(57)【要約】【課題】生産性を向上するとともに、低抵抗な埋め込み方法及び処理システムを提供する。【解決手段】絶縁層に形成された凹部の底部に金属層を有する基板から前記金属層の表面の金属酸化膜を除去する工程と、前記凹部の底部からルテニウムを埋め込んで前記金属層の表面を覆う工程と、前記凹部にルテニウムのライナー膜を形成する工程と、前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む工程と、を備える、埋め込み方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層に形成された凹部の底部に金属層を有する基板から前記金属層の表面の金属酸化膜を除去する工程と、
前記凹部の底部からルテニウムを埋め込んで前記金属層の表面を覆う工程と、
前記凹部にルテニウムのライナー膜を形成する工程と、
前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む工程と、を備える、埋め込み方法。
【請求項２】
前記金属層の材料は、ルテニウムが拡散しない金属材料である、
請求項１に記載の埋め込み方法。
【請求項３】
前記金属層の材料は、タングステン、銅、ルテニウムのいずれかである、
請求項２に記載の埋め込み方法。
【請求項４】
前記凹部の底部からルテニウムを埋め込んで前記金属層の表面を覆う工程は、酸素ガスを用いない、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の埋め込み方法。
【請求項５】
前記凹部の底部からルテニウムを埋め込んで前記金属層の表面を覆う工程は、Ｒｕ３（
ＣＯ）１２を含有するガスを用いる、
請求項４に記載の埋め込み方法。
【請求項６】
前記凹部にルテニウムの前記ライナー膜を形成する工程は、炭化水素基を有するルテニウム化合物を含有するガスと、酸素ガスと、を用いる、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の埋め込み方法。
【請求項７】
前記凹部にルテニウムの前記ライナー膜を形成する工程は、Ｒｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を含有するガスと、酸素ガスと、を用いる
請求項６に記載の埋め込み方法。
【請求項８】
前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む工程は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を含有するガスを用いる、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の埋め込み方法。
【請求項９】
前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む工程は、Ｒｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を含有するガスと、酸素ガスと、を用いる
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の埋め込み方法。
【請求項１０】
絶縁層に形成された凹部の底部に金属層を有する基板から前記金属層の表面の金属酸化膜を除去する第１処理室と、
前記凹部の底部からルテニウムを埋め込んで前記金属層の表面を覆う第２処理室と、
前記凹部にルテニウムのライナー膜を形成する第３処理室と、
開閉可能なゲートバルブを介して、前記第１処理室、前記第２処理室、及び、前記第３処理室と連通する真空搬送室と、
を備える処理システム。
【請求項１１】
開閉可能なゲートバルブを介して前記真空搬送室と連通し、前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む第４処理室をさらに備える、
請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１２】
前記第２処理室は、前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む、
請求項１０に記載の処理システム。
【請求項１３】
前記第３処理室は、前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む、
請求項１０または請求項１１に記載の処理システム。
【請求項１４】
前記第１処理室乃至前記第３処理室で実行される各工程は、真空を破らずに連続して行われる、
請求項１０、請求項１２、請求項１３のいずれか１項に記載の処理システム。
【請求項１５】
前記第１処理室乃至前記第４処理室で実行される各工程は、真空を破らずに連続して行われる、
