(57)【要約】  ルテニウム金属層（５６０）を形成する方法は、成膜システム（１、１００）の処理チャンバ（１０、１１０）内に、パターン化された基板（２５、１２５、５００）を提供するステップであって、前記パターン化された基板（２５、１２５、５００）は、１もしくは２以上のビア、溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、原子層成膜処理法で、前記基板（２５、１２５、５００）上に、第１のルテニウム金属層（５４０）を成膜するステップと、熱化学気相成膜処理法で、前記第１のルテニウム金属層（５４０）の上部に、第２のルテニウム金属層（５５０）を成膜するステップと、を有する。成膜されたルテニウム金属層（５６０）は、めっきの拡散バリア層、シード層、またはその両方に使用される。
2008538126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルテニウム金属層を形成する方法であって、
成膜システムの処理チャンバ内に、パターン化された基板を提供するステップであって、前記パターン化された基板は、１もしくは２以上のビアもしくは溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、
原子層成膜処理法で、前記基板上に、第１のルテニウム金属層を成膜するステップと、
熱化学気相成膜処理法で、前記第１のルテニウム金属層の上部に、第２のルテニウム金属層を成膜するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記第１のルテニウム金属層を成膜するステップは、プラズマ加速原子層成膜処理法を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマ加速原子層成膜処理法は、
前記基板を、ルテニウム有機金属前駆体に暴露させる第１のステップと、
Ｈ２、ＮＨ３、またはこれらの組み合わせを含む水素含有ガスを有するプラズマに、前記基板を暴露させる第２のステップと、
を交互に行うことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、
前記交互の暴露ステップの間に、前記処理チャンバを不活性ガスでパージするステップを有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の交互の暴露ステップは、所望の回数だけ実施され、厚さが約１乃至１０ｎｍの前記第１のルテニウム金属層が成膜されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のルテニウム金属層を成膜するステップは、熱原子層成膜処理法を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記熱原子層成膜処理法は、
前記基板をルテニウム有機金属前駆体に暴露する第１のステップと、
Ｈ２、ＮＨ３、またはこれらの組み合わせを含む水素含有ガスに、前記基板を暴露する第２のステップと、
を交互に行うことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
さらに、
前記交互の暴露ステップの間に、前記処理チャンバを不活性ガスでパージするステップを有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２の交互の暴露ステップは、所望の回数だけ実施され、厚さが約１乃至１０ｎｍの前記第１のルテニウム金属層が成膜されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のルテニウム金属層を成膜するステップは、
前記基板をルテニウム有機金属前駆体および還元ガスに、同時に暴露するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のルテニウム金属層の厚さは、前記第１のルテニウム金属層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２のルテニウム金属層は、（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−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、（２，４−ジメチルペンタジエニル）（メチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、およびこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含む、ルテニウム有機金属前駆体から成膜されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、
前記第１および第２のルテニウム金属層の成膜の間、前記基板を、約５０℃から約５００℃の間の温度に維持するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、
前記第１および第２のルテニウム金属層の成膜の間、前記基板を、約２００℃から約３００℃の間の温度に維持するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、
前記第１のルテニウム金属層の成膜の間、前記基板を第１の温度に維持するステップと、
前記第２のルテニウム金属層の成膜の間、前記基板を第２の温度に維持するステップであって、前記第２の温度は、前記第１の温度よりも高いステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、
前記第１のルテニウム金属層の成膜の間、前記処理チャンバを第１の圧力に維持するステップと、
前記第２のルテニウム金属層の成膜の間、前記処理チャンバを第２の圧力に維持するステップであって、前記第２の圧力は、前記第１の圧力よりも高いステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の圧力は、約５ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの間であり、前記第２の圧力は、約５００ｍＴｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒの間であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記パターン化された基板は、該基板上に形成された、タンタル含有またはタングステン含有バリア層を有し、該バリア層の上に、前記第１のルテニウム金属層が成膜されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ルテニウム金属層を形成する方法であって、
成膜システムの処理チャンバ内に、パターン化された基板を提供するステップであって、前記パターン化された基板は、１もしくは２以上のビアもしくは溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、
