(57)【要約】【課題】メモリの構成膜として成膜されたＲｕ膜を平坦化することができる平坦化方法を提供する。【解決手段】ウエハＷ上において、ＭＴＪ素子の形成前にＭＲＡＭの構成膜として成膜されたＲｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上において、メモリの構成膜として成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射することを特徴とする平坦化方法。
【請求項２】
前記Ｒｕ膜へ窒素のＧＣＩＢを照射する前に前記基板を加熱することを特徴とする請求項１記載の平坦化方法。
【請求項３】
前記メモリはＭＴＪ（磁気トンネル接合）素子を有するＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）であり、前記ＭＴＪ素子の形成前に前記成膜されたＲｕ膜へ前記窒素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項１又は２記載の平坦化方法。
【請求項４】
前記窒素のＧＣＩＢは、窒素ガスのクラスターを２０ｋＶ以下の加速電圧で加速することによって生成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平坦化方法。  
【請求項５】
前記窒素のＧＣＩＢは、窒素ガスのクラスターを１００Ｖ以上のイオン化電圧でイオン化することによって生成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の平坦化方法。
【請求項６】
基板上にＲｕ膜を成膜する成膜処理室を有する成膜装置と、窒素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射装置とを備える基板処理システムであって、
前記ＧＣＩＢ照射装置は、前記成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする基板処理システム。
【請求項７】
前記成膜装置及び前記ＧＣＩＢ照射装置は大気中において離間して配置され、
前記成膜処理室が前記基板上に前記Ｒｕ膜を成膜した後、前記基板を前記成膜装置から搬出し、前記基板を前記大気中において搬送して前記ＧＣＩＢ照射装置へ搬入することを特徴とする請求項６記載の基板処理システム。
【請求項８】
前記ＧＣＩＢ照射装置が前記Ｒｕ膜へ前記窒素のＧＣＩＢを照射した後、前記基板を前記ＧＣＩＢ照射装置から搬出し、前記基板を前記大気中において搬送して前記成膜装置へ搬入することを特徴とする請求項７記載の基板処理システム。
【請求項９】
基板を加熱する加熱処理室をさらに備え、
前記加熱処理室は、前記Ｒｕ膜の成膜後であって前記Ｒｕ膜への窒素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【請求項１０】
基板上にＲｕ膜を成膜するＲｕ膜成膜ステップと、
前記Ｒｕ膜を平坦化する平坦化ステップとを有し、
前記平坦化ステップでは、前記成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢを照射することを特徴とするメモリ製造方法。
【請求項１１】
前記Ｒｕ膜上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップをさらに有し、
前記ＭＴＪ素子形成ステップの実行前に前記平坦化ステップを実行することを特徴とする請求項１０記載のメモリ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メモリが有するＲｕ膜を平坦化する平坦化方法、基板処理システム及びメモリ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来のメモリ、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭに代わる次世代不揮発性メモリとしてＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）（磁気抵抗メモリ）が開発されている。ＭＲＡＭはキャパシタの代わりにＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）（磁気トンネル接合）素子を有し、磁化状態を利用して記憶を行う。
【０００３】
ＭＴＪ素子は、絶縁膜、例えば、ＭｇＯ膜と、該ＭｇＯ膜を挟んで対向する２つの強磁性膜、例えば、ＣｏＦｅＢ膜からなるが、ＭｇＯ膜が平坦化されていないとＭＴＪ素子の特性に悪影響、例えば、ＭＲ比（Magneto-Resistance ratio）の低下を招く。
【０００４】
図１３に示すように、ＭＴＪ素子１００は、金属膜１０４の上に形成されるが、ＭｇＯ膜１０２及びＣｏＦｅＢ膜１０１、１０３のいずれも極薄膜であり、多結晶成長等によって生じる金属膜１０４の表面の凹凸の影響を受けて平坦度が悪化するため、金属膜１０４の平坦度を向上する必要がある。
【０００５】
平坦度を向上する場合、プラズマを用いない平坦化方法として、ＧＣＩＢ（Gas Cluster Ion Beam）（ガスクラスターイオンビーム）を用いる平坦化方法が知られている。
【０００６】
