JP2022152438A - Ruthenium film deposition method and processing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ルテニウム膜の成膜方法及び処理装置に関する。 The present disclosure relates to a ruthenium film deposition method and processing apparatus.
配線に使用する材料としてルテニウムが注目されている。例えば、特許文献1には、ルテニウム原料ガスを用いたCVDにより第1のルテニウム膜を成膜して凹部を埋め込み、更により速い成膜速度で第2のルテニウム膜を成膜し、その後、成膜したルテニウム膜を平坦化することが開示されている。
Ruthenium attracts attention as a material to be used for wiring. For example, in
特許文献2には、半導体製造プロセスからの四酸化ルテニウムを含む廃棄物流をリサイクルする方法が開示されている。この方法では、四酸化ルテニウムを含む第1のガス流が提供され、固相の低級ルテニウム酸化膜へと変換される。この低級ルテニウム酸化膜は水素で還元されて金属ルテニウムを生じる。金属ルテニウムは酸化性混合物と接触し、四酸化ルテニウムを含む流を生じ、残留するあらゆる酸化性混合物は蒸留によってこの流から除去される。 US Pat. No. 6,200,000 discloses a method for recycling waste streams containing ruthenium tetroxide from semiconductor manufacturing processes. In this method, a first gas stream containing ruthenium tetroxide is provided and converted into a solid phase lower ruthenium oxide film. This lower ruthenium oxide film is reduced with hydrogen to yield metallic ruthenium. The ruthenium metal is contacted with an oxidizing mixture to produce a stream containing ruthenium tetroxide and any remaining oxidizing mixture is removed from this stream by distillation.
特許文献3には、シリコン単結晶基板を好ましくは800℃未満の温度より不活性ガス雰囲気内で昇温する工程と、自然酸化膜を気相成長の前に950℃以上1190℃以下の水素ガス雰囲気内でエッチング除去する工程とを有する気相成長方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a step of heating a silicon single crystal substrate preferably from a temperature of less than 800° C. in an inert gas atmosphere, and heating a native oxide film to a temperature of 950° C. or more and 1190° C. or less of hydrogen gas before vapor phase growth. and etching away in an ambient atmosphere.
本開示は、ルテニウム膜の表層の酸化膜を除去することができる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of removing the oxide film on the surface layer of the ruthenium film.
本開示の一の態様によれば、処理容器内に、凹部が形成された絶縁膜を有する基板を準備する工程と、ルテニウム原料ガスを用いて前記凹部にルテニウム膜を成膜する工程と、前記ルテニウム膜を成膜した後、前記処理容器内に水素含有還元ガスを供給する工程と、を有する、ルテニウム膜の成膜方法が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a step of preparing a substrate having an insulating film with a recess formed therein in a processing container, forming a ruthenium film in the recess using a ruthenium source gas, and supplying a hydrogen-containing reducing gas into the processing container after forming the ruthenium film.
一の側面によれば、ルテニウム膜の表層の酸化膜を除去することができる。 According to one aspect, the oxide film on the surface layer of the ruthenium film can be removed.
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
<第1実施形態>
[ルテニウム膜の成膜方法]
最初に、第1実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法ST1の一例を示すフローチャートである。図2は、第1実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法ST1を説明するための図である。
<First embodiment>
[Method of Forming Ruthenium Film]
First, a method for forming a ruthenium film according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a flow chart showing an example of a ruthenium film deposition method ST1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining the ruthenium film deposition method ST1 according to the first embodiment.
