TW202242195A - 埋入方法及處理系統 - Google Patents

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坂本雅人
石坂忠大
武安一成
佐藤耕一
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

[課題]提供埋入方法及處理系統，能夠在具有良好埋入性能下將釕膜埋入凹部內。 [解決手段]埋入方法，係具有：準備基板的工程，該基板具有形成有凹部的絕緣膜、及以從凹部的底部露出的方式設置的金屬膜；在將基板加熱至第一溫度的同時，藉由使用了含釕氣體的CVD將第一釕膜從凹部的底部埋入到凹部的中途的工程；及在將基板加熱至低於第一溫度的第二溫度的同時，藉由使用了含釕氣體的CVD將第二釕膜埋入凹部的第一釕膜之上的工程。

Description

埋入方法及處理系統
本公開關於埋入方法及處理系統。
在半導體裝置的製造工程中，存在將金屬膜埋入溝槽或孔等凹部內的工程。例如，在專利文獻1中記載有，在藉由CVD將鎢(W)膜埋入凹部內時，在第一溫度下形成W膜的一部分，在比第一溫度高的第二溫度下形成W膜的其餘部分。
另外，作為埋入金屬，低電阻材料的釕(Ru)受到關注，在專利文獻2中提出了，對於在凹部的底部具有金屬膜的基板，藉由CVD從底部的金屬膜自下而上(Bottom up)地埋入Ru膜的方法。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-199349號公報 [專利文獻2]日本特開2020-43139號公報
[發明所欲解決的課題]
本公開的目的在於提供埋入方法及處理系統，其能夠在具有良好埋入性能下將釕膜埋入凹部內。 [解決課題的手段]
本公開的一態樣的成膜方法，係具有：準備基板的工程，該基板具有形成有凹部的絕緣膜，和以從前述凹部的底部露出的方式設置的金屬膜；在將前述基板加熱至第一溫度的同時，藉由使用了含釕氣體的CVD將第一釕膜從前述凹部的前述底部埋入到前述凹部的中途的工程；及在將前述基板加熱至低於前述第一溫度的第二溫度的同時，藉由使用了含釕氣體的CVD在前述凹部的前述第一釕膜之上埋入第二釕膜的工程。 [發明效果]
根據本公開，可以提供埋入方法及處理系統，能夠在具有良好埋入性能下將釕膜埋入凹部內。
以下，參照附圖對實施形態進行說明。
＜成膜系統＞ 首先，說明一實施形態的埋入方法使用的處理系統的示例。 圖1是示意性地表示該處理系統的一例的水平剖視圖。
處理系統1係用於將釕(Ru)膜埋入到作為基板的半導體晶圓(以下，簡稱為晶圓)W中所形成的溝槽或孔等凹部內，並且構成為集群工具。
在處理系統1中，作為主要的構成要素而具有：用於處理晶圓W的4個處理裝置；3個裝載鎖定室14；真空搬送室10；大氣搬送室15；及整體控制部21。
具體而言，4個處理裝置是前清洗裝置11、退火裝置12、第一埋入裝置13a和第二埋入裝置13b。前清洗裝置11進行去除晶圓W表面的自然氧化膜等前處理。此外，退火裝置12是在埋入Ru膜之後進行退火。此外，第一和第二埋入裝置13a和13b係藉由CVD在晶圓W上形成Ru膜以埋入凹部。第一埋入裝置13a是在第一溫度下進行直至凹部的中途為止的埋入，第二埋入裝置13b是在低於第一溫度的溫度下進行凹部的其餘部分的埋入。稍後將說明埋入裝置13a和13b的詳細。
裝載鎖定室14，係設置在真空搬送室10與大氣搬送室15之間，在真空搬送室10與大氣搬送室15之間搬送晶圓W時用於調節大氣壓與真空之間的壓力。
真空搬送室10藉由真空泵進行排氣，維持與4個處理裝置的處理容器內的壓力相適應的真空度，且在內部具有搬送機構18。四個處理裝置經由閘閥G與真空搬送室10連接，三個裝載鎖定室14經由閘閥G1與真空搬送室10連接。
搬送機構18對前清洗裝置11、退火裝置12、第一埋入裝置13a、第二埋入裝置13b、裝載鎖定室14進行晶圓W的搬送。搬送機構18具有能夠獨立移動的2個搬送臂19a、19b。 大氣搬送室15，係被保持在大氣氣氛中，在其中一個壁部經由閘閥G2連接有3個裝載鎖定室14。在空氣搬送室15的與裝載鎖定室14的安裝壁部相反側的壁部具有3個載具安裝口16，該載具安裝口16係用於安裝收納晶圓W的載具(FOUP等)C。另外，在大氣搬送室15的側壁設置有用於對晶圓W進行對準的對準腔室17。在大氣搬送室15內形成向下流動的清淨空氣。
在大氣搬送室15內設置有搬送機構20。搬送機構20用於對載具C、裝載鎖定室14、對準腔室17進行晶圓W的搬送。
整體控制部21，係控制整個處理系統1，並向前清洗裝置11、退火裝置12、第一埋入裝置13a、第二埋入裝置13b傳送控制指令。此外，還控制真空搬送室10和裝載鎖定室14的排氣機構或氣體供給機構，以及搬送機構18、20、閘閥G、G1、G2的驅動系統等。整體控制部21具有：具有實際進行這些控制的CPU(電腦)的主控制部；輸入裝置(鍵盤、滑鼠等)；輸出裝置(印表機等)；顯示裝置(顯示器等)；及記憶裝置(記憶媒體)。主控制部根據記憶在記憶裝置的記憶媒體的處理配方，使處理系統1進行所希望的處理動作。
接下來，說明這種構成的處理系統1的動作的概要。以下的動作係根據記憶在記憶媒體中的處理配方進行。
首先，藉由搬送機構20從與大氣搬送室15連接的載具C取出晶圓W，打開任一裝載鎖定室14的閘閥G2將該晶圓W搬入該裝載鎖定室14內。關閉閘閥G2後，對裝載鎖定室14內實施真空排氣，當裝載鎖定室14達到規定的真空度時打開閘閥G1並藉由搬送機構18從裝載鎖定室14取出晶圓W。
然後，將取出的晶圓W依次搬送到前處理裝置11、第一埋入裝置13a、第二埋入裝置13b、退火裝置12，在各裝置中進行規定的處理。在對各裝置進行晶圓W的搬入搬出時打開或關閉閘閥G。又，根據需要進行前處理裝置11的前處理和退火裝置12的退火處理。
對於一系列處理結束後的晶圓W，打開任一裝載鎖定室14的閘閥G1，並藉由搬送機構18將晶圓W搬入該裝載鎖定室14內。然後，使裝載鎖定室14內回復至大氣，打開閘閥G2，藉由搬送機構20使裝載鎖定室14內的晶圓W返回到載具C。對多個晶圓W同時並行地進行上述處理，完成預定數量的晶圓W的處理。
在處理系統1中，可以在不將晶圓W暴露於大氣的情況下進行一系列處理。
＜埋入裝置＞ 接下來，說明實施作為一實施形態的埋入方法的主要工程的埋入工程的第一埋入裝置13a和第二埋入裝置13b的一例。尚且，由於第一埋入裝置13a和第二埋入裝置13b具有相同的構成，因此以下僅說明第一埋入裝置13a。
圖2是示意性地表示第一埋入裝置13a的一例的剖視圖。 如上所述，第一埋入裝置13a藉由CVD在晶圓W上形成Ru膜以埋入凹部。
第一埋入裝置13a具有在頂部具有開口的有底處理容器101。處理容器101的上部開口由支撐氣體排出機構103的支撐構件102封閉。另外，藉由支撐構件102將處理容器101的上側的開口封閉而使處理容器101的內部成為封閉的處理空間S。
氣體排出機構103將從氣體供給部104經由貫穿支撐構件102的氣體供給通路102a供給的氣體向處理空間排出。
氣體供給部104具有成膜原料容器161，該成膜原料容器161用於收納作為釕原料的固體狀的羰基釕(Ru 3(CO) 12)，並使Ru 3(CO) 12氣化後供給到氣體排出機構103。在成膜原料容器161的周圍設有加熱器162，作為載氣的CO氣體從CO氣體供給源164經由載氣供給管163被吹入成膜原料容器161內。另外，成膜原料氣體供給管165插入成膜原料容器161，成膜原料氣體供給管165與氣體供給通路102a連接。藉此，作為載氣的CO氣體被吹入成膜原料容器161內，在成膜原料容器161內已昇華的Ru 3(CO) 12氣體藉由CO氣體被搬送至成膜原料氣體供給管165。然後，Ru 3(CO) 12氣體從成膜原料氣體供給管165經由氣體供給通路102a到達氣體排出機構103，且被排出到處理空間S。
在載氣供給管163上設置有質量流量控制器等流量控制器166和流量控制器166前後的閥167a、167b。另外，在成膜原料氣體供給管165上設置有用於掌握Ru 3(CO) 12氣體的氣體量的流量計168和流量計168前後的閥169a、169b。