ＧＣＩＢは、真空雰囲気に向けてガスを吹き付けてガスを構成する分子のクラスターを形成し、さらに該クラスターをイオン化し、バイアス電圧によってイオン化されたクラスターを加速してウエハに衝突させる方法である（例えば、特許文献１参照。）。通常、金属膜１０４をＧＣＩＢで平坦化する場合、原子量の大きい希ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１０４８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、金属膜１０４が難エッチング性の貴金属であるＲｕからなる場合、原子量の大きいアルゴンガスのＧＣＩＢを用いても依然として金属膜１０４の凸部をスパッタしてエッチングするのは困難であり、金属膜１０４を平坦化するのは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、メモリの構成膜として成膜されたＲｕ膜を平坦化することができる平坦化方法、基板処理システム及びメモリ製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の平坦化方法は、基板上において、メモリの構成膜として成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の平坦化方法は、請求項１記載の平坦化方法において、前記Ｒｕ膜へ窒素のＧＣＩＢを照射する前に前記基板を加熱することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の平坦化方法は、請求項１又は２記載の平坦化方法において、前記メモリはＭＴＪ（磁気トンネル接合）素子を有するＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）であり、前記ＭＴＪ素子の形成前に前記成膜されたＲｕ膜へ前記窒素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の平坦化方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平坦化方法において、前記窒素のＧＣＩＢは、窒素ガスのクラスターを２０ｋＶ以下の加速電圧で加速することによって生成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の平坦化方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の平坦化方法において、前記窒素のＧＣＩＢは、窒素ガスのクラスターを１００Ｖ以上のイオン化電圧でイオン化することによって生成されることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項６記載の基板処理システムは、基板上にＲｕ膜を成膜する成膜処理室を有する成膜装置と、窒素のＧＣＩＢを照射するＧＣＩＢ照射装置とを備える基板処理システムであって、前記ＧＣＩＢ照射装置は、前記成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の基板処理システムは、請求項６記載の基板処理システムにおいて、前記成膜装置及び前記ＧＣＩＢ照射装置は大気中において離間して配置され、前記成膜処理室が前記基板上に前記Ｒｕ膜を成膜した後、前記基板を前記成膜装置から搬出し、前記基板を前記大気中において搬送して前記ＧＣＩＢ照射装置へ搬入することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の基板処理システムは、請求項７記載の基板処理システムにおいて、前記ＧＣＩＢ照射装置が前記Ｒｕ膜へ前記窒素のＧＣＩＢを照射した後、前記基板を前記ＧＣＩＢ照射装置から搬出し、前記基板を前記大気中において搬送して前記成膜装置へ搬入することを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の基板処理システムは、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の基板処理システムにおいて、基板を加熱する加熱処理室をさらに備え、前記加熱処理室は、前記Ｒｕ膜の成膜後であって前記Ｒｕ膜への窒素のＧＣＩＢの照射前に、前記基板を加熱することを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項１０記載のメモリ製造方法は、基板上にＲｕ膜を成膜するＲｕ膜成膜ステップと、前記Ｒｕ膜を平坦化する平坦化ステップとを有し、前記平坦化ステップでは、前記成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載のメモリ製造方法は、請求項１０記載のメモリ製造方法において、前記Ｒｕ膜上にＭＴＪ素子を形成するＭＴＪ素子形成ステップをさらに有し、前記ＭＴＪ素子形成ステップの実行前に前記平坦化ステップを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、メモリの構成膜として成膜されたＲｕ膜へ窒素のＧＣＩＢが照射されるので、当該Ｒｕ膜を平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１における平坦化処理モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２におけるＧＣＩＢ照射装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】アルゴンガスクラスターが貴金属膜に衝突したときの様子を説明するための図である。
