(57)【要約】【課題】ルテニウム膜の低抵抗化を図り信頼性を向上させた半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関するものである。【解決手段】ＲｕチャンバＦ１は、基板Ｓを還元性ガス雰囲気の下で加熱するとともに、その還元性ガス雰囲気にビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体を含む原料を供給して基板Ｓにルテニウム膜を形成する。そして、熱処理チャンバＦ２は、ＲｕチャンバＦ１から搬送される基板Ｓをさらに加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルテニウム膜を有する半導体装置の製造方法であって、
還元性ガス雰囲気の下で基板を加熱するとともに前記還元性ガス雰囲気にビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体を供給して前記基板にルテニウム膜を形成する工程と、
前記ルテニウム膜をさらに加熱する工程と、を備えること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記還元性ガスとビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体の供給量のモル比（還元性ガス/ビス（２−メトキ
シ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５ヘキサジエン）ルテニウム錯体）を１０〜１０，０００にすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム膜を形成する工程は、
前記還元性ガス雰囲気の圧力を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａにすることを、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム膜を形成する工程は、
前記基板の温度を１５０℃〜５００℃にすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記還元性ガスが水素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム膜を加熱する工程は、
前記ルテニウム膜を還元性ガス雰囲気の下で加熱すること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム膜を加熱する工程は、
前記還元性ガス雰囲気の圧力を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａにすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ルテニウム膜を加熱する工程は、
前記基板の温度を１５０℃〜５００℃にすること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、
ルテニウム加熱工程で使用する前記還元性ガスが水素であること、
を特徴とする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、半導体装置の製造方法。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、微細化や多層化の進展に伴い、電流密度の増加によるエレクトロマイクレーション（ＥＭ：Electro migration ）が深刻化する。高いＥＭ耐性を有する銅配線の多層配線技術は、半導体装置を高集積化させる上で不可欠である。
【０００３】
半導体装置の多層配線技術では、金属配線の生産性や信頼性を向上させるため、一般的に、絶縁層と金属配線との間に各種の機能を有する下地層を挟入させる。この下地層としては、例えば、金属原子の拡散を防止させるバリア層、金属配線と絶縁層との間に密着性を与える密着層、配線材料の膜成長を促進させるシード層が知られている。
【０００４】
上記下地層の材料としては、配線材料にアルミニウムやタングステンを利用する場合、タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタンなどが用いられる。銅配線の多層配線技術においては、絶縁層として低誘電率膜を用いるため、これらの金属材料を下地層に適用すると、絶縁層に含まれる水分や酸素が下地層に拡散して下地層を容易に酸化させてしまう。この結果、抵抗値の増加と密着性の低下を招き、半導体装置の信頼性を大きく損なってしまう。
【０００５】
そこで、銅配線の多層配線技術においては、上記問題を解決させるために、従来から、下地層の材料に関わる各種提案がなされている。特許文献１および特許文献２は、銅配線の下地層としてルテニウム（Ｒｕ）膜あるいはＲｕ膜を含む多層膜を用いる。Ｒｕ膜は、その酸化物が導電性を有するため抵抗値の増加を抑制させることができ、銅配線に対する酸化源のストッパ層として用いることができる。また、このＲｕ膜に密着層を積層することによって、Ｒｕ膜と銅配線との間の密着性をさらに向上させることができる。
【特許文献１】特開２００５−１２９７４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３２８５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