図1に示すルテニウム膜の成膜方法ST1が開始されると、図2(a)に示すように、層間絶縁膜202に凹部203が形成された半導体ウエハ(以下、単にウエハと称する)を、成膜方法を実行する処理容器内に搬入し、準備する(ステップS1)。ウエハは、基板の一例である。ウエハWは、例えばSiからなる基体201の上にSiO2膜、低誘電率(Low-k)膜(SiCO、SiCOH等)等からなる層間絶縁膜202が形成された膜構造を有する。層間絶縁膜202には、凹部203が所定パターンで形成されている。
When the ruthenium film forming method ST1 shown in FIG. 1 is started, as shown in FIG. It is loaded into a processing container for executing the film forming method and prepared (step S1). A wafer is an example of a substrate. The wafer W has a film structure in which an interlayer
次に、このウエハWに対して、必要に応じて、前処理としてデガス(Degas)プロセスや前洗浄(プリクリーン;Pre-Clean)プロセスを行った後、凹部203の表面を含む全面に下地膜204を成膜する(ステップS2)。
Next, after subjecting the wafer W to a degas process and a pre-cleaning (pre-clean) process as pretreatments, if necessary, the base film is formed on the entire surface including the surface of the
Ru膜はCu膜よりも拡散し難く、バリア膜の必要性は低いが、層間絶縁膜202に対する密着性を良好にする観点から下地膜204を成膜する。下地膜204は、Ru膜の密着性を良好にできるものであればよいが、バリア性も兼備したTiN膜、Ta膜、TaN膜、TaAlN膜、およびTiON膜等を好適に用いることができる。下地膜204の厚さは0.1~10nmが好ましく、0.5~5nmがより好ましい。下地膜は、ALD、CVD、イオン化PVD(Ionized physical vapor deposition:iPVD)等で成膜することができる。TiN膜、TaN膜、TiON膜はALDにより成膜することが好ましく、Ta膜はiPVDで成膜することが好ましい。なお、層間絶縁膜202に直接Ru膜を成膜できる場合は下地膜204の成膜を省略できる。
A Ru film is more difficult to diffuse than a Cu film, and the need for a barrier film is low. The
その後、処理容器内にRu膜の原料ガスを供給し、CVD(chemical vapor deposition)によりRu膜205を成膜して凹部203内に埋め込み、更に凹部203の上部までCVDによりRu膜205を成膜する(ステップS3)。図2(b)は、Ru膜205を凹部203の内部及び上部に成膜した状態を示す。
After that, a raw material gas for the Ru film is supplied into the processing container, a
かかるRu膜205の成膜後、アニール処理を行ってもよい。ただし、アニール処理は必須ではないが、粒径増大効果および不純物除去効果があるため、行うことが好ましい。
Annealing may be performed after the Ru
この後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)によりウエハW表面の全面を研磨して、Ru膜205および下地膜204の層間絶縁膜202の表面よりも上の部分を除去し、平坦化する(ステップS4)。これにより、図2(c)に示すように、凹部203内の下地膜204上にRu膜205からなる配線が形成される。
Thereafter, the entire surface of the wafer W is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to remove portions of the
CMPによる平坦化処理は、処理容器の外部に設置されたCMP装置にウエハWを搬送して行ってもよい。この場合、ウエハWを大気に暴露する。このため、Ru膜205が大気に暴露されたことにより酸化され、図2(c)に示すように、Ru膜205の表層には、Ru酸化膜205a(例えば自然酸化膜(RuOx))が形成される。ただし、ウエハWを大気に暴露しなくても、Ru膜205の表層が酸化され、Ru酸化膜205aが形成されることがある。
The planarization process by CMP may be performed by transferring the wafer W to a CMP apparatus installed outside the processing container. In this case, the wafer W is exposed to the atmosphere. Therefore, the Ru
以上から、本実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法ST1では、CMPによる平坦化処理の後に、図2(d)に示すように、処理容器内にH2ガスを供給し、Ru酸化膜205aを還元する(ステップS5)。これにより、Ru酸化膜205aが除去され、図2(e)に示すように、Ruの表面がほぼ酸化されていない状態になる。
As described above, in the ruthenium film deposition method ST1 according to the present embodiment, H 2 gas is supplied into the processing chamber after the planarization process by CMP, as shown in FIG. is reduced (step S5). As a result, the
Ruの表面が酸化されていない状態で、次に、凹部203の上部にCVDにより更にRu膜206を成膜し(ステップS6)、本処理を終了する。これにより、図2(f)に示すように、ウエハWの層間絶縁膜202及びRu膜205の上部にRu膜206が成膜され、Ru膜の多層配線が形成される。
While the Ru surface is not oxidized, a
Ru膜205、206の形成工程について詳細に説明する。Ru膜205、206は、ルテニウムカルボニル(Ru3(CO)12)を成膜の原料ガスとして用い、これをウエハW上で熱分解する熱CVDにより成膜することが好ましい。これにより、高純度で薄いRu膜を高カバレッジで成膜することができる。このときの成膜反応は、以下の(1)式に示す通りである。
A process of forming the Ru
Ru3(CO)12(s)+Heat(加熱)→3Ru(s)+12CO↑…(1) Ru 3 (CO) 12 (s) + Heat (heating) → 3 Ru (s) + 12 CO ↑ (1)
Ru膜205、206は、ルテニウムカルボニル以外の他の成膜原料、例えば(シクロペンタジエニル)(2、4-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム、ビス(シクロペンタジエニル)(2、4-メチルペンタジエニル)ルテニウムを用いてもよい。(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、ビス(2、4-メチルペンタジエニル)(エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムのようなルテニウムのペンタジエニル化合物を用いてRu膜を成膜することもできる。
The
Ru膜205の成膜の後に平坦化したRu膜205の表層に形成されたRu酸化膜205aを、水素(H)含有還元ガスを添加して還元し、除去する。水素含有還元ガスとしては、H2ガスを好適に用いることができる。また、水素含有還元ガスとして他に、NH3ガスやSiH4ガスを用いてもよい。
The
[実験結果]
Ru3(CO)12を用いてRu膜205を成膜した後、H2ガスを供給し、Ru膜205の表層のRu酸化膜205aを除去する実験を行った。実験においてH2ガスを供給する工程(図1のステップS5)のプロセス条件の一例を示す。
[Experimental result]
After forming the
(プロセス条件)
処理容器内の圧力:9Torr(1200Pa)
H2ガスの流量:5000(sccm)
ステージの温度:250(℃)
処理時間:60(s)
なお、H2ガスを供給する工程は、ウエハWを加熱しながら行う。H2ガスを供給する工程では、ウエハWの温度が150℃以上、例えば150~250℃になるようにステージの温度を加熱することが好ましい。
(process conditions)
Pressure in processing container: 9 Torr (1200 Pa)
Flow rate of H2 gas: 5000 ( sccm)
Stage temperature: 250 (°C)
Processing time: 60 (s)
Note that the step of supplying the H 2 gas is performed while the wafer W is being heated. In the step of supplying H.sub.2 gas, it is preferable to heat the stage so that the temperature of the wafer W is 150.degree. C. or higher, for example, 150.degree.