【図５】窒素ガスクラスターが貴金属膜に衝突したときの様子を説明するための図である。
【図６】加速電圧を変更した場合におけるＧＣＩＢ照射後のＲｕ膜の平坦度を示すグラフである。
【図７】イオン化電圧を変更した場合におけるＧＣＩＢ照射後のＲｕ膜の平坦度を示すグラフである。
【図８】本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭの構成を概略的に示す断面図である。
【図９】本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理のフローチャートである。
【図１０】本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理の工程図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【図１２】本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理のフローチャートである。
【図１３】ＭＲＡＭの一般的な構成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】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【００２６】
図１において、基板処理システム１０は、ウエハＷに成膜処理を施す複数の成膜処理モジュール１１（成膜処理室）を有する成膜装置１２と、成膜処理が施されたウエハＷへ平坦化処理を施す平坦化処理モジュール１３（ＧＣＩＢ照射装置）とを備える。成膜装置１２及び平坦化処理モジュール１３は、大気雰囲気のクリーンルーム内において互いに離間して配置される。
【００２７】
成膜装置１２は、複数の成膜処理モジュール１１の他に、複数のウエハＷ（図中破線で示す）を収容する容器、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）１４からウエハＷを搬出するローダーモジュール１５と、各成膜処理モジュール１１への各ウエハＷの搬出入を行うトランスファモジュール１６と、ローダーモジュール１５及びトランスファモジュール１６の間で各ウエハＷの受け渡しを行う２つのロードロックモジュール１７とを備える。
【００２８】
ローダーモジュール１５は内部が大気開放された略直方体状の搬送室からなり、ＦＯＵＰ１４を装着可能なロードポート１８を有し、該ロードポート１８に装着されたＦＯＵＰ１４への各ウエハＷの搬出入を行う搬送アーム１９（図中破線で示す）を搬送室の内部に有する。
【００２９】
トランスファモジュール１６の周りには複数の成膜処理モジュール１１が放射状に配置されて接続され、該トランスファモジュール１６は内部が減圧された搬送室を有し、搬送室の内部に配置された搬送アーム２０（図中破線で示す）によって各成膜処理モジュール１１、平坦化処理モジュール１３及び各ロードロックモジュール１７の間の各ウエハＷの搬送を行う。
【００３０】
ロードロックモジュール１７は内部を大気圧環境及び減圧環境に切替可能な待機室からなり、ローダーモジュール１５の搬送アーム２０及びトランスファモジュール１６の搬送アーム２０がロードロックモジュール１７を介して各ウエハＷの受け渡しを行う。
【００３１】
各成膜処理モジュール１１は内部が減圧された処理室を有し、ウエハＷを枚葉で収容して処理室内で発生させたプラズマのスパッタにより、当該ウエハＷへ成膜処理を施す。
【００３２】
基板処理システム１０は制御部２６を備え、該制御部２６は、例えば、所望のレシピを実現するプログラムに従って基板処理システム１０の各構成要素の動作を制御して各ウエハＷに所望のレシピに対応する処理を施す。なお、図１では、制御部２６はローダーモジュール１５及び平坦化処理モジュール１３へ接続されているが、制御部２６は基板処理システム１０におけるいずれかの構成要素に接続されてもよく、また、いずれかの構成要素が制御部２６を有していてもよく、さらに、制御部２６は、基板処理システム１０とは異なる場所に設置された外部サーバとして構成されてもよい。
【００３３】
図２は、図１における平坦化処理モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【００３４】
図２において、成膜装置１２と離間して配置された平坦化処理モジュール１３は、ウエハＷを収容する処理室２１と、該処理室２１内の下方に配置された載置台２２と、該載置台２２の上面に載置されてウエハＷを静電吸着する静電チャック２３と、該静電チャック２３を静電吸着されたウエハＷと共に載置台２２から離間させるアーム部２４と、処理室２１の側壁部に配置されて窒素のＧＣＩＢを略水平に照射するＧＣＩＢ照射装置２５とを有する。
【００３５】
平坦化処理モジュール１３では、アーム部２４が、静電吸着されたウエハＷがＧＣＩＢ照射装置２５に対向するように静電チャック２３を載置台２２から離間させ、ＧＣＩＢ照射装置２５は対向するウエハＷに向けて窒素のＧＣＩＢを照射する。