氣體供給部104還具有從載氣供給管163中的閥167a的上游側分支而設置的反向CO氣體管171。反向CO氣體管171連接到成膜原料氣體供給管165。因此，能夠將來自CO氣體供給源164的CO氣體作為與Ru 3(CO) 12氣體不同的反向氣體(Counter gas)供給到處理空間S。在反向CO氣體管171設置有作為流量控制用的質量流量控制器172以及在質量流量控制器172之前後的閥173a、173b。
此外，氣體供給部104還具有：N 2氣體供給源174，其供給稀釋氣體、升溫氣體、作為淨化處理空間的淨化氣體使用的N 2氣體；及H 2氣體供給源175，其供給作為傳熱氣體使用的H 2氣體。N 2氣供給管176連接到N 2氣體供給源174，H 2氣供給管177連接到H 2氣體供給源175，它們的另一端連接到成膜原料氣體供給管165。在N 2氣供給管176上設有流量控制器178和流量控制器178前後的閥179a、179b。在H 2氣供給管177上設置有流量控制器180和流量控制器180前後的閥181a、181b。
作為稀釋氣體等可以使用Ar氣等其他惰性氣體來代替N 2氣體。此外，作為傳熱氣體可以使用He氣體來代替H 2氣體。
在處理容器101的側壁上設置有用於搬入和搬出晶圓W的搬出入口101a和用於開閉搬出入口101a的閘閥G。
包括真空泵等的排氣部119經由排氣管101b連接到處理容器101的下方的側壁。處理容器101內由排氣部119實施排氣，設定並維持在規定的真空氣氛(例如1.33Pa)。
載置台105是用於載置晶圓W的構件。在載置台105的內部設置有用於加熱晶圓W的加熱器106。另外，載置台105從載置台105的下表面中心部向下方延伸，貫通處理容器101的底部的一端經由升降板109被升降機構所支撐的支撐部105a支撐。載置台105經由絕熱環107固定在作為溫控構件的溫控夾套108上。溫控夾套108具有用於固定載置台105的板部、從板部向下方延伸並覆蓋支撐部105a而構成的軸部、以及從板部貫穿軸部的孔部。
溫控夾套108的軸部貫穿處理容器101的底部。溫控夾套108的軸部的下端由設置在處理容器101下方的升降板109支撐。在升降板109的下方設有升降機構110，藉由升降機構110並經由升降板109和溫控夾套108使載置台105可以升降。升降機構110在處理晶圓W的處理位置與經由搬出入口101a交接晶圓W的交接位置(未圖示)之間升降圖2所示的載置台105。在處理容器101的底部與升降板109之間設置有波紋管111，即使升降板109上下移動時，處理容器101內的氣密性也得以維持。
升降銷112穿過載置台105和溫控夾套108的板部。升降銷112具有軸部和直徑比軸部大的頭部。軸部插入在載置台105和溫控夾套108的板部中形成的插入孔中。在與載置台105的載置面側的貫穿孔對應的位置上形成有溝部，該溝部用於容納直徑大於貫穿孔的頭部。
升降銷112設置成能夠升降，當載置台105處於處理位置時，如圖2所示，頭部收納於溝部內並卡止於溝部的底面，軸部的下端處於向溫控夾套108的板部下方突出的狀態，晶圓W被載置在載置台105的載置面上。
當載置台105下降到晶圓W的交接位置時，升降銷112的下端抵接到抵接構件113，藉由進一步降低載置台105使升降銷112的頭部從載置台105的載置面突出。藉此，在由升降銷112的頭部支撐晶圓W的下表面的狀態下，晶圓W從載置台105的載置面被推升。
在載置台105的上方，在與晶圓W的外周部對應的位置上配置有環狀構件114。如圖2所示，在載置台105位於處理位置的狀態下，環狀構件114與晶圓W的上表面的外周部接觸，晶圓W藉由環形構件114的重量被推壓在載置台105的載置面上。另一方面，當載置台105移動到晶圓W的交接位置時，環狀構件114被搬出入口101a的上方的卡止部(未圖示)卡止。從而，環狀構件114不會妨礙晶圓W的交接。
在處理容器101的下方位置設有冷卻器單元115、傳熱氣體供給部116、淨化氣體供給部117。
冷卻器單元115使製冷劑例如冷卻水經由配管115a、115b在設置於溫控夾套108的板部的流路108a中循環。
傳熱氣體供給部116經由配管116a在晶圓W的背面與載置台105的載置面之間供給He氣等傳熱氣體。
淨化氣體供給部117是使作為淨化氣體的CO氣體流通在配管117a、支撐部105a與溫控夾套108的孔部之間所形成的間隙部、在載置台105與絕熱環107之間所形成的朝向徑向外側延伸的流路(未圖示)、以及在載置台105的外周部所形成的上下方向的流路(未圖示)中。在環狀構件114的下表面與載置台105的上表面之間被供給有作為作為淨化氣體的CO氣體。藉此，防止了製程氣體流入環狀構件114的下表面與載置台105的上表面之間的空間，並且防止在環狀構件114的下表面或載置台105的外周部的上表面形成膜。
控制裝置120根據來自整體控制部21的指令對第一埋入裝置13a的各個構成部例如氣體供給部104、加熱器106、升降機構110、冷卻器單元115、傳熱氣體供給部116、淨化氣體供給部117、閘閥G、排氣部119等進行控制。又，藉由整體控制部21也可以控制第一埋入裝置13a，在該情況下不需要控制裝置120。
說明這樣構成的第一埋入裝置13a的動作。以下的動作係在控制裝置120的控制下進行。
首先，將處理容器101內的處理空間S設定為真空氣氛，在載置台105位於交接位置的狀態下打開閘閥G，由搬送機構18搬入晶圓W。然後，將晶圓W載置在從載置台105突出的升降銷112上。在搬送機構18從處理容器101內退避之後，閘閥G被關閉。
接著，載置台105移動到處理位置。此時，隨著載置台105上升，載置在升降銷112上的晶圓W被載置在載置台105的載置面上。另外，環狀構件114與晶圓W的上表面的外周部接觸，而成為藉由環狀構件114的自重將晶圓W推壓在載置台105的載置面上的狀態。
在該狀態下，進行處理空間S內的壓力調整，並且藉由加熱器106經由載置台105將晶圓W加熱至設定溫度。然後，從氣體供給部104將作為含釕氣體的Ru 3(CO) 12氣體和作為載氣的CO氣體一起從氣體排出機構103供給到處理空間S內。藉此，將Ru膜埋入形成在晶圓W的凹部內。處理後的氣體通過環狀構件114的上表面側的流路，經由排氣管101b由排氣部119排出。
作為氣體，可以提供與載氣不同的反向CO氣體、作為稀釋氣體的N 2氣體和作為傳熱氣體的H 2氣體。
在該埋入處理中，在晶圓W的背面與載置台105的載置面之間供給傳熱氣體。另外，從淨化氣體供給部117向環狀構件114的下表面與載置台105的上表面之間供給作為作為淨化氣體的CO氣體。藉此，抑制了製程氣體流入環狀構件114的下表面與載置台105之間的空間，並且防止了在環狀構件114的下表面或載置台105的外周部的上表面上形成膜。淨化氣體通過環狀構件114的下表面側的流路，由排氣部119排出。
當埋入處理結束時，載置台105移動(下降)到對應於搬出入口101a的交接位置。此時，升降銷112的下端抵接到抵接構件113，升降銷112從載置台105的載置面突出，晶圓W從載置台105的載置面被推升。然後，閘閥G被打開，載置在升降銷112上的晶圓W被搬送機構18搬出。
＜一實施形態的埋入方法＞ 接著，對一實施形態的埋入方法進行說明。 在本實施形態中，係在晶圓W上形成的凹部內進行Ru膜的埋入，Ru膜的埋入係藉由使用圖1說明的處理系統進行。
圖3是示意性地表示在本實施形態的埋入方法中使用的晶圓W的結構的截面圖。晶圓W具有：矽基板200；具有設置在矽基板200上的金屬膜202的下部結構201；及設置在下部結構201上，且具有凹部204的絕緣膜203。金屬膜202在凹部204的底部呈露出。
例如藉由在絕緣膜中形成金屬膜202來構成下部結構201。金屬膜202較好是不易與埋入的Ru膜發生反應的金屬膜，其示例包括鎢(W)膜、鈷(Co)膜和鈦(Ti)膜。絕緣膜203的示例包括例如SiO 2膜、SiN膜和低介電常數(Low-k)膜等含Si膜。絕緣膜203可以具有層疊不同類型的膜的結構，例如可以是SiN膜和SiO 2膜的層疊結構。凹部204的示例包括溝槽或孔等(通孔、接觸孔等)。
藉由CVD在這樣的晶圓W上形成Ru膜，並將Ru膜埋入凹部204內。圖4是表示埋入Ru膜時的工程的截面圖。在埋入時，首先，如圖4(a)所示，藉由第一埋入裝置13a進行將第一Ru膜205埋入到凹部204中途的第一埋入工程。接著，將晶圓W搬送到第二埋入裝置13b，如圖4(b)所示，進行將第二Ru膜206埋入凹部204的剩餘部分的第二埋入工程。此時，第一埋入工程係在第一溫度下進行，第二階段的埋入工程係在低於第一溫度的第二溫度下進行。
當藉由CVD成膜Ru膜時，在成膜溫度為某一溫度以上的高溫時，容易在金屬上成膜，且在絕緣體上難以成膜。因此，當對於具有圖3的結構的晶圓W，在具有這種選擇性的高溫下進行Ru膜的埋入時，在從凹部204之底部露出的金屬膜202上容易成膜，而在絕緣膜203上難以成膜。因此，一般而言，如圖5(a)~(c)所示，藉由成膜從底部進行的自下而上(Bottom up)的成膜，可以在具有良好埋入性能之情況下將Ru膜210埋入到凹部204內。上述專利文獻2利用了這種自下而上的成膜。
然而，在自下而上的成膜的情況下，埋入Ru膜時側壁的平滑性(平坦度)不夠時，如圖6(a)所示，有可能在凹部204的正面產生Ru膜210的懸垂210a。近年來，在半導體裝置中，溝槽或孔等凹部變得越來越細，即使產生輕微的懸垂之情況下，在進一步進行膜的形成時，如圖6(b)所示，有可能在內部殘留空洞211並造成埋入性能變差。
另一方面，當成膜溫度低時，這種選擇性降低，通常如圖7(a)~(c)所示，在凹部204中，Ru膜210相對於底部的金屬膜202和側壁的絕緣膜203以均勻的膜厚保形地(Conformal)形成。在保形成膜的情況下，側壁的平滑性(平坦度)良好，不易產生懸垂等。然而，隨著成膜的進行，如圖8(a)所示，凹部204的開口變窄，最終如圖8(b)所示，變得容易殘留空洞211，本質上埋入性能變差。
因此，在本實施形態中，首先，利用設定為高溫的第一埋入裝置13a，直至凹部204的中途為止進行第一埋入工程，然後使用設定為低溫的第二埋入裝置13b進行第二埋入工程。此時，從第一埋入工程切換到第二埋入工程的時序可以在凹部204不產生懸垂的範圍內適當地設定。
藉此，在最初的第一埋入工程中，可以藉由自下而上的成膜在埋入性能良好之情況下埋入第一Ru膜205，並且在第二埋入工程中，藉由保形成膜能夠具有良好的平滑性(平坦度)地埋入第二Ru膜206。此外，在第二埋入工程中，由於第一Ru膜205已經埋入凹部204中，因此即使在保形膜形成中也不會損害埋入性。因此，Ru膜能夠以良好的埋入性能埋入凹部204中。
此外，使用預先設定為高溫的第一埋入裝置13a和預先設定為低溫的第二埋入裝置13b，藉由第一埋入裝置13a進行第一埋入工程，並且藉由第二埋入裝置13b進行第二埋入工程，可以獲得高的生產量(throughput)。
將進行第一埋入工程時的壓力(處理空間S內的壓力)設為第一壓力，將進行第二埋入工程時的壓力設為第二壓力的情況下，較好是第一壓力低於第二壓力。藉由將第一埋入工程中的壓力設為相對較低的壓力，可以容易地進行自下而上的成膜，而藉由將第二埋入工程中的壓力設為相對較高的壓力，可以容易進行保形膜的形成。
另外，較好是進行第二埋入工程時的Ru 3(CO) 12氣體的流量(即，作為載氣的CO氣體的流量)小於進行第一埋入工程時的流量。這是為了使作為Ru原料的Ru 3(CO) 12更容易成為容易吸附在通孔等凹部的底部之Ru(CO) 4的狀態，從而被認為更容易進行自下而上的成膜。
以上說明進行第一埋入工程之後進行第二埋入工程的兩階段的成膜的情況，然而，在進行第一埋入工程和第二埋入工程之後，可以進行第二次的第一埋入工程。在進行此操作時，在第二埋入裝置13b中進行第二埋入工程之後，晶圓W可以再次返回到第一埋入裝置13a以進行第二次的第一工程，亦可以設置另一個第一埋入裝置13a並且在該裝置中進行第二次的第一埋入工程。此外，可以重複進行第一埋入工程和第二埋入工程。
接著，對第一埋入工程及第二埋入工程進行詳細說明。
第一埋入工程中的第一溫度較好是150至190℃。當第一溫度低於150℃時，金屬膜(W膜)202上與絕緣膜(SiO 2膜)203上的Ru膜成膜的選擇比變差，難以進行自下而上的成膜。如果溫度高於190℃，薄膜品質有變差的趨勢。此外，第一埋入工程中的第一壓力較好是0.6~2.2Pa。這是為了使作為Ru原料的Ru 3(CO) 12更容易成為容易吸附在通孔等凹部的底部之Ru(CO) 4的狀態，從而被認為更容易進行自下而上的成膜。
第二埋入工程中的第二溫度較好是100至140℃。如果第二溫度低於100℃，則有難以進行成膜的傾向，如果高於140℃，則平滑性(平坦度)可能會降低。第二埋入工程中的第二壓力較好是13.3~20Pa。在該範圍內能夠進行所期待的保形膜形成。
另外，作為搬送Ru 3(CO) 12氣體的載氣即CO氣體的流量，在第一埋入工程中較好是100~500sccm，在第二埋入工程中較好是10~90sccm。這是為了使作為Ru原料的Ru 3(CO) 12更容易成為容易吸附在通孔等凹部204的底部的Ru(CO) 4的狀態，從而被認為更容易進行自下而上的成膜。
之所以使用CO氣體作為載氣，是為了在使用Ru 3(CO) 12氣體形成Ru膜的情況下，在到達晶圓W之前盡可能地防止以下公式(1)所示的分解反應發生在晶圓W的表面上。 Ru 3(CO) 12→3Ru+12CO ･･･(1)
另外，為了更有效地抑制Ru 3(CO) 12氣體的分解反應，降低Ru 3(CO) 12/CO分壓比是有效的，因此，CO氣體除了作為載氣之外，也作為反向氣體被供給到處理空間S。在第一埋入工程和第二埋入工程中，作為反向氣體被供給的CO氣體的流量較好是50~100sccm。
另外，藉由使用CO氣體作為防止製程氣體流入環狀構件114的下表面與載置台105的上表面之間的空間的淨化氣體，能夠提高效果。作為淨化氣體被供給的CO氣體的流量，在第一埋入工程和第二埋入工程中均較好是50~100sccm。
在供給Ru 3(CO) 12氣體時，需要時可以供給適量的N 2氣體作為稀釋氣體。此外，作為傳熱氣體的H 2氣體可以在供給Ru 3(CO) 12氣體之前供給到處理空間S。此時，N 2氣體可以與H 2氣體一起供給。尚且，作為稀釋氣體可以使用Ar氣體等其他惰性氣體來代替N 2氣體。此外，可以使用He氣體代替H 2氣體作為傳熱氣體。
在第一階段的埋入工程和第二階段的埋入工程中，較好是交替重複進行供給Ru 3(CO) 12氣體以形成膜的步驟和藉由N 2氣體淨化處理空間S的步驟。藉此，能夠適當地排出因Ru 3(CO) 12氣體分解而產生的CO氣體，能夠埋入膜質良好的Ru膜。作為淨化氣體可以使用Ar氣體等其他惰性氣體。
在本實施形態中，在上述的Ru膜埋入工程之前，可以根據需要藉由前清洗裝置11進行除去金屬膜202表面的自然氧化膜的前清洗處理。藉由去除自然氧化膜，可以提高埋入的Ru膜的膜質。例如，可以藉由H 2電漿處理、Ar電漿處理、或兩者來進行前清洗處理。
另外，在Ru膜的埋入工程之後，為了提高結晶性、提高密合性等，可以根據需要藉由退火裝置12進行退火處理。
＜實驗例＞ 接著，對實驗例進行說明。 這裡，如圖9所示，所使用的晶圓係具有：矽基板300；具有設置在矽基板300之上的W膜302的下部結構301；設置在下部結構301之上的SiN膜303；和設置在SiN膜303之上的SiO 2膜304。所使用的晶圓係具有以下的結構：在SiN膜303和SiO 2膜304上形成有多個直徑為15nm、深度為60nm的通孔305，並且W膜從通孔305的底部露出的結構。
使用圖1所示的處理系統對該晶圓進行埋入處理。首先，藉由前清洗裝置11進行H 2電漿處理和Ar電漿處理，去除鎢膜表面的自然氧化膜。
然後，在下述情況1和情況2中，進行Ru膜的埋入通孔的處理。
在情況1中，使用第一埋入裝置13a僅在以下條件A(高溫/低壓條件)下進行了Ru膜的埋入。在此時的埋入中，設定埋入和淨化的循環的次數，使得在預先使用了空白晶圓的成膜實驗中膜厚成為3.5nm。 •條件A 溫度：155℃ 壓力：2.2Pa(16.6mTorr) 載氣CO氣體流量：100sccm 反向CO氣體流量：50sccm 淨化CO氣體流量：100sccm
在情況2中，使用第一埋入裝置13a，在上述條件A(高溫/低壓條件)下進行了第一埋入工程之後，將晶圓搬送至第二埋入裝置13b，並在以下條件B(低溫/高壓條件)下進行了第二埋入工程。在此時的埋入中，設定埋入和淨化的循環次數，使得在預先使用了空白晶圓的成膜實驗中，在第一埋入工程中的膜厚成為1.0nm，在第二埋入工程中的膜厚成為24nm。 •條件B 溫度：135℃ 壓力：13.3Pa(100mTorr) 載氣CO氣體流量：75sccm 反向CO氣體流量：50sccm 淨化CO氣體流量：100sccm
在進行了情況1及情況2的埋入之後，使用電子顯微鏡分別觀察了12個通孔的埋入狀態，結果，埋入後無空洞的通孔的比率在情況1中為42%，在情況2中為50%。情況1是只藉由自下而上成膜進行埋入的情況，情況2是在自下而上成膜後進行保形成膜的情況，因此，確認了實施形態的兩階段埋入的優越性。
＜其他的適用＞ 儘管以上已經說明了實施形態，但是本次公開的實施形態應該被認為在所有方面都是示例性的而不是限制性的。在不脫離申請專利範圍及其主旨的範圍內，可以以各種形式省略、替換或修改上述實施形態。
例如，在上述實施方式中，示出了使用Ru 3(CO) 12作為Ru原料的例子，但本發明不限於此。例如可以使用含有Ru 3(CO) 12的氣體(但不含氧氣體)、(2,4-二甲基戊二烯基)(乙基環戊二烯基)釕：(Ru(DMPD)(EtCp))、雙(2,4-二甲基戊二烯)釕：(Ru(DMPD) 2)、4-二甲基戊二烯) (甲基環戊二烯)釕：(Ru(DMPD)(MeCp))、雙(環戊二烯醯)釕：(Ru(C 5H 5) 2)、順式二羰基雙(5-甲基己烷-2,4-二酮)釕(II)、雙(乙基環戊二烯)釕(II)：Ru(EtCp) 2等。
此外，圖1的處理系統僅為示例，本發明不限於此。例如，真空搬送室或裝載鎖定室的數量、與真空搬送室連接的處理裝置的數量等可以是任意的。在上述實施形態中，示出了搭載有前清洗裝置和退火裝置的處理系統，但處理系統可以不搭載前清洗裝置和退火裝置。此外，第一埋入裝置和第二埋入裝置的數量可以是任意的，並且可以包括它們中的至少一個。圖2的埋入裝置僅為示例，並不限於此。
此外，在上述實施方式中，作為基板的一例係以半導體晶圓為例進行了說明，但基板不限於半導體晶圓，也可以是用於FPD(平板顯示器)的玻璃基板或陶瓷基板等其他基板。
1:處理系統 10:真空搬送室 11:前清洗裝置 13a:第一埋入裝置 13b:第二埋入裝置 14:裝載鎖定室 15:大氣搬送室 18,20:搬送機構 21:整體控制部 101:處理容器 104:氣體供給部 105:載置台 106:加熱器 120:控制裝置 200:矽基板 201:下部結構 202:金屬膜 203:絕緣膜 204:凹部 205:第一Ru膜 206:第二Ru膜 210:Ru膜 S:處理空間 W:晶圓
[圖1]是示意性地表示在一實施形態的埋入方法中使用的處理系統的一例的水平剖視圖。 [圖2]是示意性地表示用於實施一實施形態的埋入方法的主要工程即埋入工程的第一埋入裝置的剖視圖。 [圖3]是示意性地表示在一實施形態的埋入方法中使用的晶圓的結構的截面圖。 [圖4]是表示藉由一實施形態的埋入方法埋入Ru膜時的工程的截面圖。 [圖5]是說明自下而上(Bottom up)成膜的截面圖。 [圖6]是表示由於自下而上的成膜造成埋入性能劣化的狀態的截面圖。 [圖7]是說明保形成膜(Conformal film formation)的截面圖。 [圖8]是表示由於保形成膜造成埋入性能劣化的狀態的截面圖。 [圖9]是表示實驗例中使用的晶圓的結構的截面圖。
200:矽基板
201:下部結構
202:金屬膜
203:絕緣膜
204:凹部
205:第一Ru膜
206:第二Ru膜
W:晶圓

Claims (19)

  1. 一種埋入方法，係具有： 準備基板的工程，該基板具有：形成有凹部的絕緣膜；及以從前述凹部的底部露出的方式設置的金屬膜； 在將前述基板加熱至第一溫度的同時，藉由使用了含釕氣體的CVD將第一釕膜從前述凹部的前述底部埋入到前述凹部的中途的工程；及 在將前述基板加熱至低於前述第一溫度的第二溫度的同時，藉由使用了含釕氣體的CVD將第二釕膜埋入前述凹部的前述第一釕膜之上的工程。
  2. 如請求項1之埋入方法，其中， 在埋入前述第一釕膜時，前述第一釕膜係在前述凹部中以從前述底部的前述金屬膜自下而上的方式被埋入，在埋入前述第二釕膜時，前述第二釕膜係在前述凹部中保形地被埋入。
