(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置の処理容器内に被処理基板を配置する工程と、
ＣＯガスを収容するＣＯガス容器から、成膜原料として固体状のルテニウムカルボニルを収容する成膜原料容器へキャリアガスとして前記ＣＯガスを供給することによって、ルテニウムカルボニルガスを発生させるとともに、該ルテニウムカルボニルガスを前記ＣＯガスとの混合ガスとして前記処理容器内へ導入し、被処理基板上でルテニウムカルボニルを分解させて前記被処理基板の表面に金属ルテニウムを堆積させる堆積工程と、
前記処理容器内への前記混合ガスの導入を停止した状態で、前記ＣＯガス容器から前記ＣＯガスを前記処理容器内へ直接導入して前記被処理基板の表面の前記金属ルテニウムに前記ＣＯガスを接触させるＣＯガス導入工程と、
を含むルテニウム膜の成膜方法。
【請求項２】
前記堆積工程と、前記ＣＯガス導入工程と、複数回繰り返し行う請求項１に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項３】
前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２である請求項２に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項４】
前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程とを複数回繰り返した後、前記処理容器内へ水素ガスを導入して前記被処理基板の表面のルテニウム膜に前記水素ガスを接触させる水素ガス導入工程をさらに含む請求項２に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項５】
前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程とを複数回繰り返した後、さらに、目標膜厚に達するまで前記堆積工程を行う請求項２に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項６】
前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程との繰り返し回数が増えるに伴って、前記Ｔ２が短くなるように変化させる請求項２に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項７】
前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程との繰り返し回数が増えるに伴って、前記Ｔ１が長くなるように変化させる請求項２に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項８】
前記ルテニウム膜の厚みが、２ｎｍ以下である請求項１から７のいずれか１項に記載のルテニウム膜の成膜方法。
【請求項９】
被処理基板を収容する処理容器と、
成膜原料として固体状のルテニウムカルボニルを収容する成膜原料容器と、
ＣＯガスを収容するＣＯガス容器と、
前記成膜原料容器にキャリアガスとしての前記ＣＯガスを導入することによって発生させたルテニウムカルボニルガスを、前記ＣＯガスとの混合ガスとして、前記処理容器内へ導く成膜ガス供給経路と、
前記ＣＯガス容器から、前記成膜原料容器を介さず、直接、前記処理容器内へ前記ＣＯガスを導くＣＯガス供給経路と、
前記処理容器内で化学気相成長法によってルテニウム膜の成膜処理が行われるように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記成膜ガス供給経路を介する前記処理容器内への前記混合ガスの導入と、前記ＣＯガス供給経路を介する前記処理容器内への前記ＣＯガスの直接導入と、を切り替えることによって、
前記成膜ガス供給経路を介して、前記混合ガスを前記処理容器内へ導入し、前記ルテニウムカルボニルを分解させて前記被処理基板の表面に金属ルテニウムを堆積させる堆積工程と、
前記混合ガスの供給を停止した状態で、前記ＣＯガス供給経路を介して、前記ＣＯガスを前記処理容器内へ直接導入して前記被処理基板の表面の前記金属ルテニウムに前記ＣＯガスを接触させるＣＯガス導入工程と、
を実行させるものである成膜装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程を交互に複数回繰り返し行うように制御する請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように制御する請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１２】
絶縁膜中に埋め込まれた銅配線を有する半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
開口部が形成された層間絶縁膜を有する被処理基板を準備する工程と、
前記被処理基板の少なくとも前記開口部の表面に、銅の拡散をバリアするバリア膜を成膜する工程と、
前記バリア膜の上に、ルテニウム膜を成膜する工程と、
前記ルテニウム膜の上に銅膜を成膜して、前記開口部に前記銅配線となる銅を埋め込む工程と
を含み、
前記ルテニウム膜を成膜する工程を、請求項１から８のいずれか１項に記載のルテニウム膜の成膜方法によって行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記銅膜を埋め込む工程を、イオン化物理蒸着法により行う請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記銅膜を埋め込む工程の後で、さらに、化学機械研磨により前記開口部の内側を除く部分の前記バリア膜、前記ルテニウム膜及び前記銅膜を除去し、前記銅配線を得る工程をさらに有する請求項１２または請求項１３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、ルテニウム膜の成膜方法、成膜装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応すべく、配線材料として、導電性が高く、エレクトロマイグレーション耐性に優れた銅を用い、層間絶縁膜として低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いた銅（Ｃｕ）多層配線技術が注目されている。
【０００３】
銅配線の形成方法として、トレンチやホールが形成された層間絶縁膜に、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉなどからなるバリア層を物理蒸着（ＰＶＤ）法で形成し、このバリア層の上に、ライナー膜として化学気相成長（ＣＶＤ）法によりルテニウム膜を形成し、その上にＰＶＤ法により銅膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。ＣＶＤ法により形成されたルテニウム膜は、ＰＶＤ法よりもステップカバレッジが良好であり、しかも銅膜との密着性が良好であるため、微細なトレンチやホール内に銅膜を埋め込む際の下地膜として有効である。
【０００４】
ＣＶＤ法によりルテニウム膜を成膜する技術として、成膜原料としてルテニウムカルボニル［Ｒｕ３（ＣＯ）１２］を用い、キャリアガスとしてアルゴン、還元ガスとして水素ガスを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。また、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用い、キャリアガスとして一酸化炭素（ＣＯ）を用いる方法も提案されている（例えば、特許文献３）。ルテニウムカルボニルと一酸化炭素を用いる反応系では、成膜原料中の不純物成分が基本的に炭素と酸素に限られるため、高純度の膜を得ることが可能である。さらに、成膜原料としてルテニウムカルボニルを用い、成膜後に水素含有雰囲気でアニールを行って、膜中の残留カーボンの低減を図る方法も提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００５】
また、ルテニウム膜の成膜に関するものではないが、膜中の不純物を低減するため、ＴｉＣｌ４を原料としてストレージノード用電極となるＴｉＮ膜を形成する工程と、アンモニアガス雰囲気のトリートメント工程を繰り返すことによって、ＴｉＮ膜内の塩素を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献５）。また、金属カルボニルプリカーサーの熱分解による金属膜の堆積において、形成途中の金属膜をＳｉＨ４、ＢＨ３、ＮＨ３などの還元ガスに繰り返し曝すことによって、金属膜中に取り込まれた副生成物の除去を促す方法も提案されている（例えば、特許文献６）。
【０００６】
さらに、ＣＶＤ法によるＨｆＢ２膜の成膜において、アンモニアを添加する技術が提案されている（例えば、非特許文献１）。この手法によればアンモニアの抑制作用によって、ＨｆＢ２膜の成長過程で、核形成が均一化され、平滑なＨｆＢ２膜を形成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１６９５９０号公報