【００３６】
静電チャック２３は冷媒流路及びヒータ（ともに図示しない）を内蔵し、静電吸着されたウエハＷを冷却する一方、当該ウエハＷを加熱することもできる。
【００３７】
図３は、図２におけるＧＣＩＢ照射装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００３８】
図３において、ＧＣＩＢ照射装置２５は、略水平に配置され、且つ内部が減圧された筒状の本体２９と、該本体２９の一端に配置されるノズル３０と、板状のスキマー３１と、イオナイザー３２と、加速器３３と、永久磁石３４と、アパーチャー板３５とを有する。
【００３９】
ノズル３０は本体２９の中心軸に沿って配置され、該中心軸に沿って、例えば、窒素ガスを噴出する。スキマー３１は本体２９内の横断面を覆うように配置され、中心部が本体２９の中心軸に沿ってノズル３０へ向けて突出し、該突出した部分の頂部に細穴３６を有する。アパーチャー板３５も本体２９内の横断面を覆うように配置され、本体２９の中心軸に対応する部分にアパーチャー穴３７を有し、本体２９の他端も本体２９の中心軸に対応する部分にアパーチャー穴３８を有する。
【００４０】
イオナイザー３２、加速器３３及び永久磁石３４はいずれも本体２９の中心軸を囲むように配置され、イオナイザー３２は内蔵するフィラメントを加熱することによって電子を本体２９の中心軸へ向けて放出し、加速器３３は本体２９の中心軸に沿って電位差を生じさせ、永久磁石３４は本体２９の中心軸近傍で磁界を生じさせる。なお、フィラメントを加熱するためにイオナイザー３２へ印加される電圧を以下「イオン化電圧」と称し、電位差を生じさせるために加速器３３へ印加される電圧を、以下「加速電圧」と称する。
【００４１】
ＧＣＩＢ照射装置２５では、本体２９の一端側（図中左側）から他端側（図中右側）へかけて、ノズル３０、スキマー３１、イオナイザー３２、加速器３３、アパーチャー板３５及び永久磁石３４がこの順で配置される。
【００４２】
ノズル３０が減圧された本体２９の内部へ向けて窒素ガスを噴出すると、窒素ガスの体積が急激に大きくなり、窒素ガスは急激な断熱膨張を起こして窒素分子が急冷される。各窒素分子は急冷されると、運動エネルギーが低下して各窒素分子間に作用する分子間力（ファンデルワールス力）によって互いに密着し、これにより、多数の窒素分子からなる複数の窒素ガスクラスター３９が形成される。
【００４３】
スキマー３１は細穴３６によって複数の窒素ガスクラスター３９のうち本体２９の中心軸に沿って移動する窒素ガスクラスター３９のみを選別し、イオナイザー３２は本体２９の中心軸に沿って移動する窒素ガスクラスター３９へ電子を衝突させることによって当該窒素ガスクラスター３９をイオン化し、加速器３３はイオン化された窒素ガスクラスター３９を電位差によって本体２９の他端側へ加速し、アパーチャー板３５はアパーチャー穴３７により、加速された窒素ガスクラスター３９のうち本体２９の中心軸に沿って移動する窒素ガスクラスター３９のみを選別し、永久磁石３４は磁界によって比較的小さい窒素ガスクラスター３９（イオン化された窒素分子のモノマーを含む）の進路を変更する。永久磁石３４では、比較的大きい窒素ガスクラスター３９も磁界の影響を受けるが、質量が大きいため、磁力によって進路が変更されず、本体２９の中心軸に沿って移動を継続する。
【００４４】
永久磁石３４を通過した比較的大きい窒素ガスクラスター３９は本体２９の他端のアパーチャー穴３８を通過し、窒素のＧＣＩＢとして本体２９の外へ射出され、ウエハＷへ向けて照射される。
【００４５】
ところで、本発明者は本発明に先立って、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によって表面が研磨された難エッチング性の貴金属膜、例えば、Ｔａ膜、Ｒｕ膜及びＰｔＭｎ膜へアルゴンのＧＣＩＢ及び窒素のＧＣＩＢを照射したところ、アルゴンのＧＣＩＢを照射した場合ではＴａ膜、Ｒｕ膜及びＰｔＭｎ膜の全てにおいて平坦度が悪化する一方、窒素のＧＣＩＢを照射した場合ではＴａ膜、Ｒｕ膜及びＰｔＭｎ膜の全てにおいて平坦度が向上することを確認した。
【００４６】
例えば、ＣＭＰによって研磨されたＴａ膜の平坦度がＲａ＝１．１１ｎｍであったところ、アルゴンのＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝１．１２８ｎｍと悪化する一方、窒素のＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝０．２３ｎｍへ向上しているのを確認した。
【００４７】
また、ＣＭＰによって研磨されたＲｕ膜の平坦度がＲａ＝０．４６ｎｍであったところ、アルゴンのＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝０．８７６ｎｍと悪化する一方、窒素のＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝０．１３ｎｍへ向上しているのを確認した。
【００４８】
