KR100919527B1 - 루테늄 막 형성 방법 - Google Patents

루테늄 막 형성 방법

Info

Publication number
KR100919527B1
KR100919527B1 KR1020040079308A KR20040079308A KR100919527B1 KR 100919527 B1 KR100919527 B1 KR 100919527B1 KR 1020040079308 A KR1020040079308 A KR 1020040079308A KR 20040079308 A KR20040079308 A KR 20040079308A KR 100919527 B1 KR100919527 B1 KR 100919527B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
film
support
forming
source gas
Prior art date
Application number
KR1020040079308A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050033820A (ko
Inventor
우메하라다까히또
도미따마사히꼬
후지따히로따께
하세베가즈히데
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20050033820A publication Critical patent/KR20050033820A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100919527B1 publication Critical patent/KR100919527B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76871—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
    • H01L21/76876—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers for deposition from the gas phase, e.g. CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45546—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus specially adapted for a substrate stack in the ALD reactor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H01L21/28562—Selective deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40—Capacitors
    • H01L28/60—Electrodes
    • H01L28/65—Electrodes comprising a noble metal or a noble metal oxide, e.g. platinum (Pt), ruthenium (Ru), ruthenium dioxide (RuO2), iridium (Ir), iridium dioxide (IrO2)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

본 발명의 과제는 표면 흡착력이 약한 원료 가스라도, 스퍼터링 장치를 이용하는 일 없이 박막을 퇴적시킬 수 있는 성막 방법을 제공하는 것이다.
진공화 가능하게 이루어진 처리 용기(14) 내에 원료 가스와 지원 가스를 공급하여 피처리체(W)의 표면에 박막을 퇴적시키는 성막 방법에 있어서, 상기 원료 가스와 상기 지원 가스를 서로 다른 타이밍에서 교대로 또한 연속적으로 서로 복수회 공급하여 상기 박막을 퇴적시키도록 한다. 이에 의해, 표면 흡착력이 약한 원료 가스라도, 스퍼터링 장치를 이용하는 일 없이 박막을 퇴적시킬 수 있다.

Description

루테늄 막 형성 방법{METHOD FOR FORMING A FILM OF RUTHENIUM}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 표면에 박막을 형성하기 위한 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로의 제조 공정에 있어서는 피처리체인 반도체 웨이퍼 표면에 배선 패턴을 형성하기 위해 혹은 배선간 등의 오목부나 컨택트용의 오목부를 매립하기 위해 W(텅스텐), WSi(텅스텐 실리사이드), Ti(티탄), TiN(티탄나이트라이드), TiSi(티탄 실리사이드), Cu(구리), Ta2O5(탄탈옥사이드) 등의 금속 혹은 금속 화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하는 것이 행해지고 있다.
그리고, 최근 고집적화 및 고미세화의 요구에 의해, 각 반도체 소자의 치수의 디자인 룰도 보다 엄하게 되어 축소화되고 있다. 이러한 상황하에 있어서, 반도체 소자의 1개인 캐패시터에 관해서도 또 다른 소형화가 요구되고 있고, 이 캐패시터 구조에 있어서는 동일 전유 면적에서도 보다 큰 캐패시터 용량을 확보할 수 있으므로 소자 구조를 3차원적으로 입체화하는 것도 제안되고 있다. 또한, 캐패시터 용량을 보다 크게 하기 위해 BST(바륨ㆍ스트론튬ㆍ티탄 산화물)에 대표되는 산화물 유전체의 박막을 캐패시터 절연막으로서 이용하는 것이 행해지고 있다.
이 경우, 저저항화를 목적으로서, 캐패시터 전극으로서 Ru막(루테늄막)이나 RuO2막(루테늄 산화막) 등을 이용하는 것이 검토되어 있다(특허 문헌 1, 2, 3).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평11-354751호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2001-345285호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2003-68676호 공보
여기서 도7을 참조하여 Ru막의 종래의 성막 방법에 대해 설명한다.
상기한 바와 같은 Ru막은, 이를 직접적으로는 CVD(화학 기상 증착; Chemical Vapor Deposition)법에 의해 성막할 수 없으므로, 우선 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 플라즈마를 이용한 스퍼터링 장치 내에서 스퍼터링 처리를 실시함으로써 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 매우 얇은 Ru막으로 이루어지는 종막(2)을 형성한다.
다음에, 상기 종막(2)이 형성된 반도체 웨이퍼(W)를 CVD 성막 장치로 반송하고, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 성막율이 큰 CVD 처리를 실시함으로써 오목부(6) 등 전체면에 Ru막으로 이루어지는 본막(4)을 형성한다. 이 CVD 처리에서는, 기초의 종막(2)이 존재하기 때문에, 이 종막(2)이 핵이 되어 이 위에 용이하게 Ru막이 퇴적하게 되고, 높은 스텝 커버리지(단차 피복성)로 두고 오목부(6)에 성막된다. 이 CVD 처리에서는, 예를 들어 원료 가스로서 비스시크로펜타디에닐루테늄(Ru(C5H5)2 혹은 Ru(Cp)2라 칭함)과 산소 가스를 이용한다.
그런데 상기한 성막 방법에서는 스퍼터링 장치와 CVD 장치 2대의 장치가 필요하므로, 설비 비용의 상승을 어쩔 수 없게 된다는 문제가 있었다.
또한 스퍼터링 장치를 이용하면, 이 장치로는 스텝 커버리지가 떨어지기 때문에, 오목부(6)의 내벽 전체면에는 막이 부여되지 않고, 특히 오목부(6) 내의 측면에 부분적으로 충분히 종막(2)이 퇴적되지 않는 경우도 생기고, 그 후의 CVD법에 의한 성막시에 악영향이 생기는 경우도 있었다.