【特許文献２】特表２００８−５１４８１４号公報
【特許文献３】米国特許第７，４８２，２６９号
【特許文献４】特開２０１０−２１２６０１号公報
【特許文献５】特開２００８−９１８９９号公報
【特許文献６】特開２００７−５０７６１３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｇｒｏｗｔｈ  Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ  Ｔｏ  Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅ  Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｏｂｔａｉｎ  Ｓｍｏｏｔｈ  ＨｆＢ２  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  ｂｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２０１３，２５，ｐ６６２〜６６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体デバイスのデザインルールは、近年、益々微細化しており、銅多層配線の微細化も進んでいる。このような微細化の中で、半導体デバイスの動作速度及び銅配線の信号伝送速度をさらに向上させるためには、ＲＣ遅延を抑制することが求められる。ＲＣ遅延を抑制する解決策の一つが、配線の低抵抗化である。銅配線の低抵抗化を図るための一つの方向性として、トレンチやホールに埋め込まれる銅配線の体積を最大化することが有効であると考えられる。銅配線の体積を最大化するためには、バリア膜及びライナー膜の総膜厚を極力小さくすることが要求される。
【００１０】
しかし、ＣＶＤ法では、ルテニウム膜の膜厚を例えば２ｎｍ以下まで薄膜化すると、膜が不連続になってしまい、ライナー膜としての機能が発揮できずに、銅配線にボイドなどの埋め込み不良を引き起こす原因となる。このように、従来のＣＶＤ法によって、例えば２ｎｍ以下の膜厚でルテニウム膜の連続膜を形成することは技術的に困難であり、今後、銅配線の低抵抗化を図る上での障害にもなり得ると予想される。
【００１１】
従って、本発明の目的は、ＣＶＤ法によって、薄く、かつ連続的なルテニウム膜を形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、成膜装置の処理容器内に被処理基板を配置する工程と、ＣＯガスを収容するＣＯガス容器から、成膜原料として固体状のルテニウムカルボニルを収容する成膜原料容器へキャリアガスとして前記ＣＯガスを供給することによって、ルテニウムカルボニルガスを発生させるとともに、該ルテニウムカルボニルガスを前記ＣＯガスとの混合ガスとして前記処理容器内へ導入し、被処理基板上でルテニウムカルボニルを分解させて前記被処理基板の表面に金属ルテニウムを堆積させる堆積工程と、前記処理容器内への前記混合ガスの導入を停止した状態で、前記ＣＯガス容器から前記ＣＯガスを前記処理容器内へ直接導入して前記被処理基板の表面の前記金属ルテニウムに前記ＣＯガスを接触させるＣＯガス導入工程と、を含むものである。
【００１３】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記堆積工程と、前記ＣＯガス導入工程と、複数回繰り返し行ってもよい。
【００１４】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２であってもよい。
【００１５】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程とを複数回繰り返した後、前記処理容器内へ水素ガスを導入して前記被処理基板の表面のルテニウム膜に前記水素ガスを接触させる水素ガス導入工程をさらに含んでいてもよい。
【００１６】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程とを複数回繰り返した後、さらに、目標膜厚に達するまで前記堆積工程を行ってもよい。
【００１７】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程との繰り返し回数が増えるに伴って、前記Ｔ２が短くなるように変化させてもよい。
【００１８】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程との繰り返し回数が増えるに伴って、前記Ｔ１が長くなるように変化させてもよい。
【００１９】
本発明のルテニウム膜の成膜方法は、前記ルテニウム膜の厚みが、２ｎｍ以下であってもよい。
【００２０】
本発明の成膜装置は、被処理基板を収容する処理容器と、成膜原料として固体状のルテニウムカルボニルを収容する成膜原料容器と、ＣＯガスを収容するＣＯガス容器と、前記成膜原料容器にキャリアガスとしての前記ＣＯガスを導入することによって発生させたルテニウムカルボニルガスを、前記ＣＯガスとの混合ガスとして、前記処理容器内へ導く成膜ガス供給経路と、前記ＣＯガス容器から、前記成膜原料容器を介さず、直接、前記処理容器内へ前記ＣＯガスを導くＣＯガス供給経路と、前記処理容器内で化学気相成長法によってルテニウム膜の成膜処理が行われるように制御する制御部と、を備えている。そして、本発明の成膜装置において、前記制御部は、前記成膜ガス供給経路を介する前記処理容器内への前記混合ガスの導入と、前記ＣＯガス供給経路を介する前記処理容器内への前記ＣＯガスの直接導入と、を切り替えることによって、前記成膜ガス供給経路を介して、前記混合ガスを前記処理容器内へ導入し、前記ルテニウムカルボニルを分解させて前記被処理基板の表面に金属ルテニウムを堆積させる堆積工程と、前記混合ガスの供給を停止した状態で、前記ＣＯガス供給経路を介して、前記ＣＯガスを前記処理容器内へ直接導入して前記被処理基板の表面の前記金属ルテニウムに前記ＣＯガスを接触させるＣＯガス導入工程と、を実行させるものである。
【００２１】
本発明の成膜装置において、前記制御部は、前記堆積工程と前記ＣＯガス導入工程を交互に複数回繰り返し行うように制御するものであってもよい。
【００２２】
本発明の成膜装置において、前記制御部は、前記堆積工程の１回あたりの処理時間をＴ１、前記ＣＯガス導入工程の１回あたりの処理時間をＴ２としたとき、Ｔ１＜Ｔ２となるように制御するものであってもよい。
【００２３】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜中に埋め込まれた銅配線を有する半導体装置を製造する方法である。本発明の半導体装置の製造方法は、開口部が形成された層間絶縁膜を有する被処理基板を準備する工程と、前記被処理基板の少なくとも前記開口部の表面に、銅の拡散をバリアするバリア膜を成膜する工程と、前記バリア膜の上に、ルテニウム膜を成膜する工程と、前記ルテニウム膜の上に銅膜を成膜して、前記開口部に前記銅配線となる銅を埋め込む工程とを含んでいる。本発明の半導体装置の製造方法は、前記ルテニウム膜を成膜する工程を、上記ルテニウム膜の成膜方法によって行うことを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記銅膜を埋め込む工程を、イオン化物理蒸着法により行ってもよい。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記銅膜を埋め込む工程の後で、さらに、化学機械研磨により前記開口部の内側を除く部分の前記バリア膜、前記ルテニウム膜及び前記銅膜を除去し、前記銅配線を得る工程をさらに有するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の成膜装置及びルテニウム膜の成膜方法によれば、膜厚が例えば２ｎｍ以下の極めて薄いルテニウム膜を連続膜として成膜することができる。また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、配線構造の微細化が進んでも、ＲＣ遅延が抑制され、信頼性に優れた多層配線構造体を備えた半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。
【図２】図１に示した成膜装置の制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法の手順の一例を示すフロー図である。
【図４】堆積工程とＣＯガス導入工程を繰り返し実施する場合のＣＯガスとルテニウムカルボニルガスの供給と停止のタイミングチャートの一例である。
【図５】堆積工程とＣＯガス導入工程を繰り返し実施する場合のＣＯガスとルテニウムカルボニルガスの供給と停止のタイミングチャートの別の例である。
【図６】堆積工程とＣＯガス導入工程を繰り返し実施する場合のＣＯガスとルテニウムカルボニルガスの供給と停止のタイミングチャートのさらに別の例である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法の手順の一例を示すフロー図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法の手順の一例を示すフロー図である。
