスを流す。そして、これらの流路を介して、環状部材３１４の下面とステージ３０５の上面との間に、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス等のパージガスを供給する。これにより、環状部材３１４の下面とステージ３０５の上面との間の空間にプロセスガスが流入することを防止して、環状部材３１４の下面やステージ３０５の外周部の上面に成膜されることを防止する。

処理容器３０１の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口３０１ａと、搬入出口３０１ａを開閉するゲートバルブ３１８と、が設けられている。ゲートバルブ３１８は、図２ではゲートバルブＧ３として図示している。

処理容器３０１の下方の側壁には、排気配管３０１ｂを介して、真空ポンプ等を含む排気部３１９が接続される。排気部３１９により処理容器３０１内が排気され、処理容器３０１内が所定の真空雰囲気に設定、維持される。

制御部３９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、処理装置ＰＭ３の動作を制御する。なお、制御部３９０は、全体制御部ＣＴ（図２参照）と独立に設けられていてもよく、全体制御部ＣＴが制御部３９０を兼ねてもよい。

次に、処理装置ＰＭ３において実施される成膜工程の一例について説明する。なお、開始時において、処理容器３０１内は排気部３１９により真空雰囲気となっており、ステージ３０５は搬送位置に移動しているものとして説明する。

制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、昇降ピン３１２の上にウエハＷが載置される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口３０１ａから退避すると、制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を閉じる。

続いて、制御部３９０は、昇降機構３１０を制御してステージ３０５を処理位置に移動させる。この際、ステージ３０５が上昇することにより、昇降ピン３１２の上に載置されたウエハＷがステージ３０５の載置面に載置される。また、環状部材３１４がウエハＷの上面外周部と接触し、環状部材３１４の自重によりウエハＷをステージ３０５の載置面に押し付ける。

処理位置において、制御部３９０は、ヒータ３０６を制御してウエハＷを加熱すると共に、ガス供給部３０４を制御してＲｕ含有ガス等のプロセスガスやキャリアガスをガス吐出機構３０３から処理容器３０１内へ供給する。これにより、タングステン膜の上にＲｕ膜が形成される。処理後のガスは、環状部材３１４の上面側の流路を通過し、排気配管３０１ｂを介して排気部３１９により排気される。この際、制御部３９０は、伝熱ガス供給部３１６を制御して、ステージ３０５に載置されたウエハＷの裏面とステージ３０５の載置面との間に伝熱ガスを供給する。また、制御部３９０は、パージガス供給部３１７を制御して、環状部材３１４の下面とステージ３０５の上面との間にパージガスを供給する。パージガスは、環状部材３１４の下面側の流路を通過し、排気配管３０１ｂを介して排気部３１９により排気される。

所定の時間が終了すると、制御部３９０は、ガス供給部３０４を制御して処理容器３０１内へのプロセスガスやキャリアガスの供給を停止する。また、制御部３９０は、昇降機構３１０を制御してステージ３０５を搬送位置に移動させる。この際、ステージ３０５が下降することにより、環状部材３１４が図示しない係止部によって係止される。また、昇降ピン３１２の下端が当接部材３１３と当接することにより、昇降ピン３１２の頭部がステージ３０５の載置面から突出し、ステージ３０５の載置面からウエハＷを持ち上げる。

制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を開ける。そして、真空搬送室ＴＭ内の搬送ロボットＴＲ１（図２参照）により、昇降ピン３１２の上に載置されたウエハＷが搬出される。搬送ロボットＴＲ１が搬入出口３０１ａから退避すると、制御部３９０は、ゲートバルブ３１８を閉じる。

以上に説明したように、実施形態によれば、第１導電体の上に第２導電体を形成する際、第２導電体を形成する前に基板を加熱した後、基板を水素プラズマに曝すことにより第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する。これにより、第１導電体の表面の自然酸化膜を効率よく除去できる。そのため、第１導電体と第２導電体との間のコンタクト抵抗を低減できる。その結果、半導体装置の配線抵抗を低減できる。

また、実施形態によれば、加熱工程、除去工程及び成膜工程が、真空搬送室ＴＭを介して接続された異なる処理装置ＰＭ１〜ＰＭ３において実施される。これにより、各処理装置ＰＭ１〜ＰＭ３内の温度を大きく変更しなくてよいため、処理装置ＰＭ１〜ＰＭ３内の温度を変更して安定化させるための時間を削減できる。その結果、生産性が向上する。

また、実施形態によれば、除去工程が加熱工程よりも低い温度で実施される。これにより、除去工程の後、基板を室温に近い温度で真空搬送室ＴＭを介して別の処理装置に搬送できる。そのため、真空搬送室ＴＭ内において第１導電体の表面が再酸化されることを抑制できる。

また、実施形態によれば、真空搬送室ＴＭの内部の圧力は、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−４Ｐａ）以下である。これにより、真空搬送室ＴＭ内で第１導電体の表面が酸化することを抑制できる。

また、実施形態によれば、加熱工程において、除去工程の開始時の基板の温度が２００〜４００℃となるように基板を加熱する。これにより、自然酸化膜を除去する効率が高まる。

〔実施例〕
実施形態の半導体装置の製造方法により奏される効果を確認するために行った実施例について説明する。

実施例では、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）ウエハの表面にガリウム（Ｇａ）／インジウム（Ｉｎ）ペーストを用いて試験片（テストクーポン）を貼りつけた評価用ウエハを準備した。試験片は、ＳｉＯ_２ウエハよりも小さい矩形板状のＳｉウエハ上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜及びタングステン（Ｗ）膜がこの順に形成された構造を有する。