이에 대해, 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-193233호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 텅스텐막을 형성함에 따라서, 원료 가스와 산화 가스를 교대로 공급하면서 그 동안에 잔류 가스를 진공 배기하는 퍼지 공정을 개재시켜 종막을 형성하는 것도 시도되지만, 이 Ru(Cp)2인 경우에는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 대한 원료 가스의 표면 흡착력이 약하기 때문이거나 종막이 전혀 형성할 수 없으며, 따라서 이 성막 방법을 채용할 수 없다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 주목하여 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 표면 흡착력이 약한 원료 가스라도 스퍼터링 장치를 이용하는 일 없이 박막을 퇴적시킬 수 있는 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 데 있다.
청구항 1에 관한 발명은, 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에 원료 가스와 지원 가스를 공급하여 피처리체의 표면에 박막을 퇴적시키는 성막 방법에 있어서, 상기 원료 가스와 상기 지원 가스를 서로 다른 타이밍에서 교대로 또한 연속적으로 서로 복수회 공급하여 상기 박막을 퇴적시키도록 한 것을 특징으로 하는 성막 방법이다.
또한, 예를 들어 청구항 2에 규정된 바와 같이, 상기 박막을 형성한 후에 상기 원료 가스와, 상기 지원 가스와 동일 또는 다른 지원 가스를 동시에 공급하여 상기 박막 상에 후막을 형성한다.
이 경우, 예를 들어 청구항 3에 규정된 바와 같이, 상기 후막의 형성은 CVD에 의해 행한다.
또한 예를 들어 청구항 4에 규정된 바와 같이, 상기 지원 가스는 산화 가스를 포함한다.
또한 예를 들어 청구항 5에 규정된 바와 같이, 상기 지원 가스는 활성화된다.
또한 예를 들어 청구항 6에 규정된 바와 같이, 상기 지원 가스가 활성화됨으로써, 오존과, 산소 활성종과, 수산기 활성종으로 이루어지는 군 중 어느 하나가 1 이상을 포함하는 가스가 형성된다.
또한 예를 들어 청구항 7에 규정된 바와 같이, 상기 원료 가스는 금속을 함유한다.
또한 예를 들어 청구항 8에 규정된 바와 같이, 상기 원료 가스는 유기 금속 함유 재료이다.
청구항 9에 관한 발명은, 피처리체의 표면에 박막을 퇴적시키는 성막 장치에 있어서, 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 보유 지지하는 보유 지지 수단과, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내로 성막용의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내로 지원 가스를 공급하는 지원 가스 공급 수단과, 상기 원료 가스와 상기 지원 가스와의 공급을 제어하는 가스 공급 제어 수단을 구비하고, 상기 가스 공급 제어 수단은 상기 원료 가스와 상기 지원 가스를 서로 다른 타이밍에서 교대로 또한 연속적으로 서로 복수회 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
이 경우, 예를 들어 청구항 10에 규정된 바와 같이, 상기 처리 용기는 상기 피처리체를 복수매 수용할 수 있는 크기로 종형으로 성형되어 있고, 상기 보유 지지 수단은 상기 복수매의 피처리체를 소정의 피치로 다단에 지지할 수 있는 동시에, 상기 처리 용기 내로 삽탈 가능하게 이루어져 있다.
이하에, 본 발명에 관한 성막 방법 및 성막 장치의 일 실시예를 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술한다.
도1은 본 발명 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례를 도시하는 구성도, 도2는 성막시 퇴적막의 상태를 도시하는 반도체 웨이퍼의 부분 확대 단면도, 도3은 성막시 가스의 공급 형태를 도시하는 흐름도이다. 우선 이 성막 장치에 대해 설명한다. 도시한 바와 같이, 이 성막 장치(12)는 하단부가 개방된 원통체형으로 이루어진 종형의 처리 용기(14)를 갖고 있다. 이 처리 용기(14)는, 예를 들어 내열성이 높은 석영을 이용할 수 있다.
이 처리 용기(14)의 천정부에는 개구된 배기구(16)가 설치되는 동시에, 이 배기구(16)에 예를 들어 직각으로 가로 방향으로 굴곡된 배기 노즐(18)이 연속 설치되어 있다. 그리고, 이 배기 노즐(18)에는 도중에 압력 제어 밸브(20)나 진공 펌프(22) 등이 개재 설치된 배기계(24)가 접속되어 있고, 상기 처리 용기(14) 내의 분위기를 진공화하여 배기할 수 있게 되어 있다.
상기 처리 용기(14)의 하단부는, 예를 들어 스테인레스 스틸제의 통체형의 매니폴드(26)에 의해 지지되어 있고, 이 매니폴드(26)의 하방으로부터 다수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 다단에 소정의 피치로 적재한 보유 지지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(28)가 승강 가능하게 삽탈 가능하게 이루어져 있다. 상기 처리 용기(14)의 하단부와 상기 매니폴드(26)의 상단부 사이에는, O링 등의 밀봉 부재(30)가 개재되어 이 부분의 기밀성을 유지하고 있다. 본 실시예의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(28)에는, 예를 들어 50매 정도의 직경이 300 ㎜의 웨이퍼(W)를 대략 같은 피치로 다단으로 지지할 수 있게 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(28)는 석영제의 보온통(32)을 통해 테이블(34) 상에 적재되어 있고, 이 테이블(34)은 매니폴드(26)의 하단 개구부를 개폐하는 덮개부(36)를 관통하는 회전축(38)의 상단부에 지지된다. 그리고, 이 회전축(38)의 관통부에는 예를 들어 자성 유체 밀봉(40)이 개재 설치되고, 이 회전축(38)을 기밀하게 밀봉하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또, 덮개부(36)의 주변부와 매니폴드(26)의 하단부에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(42)가 개재 설치되어 있고, 처리 용기(14) 내의 밀봉성을 보유 지지하고 있다.
상기한 회전축(38)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(44)에 지지된 아암(46)의 선단부에 부착되어 있고, 웨이퍼 보트(28) 및 덮개부(36) 등을 일체적으로 승강할 수 있도록 이루어져 있다. 또한, 상기 테이블(34)을 상기 덮개부(36) 측으로 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(28)를 회전시키는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 된다.