【図９】ヘイズ値とＣＶＤ法によるルテニウム膜の成膜過程との関係を模式的に示す説明図である。
【図１０】実施例及び比較例の成膜処理によって得られた各ルテニウム膜について、ヘイズ値の測定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例の成膜処理によってルテニウム膜を成膜した後、ＣｕＭｎ膜の埋め込みを行ったトレンチの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】比較例の成膜処理によってルテニウム膜を成膜した後、ＣｕＭｎ膜の埋め込みを行ったトレンチの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３】デュアルダマシンプロセスの主要な工程を示す半導体ウエハの表面の縦断面図である。
【図１４】図１３に引き続く工程を示す半導体ウエハの表面の縦断面図である。
【図１５】図１４に引き続く工程を示す半導体ウエハの表面の縦断面図である。
【図１６】図１５に引き続く工程を示す半導体ウエハの表面の縦断面図である。
【図１７】図１６に引き続く工程を示す半導体ウエハの表面の縦断面図である。
【図１８】図１７に引き続く工程を示す半導体ウエハの表面の縦断面図である。
【図１９】銅配線の形成に使用可能な成膜システムの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
＜ルテニウム膜の成膜装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。成膜装置１００は、ルテニウムカルボニルを原料として、ＣＶＤ法により被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記すことがある）Ｗの表面にルテニウム（Ｒｕ）膜を成膜するものである。
【００３０】
成膜装置１００は、気密に構成された処理容器１と、処理容器１内でウエハＷを水平に支持するための載置台であるサセプタ１０と、ルテニウム膜をＣＶＤ法によって成膜するための処理ガスを処理容器１内にシャワー状に導入するためのシャワーヘッド２０と、処理容器１内を所定の減圧（真空）状態とするための排気装置３０と、処理容器１内にルテニウム膜をＣＶＤ法によって成膜するための処理ガスを供給するガス供給部４０と、成膜装置１００の各構成部を制御するための制御部７０と、を有している。
【００３１】
＜処理容器＞
処理容器１は、略円筒状をなし、天壁１ａ、側壁１ｂ及び底壁１ｃを有している。処理容器１の側壁１ｂには、所定の減圧状態に保持された搬送室（図示せず）との間でウエハＷを搬入出するための開口である搬入出部３が設けられており、搬入出部３はゲートバルブＧＶにより開閉されるようになっている。
【００３２】
＜サセプタ＞
サセプタ１０は、処理容器１の底壁１ｃの中央に設けられた円筒状の支持部材１１により支持されている。サセプタ１０には、例えば抵抗加熱式のヒーター１３が埋め込まれており、このヒーター１３にはヒーター電源１５が接続されている。また、サセプタ１０には、熱電対１７が設けられている。熱電対１７は、温度測定器１９に接続されている。そして、サセプタ１０に設けられた熱電対１７の検出信号に基づいて温度測定器１９でサセプタ１０の温度を測定する。この測定温度に基づき、ヒーター電源１５を制御することにより、サセプタ１０を介してウエハＷを所定の温度に調節できるようになっている。また、サセプタ１０には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本の昇降ピン（図示せず）がサセプタ１０の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３３】
＜シャワーヘッド＞
処理容器１の天壁１ａには、ルテニウム膜をＣＶＤ成膜するための処理ガスを処理容器１内に導入するためのシャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０は、サセプタ１０と対向して配置されている。シャワーヘッド２０は、ガス供給部４０から供給されたガスを処理容器１内にシャワー状に吐出する。シャワーヘッド２０の上部のほぼ中央には、ガスを導入するためのガス導入口２１が形成されている。また、シャワーヘッド２０の内部には、ガス拡散空間２３が形成されている。シャワーヘッド２０の底面には、多数のガス吐出孔２５が形成されている。これらのガス吐出孔２５は、ガス拡散空間２３に連通している。
【００３４】
＜排気装置＞
排気装置３０は、処理容器１内を所定の減圧（真空）状態にするため、図示しない真空ポンプ、圧力制御バルブ等を備えている。処理容器１の底壁１ｃには、下方に向けて突出する排気室３１が設けられている。排気室３１の側面には、排気口３１ａを介して排気管３３が接続されており、この排気管３３には排気装置３０が接続されている。そして、この排気装置３０を作動させることにより、処理容器１内を所定の減圧（真空）状態にすることが可能となっている。また、排気装置３０は処理容器１内の圧力を計測する図示しない圧力計測部に接続されており、この圧力制御部で計測された圧力に基づき、排気量を調節し、処理容器１内の圧力制御を行うことができる。
【００３５】
＜ガス供給部＞
ガス供給部４０は、固体状の成膜原料Ｓとしてルテニウムカルボニル［Ｒｕ３（ＣＯ）１２］を収容する成膜原料容器４１と、ＣＯガスを収容するＣＯガス容器４３と、希釈ガスを収容する希釈ガス容器４５と、を有している。また、ガス供給部４０は、成膜原料容器４１からのルテニウムカルボニルガスを含む成膜ガスを、処理容器１へ供給する成膜ガス供給配管４７と、ＣＯガス容器４３からのＣＯガスを、成膜原料容器４１へ供給するＣＯガス供給配管４９と、成膜ガス供給配管４７とＣＯガス供給配管４９とを接続するバイパス配管５１と、希釈ガス容器４５から希釈ガスを、成膜ガス供給配管４７を介して処理容器１へ供給する希釈ガス供給配管５３と、を有している。
【００３６】
（成膜原料容器）
成膜原料容器４１は、固体状の成膜原料Ｓとしてルテニウムカルボニル［Ｒｕ３（ＣＯ）１２］を収容する。成膜原料容器４１の周囲には、例えばジャケット式のヒーター４１ａが設けられており、固体状のルテニウムカルボニルを所定温度に加熱できるようになっている。
【００３７】
（ＣＯガス容器）
ＣＯガスを収容するＣＯガス容器４３には、ＣＯガス供給配管４９が接続されている。ＣＯガスは、固体状のルテニウムカルボニルから生成したルテニウムカルボニルガスを処理容器１へ供給するキャリアガスとして機能する。
【００３８】
（希釈ガス容器）
希釈ガス容器４５は、成膜ガスを希釈するための希釈ガスを収容する。希釈ガスとしては、例えばＡｒガスに代表される希ガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスが用いられる。また、希釈ガスは、成膜ガス供給配管４７内及び処理容器１内の残留ガスをパージするパージガスとしても使用できる。
【００３９】
（成膜ガス供給配管）
成膜ガス供給配管４７は、一端が成膜原料容器４１内に接続されており、他端がシャワーヘッド２０のガス導入口２１に接続されている。成膜ガス供給配管４７には、ルテニウムカルボニルガスの流量を測定するための流量計５５と、この流量計５５を間に挟むように、ガスの流れ方向にその上流側及び下流側にバルブ５７ａ，５７ｂが設けられている。成膜ガス供給配管４７の端部は、成膜原料容器４１内に上方からが挿入されており、成膜原料容器４１内で生成したルテニウムカルボニルガスとＣＯガスの混合ガスを処理容器１へ供給できるように構成されている。
【００４０】
（ＣＯガス供給配管）
ＣＯガス供給配管４９は、一端がＣＯガス容器４３に接続されており、他端が成膜原料容器４１内に接続されている。ＣＯガス供給配管４９には、流量制御用のマスフローコントローラ５９と、このマスフローコントローラ５９を間に挟むように、ガスの流れ方向にその上流側及び下流側にバルブ６１ａ，６１ｂが設けられている。ＣＯガス供給配管４９の端部は、成膜原料容器４１内に上方からが挿入されており、成膜原料容器４１内にキャリアガスとしてのＣＯガスを導入できるように構成されている。ＣＯガス容器４３からＣＯガス供給配管４９を介して成膜原料容器４１内にキャリアガスとしてのＣＯガスを吹き込むことによって、成膜原料容器内４１内でルテニウムカルボニルを昇華させ、ルテニウムカルボニルガスを発生させることができる。
【００４１】
（バイパス配管）
バイパス配管５１は、成膜ガス供給配管４７とＣＯガス供給配管４９とを、両配管の途中で接続する。具体的には、バイパス配管５１の一端は、ＣＯガス供給配管４９のマスフローコントローラ５９と下流側のバルブ６１ｂとの間に接続され、他端は、成膜ガス供給配管４７の上流側のバルブ５７ａと流量計５５との間に接続されている。また、バイパス配管５１には、バルブ６３が設けられている。バイパス配管５１によって、ＣＯガス容器４３からのＣＯガスを、成膜原料容器４１を介さずに、成膜ガス供給配管４７を介して直接処理容器１へ供給することができる。
【００４２】
（希釈ガス供給配管）