プラズマ中で、ａ）ルテニウム有機金属前駆体、およびｂ）水素含有ガスに、前記基板を交互に暴露するステップを有するプラズマ加速原子層成膜処理法で、前記基板上に、第１のルテニウム金属層を成膜するステップと、
熱化学気相成膜処理法において、ルテニウム有機金属前駆体および水素含有ガスに、前記基板を同時に暴露することにより、前記第１のルテニウム金属層上に、第２のルテニウム金属層を成膜するステップと、
を有する方法。
【請求項２０】
ルテニウム金属層を形成する方法であって、
成膜システムの処理チャンバ内に、パターン化された基板を提供するステップであって、前記パターン化された基板は、１もしくは２以上のビアもしくは溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、
原子層成膜処理法で、前記基板上に、第１のルテニウム金属層を成膜するステップであって、前記原子層成膜処理法は、ａ）ルテニウム有機金属前駆体、およびｂ）水素含有ガスに、前記基板を交互に暴露するステップを含む、熱原子層成膜処理法を有するステップと、
熱化学気相成膜処理法において、ルテニウム有機金属前駆体および水素含有ガスに、前記基板を同時に暴露することにより、前記第１のルテニウム金属層上に、第２のルテニウム金属層を成膜するステップと、
を有する方法。
【請求項２１】
プロセッサ上で実行されるプログラム指令を有するコンピュータ可読媒体であって、
前記プロセッサによる実行の際に、成膜システムにより、請求項１に記載の方法の各ステップが実施される、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理プロセスに関し、特に、パターン化された基板上に薄膜ルテニウム金属層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路を製作する際に、多層金属化方式で銅（Ｃｕ）金属を導入する場合、Ｃｕ層の密着および成長を促進し、Ｃｕの誘電体材料への拡散を抑制する、拡散バリア／ライナの使用が不可欠である。誘電体材料上に成膜されるバリア／ライナには、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびタンタル（Ｔａ）のような耐熱材料が含まれ、これらの材料は、Ｃｕとの間に反応性がなく、Ｃｕ中に不混和性であり、低い電気抵抗率を得ることができる。Ｃｕ金属化層および誘電体材料が集積される現在の集積方式では、約４００℃から約５００℃、またはこれ以下の基板温度での、バリア／ライナの成膜処理が必要となる。
【０００３】
例えば、１３０ｎｍ以下の技術的ノードのＣｕ集積方式では、低誘電率（低ｋ）の層間絶縁誘電体が利用され、その後、物理気相成膜法（ＰＶＤ）によるＴａ層またはＴａＮ／Ｔａ層、ＰＶＤのＣｕシード層、および電気化学成膜法（ＥＣＤ）によるＣｕ充填が利用される。通常の場合、その密着特性（すなわち、低ｋ膜上での密着性）のため、Ｔａ層が選定され、そのバリア特性（すなわち、低ｋ膜へのＣｕ拡散防止能）のため、Ｔａ／ＴａＮ層が選定される。
【０００４】
前述のように、Ｃｕ拡散バリアとしての薄膜遷移金属層の研究および実施のため、相当の努力が成されており、そのようなＣｕ拡散バリアには、クロム、タンタル、モリブデン、およびタングステンのような材料が含まれる。これらの各材料は、Ｃｕ中で低い混和性を示す。また近年、他の材料、例えばルテニウム（Ｒｕ）およびロジウム（Ｒｈ）が、可能性のあるバリア層として提案されている。これらは、従来の耐熱金属と同様に振る舞うことが期待されるからである。しかしながら、Ｔａ／ＴａＮのような２つの層とは対照的に、ＲｕまたはＲｈの使用は、一つのバリア層のみの使用に限られる。例えば、Ｒｕ層は、Ｔａ／ＴａＮバリア層と置換することができる。また、現在の研究では、さらにＣｕシード層は、Ｒｕ層で置換することができ、バルクＣｕの充填は、Ｒｕ成膜後に直接実施できることが明らかとなっている。
【０００５】
Ｒｕ層は、ルテニウム含有前駆体、例えばルテニウムカルボニル前駆体またはルテニウム有機金属前駆体から成膜することができる。しかしながら、ルテニウム前駆体の多くは、低蒸気圧であり、これに関連した輸送の問題のため、Ｒｕの成膜処理プロセスは、成膜速度が遅く、このため、高アスペクト比特徴物への成膜によって、良好なステップ被覆率が得られるとしても、Ｒｕ層の成膜は、現実的ではない。一方、製作の際に高い成膜速度を有するＲｕ成膜処理プロセスでは、高アスペクト比特徴物に対して、許容できないステップ被覆率が生じるという問題がある。以上のことを踏まえて、発明者らは、高アスペクト比特徴物に対して、高い成膜速度で良好なステップ被覆率が得られる、新たなＲｕ成膜処理プロセスが必要であると認識している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、原子層成膜（ＡＬＤ）処理プロセスに関して、良好な共形性およびステップ被覆率を有する方法が提供され、高アスペクト比特徴物へのＲｕ金属層の成膜の際に、化学気相成膜（ＣＶＤ）処理プロセスによる高い成膜速度が得られる。本発明の実施例では、バリアおよびシードに適用される、Ｃｕ金属化技術のＲｕシード層およびＲｕ拡散バリアを含む、Ｒｕ金属層の成膜が可能となる。
【０００７】
従って、本発明の方法は、
成膜システムの処理チャンバ内に、パターン化された基板を提供するステップであって、前記パターン化された基板は、１もしくは２以上のビアもしくは溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、
原子層成膜処理法で、前記基板上に、第１のルテニウム金属層を成膜するステップと、
熱化学気相成膜処理法で、前記第１のルテニウム金属層の上部に、第２のルテニウム金属層を成膜するステップと、
を有する。
【０００８】
本発明の実施例では、当該方法は、
成膜システムの処理チャンバ内に、パターン化された基板を提供するステップであって、前記パターン化された基板は、１もしくは２以上のビアもしくは溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、
プラズマ中で、ａ）ルテニウム有機金属前駆体、およびｂ）水素含有ガスに、前記基板を交互に暴露するステップを有するプラズマ加速原子層成膜処理法で、前記基板上に、第１のルテニウム金属層を成膜するステップと、
熱化学気相成膜処理法において、ルテニウム有機金属前駆体および水素含有ガスに、前記基板を同時に暴露することにより、前記第１のルテニウム金属層上に、第２のルテニウム金属層を成膜するステップと、
を有する。
【０００９】
本発明の別の実施例では、当該方法は、
成膜システムの処理チャンバ内に、パターン化された基板を提供するステップであって、前記パターン化された基板は、１もしくは２以上のビアもしくは溝またはこれらの組み合わせを有するステップと、
原子層成膜処理法で、前記基板上に、第１のルテニウム金属層を成膜するステップであって、前記原子層成膜処理法は、ａ）ルテニウム有機金属前駆体、およびｂ）水素含有ガスに、前記基板を交互に暴露する、熱原子層成膜処理法を有するステップと、