상기 처리 용기(14)의 측부에는, 이를 둘러싸도록 하고 있었던 예를 들어 일본 특허 공개 제2003-209063호 공보에 기재된 카본 와이어제의 히터로 이루어지는 가열 수단(48)이 마련되어 있고, 이 내측에 위치하는 상기 반도체 웨이퍼(W)를 가열할 수 있게 되어 있다. 이 카본 와이어 히터는 청정한 프로세스가 실현되고, 또한 승강온 특성이 우수하여 본 발명과 같은 복수 연속 처리 공정에 적합하다. 또 이 가열 수단(48)의 외주에는 단열재(50)가 설치되어 있고, 이 열적 안정성을 확보하도록 되어 있다. 그리고, 상기 매니폴드(26)에는 각종의 가스를 이 처리 용기(14) 내로 도입하여 공급하기 위한 각종의 가스 공급 수단이 마련되어 있다.
구체적으로는, 이 매니폴드(26)에는 상기 처리 용기(14) 내로 성막용의 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 수단(52)과, 처리 용기(14) 내로 제1 지원 가스를 공급하는 제1 지원 가스 공급 수단(54)과, 처리 용기(14) 내로 제2 지원 가스를 공급하는 제2 지원 가스 공급 수단(56)과, 처리 용기(14) 내로(에) N2 등의 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단(58)이 각각 마련되어 있다. 또한, 불활성 가스로서는 N2 대신에 Ar이나 He 등도 이용할 수 있다. 상기 각 가스 공급 수단(52, 54, 56, 58)은 상기 매니폴드(26)의 측벽을 관통시켜 그 선단부를 처리 용기(14) 내를 향해 설치한 가스 노즐(52A, 54A, 56A, 58A)을 갖고 있다.
그리고, 각 가스 노즐(52A, 54A, 56A, 58A)로부터 연장되는 가스 통로(52B, 54B, 56B, 58B)의 도중에는 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기와 개폐 밸브를 조합하여 이루어지는 가스 제어 유닛(52C, 54C, 56C, 58C)이 각각 개재 설치되어 있고, 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는 가스 공급 제어 수단(60)에 의해 상기 각 가스 제어 유닛(52C, 54C, 56C, 58C)을 각각 제어하여 각 가스의 공급과 정지 및 각 가스 유량을 제어할 수 있게 되어 있다.
그리고, 여기서는 일례로서 원료 가스로서는 Ru을 포함하는 유기 재료인 Ru(Cp)2가 이용되고, 제1 지원 가스로서는 O3(오존) 가스가 이용되고, 제2 지원 가스로서는 O2 가스가 이용되고 있다. 또한, 상기 제1 지원 가스 공급 수단(54)의 가스 통로(52B)에는 상기 산소 활성종을 포함하는 O3 가스를 발생시키는 오조나이저(도시하지 않음)가 도중에 개재 설치되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 성막 장치(12)를 이용하여 행해지는 성막 방법에 대해 설명한다.
본 발명 방법의 특징은, 원료 가스와 제1 지원 가스를 서로 다른 타이밍에서 교대로 또한 연속적으로 서로 복수회 공급하여 박막을 퇴적시키도록 한 점이다. 또한, 여기서는 필요에 따라서 상기 공정에 이어서 CVD법에 의한 성막 처리를 동일한 처리 용기(14) 내에서 연속적으로 행한다.
우선, 예를 들어 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 반도체 웨이퍼(W)가 언로드 상태에서 성막 장치(12)가 대기 상태일 때에는, 처리 용기(14)는 프로세스 온도보다 낮은 온도로 유지되어 있고, 상온의 다수매, 예를 들어 50매의 웨이퍼(W)가 적재된 상태의 웨이퍼 보트(28)를 처리 용기(14) 내에 그 하방으로부터 상승시켜 로드하고, 덮개부(36)로 매니폴드(26)의 하단 개구부를 폐쇄함으로써 처리 용기(14) 내를 밀폐한다.
그리고, 처리 용기(14) 내를 진공화하여 소정의 프로세스 압력으로 유지하는 동시에, 가열 수단(48)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 웨이퍼 온도를 상승시켜 성막용의 프로세스 온도까지 승온하여 안정시키고, 그 후 각 처리 공정을 행할 때마다 필요하게 되는 소정의 처리 가스를 유량 제어하면서 각 가스 공급 수단(52, 54, 56)의 가스 노즐(52A, 54A, 54A)로부터 처리 용기(14) 내로 공급한다.
이 처리 가스는 처리 용기(14) 내를 상승시키면서, 회전하고 있는 웨이퍼 보트(28)에 수용되어 있는 웨이퍼(W)와 접촉하여 웨이퍼 표면에 대해 소정의 성막 처리가 실시되게 된다. 그리고, 이 처리 가스 혹은 반응에 의해 생성된 가스는 처리 용기(14)의 천정부의 배기구(16)로부터 시스템 밖으로 배기되게 된다.
다음에 본 발명에서의 성막 공정을 상세하게 설명한다.
본 발명 방법의 특징은, 상술한 바와 같이 원료 가스와 지원 가스(제1 지원 가스)를 서로 다른 타이밍에서 교대로 공급하여 도2의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 Ru막으로 이루어지는 종막(박막)(2)을 형성하는 점에 있다(도3 참조). 이 종막(2)의 성막율은 비교적 작기 때문에, 장시간에 걸쳐 원료 가스와 지원 가스를 교대로 공급하여 오목부(6)를 매립하도록 하여 최종적으로 원하는 두꺼운 막 두께를 얻도록 해도 좋지만, 여기서는 어느 정도의 두께의 종막(2)을 형성하게 되면, 다음에 원료 가스와 지원 가스(제2 지원 가스)를 동시에 공급하여 성막율의 비교적 큰 CVD법에 의해 Ru막으로 이루어지는 본막(후막)(4)을 형성한다.
우선, 처리 용기(14) 내로 도입된 최초의 웨이퍼(W)의 표면에는, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 오목부(6)가 형성되어 있고, 이 오목부(6)가 예를 들어 컨택트 홀 등에 대응하게 된다.