請求項１１に記載の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、埋め込み方法及び処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、絶縁層に設けられたトレンチ、ビアホール、コンタクトホール等の凹部内にルテニウム等の金属材料を埋め込むプロセスが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ルテニウム液体原料を気化したガスと酸素含有ガスとを用い、基板上にルテニウム膜または酸化ルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一の側面では、本開示は、生産性を向上するとともに、低抵抗なルテニウムの埋め込み方法及び処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、絶縁層に形成された凹部の底部に金属層を有する基板から前記金属層の表面の金属酸化膜を除去する工程と、前記凹部の底部からルテニウムを埋め込んで前記金属層の表面を覆う工程と、前記凹部にルテニウムのライナー膜を形成する工程と、前記ライナー膜が形成された前記凹部にルテニウムを埋め込む工程と、を備える、埋め込み方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、生産性を向上するとともに、低抵抗なルテニウムの埋め込み方法及び処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る埋め込み方法に用いる処理システムの一例の平面模式図。
【図２】一実施形態に係る埋め込み方法に用いる処理装置の一例の断面模式図。
【図３】一実施形態に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハの断面模式図。
【図４】第１参考例に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハの断面模式図。
【図５】第２参考例に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハの断面模式図。
【図６】第３参考例に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハの断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
＜処理システム＞
まず、一実施形態に係る埋め込み方法に用いる処理システムについて、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る埋め込み方法に用いる処理システムの一例の平面模式図である。
【００１１】
処理システムは、処理室１１〜１４と、真空搬送室２０と、ロードロック室３１，３２と、大気搬送室４０と、ロードポート５１〜５３と、ゲートバルブ６１〜６８と、制御装置７０と、を備えている。
【００１２】
処理室１１は、半導体ウェハＷ（以下「ウェハＷ」と称する）を載置するステージ１１ａを有し、ゲートバルブ６１を介して真空搬送室２０と接続されている。同様に、処理室１２は、ウェハＷを載置するステージ１２ａを有し、ゲートバルブ６２を介して真空搬送室２０と接続されている。処理室１３は、ウェハＷを載置するステージ１３ａを有し、ゲートバルブ６３を介して真空搬送室２０と接続されている。処理室１４は、ウェハＷを載置するステージ１４ａを有し、ゲートバルブ６４を介して真空搬送室２０と接続されている。処理室１１〜１４内は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にてウェハＷに所望の処理（エッチング処理、成膜処理、クリーニング処理、アッシング処理等）を施す。なお、処理室１１〜１４における処理のための各部の動作は、制御装置７０によって制御される。
【００１３】
真空搬送室２０内は、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、真空搬送室２０には、搬送機構２１が設けられている。搬送機構２１は、処理室１１〜１４、ロードロック室３１，３２に対して、ウェハＷを搬送する。なお、搬送機構２１の動作は、制御装置７０によって制御される。
【００１４】
ロードロック室３１は、ウェハＷを載置するステージ３１ａを有し、ゲートバルブ６５を介して真空搬送室２０と接続され、ゲートバルブ６７を介して大気搬送室４０と接続されている。同様に、ロードロック室３２は、ウェハＷを載置するステージ３２ａを有し、ゲートバルブ６６を介して真空搬送室２０と接続され、ゲートバルブ６８を介して大気搬送室４０と接続されている。ロードロック室３１，３２内は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。なお、ロードロック室３１，３２内の真空雰囲気または大気雰囲気の切り替えは、制御装置７０によって制御される。
【００１５】
大気搬送室４０内は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。また、大気搬送室４０には、搬送機構４１が設けられている。搬送機構４１は、ロードロック室３１，３２、後述するロードポート５１〜５３のキャリアＣに対して、ウェハＷを搬送する。なお、搬送機構４１の動作は、制御装置７０によって制御される。
【００１６】
ロードポート５１〜５３は、大気搬送室４０の長辺の壁面に設けられている。ロードポート５１〜５３は、ウェハ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としては、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等を用いることができる。
【００１７】
ゲートバルブ６１〜６８は、開閉可能に構成される。なお、ゲートバルブ６１〜６８の開閉は、制御装置７０によって制御される。
【００１８】
