(57)【要約】【課題】露出している導電膜表面に導電膜を、絶縁膜表面に絶縁膜を、十分な選択性をもって成膜することができる技術を提供する。【解決手段】表面に導電膜および絶縁膜が露出した状態の被処理基板上に薄膜を選択的に成膜させる選択成膜方法は、導電膜の露出表面である第１の表面は、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかであり、かつ絶縁膜の露出表面である第２の表面はＯＨ基を有し、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて第１の表面のみに選択的に所定膜厚のＲｕ膜を成膜する第１工程と、被処理基板にＴＭＡガスを供給して第２の表面のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、第２の表面のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜を成膜する第２工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導電膜および絶縁膜が露出した状態の被処理基板上に薄膜を選択的に成膜させる選択成膜方法であって、
前記導電膜の露出表面である第１の表面は、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかであり、かつ前記絶縁膜の露出表面である第２の表面はＯＨ基を有し、
Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて前記第１の表面のみに選択的に所定膜厚のＲｕ膜を成膜する第１工程と、
前記被処理基板にＴＭＡガスを供給して、前記第２の表面のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、前記第２の表面のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜を成膜する第２工程と
を有することを特徴とする選択成膜方法。
【請求項２】
さらに、前記Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて前記Ｒｕ膜の表面のみに選択的にＲｕ膜を成膜する第３工程と、前記ＳｉＯ２含有絶縁膜の表面のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または交互に複数回行って、前記ＳｉＯ２含有絶縁膜の表面のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜を形成する第４工程とを有し、これらを１回または交互に複数回行うことを特徴とする請求項１に記載の選択成膜方法。
【請求項３】
前記シラノール基を有するシリコン原料は、ＴＰＳＯＬまたはＴＢＳであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の選択成膜方法。
【請求項４】
表面に所定パターンの凹部が形成された層間絶縁膜を表面に有する被処理基板を準備する第１工程と、
前記凹部に、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかの導電膜を埋め込む第２工程と、
前記凹部内の前記導電膜の表面が前記層間絶縁膜の表面と同じ高さ、または所定の深さ位置になるように前記導電膜をエッチングする第３工程と、
前記導電膜がＣｕである場合に、その表面を酸化してＣｕＯまたはＣｕＯ２にする第４工程と、
Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて前記導電膜のＲｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかからなる露出表面である第１の表面のみに選択的に所定膜厚のＲｕ膜を成膜する第５工程と、
前記被処理基板にＴＭＡを供給して、前記層間絶縁膜のＯＨ基を有する露出表面である第２の表面のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料と酸化剤とにより吸着されたＴＭＡの表面のみに所定膜厚のＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って前記第２の表面のみに選択的にＳｉＯ２含有絶縁膜を形成する第６工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
さらに、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて前記Ｒｕ膜の表面のみに選択的にＲｕ膜を成膜する第７工程と、前記第２の表面のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、前記ＳｉＯ２含有絶縁膜の表面のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜を形成する第８工程とを有し、これらを１回または交互に複数回行うことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程の前に、前記層間絶縁膜の表面に、表面にバリア膜を形成する第９工程とをさらに有し、前記第３工程において、前記凹部以外の前記バリア膜を除去することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記バリア膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＴａＳｉＣＮ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＨｆＯから選択されたものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記シラノール基を有するシリコン原料は、ＴＰＳＯＬまたはＴＢＳであることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的に薄膜を成膜する選択成膜方法および半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、下層配線形成後に絶縁膜を成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングによりトレンチおよびビアホールを有するデュアルダマシン構造を形成し、Ｃｕ等の導電膜を埋め込んで配線を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、近時、半導体デバイスの微細化が益々進んでおり、フォトリソグラフィ工程の微細化にともない、下層配線とダマシン構造のコンタクト部の合わせ部にずれが発生してビア抵抗が上昇する問題が発生することがある。
【０００４】
このため、配線等を構成する導電膜およびその周囲の絶縁膜に、それぞれ導電膜および絶縁膜を選択的かつ自己整合的に形成する技術が求められている。
【０００５】
このような技術として、特許文献２には、絶縁膜と金属とが露出している下地上に、薄膜を選択的に成長させる選択成長方法であって、下地の金属を触媒に用いて、下地の金属上に、燃焼により減膜する膜を選択的に成長させる工程と、燃焼により減膜する膜を燃焼させながら、下地の絶縁膜上に、シリコン酸化物膜を選択的に成長させる工程とを有する選択成長方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献３には、基板の第１の表面に第１の金属材料を、同じ基板の第２の表面に第２の誘電体材料（絶縁体）を選択的に堆積し、第１の表面が金属または半導体材料であり第２の表面がＯＨ、ＮＨｘ、またはＳＨｘ終端である方法であって、第１の金属材料を基板の第１の表面に第２の表面に対して選択的に堆積することと、第２の誘電体材料（絶縁体）を基板の第２の表面に第１の表面に対して選択的に堆積することを有する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０８３８６９号公報
【特許文献２】特開２０１６−８６１４５号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１５／０２９９８４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２には、金属膜上に金属膜を選択成長させ、絶縁膜上に絶縁膜を選択成長させることが記載されているが、絶縁膜を成長させる際に金属膜に絶縁膜を形成させない具体的手法については十分に記載されていない。また、特許文献３においては、金属膜を選択的に形成する際、および絶縁膜を選択的に形成する際に、他の部分への成膜を必ずしも十分に防止することができない。
【０００９】
したがって、本発明は、露出している導電膜表面に導電膜を、絶縁膜表面に絶縁膜を、十分な選択性をもって成膜することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、表面に導電膜および絶縁膜が露出した状態の被処理基板上に薄膜を選択的に成膜させる選択成膜方法であって、前記導電膜の露出表面である第１の表面は、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかであり、かつ前記絶縁膜の露出表面である第２の表面はＯＨ基を有し、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて前記第１の表面のみに選択的に所定膜厚のＲｕ膜を成膜する第１工程と、前記被処理基板にＴＭＡガスを供給して、前記第２の表面のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、前記第２の表面のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜を成膜する第２工程とを有することを特徴とする選択成膜方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点は、表面に所定パターンの凹部が形成された層間絶縁膜を表面に有する被処理基板を準備する第１工程と、前記凹部に、Ｒｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかの導電膜を埋め込む第２工程と、前記凹部内の前記導電膜の表面が前記層間絶縁膜の表面と同じ高さ、または所定の深さ位置になるように前記凹部以外の前記導電膜をエッチングする第３工程と、前記導電膜がＣｕである場合に、その表面を酸化してＣｕＯまたはＣｕＯ２にする第４工程と、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いて前記導電膜のＲｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかからなる露出表面である第１の表面のみに選択的に所定膜厚のＲｕ膜を成膜する第５工程と、