이러한 상태에서, 우선 종막(2)의 형성을 행한다. 여기서는 원료 가스 공급 수단(52)에 의해 원료 가스인 Ru(Cp)2 가스를 처리 용기(14) 내로 간헐적으로 공급하고, 또한 제1 지원 가스 공급 수단(54)으로부터 오존 가스를 처리 용기(14) 내로, 도3에 도시한 바와 같이 상기 원료 가스의 공급과는 다른 타이밍에서 간헐적으로 공급하여 상기 종막(2)을 퇴적시킨다. 이 성막 처리 동안에는 처리 용기(14) 내는 연속적으로 진공화되어 있다.
여기서 중요한 점은, 원료 가스의 공급 기간(T1)과 지원 가스의 공급 기간(T2)과는 서로 연속되어 있고, 처리 용기(14) 내에 대해서는 가스는 종류를 교대로 바꾸면서 연속적으로 공급되게 된다. 바꿔 말하면, 원료 가스의 공급 기간(T1)과 지원 가스의 공급 기간(T2) 사이에, N2 가스를 흐르게 하여 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정이나 전체 가스의 공급을 정지하여 진공화만을 행하는 진공화 공정은 행하지 않는다.
원료 가스의 1회의 공급의 개시로부터 지원 가스의 1회의 공급이 끝나기까지 동안을 1 사이클이라 하면, 도시예로서는 5 사이클의 성막 처리가 행해지고 있고, 1회의 사이클로 웨이퍼(W)의 표면상에는, 예를 들어 원료 가스 중 금속의 대략 1 분자의 두께에 상당하는 매우 얇은 막 두께의 Ru막이 형성되고, 이 박막이 예를 들어 5층 적층되어 상기 종막(2)이 형성되게 된다. 또한, 상기 사이클 수는 전술한 바와 같이 한정되지 않는다. 여기서는 상기 오존 가스는 산화 가스로서 기능하고, 웨이퍼 표면에 부착 내지 흡착한 원료 가스를 열 분해시켜 Ru막이 퇴적되게 된다.
이 때 프로세스 조건에 관해서는, 프로세스 온도는 220 ℃ 정도, 프로세스 압력은 40 내지 200 Pa 정도, Ru(Cp)2 가스의 유량은 150 sccm 정도, 오존 가스의 유량은 200 sccm 정도, 공급 기간(T1, T2)은 모두 2분 정도이다. 또한, 상기 오존 가스의 유량은 오조나이저 3000 sccm의 산소와 24.2 sccm의 질소를 공급하여 200 g/N㎥(약 10 ％)의 오존을 발생시켰을 때 유량을 기재하고 있다. 이 점은, 이후에 설명하는 경우도 마찬가지다. 또한, 원료인 Ru(Cp)2은 상온에서 고체이며, 200 ℃ 정도의 승화 온도를 갖고 있기 때문에 프로세스 온도는 200 ℃보다도 높은 것이 필요하다. 상기와 같이 하여 성막 처리를 한 결과, 수 원자층의 Ru막을 얻을 수 있었다.
이상과 같이 종막(2)의 성막 처리가 완료되면, 다음에 계속해서 동일한 처리 용기(14) 내에서 CVD법에 의해 본막(4)을 연속적으로 성막한다. 이 CVD 성막 처리에서는 제1 지원 가스 대신에 제2 지원 가스, 즉 O2 가스를 이용하고, 이 O2 가스와 원료 가스인 Ru(Cp)2 가스를 동시에 처리 용기(14) 내로 공급하고, 성막율이 비교적 큰 CVD법에 의해 Ru막으로 이루어지는 본막(4)을 퇴적시킨다. 이 때, 상기 본막(4)은 기초의 종막(2)을 핵으로서 성장하여 퇴적된다. 이 CVD법에 의한 성막 처리는 성막율이 큰 것으로부터 처리량을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스텝 커버리지도 양호하여 오목부(6) 내를 효과적으로 매립할 수 있다. 여기서는 제2 지원 가스인 O2 가스는 C2H5 등의 배위자와 반응하여 원료 가스의 분해를 촉진시킨다.
이 CVD 성막시의 프로세스 조건에 관해서는, 프로세스 온도는 260 ℃ 정도, 프로세스 압력은 100 Pa(0.75 Torr) 정도, Ru(Cp)2 가스의 유량은 150 sccm 정도, O2 가스의 유량은 300 sccm 정도이다. 이 경우, 원료 가스의 3 내지 10배의 O2 가스를 흐르게 한 경우, RuO2막이 형성되어 Ru막으로부터 저저항막이 필요하게 되는 경우에 형편이 좋다.
이와 같이, 본 발명 방법으로서는 1개의 처리 용기(14) 내에서 종막(2)과 본막(4)과의 연속 성막을 행할 수 있으므로, 종래 방법에서 필요하게 된 종막 형성을 위한 스퍼터링 장치를 필요로 하지 않아 설비 비용을 삭감할 수 있다.
여기서 기상 중에 있어서의 원료 가스의 분해 반응의 발생을 억제할 목적으로, 일본 특허 공개 제2003-193233호 공보로 앞서 개시된 바와 같이 원료 가스와 산화 가스를 교대로 공급할 때에, 각 가스의 공급 사이에 처리 용기 내의 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정을 행한 경우의 평가에 대해 검토하였기 때문에, 그 검토 결과에 대해 설명한다. 도4는 이러한 검토 대상이 되는 제1 비교예의 가스 공급 형태를 도시하는 흐름도이다.