図3及び図4は、第1実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法の効果の一例を示す図である。図3は、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)により、第1実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法を実行して成膜したRu膜の表層に存在するO元素の状態を示す。図3のグラフの横軸は、Binding Energyを示し、縦軸は規格化された光電子の強度を示す。 3 and 4 are diagrams showing an example of the effect of the method for forming a ruthenium film according to the first embodiment. FIG. 3 shows the state of the O element present in the surface layer of the Ru film formed by executing the method for forming a ruthenium film according to the first embodiment by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). indicates The horizontal axis of the graph in FIG. 3 indicates the binding energy, and the vertical axis indicates the normalized photoelectron intensity.
グラフの実線は、図1のステップS4の処理後に大気に暴露されたウエハWのRu膜の状態、つまり、Ru膜205の表層が酸化されてRu酸化膜205aとなっている状態のRu膜205にX線を照射したときの結果である。グラフの点線は、図1のステップS5の処理後のウエハWの膜状態、つまり、Ru膜205の表層がH2ガスにより還元されてRu酸化膜205aが除去された状態のRu膜205にX線を照射したときの結果である。 The solid line in the graph indicates the state of the Ru film of the wafer W exposed to the atmosphere after the processing in step S4 of FIG. This is the result of irradiating X-rays to . The dotted line in the graph indicates the film state of the wafer W after the processing in step S5 of FIG . This is the result when ray is irradiated.
この結果に示す通り、グラフの実線が示す光電子のピークに対して、グラフの点線が示す光電子のピークは顕著に低くなった。これは、O元素がRuOxの化合物として存在していない、つまり、Ru膜205の表層がH2ガスにより還元されてRu酸化膜205aが除去されたことを示す。以上から、H2ガスの供給によりRu膜205の表層のRu酸化膜205aを還元することで、Ru酸化膜205aを除去できたことが証明された。
As shown in the results, the photoelectron peak indicated by the dotted line in the graph was significantly lower than the photoelectron peak indicated by the solid line in the graph. This indicates that the O element does not exist as a RuOx compound, that is, the surface layer of the
図4は、透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)により観測した結果を左側の画像に示す。また、エネルギー分散型X線分光法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy:TEM-EDX)により観測した結果を右側の画像に示す。 FIG. 4 shows the result of observation by a transmission electron microscope (TEM) in the image on the left. The image on the right side shows the result of observation by Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (TEM-EDX).