制御装置７０は、処理室１１〜１４の動作、搬送機構２１，４１の動作、ゲートバルブ６１〜６８の開閉、ロードロック室３１，３２内の真空雰囲気または大気雰囲気の切り替え等を行うことにより、処理システム全体を制御する。
【００１９】
処理システムの動作の一例について説明する。
【００２０】
例えば、制御装置７０は、ゲートバルブ６７を開けるとともに、搬送機構４１を制御して、ロードポート５１のキャリアＣに収容されたウェハＷをロードロック室３１のステージ３１ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６７を閉じ、ロードロック室３１内を真空雰囲気とする。
【００２１】
制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６５を開けるとともに、搬送機構２１を制御して、ロードロック室３１のウェハＷを処理室１１のステージ１１ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６５を閉じ、処理室１１を動作させる。これにより、処理室１１でウェハＷに所定の処理を施す。
【００２２】
制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６２を開けるとともに、搬送機構２１を制御して、処理室１１のウェハＷを処理室１２のステージ１２ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６２を閉じ、処理室１２を動作させる。これにより、処理室１２でウェハＷに所定の処理を施す。
【００２３】
制御装置７０は、ゲートバルブ６２，６３を開けるとともに、搬送機構２１を制御して、処理室１２のウェハＷを処理室１３のステージ１３ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６２，６３を閉じ、処理室１３を動作させる。これにより、処理室１３でウェハＷに所定の処理を施す。
【００２４】
制御装置７０は、ゲートバルブ６３，６４を開けるとともに、搬送機構２１を制御して、処理室１３のウェハＷを処理室１４のステージ１４ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６３，６４を閉じ、処理室１４を動作させる。これにより、処理室１４でウェハＷに所定の処理を施す。
【００２５】
制御装置７０は、ゲートバルブ６４，６６を開けるとともに、搬送機構２１を制御して、処理室１４のウェハＷをロードロック室３２のステージ３２ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６４，６６を閉じ、ロードロック室３２内を大気雰囲気とする。制御装置７０は、ゲートバルブ６８を開けるとともに、搬送機構４１を制御して、ロードロック室３２のウェハＷをロードポート５３のキャリアＣに搬送して収容させる。
【００２６】
このように、図１に示す処理システムによれば、処理室１１〜１４によってウェハＷに各処理が施される間、ウェハＷが大気曝露することなく、つまり、真空を破らずに連続してウェハＷに所定の処理を施すことができる。
【００２７】
＜処理装置＞
次に、一実施形態に係る所定の処理である埋め込み方法に用いる処理室を実現する処理装置６００の構造の一例について図２を用いて説明する。図２は、一実施形態に係る埋め込み方法に用いる処理装置６００の一例の断面模式図である。図２に示す処理装置６００は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置であって、埋込工程やプリクリーン工程を行う装置である。例えば、ルテニウム含有ガス等のプロセスガスを供給し、ウェハＷにルテニウムの成膜処理等の所定の処理を行う。以下、処理室１２に用いられる処理装置６００を例に挙げて説明する。
【００２８】
本体容器６０１は、上側に開口を有する有底の容器である。支持部材６０２は、ガス吐出機構６０３を支持する。また、支持部材６０２が本体容器６０１の上側の開口を塞ぐことにより、本体容器６０１は密閉され、処理室１２（併せて、図１参照）を形成する。ガス供給部６０４は、支持部材６０２を貫通する供給管６０２ａを介して、ガス吐出機構６０３にルテニウム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６０４から供給されたルテニウム含有ガスやキャリアガスは、ガス吐出機構６０３から処理室１２内へ供給される。
【００２９】
ステージ６０５は、ウェハＷを載置する部材であり、図１ではステージ１２ａとして図示している。ステージ６０５の内部には、ウェハＷを加熱するためのヒータ６０６が設けられている。また、ステージ６０５は、ステージ６０５の下面中心部から下方に向けて伸び、本体容器６０１の底部を貫通する一端が昇降板６０９を介して昇降機構６１０に支持された支持部６０５ａを有する。また、ステージ６０５は、断熱リング６０７を介して、温調部材である温調ジャケット６０８の上に固定される。温調ジャケット６０８は、ステージ６０５を固定する板部と、板部から下方に延び、支持部６０５ａ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。
【００３０】
温調ジャケット６０８の軸部は、本体容器６０１の底部を貫通する。温調ジャケット６０８の下端部は、本体容器６０１の下方に配置された昇降板６０９を介して、昇降機構６１０に支持される。本体容器６０１の底部と昇降板６０９との間には、ベローズ６１１が設けられており、昇降板６０９の上下動によっても本体容器６０１内の気密性は保たれる。