希釈ガス供給配管５３は、一端が希釈ガス容器４５に接続されており、他端が成膜ガス供給配管４７の途中に接続されている。希釈ガスは、希釈ガス供給配管５３及び成膜ガス供給配管４７を介して、処理容器１内に供給することができる。希釈ガス供給配管５３には、流量制御用のマスフローコントローラ６５と、このマスフローコントローラ６５を間に挟むように、ガスの流れ方向にその上流側及び下流側にバルブ６７ａ，６７ｂが設けられている。
【００４３】
（成膜ガス供給経路）
成膜ガス供給配管４７は、成膜原料容器４１にキャリアガスとしてのＣＯガスを導入することによって発生させたルテニウムカルボニルガスを、ＣＯガスとの混合ガスとして、処理容器１内へ導く成膜ガス供給経路を構成している。すなわち、ＣＯガス容器４３からＣＯガス供給配管４９を介して成膜原料容器４１内にキャリアガスとしてのＣＯガスを吹き込むことによって、成膜原料容器内４１内で昇華したルテニウムカルボニルガスは、ＣＯガスにより搬送されて成膜原料ガス供給経路としての成膜ガス供給配管４７を介し、さらにシャワーヘッド２０を介して処理容器１内に供給される。
【００４４】
（ＣＯガス供給経路）
ＣＯガス供給配管４９の一部分と、バイパス配管５１と、成膜ガス供給配管４７の一部分は、ＣＯガス容器４３から、成膜原料容器４１を介さず、直接、処理容器１内へＣＯガスを導くＣＯガス供給経路を構成している。ここで、「ＣＯガス供給配管４９の一部分」とは、ＣＯガス供給配管４９におけるＣＯガス容器４３との接続部分からバイパス配管５１との接続部分までの間を意味する。また、「成膜ガス供給配管４７の一部分」とは、成膜ガス供給配管４７におけるバイパス配管５１との接続部分から、シャワーヘッド２０のガス導入口２１との接続部分までの間を意味する。
【００４５】
なお、ガス供給部４０は、上記以外のガスとして、例えば水素ガス、クリーニングガスなどを処理容器１内へ供給する配管、バルブ、マスフローコントローラ等の設備を有していてもよい。図１では、代表的に、水素ガスを収容する水素ガス容器６９ａと、水素ガスを処理容器１内へ供給する水素ガス供給配管６９ｂを仮想線で示した。
【００４６】
また、図１では、バイパス配管５１によって、ＣＯガス容器４３からのＣＯガスを、成膜原料容器４１を介さずに、成膜ガス供給配管４７を介して処理容器１へ供給する構成とした。しかし、図１に示す配管構成は一例であって、これに限定されるのもではなく、成膜原料容器４１を介さずにＣＯガスを処理容器１へ供給するための構成は任意である。例えば、ＣＯガス容器４３とは別にＣＯガスの供給源を設け、そこから配管を介して処理容器１へＣＯガスを供給するようにしてもよい。
【００４７】
＜制御部＞
成膜装置１００の各構成部は、それぞれ制御部７０に接続されて、制御部７０によって制御される。制御部７０は、典型的にはコンピュータである。図２は、図１に示した制御部７０のハードウェア構成の一例を示している。制御部７０は、主制御部１０１と、キーボード、マウス等の入力装置１０２と、プリンタ等の出力装置１０３と、表示装置１０４と、記憶装置１０５と、外部インターフェース１０６と、これらを互いに接続するバス１０７とを備えている。主制御部１０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２及びＲＯＭ（リードオンリメモリ）１１３を有している。記憶装置１０５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置１０５は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に対して情報を記録し、また記録媒体１１５より情報を読み取るようになっている。記録媒体１１５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体１１５は、本実施の形態に係る成膜方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
【００４８】
制御部７０では、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することにより、本実施の形態の成膜装置１００においてウエハＷに対する処理を実行できるようになっている。具体的には、制御部７０は、成膜装置１００において、例えばウエハＷの温度、処理圧力、ガス流量等のプロセス条件に関係する各構成部（ヒーター電源１５、排気装置３０、ガス供給部４０等）を制御する。例えば、制御部７０は、成膜装置１００において、ＣＯガス単独、ＣＯガスとルテニウムカルボニルガスとの混合ガス、希釈ガス等の処理ガスが、所定のタイミング、所定流量及び流量比率で処理容器１内に供給されるようにガス供給部４０を制御できるようになっている。
【００４９】
なお、制御部７０は、さらに上位の制御部（図示省略）の指令により、成膜装置１００の各構成部を制御するものであってもよい。この場合、上位の制御部は、以下に説明する成膜方法を実施するための処理レシピが記憶された記憶媒体を備えていてもよく、該記憶媒体に記憶された処理レシピに従って成膜装置１００における成膜プロセスを制御してもよい。
【００５０】
＜ルテニウム膜の成膜方法＞
［第１の実施の形態］
次に、成膜装置１００におけるルテニウム膜の成膜方法について、図３〜図６を参照しながら説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法の手順の一例を示すフロー図である。この成膜方法は、図３に示すように、ステップＳ１からステップＳ８までの処理を含むものである。
【００５１】
（ステップＳ１）
まず、ゲートバルブＧＶを開にして搬入出部３からウエハＷを処理容器１内に搬入し、サセプタ１０上に載置する。
【００５２】
（ステップＳ２）
サセプタ１０は、ヒーター１３により例えば１５０〜２５０℃の範囲内の温度に加熱されており、その上でウエハＷが昇温される。ここで、排気装置３０の真空ポンプにより処理容器１内を排気して、処理容器１内の圧力を、例えば１．３３×１０−３Ｐａ以下に真空排気する。
【００５３】
（ステップＳ３）
次いで、バルブ６１ａ、バルブ６３及びバルブ５７ｂを開け、バルブ６１ｂ、バルブ５７ａは閉じた状態で、ＣＯガス容器４３から、ＣＯガスを、ＣＯガス供給配管４９、バイパス配管５１及び成膜ガス供給配管４７を介して処理容器１内へ導入する。キャリアガスとしてのＣＯガスの流量が安定するまでＣＯガスを流す（流量安定化工程）。
【００５４】
（ステップＳ４）
ＣＯガスの流量が安定したら、ステップＳ３の流量安定化工程の状態から、バルブ６３を閉じ、バルブ６１ｂ及びバルブ５７ａを開ける。つまり、バルブ６１ａ，６１ｂ、バルブ５７ａ，５７ｂを開放した状態、バルブ６３を閉じた状態にする。この状態では、ＣＯガス供給配管４９を介して成膜原料容器４１にキャリアガスとしてのＣＯガスを吹き込むことができる。成膜原料容器４１内では、ヒーター４１ａの加熱により固体状のルテニウムカルボニルから昇華してルテニウムカルボニルガスが生成される。発生したルテニウムカルボニルガスは、ＣＯガスによりキャリアされ、ＣＯガスとの混合ガスの状態で、成膜ガス供給配管４７及びシャワーヘッド２０を介して処理容器１内に導入される。そして、ウエハＷの表面では、式（１）の反応によって、ルテニウムカルボニルガスが熱分解して、金属ルテニウム（Ｒｕ）が生成、堆積する（堆積工程）。
【００５５】
堆積工程では、キャリアガスとしてＣＯガスを用いることによって、式（１）に示すルテニウムカルボニルガスの分解反応を抑制することができ、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の化学構造を極力保ったまま成膜ガスを処理容器１内に供給することができる。
Ｒｕ３（ＣＯ）１２→３Ｒｕ＋１２ＣＯ  …（１）
【００５６】
キャリアガスとしてのＣＯガスの流量は、例えば２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下程度が好ましい。また、混合ガスには、所定割合で希釈ガスを導入してもよい。
【００５７】
（ステップＳ５）
次に、ステップＳ４の堆積工程の状態から、バルブ６１ｂ及びバルブ５７ａを閉じ、バルブ６３を開ける。つまり、バルブ６１ａ、バルブ６３及びバルブ５７ｂを開放した状態、バルブ６１ａ及びバルブ５７ａを閉じた状態にする。この状態では、ＣＯガス容器４３から、成膜原料容器４１を経由せず、ＣＯガス供給配管４９、バイパス配管５１及び成膜ガス供給配管４７を介して、処理容器１内へ直接ＣＯガスを導入することができる（ＣＯガス導入工程）。
【００５８】
このように、ＣＯガス導入工程では、ＣＯガスを単独で処理容器１内に導入し、ウエハＷ表面に形成された金属ルテニウムに接触させることによって、金属ルテニウムの表面にＣＯ分子を吸着させることができる。ウエハＷ表面では、以下の式（２）及び式（３）に示すようなＲｕ３（ＣＯ）１２とＣＯの吸着（ad）と脱離の反応が生じていると考えられる。
Ｒｕ３（ＣＯ）１２(g)←→Ｒｕ３（ＣＯ）ｙ(ad)＋（１２−ｙ）ＣＯ(ad)  …（２）
Ｒｕ３（ＣＯ）ｙ(ad)＋（１２−ｙ）ＣＯ(ad)←→３Ｒｕ(s)＋１２ＣＯ(g)  …（３）
【００５９】