図4(a)は、図1のステップS3の処理によりRu膜205が成膜されたときのTEM画像及びTEM-EDX画像である。TEM画像では、Ru膜205が存在する部分は、透過電子顕微鏡から照射した電子線が散乱するために黒で示され、電子線が透過する部分は白で示されている。
FIG. 4A is a TEM image and a TEM-EDX image when the
TEM-EDX画像は、エネルギー分散型X線分光法により電子線をRu膜205に照射して飛び出すX線の状態から、酸素に該当する部分のX線の状態を観測した結果を示し、Ru膜205中のO元素が存在する部分が白で示されている。これによれば、Ru膜205の表層にRu酸化膜205aはほとんど存在しない。
The TEM-EDX image shows the result of observing the state of X-rays in a portion corresponding to oxygen from the state of X-rays emitted by irradiating the
図4(b)は、図1のステップS4の処理時の大気暴露を想定し、Ru膜205の表層を酸化させ、Ru酸化膜205aが存在するときのTEM画像及びTEM-EDX画像である。これによれば、特にTEM-EDX画像にてRu膜205の表層が白くなり、Ru酸化膜205aが存在することがわかる。
FIG. 4B is a TEM image and a TEM-EDX image when the surface layer of the
図4(c)は、図1のステップS5の処理においてH2ガスの還元によりRu膜205表層のRu酸化膜205aを除去後、ステップS6の処理において更にRu膜206を成膜した後のTEM画像及びTEM-EDX画像である。これによれば、Ru膜205の成膜後にH2ガスの供給ステップを行った後、Ru膜206を成膜したことで、Ru酸化膜205aが存在しないRu膜の多層配線の形成が実現できていることを確認できた。
FIG. 4C is a TEM image after removing the
以上、処理容器内に凹部203が形成された層間絶縁膜202を有するウエハWを準備する工程と、ルテニウム原料ガスを用いて凹部203にRu膜205を成膜する工程と、Ru膜205を成膜した後、処理容器内にH2ガスを供給する工程と、を有する、ルテニウム膜の成膜方法について説明した。この第1実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法によれば、Ru膜による金属多層配線の製造工程においてRu膜の表層の酸化膜を除去することができ、Ru膜の多層配線の低抵抗化が可能となる。本実施形態では、H2ガスのプラズマを生成することなくH2ガスを供給することによって、Ru酸化膜205aを還元して除去することが可能である。
As described above, the steps of preparing the wafer W having the interlayer insulating
<第2実施形態>
[ルテニウム膜の成膜方法]
次に、第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法について、図5~図7を参照しながら説明する。図5は、第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法ST2の一例を示すフローチャートである。図6は、第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法ST2の一例を示すタイムチャートである。図7は、第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法ST2を説明するための図である。
<Second embodiment>
[Method of Forming Ruthenium Film]
Next, a method for forming a ruthenium film according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flow chart showing an example of the ruthenium film deposition method ST2 according to the second embodiment. FIG. 6 is a time chart showing an example of the ruthenium film deposition method ST2 according to the second embodiment. FIG. 7 is a diagram for explaining the ruthenium film deposition method ST2 according to the second embodiment.
図5のステップ番号は、図1のステップ番号と同じ場合、同じ処理を示す。図7の()内の英字は、図2の()内の英字と同じ場合、概ね同じ状態を示す。 If the step numbers in FIG. 5 are the same as the step numbers in FIG. 1, they indicate the same processing. If the letters in parentheses in FIG. 7 are the same as the letters in parentheses in FIG. 2, they indicate substantially the same state.
図5に示すルテニウム膜の成膜方法ST2が開始されると、ウエハWを処理容器内に搬入し、準備する(ステップS1)。次に、このウエハWに対して下地膜204を成膜する(ステップS2)。なお、ステップS2の処理は省略できる。
When the ruthenium film forming method ST2 shown in FIG. 5 is started, the wafer W is loaded into the processing container and prepared (step S1). Next, a
次に、ルテニウムカルボニル(Ru3(CO)12)の原料ガスを処理容器内に供給して、CVDによりRu膜205を成膜して凹部203内の一部にRu膜205を埋め込む(ステップS10)。
Next, a raw material gas of ruthenium carbonyl (Ru 3 (CO) 12 ) is supplied into the processing chamber, a