【００３１】
昇降機構６１０が昇降板６０９を昇降させることにより、ステージ６０５は、ウェハＷの処理が行われる処理位置（図２参照）と、搬入出口６０１ａを介して外部の搬送機構２１（図１参照）との間でウェハＷの受け渡しが行われる受け渡し位置（図示せず）と、の間を昇降することができる。
【００３２】
昇降ピン６１２は、外部の搬送機構２１（図１参照）との間でウェハＷの受け渡しを行う際、ウェハＷの下面から支持して、ステージ６０５の載置面からウェハＷを持ち上げる。昇降ピン６１２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６０５及び温調ジャケット６０８の板部は、昇降ピン６１２の軸部が挿通する貫通穴が形成されている。また、ステージ６０５の載置面側に昇降ピン６１２の頭部を収納する溝部が形成されている。昇降ピン６１２の下方には、当接部材６１３が配置されている。
【００３３】
ステージ６０５をウェハＷの処理位置（図２参照）まで移動させた状態において、昇降ピン６１２の頭部は溝部内に収納され、ウェハＷはステージ６０５の載置面に載置される。また、昇降ピン６１２の頭部が溝部に係止され、昇降ピン６１２の軸部はステージ６０５及び温調ジャケット６０８の板部を貫通して、昇降ピン６１２の軸部の下端は温調ジャケット６０８の板部から突き出ている。一方、ステージ６０５をウェハＷの受け渡し位置（図示せず）まで移動させた状態において、昇降ピン６１２の下端が当接部材６１３と当接して、昇降ピン６１２の頭部がステージ６０５の載置面から突出する。これにより、昇降ピン６１２の頭部がウェハＷの下面から支持して、ステージ６０５の載置面からウェハＷを持ち上げる。
【００３４】
環状部材６１４は、ステージ６０５の上方に配置されている。ステージ６０５をウェハＷの処理位置（図２参照）まで移動させた状態において、環状部材６１４は、ウェハＷの上面外周部と接触し、環状部材６１４の自重によりウェハＷをステージ６０５の載置面に押し付ける。一方、ステージ６０５をウェハＷの受け渡し位置（図示せず）まで移動させた状態において、環状部材６１４は、搬入出口６０１ａ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、搬送機構２１（図１参照）によるウェハＷの受け渡しを阻害しないようになっている。
【００３５】
チラーユニット６１５は、配管６１５ａ，６１５ｂを介して、温調ジャケット６０８の板部に形成された流路６０８ａに冷媒、例えば冷却水を循環させる。
【００３６】
伝熱ガス供給部６１６は、配管６１６ａを介して、ステージ６０５に載置されたウェハＷの裏面とステージ６０５の載置面との間に、例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給する。
【００３７】
パージガス供給部６１７は、配管６１７ａ、ステージ６０５の支持部６０５ａと温調ジャケット６０８の穴部の間に形成された隙間部、ステージ６０５と断熱リング６０７の間に形成され径方向外側に向かって延びる流路（図示せず）、ステージ６０５の外周部に形成された上下方向の流路（図示せず）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６１４の下面とステージ６０５の上面との間に、例えばＣＯガス等のパージガスを供給する。これにより、環状部材６１４の下面とステージ６０５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６１４の下面やステージ６０５の外周部の上面に成膜されることを防止する。
【００３８】
本体容器６０１の側壁には、ウェハＷを搬入出するための搬入出口６０１ａと、搬入出口６０１ａを開閉するゲートバルブ６１８と、が設けられている。ゲートバルブ６１８は、図１ではゲートバルブ６２として図示している。
【００３９】
本体容器６０１の下方の側壁には、排気管６０１ｂを介して、真空ポンプ等を含む排気部６１９が接続される。排気部６１９により本体容器６０１内が排気され、処理室１２内が所定の真空雰囲気（例えば、１．３３Ｐａ）に設定、維持される。
【００４０】
制御装置６２０は、ガス供給部６０４、ヒータ６０６、昇降機構６１０、チラーユニット６１５、伝熱ガス供給部６１６、パージガス供給部６１７、ゲートバルブ６１８、排気部６１９等を制御することにより、処理装置６００の動作を制御する。なお、制御装置６２０は、制御装置７０は（図１参照）と独立に設けられていてもよく、制御装置７０が制御装置６２０を兼ねてもよい。
【００４１】
処理装置６００の動作の一例について説明する。なお、開始時において、処理室１２内は、排気部６１９により真空雰囲気となっている。また、ステージ６０５は受け渡し位置に移動している。
【００４２】
制御装置６２０は、ゲートバルブ６１８を開ける。ここで、外部の搬送機構２１により、昇降ピン６１２の上にウェハＷが載置される。搬送機構２１が搬入出口６０１ａから出ると、制御装置６２０は、ゲートバルブ６１８を閉じる。
【００４３】
制御装置６２０は、昇降機構６１０を制御してステージ６０５を処理位置に移動させる。この際、ステージ６０５が上昇することにより、昇降ピン６１２の上に載置されたウェハＷがステージ６０５の載置面に載置される。また、環状部材６１４がウェハＷの上面外周部と接触し、環状部材６１４の自重によりウェハＷをステージ６０５の載置面に押し付ける。
【００４４】