熱化学気相成膜処理法において、ルテニウム有機金属前駆体および水素含有ガスに、前記基板を暴露することにより、前記第１のルテニウム金属層上に、第２のルテニウム金属層を成膜するステップと、
を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例では、第１および第２のルテニウム金属層を含む、ルテニウム金属層を形成するための成膜方法が提供される。この成膜方法では、ＡＬＤ処理プロセスの良好なステップ被覆率および良好な共形性と、ＣＶＤ処理プロセスの高い成膜速度とを組み合わせることにより、ビア、溝またはこれらの組み合わせを含む基板特徴物上に、所望の特性を備えるルテニウム金属層を形成するための製造プロセスが提供される。
【００１１】
以下の記載では、本発明をより良く理解するため、および限定的ではない説明のため、成膜システムの特定の形状および各種部材の記載などについて、特定の細部が示されている。しかしながら、本発明は、これらの特定の細部とは異なる他の実施例においても、実施し得ることに留意する必要がある。
【００１２】
ここで図面を参照すると、いくつかの図面において、同様の参照符号は、同一のまたは対応する部品を表す。図１には、本発明の実施例による、基板上に、ルテニウム有機金属前駆体からＲｕ金属層を成膜する成膜システム１を示す。成膜システム１は、基板ホルダ２０を有する処理チャンバ１０を有し、この基板ホルダは、金属層が上部に形成された基板２５を支持するように構成される。処理チャンバ１０は、蒸気前駆体供給システム４０を介して、金属前駆体蒸発システム５０に接続されている。
【００１３】
さらに処理チャンバ１０は、ダクト３６を介して、真空排気システム３８に接続されており、排気システム３８は、処理チャンバ１０、蒸気供給システム４０、および金属前駆体蒸発システム５０を、基板２５上に金属層を形成するのに適した圧力まで減圧処理し、さらには、金属前駆体蒸発システム５０内のルテニウム有機金属前駆体５２の揮発に適した圧力まで減圧処理するように構成される。
【００１４】
再度図１を参照すると、金属前駆体蒸発システム５０は、ルテニウム有機金属前駆体５２を保管し、ルテニウム有機金属前駆体５２を、ルテニウム有機金属前駆体５２の揮発に十分な温度にまで加熱し、ルテニウム有機金属前駆体の蒸気を蒸気前駆体供給システム４０に導入するように構成されている。ルテニウム有機金属前駆体５２は、選定された熱処理条件下では、金属前駆体蒸発システム５０内で固体であっても良い。あるいは、ルテニウム有機金属前駆体５２は、液体とすることもできる。以下、固体のルテニウム有機金属前駆体５２を使用した場合について説明するが、本発明の範囲から逸脱しないで、選定された熱処理条件下で、液体のルテニウム有機金属前駆体が使用できることは、当業者には明らかである。特に、液体前駆体源、液体マスフロー制御器、および気化器を含む液体供給システムは、従来から良く知られている。
【００１５】
本発明の実施例では、ルテニウム有機金属前駆体は、液体前駆体の（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、Ｒｕ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）であっても良い。本発明の別の実施例では、ルテニウム前駆体は、固体前駆体のビス（２，４−ジメチルペンタジエニル）ルテニウム、Ｒｕ（ＤＭＰＤ）２であっても良い。本発明の別の実施例では、ルテニウム前駆体は、液体前駆体の（２，４−ジメチルペンタジエニル）（メチルシクロペンタジエニル）ルテニウムであっても良い。これらの３つの前駆体は、７５℃での蒸気圧が約０．１Ｔｏｒｒである。本発明は、前述の前駆体に限られるものではなく、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム、Ｒｕ（ＥｔＣｐ）２液体前駆体ならびにこれらのおよび他の前駆体を含む、他のルテニウム有機金属前駆体を使用しても良い。
【００１６】
ルテニウム有機金属前駆体５２を揮発（または昇華）させる所望の温度を得るため、金属前駆体蒸発システム５０は、蒸発温度制御システム５４に接続され、この蒸発温度制御システム５４は、蒸気温度を制御するように構成される。例えば、ルテニウム有機金属前駆体５２の温度は、約３０℃から約１５０℃の間の温度まで加熱される。ルテニウム有機金属前駆体は、加熱により揮発（または昇華）し、ルテニウム有機金属前駆体５２、またはこのいかなる組み合わせは、キャリアガスにより搬送される。あるいは、他の実施例では、キャリアガスが省略される。キャリアガスを使用する場合、このキャリアガスには、例えば、希ガス（すなわち、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＫｒまたはＸｅ）のような不活性ガス、またはこれらの２もしくは３種類以上の組み合わせが含まれる。
【００１７】
例えば、ガス供給システム６０は、金属前駆体蒸発システム５０に接続され、キャリアガス、水素含有ガス、またはこれらの混合ガスを、供給ライン６１を介して、ルテニウム有機金属前駆体５２の下側に、あるいは供給ライン６２を介して、ルテニウム有機金属前駆体５２の上部に、供給するように構成される。また、別の実施例では、ガス供給システム６０は、金属前駆体蒸発システム５０の下流の蒸気前駆体供給システム４０に接続され、ルテニウム有機金属前駆体の蒸気が蒸気前駆体供給システム４０に導入された際、またはその後に、供給ライン６３を介して、ルテニウム有機金属前駆体５２の蒸気にガスが供給される。図示されていないが、ガス供給システム６０は、キャリアガス源、水素含有ガス源、１または２以上の制御バルブ、１または２以上のフィルタ、およびマスフロー制御器を有する。例えば、キャリアガスおよび水素含有ガスの流速は、約０．１標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）から約１０００ｓｃｃｍの間である。あるいは、流速は、約１０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間である。あるいは、流速は、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間であっても良い。本発明の実施例では、水素含有ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、またはこれらの組み合わせであっても良い。
【００１８】
金属前駆体蒸発システム５０の下流には、蒸気前駆体供給システム４０を介して、ルテニウム有機金属前駆体蒸気を含むプロセスガスが流れ、このプロセスガスは、蒸気前駆体供給システム４０に接続された蒸気分配システム３０を介して、処理チャンバ１０に導入される。蒸気前駆体供給システム４０は、蒸気ラインの温度を制御する蒸気ライン温度制御システム４２に接続され、ルテニウム有機金属前駆体蒸気の分解およびルテニウム有機金属前駆体蒸気の凝縮が防止される。
【００１９】