次に、原料ガスの供給を停止し、処理容器内にH2ガスを供給し、Ru膜205の表層のRu酸化膜205aを還元する(ステップS11)。次に、ステップS10、S11の処理を所定回数行ったかを判定する(ステップS12)。所定回数は、1回以上の回数が予め設定されている。これにより、図6、図7(g)及び(h)に示すように、所定回数、原料ガスの供給とH2ガスの供給とが間欠的に行われ、Ru膜205が成膜される。
Next, the supply of the raw material gas is stopped, H 2 gas is supplied into the processing chamber, and the
Ru膜205には、ルテニウムカルボニル(Ru3(CO)12)の原料ガスに由来するCやOが含まれる。よって、ステップS10~S12のループ処理を所定回数繰り返し実行し、Ru膜205の成膜の間に所定回数だけH2ガスを間欠的に供給することで、水素が膜中のCやO等の不純物と反応してこれらを除去する作用が発揮され、Ru膜205中の不純物を除去することができる。
The
ステップS12において所定回数行ったと判定した場合、ステップS4~S6を実行し、本処理を終了する。ステップS4~S6は、図1の同ステップの処理と同じであるため、ここでは説明を省略する。ステップS4~S6の処理により図7(b)及び(c)に示すようにRu膜205が平坦化され、図7(d)及び(e)に示すようにH2ガスの還元によりRu酸化膜205aが除去され、図7(f)に示すようにRu膜の多層配線が完成する。
If it is determined in step S12 that the process has been performed the predetermined number of times, steps S4 to S6 are executed, and this process ends. Since steps S4 to S6 are the same as the processing of the same steps in FIG. 1, description thereof is omitted here. As shown in FIGS. 7(b) and (c), the
以上、処理容器内に、凹部203が形成された層間絶縁膜202を有するウエハWを準備する工程と、ルテニウム原料ガスを用いて凹部203の少なくとも一部にRu膜205を成膜する工程と、処理容器内にルテニウム原料ガスを供給せずにH2ガスを供給する工程と、Ru膜205を成膜する工程とH2ガスを供給する工程とをこの順番で交互に繰り返す工程と、を有する、ルテニウム膜の成膜方法について説明した。この第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法によれば、Ru膜による金属多層配線の製造工程においてRu膜の表層の酸化膜を除去することができ、Ru膜の多層配線の低抵抗化が可能となる。本実施形態では、H2ガスのプラズマを生成することなくH2ガスを供給することによって、Ru酸化膜205aを還元して除去することが可能である。
As described above, the steps of preparing the wafer W having the interlayer insulating
また、第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法によれば、ボイドの発生を抑制しながら、Ru膜205中の酸素濃度の低下及び不純物除去によりRu膜の低抵抗化を図ることができる。すなわち、原料ガスとH2ガスと同時に供給すると、Ru膜の成膜速度が上がり凹部203内にRu膜205を埋め込む際にボイドが生じやすい。これに対して、第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法では、原料ガスとH2ガスとを交互に供給する間欠フローにより、図7(g)及び(h)に示す工程においてボイドの発生を防止しつつ、Ru膜205中の酸素濃度及び不純物を減らすことができる。これにより、ボイドを発生させずに更なるRu膜205の低抵抗化を図ることができる。
Further, according to the method of forming a ruthenium film according to the second embodiment, it is possible to reduce the resistance of the Ru film by reducing the oxygen concentration in the
<第1及び第2実施形態>
以上に説明した第1及び第2実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法を実行するために好適な処理システム及び処理装置について、図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、処理システムの一例を示す図である。図9は、処理装置の一例を示す図である。
<First and Second Embodiments>
A processing system and a processing apparatus suitable for executing the ruthenium film deposition methods according to the first and second embodiments described above will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of a processing system. FIG. 9 is a diagram showing an example of a processing device.
[処理システム]
図8に示す処理システム1は、Ru膜の多層配線を実施するために用いられるシステムの一例を概略的に示す図である。処理システム1は、下地膜成膜装置11と、冷却装置12と、Ru膜を成膜する処理装置13a、13bとを有する。これらは、平面形状が七角形をなす真空搬送室10の4つの壁部にそれぞれゲートバルブGを介して接続されている。真空搬送室10内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。
[Processing system]
A
冷却装置12は、下地膜成膜装置11と処理装置13a、13bとで処理温度に差があることから、下地膜成膜装置11で処理されたウエハWを処理装置13a、13bに搬送する前に一旦室温に冷却するためのものである。冷却装置12は、真空に保持された処理容器内に、ウエハWが載置される冷却プレートが設けられた構造を有する。なお、下地膜成膜装置11は、下地膜として上述したようにTiN膜、Ta膜、TaN膜、TaAlN膜、およびTiON膜等のいずれかを、ALD、CVD、イオン化PVD(iPVD)により成膜する。また、処理装置13a、13bにおいてRu膜をCVDにより成膜する。