前記被処理基板にＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、前記第２の表面のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜を形成する第６工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、露出している導電膜表面に導電膜を、絶縁膜表面に絶縁膜を、十分な選択性をもって成膜することができる選択成膜方法および半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す各工程を示す工程断面図である。
【図３】図１に示す各工程を示す工程断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図４の方法により得られた構造を示す断面図である。
【図６】（ａ）は図５の状態からＲｕ膜２０８を除去した状態を示す断面図、（ｂ）は図５の状態からＳｉＯ２含有絶縁膜２０９を除去した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を実施するために用いられる成膜システムの一例を概略的に示す水平断面図である。
【図８】図７の成膜システムにおいて、Ｒｕ成膜装置またはＳｉＯ２含有膜成膜装置として用いられる成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜半導体装置の製造方法＞
【００１５】
まず、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、導電膜および絶縁膜の選択成膜を利用して所定の半導体装置を製造する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート、図２、図３は図１に示す各工程を示す工程断面図である。
【００１７】
最初に、所定の構造を有する基体２０１上に絶縁膜としてＳｉＯ２膜、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜（ＳｉＣＯ、ＳｉＣＯＨ等）等からなる表面にＯＨ基を有する層間絶縁膜２０２が形成され、層間絶縁膜２０２にトレンチやビアホール等の凹部が２０３が所定パターンで形成された半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを準備する（ステップ１、図２（ａ））。
【００１８】
次に、ウエハＷに対して必要に応じてウエハＷ表面に清浄化のための前処理を施した後、ウエハＷの全面にバリア膜２０４を成膜する（ステップ２）、図２（ｂ））。バリア膜は、ＣＶＤやＡＬＤ等により成膜することができる。
【００１９】
バリア膜２０４としては、ＴｉやＴａの窒化物（ＴｉＮ、ＴａＮ）、およびそれらの炭珪化物（ＴｉＳｉＣＮ、ＴａＳｉＣＮ）や、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＨｆＯ等の金属酸化物等を挙げることができる。なお、バリア膜は必須ではない。
【００２０】
次に、ウエハＷの全面に導電膜２０５を成膜し、凹部２０３を埋め込む（ステップ３、図２（ｃ））。
【００２１】
導電膜２０５としては、Ｒｕ膜が好適である。Ｒｕ膜の成膜はＣＶＤまたはＡＬＤにより行うことが好ましい。ＣＶＤまたはＡＬＤによるＲｕ膜としては、ルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を成膜原料として用いる熱ＣＶＤによるものが好適である。これにより、高純度で薄いＲｕ膜を高ステップカバレッジで成膜することができる。このときの成膜条件は、例えば処理容器内の圧力が１．３〜６６．５Ｐａ（０．０１〜０．５Ｔｏｒｒ）の範囲であり、成膜温度（ウエハ温度）が１５０〜２５０℃の範囲である。他のプリカーサとして、シクロペンタジエニル系の原料を用いることもできる。
【００２２】
凹部が細いビアホールの場合は、埋め込みが難しく、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いたＡＬＤによっても中央にシームが残る場合がある。その際には、Ｒｕ膜成膜とＣｌＦ３ガス等によるエッチングを繰り返すことにより、シームのない埋め込みを行うことができる。
【００２３】
導電膜２０５は、後述するＲｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いたＲｕ膜を選択成膜できるものであればよく、Ｒｕの他、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＣｕＯ、ＣｕＯ２を用いることができる。これらの中では、ＲｕＯ２、Ｐｔ、ＰｄがＲｕ膜の選択成膜をより行いやすい。また、ＣｕＯ、ＣｕＯ２はＲｕ膜の選択成膜は可能であるが、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄよりも成膜レートが小さい。
【００２４】
なお、ＣｕはそのままではＲｕ膜が成膜され難いので、導電膜２０５がＣｕの場合は、後述するように、導電膜２０５の表面を酸化処理する。
【００２５】
次いで、ＣＭＰ（化学機械研磨法）を用いるか、ＣｌＦ３などのＣｌを含むガスを用いて、凹部２０３以外の導電膜２０５およびバリア膜２０４をエッチング除去する（ステップ４、図２（ｄ））。このとき、凹部２０３部分の導電膜２０５の表面が層間絶縁膜２０２の表面と同じ高さになるようにしてもよいし、層間絶縁膜２０２の表面から２０ｎｍまでの深さまで、凹部２０３内の導電膜２０５を途中までリセスしてもよい。リセスすることにより、層間絶縁膜２０２の内壁を後述する選択Ｒｕ膜を成膜する際のガイドとすることができる。