銅配線の製造方法としては、いわゆるダマシン（Damascene ）法やデュアルダマシン（Dual-Damascene ）法が利用される。すなわち、配線形状に応じたトレンチを予め絶縁層
に形成してトレンチの内表面に下地層を積層し、下地層によって覆われるトレンチの内部に銅材料を埋め込んで銅配線を形成する。あるいは、トレンチとビアホール（Via-Hole 
）の双方を予め形成してトレンチとビアホールの内表面に下地層を積層し、下地層によって覆われるトレンチとビアホールの内部に銅材料を埋め込んで銅配線とビアプラグを同時に形成する。
【０００７】
上記下地層を介して銅配線と結線する下層配線は、下地層をトレンチなどに積層する際に、トレンチあるいはビアの内表面に露出する。露出する下層配線は、Ｒｕ膜の成膜時に存在する酸化源によってその酸化を容易に進行させて、下層配線と銅配線との間の抵抗値を大幅に増大させてしまう。また、Ｒｕ膜は、自身の酸化物によって導電性を得られるが、その導電性には限りがあり、金属Ｒｕの抵抗値に相当するものではない。特許文献１および特許文献２は、銅配線に高い段差被覆性と高い密着性を与える一方、Ｒｕ膜を介する低抵抗化に関して十分に検討がなされていない。
【０００８】
本願発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ルテニウム膜の低抵抗化を図り信頼性を向上させた半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、ルテニウム膜の製造方法を検討するなかで、還元性ガス雰囲気の下で形成するルテニウム膜に対して熱処理を加えることにより該ルテニウム膜の抵抗値を低くできることを見出した。
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ルテニウム膜を有する半導体装置の製造方法であって、基板を還元性ガス雰囲気の下で加熱するとともに、前記還元性ガス雰囲気にビス（２−メトキシキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５ヘキサジエン）ルテニウム錯体という。）を供給して前記基板にルテニウム膜を形成する工程と、前記ルテニウム膜をさらに加熱する工程と、を備えることを要旨とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、還元性ガス雰囲気の下でルテニウム膜を形成させることができ、ルテニウム膜を加熱する後処理によって、ルテニウム膜の低抵抗化を図ることができる。したがって、ルテニウム膜を有する半導体装置において、その信頼性を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、前記の還元性ガスとビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体の供給量のモル比（還元性ガス/ビス（２−メトキシ−６−
メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体）を１０〜１０，０００にすること、を要旨とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、安定なルテニウム膜を成膜できる。なお、還元性ガスとビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体の供給量のモル比（還元性ガス/ビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５
−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体）が１０以下、１０，０００以上であると安定したルテニウム膜の成膜ができない。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム膜を形成する工程が、前記還元性ガス雰囲気の圧力を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａにすること、を要旨とする。
【００１５】
請求項３の発明によれば、１０２Ｐａ以上の圧力によって、還元性ガスの還元能力を確実に発揮させることができ、１０５Ｐａ以下の圧力によって、ルテニウム膜の形成工程の汎用性を図ることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム膜を形成する工程が、前記基板の温度を１５０℃〜５００℃にすること、を要旨とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、１５０℃以上の加熱によって、ルテニウム膜に含まれる有機系化合物を効果的に排気させることができ、５００℃以下の加熱によって、下地の熱的損傷を回避させることができる。したがって、ルテニウム膜を有する半導体装置において、その信頼性をさらに向上させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法