再度図１を参照すると、処理チャンバ１０の一部を構成し、処理チャンバ１０に接続された蒸気分配システム３０は、蒸気分配プレナム３２を有し、蒸気が蒸気分配板３４、および基板２５の上部の処理ゾーン３３を通る前に、このプレナムの内部で蒸気が分配される。また、蒸気分配板３４は、分配板温度制御システム３５に接続され、このシステムは、蒸気分配板３４の温度を制御するように構成される。
【００２０】
本発明の実施例では、処理チャンバ１０に気体源３７が接続され、この気体源３７は、ルテニウム有機金属前駆体蒸気を含むプロセスガスに、水素含有ガス、希釈ガス、またはこれらの混合ガスを添加するように構成される。図１に示すように、気体源３７は、供給ライン３７ａを介して、蒸気分配システム３０に接続され、プロセスガスが蒸気分配板３４を通って処理ゾーン３３に入る前に、蒸気分配プレナム３２内で、プロセスガスに水素含有ガス／希釈ガスを添加するように構成されている。あるいは、気体源３７は、供給ライン３７ｂを介して処理チャンバ１０に接続され、プロセスガスが蒸気分配板３４を通った後に、基板２５の上部の処理ゾーン３３内で、プロセスガスに水素含有ガス／希釈ガスを添加するように構成されても良い。あるいはまた、気体源３７は、供給ライン３７ｃを介して蒸気分配システム３０に接続され、分配板３４内でプロセスガスに水素含有ガス／希釈ガスを添加するように構成されても良い。当業者には明らかなように、本発明の範囲から逸脱しないで、気体源３７からの水素含有ガス／希釈ガスは、蒸気分配システム３０および処理チャンバ１０の他の位置で、プロセスガスに添加されても良い。
【００２１】
再度図１を参照すると、成膜システム１は、処理チャンバ１０の処理領域３３でのプラズマ発生が容易になるように構成されている。プラズマは、ＲＦプラズマ源により生じ、このプラズマ源は、蒸気分配板３４（上部電極）を有し、これへのＲＦ電力は、インピーダンスマッチネットワーク７０を介して、ＲＦ発生器７２から供給される。蒸気分配板３４にＲＦ電力を印加する際の周波数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲にすることができ、６０ＭＨｚであっても良い。蒸気分配板３４に印加されるＲＦ電力は、約５００ワット（Ｗ）から約２２００Ｗの間であっても良い。さらにＲＦプラズマ源は、基板２５をビアス化するため、基板ホルダ２０にＲＦ電力を印加するＲＦ源を有する。ＲＦ源は、ＲＦ発生器７６と、インピーダンスマッチネットワーク７４とを有し、このインピーダンスマッチネットワーク７４によって、反射電力を最小限に抑制することにより、処理領域３３に対する、ＲＦ電力のプラズマへの変換が最大化される。マッチネットワークの形態（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型）、および自動制御法は、良く知られた技術である。基板ホルダ２０への電力印加の周半数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲とすることができ、２ＭＨｚであっても良い。基板ホルダ２０に印加されるＲＦ電力は、約０Ｗから約１０００Ｗの間の範囲である。また、制御器８０は、ＲＦ発生器７２および７６、ならびにインピーダンスマッチネットワーク７０および７４に接続され、蒸気分配板３４および基板ホルダ２０へのＲＦ電力の印加が制御される。別の実施例では、ＲＦ電力は、複数の周波数で、基板ホルダ２０に印加されても良い。
【００２２】
一度、ルテニウム有機金属前駆体蒸気を含むプロセスガスが、処理チャンバ１０の処理ゾーン３３に導入されると、ルテニウム有機金属前駆体蒸気は、加熱された基板１０の方に曝される。基板ホルダ２０は、基板温度制御システム２２に接続された該基板ホルダ２０により、基板２５の温度が上昇するように構成される。例えば、基板温度制御システム２２は、基板２５の温度を約５００℃まで昇温するように構成される。あるいは、処理チャンバ１０は、チャンバ壁の温度を制御するように構成された、チャンバ温度制御システム１２に接続されても良い。
【００２３】
再度図１を参照すると、成膜システム１は、該成膜システム１の動作を操作し制御するように構成された制御システム８０を有する。制御システム８０は、ＲＦ発生器７２、７６および前述のマッチネットワーク７０、７４に接続されるとともに、処理チャンバ１０、基板ホルダ２０、基板温度制御システム２２、チャンバ温度制御システム１２、蒸気分配システム３０、蒸気前駆体供給システム４０、金属前駆体蒸発システム５０、分配板温度制御システム３５、およびガス供給システム６０に接続される。さらに制御システム８０は、ＡＬＤ処理プロセスの間の迅速なガス切り替えを容易にするガスバルブ（図示されていない）と接続されている。
【００２４】
別の実施例として、図２には、基板上に、ルテニウム膜のような金属膜を成膜する、成膜システム１００が示されている。成膜システム１００は、基板ホルダ１２０を有する処理チャンバ１１０を有し、この基板ホルダ１２０は、上部に金属層が形成された基板１２５を支持するように構成されている。処理チャンバ１１０は、前駆体供給システム１０５と接続され、このシステムは、金属前駆体蒸発システム１５０と、蒸気前駆体供給システム１４０と、を有し、この金属前駆体蒸発システム１５０は、ルテニウム有機金属前駆体１５２を保管し揮発させるように構成され、蒸気前駆体供給システム１４０は、ルテニウム有機金属前駆体１５２の蒸気を処理チャンバ１１０に搬送するように構成される。
【００２５】
処理チャンバ１１０は、上部チャンバ区画１１１と、底部チャンバ区画１１２と、排気チャンバ１１３とを有する。底部チャンバ区画１１２には、開口１１４が形成され、この開口位置で、底部区画１１２は、排気チャンバ１１３と接続される。
【００２６】
再度図２を参照すると、基板ホルダ１２０は、被処理基板（またはウェハ）１２５を支持するための水平表面を提供する。この基板ホルダ１２０は、円筒状支持部材１２２によって支持され、この部材は、排気チャンバ１１３の下側部分から上方に延在している。また、基板ホルダ１２０は、基板ホルダ温度制御システム１２８に接続されたヒータ１２６を有する。ヒータ１２６は、例えば、１または２以上の抵抗ヒータ素子を含む。あるいは、ヒータ１２６は、例えば、タングステンハロゲンランプのような放射加熱システムを有する。基板ホルダ温度制御システム１２８は、１もしくは２以上の加熱素子、基板もしくは基板ホルダの温度を測定する１もしくは２以上の温度センサ、または両方に電力を供給する電源と、基板１２５もしくは基板ホルダ１２０の温度のモニター、調整、または制御のうち少なくとも一つを行う制御器とを有する。
【００２７】
処理の間、加熱された基板１２５は、ルテニウム有機金属前駆体蒸気に曝され、基板１２５上にルテニウム金属層が成膜される。基板ホルダ１２０は、所望のルテニウム金属層を基板１２５上に成膜することに適した予備処理温度に加熱される。あるいは、チャンバ温度制御システム１２１と接続されたヒータ（図示されていない）が、処理チャンバ１１０の壁に埋設され、これにより、チャンバ壁が予備処理温度まで加熱されても良い。ヒータは、処理チャンバ１１０の壁の温度を、約４０℃から約１００℃の範囲に保持し、あるいは約４０℃から約８０℃の範囲に保持する。圧力ゲージ（図示されていない）を用いて、処理チャンバの圧力を測定しても良い。