続いて、準備した評価用ウエハを処理装置ＰＭ２に搬送し、処理装置ＰＭ２において前述の加熱工程を実施した。加熱工程の条件は以下である。

（加熱工程の条件）
圧力：５Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）
Ｎ_２流量：１．２ｓｌｍ
ステージ設定温度：加熱なし、３６０℃、４５０℃
処理時間：３００秒

続いて、評価用ウエハを、処理装置ＰＭ２から真空搬送室ＴＭを介して処理装置ＰＭ１に搬送し、処理装置ＰＭ１において前述の除去工程を実施した。除去工程の条件は以下である。

（除去工程の条件）
圧力：３０ｍＴｏｒｒ（４Ｐａ）
Ｈ_２流量：１００ｓｃｃｍ
第１高周波電力：１２．８８ＭＨｚ、２００Ｗ
第２高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ
ギャップＧ：５０ｍｍ
ステージ設定温度：９０℃
処理時間：１２０秒

なお、加熱工程においてステージ設定温度を「加熱なし」とした場合の除去工程の開始時の評価用ウエハの温度は３０〜１００℃であった。また、加熱工程においてステージ設定温度を３６０℃、４５０℃とした場合の除去工程の開始時の評価用ウエハの温度は、それぞれ２４６℃、２９４℃であった。

続いて、評価用ウエハを、処理装置ＰＭ１から真空搬送室ＴＭを介して処理装置ＰＭ３に搬送し、処理装置ＰＭ３において前述の成膜工程を実施することにより、Ｗ膜上にＲｕ膜を形成した。

続いて、エネルギー分散型Ｘ線分析（Energy-Dispersive X-ray spectroscopy）により、各評価用ウエハの膜中に含まれる元素の濃度を評価した。

図６は、実施例の評価結果を示す図であり、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度と、Ｗ膜とＲｕ膜との界面（以下「Ｗ／Ｒｕ界面」という。）の酸素濃度との関係を示す。図６中、横軸は除去工程の開始時の評価用ウエハの温度［℃］を示し、縦軸はＷ膜のバルク中の酸素（Ｏ）濃度に対するＷ／Ｒｕ界面の酸素濃度の割合［％］を示す。

図６に示されるように、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が２４０℃以上である場合、Ｗ膜のバルク中の酸素濃度に対するＷ／Ｒｕ界面の酸素濃度が約１００％であることが分かる。言い換えると、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が２４０℃以上である場合、Ｗ／Ｒｕ界面の酸素濃度がＷ膜のバルク中の酸素濃度と略同じであることが分かる。

これに対し、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が３０〜１００℃である場合、Ｗ膜のバルク中の酸素濃度に対するＷ／Ｒｕ界面の酸素濃度が１２０〜１４０％であることが分かる。言い換えると、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が３０〜１００℃である場合、Ｗ／Ｒｕ界面の酸素濃度がＷ膜のバルク中の酸素濃度よりも高いことが分かる。

これらの結果から、除去工程の開始時の評価用ウエハの温度が２４０℃以上となるように加熱工程において評価用ウエハを加熱することにより、Ｗ膜上の自然酸化膜を除去できると考えられる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ 基板処理システム
ＰＭ１〜ＰＭ３ 処理装置
ＴＭ 真空搬送室
ＣＴ 全体制御部

Claims (9)

1. 第１導電体を有する基板を準備する工程と、
   前記基板を加熱する工程と、
   前記加熱する工程の後、前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、
   前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、
   を含む、半導体装置の製造方法。
2. 前記基板を加熱する工程、前記自然酸化膜を除去する工程及び前記第２導電体を形成する工程は、前記基板を大気に曝すことなく連続して行われる、
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記基板を加熱する工程、前記自然酸化膜を除去する工程及び前記第２導電体を形成する工程は、真空搬送室を介して接続された異なる処理装置で実行される、
   請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記真空搬送室の内部の圧力は、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３×１０^−４Ｐａ）以下である、
   請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記自然酸化膜を除去する工程は、前記基板を加熱する工程よりも低い温度で実行される、
   請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記基板を加熱する工程において、前記自然酸化膜を除去する工程の開始時の前記基板の温度が２００〜４００℃となるように前記基板を加熱する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記第１導電体はタングステンであり、前記第２導電体はルテニウムである、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記基板には、凹部が形成されており、
   前記第１導電体は、前記凹部の底部に設けられている、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 減圧状態で基板を搬送可能な搬送機構を内部に有する真空搬送室と、
   前記真空搬送室に接続された第１の処理装置、第２の処理装置及び第３の処理装置と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   第１導電体を有する基板を前記第１の処理装置に搬送し、前記第１の処理装置において前記基板を加熱する工程と、
   前記基板を前記第１の処理装置から前記真空搬送室を介して前記第２の処理装置に搬送し、前記第２の処理装置において前記基板を水素プラズマに曝すことにより、前記第１導電体の上に成長した自然酸化膜を除去する工程と、
   前記基板を前記第２の処理装置から前記真空搬送室を介して前記第３の処理装置に搬送し、前記第３の処理装置において前記第１導電体の上に第２導電体を形成する工程と、
   を実行するように、前記真空搬送室、前記第１の処理装置、前記第２の処理装置及び前記第３の処理装置を制御する、
   基板処理システム。

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