であって、前記還元性ガスが水素であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、安定なルテニウム膜を成膜できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム膜を加熱する工程が、前記ルテニウム膜を還元性ガス雰囲気の下で加熱すること、を要旨とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、還元性ガス雰囲気の下における熱処理によって、ルテニウム膜の低抵抗化をさらに促進させることができる。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム膜を加熱する工程が、前記還元性ガス雰囲気の圧力を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａにすること、を要旨とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、１０２Ｐａ以上の圧力によって、水素の還元能力を確実に発揮させることができ、１０５Ｐａ以下の圧力によって、後処理の汎用性を図ることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法であって、前記ルテニウム膜を加熱する工程が、前記基板の温度を１５０℃〜５００℃にすること、を要旨とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、１５０℃以上の加熱によって、ルテニウム膜に含まれる有機系化合物を効果的に排気させることができ、５００℃以下の加熱によって、下地の熱的損傷を回避させることができる。したがって、ルテニウム膜を有する半導体装置において、その信頼性をさらに向上させることができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法であって、ルテニウム加熱工程で使用する前記還元性ガスが水素であることを特徴とする。
請求項９に記載の発明によれば、ルテニウム膜の低抵抗化をさらに促進させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
上記したように、本発明によれば、ルテニウム膜の低抵抗化を図り信頼性を向上させた半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。まず、半導体装置の製造装置について説明する。
（半導体装置の製造装置）
図１は、半導体装置の製造装置１０を模式的に示す平面図である。図１において、製造装置１０は、ロードロックチャンバＦＬ（以下単に、ＬＬチャンバＦＬという。）と、ＬＬチャンバＦＬに連結される搬送チャンバＦＴと、搬送チャンバＦＴに連結されるＲｕチャンバＦ１、熱処理チャンバＦ２を有する。
【００２７】
ＬＬチャンバＦＬは、減圧可能な内部空間（以下単に、収容室ＦＬａという。）を有し、複数の基板Ｓを搬入および搬出する。ＬＬチャンバＦＬは、基板Ｓの成膜処理を開始するとき、収容室ＦＬａを減圧して基板Ｓを搬送チャンバＦＴに搬入し、また、基板Ｓの成膜処理を終了するとき、収容室ＦＬａを大気開放して基板Ｓを製造装置１０の外部へ搬出する。基板Ｓとしては、例えば、シリコン基板やガラス基板などを用いることができる。
【００２８】
搬送チャンバＦＴは、減圧可能な内部空間（以下単に、搬送室ＦＴａという。）を有し、ＬＬチャンバＦＬ、ＲｕチャンバＦ１、熱処理チャンバＦ２と解除可能に連通して共通する真空系を形成可能にする。搬送室ＦＴａは、基板Ｓを搬送するための搬送ロボットＲＢを搭載し、基板Ｓの成膜処理を開始するとき、ＬＬチャンバＦＬの基板Ｓを搬送チャンバＦＴに搬入する。搬送ロボットＲＢは、搬送経路に関するデータに基づいて、基板ＳをＲｕチャンバＦ１に搬送して、ＬＬチャンバＦＬに搬出する。あるいは、搬送ロボットＲＢは、搬送経路に関するデータに基づいて、基板ＳをＲｕチャンバＦ１に搬送し、その後に、熱処理チャンバＦ２に搬送してＬＬチャンバＦＬに搬出する。
【００２９】
次に、ＲｕチャンバＦ１、熱処理チャンバＦ２について以下に説明する。図２は、ＲｕチャンバＦ１の構成を模式的に示す側断面図である。なお、熱処理チャンバＦ２は、ＲｕチャンバＦ１が有する原料供給ユニットＳＵを変更したものであるため、熱処理チャンバＦ２については、その変更点についてのみ説明する。
【００３０】
ＲｕチャンバＦ１は、ＣＶＤ法を用いて基板Ｓにルテニウム（Ｒｕ）膜を形成するＣＶＤチャンバである。図２において、ＲｕチャンバＦ１は、搬送チャンバＦＴに連結されて上部を開口する有底筒状のチャンバ本体２１と、チャンバ本体２１の上部に配設されてチャンバ本体２１の上部開口を開閉可能にするチャンバリッド２２を有する。チャンバ本体２１は、その開口がチャンバリッド２２に閉ざされることによって、チャンバ本体２１とチャンバリッド２２とに囲まれる空間（以下単に、処理空間Ｆａという。）を形成する。
【００３１】
処理空間Ｆａは、搬送チャンバＦＴから搬入される基板Ｓを載置するステージ２３を有する。ステージ２３は、ヒータ電源ＨＧに接続されて加熱部を構成するヒータＨを搭載し、ヒータＨが駆動されるとき、載置する基板Ｓを所定の温度（例えば、１５０℃〜５００℃）に昇温する。
【００３２】
処理空間Ｆａの右側には、排気ポートＰ０を介して排気ユニットＰＵが接続され、また、処理空間Ｆａの左側には、処理空間Ｆａの圧力を検出して検出結果を出力する圧力センサＰＧ１が接続されている。排気ユニットＰＵは、排気バルブＶ１、圧力調整バルブＶ２、原料トラップＴ、ターボ分子ポンプおよびドライポンプなどの各種の排気装置Ｐにより構成され、圧力センサＰＧ１の検出結果に応じて圧力調整バルブＶ２が駆動されるとき、処理空間Ｆａの圧力を所定の圧力（例えば、１０２Ｐａ〜１０５Ｐａ）に調整する。また、原料トラップＴを除く排気ユニットＰＵの各部は、所定の温度（室温〜２５０℃）に調整されて、処理空間Ｆａから排気される原料の液化を回避し排気能力を維持する。