【００２６】
ＣｌＦ３などによるエッチングは、ウエハ温度を１５０〜３００℃、処理容器内の圧力として、全圧を１３．３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、分圧を６．６５〜６６．５Ｐａ（０．０５〜５Ｔｏｒｒ）とし、時間を６０〜１２００ｓｅｃの条件で行うことができる。これにより、被処理基板であるウエハＷの表面には、導電膜２０５の露出表面である第１の表面２１１と、層間絶電膜２０２の露出表面である第２の表面２１２が形成される。また、ＣｌＦ３ガスフローと不活性ガスフローを交互に流すあるいはＣｌＦ３ガスフローと真空引きを交互に行うことによりＣｌＦ３を間欠供給してもよい。ＣｌＦ３を間欠供給することにより、ＣｌＦ３を連続供給するよりもエッチング後に平滑表面が得られる。
【００２７】
次いで、導電膜２０５がＣｕのときのみ、導電膜２０５の表面に酸化処理を施し、ＣｕＯまたはＣｕＯ２とする（ステップ５、図３（ａ））。これは、Ｃｕの表面にＲｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとによる選択Ｒｕ膜が成膜されないので導電膜２０５の第１の表面２１１を選択Ｒｕ膜が成膜可能にするためである。このときの表面酸化処理は、Ｏ２ガスを供給しつつウエハＷを加熱する方法により行うことができる。このときの処理条件は、ウエハ温度を１５０〜３００℃、処理容器内の圧力として、全圧を１３．３〜１３３３Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）、分圧を６．６５〜６６．５Ｐａ（０．０５〜５Ｔｏｒｒ）とし、時間を６０〜１２００ｓｅｃとすることができる。酸化ガスとして、Ｏ２の代わりにＯ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ、ＮＯ２を用いることができる。プラズマを発生させながら酸化ガスを供給したり、リモートプラズマで酸化ガスを励起してから供給してもよい。
【００２８】
次いで、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いてＲｕ膜２０６を導電膜２０５の露出表面である第１の表面２１１のみに選択的に成膜する（ステップ６、図３（ｂ））。
【００２９】
Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いてＲｕ膜を成膜する際には、成膜温度がＲｕ（ＥｔＣｐ）２ガスの自己分解反応が生じない温度であれば、Ｒｕ膜２０６は、絶縁膜上には基本的には成膜されず、導電膜２０５の露出表面である第１の表面２１１のみに成膜される。
【００３０】
ここで、「基本的に成膜されない」とは、絶縁膜である層間絶縁膜２０２が設計通りの膜質で形成されていれば、上記のＲｕ膜２０６が絶縁膜に成膜されないことを意味するものであり、層間絶縁膜２０２の表面にゴミが乗っている場合や、特にステップ４のエッチングの際に導電膜の残渣が乗っている場合に、そこを起点として選択やぶれ（絶縁膜への成膜）が発生してＲｕが島状成長する可能性がある。このため、図２（ａ）の層間絶縁膜２０２に凹部が開孔された後のウエハＷを十分に洗浄して層間絶縁膜２０２の表面にゴミが付着していない状態とすること、およびステップ４のエッチング時に導電膜およびバリア膜の残渣、特に導電膜の残渣がないようにすることにより、絶縁性の低下を防止することが好ましい。また、ステップ５の表面酸化処理においてプラズマを用いたときに、絶縁膜にダメージが入って、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスおよびＯ２ガスが下地が導電膜の場合と同様の挙動を示すことがあるが、その場合はその部分を起点として選択やぶれが発生する可能性があるため、その際にはプラズマ条件を調整してこのようなことを防止することが好ましい。
【００３１】
ステップ６のＲｕ膜の成膜は、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを同時に供給して成膜するＣＶＤを用いることができる。このとき、ウエハ温度：２５０〜３５０℃、処理容器内の圧力（全圧）：６６．５〜６６５Ｐａ（０．５〜５Ｔｏｒｒ）、とし、液体のＲｕ（ＥｔＣｐ）２を貯留した容器を６０〜１００℃に加熱し、容器内にキャリアガス例えばＡｒガスを供給し、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスへ搬送する。そして、さらにＯ２ガスおよび希釈ガス例えばＡｒガスを処理容器内に供給することにより所定膜厚のＲｕ膜を成膜する。この際のガス流量は、Ｏ２ガス：１０〜５００ｓｃｃｍ、キャリアガス：５０〜５００ｓｃｃｍ、希釈ガス：１０〜１０００ｓｃｃｍである。時間は膜厚に応じて適宜設定すればよく、３００〜１２００ｓｅｃ程度である。好ましい条件は、基板温度：３２０℃、全圧：（２６６Ｐａ）２Ｔｏｒｒ、容器温度：８０℃、ガス流量：Ｏ２／キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝３０／１５０／３００ｓｃｃｍである。これより低温、低Ｏ２ガス流量、低キャリアガス流量側では成膜速度が低下する傾向があり、高温高Ｏ２ガス流量側では選択やぶれが発生しやすくなる。Ｒｕ膜の成膜手法は、ＣＶＤに限らず、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを処理容器内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤであってもよい。その好ましい条件は、基板温度：３２０℃、全圧：２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）、容器温度：８０℃、Ｒｕ原料ガス供給時ガス流量：Ｏ２／キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝３０／１５０／３００ｓｃｃｍ、パージ時ガス流量：Ｏ２／キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝０／０／４８０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス供給時ガス流量：Ｏ２／キャリアＡｒ／希釈Ａｒ＝１８０／０／３００ｓｃｃｍで、Ｒｕ原料ガス供給−パージ−Ｏ２供給−パージ＝５−５−５−５ｓｅｃを１サイクルとして所望のサイクル数繰り返すものである。
【００３２】
このときのＲｕ膜２０６の厚さは、用途によって異なるが、例えば３〜５０ｎｍの範囲が好ましい。この場合、Ｒｕ膜２０６の表面の位置は層間絶縁膜２０２の表面の高さ位置と同一でも低くても高くてもよい。
【００３３】
次いで、ウエハＷにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスを供給して層間絶縁膜２０２の露出表面である第２の表面２１２のみにＴＭＡを吸着させる処理と、次いでシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、第２の表面２１２のみに選択的に所定膜厚のＳｉＯ２含有絶縁膜２０７を成膜する（ステップ７、図３（ｃ））。
【００３４】
ＴＭＡはＯＨ基をもつ表面にしか吸着しない性質を有する。このため、ＴＭＡは、ＯＨ基を有する層間絶縁膜２０２の上には吸着するが、ＯＨ基を有さないＲｕ膜２０６上には吸着しない。また、シラノール基を有するシリコン原料は、ＴＭＡに吸着し、Ｒｕ膜２０６のような金属膜には吸着しないので、ＳｉＯ２膜はＴＭＡ上にのみ形成される。この反応は１回あたり最大１０ｎｍ程度であるため、これらの処理を１回または複数回行うことにより、層間絶縁膜２０２の露出表面である第２の表面２１２のみに選択的に、所定膜厚の、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とからなるＳｉＯ２含有絶縁膜２０７が成膜される。ＳｉＯ２膜を形成する処理は、シラノール基を有するシリコン原料ガスと、酸化剤とを同時に供給してＣＶＤで行ってもよいし、これらを処理容器内のパージを挟んで交互に供給するＡＬＤで行ってもよい。酸化剤としては、Ｏ２ガス、Ｈ２Ｏガス、ＮＯガス、Ｏ３ガス等を用いることができる。チャンバーの外でプラズマ化したＯ２を導入してもよい。
【００３５】
ステップ６の後、ウエハＷを大気中に出すと、Ｒｕ膜２０６表面にＯＨ基が付着するおそれがあるので、ステップ７はステップ６の後、大気中に出さずに行うことが好ましい。
【００３６】
絶縁膜表面には基本的にＯＨ基が存在する。ただし、万が一、上記ステップ２〜５の処理によりＯＨの一部が除去された場合には、Ｏ３ガス処理を行えば、ＯＨ基を生成させることができる。その場合でもＲｕ膜表面にはＯＨ基は発生しない。
【００３７】
シラノール基を有するシリコン原料としては、ＴＰＳＯＬ（Tris(tert-pentoxy)silanol）、ＴＢＳＯＬ（Tris(tert-butoxy)silanol）等を好適に用いることができる。
【００３８】
ステップ７の成膜条件としては、ウエハ温度：２００〜３００℃、処理容器内の圧力（全圧）：６６．５〜１３３０Ｐａ（０．５〜１０Ｔｏｒｒ）、ＴＭＡガス流量：１０〜５０ｓｃｃｍ、ＴＰＳＯＬ等のシラノール基を有するシリコン原料ガスをバブリングで供給する時のキャリアガスの流量；５０〜５００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス等の酸化剤の流量：３０〜５００ｓｃｃｍである。
【００３９】
このときのＳｉＯ２含有絶縁膜２０７の厚さは、用途によって異なるが、例えば１〜１０ｎｍの範囲が好ましい。この場合、ＳｉＯ２含有絶縁膜２０７の表面の位置はＲｕ膜２０６の表面の高さ位置と同一でも低くても高くてもよい。
【００４０】
以上の工程を経ることにより、表面に所定パターンの凹部２０３が形成された層間絶縁膜２０２を表面に有するウエハＷにおいて、凹部２０３を導電膜２０５で埋め込んで、導電膜２０５の露出表面である第１の表面２１１と、層間絶縁膜２０２の露出表面である第２の表面２１２とに、それぞれ導電膜および絶縁膜を十分な選択性をもって選択的に成膜することができる。なお、上記ステップ６とステップ７とは、どちらを先に行ってもよい。
【００４１】
ステップ６で、Ｒｕ膜２０６を導電膜２０５の表面から５０ｎｍ程度の高さになるように選択的に成膜し、次いでステップ７でＳｉＯ２含有絶縁膜２０７を層間絶縁膜２０２の表面に選択的に成膜し、必要に応じてＣＭＰ等によりＲｕ膜２０６を研磨することにより、第２層配線としてＲｕ配線が形成される。これにより、下層配線とのコンタクト部の合わせ部のずれが生じることがない。また、Ｒｕ膜２０６を除去して代わりにＣｕを埋め込むと、第２層配線としてＣｕ配線にすることができる。
【００４２】
Ｒｕを配線として用いる場合、低抵抗化が望まれる。Ｒｕ配線を低抵抗化するためには、４５０〜５５０℃で、不活性ガス中のアニールを行うことが好ましい。これにより結晶粒を粗大化させて低抵抗化することが可能である。また、層間絶縁膜２０２にトレンチやビアホール等の凹部２０３を開孔後に、ＮｉＯ、ＨｆＯなど、Ｒｕからみて高い障壁になり、電子親和力が小さい材料を薄膜で全面成膜しておくなどすることにより、界面散乱効果が抑制され、低抵抗化することができる。