処理位置において、制御装置６２０は、ヒータ６０６を動作させるとともに、ガス供給部６０４を制御して、ルテニウム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６０３から処理室１２内へ供給させる。これにより、ウェハＷに成膜等の所定の処理が行われる。処理後のガスは、環状部材６１４の上面側の流路を通過し、排気管６０１ｂを介して排気部６１９により排気される。
【００４５】
この際、制御装置６２０は、伝熱ガス供給部６１６を制御して、ステージ６０５に載置されたウェハＷの裏面とステージ６０５の載置面との間に伝熱ガスを供給する。また、制御装置６２０は、パージガス供給部６１７を制御して、環状部材６１４の下面とステージ６０５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６１４の下面側の流路を通過し、排気管６０１ｂを介して排気部６１９により排気される。
【００４６】
所定の処理が終了すると、制御装置６２０は、昇降機構６１０を制御してステージ６０５を受け取り位置に移動させる。この際、ステージ６０５が下降することにより、環状部材６１４が図示しない係止部によって係止される。また、昇降ピン６１２の下端が当接部材６１３と当接することにより、昇降ピン６１２の頭部がステージ６０５の載置面から突出し、ステージ６０５の載置面からウェハＷを持ち上げる。
【００４７】
制御装置６２０は、ゲートバルブ６１８を開ける。ここで、外部の搬送機構２１により、昇降ピン６１２の上に載置されたウェハＷが搬出される。搬送機構２１が搬入出口６０１ａから出ると、制御装置６２０は、ゲートバルブ６１８を閉じる。
【００４８】
このように、図２に示す処理装置６００によれば、ウェハＷに成膜等の所定の処理を行うことができる。なお、処理室１２を有する処理装置６００について説明したが、処理室１１を有する処理装置、処理室１３を有する処理装置、処理室１４を有する処理装置についても同様の構成を有していてもよく、異なっていてもよい。
【００４９】
＜一実施形態に係る埋め込み方法＞
次に、一実施形態に係るルテニウムによるウェハＷの凹部１１３の埋め込み方法について、図３を用いて説明する。図３は、一実施形態に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハＷの断面模式図である。
【００５０】
図３（ａ）は、処理システムに供給されるウェハＷの断面模式図である。図３（ａ）に示すように、処理システムに供給されるウェハＷは、下地膜１０１の上に絶縁膜１１０が積層されて形成されている。下地膜１０１には、金属層１０２が形成されている。金属層１０２の材料は、ルテニウムが金属層１０２中に拡散しない金属材料を用いることができ、例えば、タングステン、銅、ルテニウム等を用いることができる。
【００５１】
下地膜１０１の上に形成される絶縁膜１１０は、例えば、窒化シリコン膜１１１、酸化シリコン膜１１２が積層されて構成される。ただし、絶縁膜１１０の材料には、金属層１０２に対するルテニウムの成膜レートが、絶縁膜１１０に対するルテニウムの成膜レートよりも高い材料であればいずれも選定できる。また、絶縁膜１１０は、シリコン含有膜の組み合わせにかかる積層膜に限られず、シリコン含有膜の単層膜であってもよい。
【００５２】
また、絶縁膜１１０には、トレンチ、ビアホール、コンタクトホール等の凹部１１３が形成されている。凹部１１３の底部では、金属層１０２が露出している。
【００５３】
ここで、凹部１１３の底部で露出する金属層１０２の表面には、例えば、大気雰囲気中の酸素等によって自然酸化した金属酸化膜１０２ａが形成されている。
【００５４】
図３（ｂ）は、プリクリーン工程後のウェハＷの断面模式図である。プリクリーン工程では、金属層１０２の表面の金属酸化膜１０２ａを除去する。なお、金属酸化膜１０２ａを除去する方法は、限定されるものではなく、例えば、還元により金属酸化膜１０２ａを除去してもよく、エッチングにより金属酸化膜１０２ａを除去してもよい。
【００５５】
なお、プリクリーン工程は、処理室１１（図１参照）で行われる。プリクリーン工程を行う処理室１１としては、エッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、熱ＣＶＤ装置等を用いることができる。
【００５６】
図３（ｃ）は、第１の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第１の埋込工程では、凹部１１３の底部からルテニウムを埋め込み、金属層１０２の表面を覆うルテニウム埋込部２１０を形成する。
【００５７】
ここで、第１の埋込工程では、酸素ガスを用いないルテニウムの成膜方法を用いることが好ましい。これにより、凹部１１３の底部の金属層１０２の表面が酸素ガスによって再び酸化することを防止することができる。
【００５８】
第１の埋込工程では、絶縁膜１１０の材料には、金属層１０２に対するルテニウムの成膜レートが、絶縁膜１１０に対するルテニウムの成膜レートよりも高い材料を選定してルテニウムの成膜方法を行う。これにより、凹部１１３の底部からルテニウムを埋め込むことができ、金属層１０２の表面を覆うとともに、ボイドやシームの発生を抑制することができる。
【００５９】