  3. 如請求項1或2之埋入方法，其中， 將埋入前述第一釕膜時的壓力設為第一壓力時，將埋入前述第二釕膜時的壓力設為高於前述第一壓力的第二壓力。
  4. 如請求項1至3之中任一項之埋入方法，其中 使用具有在前述第一溫度下進行前述第一釕膜的埋入的第一埋入裝置、和在前述第二溫度下進行前述第二釕膜的埋入的第二埋入裝置的處理系統，將前述基板搬送至前述第一埋入裝置進行前述第一釕膜的埋入，接著將前述基板搬送至前述第二埋入裝置進行前述第二釕膜的埋入。
  5. 如請求項1至4之中任一項之埋入方法，其中 在埋入前述第一釕膜及前述第二釕膜時使用的前述含釕氣體為羰基釕氣體。
  6. 如請求項5之埋入方法，其中， 前述第一溫度為150~190℃，前述第二溫度為100~140℃。
  7. 如請求項5或6之埋入方法，其中， 埋入前述第一釕膜時的壓力為0.6~2.2Pa，埋入前述第二釕膜時的壓力為13.3~20Pa。
  8. 如請求項5至7之中任一項之埋入方法，其中 前述羰基釕氣體係使固體狀的羰基釕昇華並以CO氣體為載氣而進行供給，在埋入前述第一釕膜時的前述載氣的流量為100~500sccm，在埋入前述第二釕膜時的前述載氣的流量為10~90sccm。
  9. 如請求項1至8之中任一項之埋入方法，其中 還具有：在埋入前述第二釕膜的工程之後埋入前述第一釕膜的工程。
  10. 如請求項1至8之中任一項之埋入方法，其中 在埋入前述第二釕膜的工程之後，實施1次或多次埋入前述第一釕膜的工程、和埋入前述第二釕膜的工程。
  11. 如請求項1至10之中任一項之埋入方法，其中 還具有：在將第一釕膜從前述凹部的前述底部埋入到前述凹部的中途的工程之前先被進行的除去形成在前述金屬膜表面的自然氧化膜的工程。
  12. 如請求項1至11之中任一項之埋入方法，其中 前述絕緣膜為含矽膜。
  13. 如請求項1至12之中任一項之埋入方法，其中 前述金屬膜為鎢膜、鈷膜、鈦膜中的任一種。
  14. 一種處理系統，係在基板中對凹部進行釕膜之埋入的處理系統，該基板具有：形成有前述凹部的絕緣膜、和以從前述凹部的底部露出的方式設置的金屬膜； 該處理系統具有： 第一埋入裝置，其藉由使用了含釕氣體的CVD進行前述凹部的埋入； 第二埋入裝置，其藉由使用了含釕氣體的CVD進行前述凹部的埋入； 真空搬送室，其與前述第一埋入裝置和前述第二埋入裝置連接，並且在內部設置有搬送基板的搬送機構；及 控制部； 前述控制部對前述第一埋入裝置、前述第二埋入裝置、及前述搬送機構進行控制，使得將前述基板搬送至前述第一埋入裝置，並藉由前述第一埋入裝置將前述基板加熱至第一溫度的同時，將第一釕膜從前述凹部的前述底部埋入到前述凹部的中途為止之後，將前述基板搬送至前述第二埋入裝置，並藉由前述第二埋入裝置，將前述基板加熱至低於前述第一溫度的第二溫度的同時，將第二釕膜埋入前述凹部的前述第一釕膜之上。
  15. 如請求項14之處理系統，其中， 前述控制部，係將由前述第一埋入裝置進行埋入時的壓力設為第一壓力，並將由前述第二埋入裝置進行埋入時的壓力設為高於前述第一壓力的第二壓力。
  16. 如請求項14或15之處理系統，其中， 前述第一埋入裝置和前述第二埋入裝置，係使用羰基釕氣體作為前述含釕氣體。
  17. 如請求項16之處理系統，其中， 前述控制部對前述第一埋入裝置和前述第二埋入裝置進行控制，使得前述第一溫度成為150~190℃，並且前述第二溫度成為100~140℃。
  18. 如請求項16或17之處理系統，其中， 前述控制部對前述第一埋入裝置和前述第二埋入裝置進行控制，使得由前述第一埋入裝置進行埋入時的壓力成為0.6~2.2Pa，並且由前述第二埋入裝置進行埋入時的壓力成為13.3~20Pa。
  19. 如請求項14至18之中任一項之處理系統，其中 還具有：前處理裝置，其連接到前述真空搬送室， 前述控制部進行控制，使得在前述釕膜的埋入之前，藉由前述前處理裝置除去形成在前述金屬膜表面的自然氧化膜。
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