【００２８】
また図２では、処理チャンバ１１０の上部チャンバ区画１１１には、蒸気分配システム１３０が接続されている。蒸気分配システム１３０は、蒸気分配板１３１を有し、この蒸気分配板は、１または２以上のオリフィス１３４を介して、前駆体蒸気を蒸気分配プレナム１３２から、基板１２５の上部の処理ゾーン１３３の方まで導入するように構成される。
【００２９】
本発明の実施例では、気体源１３７は、処理チャンバ１１０と接続され、供給ライン１３７ａ、１３７ｂおよび／または１３７ｃ、バルブ１９７、１または２以上のフィルタ（図示されていない）、ならびにマスフロー制御器を介して、テニウム有機金属前駆体蒸気を含むプロセスガスに、水素含有ガス、希釈ガスまたはこれらの組み合わせを添加するように構成されている。図１に示したように、気体源１３７は、処理チャンバ１１０の蒸気分配システム１３０に接続されても良く、この場合、プロセスガスは、蒸気分配板１３１を介して、基板１２５の上部の処理ゾーン１３３に至る前に、供給ライン１３７ａを介して、蒸気分配プレナム１３２内で、プロセスガスに水素含有ガス／希釈ガスを添加するように構成される。あるいは、気体源１３７は、供給ライン１３７ｃを介して、蒸気分配板１３１の内部で、プロセスガスに水素含有ガス／希釈ガスを添加するように構成されても良い。あるいは、気体源１３７は、処理チャンバ１１０と接続され、プロセスガスが蒸気分配板１３１を通過してから、供給ライン１３７ｂを介して、処理ゾーン１３３内で、プロセスガスに水素含有ガス／希釈ガスを添加するように構成されても良い。当業者には明らかなように、水素含有ガス／希釈ガスは、本発明の範囲から逸脱しないで、処理チャンバ１１０内の他の位置で、プロセスガスに添加されても良い。
【００３０】
また、上部チャンバ区画１１１には、蒸気前駆体供給システム１４０から、蒸気分配プレナム１３２に、ルテニウム有機金属前駆体蒸気を導入するための開口１３５が設けられている。さらに、蒸気分配システム１３０の温度を制御するため、同心流体チャネルのような、冷却または加熱流体を流すように構成された温度制御素子１３６が提供され、これにより、蒸気分配システム１３０内でのルテニウム有機金属前駆体の分解または凝縮が回避される。例えば、水のような流体を、蒸気分配温度制御システム１３８から流体チャネルに供給しても良い。蒸気分配温度制御システム１３８は、流体源、熱交換器、流体温度または蒸気分配板温度またはその両方の測定用の１または２以上の温度センサ、および制御器を有し、この制御器は、蒸気分配板１３１の温度を約２０℃から約１５０℃に制御するように構成される。
【００３１】
図２に示すように、金属前駆体蒸発システム１５０は、ルテニウム有機金属前駆体１５２を保持し、ルテニウム有機金属前駆体の温度を上昇させることにより、ルテニウム有機金属前駆体１５２を揮発させるように構成される。ルテニウム有機金属前駆体１５２を加熱するため、前駆体ヒータ１５４が設けられ、ルテニウム有機金属前駆体１５２は、ルテニウム有機金属前駆体１５２の所望の蒸気圧が生じる温度に維持される。前駆体ヒータ１５４は、ルテニウム有機金属前駆体１５２の温度を制御するように構成された、蒸発温度制御システム１５６と接続される。例えば、前駆体ヒータ１５４は、ルテニウム有機金属前駆体１５２の温度を、約４０℃から約１５０℃に、または約６０℃から約９０℃に調整するように構成される。
【００３２】
ルテニウム有機金属前駆体１５２が加熱され、揮発（または昇華）が生じると、ルテニウム有機金属前駆体１５２またはこれらのいかなる組み合わせに、キャリアガス、水素含有ガスまたはこれらの混合ガスが流される。キャリアガスには、例えば、希ガス（すなわち、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）のような不活性ガスが含まれる。あるいは、他の実施例では、キャリアガスは使用されなくても良い。本発明の実施例では、キャリアガスに反応ガスが添加されても良い。あるいは、他の実施例では、キャリアガスが反応ガスと置換される。例えば、ガス供給システム１６０は、金属前駆体蒸発システム１５０と接続され、これは、例えば、キャリアガス、水素含有ガス、またはその両方を、ルテニウム有機金属前駆体１５２の方に流すように構成される。図２には示されていないが、これに加えてまたはこれとは別に、ガス供給システム１６０は、蒸気前駆体供給システム１４０と接続され、金属前駆体の蒸気が蒸気前駆体供給システム１４０に導入された際、またはその後、金属前駆体１５２の蒸気に、キャリアガスおよび／または水素含有ガスが供給されても良い。ガス供給システム１６０は、キャリアガス、水素含有ガス、またはこれらの混合ガスを含む気体源１６１と、１または２以上のバルブ１６２と、１または２以上のフィルタ１６４と、マスフロー制御器１６５とを有する。例えば、キャリアガスまたは水素含有ガスのマスフロー速度は、約０．１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲とすることができる。本発明の実施例では、水素含有ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、またはこれらの組み合わせあっても良い。
【００３３】
また、金属前駆体蒸発システム１５０からの全ガス流束を測定するため、センサ１６６が設けられても良い。センサ１６６は、例えば、マスフロー制御器を有し、センサ１６６およびマスフロー制御器１６５を用いて、処理チャンバ１１０に供給されたルテニウム有機金属前駆体蒸気の量が定められる。あるいは、センサ１６６は、光吸収センサを有しても良く、この場合、処理チャンバ１１０へのガス流束中の、ルテニウム有機金属前駆体の濃度が測定される。
【００３４】
センサ１６６の下流には、バイパスライン１６７が配置され、このバイパスラインは、蒸気供給システム１４０を排気ガスライン１１６に接続する。バイパスライン１６７は、蒸気前駆体供給システム１４０を排気するために設けられ、処理チャンバ１１０へのルテニウム有機金属前駆体蒸気の供給を安定化するために設けられる。また、蒸気前駆体供給システム１４０の分岐の下流には、バイパスバルブ１６８が設けられ、これは、バイパスライン１６７上に設置される。
【００３５】
再度図２を参照すると、蒸気前駆体供給システム１４０は、高伝導性蒸気ラインを有し、この蒸気ラインは、第１および第２のバルブ１４１および１４２を有する。また、蒸気前駆体供給システム１４０は、さらに、蒸気ライン温度制御システム１４３を有し、この蒸気ライン温度制御システム１４３は、ヒータ（図示されていない）を介して、蒸気前駆体供給システム１４０を加熱するように構成される。蒸気ラインの温度は、蒸気ライン中でのルテニウム有機金属前駆体蒸気の凝縮が回避されるように制御される。蒸気ラインの温度は、約２０℃から約１００℃に制御され、あるいは約４０℃から約９０℃に制御される。
【００３６】