さらに、ＣＭＰによって研磨されたＰｔＭｎ膜の平坦度がＲａ＝０．５９ｎｍであったところ、アルゴンのＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝１．３６８ｎｍと悪化する一方、窒素のＧＣＩＢを照射した場合には同平坦度がＲａ＝０．３０ｎｍへ向上しているのを確認した。
【００４９】
以上の確認結果から、本発明者は、難エッチング性の貴金属膜であっても窒素のＧＣＩＢを照射することによって当該貴金属膜の平坦度を向上させることができるという知見を得た。
【００５０】
以上の知見に基づいて、本発明者は、アルゴンのＧＣＩＢでは難エッチング性の貴金属膜の平坦度が悪化するが、窒素のＧＣＩＢでは難エッチング性の貴金属膜の平坦度が向上する理由を以下のように推察した。
【００５１】
通常、ＧＣＩＢは、当該ＧＣＩＢ中のガスクラスターが金属膜等に衝突したときに当該金属膜の表面に沿ってガスクラスターから分子を飛散させて該表面から突出する凸部を積極的にスパッタするラテラルスパッタ効果を有することが知られているが、アルゴン分子は比較的強いファンデルワールス力を有し、アルゴンガスクラスター４０において各アルゴン分子は互いに強く密着するため、図４に示すように、アルゴンガスクラスター４０が貴金属膜４１に衝突したときに、アルゴン分子は貴金属膜４１の表面に沿って飛散しにくく、寧ろ、貴金属膜４１の表面にアルゴンガスクラスター４０がそのまま打ち込まれる。その結果、貴金属膜４１がアルゴンガスクラスター４０によるスパッタによって荒らされ、さらに、飛散した貴金属の原子４２が貴金属膜の表面に再付着し、これにより、貴金属４１の平坦度が悪化する。
【００５２】
一方、窒素分子のファンデルワールス力はアルゴン分子のファンデルワールス力よりも弱く、窒素ガスクラスター３９において各窒素分子はさほど強く密着しないため、図５に示すように、窒素ガスクラスター３９が貴金属膜４１に衝突したときに、窒素分子４３が貴金属膜４１の表面に沿って飛散し易く、飛散した窒素分子４３が貴金属膜４１の表面から突出する凸部を積極的にスパッタする。
【００５３】
すなわち、本発明者は、窒素のＧＣＩＢによって貴金属膜の平坦度が向上する理由はファンデルワールス力の弱い窒素分子で構成される窒素のＧＣＩＢが強度のラテラルスパッタ効果を有するためであると推察した。
【００５４】
さらに、本発明者は、窒素のＧＣＩＢを生成する際のイオン化電圧や加速電圧のＲｕ膜の平坦度に対する影響についても確認した。
【００５５】
まず、窒素のＧＣＩＢを初期値の平坦度（ＣＭＰによって研磨された際の平坦度）がＲａ＝０．４６ｎｍのＲｕ膜に照射する場合において、ＧＣＩＢ照射装置２５の加速器３３に印加される加速電圧を５ｋＶ、１０ｋＶ及び２０ｋＶに設定したときの照射後の平坦度を測定し、該測定された平坦度を図６のグラフに実施例として「●」で示し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２５のイオナイザー３２に印加されるイオン化電圧を５０Ｖ、１００Ｖ及び１７０Ｖに設定したときの照射後の平坦度を測定し、該測定された平坦度を図７のグラフに実施例として「●」で示した。
【００５６】
また、アルゴンのＧＣＩＢを初期値の平坦度がＲａ＝０．４６ｎｍのＲｕ膜に照射する場合において、加速器３３に印加される加速電圧を５ｋＶ、１０ｋＶ及び２０ｋＶに設定したときの照射後の平坦度を測定し、該測定された平坦度を図６のグラフに比較例として「■」で示し、さらに、イオナイザー３２に印加されるイオン化電圧を５０Ｖ、１００Ｖ及び１７０Ｖに設定したときの照射後の平坦度を測定し、該測定された平坦度を図７のグラフに比較例として「■」で示した。
【００５７】
図６及び図７のグラフより、アルゴンのＧＣＩＢをＲｕ膜に照射する場合は、いずれの加速電圧、イオン化電圧であっても、照射後の平坦度が初期値の平坦度よりも悪化する一方、窒素のＧＣＩＢをＲｕ膜に照射する場合は、イオン化電圧が５０Ｖのときのみを除き、いずれの加速電圧、イオン化電圧であっても、照射後の平坦度が初期値の平坦度よりも向上することが確認された。
【００５８】
また、図６のグラフより、窒素のＧＣＩＢをＲｕ膜に照射する場合、加速電圧を小さくするほど照射後の平坦度が向上することが確認された。
【００５９】
これは、加速電圧を大きくすると、窒素ガスクラスター３９を必要以上に加速し、窒素ガスクラスター３９から窒素分子がＲｕ膜の表面に沿って飛散する前に、当該窒素ガスクラスター３９がＲｕ膜に衝突してＲｕ膜をスパッタする一方、加速電圧を小さくすると、窒素ガスクラスター３９が必要以上に加速されず、窒素ガスクラスター３９がＲｕ膜に衝突する前に当該窒素ガスクラスター３９から窒素分子４３がＲｕ膜の表面に沿って飛散するためだと推察された。
【００６０】
さらに、図７のグラフより、窒素のＧＣＩＢをＲｕ膜に照射する場合、イオン化電圧を大きくするほど照射後の平坦度が向上することが確認された。
【００６１】
これは、イオン化電圧を大きくすると、窒素ガスクラスター３９中に多価の窒素イオンを多数生じさせることができ、加速電圧によって窒素ガスクラスター３９のエネルギーを容易に高めることができるため、Ｒｕ膜の表面に沿って飛散する窒素分子４３のエネルギーも高めることができ、もって、Ｒｕ膜の表面から突出する凸部を高エネルギーの窒素分子４３によってより積極的にスパッタすることができるためだと推察された。
【００６２】