Since there is a difference in processing temperature between the base
真空搬送室10の他の3つの壁部には3つのロードロック室14がゲートバルブG1を介して接続されている。ロードロック室14を挟んで真空搬送室10の反対側には大気搬送室15が設けられている。3つのロードロック室14は、ゲートバルブG2を介して大気搬送室15に接続されている。ロードロック室14は、大気搬送室15と真空搬送室10との間でウエハWを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力制御するものである。
Three
大気搬送室15のロードロック室14の取り付け壁部とは反対側の壁部にはウエハWを収容するキャリア(FOUP等)Cを取り付ける3つのキャリア取り付けポート16を有している。また、大気搬送室15の側壁には、シリコンウエハWのアライメントを行うアライメント処理容器17が設けられている。大気搬送室15内には清浄空気のダウンフローが形成される。
A wall portion of the
真空搬送室10内には、搬送機構18が設けられている。搬送機構18は、下地膜成膜装置11、冷却装置12、処理装置13a、13b、ロードロック室14に対してウエハWを搬送する。搬送機構18は、独立に移動可能な2つの搬送アーム19a、19bを有している。
A
大気搬送室15内には、搬送機構20が設けられている。搬送機構20は、キャリアC、ロードロック室14、アライメント処理容器17に対してウエハWを搬送するようになっている。
A
処理システム1は全体制御部21を有している。全体制御部21は、下地膜成膜装置11、冷却装置12、処理装置13a、13bの各構成部、真空搬送室10の排気機構や搬送機構18、ロードロック室14の排気機構やガス供給機構、大気搬送室15の搬送機構20、ゲートバルブG等の駆動系等を制御する。全体制御部21は、CPU(コンピュータ)を有する主制御部と、入力装置(キーボード、マウス等)、出力装置(プリンタ等)、表示装置(ディスプレイ等)、記憶装置(記憶媒体)を有している。全体制御部21の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、処理システム1に、所定の動作を実行させる。
The
次に、以上のように構成される処理システム1の動作について説明する。以下の処理動作は全体制御部21における記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
Next, the operation of the
まず、搬送機構20により大気搬送室15に接続されたキャリアCからウエハWを取り出し、いずれかのロードロック室14のゲートバルブG2を開けてそのウエハWをそのロードロック室14内に搬入する。ゲートバルブG2を閉じた後、ロードロック室14内を真空排気する。
First, the wafer W is taken out from the carrier C connected to the
そのロードロック室14が、所定の真空度になった時点でゲートバルブG1を開けて、真空搬送室10内の搬送機構18の搬送アーム19a、19bのいずれかによりロードロック室14からウエハWを取り出す。
When the load-
そして、下地膜成膜装置11のゲートバルブGを開けて、搬送機構18のいずれかの搬送アームが保持するウエハWを下地膜成膜装置11に搬入し、ゲートバルブGを閉じ、下地膜成膜装置11により下地膜の成膜を行う。
Then, the gate valve G of the base
下地膜の成膜処理が終了後、ゲートバルブGを開け、搬送機構18のいずれかの搬送アームにより、ウエハWを搬出し、冷却装置12のゲートバルブGを開けてその中にウエハWを搬入する。冷却装置12でウエハWを冷却した後、搬送機構18のいずれかの搬送アームによりウエハWを搬出し、処理装置13a、13bのうち成膜処理が行われていない方のゲートバルブGを開けてその中にウエハWを搬入する。そして、処理装置13a、13bにてRu膜の成膜を行う。
After the base film is formed, the gate valve G is opened, the wafer W is unloaded by one of the transport arms of the
以上のようにRu膜成膜まで終了した後、キャリアCをアニール装置(図示せず)に搬送してウエハWに対しアニール処理を行う。なお、アニール処理は、処理システム1内にさらにアニール装置を設けて行ってもよいし、処理システム1のロードロック室14等のいずれかのモジュールにアニール機能を設けて行ってもよい。アニール処理を行った後、キャリアCをCMP装置(図示せず)に搬送し、ウエハWのCMP処理を行う。CMP処理後、ウエハWを処理装置13a、13bのいずれかに搬入し、H2ガスによる還元処理を行い、Ru酸化膜205aを除去した後、H2ガスの供給を停止し、同じ処理装置内に原料ガスを供給し、Ru膜の多層配線を実行する。
After forming the Ru film as described above, the carrier C is transported to an annealing apparatus (not shown), and the wafer W is annealed. Annealing may be performed by further providing an annealing apparatus in the
Ru膜の成膜がなされた後、ゲートバルブGを開け、搬送機構18の搬送アーム19a、19bのいずれかにより、その中のウエハWを搬出する。その後、引き続きいずれかのロードロック室14のゲートバルブG1を開け、搬送アーム上のウエハWをそのロードロック室14内に搬入する。そして、そのロードロック室14内を大気に戻し、ゲートバルブG2を開けて、搬送機構20にてロードロック室14内のウエハWをキャリアCに戻す。
After the Ru film is formed, the gate valve G is opened, and the wafer W therein is unloaded by one of the
以上のような処理を、複数のシリコンウエハWについて同時並行的に行って、所定枚数のウエハWの下地膜の成膜処理およびRu膜の成膜処理が完了する。 The processes described above are performed simultaneously on a plurality of silicon wafers W, and the base film formation process and the Ru film formation process for a predetermined number of wafers W are completed.
[処理装置]
次に、上記処理システム1の処理装置13a、13bの構成について説明する。以下、処理装置13a、13bは同一構成であってよく、総称して処理装置13とも記す。図9は処理装置13の一例を概略的に示す断面図である。処理装置13は、気密に構成された略円筒状の処理容器101を有し、その中には基板の一例であるウエハWを水平に支持するためのステージ102が、処理容器101の底壁中央に設けられた円筒状の支持部材103により支持されて配置されている。ステージ102にはヒーター105が埋め込まれており、このヒーター105はヒーター電源106から給電されることによりウエハWを所定の温度に加熱する。なお、ステージ102には、ウエハWを支持して昇降させるための複数のウエハ昇降ピン(図示せず)がステージ102の表面に対して突没可能に設けられている。
[Processing device]
Next, the configuration of the
処理容器101の天壁には、Ru膜をCVDにより成膜するための処理ガスを処理容器101内にシャワー状に導入するためのシャワーヘッド110がステージ102と対向して設けられている。シャワーヘッド110は、ガス供給機構130から供給されたガスを処理容器101内に吐出するためのものであり、その上部にはガスを導入するためのガス導入口111が形成されている。また、シャワーヘッド110の内部にはガス拡散空間112が形成されており、シャワーヘッド110の底面にはガス拡散空間112に連通した多数のガス吐出孔113が形成されている。
A
処理容器101の底壁には、下方に向けて突出する排気室121が設けられている。排気室121の側面には排気配管122が接続されており、この排気配管122には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置123が接続されている。そして、この排気装置123を作動させることにより処理容器101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。
The bottom wall of the
処理容器101の側壁には、真空搬送室10との間でウエハWを搬入出するための搬入出口127が設けられており、搬入出口127はゲートバルブGにより開閉されるようになっている。
A loading/unloading
ガス供給機構130は、固体状の成膜原料S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131を有している。成膜原料容器131の周囲にはヒーター132が設けられている。成膜原料容器131には、上方からCOガスを供給するCOガス供給配管133が挿入されている。COガス供給配管133にはCOガスを供給するCOガス供給源134が接続されている。また、成膜原料容器131には、ガス供給配管135が挿入されている。このガス供給配管135は、シャワーヘッド110のガス導入口111に接続されている。したがって、COガス供給源134からCOガス供給配管133を介して成膜原料容器131内にCOガスが吹き込まれる。そして、成膜原料容器131内で昇華したルテニウムカルボニル(Ru3(CO)12)ガスがCOガスにより搬送されてガス供給配管135およびシャワーヘッド110を介して処理容器101内に供給される。COガス供給配管133には、流量制御用のマスフローコントローラ136とその前後のバルブ137a、137bが設けられている。また、ガス供給配管135には、ルテニウムカルボニル(Ru3(CO)12)のガス流量を把握するための流量計138とその前後のバルブ139a、139bが設けられている。
The
また、H2ガス供給配管155にはH2ガスを供給するH2ガス供給源154が接続されている。H2ガスは、H2ガス供給配管155を介してH2ガス供給配管155に接続されたガス供給配管135およびシャワーヘッド110を介して処理容器101内に供給される。H2ガス供給配管155には、流量制御用のマスフローコントローラ156とその前後のバルブ157a、157bが設けられている。
An H 2
処理装置13は、その各構成部、例えば、ヒーター電源106、排気装置123、ガス供給機構130のバルブ、マスフローコントローラ等の各構成部を制御する制御部150を有している。制御部150は全体制御部21の指令により各構成部を制御する。
The
このように構成される処理装置13においては、ゲートバルブGを開にして搬入出口127からウエハWを処理容器101内に搬入し、ステージ102上に載置する。ステージ102はヒーター105により例えばウエハW温度が150℃になるように加熱される。また、排気装置123の真空ポンプにより処理容器101内を排気して、処理容器101内が調圧される。この時の処理容器内の圧力は、0.013~133.3Pa(0.1mTorr~1Torr)、好ましくは1.3~66.5Pa(10~500mTorr)の範囲に保持される。
In the
次いで、バルブ137a、137bを開にしてCOガス供給配管133を介して成膜原料容器131にCOガスを吹き込み、成膜原料容器131内でヒーター132の加熱により昇華して生成されたRu3(CO)12ガスをCOガスにより搬送する。そして、ガス供給配管135およびシャワーヘッド110を介して処理容器101内に導入する。Ru3(CO)12ガスの流量は、COガスの流量で決まる。COガスを用いることにより、配管内等での上記(1)式に示すRu3(CO)12ガスの分解反応を抑制することができ、Ru3(CO)12の化学構造を極力保ったまま成膜ガスをウエハWに供給することができる。
Next, the
Ru膜の成膜処理終了後、バルブ137a、137bを閉にしてRu膜の原料ガスの供給を停止する。また、バルブ157a、157bを開にしてRu膜を成膜した同一の処理装置13内にH2ガスを供給し、Ru膜の還元を行い、Ru酸化膜を除去する。最後に、処理容器101内をパージし、ゲートバルブGを開けて、搬送機構18により、搬入出口127を介してウエハWを搬出する。Ru膜の成膜処理の間に、H2ガスを間欠的に供給してもよい。
After the Ru film is formed, the
これによれば、Ru膜の成膜処理終了後、Ru膜を成膜した同一の処理装置13内でH2ガスによる還元処理を行うことができ、生産性向上を図ることができる。
According to this, after the film forming process of the Ru film is finished, the reduction process with H 2 gas can be performed in the
以上に説明したように、第1及び第2実施形態のルテニウム膜の成膜方法のいずれの場合も、水素含有還元ガスを供給することで、Ru膜の表層に形成された酸化ルテニウムを還元することができる。これにより、Ru膜の低抵抗化を図ることができる。特に、第2実施形態のルテニウム膜の成膜方法によれば、Ru膜成膜中にH2ガスを間欠的に供給することにより、Ru膜中の酸素濃度の低下及び不純物の除去を促進させ、更なるRu膜の低抵抗化を図ることができる。 As described above, in both the ruthenium film forming methods of the first and second embodiments, the ruthenium oxide formed on the surface layer of the Ru film is reduced by supplying the hydrogen-containing reducing gas. be able to. As a result, the resistance of the Ru film can be reduced. In particular, according to the method of forming a ruthenium film of the second embodiment, intermittent supply of H 2 gas during the formation of the Ru film accelerates the reduction of the oxygen concentration in the Ru film and the removal of impurities. , the resistance of the Ru film can be further reduced.