また、ガス供給システム１９０から、水素含有ガスが供給されても良い。例えば、ガス供給システム１９０は、蒸気前駆体供給システム１４０と接続され、蒸気前駆体供給システム１４０の、例えばバルブ１４１の下流で、例えば水素含有ガス／希釈ガスを、ルテニウム有機金属前駆体蒸気と混合するように構成される。ガス供給システム１９０は、反応ガス源１９１、１または２以上の制御バルブ１９２、１または２以上のフィルタ１９４、およびマスフロー制御器１９５を有する。例えば、水素ガスのマスフローの流速は、約０．１ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）から約１０００ｓｃｃｍの範囲である。
【００３７】
マスフォロー制御器１６５および１９５、ならびにバルブ１６２、１９２、１６８、１４１および１４２は、制御器１９６で制御され、この制御器は、キャリアガス、水素含有ガス、およびルテニウム有機金属前駆体蒸気の供給、遮断、流束を制御する。さらに制御器１９５には、センサ１６６が接続され、制御器１９５は、センサ１６６の出力に基づいて、マスフロー制御器１６５を通るガス流束を制御し、これにより、処理チャンバ１００への所望のルテニウム有機金属前駆体の流束が得られる。
【００３８】
図２に示すように、排気ライン１１６は、排気チャンバ１１３を排気システム１１８に接続する。真空ポンプ１１９を用いて、処理チャンバ１１０の排気処理が行われ、所望のレベルの真空度が得られ、処理の間、処理チャンバ１１０から気体種が除去される。真空ポンプ１１９と直列に、自動圧力制御器（ＡＰＣ）１１５およびトラップ１１７が使用される。真空ポンプ１１９は、排気速度が最大５００リットル／秒（またはこれ以上）のターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を含む。あるいは、真空ポンプ１１９は、乾燥粗引きポンプを含んでも良い。処理の間、プロセスガスは、処理チャンバ１１０内に導入され、チャンバ圧力は、ＡＰＣ１１５で調整される。ＡＰＣ１１５は、バタフライ型バルブまたはゲートバルブを有する。トラップ１１７は、未反応ルテニウム有機金属前駆体材料、および処理チャンバ１１０からの副生成物を回収することができる。
【００３９】
再度図２に示された処理チャンバ１１０内の基板ホルダ１２０を参照すると、基板１２５の保持、持ち上げ、および下降のため、３本の基板リフトピン１２７（２本のみが図示されている）が設けられている。基板リフトピン１２７は、板１２３に結合されており、板の下降により、基板ホルダ１２０の上面を下げることができる。例えば、エアシリンダを用いた駆動機構１２９により、板１２３の上昇および下降の手段が提供される。基板１２５は、ロボット搬送システム（図示されていない）を介して、ゲートバルブ２００およびチャンバ貫通路２０２を通り、処理チャンバ１１０内にまたは処理チャンバ１１０から搬送され、基板リフトピン１２７によって受容される。一度搬送システムから基板１２５が受容されると、この基板は、基板リフトピン１２７を下降させることにより、基板ホルダ１２０の上面に置載される。
【００４０】
再度図２を参照すると、成膜システム１００は、処理チャンバ１１０の処理領域１３３でのプラズマ発生が容易となるように構成される。プラズマは、ＲＦプラズマ源により生じ、このプラズマ源は、蒸気分配板１３１（上部電極）を有し、これへのＲＦ電力は、ＲＦ発生器１７２から、インピーダンスマッチネットワーク１７０を介して供給される。蒸気分配板３４にＲＦ電力を印加する際の通常の周波数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲であり、６０ＭＨｚであっても良い。蒸気分配板３４に印加されるＲＦ電力は、約５００Ｗから約２２００Ｗの範囲である。さらに、ＲＦプラズマ源は、基板ホルダ１２０にＲＦ電力を印加して、基板１２５をビアス化するＲＦ源を有する。ＲＦ源は、ＲＦ発生器１７６と、インピーダンスマッチネットワーク１７４とを有し、このネットワークは、反射電力を最小限に抑制することにより、処理領域１３３に対する、ＲＦ電力のプラズマへの変換を最大化する役割を有する。マッチネットワークの形態（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型）、および自動制御方法は、従来から知られている。基板ホルダ１２０への電力印加用の周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲であり、２ＭＨｚであっても良い。基板ホルダ１２０に印加されるＲＦ電力は、約０Ｗから約１０００Ｗの間である。また、制御器１８０は、ＲＦ発生器１７２、１７６、ならびにインピーダンスマッチネットワーク１７０、１７４に接続され、蒸気分配板１３１および基板ホルダ１２０へのＲＦ電力の印加が制御される。別の実施例では、ＲＦ電力は、複数の周波数で基板ホルダ１２０に印加される。
【００４１】
再度図２を参照すると、制御器１８０は、マイクロプロセッサ、メモリ、およびデジタル入力／出力ポートを有し、このポートは、十分な通信が可能な制御電圧を発生させ、処理システム１００の入力を活性化するとともに、処理システム１００からの出力をモニターすることを可能にする。また、処理システム制御器１８０は、処理チャンバ１１０との情報交換が可能となるように、処理チャンバ１１０；制御器１９６；蒸気ライン温度制御システム１４３、および蒸発温度制御システム１５６を有する前駆体供給システム１０５；蒸気分配温度制御システム１３８；真空排気システム１１８；ならびに基板温度制御システム１２８；に接続される。真空排気システム１１８において、制御器１８０は、処理チャンバ１１０の圧力を制御する自動圧力制御器１１５と接続され、自動圧力制御器１１５との情報交換が可能となる。メモリに保管されたプログラムを用いて、保管された処理レシピに従って、成膜システム１００の前述の構成部材が制御される。ある例では、処理システム制御器１８０は、デルプレシジョンワークステーション６１０（登録商標）であり、これは、テキサス州、ダラスのデル社から入手できる。また制御器１８０は、汎用コンピュータ、デジタル信号処理等を用いて作動されても良い。
【００４２】
制御器１８０は、メモリに収容された１または２以上の指令の１もしくは２以上のシーケンスを実行するプロセッサに応答して、本発明の処理ステップに基づいて、マイクロプロセッサの動作の一部または全てを実行する、汎用コンピュータシステムとして操作されても良い。そのような指令は、ハードディスクまたはリムーバル媒体ドライブのような別のコンピュータ可読媒体から、制御メモリ内に読み出されても良い。またマルチ処理配置の１または２以上のプロセッサを、制御器用マイクロプロセッサとして使用し、メインメモリに収容された指令のシーケンスを実行しても良い。別の実施例では、代わりに配線接続された回路を使用したり、これをソフトウェア指令と組み合わせて使用しても良い。従って、本発明の実施例は、ハードウェア回路およびソフトウェアのいかなる特定の組み合わせであっても良い。
【００４３】