【００４３】
図４のフローチャートに示すように、ステップ６でＲｕ膜２０６を、ステップ７でＳｉＯ２含有絶縁膜２０７を選択的に成膜した後、さらに、Ｒｕ膜２０６の表面にステップ６と同様の手法で次のＲｕ膜２０８を成膜する工程（ステップ８）、およびＳｉＯ２含有絶縁膜２０７の表面にステップ７と同様の手法で次のＳｉＯ２含有絶縁膜２０９を成膜する工程（ステップ９）を１回または交互に複数回行ってもよい。
【００４４】
このとき、ステップ８において、Ｒｕ膜２０８はＲｕ膜２０６の表面にしか成膜されず、ＳｉＯ２含有絶縁膜２０９はＳｉＯ２含有絶縁膜２０７の表面にしか成膜されないので、図５に示すように、Ｒｕ膜２０８およびＳｉＯ２含有絶縁膜２０７を互いに自己整合的に所望の厚さに成膜することができる。
【００４５】
このとき、ステップ６のＲｕ膜２０６およびＲｕ膜２０８を、層間絶縁膜２０２およびＳｉＯ２含有絶縁膜２０７、２０９の表面から１〜３０ｎｍ程度の高さに成膜し、ＳｉＯ２含有絶縁膜２０７およびＳｉＯ２含有絶縁膜２０９を、Ｒｕ膜２０６およびＲｕ膜２０８の表面と同じか１０ｎｍ程度の高さに成膜することができる。
【００４６】
以上のように、所定膜厚のＲｕ膜２０６、２０８およびＳｉＯ２含有絶縁膜２０７、２０９が形成された後、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｒｕ膜またはＳｉＯ２含有絶縁膜のいずれかを除去して、必要な膜を残すことで、上層配線のコネクションアライメント等として用いることが可能となる。
【００４７】
＜成膜システム＞
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法を実施するために用いられる成膜システムの一例について説明する。
【００４８】
図７は、このような成膜システムの一例を概略的に示す水平断面図である。成膜システム１００は、第１の処理部１と、第２の処理部２と、搬入出部３と、全体制御部４とを有している。
【００４９】
第１の処理部１は、第１の真空搬送室１０と、この第１の真空搬送室１０の壁部に接続された、バリア膜成膜装置１１と、導電膜成膜装置１２と、エッチング装置１３と、酸化装置１４とを有している。
【００５０】
第１の真空搬送室１０の他の壁部には、ウエハＷのデガス処理を行うデガス室１５ａ，１５ｂが接続されている。また、デガス室１５ａと１５ｂとの間の壁部には、第１の真空搬送室１０と後述する第２の真空搬送室２０との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し室１５が接続されている。
【００５１】
バリア膜成膜装置１１、導電膜成膜装置１２、エッチング装置１３、酸化装置１４、デガス室１５ａ，１５ｂ、および受け渡し室１５は、第１の真空搬送室１０の各壁部にゲートバルブＧを介して接続されている。
【００５２】
第１の真空搬送室１０内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、ウエハＷを搬送する第１の搬送機構１６が設けられている。この第１の搬送機構１６は、回転・伸縮部１７と、その先端に設けられた２つのウエハ搬送アーム１８ａ，１８ｂとを有する。第１の搬送機構１６は、ウエハＷをバリア膜成膜装置１１、導電膜成膜装置１２、エッチング装置１３、酸化装置１４、デガス室１５ａ，１５ｂ、および受け渡し室１５に対して搬入出する。
【００５３】
第２の処理部２は、第２の真空搬送室２０と、この第２の真空搬送室２０の対向する壁部にそれぞれ接続されたＲｕ膜成膜装置２１およびＳｉＯ２含有膜成膜装置２２とを有している。
【００５４】
第２の真空搬送室２０の第１の処理部１側の２つの壁部には、それぞれ上記デガス室１５ａ，１５ｂが接続され、デガス室１５ａと１５ｂとの間の壁部には、上記受け渡し室１５が接続されている。すなわち、受け渡し室１５ならびにデガス室１５ａおよび１５ｂは、いずれも第１の真空搬送室１０と第２の真空搬送室２０との間に設けられている。さらに、第２の真空搬送室２０の搬入出部３側の２つの壁部には、それぞれ大気搬送および真空搬送可能なロードロック室２３ａ，２３ｂが接続されている。
【００５５】
Ｒｕ膜成膜装置２１、ＳｉＯ２含有膜成膜装置２２、デガス室１５ａ，１５ｂ、およびロードロック室２３ａ，２３ｂは、第２の真空搬送室２０の各壁部にゲートバルブＧを介して接続されている。また、受け渡し室１５はゲートバルブを介さずに第２の真空搬送室２０に接続されている。
【００５６】
第２の真空搬送室２０内は所定の真空雰囲気に保持されるようになっており、その中には、ウエハＷを搬送する第２の搬送機構２６が設けられている。この第２の搬送機構２６は、回転・伸縮部２７と、その先端に設けられた２つのウエハ搬送アーム２８ａ，２８ｂとを有する。第２の搬送機構２６は、Ｒｕ膜成膜装置２１、ＳｉＯ２含有膜成膜装置２２、デガス室１５ａ，１５ｂ、ロードロック室２３ａ，２３ｂ、および受け渡し室１５に対してウエハＷの搬入出を行う。
【００５７】
搬入出部３は、上記ロードロック室２３ａ，２３ｂを挟んで第２の処理部２と反対側に設けられており、ロードロック室２３ａ，２３ｂが接続される大気搬送室３０を有している。ロードロック室２３ａ，２３ｂと大気搬送室３０との間の壁部にはゲートバルブＧが設けられている。大気搬送室３０のロードロック室２３ａ，２３ｂが接続された壁部と対向する壁部にはウエハＷを収容するキャリアＣを接続する２つの接続ポート３１，３２が設けられている。また、大気搬送室３０の側面にはウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ３４が設けられている。大気搬送室３０内には、キャリアＣに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室２３ａ、２３ｂに対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送用搬送機構３６が設けられている。この大気搬送用搬送機構３６は、２つの多関節アームを有しており、キャリアＣの配列方向に沿ってレール３８上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３７上にウエハＷを載せてその搬送を行うようになっている。
【００５８】
全体制御部４は、バリア膜成膜装置１１、導電膜成膜装置１２、エッチング装置１３、酸化装置１４、Ｒｕ膜成膜装置２１、ＳｉＯ２含有膜成膜装置２２の各構成部、真空搬送室１０，２０の排気機構や搬送機構１６，２６、デガス室１５ａ，１５ｂ、ロードロック室２３ａ，２３ｂの排気機構やガス供給機構、大気搬送室３０の搬送機構３６、ゲートバルブＧの駆動系等を制御する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４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、成膜システム１００に、所定の動作を実行させる。
【００５９】
このような成膜システム１００においては、キャリアＣから大気搬送用搬送機構３６によりウエハＷを取り出し、ロードロック室２３ａまたは２３ｂに搬送し、そのロードロック室を第２の真空搬送室２０と同程度の真空度に減圧した後、第２の搬送機構２６によりロードロック室のウエハＷをデガス室１５ａまたは１５ｂに搬送し、ウエハＷのデガス処理を行う。その後、第１の搬送機構１６によりデガス室のウエハＷを取り出し、バリア膜成膜装置１１に搬入し、ＴａＮ膜、ＴｉＮ膜等からなるバリア膜を成膜する。下地膜は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、またはＰＶＤ等で成膜される。バリア膜成膜後、第１の搬送機構１６によりウエハＷを導電膜成膜装置１２に搬送し、ＣＶＤ等によりＲｕ、ＲｕＯ２、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、ＣｕＯ、およびＣｕＯ２のいずれかの導電膜を成膜し、ウエハＷに形成されたトレンチやビアホール等の凹部を埋め込む。
【００６０】
導電膜成膜後、第１の搬送機構１６によりウエハＷを導電膜成膜装置１２からエッチング装置１３に搬送し、ＣｌＦ３などのＣｌを含むガスを用いて、凹部以外の導電膜およびバリア膜をエッチング除去する。次に、導電膜がＣｕの場合は、第１の搬送機構１６によりウエハＷを酸化装置１４に搬送して導電膜の表面の酸化処理を行う。
【００６１】
その後、第１の搬送機構１６によりウエハを受け渡し室１５に搬送し、次いで、第２の搬送機構２６によりウエハＷを取り出し、Ｒｕ膜成膜装置２１に搬入し、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスとＯ２ガスとを用いてＲｕ膜を導電膜の表面に選択的に成膜する。Ｒｕ膜成膜後、第２の搬送機構２６によりウエハＷを取り出し、ＳｉＯ２含有膜成膜装置２２に搬入し、ＴＭＡガスを供給して、層間絶縁膜表面に選択的にＴＭＡを吸着させる処理、およびシラノール基を有するシリコン原料および酸化剤を用いて吸着されたＴＭＡの表面のみにＳｉＯ２膜を形成する処理とを１回または複数回行って、層間絶縁膜表面に選択的にＳｉＯ２含有絶縁膜を成膜する。Ｒｕ膜成膜装置２１でのＲｕ膜の成膜処理と、ＳｉＯ２含有膜成膜装置２２でのＳｉＯ２含有絶縁膜の成膜処理とを複数回繰り返してもよい。
【００６２】
その後、第２の搬送機構２６によりウエハＷをロードロック室２３ａまたは２３ｂに搬送し、そのロードロック室を大気圧に戻した後、大気搬送用搬送機構３６によりウエハＷを取り出し、キャリアＣに戻す。このような処理をキャリア内のウエハＷの数の分だけ繰り返す。
【００６３】
＜成膜装置＞
次に、図７の成膜システムにおいて、Ｒｕ膜成膜装置２１またはＳｉＯ２含有膜成膜装置２２として用いられる成膜装置について説明する。
【００６４】
図８はＲｕ膜成膜装置２１またはＳｉＯ２含有膜成膜装置２２として用いられる成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。この成膜装置１５０は、気密に構成された略円筒状の処理容器１０１を有しており、その中には被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ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。サセプタ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被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。なお、サセプタ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）がサセプタ１０２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００６５】
処理容器１０１の天壁には、成膜の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がサセプタ１０２と対向するように設けられている。シャワーヘッド１１０は、後述するガス供給機構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。
【００６６】
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。
【００６７】
処理容器１０１の側壁には、真空搬送室との間でウエハ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。
【００６８】
ガス供給機構１３０は、成膜に必要なガスの供給源と、各供給源からガスを供給する個別配管、個別配管に設けられた開閉バルブおよびガスの流量制御を行うマスフローコントローラのような流量制御器等を有し、さらに、個別配管からのガスをガス導入口１１１を介してシャワーヘッド１１０に導くガス供給配管１３５を有している。
【００６９】
ガス供給機構１３０は、成膜装置１５０がＲｕ膜成膜装置の場合、液体のＲｕ（ＥｔＣｐ）２を貯留する容器と、容器を加熱するヒーターと、容器にキャリアガスを供給する供給源、Ｏ２ガス、希釈ガス、パージガス（不活性ガス）等をそれぞれシャワーヘッド１１０に供給する供給源および個別配管を有している。また、成膜装置１５０がＳｉＯ２含有絶縁膜成膜装置の場合、ＴＭＡガス、シラノール基を含むＳｉ原料ガス、酸化剤、パージガス（不活性ガス）等をそれぞれ供給する供給源および個別配管を有している。
【００７０】
成膜装置１５０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ための制御部１４０を有している。制御部１４０は全体制御部４の指令により各構成部を制御する。
【００７１】
このように構成される成膜装置１５０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、サセプタ１０２上に載置する。サセプタ１０２はヒーター１０５により所定温度に加熱されており、処理容器１０１内に不活性ガスが導入されることによりウエハＷが加熱される。そして、排気装置１２３の真空ポンプによりチャンバー１０１内を排気して、チャンバー１０１内の圧力を所定圧力に調整する。
【００７２】
次いで、ガス供給機構１３０から、Ｒｕ膜を成膜する場合には、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２ガスおよびＯ２ガスを同時に、または処理容器１０１内のパージを挟んで交互に供給し、ＳｉＯ２含有絶縁膜を成膜する場合には、ＴＭＡを供給した後、シラノールを含むシリコン原料ガスと酸化剤とを同時に、または処理容器１０１内のパージを挟んで交互に供給する。これらのガスはシャワーヘッド１１０を介して処理容器１０１内に導入される。これにより、ウエハＷ表面では、Ｒｕ膜またはＳｉＯ２含有絶縁膜が成膜される。
【００７３】
成膜処理終了後、処理容器１０１内をパージし、ゲートバルブＧを開けて、第２の搬送機構２６により、搬入出口１２７を介してウエハＷを搬出する。
【００７４】
そして、バリア膜成膜装置１１のゲートバルブＧを開けて、第１の搬送機構１６のいずれかの搬送アームが保持するウエハＷをバリア膜成膜装置１１に搬入し、ゲートバルブＧを閉じ、ウエハＷに対してバリア膜の成膜を行う。
【００７５】
バリア膜の成膜処理が終了後、ゲートバルブＧを開け、第１の搬送機構１６のいずれかの搬送アームにより、ウエハＷを搬出し、導電膜成膜装置１２のゲートバルブＧを開けてその中にウエハＷを搬入し、ゲートバルブＧを閉じ、ウエハＷに対して上述したような導電膜の成膜を行う。
【００７６】
なお、バリア膜や導電膜をＣＶＤまたはＡＬＤで成膜する場合には、このような成膜装置１５０により成膜することができる。
＜他の適用＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記の実施の形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００７７】
例えば、上記実施の形態では、凹部を有する絶縁膜として層間絶縁膜の例を示したが、これに限らず他の絶縁膜であってもよい。また、層間絶縁膜の凹部に導電膜を埋め込む場合を示したが、これに限らず、表面に導電膜および絶縁膜が露出した状態の被処理基板であれば本発明を適用可能である。さらに、上記実施の形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合を示したが、被処理基板は半導体ウエハに限るものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１０、２０；真空搬送室
１１；バリア膜成膜装置
１２；導電膜成膜装置
１３；エッチング装置
１４；酸化装置
２１；Ｒｕ膜成膜装置
２２；ＳｉＯ２含有膜成膜装置
１００；成膜システム
１５０；成膜装置
２０１；基体
２０２；層間絶縁膜（絶縁膜）
２０３；凹部
２０４；バリア膜
２０５；導電膜
２０６，２０８；Ｒｕ膜
２０７，２０９；ＳｉＯ２含有絶縁膜
Ｗ；半導体ウエハ（ウエハ）
【図１】
2019062142.tif 000003
【図２】
2019062142.tif 000004
【図３】
2019062142.tif 000005
【図４】
2019062142.tif 000006
【図５】
2019062142.tif 000007
【図６】
2019062142.tif 000008
【図７】
2019062142.tif 000009
【図８】
2019062142.tif 000010