도3에 도시한 흐름도와 비교하여 명백한 바와 같이, 이 제1 비교예에서는 원료 가스인 Ru(Cp)2 가스의 공급 기간(T1)과 지원 가스(산화 가스)의 공급 기간(T2) 사이에, 불활성 가스로서 예를 들어 N2 가스를 흐르게 하면서 진공화를 행하여 처리 용기(14) 내의 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정(Pg)을 행하고 있다. 이 퍼지 공정(Pg)의 기간(T3)은 대략 2분이다. 다른 프로세스 조건에 대해서는, 도3에 있어서 설명한 경우와 매우 같고, 이 처리 직후에 전술한 바와 마찬가지인 CVD 성막 처리를 행하였다. 이 결과, 퍼지 공정(Pg)을 조립하여 처리를 행한 경우에는 웨이퍼 표면에 종막의 형성은 거의 볼 수 없고, 또한 이 웨이퍼에 CVD법에 의해 성막 처리를 행해도, Ru막은 거의 퇴적되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 퍼지 공정(Pg) 외에, 혹은 상기 퍼지 공정(Pg) 대신에 전체 가스의 공급을 정지하여 진공화만을 행하여 잔류 가스를 배제하는 진공화 공정을 행한 경우도, 상기한 바와 같이 Ru막의 퇴적은 거의 볼 수 없는 것을 확인할 수 있었다.
이 때의 반응 과정은 이하와 같이 행해지는 것으로 고려된다. 도5는 제1 비교예의 반응 과정을 모식적으로 도시하는 도면, 도6은 본 발명의 반응 과정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
제1 비교예인 경우에는, 도5에 도시한 바와 같이 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하면 웨이퍼(W)의 표면에 원료 가스 분자(X)가 부착 내지 흡착되지만[도5의 (a), 다음에 퍼지 공정, 혹은 진공화 공정을 행하면 분위기 속의 원료 가스 분자(X)뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되어 있었던 원료 가스 분자(X)도 박리되어 버린다{도5의 (b)}]. 이 결과, 웨이퍼(W)의 표면에는 가스가 아무것도 흡착되지 않은 상태가 된다[도5의 (c)]. 이 이유는, 원료 가스인 Ru(Cp)2 가스의 표면 흡착력이 그 정도 강하지 않고 약하기 때문이라 고려된다.
이러한 상태에서, 오존 가스를 공급해도 오존 가스 분자(Y)는 웨이퍼 표면에 원료 가스 분자(X)가 존재하지 않기 때문에 Ru 원자는 생성되는 일은 없다[도5의 (d)]. 따라서, 상기 각 조작을 반복하여 행해도 웨이퍼(W)의 표면에 종막이 전혀 퇴적되지 않다.
이에 대해, 본 발명 방법의 경우에는, 도6에 도시한 바와 같이 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하면, 웨이퍼 표면에 원료 가스 분자(X)가 부착 내지 흡착되고[도6의 (a)], 다음에 퍼지 공정이나 진공화 공정을 행하는 일 없이, 산화 가스인 오존 가스를 공급하면[도6의 (b)], 오존 가스 분자(Y)가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되어 있는 원료 가스 분자(X)에 작용하고 이를 열 분해하여 Ru 원자(Z)가 퇴적되게 된다[도6의 (c)].
다음에, 재차 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하면, 웨이퍼 표면의 Ru 원자(Z) 상에 원료 가스 분자(X)가 부착 내지 흡착된다[도6의 (d)].
다음에, 산화 가스인 오존 가스를 공급하면[도6의 (e)], 오존 가스 분자(Y)가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되어 있는 원료 가스 분자(X)에 작용하고 이를 열 분해하여 2층째의 Ru 원자(Z)가 퇴적되게 된다[도6의 (f)]. 이후는 마찬가지의 조작을 반복적으로 행하여 소정의 두께의 종막(2)이 퇴적되게 된다.
이와 같이, 본 발명 방법에서는 원료 가스의 공급 기간과 산화 가스(지원 가스)의 공급 기간 동안에, 퍼지 공정이나 진공화 공정을 행하지 않도록 함으로써, 종막(2)을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
다음에, 본 발명 방법의 종막(2)의 형성 공정에 있어서의 오존의 유량 및 온도 의존성에 대해 평가를 행하였기 때문에, 그 평가 결과에 대해 설명한다.
도2에 도시한 종막(2)을 형성하기 위해, 도3에 도시한 성막 공정(제1 실시예)에서는 프로세스 온도를 220 ℃ 정도, 오존 가스의 유량을 200 sccm 정도로 설정하여 행하였지만, 본 제2 실시예에서는 프로세스 온도는 상기와 동일한 220 ℃ 정도로 설정하고, 오존 가스의 유량은 상기의 1.5배의 300 sccm 정도로 설정하였다. 그리고, 전혀 동일한 프로세스 조건하에서 CVD법에 의해 성막 처리를 행하였다.
이 결과, 본 제2 실시예에서는 앞서 제1 실시예로부터 총 막 두께가 대폭 떨어져, 예를 들어 10 내지 20 ％ 정도까지 저하되었지만, Ru막의 약간의 성막을 확인할 수 있었다. 따라서, 프로세스 온도가 220 ℃ 정도 때의 오존 가스의 최대치는 300 sccm 정도이며, 그 이상 흐르게 되면 종막이 거의 형성되어 없어지고, CVD법에 의한 성막도 할 수 없게 된다. 이와 같이, 오존 가스를 대량으로 흐르게 하면 막종이 생기기 어렵게 되는 이유는, 이하와 같이 고려된다. 즉 오존 가스의 농도 혹은 유량이 많을 경우, 부착 또는 흡착된 Ru막이 에칭되어 버리기 때문이라고 고려된다.
<제2 비교예>
다음에 제2 비교예에서, 오존 가스의 유량은 상기 제2 실시예와 동일한 300 sccm 정도로 설정하고, 프로세스 온도는 제2 실시예보다도 높은 260 ℃ 정도로 설정하였다.
그리고, 먼저 설명한 바와 같이 매우 동일한 프로세스 조건하에서 CVD법에 의해 성막 처리를 행하였다. 이 결과, 제2 이 비교예에서는 눈으로 확인하는 레벨로 확인할 수 있는 큰 파티클이 보이는 것뿐만 아니라, 막종은 전혀 형성되어 있지 않고, 따라서 CVD법을 행해도 성막은 할 수 없었다. 이에 의해, 프로세스 온도는 260 ℃에서는 지나치게 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는, 온도가 높기 때문에, Ru(Cp)2의 기상에서의 반응이 활발해져 이상한 분해물이 웨이퍼에 퇴적된 것이라 고려된다. 제2 실시예에서 설명한 바와 같은 오존 가스의 에칭 작용이 260 ℃ 라 하기 보다 높은 온도로 강하게 발휘되어 지배적이 된 것이라 고려된다.