以上より、イオン化電圧を少なくとも１００Ｖ以上、若しくは、加速電圧を少なくとも２０ｋＶ以下に設定すれば、窒素ガスクラスター３９のＲｕ膜への照射後の平坦度が初期値の平坦度よりも向上することが分かった。
【００６３】
本実施の形態では、上記知見に基づき、メモリ、例えば、ＭＲＡＭの製造過程において、ＭＴＪ素子の形成前に成膜されたＲｕ膜へ窒素ガスクラスター３９からなる窒素のＧＣＩＢを照射してＲｕ膜を平坦化する。
【００６４】
図８は、本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭの構成を概略的に示す断面図である。ＭＲＡＭはウエハＷの表面に多数形成されるが、図８は複数の金属膜の積層構造へ不必要な部分を削除する加工処理、例えば、プラズマエッチングを施して得られた１つのＭＲＡＭを示す。なお、後述する図１０も不必要な部分が削除された状態で示される。
【００６５】
ＭＲＡＭはＭＴＪ素子を有する電子デバイスであり、ＭＴＪ素子は、通常、酸化膜が、（磁化方向が固定された）固定層である強磁性体層及び（磁化方向が自由である）自由層である強磁性体層で挟まれた構造を呈し、酸化膜は、通常、ＡｌＯｘやＭｇＯからなり、強磁性体層はＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金やＣｏＦｅＢ合金等でからなる。
【００６６】
図８において、ＭＲＡＭ４４（ＭＲＡＭ素子）は、ウエハＷのシリコン基部４５上に形成されたＳｉＯ２膜４６に埋設されたＣｕ膜４７と、該Ｃｕ膜４７上に成膜されたＴａ膜４８と、該Ｔａ膜４８上に成膜されたＲｕ膜４９と、該Ｒｕ膜４９上に成膜されたＴａ膜５０と、該Ｔａ膜５０上に形成されたＭＴＪ素子５１と、該ＭＴＪ素子５１上に成膜されたＴａ膜５２と、該Ｔａ膜５２上に成膜されたＲｕ膜５３とを有し、ＭＴＪ素子５１は、ＭｇＯ薄膜５４と、該ＭｇＯ薄膜５４を挟んで対向する２つのＣｏＦｅＢ薄膜５５、５６とからなる。Ｃｕ膜４７〜Ｔａ膜５０は下部電極を構成し、Ｔａ膜５２及びＲｕ膜５３は上部電極を構成する。
【００６７】
Ｃｕ膜４７は、ＳｉＯ２膜４６にプラズマエッチング等によって溝が形成された後、該溝へめっき等によってＣｕを埋め込み、ＣＭＰによって該埋め込まれたＣｕの表面が研磨されることで成膜される。Ｔａ膜４８〜Ｔａ膜５０及びＴａ膜５２〜ＣｏＦｅＢ薄膜５６の各々は各成膜処理モジュール１１においてプラズマのスパッタによって成膜される。
【００６８】
ＭＲＡＭ４４では、ＭＴＪ素子５１の特性を維持するために、ＭｇＯ薄膜５４が平坦化され、ＭｇＯ薄膜５４は膜厚が一定、例えば、約１ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００６９】
一方、ＭＲＡＭ４４の製造過程では、上述したように、Ｔａ膜４８〜Ｔａ膜５０及びＴａ膜５２〜ＣｏＦｅＢ薄膜５６がプラズマのスパッタによって成膜されるため、成膜直後では各膜がアモルファス状態であるが、その後、例えば、Ｒｕ膜４９においてトータルエネルギーを削減するために多結晶成長が進行し、体積収縮及び変形が生じてＲｕ膜４９の表面に凹凸が生じる。
【００７０】
このとき、多結晶成長の進行によって生じたＲｕ膜４９の表面の凹凸を除去することなく、Ｔａ膜５０を成膜すると、該Ｔａ膜５０はＲｕ膜４９の表面の凹凸を伝播し、ＭＴＪ素子５１の各薄膜５４〜５６も平坦化されない。
【００７１】
したがって、本実施の形態では、Ｒｕ膜４９の表面に多結晶成長の進行によって凹凸が生じた後であって、Ｔａ膜５０が成膜される前に、窒素のＧＣＩＢをＲｕ膜４９へ照射する。この場合、Ｒｕ膜４９の凹凸が、窒素のＧＣＩＢが有する強度のラテラルスパッタ効果によって除去されてＲｕ膜４９の表面が平坦化される。
【００７２】
図９は、本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理のフローチャートである。本製造処理は、所定のプログラムに従って制御部２６が基板処理システム１０の各構成要素の動作を制御することによって実行される。
【００７３】
図９において、まず、ウエハＷを成膜装置１２の成膜処理モジュール１１へ搬入してＳｉＯ２膜４６に埋設されたＣｕ膜４７を成膜し、さらに、他の成膜処理モジュール１１への搬出入を繰り返してＴａ膜４８及びＲｕ膜４９を成膜する（ステップＳ９０１）（Ｒｕ膜成膜ステップ）。
【００７４】
次いで、ウエハＷを成膜装置１２から搬出し、クリーンルーム内において当該ウエハＷを搬送して平坦化処理モジュール１３へ搬入する（ステップＳ９０２）。
【００７５】
次いで、平坦化処理モジュール１３において、ウエハＷを静電チャック２３へ静電吸着させ、該静電吸着されたウエハＷを、例えば、常温以下に冷却し、アーム部２４によって静電チャック２３に静電吸着されたウエハＷをＧＣＩＢ照射装置２５に対向させ、該ＧＣＩＢ照射装置２５からウエハＷのＲｕ膜４９へ向けて窒素のＧＣＩＢを照射する。
【００７６】
このとき、Ｒｕ膜４９の表面には、図１０（Ａ）に示すように、多結晶成長によって凹凸が発生しているが、窒素のＧＣＩＢが当該Ｒｕ膜４９へ照射されると、窒素ガスクラスター３９からＲｕ膜４９の表面に沿って飛散する窒素分子４３によってＲｕ膜４９の表面から突出する凸部が積極的にスパッタされて除去され（図１０（Ｂ））、図１０（Ｃ）に示すように、Ｒｕ膜４９が平坦化される（ステップＳ９０３）（平坦化ステップ）。
【００７７】