今回開示された実施形態に係るルテニウム膜の成膜方法及び処理装置は、すべての点において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。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。 The ruthenium film forming method and processing apparatus according to the embodiments disclosed this time should be considered as examples in all respects and not restrictive. Embodiments can be modified and improved in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims. The items described in the above multiple embodiments can take other configurations within a consistent range, and can be combined within a consistent range.
1 処理システム
11 下地膜成膜装置
12 冷却装置
13、13a、13b 処理装置
101 処理容器
202 層間絶縁膜
203 凹部
205 Ru膜
205a Ru酸化膜
1
Claims (8)
ルテニウム原料ガスを用いて前記凹部にルテニウム膜を成膜する工程と、
前記ルテニウム膜を成膜した後、前記処理容器内に水素含有還元ガスを供給する工程と、
を有する、ルテニウム膜の成膜方法。 A step of preparing a substrate having an insulating film with a recess formed therein in a processing container;
forming a ruthenium film on the recess using a ruthenium source gas;
After forming the ruthenium film, supplying a hydrogen-containing reducing gas into the processing container;
A method for forming a ruthenium film.
ルテニウム原料ガスを用いて前記凹部の少なくとも一部にルテニウム膜を成膜する工程と、
前記処理容器内に前記ルテニウム原料ガスを供給せずに水素含有還元ガスを供給する工程と、
前記ルテニウム膜を成膜する工程と前記水素含有還元ガスを供給する工程とをこの順番で予め定められた回数交互に繰り返す工程と、
を有する、ルテニウム膜の成膜方法。 A step of preparing a substrate having an insulating film with a recess formed therein in a processing container;
forming a ruthenium film on at least part of the recess using a ruthenium source gas;
a step of supplying a hydrogen-containing reducing gas without supplying the ruthenium raw material gas into the processing container;
a step of alternately repeating the step of forming the ruthenium film and the step of supplying the hydrogen-containing reducing gas in this order a predetermined number of times;
A method for forming a ruthenium film.
請求項1又は2に記載の成膜方法。 The hydrogen - containing reducing gas is H2 gas,
The film forming method according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか一項に記載の成膜方法。 The step of supplying the hydrogen-containing reducing gas reduces ruthenium oxide formed on the surface layer of the ruthenium film.
The film forming method according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか一項に記載の成膜方法。 The step of supplying the hydrogen-containing reducing gas reduces the oxygen concentration in the ruthenium film.
The film forming method according to any one of claims 1 to 4.
請求項1~5のいずれか一項に記載の成膜方法。 The step of supplying the hydrogen-containing reducing gas heats the substrate.
The film forming method according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の成膜方法。 The step of supplying the hydrogen-containing reducing gas includes heating the substrate at 150° C. or higher.
The film forming method according to claim 6 .
前記制御部は、
前記処理容器内に、凹部が形成された絶縁膜を有する基板を準備する工程と、
ルテニウム原料ガスを用いて前記凹部にルテニウム膜を成膜する工程と、
前記ルテニウム膜を成膜した後、前記処理容器内に水素含有還元ガスを供給する工程と、を含む処理を実行する、処理装置。 A processing apparatus having a processing container and a control unit,
The control unit
a step of preparing a substrate having an insulating film with recesses formed therein, in the processing container;
forming a ruthenium film on the recess using a ruthenium source gas;
and supplying a hydrogen-containing reducing gas into the processing container after forming the ruthenium film.
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