制御器１８０は、制御器メモリのような、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体またはメモリを有し、これには、本発明の思想に従ってプログラム化された指令が保持され、データ構造、表、記録、または本発明の実行の際に必要となり得る他のデータが収容される。コンピュータ可読媒体の例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭもしくは他のいかなる磁気媒体、コンパクトディスク（例えばＣＤ−ＲＯＭ）もしくは他の光媒体、パンチカード、紙テープもしくは穴のパターンを有する他の物理媒体、担体波（以下に示す）、またはコンピュータが読む取ることの可能ないかなる他の媒体である。
【００４４】
本発明は、コンピュータ可読媒体の１または２以上のいかなる組み合わせ上に保管された、制御器１８０を制御するソフトウェア、本発明を実行する装置もしくはデバイスを駆動するソフトウェア、および／または制御器を人間のユーザと相互作用させることが可能なソフトウェアを含む。そのようなソフトウェアには、これに限られるものではないが、装置ドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトウェアが含まれる。さらに、そのようなコンピュータ可読媒体は、本発明のコンピュータプログラム製品を含み、本発明を実施する際に実行される処理プロセスの全てまたは一部が実施される。
【００４５】
本発明のコンピュータコード装置は、いかなる説明コード機構または実行コード機構であっても良く、これに限定されるものではないが、説明プログラム、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）、ジャバクラス、および完全説明プログラムが含まれる。また、本発明の処理の一部は、特性、信頼性および／またはコストをさらに改善するように、割り当てられても良い。
【００４６】
本願で使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行用制御器１８０のプロセッサに対して、指令を提供する際に関与する、いかなる媒体をも意味する。コンピュータ可読媒体は、多くの形態を有しても良く、これに限られるものではないが、非揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む。非揮発性媒体は、例えば、ハードディスクまたはリムーバルディスクドライブのような、光ディスク、磁気ディスクおよび光磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリのようなダイナミックメモリを含む。また、コンピュータ可読媒体の各種形態には、実行用制御器のプロセッサに対して、１または２以上の指令の１もしくは２以上のシーケンスを実施するものが含まれる。例えば、指令は、最初、遠隔コンピュータの磁気ディスク上に担持される。遠隔コンピュータは、遠隔操作で、本発明の全てまたは一部を実行する指令をダイナミックメモリにロードし、この指令を、制御器１８０に対するネットワークに送信する。
【００４７】
制御器１８０は、成膜システム１００に対して、ローカルに配置され、あるいは成膜システム１００に対して、インターネットまたはイントラネットを介して配置される。従って、制御器１８０は、直接接続、イントラネットおよびインターネットの少なくとも１または２以上を用いて、成膜システム１００との間でデータを交換することができる。制御器１８０は、顧客サイト（すなわち、装置メーカ等）でイントラネットに接続され、またはベンダーサイト（すなわち、機器製造者）でイントラネットに接続されても良い。また、別のコンピュータ（すなわち制御器、サーバ等）で制御器１８０にアクセスして、直接接続、イントラネットおよびインターネットのうちの少なくとも一つを介して、データ交換を行っても良い。
【００４８】
図３には、本発明の実施例により、基板上に金属層を成膜する方法を示す。この方法３００は、ステップ３０２において、成膜システムの処理チャンバ内に基板を提供するステップを有する。例えば、成膜システムは、図１および２に示したような成膜システムを有しても良い。基板は、例えば、Ｓｉ基板であっても良い。Ｓｉ基板は、ｎ型またはｐ型であっても良く、これは形成される装置のタイプに依存する。基板は、いかなる寸法であっても良く、例えば、２００ｍｍの基板、３００ｍｍの基板、またはより大きな基板である。本発明の実施例では、基板は、パターン化基板であっても良く、１もしくは２以上のビア、溝またはこれらの組み合わせを有しても良い。ビアおよび溝は、例えば、サブミクロン領域の開口を有し、例えば、６５ｎｍ未満または４５ｎｍ未満の開口を有する。ビアおよび溝は、高いアスペクト比（深さ／幅）を有し、例えば、約２から約１０のアスペクト比を有する。ただし、本発明は、このアスペクト比範囲に限定されるものではない。
【００４９】
ステップ３０４では、ＡＬＤ処理プロセスにより、基板上に第１のルテニウム金属層が成膜される。ＡＬＤ処理プロセスは、熱原子層成膜（ＴＡＬＤ）法、またはプラズマ加速原子層成膜（ＰＥＡＬＤ）法であっても良い。ＰＥＡＬＤ処理プロセスでは、基板をルテニウム有機金属前駆体に暴露させ、前駆体の層を吸着させ、あるいは前駆体の一部を分解させるステップと、基板を水素含有ガスを含むプラズマに暴露するステップとが交互に実施される。ＴＡＬＤ処理プロセスでは、基板をルテニウム有機金属前駆体に暴露させるステップと、基板を水素含有ガスに暴露させるステップとが交互に実施される。交互暴露処理は、所望の厚さを有する第１のルテニウム金属層が基板上に形成されるまで繰り返される。例えば、交互暴露処理は、厚さが約１〜１０ｎｍとなるまで繰り返される。
【００５０】
処理チャンバは、交互暴露処理の間に、不活性ガスでパージされ、処理チャンバ内で、ガス相の相互作用が生じることが抑制される。暴露処理間の分離に加えて、不活性ガスは、清浄化効果を有し、この効果には、処理チャンバからの過剰な反応物質および処理チャンバの壁から脱着した材料を搬出することが含まれる。パージ処理期間の間、基板表面にルテニウム有機金属前駆体の層を保持し、最大の清浄化効果を得るため、基板温度、処理チャンバ壁温度、およびパージ時間は、一定にされる。
【００５１】
図４には、本発明の実施例による、ＡＬＤ処理プロセスの間に、基板上に第１のルテニウム金属層を成膜するための、交互ガス暴露処理を概略的に示す。処理４００には、本発明の実施例による、ルテニウム有機金属前駆体のガス暴露のタイミング４１０、不活性パージガスのタイミング４２０、および水素含有ガスのタイミング４３０（プラズマが存在する場合（ＰＥＡＬＤ）、またはプラズマが存在しない場合（ＴＡＬＤ））が、概略的に示されている。ただし、図４に示した図のタイミングは、一例に過ぎず、本発明の実際の実施例に、他のタイミング図を使用しても良いことは、当業者には明らかである。例えば、不活性パージガスの暴露処理は、ＡＬＤ処理プロセスから排除しても良い。
【００５２】
ＡＬＤ法は、積層状（レイヤーバイレイヤーの）成膜プロセスであるため、通常の場合、ＡＬＤ処理プロセスを用いた金属成膜では、パターン化基板上に、金属層の良好なステップ被覆率および良好な共形性が得られる。共形性は、通常、パターン化基板上の特徴物の側壁への金属層の最薄肉部分を、側壁上の金属層の最厚肉部分で除した値として定義される。ステップ被覆率は、通常、側壁上の金属層の厚さを、特徴物から離れた位置の金属層の厚さで除した値として定義される。ＡＬＤ処理プロセスを用いた一連の暴露ステップのため、ＡＬＤ法では、比較的成膜速度が遅く、このため、合理的な時間で成膜され得る、第１のルテニウム金属層の厚さは、制限される。しかしながら、金属層の厚さは、数ナノメートル（ｎｍ）に過ぎないため、成膜速度が比較的低速であることは、あまり重要ではない。
【００５３】
図３を参照すると、ステップ３０６では、ルテニウム有機金属前駆体および水素含有ガスを含む還元剤を用いて、熱化学気相成膜（ＴＣＶＤ）法で、第１のルテニウム金属層上に、第２のルテニウム金属層が成膜される。ＴＣＶＤ法では、ルテニウム有機金属前駆体および還元剤は、基板に対して同時に暴露され、第２のルテニウム層が成膜される。ステップ３０４のＡＬＤ処理プロセスとは異なり、ＴＣＶＤ処理プロセスでは、高い成膜速度が得られるが、ステップ被覆率および共形性は、低下する。
【００５４】
本発明の実施例では、第１および第２のルテニウム金属層は、約５０℃から６００℃の範囲の基板温度で成膜され、例えば、約２００℃から約３００℃の範囲で成膜される。第１のルテニウム金属層を成膜するための基板温度は、ルテニウム有機金属前駆体が自己分解しないように選定される。自己分解が生じると、自己制限レイヤーバイレイヤー成長が不可能となり、この結果、厚さが不均一となる。第２のルテニウム金属層を成膜する際の基板温度は、ＣＶＤ処理プロセスにおいて、水素含有ガスが混合された際に、ルテニウム有機金属前駆体により、ルテニウム金属層が成膜されるように選定される。ある実施例では、ＣＶＤ法により、第２のルテニウム金属層を成膜する際の基板温度は、ＡＬＤ法により、第１のルテニウム金属層を成膜する際の基板温度よりも高い。
【００５５】
本発明の実施例では、第１および第２のルテニウム金属層の成膜の間、処理チャンバ圧力は、約５ｍＴｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒの間の圧力に維持される。本発明の実施例では、処理チャンバ圧力は、第２のルテニウム金属層の成膜の間、第１のルテニウム金属層の成膜の間よりも高圧力に維持される。ある実施例では、処理チャンバ圧力は、第１のルテニウム金属層の成膜の間、約５ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの間に維持される。別の実施例では、処理チャンバ圧力は、第２のルテニウム金属層の成膜の間、約５００ｍＴｏｒｒから約３０Ｔｏｒｒの間に維持される。
【００５６】
当業者には明らかなように、図３のフローチャートの各ステップまたは段階は、１もしくは２以上の分離ステップおよび／または操作を包含しても良い。従って、３つのステップ３０２、３０４、３０６の記載は、本発明の方法を、３つのステップまたは段階に限定するものではないことに留意する必要がある。また、各代表的なステップまたは段階３０２、３０４、３０６は、単一の処理に限定されるものではないことに留意する必要がある。
【００５７】
図５Ａ乃至５Ｄには、本発明の実施例による、パターン化基板上でのルテニウム金属層の形成を概略的に示す。当業者には明らかなように、本発明の実施例は、１もしくは２以上のビア、溝またはそれらの組み合わせを有するパターン化基板に適用することができる。図５Ａには、本発明の実施例によるパターン化構造５００を概略的に示す。パターン化構造５００は、第１の金属層５１０と、開口５３０を有するパターン化層５２０とを有する。パターン化層５２０は、例えば、誘電体材料であっても良い。開口５３０は、例えば、ビアまたは溝であっても良い。当業者には明らかなように、パターン化構造は、さらに、パターン化層５２０および第１の金属層５１０の露出表面に形成されたバリア層（図示されていない）を有しても良い。バリア層は、例えば、タンタル含有層（例えば、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＣＮまたはこれらの組み合わせ）であっても良く、あるいはタングステン含有層（例えば、Ｗ、ＷＮまたはこれらの組み合わせ）であっても良い。
【００５８】
図５Ｂには、本発明の実施例により成膜された、第１のルテニウム金属層５４０を含むパターン化構造５０１が示されている。図３に示したように、第１のルテニウム金属層５４０は、ＡＬＤ処理プロセス（ＰＥＡＬＤまたはＴＡＬＤ）により成膜され、この層５４０は、良好な共形性および良好なステップ被覆率を有する。第１のルテニウム金属層５４０の厚さは、例えば、約１ｎｍから約１０ｎｍの間である。
【００５９】
図５Ｃには、本発明の実施例による、第１のルテニウム金属層５４０上に成膜された、第２のルテニウム金属層５５０を含む、パターン化構造５０２を概略的に示す。図３に示したように、第２のルテニウム金属層５５０は、ＣＶＤ処理プロセスで成膜される。得られるルテニウム金属層５６０は、第１のルテニウム層５４０と、第２のルテニウム層５５０とを含む。第２のルテニウム層５５０の厚さは、例えば、約５ｎｍから約２０ｎｍの間である。本発明の実施例では、第２のルテニウム金属層５５０の厚さは、第１のルテニウム金属層５４０の厚さよりも厚くしても良い。
【００６０】
図５Ｄには、開口５３０内の第２のルテニウム層５５０上に形成された、Ｃｕ層５７０を含むパターン化構造５０３を概略的に示す。Ｃｕ層５５０は、電気メッキ（ＥＰ）処理で基板５０３上にＣｕを成膜し、化学機械研磨処理（ＣＭＰ）プロセスにより構造５０３を平坦化することにより形成される。特徴物５０３を被覆するルテニウム層５６０は、ＥＰ処理プロセスにおけるシード層として機能し、開口５３０は、ボイドを含まないように充填される。
【００６１】
本発明のある一例としての実施例についてのみ、詳しく説明したが、本発明の思想および利点から実質的に逸脱しないで、一例としての実施例において、多くの変更が可能であることは、当業者には明らかである。従って、そのような全ての変更は、本発明の範囲に属することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例による成膜システムの概略図である。
【図２】本発明の別の実施例による成膜システムの概略図である。
【図３】本発明の実施例による基板上にＲｕ金属層を成膜する方法を示した図である。
【図４】本発明の実施例によるＡＬＤ処理の際の、交互ガス暴露処理を示した図である。
【図５Ａ】本発明の実施例によるパターン化された基板上への、Ｒｕ金属層の形成を概略的に示した図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例によるパターン化された基板上への、Ｒｕ金属層の形成を概略的に示した図である。
【図５Ｃ】本発明の実施例によるパターン化された基板上への、Ｒｕ金属層の形成を概略的に示した図である。
【図５Ｄ】本発明の実施例によるパターン化された基板上への、Ｒｕ金属層の形成を概略的に示した図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【国際調査報告】
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