また、Ｒｕ膜４９へＧＣＩＢ照射装置２５から窒素のＧＣＩＢを照射する際、アーム部２４は静電チャック２３を図２中の上下方向や奥行き方向に移動させてウエハＷの全面を窒素のＧＣＩＢによって走査させる。なお、窒素のＧＣＩＢによるＲｕ膜４９の平坦化を促進するために、窒素のＧＣＩＢに対してウエハＷを正対させず、該ウエハＷを窒素のＧＣＩＢに対して傾斜させてもよい。
【００７８】
次いで、ウエハＷを平坦化処理モジュール１３から搬出し、クリーンルーム内において当該ウエハＷを搬送して成膜装置１２へ搬入し（ステップＳ９０４）、成膜処理モジュール１１において平坦化されたＲｕ膜４９上にＴａ膜５０を成膜して下部電極を形成する（ステップＳ９０５）。
【００７９】
次いで、各成膜処理モジュール１１においてＣｏＦｅＢ薄膜５５、ＭｇＯ薄膜５４及びＣｏＦｅＢ薄膜５６を順に成膜してＭＴＪ素子５１を形成し（ステップＳ９０６）、さらに、各成膜処理モジュール１１においてＴａ膜５２及びＲｕ膜５３を順に成膜して、図１０（Ｄ）に示すように、上部電極を形成し（ステップＳ９０７）、本処理を終了する。
【００８０】
図９のＭＲＡＭ製造処理によれば、ＭＲＡＭの構成膜として成膜されたＲｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢが照射される。窒素分子４３のファンデルワールス力は比較的小さいため、窒素のＧＣＩＢがＲｕ膜４９へ照射される際、窒素ガスのクラスターからＲｕ膜４９の表面に沿って窒素分子４３が飛散しやすく、該飛散した窒素分子４３がＲｕ膜４９の表面から突出する凸部を積極的にスパッタする。これにより、Ｒｕ膜４９を平坦化することができる。
【００８１】
また、図９のＭＲＡＭ製造処理では、ＭＴＪ素子５１の形成前にＲｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢが照射されて平坦化、例えば、上述したように、平坦度がＲａ＝０．１３ｎｍ程度まで向上するため、Ｒｕ膜４９の表面の凹凸の影響を受けてＭＴＪ素子５１のＭｇＯ薄膜５４の平坦度が悪化するのを防止することができ、もって、ＭＴＪ素子５１のＭＲ比の低下を防止することができる。
【００８２】
さらに、図９のＭＲＡＭ製造処理では、成膜処理モジュール１１がウエハＷ上にＲｕ膜４９を成膜した後、ウエハＷを成膜装置１２から搬出し、大気雰囲気であるクリーンルーム内においてウエハＷを搬送して平坦化処理モジュール１３へ搬入するので、平坦化処理モジュール１３においてウエハＷ上のＲｕ膜４９への窒素のＧＣＩＢを照射する際に、成膜処理モジュール１１において他のウエハＷ上にＲｕ膜４９を成膜することができ、もって、スループットを向上させることができる。また、Ｒｕ膜４９は大気雰囲気において酸化しないため、ウエハＷの成膜装置１２から平坦化処理モジュール１３への搬送中にＲｕ膜４９の酸化の防止を考慮する必要が無く、基板処理システム１０の構成を簡素化することができる。
【００８３】
ところで、スパッタによって成膜されたＲｕ膜４９はアモルファス状態から多結晶成長が進行して表面に凹凸が生じるが、多結晶成長は比較的ゆっくりと進行するため、多結晶が完全に成長しきらないうちに、Ｒｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢを照射すると、Ｒｕ膜４９では平坦化された後にも多結晶成長が進行し、平坦化された表面に凹凸が再度生じる可能性がある。
【００８４】
これに対して、図９のＭＲＡＭ製造処理では、Ｒｕ膜４９が成膜された後、ウエハＷが成膜装置１２から搬出され、大気雰囲気であるクリーンルーム内においてウエハＷが搬送されて平坦化処理モジュール１３へ搬入されるため、直ちにＲｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢを照射することない。すなわち、ウエハＷの搬送及び搬入によってＲｕ膜４９の多結晶成長の進行時間を稼ぐことができ、平坦化処理モジュール１３において窒素のＧＣＩＢを照射するまでにＲｕ膜４９の多結晶化を飽和させることが期待でき、平坦化されたＲｕ膜４９の表面に再度凹凸が生じるのを防止することが期待できる。
【００８５】
さらに、図９のＭＲＡＭ製造処理では、プラズマ中の陽イオンによってスパッタすることがないため、却ってＲｕ膜４９の平坦度を悪化させるおそれがなく、また、ハロゲンガスを用いないため、平坦化を行った後にハロゲン除去のための洗浄を行う必要を無くすことができる。
【００８６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る平坦化方法及び基板処理システムについて説明する。
【００８７】
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、基板処理システムがアニールモジュールをさらに備える点で上述した第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
【００８８】
図１１は、本実施の形態に係る基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【００８９】