なお、第１の埋込工程は、処理室１２（図１参照）で行われる。第１の埋込工程を行う処理室１２としては、熱ＣＶＤ装置等を用いることができる。例えば、処理室１２内にドデカカルボニル三ルテニウムＲｕ３（ＣＯ）１２を含有するガスを供給するとともに、ステージ１２ａに載置されたウェハＷを加熱する。ウェハＷの表面に吸着したＲｕ３（ＣＯ）１２が熱分解することにより、ルテニウムが成膜される。ここで、Ｒｕ３（ＣＯ）１２が熱分解することによる成膜方法では、絶縁膜１１０（窒化シリコン膜１１１、酸化シリコン膜１１２）の表面上での成膜レートに対して、タングステン、銅、ルテニウム等の金属層１０２の表面上での成膜レートが高くなっている。このため、凹部１１３の側面からの成膜よりも凹部１１３の底部から成膜が速く、図３（ｃ）の矢印で示すように、凹部１１３の底部からボトムアップでルテニウム埋込部２１０が形成される。
【００６０】
なお、第１の埋込工程は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜するものとして説明したが、これに限られるのではなく、
(2,4 dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(EtCp)）、
bis(2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)2）、
(4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(MeCp)）、bis(cyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(C5H5)2）、
cis-dicarbonyl bis(5-methylhexane-2,4-dionate) ruthenium(II)等を用いてもよい。
【００６１】
図３（ｄ）は、第２の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第２の埋込工程では、凹部１１３の側面および底部にコンフォーマルなルテニウムライナー膜２２０を形成する。
【００６２】
ここで、第２の埋込工程では、炭化水素基を有するルテニウム化合物を含むガス及び酸素ガスを用いるルテニウムの成膜方法を用いることが好ましい。これにより、凹部１１３の底部であるルテニウム埋込部２１０の表面上、及び、凹部１１３の側面である絶縁膜１１０（窒化シリコン膜１１１、酸化シリコン膜１１２）の表面上にルテニウムを成膜することができる。
【００６３】
なお、第２の埋込工程は、処理室１３（図１参照）で行われる。第２の埋込工程を行う処理室１３としては、熱ＣＶＤ装置等を用いることができる。例えば、処理室１３内にジメチルブタジエンルテニウムトリカルボニルＲｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を含有するガスと、酸素ガス（Ｏ２）と、を供給するとともに、ステージ１３ａに載置されたウェハＷを加熱する。ウェハＷの表面に吸着したＲｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を酸素ガスで還元することにより、ルテニウムが成膜される。
【００６４】
また、第２の埋込工程において、金属層１０２の表面を覆うルテニウム埋込部２１０が、酸素の拡散を防止するバリア膜としても機能する。これにより、第２の埋込工程で供給された酸素が金属層１０２の表面に到達せず、金属層１０２の表面が酸化されることを防止することができる。
【００６５】
なお、第２の埋込工程は、Ｒｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を含むガスと酸素ガス用いて成膜するものとして説明したが、これに限られるのではなく、
(2,4 dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(EtCp)）、
bis(2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)2）、
(4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(MeCp)）、bis(cyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(C5H5)2）、
cis-dicarbonyl bis(5-methylhexane-2,4-dionate) ruthenium(II)等を用いてもよい。
【００６６】
図３（ｅ）は、第３の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第３の埋込工程では、ルテニウムライナー膜２２０が形成された凹部１１３にルテニウムを埋め込み、ルテニウム埋込部２３０を形成する。
【００６７】
なお、第３の埋込工程は、処理室１４（図１参照）で行われる。第３の埋込工程を行う処理室１４としては、熱ＣＶＤ装置等を用いることができる。例えば、処理室１４内にＲｕ３（ＣＯ）１２を含有するガスを供給するとともに、ステージ１４ａに載置されたウェハＷを加熱する。ウェハＷの表面に吸着したＲｕ３（ＣＯ）１２が熱分解することにより、ルテニウムが成膜される。ここで、凹部１１３の側面及び底部は、ルテニウムライナー膜２２０が形成されている。このため、図３（ｅ）の矢印で示すように、凹部１１３の側面及び底部からルテニウムが成膜される。
【００６８】
また、凹部１１３において、上側と下側（底部）との間でガスの濃度差が生じており、図３（ｅ）の矢印の長さで示すように、凹部１１３の側面の成膜レートよりも凹部１１３の底部の成膜レートのほうが高くなっている。このため、凹部１１３の底部からボトムアップでルテニウム埋込部２３０が形成される。これにより、ボイドやシームの発生を抑制することができる。