다음에, 본 발명 방법의 종막(2)의 형성 공정에 있어서의 제1 지원 가스의 종류, 그 유량 및 그 온도에 대해 평가를 행하였기 때문에, 그 평가 결과에 대해 설명한다.
먼저 설명한 제1 실시예에서는 제1 지원 가스로서 산화 가스를 이용하고, 이 산화 가스로서는 오존을 이용한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 산화 가스로서 상기 오존 대신에 O2 가스를 이용할 수 있다.
<제3 비교예>
도2에 도시한 종막(2)을 형성하기 위해, 도3에 도시한 성막 공정(제1 실시예)에서는 프로세스 온도를 220 ℃ 정도, 오존 가스의 유량을 200 sccm 정도로 설정하여 행하였지만, 이 제3 비교예에서는 프로세스 온도는 상기와 동일한 220 ℃ 정도로 설정하고, 산화 가스(지원 가스)로서 오존 대신에 O2 가스를 이용하고, 게다가 그 유량은 상기의 1.5배의 300 sccm 정도로 설정하였다. 그리고, 매우 동일한 프로세스 조건하에서 CVD법에 의해 성막 처리를 행하였다.
이 결과, 이 제3 비교예에서는 종막의 형성은 확인할 수 있지만 눈으로 확인할 수 있는 정도의 큰 파티클이 발생되고 있어 사용할 수 없는 것이 확인되었다. 이 이유는 활성되어 있지 않은 O2 가스를 이용하고 또한 프로세스 온도를 원료의 승화 온도보다도 약간 높은 만큼의 220 ℃ 정도로 설정한 경우에는, 원료 가스가 재고화하여 큰 파티클이 발생된 것이라 고려된다.
<제3 실시예>
다음에 제3 실시예에서, 산화 가스인 O2 가스의 유량은 상기 제3 비교예와 동일한 300 sccm 정도로 설정하고, 프로세스 온도는 제3 비교예보다도 높은 260 ℃ 정도로 설정하였다. 그리고, 먼저 설명한 바와 같이 매우 동일한 프로세스 조건하에서 CVD법에 의해 성막 처리를 행하였다. 이 결과, 본 제3 실시예에서는 종막 및 본막의 형성을 확인할 수 있었다. 또한 파티클도 발생되었지만 이 크기는 제3 비교예의 파티클보다도 매우 작아 사용에 견딜 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
<제4 실시예>
다음에 제4 실시예로서 프로세스 온도는 상기 제3 실시예와 동일한 260 ℃ 정도로 설정하고, 산화 가스인 O2 가스의 유량은 제3 실시예보다도 적은 200 sccm 정도로 설정하였다. 그리고, 먼저 설명한 바와 같이 매우 동일한 프로세스 조건하에서 CVD법에 의해 성막 처리를 행하였다. 이 결과, 본 제4 실시예에서는 종막 및 본막의 형성을 확인할 수 있었다. 또한 파티클도 발생되었지만, 이 크기는 제3 실시예의 파티클보다도 더욱 작아져 있어 사용에 견딜 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 종막의 형성 공정에 있어서 산화 가스로서 O2 가스를 이용하고, 또한 프로세스 온도를 260 ℃ 이상으로 설정한 경우에는, 비교적 양호한 본막(후막)을 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 실시예에서는 원료 가스로서 Ru(Cp)2 가스를 이용하였지만 이에 한정되지 않고, 비스에틸시크로펜타디에닐테늄(Ru(EtCp)2 : Ru(C2H5C5 H4)2)를 이용할 수 있다.
또한 여기서는 종막(박막) 및 본막(후막) 모두 Ru막을 퇴적하는 경우에 대해 설명하였지만 이에 한정되지 않고, Ti, Ta, W(텅스텐), Hf, Al등의 금속 혹은 이러한 금속의 화합물(산화막, 질화물 등도 포함함)막을 형성하는 경우, 또는 PZT막(Pb, Zr, Ti의 산화물막), BST막(Ba, Sr, Ti의 산화물막) 등을 퇴적하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
여기서 원료 가스로서는 금속 함유 재료 가스 및 유기 금속 재료 가스 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 Ta막을 형성하기 위해서는 원료 가스로서 PET(펜트에톡시탄탈)를 이용하고, 또한 지원 가스로서는 H2O를 이용하여 BST막을 형성하기 위해서는 원료 가스로서 BST 재료를 이용하고, 또한 지원 가스로서는 H2O를 이용하여 PZT막을 형성하기 위해서는 원료 가스로서 PZT 재료를 이용하고, 또한 지원 가스로서는 H2O를 이용하지만, 이 경우 지원 가스인 H2O는 산화 가스로서의 기능을 구비한다.
또한 TiN막을 형성하기 위해서는 원료 가스로서 TiCl4 가스를 이용하고, 또한 지원 가스로서 NH3 가스를 이용하지만, 이 경우 지원 가스인 NH3 가스는 환원 가스로서 기능한다.
또한 본 발명의 실시예에서는 지원 가스로서 O2 가스를 이용하고, 이를 활성화함으로써 얻어진 오존을 주로 반응에 이용하였지만 이에 한정되지 않고, 지원 가스로서 H2 가스와 O2 가스를 이용하고, 이를 저온 감압 분위기로 반응시켜서 산소 활성종과 수산기 활성종을 발생시키도록 해도 좋다(예를 들어 일본 특허 공개 제2002-176052호 공보).
또한 이 경우, 산소 활성종만을 이용해도 좋고, 이러한 산소 활성종은 O2 가스를 플라즈마 분위기에 노출됨으로써 발생할 수 있고, 구체적으로는 일본 특허 공개 평5-251391호 공보나 일본 특허 공개 제2002-280378호 공보 등으로 개시되어 있는 바와 같이 플라즈마를 이용하여 상기 산소 활성종을 생성하면 좋다.