図１１において、基板処理システム５７は、基板処理システム１０と異なり、成膜装置１２と類似の構成を有する成膜装置５８が、成膜処理モジュール１１に加えてアニールモジュール５９（加熱処理室）をさらに備える。アニールモジュール５９はランプヒータ（図示しない）等を内蔵し、収容したウエハＷを加熱する。
【００９０】
ところで、上述したように、Ｒｕ膜４９の多結晶が完全に成長しきらないうちに、Ｒｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢを照射すると、Ｒｕ膜４９では平坦化された後にも多結晶成長が進行し、平坦化された表面に凹凸が生じる可能性がある。
【００９１】
本実施の形態では、これに対応して、Ｒｕ膜４９を積極的に加熱することによって多結晶成長を促進し、窒素のＧＣＩＢの照射による平坦化前にＲｕ膜４９の多結晶化を飽和させる。
【００９２】
図１２は、本実施の形態に係る平坦化方法が適用されるＭＲＡＭ製造処理のフローチャートである。本処理におけるステップＳ９０１〜ステップＳ９０７は、図９のＭＲＡＭ製造処理におけるステップＳ９０１〜ステップＳ９０７と同じである。
【００９３】
図１２において、まず、ステップＳ９０１が実行された後、成膜処理モジュール１１によってＲｕ膜４９が成膜されたウエハＷを、トランスファモジュール１６を介してアニールモジュール５９へ搬入し、ウエハＷをランプヒータで加熱する。このとき、アモルファス状態であるＲｕ膜４９において多結晶成長が促進されて多結晶化が飽和する（ステップＳ１２０１）。
【００９４】
次いで、ステップＳ９０２及びステップＳ９０３を実行する。このとき、Ｒｕ膜４９の多結晶化は飽和しているので、当該Ｒｕ膜４９では平坦化された後に多結晶成長は発生せず、平坦化された表面に凹凸が生じることがない。
【００９５】
次いで、ステップＳ９０４〜ステップＳ９０７を実行し、本方法を終了する。
【００９６】
図１２の平坦化方法によれば、Ｒｕ膜４９へ窒素のＧＣＩＢを照射する前にウエハＷを加熱するので、当該Ｒｕ膜４９の多結晶化を飽和させることができ、ＧＣＩＢの照射によってＲｕ膜４９が平坦化された後、Ｒｕ膜４９において多結晶成長が進行して当該Ｒｕ膜４９の平坦度が再度低下するのを防止することができる。
【００９７】
上述した図１１の基板処理システム５７では、アニールモジュール５９が成膜装置５８のトランスファモジュール１６に接続されたが、アニールモジュール５９の配置箇所はこれに限られず、例えば、成膜装置５８と離間し、且つ平坦化処理モジュール１３に隣接して設けられてもよい。また、Ｒｕ膜４９の多結晶化を飽和させるための加熱をアニールモジュール５９で必ず行う必要はなく、当該加熱を平坦化処理モジュール１３の静電チャック２３のヒータによって行ってもよい。
【００９８】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００９９】
本発明の平坦化方法は、上記各実施の形態においてＭＲＡＭに適用されたが、メモリがＲｕ膜を含む限り、他のメモリ、例えば、ＲｅＲＡＭ（Resistance Random Access Memory）に適用してもよい。
【０１００】
また、上記各実施の形態では、ＧＣＩＢ照射装置２５は窒素ガスクラスター３９のみからなるＧＣＩＢを照射したが、照射されるＧＣＩＢは他のガスクラスター、例えば、アルゴンガスクラスターを部分的に含んでいてもよい。但し、ＧＣＩＢのラテラルスパッタ効果を維持するため、ＧＣＩＢにおける他のガスクラスターの含有量は極力少ないことが好ましい。
【０１０１】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ、例えば、制御部２６に供給し、制御部２６のＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【０１０２】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１０３】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより制御部２６に供給されてもよい。
【０１０４】
また、制御部２６が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１０５】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、制御部２６に挿入された機能拡張ボードや制御部２６に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【０１０６】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
Ｗ  ウエハ
１０，５７  基板処理システム
１１  成膜処理モジュール
１２，５８  成膜装置
１３  平坦化処理モジュール
２５  ＧＣＩＢ照射装置
２６  制御部
３９  窒素ガスクラスター
４４  ＭＲＡＭ
４９  Ｒｕ膜
５１  ＭＴＪ素子
５９  アニールモジュール
【図１】
2016106386.tif 000003
【図２】
2016106386.tif 000004
【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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