【００６９】
なお、第３の埋込工程は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いて成膜するものとして説明したが、これに限られるのではなく、
(2,4 dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(EtCp)）、
bis(2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)2）、
(4-dimethylpentadienyl)(methylcyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(DMPD)(MeCp)）、bis(cyclopentadienyl)ruthenium：（Ru(C5H5)2）、
cis-dicarbonyl bis(5-methylhexane-2,4-dionate) ruthenium(II)等を用いてもよい。
【００７０】
＜参考例に係る埋め込み方法＞
ここで、参考例に係るルテニウムによるウェハＷの凹部１１３の埋め込み方法について図４から図６を用いて説明する。
【００７１】
＜第１参考例に係る埋め込み方法＞
図４は、第１参考例に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハＷの断面模式図である。
【００７２】
図４（ａ）は、処理システムに供給されるウェハＷの断面模式図である。図４（ａ）に示すように、処理システムに供給されるウェハＷは、凹部１１３の底部で露出する金属層１０２の表面に金属酸化膜１０２ａが形成されている。
【００７３】
図４（ｂ）は、プリクリーン工程後のウェハＷの断面模式図である。第１参考例のプリクリーン工程では、一実施形態のプリクリーン工程と同様に、金属層１０２の金属酸化膜１０２ａを除去する。
【００７４】
図４（ｃ）は、第１参考例の第１の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第１参考例の第１の埋込工程では、コンフォーマルなライナー膜３１０を形成する。例えば、ＴａＮのライナー膜を形成する。
【００７５】
図４（ｄ）は、第２参考例の第２の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第１参考例の第２の埋込工程では、一実施形態の第３の埋込工程と同様に、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いて、ライナー膜３１０が形成された凹部１１３にルテニウムを埋め込み、ルテニウム埋込部３２０を形成する。
【００７６】
第１参考例では、ＴａＮのライナー膜３１０を形成する。これにより、第２の埋込工程でルテニウムを埋め込む際、図４（ｄ）の矢印で示すように、凹部１１３の側面及び底部からルテニウムが成膜されるので、埋め込みに要する時間を短縮することができる。一方、ルテニウムよりも比抵抗の高いＴａＮのライナー膜３１０を形成したことにより、コンタクト抵抗を下げることができない。
【００７７】
＜第２参考例に係る埋め込み方法＞
図５は、第２参考例に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハＷの断面模式図である。
【００７８】
図５（ａ）は、処理システムに供給されるウェハＷの断面模式図である。図５（ａ）に示すように、処理システムに供給されるウェハＷは、凹部１１３の底部で露出する金属層１０２の表面に金属酸化膜１０２ａが形成されている。
【００７９】
図５（ｂ）は、プリクリーン工程後のウェハＷの断面模式図である。第２参考例のプリクリーン工程では、一実施形態のプリクリーン工程と同様に、金属層１０２の金属酸化膜１０２ａを除去する。
【００８０】
図５（ｃ）は、第２参考例の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第２参考例の埋込工程では、一実施形態の第１の埋込工程と同様に、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いて、凹部１１３の底部からルテニウムを埋め込み、ルテニウム埋込部４１０を形成する。なお、第２参考例の埋込工程では、凹部１１３を全て埋め込む。
【００８１】
第２参考例では、ＴａＮのライナー膜を用いないので、第１参考例と比較して、電気抵抗を下げることができる。一方、第２参考例の埋込工程では、図５（ｃ）の矢印で示すように、凹部１１３の側面からの成膜が促進されないために成膜レートが遅く、埋め込みに要する時間が長くなる。
【００８２】
＜第３参考例に係る埋め込み方法＞
図６は、第３参考例に係る埋め込み方法の各工程を示すウェハＷの断面模式図である。
【００８３】
図６（ａ）は、処理システムに供給されるウェハＷの断面模式図である。図６（ａ）に示すように、処理システムに供給されるウェハＷは、凹部１１３の底部で露出する金属層１０２の表面に金属酸化膜１０２ａが形成されている。
【００８４】
図６（ｂ）は、プリクリーン工程後のウェハＷの断面模式図である。第３参考例のプリクリーン工程では、一実施形態のプリクリーン工程と同様に、金属層１０２の金属酸化膜１０２ａを除去する。
【００８５】
図６（ｃ）は、第３参考例の第１の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第３参考例の第１の埋込工程では、一実施形態の第２の埋込工程と同様に、Ｒｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を含むガスと酸素ガス用いて、コンフォーマルなルテニウムライナー膜５１０を形成する。
【００８６】
図６（ｄ）は、第３参考例の第２の埋込工程後のウェハＷの断面模式図である。第３参考例の第２の埋込工程では、一実施形態の第３の埋込工程と同様に、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いて、ルテニウムライナー膜５１０が形成された凹部１１３にルテニウムを埋め込み、ルテニウム埋込部５２０を形成する。
【００８７】
第３参考例ではルテニウムライナー膜５１０を形成する。これにより、第２の埋込工程でルテニウムを埋め込む際、図６（ｄ）の矢印で示すように、凹部１１３の側面及び底部からルテニウムが成膜されるので、埋め込みに要する時間を短縮することができる。一方、ルテニウムライナー膜５１０を形成する際、金属層１０２の表面が酸素ガスに曝露されることによって、金属酸化膜１０２ｂが再度形成される。この金属酸化膜１０２ｂにより、コンタクト抵抗が増加する。
【００８８】
＜一実施形態に係る成膜方法の作用効果＞
参考例と対比しつつ、一実施形態に係る埋め込み方法の作用効果について説明する。
【００８９】
一実施形態に係る埋め込み方法によれば、凹部１１３をルテニウムで埋め込むことができるので、比抵抗の高い金属材料からなるライナー膜を用いる第１参考例と比較して、電気抵抗を低減させることができる。
【００９０】
また、一実施形態に係る埋め込み方法によれば、ルテニウムライナー膜２２０を形成する前に、プリクリーン工程で金属酸化膜１０２ａが除去された金属層１０２の表面をルテニウム埋込部２１０で覆うことができるので、ルテニウムライナー膜２２０を形成する際、金属層１０２の表面が酸化されることを防止することができる。これにより、第３参考例と比較して、電気抵抗を低減させることができる。
【００９１】
また、一実施形態に係る埋め込み方法によれば、凹部１１３をルテニウムで埋め込む前に、凹部１１３の側面及び底面にルテニウムライナー膜２２０を形成することにより、第２参考例と比較して、埋め込みに要する時間を短くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００９２】
以上のように、一実施形態に係る埋め込み方法によれば、生産性の向上と、低抵抗を両立させることができる。
【００９３】
以上、本開示の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本開示は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本開示の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
【００９４】
処理室１１〜１４の個数、真空搬送室２０の個数、ロードロック室３１，３２の個数、大気搬送室４０の個数、ロードポート５１〜５３の個数、ゲートバルブ６１〜６８の個数は、図１に示す個数に限られるものではなく、いくつであってもよい。また、処理システムにおいて、処理室１２で第１の埋込工程の処理を行い、処理室１４で第３の埋込工程の処理を行うものとして説明したが、処理室１２で第１の埋込工程の処理及び第３の埋込工程の処理を行う構成であってもよい。これにより、処理室の数を削減して、処理システムを小型化することができる。
【００９５】
また、第３の埋込工程では、ルテニウムライナー膜２２０が形成された凹部１１３に、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いてルテニウムを埋め込んでルテニウム埋込部２３０を形成するものとして説明したが、これに限られるものではない。第２埋込工程から引き続いて処理室１３でＲｕ（ＤＭＢＤ）（ＣＯ）３を含むガスと酸素ガス用いて凹部１１３にルテニウムを埋め込んでルテニウム埋込部２３０を形成してもよい。これにより、処理室の数を削減して、処理システムを小型化することができる。
【００９６】
本開示の処理室は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１１〜１４  処理室
２０        真空搬送室
２１        搬送機構
３１，３２  ロードロック室
４０        大気搬送室
４１        搬送機構
５１〜５３  ロードポート
６１〜６８  ゲートバルブ
７０        制御装置
１０１      下地膜
１０２      金属層
１０２ａ    金属酸化膜
１１０      絶縁膜
１１１      窒化シリコン膜
１１２      酸化シリコン膜
１１３      凹部
２１０      ルテニウム埋込部
２２０      ルテニウムライナー膜
２３０      ルテニウム埋込部
Ｗ          ウェハ
Ｃ          キャリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020047864.tif 000007
【図６】
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