또한 여기서는 성막 장치로서는, 종형 배치의 단관식의 성막 장치를 예로 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 종형 배치의 2 중관식의 성막 장치 혹은 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 매엽식의 성막 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한 성막 대상이 되는 막은 캐패시터 전극에 한정되지 않고, 게이트 전극이나 배리어층도 본 발명 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 피처리체로서는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD 기판이나 유리 기판 등에 대해서도 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원료 가스와 지원 가스를 서로 다른 타이밍에서 교대로 또한 연속적으로 서로 복수회 공급하도록 하였으므로, 스퍼터링 장치를 이용하는 일 없이 박막(종막)을 형성할 수 있다.
따라서, 스퍼터링 장치를 이용하는 일 없이 CVD용의 성막 장치만으로 성막 처리를 완료할 수 있으므로 설비 비용을 삭감할 수 있다.
또한 원료 가스와 지원 가스를 동시에 흐르게 하여 성막을 행하는 CVD법을 병용함으로써, 상기 박막 상에 CVD법에 의한 원막을 높은 성막율로 형성할 수 있으므로, 처리량을 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례를 도시하는 구성도.
도2는 성막시 퇴적막의 상태를 도시하는 반도체 웨이퍼의 부분 확대 단면도.
도3은 성막시 가스의 공급 형태를 도시하는 흐름도.
도4는 검토 대상이 되는 제1 비교예의 가스 공급 형태의 흐름도를 나타내는 도면.
도5는 제1 비교예의 반응 과정을 모식적으로 도시하는 도면.
도6은 본 발명의 반응 과정을 모식적으로 도시하는 도면.
도7은 Ru막의 종래의 성막 방법을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 종막(박막)
4 : 본막(후막)
12 : 성막 장치
14 : 처리 용기
28 : 웨이퍼 보트(보유 지지 수단)
48 : 가열 수단
52 : 원료 가스 공급 수단
54 : 제1 지원 가스 공급 수단
56 : 제2 지원 가스 공급 수단
60 : 가스 공급 제어 수단
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (23)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 표면 상에 기초층을 가지는 목표 기판을 수용하는 처리 용기 내에 Ru(C5H5)2 또는 Ru(C2H5C5H4)2를 포함하는 원료 가스 및 오존 또는 산소를 포함하는 제1 지원 가스를 공급하여, CVD에 의해 기초층 상에 종막을 형성하는 단계와,
    처리 용기 내에 상기 원료 가스 및 상기 원료 가스와 반응하는 산화 가스를 포함하는 제2 지원 가스를 공급하여, CVD에 의해 종막 상에 본막을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 종막을 형성하는 단계는 교대로 또한 연속적으로 수행되는 복수의 제1 기간 및 복수의 제2 기간을 포함하고, 각각의 제1 기간은 제1 지원 가스의 공급을 중단시킨 상태에서 원료 가스를 처리 용기 내로 공급하도록 설정되고, 각각의 제2 기간은 원료 가스의 공급을 중단시킨 상태에서 제1 지원 가스를 처리 용기 내로 공급하도록 설정되며,
    제1 및 제2 기간은 처리 용기를 진공 배기한 상태에서 수행되고,
    복수의 제1 기간 및 복수의 제2 기간 사이에는, 처리 용기 내로 퍼지 가스를 공급함으로써 잔류 가스를 제거하는 퍼지 공정 또는 모든 가스의 공급을 중지시킨 상태에서 처리 용기의 진공 배기를 수행하는 진공화 공정이 없도록, 복수의 제1 기간 및 복수의 제2 기간이 교대로 또한 연속적으로 수행되는 루테늄 막 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 본막을 형성하는 단계는 원료 가스와 제2 지원 가스를 처리 용기 내로 동시에 공급하는 단계를 포함하는 루테늄 막 형성 방법.
  13. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 지원 가스는 상이한 가스인 루테늄 막 형성 방법.
  14. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 지원 가스는 동일한 가스인 루테늄 막 형성 방법.
  15. 제11항에 있어서, 본막 형성을 형성하는 단계는 원료 가스와 제2 지원 가스를 처리 용기 내로 교대로 공급하는 단계를 포함하는 루테늄 막 형성 방법.
  16. 제11항에 있어서, 제1 지원 가스는 활성화된 상태로 처리 용기 내로 공급되는 루테늄 막 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 제1 지원 가스는 오존 및 산소 활성종 중 적어도 하나를 함유하는 가스로 활성화되는 루테늄 막 형성 방법.
  18. 제11항에 있어서, 제2 지원 가스는 산소인 루테늄 막 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제1 지원 가스는 오존이고, 제2 지원 가스는 산소인 루테늄 막 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 종막을 형성하는 단계는 본막을 형성하는 단계의 처리 온도 보다 낮은 처리 온도에서 수행되는 루테늄 막 형성 방법.
  21. 제11항에 있어서, 종막을 형성하는 단계는 40 내지 200 Pa의 처리 압력에서 수행되는 루테늄 막 형성 방법.
  22. 제11항에 있어서, 제1 및 제2 기간을 한정하기 위해, 각각의 원료 가스 및 제1 지원 가스는, 원료 가스의 장방형 펄스의 상승 엣지와 하강 엣지가 각각 제1 지원 가스의 장방형 펄스의 하강 엣지와 상승 엣지에 일치하도록 하는 장방형 펄스를 가지는 펄스형으로 공급되는 루테늄 막 형성 방법.
  23. 제11항에 있어서, 처리 용기 내로 퍼지 가스를 공급함으로써 잔류 가스를 제거하는 퍼지 공정이 없으며, 모든 가스의 공급을 중단한 상태에서의 처리 용기의 진공화 공정이 없는 루테늄 막 형성 방법.