【００３３】
処理空間Ｆａの上側には、処理空間Ｆａにガスを導入するためのシャワーヘッド２４が配設されている。シャワーヘッド２４は、所定の温度（室温〜２５０℃）に調整されて、導入される原料ＳＣの液化を回避して原料ＳＣの導出を円滑にする。シャワーヘッド２４は、複数の第一供給孔Ｋ１と、各第一供給孔Ｋ１から独立する複数の第二供給孔Ｋ２を有する。各第一供給孔Ｋ１は、それぞれチャンバリッド２２の上部右側に設けられる第一ポートＰ１に共通接続され、また、各第二供給孔Ｋ２は、それぞれチャンバリッド２２の上部左側に設けられる第二ポートＰ２に共通接続されている。
【００３４】
第一ポートＰ１は、還元性ガスラインＬｒを介して、還元性ガスＧｒ（例えば、水素（H2 ）、アンモニア（N H3 ）など）のマスフローコントローラＭＦＣ１と、キャリアガス（例えば、ヘリウム（He ）、アルゴン（Ar ）、窒素（N2 ）など）のマスフローコント
ローラＭＦＣ２に接続されている。第一ポートＰ１は、マスフローコントローラＭＦＣ２が所定量のキャリアガスを導入するとき、各第一供給孔Ｋ１を通じて基板Ｓの略全面にわたりキャリアガスを均一に供給する。この際、第一ポートＰ１は、マスフローコントロー
ラＭＦＣ１が所定量の還元性ガスＧｒを導入するとき、キャリアガスに搬送される還元性ガスＧｒを、各第一供給孔Ｋ１を通じて基板Ｓの略全面にわたり均一に供給する。なお、還元性ガスＧｒの流量が十分に大きく安定供給を可能とする場合には、キャリアガス、すなわち、マスフローコントローラＭＦＣ２を有しない構成であってもよい。
【００３５】
第二ポートＰ２は、原料ガスラインＬｓを介して、供給部を構成する原料供給ユニットＳＵに接続されている。原料供給ユニットＳＵは、Ｒｕ膜の原料ＳＣを貯留する原料タンク２５と、原料タンク２５に接続される液体マスフローコントローラＬＭＦＣと、液体マスフローコントローラＬＭＦＣに接続される気化装置ＩＵを有する。原料供給ユニットＳＵおよび原料ガスラインＬｓは、所定の温度（室温〜２５０℃）に調整されて、原料ＳＣの液化を回避して原料ＳＣの送給を円滑にする。
【００３６】
原料タンク２５は、導出ガス（例えば、He,Ar,N2 などの不活性ガス）の加圧を受けて
、貯留する原料ＳＣを所定の圧力で導出する。液体マスフローコントローラＬＭＦＣは、原料タンク２５が導出する原料ＳＣを所定の供給量に調整して気化装置ＩＵに導入する。気化装置ＩＵは、液体マスフローコントローラＬＭＦＣからの原料ＳＣを気化させるとともに、キャリアガス（例えば、He,Ar,N2 などの不活性ガス）のマスフローコントローラ
ＭＦＣ３に接続されて原料ＳＣをキャリアガスとともに第二ポートＰ２へ導出する。第二ポートＰ２は、各第二供給孔Ｋ２を介して、気化装置ＩＵからの原料ＳＣを基板Ｓの略全面にわたり均一に供給する。
【００３７】
これによって、ＲｕチャンバＦ１は、還元性ガスＧｒと原料ＳＣの各々を、それぞれ独立する経路を通じて処理空間Ｆａに供給することができ、還元性ガスＧｒと原料ＳＣを処理空間Ｆａ内でのみ混合させることができる。この結果、原料ＳＣが還元性ガスＧｒと高い反応性を有する場合であっても、原料ＳＣに関わる反応を処理空間Ｆａでのみ進行させることができる。
【００３８】
原料ガスラインＬｓの途中には、原料トラップＴに通じるバイパスラインＬｂが接続されている。原料供給ユニットＳＵは、処理空間Ｆａに向けて原料ＳＣを供給するとき、原料ＳＣの供給量が安定するまで供給バルブＶ３を閉じ、かつ、切替バルブＶ４を開けて、原料ＳＣとキャリアガスをこのバイパスラインＬｂを通じて原料トラップＴに導出する。原料供給ユニットＳＵは、原料ＳＣの供給量が安定するとき、切替バルブＶ４を閉じ、かつ、供給バルブＶ３を開けて、原料ＳＣとキャリアガスを処理空間Ｆａに供給する。これによって、原料供給ユニットＳＵは、処理空間Ｆａに対して原料ＳＣの供給・停止の応答を急峻させることができる。
【００３９】
ＲｕチャンバＦ１は、搬送チャンバＦＴが処理空間Ｆａに基板Ｓを搬入するとき、ステージ２３に基板Ｓを載置し、ヒータＨを介して基板Ｓを１５０℃〜５００℃に昇温する。ＲｕチャンバＦ１は、１５０℃以上の加熱によって原料ＳＣの熱分解反応を開始し、かつ、５００℃以下の温度調整によって下層配線などの下層導電体の熱的損傷を回避する。
【００４０】
ＲｕチャンバＦ１は、搬送チャンバＦＴが処理空間Ｆａに基板Ｓを搬入するとき、還元性ガスラインＬｒを通じて処理空間Ｆａに還元性ガスＧｒを供給し、また、排気ユニットＰＵを介して処理空間Ｆａの圧力を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａに調整する。ＲｕチャンバＦ１は、１０２Ｐａ以上の還元性ガス雰囲気によって還元性ガスＧｒの還元力を十分に発現させ、かつ、１０５Ｐａ以下の還元性ガス雰囲気によって排気ユニットＰＵに及ぼす過剰な負荷を回避する。
【００４１】
ＲｕチャンバＦ１は、処理空間Ｆａに上記還元性ガス雰囲気が形成されるとき、原料ガスラインＬｓを通じて処理空間Ｆａに原料ＳＣを供給し、還元性ガス雰囲気下における原
料ＳＣの熱分解反応によって基板Ｓの上にＲｕ膜を堆積させる。これによって、ＲｕチャンバＦ１は、基板Ｓの表面が下層導電体を露出させる場合であっても、処理空間Ｆａの還元性ガス雰囲気によって下層導電体の酸化を回避させることができ、Ｒｕ膜と下層導電体との間に酸化膜を生成させることなく、下層導電体とＲｕ膜とを接続させることができる。
【００４２】
熱処理チャンバＦ２は、上記ＲｕチャンバＦ１と略同じ構成を有するチャンバであって、上記原料供給ユニットＳＵを有しない点において上記ＲｕチャンバＦ１と異なり、その他の点においては上記ＲｕチャンバＦ１と同じ構成である。
【００４３】
熱処理チャンバＦ２は、Ｒｕ膜を有する基板Ｓが対応する処理空間Ｆａに搬入されるとき、ステージ２３に基板Ｓを載置し、ヒータＨの駆動によって基板Ｓを１５０℃〜５００℃の温度範囲で昇温する。熱処理チャンバＦ２は、１５０℃以上の熱処理によってＲｕ膜に残存する有機化合物を効果的に排気させ、かつ、５００℃以下の温度調整によって下層配線などの下層導電体の熱的損傷を回避する。
【００４４】
また、熱処理チャンバＦ２は、Ｒｕ膜を有する基板Ｓが対応する処理空間Ｆａに搬入されるとき、還元性ガスラインＬｒを通じて処理空間Ｆａに還元性ガスＧｒを供給し、また、排気ユニットＰＵの駆動によって処理空間Ｆａの圧力を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａに調整する。熱処理チャンバＦ２は、１０２Ｐａ以上の還元性ガス雰囲気によって酸化状態のＲｕを確実に還元させ、かつ、１０５Ｐａ以下の還元性ガス雰囲気によって排気ユニットＰＵに及ぼす過剰な負荷を回避する。
【００４５】
これによって、熱処理チャンバＦ２は、基板Ｓに堆積されるＲｕ膜に対して還元性ガス雰囲気下の熱処理を施すことができ、ＲｕチャンバＦ１で形成されるＲｕ膜の抵抗値を低減させる。
【００４６】
なお、本実施形態においては、上記ＲｕチャンバＦ１の処理空間Ｆａと、上記熱処理チャンバＦ２の処理空間Ｆａとによって、成膜室が構成されている。
次に、上記半導体装置の製造装置１０に関する電気的構成について以下に説明する。図３は、製造装置１０の電気的構成を示す電気ブロック回路図である。
【００４７】
図３において、制御部を構成する制御装置３０は、上記半導体装置の製造装置１０に各種の処理動作、例えば、基板Ｓの搬送処理、Ｒｕ膜の成膜処理、Ｒｕ膜の熱処理などを実行させるものである。制御装置３０は、各種の信号を入力するための入力Ｉ／Ｆ３０Ａと、各種の演算処理を実行するための演算部３０Ｂと、各種データや各種制御プログラムを格納するための記憶部３０Ｃと、各種の信号を出力するための出力Ｉ／Ｆ３０Ｄを有する。
【００４８】
制御装置３０には、入力Ｉ／Ｆ３０Ａを介して、入力部３１Ａ、ＬＬチャンバ検出部３２Ａ、搬送チャンバ検出部３３Ａ、Ｒｕチャンバ検出部３４Ａ、および熱処理チャンバ検出部３５Ａが接続されている。
【００４９】
入力部３１Ａは、起動スイッチや停止スイッチなどの各種の操作スイッチを有し、製造装置１０が各種の処理動作に利用するためのデータを制御装置３０に入力する。例えば、入力部３１Ａは、基板Ｓの搬送処理、Ｒｕ膜の成膜処理、Ｒｕ膜の熱処理に関するデータを制御装置３０に入力する。
【００５０】
すなわち、入力部３１Ａは、基板Ｓの搬送経路（各種処理の処理順序）に関するデータを制御装置３０に入力する。また、入力部３１Ａは、Ｒｕ膜の成膜処理を実行するための
成膜条件（例えば、基板温度、還元性ガスＧｒの流量、原料ＳＣの供給量、成膜圧力、成膜時間など）に関するデータを制御装置３０に入力する。また、入力部３１Ａは、Ｒｕ膜の熱処理を実行するための熱処理条件（例えば、基板温度、還元性ガスＧｒの流量、処理圧力、処理時間など）に関するデータを制御装置３０に入力する。
【００５１】
制御装置３０は、入力部３１Ａから入力される各種のデータを受信して記憶部３０Ｃに格納し、各種のデータに対応する条件の下で各種の処理動作を実行させる。
ＬＬチャンバ検出部３２Ａは、ＬＬチャンバＦＬの状態、例えば、収容室ＦＬａの実圧力、収容する基板Ｓの枚数などを検出し、その検出結果を制御装置３０に入力する。搬送チャンバ検出部３３Ａは、搬送チャンバＦＴの状態、例えば、搬送ロボットＲＢのアーム位置などを検出し、その検出結果を制御装置３０に入力する。
【００５２】
Ｒｕチャンバ検出部３４Ａは、ＲｕチャンバＦ１の状態、例えば、対応する基板Ｓの実温度、処理空間Ｆａの実圧力、還元性ガスＧｒの実流量、原料ＳＣの実供給量、実処理時間などを検出し、その検出結果を制御装置３０に入力する。熱処理チャンバ検出部３５Ａは、熱処理チャンバＦ２の状態、例えば、対応する基板Ｓの実温度、処理空間Ｆａの実圧力、還元性ガスＧｒの実流量、実処理時間などを検出し、その検出信号を制御装置３０に入力する。
【００５３】
制御装置３０には、出力Ｉ／Ｆ３０Ｄを介して、出力部３１Ｂ、ＬＬチャンバ駆動部３２Ｂ、搬送チャンバ駆動部３３Ｂ、Ｒｕチャンバ駆動部３４Ｂ、および熱処理チャンバ駆動部３５Ｂが接続されている。
【００５４】
出力部３１Ｂは、液晶ディスプレイなどの各種表示装置を有して製造装置１０の処理状況に関する各種のデータを出力する。
制御装置３０は、ＬＬチャンバ検出部３２Ａから入力される検出信号を利用して、ＬＬチャンバ駆動部３２Ｂに対応する駆動制御信号をＬＬチャンバ駆動部３２Ｂに出力する。ＬＬチャンバ駆動部３２Ｂは、制御装置３０からの駆動制御信号に応答し、収容室ＦＬａを減圧あるいは大気開放して基板Ｓの搬入あるいは搬出を可能にする。
【００５５】
制御装置３０は、搬送チャンバ検出部３３Ａから入力される検出信号を利用し、入力部３１Ａから入力される処理順序に関するデータに基づいて、搬送チャンバ検出部３３Ａに対応する駆動制御信号を搬送チャンバ駆動部３３Ｂに出力する。搬送チャンバ駆動部３３Ｂは、制御装置３０からの駆動制御信号に応答し、処理順序に従って、ＬＬチャンバＦＬ、搬送チャンバＦＴ、ＲｕチャンバＦ１、熱処理チャンバＦ２の順に基板Ｓを搬送する。
【００５６】
制御装置３０は、Ｒｕチャンバ検出部３４Ａから入力される検出信号を利用し、入力部３１Ａから入力されるＲｕ膜の成膜条件に基づいて、Ｒｕチャンバ駆動部３４Ｂに対応する駆動制御信号をＲｕチャンバ駆動部３４Ｂに出力する。Ｒｕチャンバ駆動部３４Ｂは、制御装置３０からの駆動制御信号に応答して入力部３１Ａから入力されるＲｕ膜の成膜条件の下で基板Ｓの成膜処理を実行する。
【００５７】
制御装置３０は、熱処理チャンバ検出部３５Ａから入力される検出信号を利用し、入力部３１Ａから入力される熱処理条件に基づいて、熱処理チャンバ駆動部３５Ｂに対応する駆動制御信号を熱処理チャンバ駆動部３５Ｂに出力する。熱処理チャンバ駆動部３５Ｂは、制御装置３０からの駆動制御信号に応答して入力部３１Ａから入力される熱処理条件の下でＲｕ膜の熱処理を実行する。
【００５８】
（半導体装置の製造方法）
まず、制御装置３０は、ＬＬチャンバＦＬに基板Ｓがセットされて、入力部３１Ａから
各種のデータを受信する。次いで、制御装置３０は、ＬＬチャンバＦＬの状態と搬送チャンバＦＴの状態を検出し、入力部３１Ａから入力される処理順序に従って基板Ｓの搬送処理を開始させる。
【００５９】
すなわち、制御装置３０は、ＬＬチャンバＦＬから搬送チャンバＦＴに搬入される基板ＳをＲｕチャンバＦ１に搬送させて、入力部３１Ａから入力されるＲｕ膜の成膜条件に基づいて、対応する処理空間Ｆａに還元性ガス雰囲気を形成し、その後、対応する原料ＳＣの供給によってＲｕ膜の成膜処理を実行させる。
【００６０】
制御装置３０は、ＲｕチャンバＦ１の状態を検出してＲｕ膜の成膜処理が終了したか否かを判断し、Ｒｕ膜の成膜処理が終了すると、ＲｕチャンバＦ１の基板Ｓを熱処理チャンバＦ２に搬送させる。そして、制御装置３０は、入力部３１Ａから入力される熱処理条件に基づいて、対応する処理空間Ｆａに熱処理の雰囲気（例えば、還元性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気など）を形成し、ヒータＨの駆動によってＲｕ膜の熱処理を実行させる。
【００６１】
制御装置３０は、熱処理チャンバＦ２の状態を検出してＲｕ膜の熱処理が終了したか否かを判断し、Ｒｕ膜の熱処理が終了すると、熱処理チャンバＦ２の基板ＳをＬＬチャンバＦＬに搬送させる。
【００６２】
以後同様に、制御装置３０は、全ての基板Ｓの各々に対して、Ｒｕ膜の成膜処理、Ｒｕ膜の熱処理を順に実行させてＲｕ膜を形成させる。そして、制御装置３０は、ＬＬチャンバＦＬの状態を検出し、全ての基板ＳにＲｕ膜を形成させると、ＬＬチャンバＦＬを大気開放させて全ての基板Ｓを外部に搬出させる。
【００６３】
なお、本実施形態において、制御装置３０は、入力部３１Ａから入力される搬送経路に関するデータに応じ、Ｒｕ膜の成膜処理が終了すると、ＲｕチャンバＦ１の基板Ｓを熱処理チャンバＦ２に搬送させてＲｕ膜の熱処理を実行させる。これに限らず、例えば、制御装置３０は、入力部３１Ａから入力される搬送経路に関するデータに応じ、Ｒｕ膜の成膜処理が終了すると、ＲｕチャンバＦ１の基板ＳをＬＬチャンバＦＬに搬送させて外部に搬出させる構成であってもよい。制御装置３０は、熱処理チャンバＦ２の状態を検出してＲｕ膜の熱処理が終了したか否かを判断し、Ｒｕ膜の熱処理が終了すると、熱処理チャンバＦ２の基板ＳをＬＬチャンバＦＬに搬送させる。
【００６４】
（実施例１）
次に、上記半導体装置の製造装置１０を用いて形成するＲｕ膜について実施例を挙げて以下に説明する。図４は、それぞれ上記半導体装置の製造装置１０を用いて形成したＲｕ膜のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope ）断面像である。
【００６５】
まず、基板Ｓとしてシリコン基板を用い、基板Ｓの上に膜厚が４８０ｎｍの絶縁層４１を形成し、絶縁層４１にホール径が８０ｎｍ、アスペクト比（ホール深さ／ホール径）が５．８のホールＶＨ（凹部）を形成した。次いで、以下に示すＲｕ膜の成膜条件を用いて絶縁層４１の表面にＲｕ膜４２を形成して実施例１を得た。実施例１のＴＥＭ断面像を図４に示す。
【００６６】
（Ｒｕ膜の成膜条件）
・原料ＳＣ：ｎ−オクタンを溶媒とする０．５（mol/L ）のビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体
・原料ＳＣの供給量：０．４（g/min ）
・還元性ガスＧｒ：水素
・還元性ガスＧｒの流量：３（L/min ）
・基板温度：２７０（℃）
・成膜圧力：２５００（Pa ）
・成膜時間：７２０（秒）
図４において、Ｒｕ膜４２は、濃色領域で示され、絶縁層４１の上部およびホールＶＨの内壁の全体にわたり約２０ｎｍの膜厚で略均一に形成されていることが分かる。これによって、上記Ｒｕ膜の成膜処理、すなわち、ビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体を還元性ガス雰囲気下で熱分解する成膜処理によれば、下地が絶縁層４１の場合であっても、高い膜厚均一性と高い段差被覆性を有するＲｕ膜４２を得られることが分かる。
【００６７】
（実施例２〜実施例５）
次に、上記半導体装置の製造装置１０を用いて形成するＲｕ膜の抵抗値について実施例を挙げて以下に説明する。図５と図６は、それぞれ抵抗値評価用のＲｕ膜を示すＴＥＭ断面像と、各種の熱処理条件によるＲｕ膜の抵抗値を示す図である。
【００６８】
まず、基板Ｓとしてシリコン基板を用い、基板Ｓの上に膜厚が１００ｎｍの絶縁層４１を形成し、以下に示すＲｕ膜の成膜条件を用いて絶縁層４１の表面にＲｕ膜４２を形成した。続いて、以下に示すＲｕ膜の熱処理条件を用いてＲｕ膜４２に熱処理を施し実施例２を得た。
【００６９】
（Ｒｕ膜の成膜条件）
・原料ＳＣ：ｎ−オクタンを溶媒とする０．５（mol/L ）のビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５−ヘキサジエン）ルテニウム錯体
・原料ＳＣの供給量：０．４（g/min ）
・還元性ガスＧｒ：水素
・還元性ガスＧｒの流量：３（L/min ）
・基板温度：３１０（℃）
・成膜圧力：３５００（Pa ）
・成膜時間：７２０（秒）
（Ｒｕ膜の熱処理条件）
・基板温度：３５０（℃）
・熱処理ガス：還元性ガスＧｒ（水素）
・熱処理圧力：３５００（Pa ）
・熱処理時間Ｔａ：３００（秒）、６００（秒）、１８００（秒）
また、Ｒｕ膜の熱処理条件において熱処理ガスを不活性ガス（Ｎ２）に変更するとともに、熱処理圧力を５００（Pa ）、熱処理時間Ｔａを１８００（秒）に変更し、その他の
条件を実施例２の条件と同じくして実施例３を得た。
【００７０】
また、Ｒｕ膜の熱処理条件において熱処理ガスを供給しない条件に変更し、さらに、熱処理圧力を所定の到達圧力（例えば、１００（Pa ））、熱処理温度を５５０（℃）、熱
処理時間Ｔａを６００（秒）に変更し、その他の条件を実施例２の条件と同じくして実施例４を得た。
【００７１】
また、Ｒｕ膜の熱処理条件において熱処理ガスを供給しない条件に変更し、さらに、熱処理圧力を所定の到達圧力（例えば、１００（Pa ））、熱処理温度を３５０（℃）熱処
理時間をＴａを６００（秒）に変更し、その他の条件を実施例２の条件と同じくして実施例５を得た。
【００７２】
また、Ｒｕ膜の熱処理を実行しない条件に変更し、その他の条件を実施例３と同じくし
て比較例を得た。そして、上記実施例２〜実施例５および比較例の各々のＲｕ膜の抵抗値を計測した。実施例２〜実施例５および比較例の抵抗値を図６に示す。
【００７３】
図６において、実施例２〜実施例５の各々は、いずれも比較例よりも１桁以上も低い抵抗値を有することが分かる。この結果、Ｒｕ膜に施す熱処理によりＲｕ膜の抵抗値を低下できることが分かる。しかも、図６において、実施例２は、その熱処理時間に関わらず、短時間の熱処理によって各実施例よりも低い抵抗値を有することが分かる。これによって、還元性ガス雰囲気下で施す熱処理がＲｕ膜の低抵抗化に、より効果的であることが分かる。
【００７４】
（半導体装置）
次に、上記ルテニウム膜を用いる半導体装置について以下に説明する。図７は、半導体装置を示す要部断面図である。
【００７５】
図７において、半導体装置５０は、例えば、各種ＲＡＭや各種ＲＯＭを含むメモリデバイスやＭＰＵまたは汎用ロジックを含むロジックデバイスなどである。半導体装置５０の基板Ｓには、複数の薄膜トランジスタＴｒが形成されて、複数の薄膜トランジスタＴｒの各々には、それぞれゲート電極５１が備えられている。各ゲート電極５１は、Ｒｕを主成分とする電極であって、上記ＲｕチャンバＦ１を用いる上記Ｒｕ膜の成膜処理と、上記熱処理チャンバＦ２を用いる上記Ｒｕ膜の熱処理とによって形成される。これによって、薄膜トランジスタＴｒは、ゲート電極５１の低抵抗化を図ることができ、その信頼性を向上させることができる。
【００７６】
薄膜トランジスタＴｒの拡散層ＬＤには、コンタクトプラグＰｃを介してキャパシタ５２が接続されている。キャパシタ５２は、上部電極５２ａと、下部電極５２ｂと、上部電極５２ａと下部電極５２ｂとの間に挟まれるキャパシタ絶縁層５２ｃとを有する。上部電極５２ａと下部電極５２ｂは、Ｒｕを主成分とする電極であって、上記ＲｕチャンバＦ１を用いる上記Ｒｕ膜の成膜処理と、上記熱処理チャンバＦ２を用いる上記Ｒｕ膜の熱処理とによって形成される。キャパシタ絶縁層５２ｃとしては、例えば、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ２やＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などの強誘電体を用いることができる。これによって、キャパシタ５２は、下部電極５２ｂとコンタクトプラグＰｃとの間の接触抵抗やキャパシタ絶縁層５２ｃと上部電極５２ａとの間の接触抵抗に関して低抵抗化を図ることができ、その信頼性を向上させることができる。
【００７７】
薄膜トランジスタＴｒの拡散層ＬＤには、コンタクトプラグＰｃを介して配線５３が接続されている。配線５３は、コンタクトプラグＰｃに接続される下地層５３ａと下地層５３ａの内部を充填する配線層５３ｂとを有する。下地層５３ａは、Ｒｕを主成分とする層であって、上記ＲｕチャンバＦ１を用いる上記Ｒｕ膜の成膜処理と、上記熱処理チャンバＦ２を用いる上記Ｒｕ膜の熱処理によって形成される。
【００７８】
上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）上記実施形態において、ＲｕチャンバＦ１は、基板Ｓを還元性ガス雰囲気の下で加熱するとともに、還元性ガス雰囲気にビス（２−メトキシ−６−メチル−３，５−ヘプタンジオナト）（１，５ヘキサジエン）ルテニウム錯体を含む原料ＳＣを供給して基板ＳにＲｕ膜４２を形成する。そして、熱処理チャンバＦ２は、ＲｕチャンバＦ１から搬送されてＲｕ膜４２を有する基板Ｓをさらに加熱する。
【００７９】
したがって、還元性ガス雰囲気の下でＲｕ膜４２を形成させることができ、そのＲｕ膜４２を加熱する後処理によって、Ｒｕ膜の低抵抗化を図ることができる。よって、Ｒｕ膜を有する半導体装置５０において、その信頼性を向上させることができる。
【００８０】
（２）上記実施形態において、熱処理チャンバＦ２は、Ｒｕ膜４２を還元性ガス雰囲気の下で加熱する。したがって、Ｒｕ膜４２の低抵抗化を、さらに促進させることができる。
【００８１】
（３）上記実施形態において、熱処理チャンバＦ２は、Ｒｕ膜４２を１０２Ｐａ〜１０５Ｐａの還元性ガス雰囲気下で加熱する。したがって、１０２Ｐａ以上の圧力によって、還元能力を確実に発揮させることができ、１０５Ｐａ以下の圧力によって、排気ユニットＰＵの過剰な負荷を回避させることができる。
【００８２】
（４）上記実施形態において、熱処理チャンバＦ２は、基板温度を１５０℃〜５００℃に加熱してＲｕ膜４２の熱処理を実行する。したがって、１５０℃以上の加熱によって、Ｒｕ膜に含まれる有機系化合物を効果的に排気させることができ、５００℃以下の加熱によって、下地の熱的損傷を回避させることができる。よって、Ｒｕ膜を有する半導体装置において、その信頼性をさらに向上させることができる。
【００８３】
なお、上記実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記実施形態において、半導体装置の製造装置１０は、Ｒｕ膜に熱処理を施す熱処理チャンバＦ２を搭載し、熱処理チャンバ検出部３５Ａと熱処理チャンバ駆動部３５Ｂを有する。これに限らず、例えば、半導体装置の製造装置１０は、熱処理チャンバＦ２を搭載しない構成であって、熱処理チャンバ検出部３５Ａと熱処理チャンバ駆動部３５Ｂを有しない構成であってもよい。すなわち、半導体装置の製造装置１０は、成膜室をＲｕチャンバＦ１の処理空間Ｆａのみによって構成し、ＲｕチャンバＦ１にＲｕ膜の熱処理を実行させる構成であってもよい。
【００８４】
例えば、制御装置３０は、ＲｕチャンバＦ１の処理空間Ｆａに還元性ガスＧｒを供給させて還元性ガス雰囲気を形成し、その処理空間Ｆａに原料ＳＣを供給して基板ＳにＲｕ膜を成膜する。そして、この状態から、制御装置３０は、供給バルブＶ３を閉じて原料ＳＣの供給のみを停止し、処理空間Ｆａに還元性ガス雰囲気を維持させて、対応するヒータＨの駆動により基板Ｓを加熱させる。この構成においても、上記実施形態と同じくＲｕ膜の低抵抗化を図ることができ、さらには、Ｒｕ膜の成膜処理と熱処理を一つのチャンバで実行させることができる。
【００８５】
・上記実施形態において、ＲｕチャンバＦ１は、原料ＳＣと還元性ガスＧｒを独立する経路を介して処理空間Ｆａにまで導く。これに限らず、処理空間Ｆａを除く領域で原料ＳＣと還元性ガスＧｒとの混合を許容する場合、例えば、原料ＳＣと還元性ガスＧｒとの間の反応性が低い場合には、ＲｕチャンバＦ１は、第一ポートＰ１および第二ポートＰ２を共通する１つのポートとして構成してもよい。また、第一供給孔Ｋ１と第二供給孔Ｋ２を互いに連通する供給孔として構成してもよく、さらには、還元性ガスＧｒをマスフローコントローラＭＦＣ３のキャリアガスとして用いてもよい。
【００８６】
すなわち、本発明は、原料ＳＣと還元性ガスＧｒの供給経路に関して限定されるものではなく、還元性ガス雰囲気の処理空間Ｆａの下で原料ＳＣを熱分解させる構成であればよい。
【００８７】
・上記実施形態において、原料供給ユニットＳＵは、導出ガスの加圧によって原料タンク２５の原料ＳＣを導出し、気化装置ＩＵの気化によって処理空間Ｆａに原料ＳＣの気体を供給する。これに限らず、例えば、原料供給ユニットＳＵは、原料タンク２５の原料ＳＣ内へキャリアガスを導入し、キャリアガスと原料ＳＣの混合した気体を処理空間Ｆａに供給する、いわゆるバブリング法を用いる構成であってもよい。
【００８８】
すなわち、本発明は、原料ＳＣの供給方法に関して限定されるものではなく、還元性ガス雰囲気の処理空間Ｆａの下で原料ＳＣを熱分解させる構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の半導体装置の製造装置を模式的に示す平面図。
【図２】同じく、Ｒｕチャンバの構成を示す概略断面図。
【図３】同じく、製造装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。
【図４】同じく、Ｒｕ膜の埋め込み性を示すＴＥＭ断面像。
【図５】同じく、抵抗値評価用のＲｕ膜を示すＴＥＭ断面像。
【図６】同じく、熱処理条件に対するＲｕ膜の抵抗値を示す図。
【図７】同じく、半導体を示す要部断面図。
【符号の説明】
【００９０】
Ｆａ…成膜室を構成する処理空間、Ｇｒ…還元性ガス、Ｈ…加熱部を構成するヒータ、Ｓ…基板、ＳＵ…供給部を構成する原料供給ユニット、１０…半導体装置の製造装置、３０…制御部を構成する制御装置、４２…ルテニウム膜、５０…半導体装置。
【図１】
2008244017.tif 000003
【図２】
2008244017.tif 000004
【図６】
2008244017.tif 000005
【図７】
2008244017.tif 000006
【図３】
2008244017.tif 000007
【図４】
2008244017.tif 000008
【図５】
2008244017.tif 000009