これらの反応は、平衡反応であり、ＣＯガスのみを供給することによって、例えば式（３）の反応は、式中の左側方向［Ｒｕ３（ＣＯ）ｙ(ad)及び（１２−ｙ）ＣＯ(ad)が生成する方向］に進みやすくなる。従って、堆積工程の後で、ＣＯガスのみを供給する期間を設けることによって、堆積工程で生成した金属ルテニウムの核の表面に多数のＣＯ分子が吸着した状態になる。その結果、金属ルテニウムの個々の核の成長が抑制されて、小さな核が多数形成される。このように成長が抑制された小さな核を起点に連続膜へ変化させることによって、厚みが薄い連続膜の形成が可能になるものと考えられる。従って、例えば、２２ｎｍ技術ノード以降のより微細化された半導体デバイスにおける銅配線形成プロセスにおいても、銅膜の下地として、例えば２ｎｍ以下、好ましくは１〜２ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ程度の極めて薄いルテニウム膜を連続膜として成膜することが可能になる。そして、ルテニウム膜を薄くすることによって、銅配線の断面を極力大きくするとともに、トレンチやホールに埋め込まれる銅配線の体積を最大化することができるので、配線抵抗を低減してＲＣ遅延を抑制することが可能になる。
【００６０】
ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯガス導入工程は、１回でもよいが、所定の膜厚のルテニウム膜が形成されるまで、複数回を繰り返し行うことが好ましい。ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯ導入工程を繰り返す方法を「サイクル成膜」と記すことがある。サイクル成膜において、ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯガス導入工程の繰り返し回数は、ターゲット膜厚に応じて予め実験的に決定することができるので、例えばレシピの一部分として設定しておくことができる。なお、図３に示す手順において、ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯガス導入工程を繰り返し実施する場合に、最後のステップＳ５（ＣＯガス導入工程）は省略することができる。
【００６１】
＜繰り返し条件＞
図４〜図６は、サイクル成膜におけるＣＯガスとルテニウムカルボニルガスの供給と停止のタイミングを例示するタイミングチャートである。図４〜図６において、Ｔ０は、最初にＣＯガスのみを処理容器１内に導入するＣＯガスの流量安定化工程（図３のステップＳ３）の時間を意味する。また、Ｔ１はＣＯガスとルテニウムカルボニルガスの両方を処理容器１内に導入する堆積工程（図３のステップＳ４）の時間を意味する。また、Ｔ２は、金属ルテニウムの成長抑制のためのＣＯガス導入工程（図３のステップＳ５）の時間を意味する。Ｔ１とＴ２は、例えば数サイクル〜数十サイクルの所定回数を繰り返してもよい。図４及び図５では、Ｔ１とＴ２を１サイクルとし、第ｎサイクルまで繰り返す場合を示している。図６は、Ｔ１とＴ２を１サイクルとし、第４サイクルまで繰り返す場合を示している。
【００６２】
図４は、第１サイクルから第ｎサイクルまでの繰り返しの間に、Ｔ１及びＴ２の時間を一定とするサイクル成膜の例を示している。図４に示すように、１回のＣＯガス導入工程の時間であるＴ２は、１回の堆積工程の時間であるＴ１よりも長い方がよい。Ｔ１＜Ｔ２にすることによって、上記式（３）の反応を、式中の左側方向［Ｒｕ３（ＣＯ）ｙ(ad)及び（１２−ｙ）ＣＯ(ad)が生成する方向］に進行させ、堆積工程で生成した金属ルテニウムの核の表面に十分な量のＣＯ分子を吸着させることができる。この場合、例えば、Ｔ１は１〜１０秒間の範囲内、Ｔ２は５〜２０秒間の範囲内から、Ｔ１＜Ｔ２となるように設定することが好ましい。また、例えば、Ｔ１は２〜７秒間の範囲内、Ｔ２は５〜１５秒間の範囲内から、Ｔ１＜Ｔ２となるように設定することが、より好ましい。
【００６３】
図５は、第１サイクルから第ｎサイクルまでの繰り返しの間に、Ｔ１の時間は一定とするが、Ｔ２の時間を漸減させていく例を示している。上記のとおり、ＣＶＤ法によって薄い連続膜を形成するためには、堆積工程で生成した金属ルテニウムの核の表面に十分な量のＣＯ分子を吸着させて、個々の金属ルテニウム核の成長を抑制することが重要である。そのためには、第１サイクルから第ｎサイクルまでのサイクル成膜の初期には、ＣＯガスの導入時間であるＴ２を十分に長くして核の成長を抑制することが有効である。一方、サイクル成膜の後期には、ＣＯガスの導入時間であるＴ２を短くして相対的に堆積工程の時間であるＴ１の割合を大きくすることが、成膜処理時間の短縮に有効である。図５のように、Ｔ２の時間を漸減させることによって、薄い連続膜の形成を可能にしながら、成膜処理時間の短縮化を図ることができる。なお、この場合、サイクル成膜の後期には、必ずしもＴ１＜Ｔ２に制御しなくてもよい。また、図５では、１サイクル毎にＴ２の時間を減少させているが、複数サイクル毎に、Ｔ２の時間を段階的に減少させるようにしてもよい。
【００６４】
図６は、第１サイクルから第ｎサイクルまでの繰り返しの間に、Ｔ２の時間は一定とするが、Ｔ１の時間を２サイクル毎に段階的に増加させていく例を示している。この場合、第１サイクルから第ｎサイクルまでのサイクル成膜の初期には、ＣＯガスの導入時間であるＴ２の割合を相対的に大きくして核の成長を抑制し、サイクル成膜の後期には、相対的に堆積工程の時間であるＴ１の割合を大きくすることができるので、図５の例と同様に、薄い連続膜の形成を可能にしながら、成膜処理時間の短縮化を図ることができる。なお、この場合も、サイクル成膜の後期には、必ずしもＴ１＜Ｔ２に制御しなくてもよい。また、図６では、２サイクル毎にＴ１の時間を増加させているが、１サイクル毎に、Ｔ１の時間を漸増させるようにしてもよい。
【００６５】
以上のように、堆積工程とＣＯガス導入工程を繰り返し実施する場合、ルテニウム膜の膜厚を高精度に制御するため、処理容器１内の圧力を一定にすることが好ましい。そのため、ＣＯガスとルテニウムカルボニルガスの流量も一定に設定し、供給と停止のみを切り替えることが好ましい。
【００６６】
（ステップＳ６）
所定の膜厚のルテニウム膜が形成された時点で、バルブ６１ａ，６１ｂ，５７ａを閉じてＣＯガスの供給を停止し、ルテニウムカルボニルガスの供給も停止する。必要に応じて、バルブ６７ａ，６７ｂを開放し、希釈ガス容器４５から希釈ガスをパージガスとして処理容器１内に導入してルテニウムカルボニルガスをパージしてもよい。
【００６７】
（ステップＳ７）
次に、排気装置３０を作動させて処理容器１内を真空引きする。
【００６８】
（ステップＳ８）
その後、ゲートバルブＧＶを開放して搬入出部３からウエハＷを搬出する。
【００６９】
以上のようにして、１枚のウエハＷに対するルテニウム膜の成膜処理が終了する。
【００７０】
なお、サイクル成膜において、ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯガス導入工程を繰り返す回数は、予めレシピに定めておいてもよいが、成膜されるルテニウム膜の膜厚に応じて決定してもよい。例えば、エリプソメーターなどの光学的検出手段によってルテニウム膜の膜厚をモニタし、所定の膜厚に達した状態で、ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯガス導入工程の繰り返しを終了するようにしてもよい。
【００７１】
以上のように、本実施の形態のルテニウム膜の成膜方法では、ＣＶＤ法によってウエハＷ上に形成された金属ルテニウム膜に対し（好ましくは堆積初期の段階の金属ルテニウムの核に対し）、ＣＯガスを接触させることによって、核の成長を効果的に抑制することができる。その結果、成長が抑制された小さな核を起点に連続膜へ変化させることが可能になり、例えば厚みが２ｎｍ以下という極めて薄い連続膜の形成が可能になる。また、核の成長を抑制するために使用する材料として、キャリアガスと同じ成分であるＣＯガスを使用できるので、別途材料の供給設備を設ける必要がなく、ガス供給部４０におけるバルブの切り替えのみで実施できる。また、キャリアガスと同じ成分であるＣＯガスを使用できるので、副生成物の生成や、ルテニウム膜中への不純物の混入などの可能性が高まることもない。
【００７２】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法の手順の一例を示すフロー図である。この成膜方法は、図７に示すように、ステップＳ１１からステップＳ１９までの処理を含むものである。図７において、ステップＳ１１〜ステップＳ１５まで、及び、ステップＳ１７〜ステップＳ１９までは、それぞれ、第１の実施の形態（図３参照）のステップＳ１〜ステップＳ５まで、及び、ステップＳ６〜ステップＳ８までの処理と同様であるため、説明を省略する。つまり、図７に示す手順は、ステップＳ１４の堆積工程とステップＳ１５のＣＯガス導入工程を必要に応じて繰り返した後で、ステップＳ１６の連続堆積工程を行う点で、第１の実施の形態（図３参照）に示す手順と異なっている。
【００７３】
（ステップＳ１６）
ステップＳ１６は、従来のＣＶＤ法によるルテニウム膜の成膜処理と同様に、ルテニウム膜の連続堆積処理を行う連続堆積工程である。ステップＳ１６は、基本的にステップＳ１４の堆積工程と同様に実施できる。すなわち、ステップＳ１６では、成膜装置１００において、バルブ６１ａ，６１ｂ、バルブ５７ａ，５７ｂを開放した状態、バルブ６３を閉じた状態にする。この状態で、ＣＯガス供給配管４９を介して成膜原料容器４１にキャリアガスとしてのＣＯガスを吹き込み、成膜原料容器４１内でルテニウムカルボニルガスを発生させ、ＣＯガスとの混合ガスの状態で、成膜ガス供給配管４７及びシャワーヘッド２０を介して処理容器１内に導入させる。そして、ウエハＷの表面でルテニウムカルボニルガスを熱分解させ、金属ルテニウム（Ｒｕ）を生成、堆積させて、所定の膜厚を有するルテニウム膜を成膜する（連続堆積工程）。
【００７４】
このように、ステップＳ１４の堆積工程とステップＳ１５のＣＯガス導入工程の後で、ルテニウム膜を連続的に成膜するステップＳ１６の連続堆積工程を設けることによって、成膜処理のスループットを向上させることができる。上記のとおり、ＣＶＤ法によって薄い連続膜を形成するためには、堆積の初期段階で、生成した金属ルテニウムの核の表面に十分な量のＣＯ分子を吸着させて、個々の金属ルテニウム核の成長を抑制することが重要である。このように、堆積の初期に微細なルテニウム核が形成され、その成長が抑制されれば、堆積の後期には、ＣＯガスのみの導入は必ずしも必要でなく、むしろ所望の膜厚に達するまで連続的な堆積を行う方が処理時間を短縮させ、スループット向上に資すると考えられる。
【００７５】
本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７６】
［第３の実施の形態］
図８は、本発明の第３の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法の手順の一例を示すフロー図である。この成膜方法は、図８に示すように、ステップＳ２１からステップＳ３０までの処理を含むものである。図８において、ステップＳ２１〜ステップＳ２６まで、及び、ステップＳ２９〜ステップＳ３０までは、それぞれ、第１の実施の形態（図３参照）のステップＳ１〜ステップＳ６まで、及び、ステップＳ７〜ステップＳ８までの処理と同様であるため、説明を省略する。つまり、図８に示す手順は、ステップＳ２４の堆積工程とステップＳ２５のＣＯガス導入工程を必要に応じて繰り返した後で、ステップＳ２７の水素ガス導入工程を行う点で、第１の実施の形態（図３参照）に示す手順と異なっている。
【００７７】
（ステップＳ２７）
ステップＳ２７は、堆積されたルテニウム膜に、水素ガスを作用させる水素ガス導入工程である。ウエハＷ上に形成されたルテニウム膜を水素ガスに曝すことによって、膜中の炭素原子、酸素原子及び膜表面に吸着したＣＯが脱離し、金属ルテニウムの純度を向上させることができる。特に、水素の作用によりルテニウム膜から炭素原子が抜けるため、膜表面及び膜中で炭素原子の偏析が発生せず、ルテニウム膜の表面が清浄な状態となる。これにより、その後の銅膜の埋め込みの際に、銅の濡れ性が向上し、埋め込み不良無しに埋め込むことができる。
【００７８】
ステップＳ２７では、成膜装置１００において、バルブ６１ａ，６１ｂ、バルブ５７ａ，５７ｂ、及びバルブ６３を閉じた状態で、水素ガス容器６９ａ及び水素ガス供給配管６９ｂ（いずれも、図１では仮想線で示す）から処理容器１内へ水素ガスを供給する。そして、ウエハＷの温度を例えば１５０〜２５０℃の範囲内に維持した状態で、例えば、水素ガスを１０〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内、希釈ガスとしてのＡｒガスを０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の範囲内の流量で処理容器１内に導入し、水素分圧を４〜１３３３Ｐａ程度として、ルテニウム膜に対し、水素雰囲気でのアニール処理を行うことが好ましい。
【００７９】
（ステップＳ２８）
ステップＳ２７の水素ガス導入工程を所定時間行った後、ステップＳ２８では、水素ガス供給配管６９ｂのバルブ（図示省略）を閉じ、水素ガスの供給を停止する。
【００８０】
本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
＜実施例＞
次に、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。まず、シリコンウエハ上にイオン化ＰＶＤ（Ｉｏｎｉｚｅｄ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｉＰＶＤ）法により、厚さ４ｎｍのＴａＮ膜を成膜した。次に、図１と同様の構成の成膜装置１００を用い、図３に示したステップＳ１〜ステップＳ８の手順に従い、ルテニウムカルボニルを原料として、ＣＶＤ法によってＴａＮ膜上にルテニウム膜を成膜した。成膜条件は以下のとおりである。
【００８２】
＜共通条件＞
キャリアガス（ＣＯガス）流量：２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
処理容器内の圧力：１３．３Ｐａ、
シリコンウエハの加熱温度：１９５℃
【００８３】
＜条件１＞
・ステップＳ３（流量安定化工程）：１０秒間
・ステップＳ４（堆積工程）：５秒間
・ステップＳ５（ＣＯガス導入工程）：１０秒間
ただし、ステップＳ４とステップＳ５は、１〜８回繰り返した。
【００８４】
＜条件２＞
・ステップＳ３（流量安定化工程）：１０秒間
・ステップＳ４（堆積工程）：２秒間
・ステップＳ５（ＣＯガス導入工程）：１０秒間
ただし、ステップＳ４とステップＳ５は、２〜３０回繰り返した。
【００８５】
＜条件３（比較例）＞
ステップＳ５（ＣＯガス導入工程）を実施せず、ステップＳ３（流量安定化工程）の後で、目標膜厚になるまでステップＳ４（堆積工程）による連続成膜を行った。
【００８６】
上記条件１〜条件３の成膜処理によって得られた各ルテニウム膜について、ヘイズ値の測定を行った。ヘイズ値は、膜の表面のラフネスの指標として有効であり、膜厚に対するヘイズ値の挙動を調べることによって、膜の連続性を評価できる。ここで、ヘイズ値とＣＶＤ法によるルテニウム膜の成膜過程との関係は、例えば次のように説明できる。図９は、ヘイズ値とＣＶＤ法によるルテニウム膜の成膜過程との関係を模式的に示している。図９に示す曲線Ｘにおいて、縦軸はヘイズ値、横軸はルテニウム膜の膜厚を示している。図９のポイントＡは核成長の段階を示し、ポイントＢは核成長した島が互いに接触した段階を示し、ポイントＣは、核成長した島同士の隙間が埋まった段階を示し、ポイントＤは垂直方向へ膜が成長する段階を示している。ポイントＢは膜の表面のラフネスが最大であり、ポイントＣではラフネスがポイントＢよりも低減し、ポイントＤではグレイン成長に伴い、再びラフネスが増加する。仮に曲線Ｘが、点線で示す曲線Ｘ１のように、全体として縦軸の方向に移動すれば、薄膜の連続性が改善されたことを意味する。また、仮に曲線Ｘが、点線で示す曲線Ｘ２のように、全体として横軸の方向に移動すれば、膜の表面のラフネスが小さくなり膜厚が均質化したことを意味する。
【００８７】
図１０は、上記条件１〜条件３の成膜処理によって得られた各ルテニウム膜について、ヘイズ値の測定結果を示すグラフである。連続成膜を行った条件３に比べ、ステップＳ４の堆積工程とステップＳ５のＣＯガス導入工程を繰り返し実施してサイクル成膜を行った条件１、条件２では、プロットを結ぶ曲線が縦軸の方向へ移動しており、薄膜の連続性が改善されていることが確認できた。また、ルテニウム膜の膜厚が１ｎｍ付近では、プロットを結ぶ曲線が横軸の方向へ移動しており、膜の表面のラフネスが小さくなって膜厚が均質化していることが確認できた。このように、サイクル成膜によって、例えば２ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ〜２ｎｍの膜厚において、平滑で、連続性の高い薄膜のルテニウム膜を成膜できることが確認された。
【００８８】
次に、トレンチ内への埋め込み試験について説明する。シリコンウエハ上のＳｉＯ２膜（ＴＥＯＳ膜）に形成された幅５０ｎｍ、深さ２００ｎｍのトレンチ内に、イオン化ＰＶＤ（ｉＰＶＤ）法により、バリア膜として厚さ４ｎｍのＴａＮ膜を成膜した後、上記条件２でサイクル成膜を行い、ライナー膜として膜厚１ｎｍのルテニウム膜を成膜した。次に、ｉＰＶＤ法により５０ｎｍのＣｕＭｎ膜を形成し、トレンチの埋め込みを行った。その結果を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１１に示した。
【００８９】
また、比較のため、サイクル成膜に替えて、上記条件３でルテニウム膜の連続成膜を行った以外は、同様の条件でトレンチの埋め込みを行った結果を示すＳＥＭ写真を図１２に示した。
【００９０】
図１１と図１２を参照すると、図１１では、トレンチ内へのＣｕＭｎ膜の埋め込みが良好に行われており、ボイドなどの埋め込み不良は観察されなかった。それに対し、図１２では、トレンチ内にボイドが観察され、ＣｕＭｎ膜の埋め込み不良が発生した。条件２のサイクル成膜では、１ｎｍという極めて薄いルテニウム膜の形成において、平滑な連続膜を形成できたため、ＣｕＭｎ膜の埋め込み時にＣｕＭｎの濡れ性が良好となり、トレンチ内へ充填がスムーズに行われたものと考えられる。それに対し、条件３の連続成膜では、１ｎｍという極めて薄いルテニウム膜を、平滑な連続膜として形成することができず、ＣｕＭｎ膜の埋め込み時にＣｕＭｎの濡れ性が悪くなり、トレンチ内への充填不良が発生したものと考えられる。
【００９１】
［配線形成プロセスへの適用例］
次に、上記第１〜第３の実施の形態の成膜方法を、配線形成プロセスに応用した適用例について説明する。図１３〜図１８は、デュアルダマシンプロセスの主要な工程を示すウエハＷの表面の縦断面図である。
【００９２】
まず、図１３は、ルテニウム膜を成膜する前の積層体を示すウエハＷの要部断面図である。ウエハＷには、下層配線を有する下地絶縁膜２０１の上に、エッチングストッパ膜２０２、ビア形成層となる層間絶縁膜２０３、及び配線形成層となる層間絶縁膜２０５が、この順番に形成されている。さらに、下地絶縁膜２０１には銅が埋め込まれた下層配線２０６が形成されている。このようなウエハＷとしては、デガス（Ｄｅｇａｓ）プロセスやプレ・クリーンプロセスによって、絶縁膜表面の水分やエッチング／アッシング時の残渣を除去したものであることが好ましい。層間絶縁膜２０３及び層間絶縁膜２０５は、例えばＣＶＤ法により成膜されたＳｉＯ２膜や、Ｌｏｗ−ｋ膜（ＳｉＣＯ、ＳｉＣＯＨ等）である。エッチングストッパ膜２０２は、例えばＣＶＤ法により成膜されたＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜等である。なお、エッチングストッパ膜２０２は、銅の拡散を防止するバリア機能も有している。
【００９３】
図１３に示すように、層間絶縁膜２０３，２０５には、開口部２０３ａ，２０５ａがそれぞれ所定のパターンで形成されている。このような開口部２０３ａ，２０５ａは、常法に従い、フォトリソグラフィー技術を利用して層間絶縁膜２０３，２０５を所定のパターンにエッチングすることによって形成できる。開口部２０３ａはビアホールであり、開口部２０５ａは配線溝（トレンチ）である。
【００９４】
次に、図１４は、図１３に示す積層体に対して、開口部２０３ａ,２０５ａの壁面の表面を含む全面に銅の拡散を抑制するバリア膜２０７を形成した後の状態を示している。バリア膜２０７としては、銅に対して高いバリア性を有し、かつ、低抵抗のものが好ましく、例えば、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、ＴａＣＮ膜、Ｗ膜、ＷＮ膜、ＷＣＮ膜、Ｚｒ膜、ＺｒＮ膜、Ｖ膜、ＶＮ膜、Ｎｂ膜、ＮｂＮ膜など、あるいは、Ｔａ／ＴａＮなどの２層膜を用いることができる。銅配線はトレンチまたはホール内に埋め込む銅の体積が大きくなるほど低抵抗になるので、バリア膜は非常に薄く形成することが好ましく、そのような観点からその厚さは１〜２０ｎｍが好ましい。より好ましくは１〜１０ｎｍである。バリア膜は、例えばプラズマスパッタなどのｉＰＶＤ法により成膜することができる。また、通常のスパッタ、イオンプレーティング等の他のＰＶＤ法で成膜することもでき、ＣＶＤ法やＡＬＤ（原子層堆積）法、プラズマを用いたＣＶＤ法やＡＬＤ法で成膜することもできる。
【００９５】
次に、図１５は、図１４に示す積層体に対して、成膜装置１００を用いてルテニウムカルボニル（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を原料として、上記第１〜第３の実施の形態のいずれかの成膜方法によりライナー膜２０８としてのルテニウム膜を形成した後の状態を示している。上記第１〜第３の実施の形態のいずれかの成膜方法によってＣＶＤ法を行うことにより、開口部２０３ａ，２０５ａが高アスペクト比である場合でも、バリア膜２０７に対する密着性に優れたライナー膜２０８を、均一な膜厚の連続膜として、かつ良好なステップカバレッジで成膜できる。ルテニウムは銅に対する濡れ性が高いため、銅の下地にルテニウム膜を形成することにより、後のＰＶＤ法による銅膜形成の際に、良好な銅の移動性を確保することができ、トレンチやホールの間口を塞ぐオーバーハングを生じ難くすることができる。このため、微細化されたトレンチまたはホールにもボイドを発生させずに確実に銅を埋め込むことができる。
【００９６】
ライナー膜２０８は、後の工程で埋め込む銅の体積を大きくして配線を低抵抗にする観点から、例えば２ｎｍ以下、好ましくは１〜２ｎｍと薄く形成することがよい。上記第１〜第３の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法では、極めて微細なトレンチやホールに対しても、高いステップカバレッジで、極めて薄いルテニウム膜を連続膜として成膜することができる。
【００９７】
次いで、図１６に示すように、ＰＶＤ法により銅膜２０９を形成し、開口部２０３ａ及び２０５ａを埋め込む。開口部２０３ａ内に埋め込まれた銅膜２０９は銅プラグとなり、開口部２０５ａ内に埋め込まれた銅膜２０９は銅配線となる。ＰＶＤ法を用いることにより、めっきよりも高純度の銅膜を得ることができる。ＰＶＤ法としては、ｉＰＶＤ法を用いることが好ましい。これにより、銅のオーバーハングを抑制して良好な埋め込み性を確保することができる。また、銅膜２０９の成膜に際しては、その後の平坦化処理に備えて、銅膜２０９が開口部２０５ａを完全に埋めるとともに、さらに、その上部に所定の厚みで堆積するように形成することが好ましい。ただし、開口部２０５ａの上部の積み増し分については、ＰＶＤ法により連続して形成する代わりに、例えばめっき法によって形成してもよい。
【００９８】
銅膜２０９の成膜後、図１７に示すように、必要に応じてアニール処理を行う。このアニール処理により、銅膜２０９を安定化させる。
【００９９】
この後、常法に従い、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；化学機械研磨）によりウエハＷ表面の全面を研磨して、図１８に示すように、表面の銅膜２０９、ならびにその下のライナー膜２０８及びバリア膜２０７を除去して平坦化する。これにより、銅プラグ２１０及び銅配線２１１が形成される。その後、ウエハＷ表面の銅配線２１１及び層間絶縁膜２０５を覆うように全面に、例えば誘電体キャップやメタルキャップ等のキャップ膜を成膜する。
【０１００】
本発明の第１〜第３の実施の形態のルテニウム膜の成膜方法では、極めて微細なトレンチやホールに対しても、高いステップカバレッジで、例えば膜厚が２ｎｍ以下の極めて薄いルテニウム膜を連続膜として成膜することができるので、上記配線形成プロセスに適用することによって、ボイドを生じさせることなく銅膜を埋め込むことが可能となる。また、ライナー膜２０８としてのルテニウム膜の薄膜化によって、銅プラグ２１０及び銅配線２１１中の銅の体積をより増大させることができるので、より低抵抗化を図ることができる。従って、配線構造の微細化が進んでも、ＲＣ遅延が抑制され、信頼性に優れた多層配線構造体を備えた半導体装置などの電子部品を製造できる。
【０１０１】
以上の説明では、成膜方法をデュアルダマシンプロセスへ適用した例を挙げたが、シングルダマシンプロセスにも同様に適用可能である。
【０１０２】
＜成膜システム＞
次に、銅配線の形成方法の実施に好適な成膜システムについて説明する。図１９は、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態としての銅配線の形成に使用可能な成膜システムの一例を示す平面図である。
【０１０３】
成膜システム３００は、ウエハＷに対して銅配線を形成する際に、バリア膜及びライナー膜の成膜並びに銅膜の成膜を行うものである。成膜システム３００は、主要な構成として、バリア膜の成膜及びライナー膜としてのルテニウム膜の成膜を行う第１成膜ユニット３１０と、銅膜の成膜を行う第２成膜ユニット３２０と、ローダーユニット３３０と、統括制御部３４０と、を有している。また、成膜システム３００は、ウエハＷのデガス処理を行うデガスユニット３５０と、大気圧と真空との間でウエハＷの移送を可能にするロードロックユニット３６０とを有している。
【０１０４】
（第１成膜ユニット）
第１成膜ユニット３１０は、第１の真空搬送室３１１と、この第１の真空搬送室３１１に接続された、２つのバリア膜成膜装置３１２Ａ，３１２Ｂ及び２つのライナー膜成膜装置３１３Ａ，３１３Ｂとを有している。ライナー膜成膜装置３１３Ａ，３１３Ｂは、上述した成膜装置１００と同様に構成されている。
【０１０５】
第１の真空搬送室３１１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の搬送装置３１６が設けられている。この第１の搬送装置３１６は、第１の真空搬送室３１１の略中央に配設されており、回転及び伸縮可能な回転・伸縮部３１７と、その先端に設けられたウエハＷを支持する２つの支持アーム３１８ａ，３１８ｂとを有している。第１の搬送装置３１６は、ウエハＷをバリア膜成膜装置３１２Ａ，３１２Ｂ、ライナー膜成膜装置３１３Ａ，３１３Ｂ、後述するデガス室３５１Ａ，３５１Ｂ及び受け渡し室３５２に対して搬入出する。
【０１０６】
（第２成膜ユニット）
第２成膜ユニット３２０は、第２の真空搬送室３２１と、この第２の真空搬送室３２１の対向する壁部に接続された２つの銅膜成膜装置３２２Ａ，３２２Ｂとを有している。
【０１０７】
第２の真空搬送室３２１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、第２の搬送装置３２６が設けられている。この第２の搬送装置３２６は、第２の真空搬送室３２１の略中央に配設されており、回転及び伸縮可能な回転・伸縮部３２７を有している。回転・伸縮部３２７の先端にウエハＷを支持する２つの支持アーム３２８ａ，３２８ｂが設けられており、これら２つの支持アーム３２８ａ，３２８ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部３２７に取り付けられている。第２の搬送装置３２６は、銅膜成膜装置３２２Ａ，３２２Ｂ、後述するデガス室３５１Ａ，３５１Ｂ、ロードロック室３６１Ａ，３６１Ｂ及び受け渡し室３５２に対してウエハＷの搬入出を行う。
【０１０８】
（ローダーユニット）
ローダーユニット３３０は、上記ロードロックユニット３６０を挟んで第２成膜ユニット３２０と反対側に設けられており、大気搬送室３３１を有している。大気搬送室３３１の上部には清浄空気のダウンフローを形成するためのフィルター（図示せず）が設けられている。ロードロックユニット３６０と大気搬送室３３１との間にはゲートバルブＧＶが設けられている。大気搬送室３３１のロードロックユニット３６０が接続された壁部と反対側の壁部には、ウエハＷを収容するキャリア４０１を接続する２つの接続ポート３３２，３３３が設けられている。また、大気搬送室３３１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室３３４が設けられている。大気搬送室３３１内には、キャリア４０１に対するウエハＷの搬入出及びロードロックユニット３６０に対するウエハＷの搬入出を行う大気搬送用の第３の搬送装置３３６が設けられている。この第３の搬送装置３３６は、２つの多関節アームを有しており、キャリア４０１の配列方向に沿ってレール３３８上を走行可能となっていて、それぞれの先端のハンド３３７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。
【０１０９】
（統括制御部）
統括制御部３４０は、成膜システム３００の各構成部、例えばバリア膜成膜装置３１２Ａ，３１２Ｂ、ライナー膜成膜装置３１３Ａ，３１３Ｂ、銅膜成膜装置３２２Ａ，３２２Ｂ、搬送装置３１６，３２６，３３６等を制御する。つまり、統括制御部３４０は、予め定められたレシピに基づき、各構成部を個別に制御するコントローラ（例えば、成膜装置１００における制御部７０）の上位の制御装置として機能する。この統括制御部３４０のハードウェア構成は、例えば制御部７０と同様である（図２を参照）。上記レシピは、記憶媒体に記憶されていてもよいし、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、レシピに基づき、統括制御部３４０の制御の下で、成膜システム３００において所望の処理が行われる。
【０１１０】
（デガスユニット）
デガスユニット３５０は、ウエハＷのデガス処理を行うデガス室３５１Ａ，３５１Ｂと、第１の真空搬送室３１１と第２の真空搬送室３２１との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し室３５２を有している。デガス室３５１Ａ，３５１Ｂは、第１の真空搬送室３１１に接続されている。また、受け渡し室３５２は、第１の真空搬送室３１１及び第２の真空搬送室３２１におけるデガス室３５１Ａ，３５１Ｂとの接続部分の間の壁部に接続されている。すなわち、受け渡し室３５２ならびにデガス室３５１Ａ，３５１Ｂは、いずれも第１の真空搬送室３１１と第２の真空搬送室３２１との間に設けられ、受け渡し室３５２の両側にデガス室３５１Ａ，３５１Ｂが配置されている。
【０１１１】
（ロードロックユニット）
ロードロックユニット３６０は、大気圧と真空とを切替可能な一対のロードロック室３６１Ａ，３６１Ｂを有している。ロードロック室３６１Ａ，３６１Ｂは、第２の真空搬送室３２１のローダーユニット３３０側の２つの壁部に、それぞれ接続されている。
【０１１２】
バリア膜成膜装置３１２Ａ，３１２Ｂ、ライナー膜成膜装置３１３Ａ，３１３Ｂ、デガス室３５１Ａ，３５１Ｂ及び受け渡し室３５２は、第１の真空搬送室３１１の各壁にゲートバルブＧＶを介して接続されている。バリア膜成膜装置３１２Ａ，３１２Ｂ、ライナー膜成膜装置３１３Ａ，３１３Ｂ、デガス室３５１Ａ，３５１Ｂ及び受け渡し室３５２は、対応するゲートバルブＧＶの開閉により、第１の真空搬送室３１１に対して連通・遮断される。
【０１１３】
銅膜成膜装置３２２Ａ，３２２Ｂ、デガス室３５１Ａ，３５１Ｂ及びロードロック室３６１Ａ，３６１Ｂは、第２の真空搬送室３２１にゲートバルブＧＶを介して接続されている。銅膜成膜装置３２２Ａ，３２２Ｂ、デガス室３５１Ａ，３５１Ｂ及びロードロック室３６１Ａ，３６１Ｂは、対応するゲートバルブＧＶを開放することにより第２の真空搬送室３２１と連通され、対応するゲートバルブＧＶを閉じることにより第２の真空搬送室３２１から遮断される。また、受け渡し室３５２はゲートバルブＧＶを介さずに第２の搬送室３２１に接続されている。
【０１１４】
（成膜プロセス）
成膜システム３００においては、キャリア４０１から第３の搬送装置３３６によりトレンチやホールを有する所定パターンが形成されたウエハＷを取り出し、ロードロック室３６１Ａまたは３６１Ｂに搬送する。ロードロック室３６１Ａ又は３６１Ｂ内を第２の真空搬送室３２１と同程度の真空度に減圧した後、第２の搬送装置３２６によりロードロック室３６１Ａ又は３６１Ｂ内のウエハＷを第２の真空搬送室３２１を介してデガス室３５１Ａまたは３５１Ｂに搬送する。デガス室３５１Ａまたは３５１Ｂでは、ウエハＷのデガス処理を行う。その後、第１の搬送装置３１６によりデガス室３５１Ａまたは３５１Ｂ内のウエハＷを取り出し、第１の真空搬送室３１１を介してバリア膜成膜装置３１２Ａまたは３１２Ｂに搬入する。バリア膜成膜装置３１２Ａまたは３１２Ｂでは、バリア膜の成膜が行われる。バリア膜の成膜後、第１の搬送装置３１６によりバリア膜成膜装置３１２Ａまたは３１２ＢからウエハＷを取り出し、ライナー膜成膜装置３１３Ａまたは３１３Ｂに搬入する。ライナー膜成膜装置３１３Ａまたは３１３Ｂでは、上述したようにルテニウム膜の成膜処理が行われる。
【０１１５】
ルテニウム膜の成膜後、第１の搬送装置３１６によりライナー膜成膜装置３１３Ａまたは３１３ＢからウエハＷを取り出し、受け渡し室３５２に搬送する。その後、第２の搬送装置３２６によりウエハＷを取り出し、第２の真空搬送室３２１を介して銅膜成膜装置３２２Ａまたは３２２Ｂに搬入して銅膜を形成し、トレンチ及びビアに銅を埋め込む。なお、銅膜成膜装置３２２Ａまたは３２２Ｂにおける銅埋め込み工程以外に、成膜システム３００外で、例えばめっきによって追加の銅形成を行ってもよい。
【０１１６】
銅膜の形成後、ウエハＷをロードロック室３６１Ａまたは３６１Ｂに搬送する。ロードロック室３６１Ａまたは３６１Ｂを大気圧に戻した後、第３の搬送装置３３６により銅膜が形成されたウエハＷを取り出し、キャリア４０１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。
【０１１７】
このような成膜システム３００によれば、大気開放することなく真空中でバリア膜の成膜処理、ライナー膜としてのルテニウム膜の成膜処理、及び、銅膜の成膜処理を実施できる。そのため、各工程後の金属表面の酸化を防止することができ、高性能の銅配線を得ることができる。
【０１１８】
以上の成膜システム３００により、バリア膜成膜から銅膜成膜までを行うことができるが、銅膜成膜後に行われるアニール工程、ＣＭＰ工程は、成膜システム３００から搬出した後のウエハＷに対し、成膜システム３００外の装置を用いて行うことができる。これらの装置は、通常用いられる構成のものでよい。これら装置と成膜システム３００とで銅配線形成システムを構成し、統括制御部３４０と同様の機能を有する共通の制御部により一括して制御するようにすることにより、銅配線の形成プロセスを一つの処理レシピにより一括して実施するようにしてもよい。
【０１１９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形可能である。例えば、上記実施形態では、本発明により形成されたルテニウム膜を銅配線形成の際の銅膜の下地のライナー膜として使用する場合について示したが、これに限るものではない。さらに、上記実施形態で用いた装置の構成も例示に過ぎず、他の種々の構成の装置を用いることができる。
【０１２０】
さらに、上記実施形態では、トレンチとビア（ホール）とを有するウエハに本発明の方法を適用した例を示したが、凹部の形態はトレンチとビアの両方有するものに限らない。
【０１２１】
また、適用されるデバイスの構造は、上記実施形態に限るものではない。
【０１２２】
また、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】
【０１２３】
１…処理容器、３…搬入出口、１０…サセプタ、１１…支持部材、１３…ヒーター、１５…ヒーター電源、２０…シャワーヘッド、２１…ガス導入口、２３…ガス拡散空間、３０…排気装置、３１…排気室、３３…排気管、４０…ガス供給部、４１…成膜原料容器、４３…ＣＯガス容器、４５…希釈ガス容器、７０…制御部、１００…成膜装置、ＧＶ…ゲートバルブ
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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