KR1020040079308A 2003-10-07 2004-10-06 루테늄 막 형성 방법 KR100919527B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2003-00348869 2003-10-07
JP2003348869 2003-10-07
JPJP-P-2004-00265205 2004-09-13
JP2004265205A JP4770145B2 (ja) 2003-10-07 2004-09-13 成膜方法及び成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050033820A KR20050033820A (ko) 2005-04-13
KR100919527B1 true KR100919527B1 (ko) 2009-10-01

Family

ID=34655984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040079308A KR100919527B1 (ko) 2003-10-07 2004-10-06 루테늄 막 형성 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7229917B2 (ko)
JP (1) JP4770145B2 (ko)
KR (1) KR100919527B1 (ko)
TW (1) TW200525616A (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5207962B2 (ja) * 2006-02-28 2013-06-12 東京エレクトロン株式会社 ルテニウム膜の成膜方法
JP4866658B2 (ja) * 2006-05-23 2012-02-01 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置
US7435484B2 (en) * 2006-09-01 2008-10-14 Asm Japan K.K. Ruthenium thin film-formed structure
US8298909B2 (en) 2006-12-27 2012-10-30 Hynix Semiconductor Inc. Semiconductor device and method for fabricating the same
KR100869343B1 (ko) * 2007-08-31 2008-11-19 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법
JP6118149B2 (ja) * 2013-03-21 2017-04-19 東京エレクトロン株式会社 ルテニウム膜の形成方法および記憶媒体
JP2020132904A (ja) * 2019-02-13 2020-08-31 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020065245A (ko) * 2001-02-06 2002-08-13 주식회사 하이닉스반도체 피이에이엘디법을 이용한 박막 증착방법
KR20020079783A (ko) * 2000-11-17 2002-10-19 동경 엘렉트론 주식회사 금속 막 형성 방법 및 반도체 제조 장치
KR20030013303A (ko) * 2001-08-02 2003-02-14 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 기판 처리 장치

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01195277A (ja) * 1988-01-28 1989-08-07 Fujitsu Ltd 薄膜の形成方法
JPH02258609A (ja) * 1989-03-31 1990-10-19 Kokusai Chiyoudendou Sangyo Gijutsu Kenkyu Center 酸化物超電導膜の製造方法
JPH05251391A (ja) 1992-03-04 1993-09-28 Tokyo Electron Tohoku Kk 半導体ウエハーのプラズマ処理装置
JPH11354751A (ja) 1998-06-04 1999-12-24 Toshiba Corp 半導体装置，半導体装置の製造方法および半導体製造装置
KR100389913B1 (ko) * 1999-12-23 2003-07-04 삼성전자주식회사 공정조건을 변화시키면서 화학기상 증착법으로 루테늄막을형성하는 방법 및 그에 의해 형성된 루테늄막
JP3437832B2 (ja) * 2000-03-22 2003-08-18 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
JP4034518B2 (ja) 2000-03-31 2008-01-16 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法
JP3436256B2 (ja) 2000-05-02 2003-08-11 東京エレクトロン株式会社 被処理体の酸化方法及び酸化装置
JP3437830B2 (ja) * 2000-11-28 2003-08-18 東京エレクトロン株式会社 成膜方法
JP3979849B2 (ja) 2001-01-11 2007-09-19 株式会社日立国際電気 プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法
US6613656B2 (en) * 2001-02-13 2003-09-02 Micron Technology, Inc. Sequential pulse deposition
JP2004530294A (ja) * 2001-03-16 2004-09-30 東京エレクトロン株式会社 薄膜形成方法および薄膜形成装置
JP4032872B2 (ja) 2001-08-14 2008-01-16 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の形成方法
JP2003068676A (ja) 2001-08-28 2003-03-07 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
JP2003209063A (ja) 2001-11-08 2003-07-25 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置および熱処理方法
JP2003218098A (ja) * 2002-01-18 2003-07-31 Tokyo Electron Ltd 処理方法及び処理装置
JP2003229425A (ja) * 2002-02-05 2003-08-15 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
JP2004091874A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Tokyo Electron Ltd 成膜方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020079783A (ko) * 2000-11-17 2002-10-19 동경 엘렉트론 주식회사 금속 막 형성 방법 및 반도체 제조 장치
KR20020065245A (ko) * 2001-02-06 2002-08-13 주식회사 하이닉스반도체 피이에이엘디법을 이용한 박막 증착방법
KR20030013303A (ko) * 2001-08-02 2003-02-14 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 기판 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP4770145B2 (ja) 2011-09-14
US7229917B2 (en) 2007-06-12
KR20050033820A (ko) 2005-04-13
TW200525616A (en) 2005-08-01
JP2005133203A (ja) 2005-05-26
TWI366867B (ko) 2012-06-21
US20050176261A1 (en) 2005-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11174550B2 (en) Selective deposition on metal or metallic surfaces relative to dielectric surfaces
KR100960273B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
JP3670628B2 (ja) 成膜方法、成膜装置、および半導体装置の製造方法
JP5097554B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
US7717061B2 (en) Gas switching mechanism for plasma processing apparatus
JP5171625B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
JP5036849B2 (ja) 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置
JP4803578B2 (ja) 成膜方法
US20100012153A1 (en) Method of cleaning film forming apparatus and film forming apparatus
JP4753841B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法
WO2004007795A1 (ja) 半導体処理用の成膜方法
KR20150004286A (ko) 성막 방법
KR100919527B1 (ko) 루테늄 막 형성 방법
KR100989028B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
US20040195653A1 (en) Capacitor structure and film forming method and apparatus
US7524766B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus
JP2004047634A (ja) 成膜方法及び成膜装置
KR101757515B1 (ko) 루테늄막의 형성 방법 및 기억 매체
JP4348835B2 (ja) クリーニング方法
US20040045503A1 (en) Method for treating a surface of a reaction chamber
JP5568342B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理システム
KR20130049743A (ko) 산화 루테늄 막의 성막 방법 및 기억매체
WO2020235596A1 (ja) 成膜方法および成膜装置、ならびに処理容器のクリーニング方法
TWI464779B (zh) 於基材上形成釕基膜的方法
JP2013199673A (ja) 酸化ルテニウム膜の成膜方法および酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120907

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130903

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140901

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150819

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160818

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee