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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023045017
(43)【公開日】2023-04-03
(54)【発明の名称】成膜装置、成膜方法及び成膜システム
(51)【国際特許分類】
C23C 16/16 20060101AFI20230327BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20230327BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20230327BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20230327BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20230327BHJP
【ＦＩ】
C23C16/16
C23C16/455
H01L21/285 C
H01L21/90 A
H01L21/302 102
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021153188
(22)【出願日】2021-09-21
(71)【出願人】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】石坂 忠大
(72)【発明者】
【氏名】諸井 政幸
(72)【発明者】
【氏名】古屋 雄一
【テーマコード（参考）】
4K030
4M104
5F004
5F033
【Ｆターム（参考）】
4K030AA12
4K030AA13
4K030AA14
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA01
4K030BB14
4K030DA03
4K030DA09
4K030EA01
4K030EA11
4K030FA10
4K030GA12
4K030HA01
4K030LA15
4M104BB04
4M104DD23
4M104DD44
4M104DD45
4M104DD78
4M104DD86
5F004AA14
5F004BC05
5F004BC06
5F004DA24
5F004DB13
5F004EA27
5F004EB01
5F033JJ07
5F033KK19
5F033PP06
5F033PP33
5F033QQ31
5F033QQ48
5F033QQ73
5F033QQ94
5F033RR04
(57)【要約】
【課題】同一の成膜装置にてルテニウムの成膜とエッチングとを実行し、ボトムアップでルテニウムを埋め込む。
【解決手段】処理容器と、ガスを供給するガス供給部と、ガスを排気するガス排気部と、を備え、凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む成膜装置であって、前記ガス供給部は、前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する第１供給ラインと、オゾンガスを含むガスを供給する第２供給ラインと、を有し、前記ガス排気部は、第１排気装置を有し、前記第１排気装置を使用して前記処理容器内からルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する第１排気ラインと、前記第１排気装置と異なる第２排気装置を有し、前記第２排気装置を使用してオゾンガスを含むガスを排気する第２排気ラインと、を有する、成膜装置が提供される。
【選択図】図５
【解決手段】処理容器と、ガスを供給するガス供給部と、ガスを排気するガス排気部と、を備え、凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む成膜装置であって、前記ガス供給部は、前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する第１供給ラインと、オゾンガスを含むガスを供給する第２供給ラインと、を有し、前記ガス排気部は、第１排気装置を有し、前記第１排気装置を使用して前記処理容器内からルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する第１排気ラインと、前記第１排気装置と異なる第２排気装置を有し、前記第２排気装置を使用してオゾンガスを含むガスを排気する第２排気ラインと、を有する、成膜装置が提供される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理容器と、ガスを供給するガス供給部と、ガスを排気するガス排気部と、を備え、凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む成膜装置であって、
前記ガス供給部は、前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する第１供給ラインと、オゾンガスを含むガスを供給する第２供給ラインと、を有し、
前記ガス排気部は、第１排気装置を有し、前記第１排気装置を使用して前記処理容器内からルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する第１排気ラインと、前記第１排気装置と異なる第２排気装置を有し、前記第２排気装置を使用してオゾンガスを含むガスを排気する第２排気ラインと、を有する、成膜装置。
前記ガス供給部は、前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する第１供給ラインと、オゾンガスを含むガスを供給する第２供給ラインと、を有し、
前記ガス排気部は、第１排気装置を有し、前記第１排気装置を使用して前記処理容器内からルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する第１排気ラインと、前記第１排気装置と異なる第２排気装置を有し、前記第２排気装置を使用してオゾンガスを含むガスを排気する第２排気ラインと、を有する、成膜装置。
【請求項2】
前記第２排気ラインは、前記処理容器を介さずに前記第２供給ラインと前記第２排気装置とを接続し、オゾンガスを含むガスを排気するバイパス排気ラインを有する、
請求項１に記載の成膜装置。
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項3】
前記第２排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置とを接続し、前記処理容器内からオゾンガスを含むガスを排気する第２メイン排気ラインを有する、
請求項２に記載の成膜装置。
請求項２に記載の成膜装置。
【請求項4】
前記第２メイン排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置との間に圧力調整部及び真空排気装置を有する、
請求項３に記載の成膜装置。
請求項３に記載の成膜装置。
【請求項5】
前記第２排気ラインは、前記第２メイン排気ラインと別ラインであって前記処理容器と前記第２排気装置とを接続し、前記処理容器からオゾンガスを含むガスを排気する第２サブ排気ラインを有する、
請求項３又は４に記載の成膜装置。
請求項３又は４に記載の成膜装置。
【請求項6】
前記第２サブ排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置との間に圧力調整部を有し、真空排気装置を有さない、
請求項５に記載の成膜装置。
請求項５に記載の成膜装置。
【請求項7】
前記第１排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置とを接続する第１メイン排気ラインと、前記第１メイン排気ラインと別ラインであって前記処理容器と前記第１排気装置とを接続する第１サブ排気ラインと、を有し、
前記第１供給ラインが前記処理容器内に水素含有ガスを供給する間、前記第１サブ排気ラインは、前記処理容器から水素含有ガスを排気する、
請求項１～６のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記第１供給ラインが前記処理容器内に水素含有ガスを供給する間、前記第１サブ排気ラインは、前記処理容器から水素含有ガスを排気する、
請求項１～６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項8】
前記第１メイン排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部と真空排気装置とを有し、
前記第１サブ排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部を有し、真空排気装置を有さない、
請求項７に記載の成膜装置。
前記第１サブ排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部を有し、真空排気装置を有さない、
請求項７に記載の成膜装置。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか一項に記載の成膜装置が実行し、凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む成膜方法であって、
（ａ）前記基板を処理容器内に準備する工程と、
（ｂ）第１供給ラインから前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給し、ルテニウム層を成膜し、第１排気ラインから前記処理容器内のルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する工程と、
（ｃ）第２供給ラインから前記処理容器内にオゾンガスを含むガスを供給し、前記ルテニウム層をエッチングし、前記第１排気ラインと異なる第２排気ラインから前記処理容器内のオゾンガスを含むガスを排気する工程と、
（ｄ）前記第１供給ラインから前記処理容器内に水素含有ガスを供給し、前記ルテニウム層を改質し、前記第１排気ラインから前記処理容器内の水素含有ガスを排気する工程と、
を含む成膜方法。
（ａ）前記基板を処理容器内に準備する工程と、
（ｂ）第１供給ラインから前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給し、ルテニウム層を成膜し、第１排気ラインから前記処理容器内のルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する工程と、
（ｃ）第２供給ラインから前記処理容器内にオゾンガスを含むガスを供給し、前記ルテニウム層をエッチングし、前記第１排気ラインと異なる第２排気ラインから前記処理容器内のオゾンガスを含むガスを排気する工程と、
（ｄ）前記第１供給ラインから前記処理容器内に水素含有ガスを供給し、前記ルテニウム層を改質し、前記第１排気ラインから前記処理容器内の水素含有ガスを排気する工程と、
を含む成膜方法。
【請求項10】
前記第２排気ラインは、前記処理容器を介さずに前記第２供給ラインと前記第２排気装置とを接続するバイパス排気ラインを有し、
前記（ｂ）の間、第２供給ラインからオゾンガスを含むガスを供給し、前記処理容器を介さずに前記バイパス排気ラインから排気する、
請求項９に記載の成膜方法。
前記（ｂ）の間、第２供給ラインからオゾンガスを含むガスを供給し、前記処理容器を介さずに前記バイパス排気ラインから排気する、
請求項９に記載の成膜方法。
【請求項11】
前記第２排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置とを接続する第２メイン排気ラインを有し、前記第２メイン排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置との間に圧力調整部及び真空排気装置を有し、
前記（ｃ）の間、前記バイパス排気ラインから前記第２メイン排気ラインに切り替えて前記処理容器からオゾンガスを含むガスを排気する工程を含む、
請求項１０に記載の成膜方法。
前記（ｃ）の間、前記バイパス排気ラインから前記第２メイン排気ラインに切り替えて前記処理容器からオゾンガスを含むガスを排気する工程を含む、
請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項12】
前記第２排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置とを接続する第２サブ排気ラインを有し、前記第２サブ排気ラインは、前記処理容器と前記第２排気装置との間に圧力調整部を有し、真空排気装置を有さず、
前記（ｃ）の間、前記バイパス排気ラインから前記第２サブ排気ラインに切り替えて前記処理容器からオゾンガスを含むガスを排気する工程を含む、
請求項１０に記載の成膜方法。
前記（ｃ）の間、前記バイパス排気ラインから前記第２サブ排気ラインに切り替えて前記処理容器からオゾンガスを含むガスを排気する工程を含む、
請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項13】
前記第１排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置とを接続する第１メイン排気ラインと、前記第１メイン排気ラインと別ラインであって前記処理容器と前記第１排気装置とを接続する第１サブ排気ラインと、を有し、
前記第１メイン排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部と真空排気装置とを有し、
前記第１サブ排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部を有し、真空排気装置を有さず、
所定の条件を満たす場合、前記第１メイン排気ラインと前記第１サブ排気ラインとを切り替えて、前記ルテニウムの原料ガスを含むガス又は前記水素含有ガスを排気する、
請求項９～１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
前記第１メイン排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部と真空排気装置とを有し、
前記第１サブ排気ラインは、前記処理容器と前記第１排気装置との間に圧力調整部を有し、真空排気装置を有さず、
所定の条件を満たす場合、前記第１メイン排気ラインと前記第１サブ排気ラインとを切り替えて、前記ルテニウムの原料ガスを含むガス又は前記水素含有ガスを排気する、
請求項９～１２のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項14】
バイパス排気ラインから第２サブ排気ラインに切り替えてオゾンガスを含むガスを排気する場合、前記所定の条件を満たすと判断し、前記第１メイン排気ラインから前記ルテニウムの原料ガスを含むガスを排気し、前記第１サブ排気ラインから前記水素含有ガスを排気する、
請求項１３に記載の成膜方法。
請求項１３に記載の成膜方法。
【請求項15】
前記（ｂ）、前記（ｃ）、前記（ｄ）の工程を繰り返し実行する、
請求項９～１４のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項９～１４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項16】
前記（ｂ）、前記（ｃ）、前記（ｄ）の工程を同一の前記成膜装置内で実行する、
請求項９～１５のいずれか一項に記載の成膜方法。
請求項９～１５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項17】
請求項１～８のいずれか一項に記載の成膜装置を少なくとも一つ以上有し、前記成膜装置を使用して凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む処理を含む処理を実行する成膜システム。
【請求項18】
前記成膜システムは、前記基板上の酸化物を除去する処理を実行するプリクリーン装置を有し、前記プリクリーン装置を使用して前記ルテニウムを埋め込む処理前の前記基板上の金属酸化物を除去する、
請求項１７に記載の成膜システム。
請求項１７に記載の成膜システム。
【請求項19】
前記成膜システムは、前記成膜装置を使用して前記ルテニウムを埋め込む処理を行った後の前記基板の凹部に埋め込まれたルテニウムの上に更にルテニウム層を積層する、
請求項１７又は１８に記載の成膜システム。
請求項１７又は１８に記載の成膜システム。
【請求項20】
前記成膜システムは、前記基板をアニールする処理を実行するアニール装置を有し、前記アニール装置を使用して前記ルテニウムを埋め込む処理を行った後の前記基板又は更にルテニウム層を積層した後の前記基板をアニールする、
請求項１９に記載の成膜システム。
請求項１９に記載の成膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、成膜装置、成膜方法及び成膜システムに関する。
【背景技術】
【0002】
基板に形成されるトランジスタ間をつなぐ配線、コンタクト等の微細形状における材料として低抵抗のルテニウム（Ｒｕ）が注目されている。例えば、特許文献１、２は、基板に形成された凹部に対してルテニウムを埋め込む技術を提案する。低抵抗な配線、コンタクトを実現するためには、抵抗を上昇させるボイドを発生させずに凹部にルテニウムを埋め込むことが重要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１４７９４９号公報
【特許文献2】特開２０２０－４７８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、同一の成膜装置にてルテニウムの成膜とエッチングとを実行し、ボトムアップでルテニウムを埋め込むことができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一の態様によれば、処理容器と、ガスを供給するガス供給部と、ガスを排気するガス排気部と、を備え、凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む成膜装置であって、前記ガス供給部は、前記処理容器内にルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する第１供給ラインと、オゾンガスを含むガスを供給する第２供給ラインと、を有し、前記ガス排気部は、第１排気装置を有し、前記第１排気装置を使用して前記処理容器内からルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する第１排気ラインと、前記第１排気装置と異なる第２排気装置を有し、前記第２排気装置を使用してオゾンガスを含むガスを排気する第２排気ラインと、を有する、成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【0006】
一の側面によれば、同一の成膜装置にてルテニウムの成膜とエッチングとを実行し、ボトムアップでルテニウムを埋め込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態に係る成膜システムの一例を示す概略平面図。
【図2】実施形態に係る成膜装置の一例を示す断面模式図。
【図3】実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャート。
【図5】第１実施形態に係る成膜装置の構成及び動作を示す図。
【図7】第２実施形態に係る成膜装置の構成及び動作を示す図。
【図8】第３実施形態に係る成膜装置の構成及び動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0009】
［成膜システム］
まず、実施形態に係る成膜システム１の構成及び動作について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜システムの一例を示す概略平面図である。成膜システム１は、基板に形成された凹部にルテニウムを埋め込む処理を含む処理を実行する。
まず、実施形態に係る成膜システム１の構成及び動作について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜システムの一例を示す概略平面図である。成膜システム１は、基板に形成された凹部にルテニウムを埋め込む処理を含む処理を実行する。
【0010】
成膜システム１は、大気搬送室１１とロードロック室１２と第１の基板搬送室１３と第２の基板搬送室１４と処理室ＰＭとを有する。図１では、処理室ＰＭは、複数のプリクリーン装置２１、２２と、複数の成膜装置２３～２７と、アニール装置２８とから構成される。ただし、基板にアニール処理を行わない場合には、処理室ＰＭは、複数のプリクリーン装置と、複数の成膜装置とから構成されてもよい。成膜装置には、基板に形成された凹部にルテニウムを埋め込むルテニウム埋め込み用の成膜装置と、埋め込んだルテニウム上に更にルテニウムを積層させ、フラットなルテニウム層を形成するルテニウム積層用の成膜装置とを含んでよい。
【0011】
プリクリーン装置、成膜装置及びアニール装置の個数及び配置は、図１に示す例に限られず、全体のスループットを向上させるように各装置の個数及び配置を設定することができる。例えば、ルテニウムの埋め込み処理に時間がかかり、かつアニール工程が不要な場合、２つのプリクリーン装置、５つのルテニウム埋め込み用の成膜装置、１つのルテニウム積層用の成膜装置を準備し、８つの処理室ＰＭの適切な位置に配置してもよい。ルテニウム積層用の成膜後にアニール工程が必要な場合、２つのプリクリーン装置、３つのルテニウム埋め込み用の成膜装置、１つのルテニウム積層用の成膜装置、２つのアニール装置を準備し、８つの処理室ＰＭの適切な位置に配置してもよい。
【0012】
第１の基板搬送室１３及び第２の基板搬送室１４は夫々平面視四角形状に構成され、例えば２個の受け渡し部１７を介して連結されている。第１及び第２の基板搬送室１３、１４及び受け渡し部１７の内部は真空圧雰囲気に設定され、その圧力は互いに揃うように構成される。受け渡し部１７は、第１の基板搬送室１３に設けられた第１の搬送機構１３ａとの間、または第２の基板搬送室１４に設けられた第２の搬送機構１４ａとの間で基板の受け渡しを行う。第１の基板搬送室１３及び第２の基板搬送室１４は夫々搬送室用のターボ分子ポンプ（図示せず）を有し、各搬送室内を所望の圧力に制御する。
【0013】
第１の基板搬送室１３及び第２の基板搬送室１４が並ぶ方向を長さ方向とし、第１の基板搬送室１３を手前側、第２の基板搬送室１４を奥手側とする。このとき第１の基板搬送室１３の手前側には、例えば３個のロードロック室１２を介して大気圧雰囲気に設定された大気搬送室１１が接続されている。第１及び第２の基板搬送室１３、１４と受け渡し部１７との間、ロードロック室１２と第１の基板搬送室１３との間、ロードロック室１２と大気搬送室１１との間には、夫々基板の搬送口と、当該搬送口を開閉するゲートバルブが存在するが、図示は省略する。
【0014】
大気搬送室１１には、例えば４個のロードポート１５が接続され、各ロードポート１５には、複数枚の基板を収容したキャリアＣが載置される。大気搬送室１１には、大気搬送機構１１ａが設けられており、大気搬送室１１に接続されたキャリアＣと、ロードロック室１２との間で基板を搬送することができる。
【0015】
第１の基板搬送室１３の手前の２つの壁部には、プリクリーン装置２１、２２が夫々接続されている。プリクリーン装置２１、２２は、ルテニウムを埋め込む処理の前処理として金属酸化物を除去するプリクリーン処理を行う。例えば、プリクリーン装置２１、２２は、基板が有する凹部の下層である金属の酸化物を除去する。基板が有する凹部の下層がタングステン層である場合、プリクリーン装置２１、２２は、タングステンが酸化したタングステン酸化物を除去する。また、例えば、基板が有する凹部の下層がルテニウム層である場合、プリクリーン装置２１、２２は、ルテニウムが酸化したルテニウム酸化物を除去する。プリクリーン装置２１、２２は、水素ガスをプラズマ化した水素プラズマにより金属酸化物を還元し、除去する。
【0016】
第１の基板搬送室１３の奥の２つの壁部には、成膜装置２３，２４が夫々接続されている。そして、第１の基板搬送室１３内に設けられた第１の搬送機構１３ａが、これら４つの処理室ＰＭ（２１～２４）と、受け渡し部１７と、ロードロック室１２との間で基板を搬送する図１中、符号ＧＶ１はゲートバルブを指している。
【0017】
第２の基板搬送室１４の手前の２つの壁部には、成膜装置２５，２６が夫々接続されている。この例において、成膜装置２５、２６は、ルテニウム埋め込み用の成膜装置である。
【0018】
第２の基板搬送室１４の奥の２つの壁部には、成膜装置２７及びアニール装置２８が夫々接続されている。そして、第２の搬送機構１４ａが、これら４つの処理室ＰＭ（２５～２８）と受け渡し部１７の間で基板を搬送する。図１中、符号ＧＶ２、ＧＶ３は、夫々ゲートバルブを指している。成膜装置２７は、ルテニウム積層用の成膜装置である。
【0019】
この例において、成膜装置２３～２６は、ルテニウム原料としてＲｕ３（ＣＯ）１２（以下、ＤＣＲとも表記する）を含む原料ガスを用いて凹部内にボトムアップでルテニウムを埋め込む。成膜装置２７は、ＤＣＲを含む原料ガスを用いてフィールド部までルテニウムの成膜を行う。次工程の平坦化処理（ＣＭＰ）のためルテニウム層を積み増す処理である。
【0020】
アニール装置２８は、フィールド部までルテニウムを成膜した後の基板をアニールする。アニール装置２８は行わなくてもよい。アニール装置２８は、ヒータ等の加熱手段により基板を加熱可能な装置である。
【0021】
成膜システム１は、プリクリーン装置２１，２２、成膜装置２３～２７、アニール装置２８における各種の処理や、基板の搬送等、成膜システム１を構成する各部の動作を制御する制御装置１００を有する。制御装置１００は、例えば図示しないＣＰＵとメモリ（記憶部）とを有するコンピュータからなり、メモリには、成膜システム１を構成する各部の動作に必要な制御プログラムが記憶されている。制御プログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード、不揮発性メモリ等の記憶媒体に格納され、記憶媒体からコンピュータにインストールされてもよい。制御プログラムは、制御装置１００に接続されたネットワークから通信手段を用いて取得されてもよい。
【0022】
以上に一例を説明したように、成膜システム１は、ルテニウムを成膜する成膜装置を少なくとも一つ以上有し、成膜装置を使用して凹部を有する基板に対してルテニウムを埋め込む処理を実行する。この例では、成膜装置２３～２７は、同一構成を有するが、成膜装置２７は、成膜装置２３～２６の一部の構成（後述するオゾンガスの供給ライン、水素含有ガスの供給ライン、オゾンガスの排気ライン等）はなくてもよい。
【0023】
［成膜装置］
次に、成膜システム１に含まれる、実施形態に係る成膜装置の構成について図２を参照しながら説明する。ここでは一例として成膜装置２３の構成を説明し、同一構成の成膜装置２４～２７については説明を省略する。図２は、実施形態に係る成膜装置２３の一例を示す断面模式図である。なお、プリクリーン装置２１，２２及びアニール装置２８の構成についての図示は省略する。
次に、成膜システム１に含まれる、実施形態に係る成膜装置の構成について図２を参照しながら説明する。ここでは一例として成膜装置２３の構成を説明し、同一構成の成膜装置２４～２７については説明を省略する。図２は、実施形態に係る成膜装置２３の一例を示す断面模式図である。なお、プリクリーン装置２１，２２及びアニール装置２８の構成についての図示は省略する。
【0024】
成膜装置２３は処理容器１０１を備えており、処理容器１０１の側壁は、第２の基板搬送室１４に接続され、第２の基板搬送室１４との間で基板を搬入出するための搬送口１０４が形成されている。搬送口１０４は、ゲートバルブＧＶ１により開閉自在に構成されている。
【0025】
処理容器１０１内には、基板Ｗを水平に支持する載置台１０２が、支持柱１０３により下面側から支持された状態で設けられている。載置台１０２はヒータ１０５を有し、基板Ｗを予め設定した温度に加熱可能である。
【0026】
処理容器１０１の天井部には、載置台１０２に載置される基板Ｗと対向するように、シャワーヘッド１１０が配置されている。シャワーヘッド１１０は、ガス拡散空間１１２を有し、その下面にはガス吐出口１１３が分散して形成されている。
【0027】
更に成膜装置２３は、ガスを供給するガス供給部１３０と、ガスを排気するガス排気部１８０とを有する。ガス供給部１３０は、処理容器１０１に対してルテニウムの原料ガスを含むガス及び水素含有ガスを供給する第１供給ライン１３１と、オゾンガスを含むガスを供給する第２供給ライン１３２とを有する。第１供給ライン１３１は、ルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する原料ガス供給ライン１３１ａと、水素含有ガスを供給する水素ガス供給ライン１３１ｂとを含む。
【0028】
原料ガス供給ライン１３１ａは、キャリアガス用の供給管１３３及び供給管１４０、１３５を有する。キャリアガス用の供給管１３３は、ＣＯガス供給源１３４から延び、原料容器１６１に接続されている。供給管１３３の末端は原料Ｓ内に挿入されるように設けられている。供給管１３３には、ＣＯガス供給源１３４側から順にバルブ１３７ａ、マスフローコントローラ１３６、バルブ１３７ｂが設けられている。供給管１３３を介してＣＯガス供給源１３４からＣＯガスがキャリアガスとして原料容器１６１に供給される。ただし、キャリアガスとして、ＣＯガスの代わりに、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスを用いることもできる。
【0029】
原料容器１６１はルテニウムの原料Ｓを収容する。本例では、原料容器１６１内にはルテニウム膜の原料ＳとしてＤＣＲが収容されているが、ルテニウム膜の原料ＳはＤＣＲに限らず、有機系ガスであってもよい。原料容器１６１内の原料Ｓは、ヒータ１６２により加熱され、気化する。
【0030】
原料容器１６１とシャワーヘッド１１０のガス導入口１１１との間は、供給管１４０、１３５により接続されている。原料容器１６１の上端面は供給管１４０に接続され、供給管１４０はさらに供給管１３５に接続され、ガス導入口１１１に繋がる。供給管１４０には、原料容器１６１側から順にバルブ１３９ａ、流量計１３８、バルブ１３９ｂが設けられている。供給管１４０には、バルブ１３９ｃが設けられている。
【0031】
原料容器１６１にて気化したルテニウムの原料ガスは、ＣＯガスをキャリアガスとして供給管１４０、１３５内を流れ、ガス導入口１１１から処理容器１０１に供給される。流量計１３８は、原料ガスの流量を検出する。係る構成により、第１供給ライン１３１から処理容器１０１に供給された原料ガスによって、基板Ｗの表面の凹部にルテニウム膜が形成される。
【0032】
基板Ｗに形成された凹部の底部からボトムアップでルテニウムを成膜できれば、ボイドや後述するシームの発生を回避でき低抵抗なルテニウム層を形成できる。しかしながら、成膜処理の途中で凹部の側壁（側面）にもルテニウム膜（以下、ルテニウム片ともいう）が成膜される。側壁に成膜されたルテニウム片をエッチングにより取り除くと、凹部の側面にルテニウム膜がない状態になり、ボイドの発生を回避できる。そこで、成膜装置２３では、ルテニウム膜の形成（Ｄ：デポジション）及びルテニウム片の除去（Ｅ：エッチング）を繰り返し実行するＤＥＤ手法により、凹部の底部からボトムアップでルテニウムを成長させる。
【0033】
ＤＥＤ手法を使用しない場合、凹部の側壁に成膜されたルテニウム片により凹部の間口が閉塞してボイドが発生したり、コンフォーマルなルテニウム膜の成膜により凹部内に微少な隙間（シーム）が発生したりする。後述する実施形態に係る成膜方法では、ＤＥＤ手法により凹部へのボトムアップのルテニウムの埋め込み処理が可能になり、ボイドやシームを回避したルテニウムの配線、コンタクトが実現できる。
【0034】
そこで、凹部にルテニウム膜を形成後、オゾンを含むガスを第２供給ライン１３２から処理容器１０１内に供給し、オゾンガスにより凹部の側壁に成膜されたルテニウム片をエッチングし、除去する。
【0035】
第２供給ライン１３２は、供給管１７０、１７５を有する。供給管１７０は、Ｏ２ガス供給源１７４から延び、供給管１７５に接続されている。供給管１７５は、Ｏ２ガスを導入するガス導入口１１１に接続されている。供給管１７０には、Ｏ２ガス供給源１７４側から順にバルブ１７７ａ、マスフローコントローラ１７６、オゾナイザー１７３、バルブ１７７ｂが設けられている。供給管１７５にはバルブ１７７ｃが設けられている。
【0036】
Ｏ２ガス供給源１７４から供給された酸素ガスは、マスフローコントローラ１７６にて流量を制御され、オゾナイザー１７３に供給される。オゾナイザー１７３は、酸素ガスを電気エネルギーにより放電させてオゾンガスを生成し、酸素ガスに対するオゾンガスの濃度を制御し、ある濃度に制御されたオゾンガスと酸素ガスの混合ガスを出力する。オゾンガスと酸素ガスの混合ガスは、オゾンガスを含むガスの一例である。オゾンガスを含むガスは供給管１７５を通り、処理容器１０１に供給される。これにより、凹部の側壁に成膜されたルテニウム片がエッチングされ、除去される。
【0037】
第１供給ライン１３１は、供給管１３５から分岐した供給管１５５を更に有する。供給管１５５は、Ｈ２ガス供給源１５４から延び、供給管１３５に接続されている。供給管１５５には、Ｈ２ガス供給源１５４側から順にバルブ１５７ａ、マスフローコントローラ１５６、バルブ１５７ｂが設けられている。
【0038】
Ｈ２ガス供給源１５４から供給された水素（Ｈ２）ガスは、マスフローコントローラ１５６にて流量を制御される。水素ガスは、水素含有ガスの一例である。水素ガスは供給管１５５、１３５を通り、処理容器１０１に供給される。これにより、水素含有ガスによってルテニウム層が改質（還元）される。この例では、反応ガスとして還元ガスである水素ガスを用いている。また、反応ガスとしては、Ｈ２ガスプラズマ、ＮＨ３ガス、ＮＨ３プラズマ、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などを用いることができる。
【0039】
ガス排気部１８０は、第１排気ライン１８８と第２排気ライン１８９とを有する。第１排気ライン１８８と第２排気ライン１８９とは、圧力調整部（ＡＰＣ）１８１及びターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１８２を介して処理容器１０１の底壁に設けられた排気管１０８に接続されている。
【0040】
第１排気ライン１８８は、排気管を有する。第１排気ライン１８８の排気管は、ドライポンプ（ＤＰ１）１８５から延び、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１８２に接続されている。第１排気ライン１８８の排気管には、ドライポンプ（ＤＰ１）１８５側から順にバルブ１８３ｂ、トラップ装置１８４、バルブ１８３ａが設けられている。ドライポンプ（ＤＰ１）１８５は、処理容器１０１内を粗引きし、ルテニウムの原料ガスの残ガスを排気する。その際、トラップ装置１８４により原料ガスを回収する。ターボ分子ポンプ１８２は、圧力調整部１８１にて処理容器１０１内の圧力を調整しながら処理容器１０１内を真空引きする。第１排気ライン１８８は、ルテニウムの原料ガスの残ガスを排気する。また、第１排気ライン１８８は、水素含有ガスの残ガスを排気する。
【0041】
第２排気ライン１８９は、排気管１９０を有する。排気管１９０は、ドライポンプ（ＤＰ２）１８７から延び、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１８２に接続されている。排気管１９０には、バルブ１８６ａが設けられている。ドライポンプ（ＤＰ２）１８７は、処理容器１０１内を粗引きし、オゾンガスを含むガスの残ガスを排気する。ターボ分子ポンプ１８２は、圧力調整部１８１にて処理容器１０１内の圧力を調整しながら処理容器１０１内を真空引きする。第２排気ライン１８９は、オゾンガスを含むガスの残ガスを排気する。
【0042】
更に第２排気ライン１８９は、処理容器１０１を介さずに第２供給ライン１３２と第２排気ライン１８９とを繋ぐバイパス排気ライン１７９を有する。バイパス排気ライン１７９は、ルテニウムの成膜中、第２供給ライン１３２から第２排気ライン１８９へオゾンガスを含むガスを流す。バイパス排気ライン１７９にはバルブ１７８ｂが設けられている。
【0043】
なお、排気管１９０は、処理容器１０１内からオゾンガスを含むガスを排気する第２メイン排気ライン１９０の一例である。
【0044】
成膜装置２３は、成膜装置２３を構成する各部の動作を制御する制御装置１５０を有する。制御装置１５０は、例えば図示しないＣＰＵとメモリ（記憶部）とを有するコンピュータからなり、メモリには、後述する成膜方法を行うために必要な制御についてのステップ（命令）群が組まれたプロセスレシピが記憶されている。プロセスレシピは、例えばハードディスク等の記憶媒体に格納され、記憶媒体からコンピュータにインストールされてもよいし、制御装置１５０に接続されたネットワークから通信手段を用いて取得されてもよい。制御装置１５０は、制御装置１００と連携して成膜装置２３及び成膜システム１を制御してもよい。
【0045】
［成膜方法］
次に、成膜システム１にて実行される、実施形態に係る成膜方法の一例について、図１に加えて図３～図６を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図４は、図３の成膜方法における基板の凹部の断面図である。図６は、図３の成膜方法において生じる化学反応を示す図である。
次に、成膜システム１にて実行される、実施形態に係る成膜方法の一例について、図１に加えて図３～図６を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図４は、図３の成膜方法における基板の凹部の断面図である。図６は、図３の成膜方法において生じる化学反応を示す図である。
【0046】
（基板準備工程 ステップＳ１）
図３に示す成膜方法は、制御装置１００及び／又は制御装置１５０が連携等して実行する。例えば、制御装置１５０は、制御装置１００からの指令に応じてプロセスレシピに従い本処理を開始する。本処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置１００は、凹部を有する基板Ｗをプリクリーン装置２１，２２のいずれかに搬入し、準備する。
図３に示す成膜方法は、制御装置１００及び／又は制御装置１５０が連携等して実行する。例えば、制御装置１５０は、制御装置１００からの指令に応じてプロセスレシピに従い本処理を開始する。本処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置１００は、凹部を有する基板Ｗをプリクリーン装置２１，２２のいずれかに搬入し、準備する。
【0047】
図４（ａ）に示すように、搬入された基板Ｗの表面には、凹部５２を備えた絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）５１が形成されている。シリコン酸化膜５１の下層はタングステン等の金属層５０である。凹部５２の底部から金属層５０が露出し、露出した金属層５０が酸化して金属酸化膜５０ａが形成されている。
【0048】
金属酸化膜５０ａを除去するために、制御装置１００は、先ず図１に示す大気搬送機構１１ａにより、キャリアＣ内に収容された基板を取り出して、大気圧雰囲気のロードロック室１２に受け渡し、ロードロック室１２を真空圧雰囲気に調節する。次いで、制御装置１００は、第１の搬送機構１３ａにより、ロードロック室１２内の基板をプリクリーン装置２１，２２のいずれかに搬送し、次のプリクリーン処理を行う。
【0049】
（プリクリーン工程 ステップＳ３）
次に、ステップＳ３において、以下のプロセス条件に制御し、水素ガスをプラズマ化した水素プラズマにより、図４（ａ）に示した凹部５２の底部の金属酸化膜５０ａを還元し、除去する。本例では、金属酸化膜５０ａはタングステン酸化膜である。
次に、ステップＳ３において、以下のプロセス条件に制御し、水素ガスをプラズマ化した水素プラズマにより、図４（ａ）に示した凹部５２の底部の金属酸化膜５０ａを還元し、除去する。本例では、金属酸化膜５０ａはタングステン酸化膜である。
【0050】
＜プリクリーン プロセス条件＞
ガス Ｈ２
Ｈ２ガス流量 ２０００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 ５Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）
ガス Ｈ２
Ｈ２ガス流量 ２０００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 ５Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）
【0051】
（ルテニウム成膜（埋込）工程 ステップＳ５）
次に、制御装置１００は、図１に示す第１の搬送機構１３ａを介して基板を成膜装置２３，２４のいずれかに搬送するか、または、第１の搬送機構１３ａ、受け渡し部１７及び第２の搬送機構１４ａを介して基板を成膜装置２５，２６のいずれかに搬送する。
次に、制御装置１００は、図１に示す第１の搬送機構１３ａを介して基板を成膜装置２３，２４のいずれかに搬送するか、または、第１の搬送機構１３ａ、受け渡し部１７及び第２の搬送機構１４ａを介して基板を成膜装置２５，２６のいずれかに搬送する。
【0052】
成膜装置２３では、制御装置１５０は、凹部５２の底部を含む領域にルテニウム層を形成する。具体的には、制御装置１５０は、処理容器１０１内に基板を搬入して載置台１０２に載置し、当該基板をヒータ１０５で加熱し、ガス排気部１８０により処理容器１０１内を真空排気する。
【0053】
【0054】
＜ルテニウム埋め込み プロセス条件＞
ガス ＤＣＲの原料ガス、ＣＯガス
ＣＯガス流量 １００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 １６．６ｍＴｏｒｒ（２．２１Ｐａ）
載置台の温度 １００℃～２００℃
ガス ＤＣＲの原料ガス、ＣＯガス
ＣＯガス流量 １００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 １６．６ｍＴｏｒｒ（２．２１Ｐａ）
載置台の温度 １００℃～２００℃
【0055】
図２に示す原料容器１６１においてはヒータ１６２によりルテニウムの原料ＳであるＤＣＲが加熱されている。第１供給ライン１３１のキャリアガス用の供給管１３３に設けられたバルブ１３７ａ、バルブ１３７ｂを開き、マスフローコントローラ１３６により流量を制御されたキャリアガスのＣＯガスを原料容器１６１に供給する。ルテニウムの原料ガスは、ヒータ１６２による加熱によって気化する。このとき、供給管１４０、１３５に設けられたバルブ１３９ａ、１３９ｂ、１３９ｃは開いている。これにより、気化された原料ガスが処理容器１０１内に供給され、凹部５２にルテニウム層５５が形成される。
【0056】
図５（ａ）には、ルテニウム埋込工程（成膜時）におけるガス供給及びガス排気の動作が示されている。第１供給ライン１３１のバルブ１３９ｃは開き、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃは閉じている。これにより、ルテニウムの原料ガスを含むガスが処理容器１０１内に供給され、ルテニウム層５５が形成される。成膜中、凹部５２内の側壁に部分的にルテニウム膜（以下、ルテニウム片５５ａともいう。）が形成される。
【0057】
ステップＳ５においてルテニウム膜を成膜中、第１排気ライン１８８は、処理容器１０１内のルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する。具体的には、図５（ａ）に示すように、第１排気ライン１８８のバルブ１８３ａ、１８３ｂは開き、第２排気ライン１８９のバルブ１８６ａは閉じている。第１排気ライン１８８は、ドライポンプ（ＤＰ１）１８５を使用して処理容器１０１内を粗引きした後、圧力調整部１８１及びターボ分子ポンプ１８２を使用して処理容器１０１内を真空引きし、処理容器１０１からルテニウムの原料ガスを含むガスを排気する。ステップＳ５の処理を開始してから所定時間経過後、制御装置１５０は、バルブ１３９ｃを閉じ、ルテニウムの原料ガスを含むガスの供給を停止する。
【0058】
（バイパス排気工程 ステップＳ７）
図３のステップＳ７は、ステップＳ５と並行して実行される。ステップＳ５のルテニウム層を成膜中、ステップＳ７において、制御装置１５０は、オゾンを含むガスをバイパス排気ライン１７９から排気する。このとき、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ａ、１７７ｂを開ける。また、図５（ａ）に示すようにバイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂを開け、供給管１７５のバルブ１７７ｃを閉じ、オゾンガスを含むガスを、処理容器１０１を介さずにバイパス排気ライン１７９に流し、ドライポンプ（ＤＰ２）１８７を使用して排気する。このとき、第２排気ライン１８９のバルブ１８６ａは閉じている。また、図１に示す水素ガス供給ライン１３１ｂのバルブ１５７ａ、１５７ｂは閉じている。
図３のステップＳ７は、ステップＳ５と並行して実行される。ステップＳ５のルテニウム層を成膜中、ステップＳ７において、制御装置１５０は、オゾンを含むガスをバイパス排気ライン１７９から排気する。このとき、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ａ、１７７ｂを開ける。また、図５（ａ）に示すようにバイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂを開け、供給管１７５のバルブ１７７ｃを閉じ、オゾンガスを含むガスを、処理容器１０１を介さずにバイパス排気ライン１７９に流し、ドライポンプ（ＤＰ２）１８７を使用して排気する。このとき、第２排気ライン１８９のバルブ１８６ａは閉じている。また、図１に示す水素ガス供給ライン１３１ｂのバルブ１５７ａ、１５７ｂは閉じている。
【0059】
（真空引き工程 ステップＳ９）
次に、図３のステップＳ９において、第１排気ライン１８８の排気装置を使用して処理容器１０１内を真空引きする。これにより、ルテニウムの原料ガスを含むガスが排気される。ステップＳ９では、上記真空引きとともにパージを行ってもよい。パージの工程は、Ａｒガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内のルテニウムの原料ガスを含むガスを不活性ガスで置換する。
次に、図３のステップＳ９において、第１排気ライン１８８の排気装置を使用して処理容器１０１内を真空引きする。これにより、ルテニウムの原料ガスを含むガスが排気される。ステップＳ９では、上記真空引きとともにパージを行ってもよい。パージの工程は、Ａｒガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内のルテニウムの原料ガスを含むガスを不活性ガスで置換する。
【0060】
（ルテニウムエッチング工程 ステップＳ１１）
次に、図３のステップＳ１１において、以下のプロセス条件に制御し、凹部５２の側壁に付着したルテニウム片５５ａをエッチングし、除去する。
次に、図３のステップＳ１１において、以下のプロセス条件に制御し、凹部５２の側壁に付着したルテニウム片５５ａをエッチングし、除去する。
【0061】
＜エッチング プロセス条件＞
ガス Ｏ３とＯ２の混合ガス
Ｏ３ガス流量 ３００ｇ／ｍ３
処理容器内の圧力 ３Ｔｏｒｒ（４００Ｐａ）
載置台の温度 １００℃～２００℃
ガス Ｏ３とＯ２の混合ガス
Ｏ３ガス流量 ３００ｇ／ｍ３
処理容器内の圧力 ３Ｔｏｒｒ（４００Ｐａ）
載置台の温度 １００℃～２００℃
【0062】
図２及び図５（ｂ）に示すように、ステップＳ１１では、第１供給ライン１３１のバルブ１３９ｃを閉じる。また、バイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂを閉じる。第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃは開いている。第２供給ライン１３２のバルブ１７７ａ、１７７ｂは開いたままである。第２供給ライン１３２では、オゾナイザー１７３から出力した所定濃度のＯ３とＯ２の混合ガスが処理容器１０１内に供給される。これにより、処理容器１０１内にオゾンガスを含むガスが供給され、図４（ｂ）に示すルテニウム層５５及びルテニウム片５５ａがエッチングされ、図４（ｃ）に示すように凹部５２の側壁からルテニウム片５５ａが除去される。また、第１排気ライン１８８のバルブ１８３ａ、１８３ｂは閉じ、第２排気ライン１８９のバルブ１８６ａは開いている。これにより、第２排気ライン１８９からオゾンガスを含むガスの残ガスが排気される。
【0063】
ステップＳ１１では、図５（ａ）に示すようにバルブ１７８ｂを開き、バルブ１７７ｃ、１８６ａを閉じていた状態から、図５（ｂ）に示すようにバルブ１７８ｂを閉じ、バルブ１７７ｃ、１８６ａを開く状態に切り替える。これにより、第２供給ライン１３２から処理容器１０１内にオゾンガスを含むガスを安定的に供給することができる。また、第２排気ライン１８９から処理容器１０１内のオゾンガスを含むガスの残ガスを排気する。ステップＳ１１の処理を開始してから所定時間経過後、制御装置１５０は、バルブ１７７ｃを閉じ、オゾンガスを含むガスの処理容器１０１への供給を停止する。
【0064】
（真空引き工程 ステップＳ１３）
ステップＳ１３では、第２排気ライン１８９の排気装置を使用して処理容器１０１内を真空引きする。これにより、オゾンガスを含むガスが排気される。上記真空引きとともにパージを行ってもよい。パージの工程は、不活性ガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内のオゾンガスを含むガスを不活性ガスで置換する。
ステップＳ１３では、第２排気ライン１８９の排気装置を使用して処理容器１０１内を真空引きする。これにより、オゾンガスを含むガスが排気される。上記真空引きとともにパージを行ってもよい。パージの工程は、不活性ガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内のオゾンガスを含むガスを不活性ガスで置換する。
【0065】
（ルテニウム還元工程 ステップＳ１５）
次に、図３のステップＳ１５では、第１供給ライン１３１（水素ガス供給ライン１３１ｂ）のバルブ１５７ａ、バルブ１５７ｂ、バルブ１３９ｃを開ける。第１供給ライン１３１（水素ガス供給ライン１３１ｂ）では、Ｈ２ガス供給源１５４から出力し、マスフローコントローラ１５６により流量を制御された水素ガスが処理容器１０１内に供給される。
次に、図３のステップＳ１５では、第１供給ライン１３１（水素ガス供給ライン１３１ｂ）のバルブ１５７ａ、バルブ１５７ｂ、バルブ１３９ｃを開ける。第１供給ライン１３１（水素ガス供給ライン１３１ｂ）では、Ｈ２ガス供給源１５４から出力し、マスフローコントローラ１５６により流量を制御された水素ガスが処理容器１０１内に供給される。
【0066】
ステップＳ１５において、以下のプロセス条件に制御し、水素ガス供給ライン１３１ｂから処理容器１０１内に水素含有ガスを供給し、ルテニウム層５５を改質（還元）する。
【0067】
＜改質（還元） プロセス条件＞
ガス Ｈ２ガス
Ｈ２ガス流量 ２０００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 ５Ｔｏｒｒ
載置台の温度 １００℃～２００℃
ガス Ｈ２ガス
Ｈ２ガス流量 ２０００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 ５Ｔｏｒｒ
載置台の温度 １００℃～２００℃
【0068】
これにより、ルテニウム層５５の表層に形成されたルテニウムの酸化層を還元し、ルテニウム層５５に戻すことができる。Ｈ２ガス供給時、図５（ｃ）に示すように、バルブ１８６ａを閉じ、バルブ１８３ａ、１８３ｂを開け、第１排気ライン１８８から処理容器１０１内の水素含有ガスを排気する。更に、制御装置１５０は、バルブ１７８ｂを開き、バルブ１７７ｃ、１８６ａを閉じ、バイパス排気ライン１７９からオゾンガスを含むガスを排気する。排気ラインを第２排気ライン１８９から第１排気ライン１８８に切り替えることで、オゾンガスと水素ガスとを同じ排気ラインから排気することを回避し、オゾンガスが水素ガスと反応して爆発する危険を回避し、安全性を確保できる。
【0069】
このとき、原料ガス供給ライン１３１ａのバルブ１３９ｂは閉じている。また、図５（ｃ）に示すように、第１排気ライン１８８のバルブ１８３ａ、バルブ１８３ｂは開き、第１排気ライン１８８から水素ガスの残ガスを排気する。また、バイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂは開き、バルブ１８６ａは閉じている。これにより、オゾンガスを含むガスが、バイパス排気ライン１７９を流れ、ドライポンプ（ＤＰ２）１８７により排気される。ステップＳ１５の処理が開始されてから所定時間経過後にバルブ１３９ｃを閉じ、水素ガスの供給を停止する。
【0070】
（真空引き工程 ステップＳ１７）
次に、図３のステップＳ１７において、第１排気ライン１８８から処理容器１０１内を真空引きする。これにより、水素含有ガスが排気される。ステップＳ１７では、上記真空引きとともにパージを行ってもよい。パージの工程は、不活性ガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内の水素含有ガスを不活性ガスで置換する。
次に、図３のステップＳ１７において、第１排気ライン１８８から処理容器１０１内を真空引きする。これにより、水素含有ガスが排気される。ステップＳ１７では、上記真空引きとともにパージを行ってもよい。パージの工程は、不活性ガスを処理容器１０１内に供給し、処理容器１０１内の水素含有ガスを不活性ガスで置換する。
【0071】
（判定工程 ステップＳ１９）
次に、制御装置１５０は、ルテニウムの埋込処理（ステップＳ５～Ｓ１７）を予め決められた設定回数実行したかを判定する。制御装置１５０は、ルテニウムの埋込処理を設定回数実行していないと判定した場合、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５～Ｓ１７を実行する。これにより、図４（ｂ）に示す成膜及び図４（ｃ）に示すエッチングが設定回数繰り返される。これにより、同一の成膜装置にてルテニウムの成膜とエッチングとを実行することができる。
次に、制御装置１５０は、ルテニウムの埋込処理（ステップＳ５～Ｓ１７）を予め決められた設定回数実行したかを判定する。制御装置１５０は、ルテニウムの埋込処理を設定回数実行していないと判定した場合、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５～Ｓ１７を実行する。これにより、図４（ｂ）に示す成膜及び図４（ｃ）に示すエッチングが設定回数繰り返される。これにより、同一の成膜装置にてルテニウムの成膜とエッチングとを実行することができる。
【0072】
制御装置１５０は、ルテニウムの埋込処理を設定回数実行したと判定した場合、基板Ｗを搬出し、制御装置１００は、第１の搬送機構１３ａ、受け渡し部１７及び第２の搬送機構１４ａを介して基板を成膜装置２７に搬送する。
【0073】
（ルテニウム成膜（積層）工程 ステップＳ２１）
次に、図３のステップＳ２１において、以下のプロセス条件に制御し、気化したルテニウムの原料ガスにより凹部５２の底部に形成されたルテニウム層５５の上層のフィールド部にルテニウム層５６を積層させる。これにより、図４（ｄ）に示すように、基板Ｗの凹部に埋め込まれたルテニウム層５５の上にルテニウム層５６が成膜される。各バルブの開閉は、ステップＳ５のルテニウムの埋込時と同じである。ただし、プロセス条件はステップＳ５と異なっても良い。載置台の温度はステップＳ５よりも高温にしても良い。
次に、図３のステップＳ２１において、以下のプロセス条件に制御し、気化したルテニウムの原料ガスにより凹部５２の底部に形成されたルテニウム層５５の上層のフィールド部にルテニウム層５６を積層させる。これにより、図４（ｄ）に示すように、基板Ｗの凹部に埋め込まれたルテニウム層５５の上にルテニウム層５６が成膜される。各バルブの開閉は、ステップＳ５のルテニウムの埋込時と同じである。ただし、プロセス条件はステップＳ５と異なっても良い。載置台の温度はステップＳ５よりも高温にしても良い。
【0074】
＜ルテニウム積層 プロセス条件＞
ガス ＤＣＲの原料ガス、ＣＯガス
ＣＯガス流量 １００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 １６．６ｍＴｏｒｒ（２．２１Ｐａ）
載置台の温度 １００℃～２５０℃
ガス ＤＣＲの原料ガス、ＣＯガス
ＣＯガス流量 １００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 １６．６ｍＴｏｒｒ（２．２１Ｐａ）
載置台の温度 １００℃～２５０℃
【0075】
（アニール工程 ステップＳ２３）
次に、形成されたルテニウム層をアニールする場合、制御装置１００は、第２の搬送機構１４ａを介して基板をアニール装置２８に搬送し、アニール装置２８は、以下のプロセス条件に制御し、搬送された基板Ｗを所定の温度で加熱する。その後、本処理を終了する。
次に、形成されたルテニウム層をアニールする場合、制御装置１００は、第２の搬送機構１４ａを介して基板をアニール装置２８に搬送し、アニール装置２８は、以下のプロセス条件に制御し、搬送された基板Ｗを所定の温度で加熱する。その後、本処理を終了する。
【0076】
＜アニール プロセス条件＞
ガス Ｎ２ガス
ＣＯガス流量 １００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 ５Ｔｏｒｒ
載置台の温度 ３００℃～５００℃
ガス Ｎ２ガス
ＣＯガス流量 １００ｓｃｃｍ
処理容器内の圧力 ５Ｔｏｒｒ
載置台の温度 ３００℃～５００℃
【0077】
以上に説明した成膜方法の作用について、図６を参照して説明する。図６は、図３の成膜方法のステップＳ５～Ｓ１７において生じる化学反応を示す模式図である。図６（ａ）は、図３のステップＳ５において基板の凹部に成膜したルテニウム層５５に対して、図３のステップＳ１１においてオゾンガスを含むガスを供給した場合を示す。この場合のルテニウム層５５とオゾンガスとの反応の一つである化学反応（１）は、Ｒｕ＋２／３Ｏ３→ＲｕＯ２で示される。この化学反応（１）では、ギブスの自由エネルギーは－３４５ｋＪ／ｍｏｌであり、化学反応（１）は進む。図６（ｂ）に示すように、ルテニウム層５５の表面が酸化し、ＲｕＯ２のルテニウム酸化層５５ｂが形成される。
【0078】
また、ルテニウム層５５とオゾンガスとの反応の一つである化学反応（２）は、Ｒｕ＋４／３Ｏ３→ＲｕＯ４で示される。この化学反応（２）では、ギブスの自由エネルギーは－３５０ｋＪ／ｍｏｌであり、化学反応（２）は進む。
【0079】
また、ルテニウム酸化層（ＲｕＯ２）５５ｂとオゾンガスとの化学反応（３）は、ＲｕＯ２＋２／３Ｏ３→ＲｕＯ４で示される。この化学反応（３）では、ギブスの自由エネルギーは－５．３６ｋＪ／ｍｏｌであり、反応は起こりにくいが化学反応（２）は起こる。この化学反応（２）、（３）によりＲｕＯ４は揮発する。これにより、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ルテニウム層５５の表面及びルテニウム片５５ａ（図４（ｂ）参照）がエッチングされ、除去される。
【0080】
残ったルテニウム酸化層５５ｂを水素ガスで還元する化学反応（４）は、ＲｕＯ２＋２Ｈ２→Ｒｕ＋Ｈ２Ｏで示される。この化学反応（４）では、ギブスの自由エネルギーは－２１５ｋＪ／ｍｏｌであり、化学反応（４）は進む。この結果、図６（ｃ）に示すように、ルテニウム酸化層５５ｂは水素ガスで還元され、ルテニウム層５５に戻る。Ｈ２Ｏは揮発する。
【0081】
以上から、本実施形態に係る成膜方法では、ルテニウム層を成膜後、同一成膜装置内でオゾンガスを含むガスを供給し、Ｒｕの成膜及びエッチングが繰り返され、ボイドを生じさせずに基板の凹部にボトムアップでルテニウム層が成膜できる。更にＲｕの成膜及びエッチングに加えて同一成膜装置内で水素含有ガスを供給し、ＲｕＯｘ膜を還元することでより低抵抗のルテニウム層を形成することができる。
【0082】
図３の成膜方法では、オゾンガスを含むガスを供給及び排気するライン（第２供給ライン１３２，第２排気ライン１８９）と、水素含有ガスを供給及び排気するライン（第１供給ライン１３１，第１排気ライン１８８）とは別ラインになっている。オゾンガスと水素ガスとを同じ供給ライン及び排気ラインに供給すると、オゾンガスと水素ガスとが反応して爆発する危険があるためである。なお、水素含有ガスの供給ラインは、ルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する供給ラインと同じである。
【0083】
ルテニウムの原料ガスを含むガスを供給する工程（ステップＳ５）の間、オゾンガスを含むガスは、バイパス排気ライン１７９を通って、ドライポンプ（ＤＰ２）１８７により排気される。オゾンガスは酸素ガスを放電させることで生成されるため、放電の安定性のためにルテニウムの成膜中もオゾンガスを流し続け、オゾンガスの流量と濃度を安定させる必要がある。このため、本実施形態に係る成膜方法では、ルテニウムの成膜時等、処理容器１０１内の処理にオゾンガスを使用しないとき、バイパス排気ライン１７９にオゾンガスを含むガスを流し続ける。これにより、オゾンガスの流量と濃度とを安定させることができる。流し続ける必要がある。
【0084】
図３の成膜方法では、ルテニウム成膜工程（ステップＳ５）、オゾンガスを含むガスを供給する工程（ルテニウムエッチング工程：ステップＳ１１）、水素含有ガスを供給する工程（ルテニウム還元工程：ステップＳ１５）をこの順で繰り返し実行した。
【0085】
ただし、各ステップはこの順に繰り返すことに限らない。例えば、ルテニウム成膜工程を実行した後、ルテニウムエッチング工程とルテニウム還元工程とを複数回繰り返してから、ルテニウム成膜工程に戻ってもよい。
【0086】
ルテニウム成膜工程を実行した後、ルテニウムエッチング工程とルテニウム還元工程とを複数回繰り返す際、ルテニウムエッチング工程を複数回に分け、オゾンガスを含むガスを間欠的に複数回供給してもよい。これによれば、ある程度の流量のオゾンガスを含むガスを別室に溜めてから複数回に分けて供給するため、圧力の高いオゾンガスを処理容器１０１内に噴射でき、オゾンガスが凹部の底部に届きやすい。これにより、より埋込性能の高いルテニウムの成膜が可能になる。
【0087】
【0088】
【0089】
第１実施形態と異なる構成は、第２排気ライン１８９に新たな排気ラインを設けた点である。排気管１９０を第２メイン排気ライン１９０とも呼ぶ。第２排気ライン１８９は、第２メイン排気ライン１９０とは別のラインとして、処理容器１０１とドライポンプ（ＤＰ２）１８７とを接続し、処理容器１０１からオゾンガスを含むガスを排気する排気管２８９を有する。排気管２８９を第２サブ排気ライン２８９とも呼ぶ。つまり、第２実施形態に係る成膜装置では、第２排気ライン１８９に第２サブ排気ライン２８９を更に含む点が異なる。その他の構成において第１実施形態に係る成膜装置と同一である。なお、第２実施形態に係る成膜装置では、第２メイン排気ライン１９０を設けなくてもよい。バイパス排気ライン１７９は、第２サブ排気ラインの排気管２８９に接続されている。
【0090】
以下では第２サブ排気ライン２８９の構成を中心に説明する。第２サブ排気ライン２８９は、処理容器１０１とドライポンプ（ＤＰ２）１８７との間に圧力調整部２８１を有し、ターボ分子ポンプ等の真空引き可能な真空排気装置を有さない。圧力調整部２８１は処理容器１０１の側壁又は底壁に形成された排気管（図示せず）に接続されている。
【0091】
図７（ａ）のルテニウム成膜（埋込）時と、図７（ｃ）の水素供給時と、では各バルブの開閉状態は同じである。すなわち、第１供給ライン１３１のバルブ１３９ｃは開き、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃは閉じている。これにより、図７（ａ）のルテニウム成膜時には、第１供給ライン１３１からルテニウムの原料ガスを含むガスが処理容器１０１内に供給され、図７（ｃ）の水素供給時には、第１供給ライン１３１から水素含有ガスが処理容器１０１内に供給される。
【0092】
また、第１排気ライン１８８のバルブ１８３ａ、１８３ｂは開き、第２排気ライン１８９のバイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂが開いている。第２排気ライン１８９の第２メイン排気ライン１９０のバルブ１８６ｂ及び第２サブ排気ライン２８９のバルブ２８３ａは閉じている。これにより、図７（ａ）のルテニウム成膜時には第１排気ライン１８８からルテニウムの原料ガスを含むガスが排気され、図７（ｃ）の水素供給時には第１排気ライン１８８から水素含有ガスが排気される。また、この間、処理容器１０１を介さずにバイパス排気ライン１７９を介してオゾンガスを含むガスが排気される。
【0093】
図７（ｂ）のオゾンガス供給時は、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃ及び第２サブ排気ライン２８９のバルブ２８３ａは開き、その他のバルブ（１３９ｃ、１７８ｂ、１８３ａ、１８３ｂ、１８６ａ）は閉じている。これにより、オゾンガス供給時、すなわち、ルテニウムエッチング時には第２供給ライン１３２からオゾンガスを含むガスが供給され、第２サブ排気ライン２８９からオゾンガスを含むガスが排気される。
【0094】
第２実施形態に係る成膜装置によれば、第１実施形態に係る成膜装置と同様に、同一成膜装置内でルテニウム層を成膜後、オゾンガスを含むガスを供給し、更に水素含有ガスを供給することを繰り返す。これにより、Ｒｕの成膜及びエッチングが繰り返され、ボイドを生じさせずに基板の凹部にボトムアップでルテニウム層が成膜できる。
【0095】
さらに、第２実施形態に係る成膜装置によれば、オゾンガス供給時にオゾンガスを含むガスをターボ分子ポンプ１８２に通流させずに圧力調整部３８１からドライポンプ（ＤＰ２）１８７に通すことができる。ターボ分子ポンプ１８２に通流可能なガスの流量は限られ、ドライポンプ（ＤＰ２）１８７に通流可能なガスの流量よりも少ない。よって、第２実施形態に係る成膜装置によれば、比較的大流量のオゾンガスを使用できる。
【0096】
【0097】
第２実施形態と異なる構成は、第１排気ライン１８８に新たな排気ラインを設けた点である。第１排気ライン１８８の排気管１９５を第１メイン排気ライン１９５とも呼ぶ。第１排気ライン１８８は、第１メイン排気ライン１９５とは別のラインとして、処理容器１０１とドライポンプ（ＤＰ１）１８５とを接続し、処理容器１０１から原料ガスを含むガス及び水素含有ガスを排気する排気管３８９を有する。排気管３８９を第１サブ排気ライン３８９とも呼ぶ。つまり、第２実施形態に係る成膜装置では、第１排気ライン１８８に第１サブ排気ライン３８９を更に含む点が異なる。その他の構成において第２実施形態に係る成膜装置と同一である。なお、第３実施形態に係る成膜装置では、第２メイン排気ライン１９０を設けなくてもよい。
【0098】
以下では第１サブ排気ライン３８９の構成を中心に説明する。第２サブ排気ライン２８９は、処理容器１０１とドライポンプ（ＤＰ１）１８５との間に圧力調整部３８１を有し、ターボ分子ポンプ等の真空引き可能な真空排気装置を有さない。圧力調整部３８１は処理容器１０１の側壁又は底壁に形成された排気管（図示せず）に接続されている。
【0099】
第３実施形態に係る成膜装置では、図８（ａ）のルテニウム成膜（埋込）時、第１供給ライン１３１のバルブ１３９ｃは開き、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃは閉じている。これにより、成膜時にはルテニウムの原料ガスを含むガスが処理容器１０１内に供給される。図８（ａ）のルテニウム成膜時、第１メイン排気ライン１９５のバルブ１８３ａ、１８３ｂは開き、第１サブ排気ライン３８９のバルブ３８３ａは閉じている。よって、ルテニウムの原料ガスを含むガスは、第１メイン排気ライン１９５から排気される。
【0100】
このとき、バイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂは開き、第２メイン排気ライン１９０のバルブ１８６ａ及び第２サブ排気ライン２８９のバルブ２８３ａは閉じている。よって、オゾンガスを含むガスは、バイパス排気ライン１７９を介して排気される。
【0101】
図８（ｂ）のオゾンガス供給時、第１供給ライン１３１のバルブ１３９ｃは閉じ、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃは開いている。これにより、ルテニウムの原料ガスを含むガスの供給が停止し、オゾンガスを含むガスが処理容器１０１内に供給される。第１メイン排気ライン１９５のバルブ１８３ａ、１８３ｂは閉じ、第１サブ排気ライン３８９のバルブ３８３ａは閉じている。また、第２メイン排気ライン１９０のバルブ１８６ａが閉じ、第２サブ排気ライン２８９のバルブ２８３ａが開いている。バイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂは閉じている。よって、オゾンガスを含むガスは、第２サブ排気ライン２８９から排気される。
【0102】
図８（ｃ）の水素供給時、第１供給ライン１３１のバルブ１３９ｃは開き、第２供給ライン１３２のバルブ１７７ｃは閉じている。これにより、オゾンガスを含むガスの供給が停止し、水素含有ガスが処理容器１０１内に供給される。第１メイン排気ライン１９５のバルブ１８３ａ、１８３ｂは閉じ、第１サブ排気ライン３８９のバルブ３８３ａは開いている。よって、水素含有ガスは、第１サブ排気ライン３８９から排気される。
【0103】
このとき、バイパス排気ライン１７９のバルブ１７８ｂは開き、第２メイン排気ライン１９０のバルブ１８６ａ及び第２サブ排気ライン２８９のバルブ２８３ａは閉じている。よって、オゾンガスを含むガスは、バイパス排気ライン１７９を介して排気される。
【0104】
第３実施形態に係る成膜装置によれば、第１及び第２実施形態に係る成膜装置と同様に、同一成膜装置内でルテニウム層を成膜後、オゾンガスを含むガスを供給し、更に水素含有ガスを供給することを繰り返す。これにより、Ｒｕの成膜及びエッチングが繰り返され、ボイドを生じさせずに基板の凹部にボトムアップでルテニウム層が成膜できる。
【0105】
さらに、第３実施形態に係る成膜装置によれば、オゾンガスを含むガスの供給時には第２サブ排気ライン２８９からオゾンガスを含むガスを排気し、水素含有ガスの供給時には第１サブ排気ライン３８９から水素含有ガスを排気する。よって、第３実施形態に係る成膜装置によれば、オゾンガス供給時にオゾンガスを含むガスをターボ分子ポンプ１８２に通流させずに圧力調整部３８１からドライポンプ（ＤＰ２）１８７に通すことができる。また、水素ガス供給時に水素ガスをターボ分子ポンプ１８２に通流させずに圧力調整部３８１からドライポンプ（ＤＰ１）１８５に通すことができる。ターボ分子ポンプ１８２に通流可能なガスの流量は限られ、ドライポンプ（ＤＰ１）１８５及びドライポンプ（ＤＰ２）１８７に通流可能なガスの流量よりも少ない。よって、第３実施形態に係る成膜装置によれば、比較的大流量のオゾンガスを使用でき、比較的大流量の水素ガスを使用できる。
【0106】
また、第３実施形態に係る成膜装置によれば、ルテニウムの成膜の間にオゾンガスと水素含有ガスとのガス供給を１回又は複数回繰り返す成膜方法において、オゾンガスと水素含有ガスとのガス供給を高速に切り替え、スループットを向上させることができる。その理由は、ドライポンプ（ＤＰ１、ＤＰ２）とターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）とでは、排気量が異なる。このため、オゾンガスを含むガス及び水素含有ガスの供給に、ターボ分子ポンプを通す排気ラインを使用すると、圧力安定までの時間がかかる。ドライポンプ（ＤＰ１）とドライポンプ（ＤＰ２）とは同じ又は類似する排気量であるため、オゾンガスを含むガスと水素含有ガスとのガス供給を繰り返すときの切り替え時に、処理容器１０１内の圧力変化が少なく、同様の圧力のオーダーで制御できる。よって、第３実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法によれば、バルブ２８３ａ及びバルブ３８３ａの開閉の切り替えだけで処理容器１０１内の圧力安定までの時間がかからない。この結果、ルテニウム層の成膜時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【0107】
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置、成膜方法及び成膜システムによれば、同一の成膜装置にてルテニウムの成膜とエッチングとを実行し、ボトムアップでルテニウムを埋め込むことができる。
【0108】
今回開示された実施形態に係る成膜装置、成膜方法及び成膜システムは、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【0109】
例えば、本開示の成膜装置では、オゾンガスを含むガスの供給時、処理容器１０１のクリーニングも可能である。オゾナイザー１７３から処理容器１０１に供給されたオゾンガスにより、凹部の側壁に付着したルテニウムのエッチングのみならず、処理容器１０１の壁面等に堆積したルテニウムのクリーニングを行うことができる。
【符号の説明】
【0110】
１ 成膜システム
１００、１５０ 制御装置
１０１ 処理容器
１３０ ガス供給部
１３１ 第１供給ライン
１３１ａ 原料ガス供給ライン
１３１ｂ 水素ガス供給ライン
１３２ 第２供給ライン
１７９ バイパス排気ライン
１８０ ガス排気部
１８８ 第１排気ライン
１８９ 第２排気ライン
１９０ 第２メイン排気ライン
１９５ 第１メイン排気ライン
２８９ 第２サブ排気ライン
３８９ 第１サブ排気ライン
１００、１５０ 制御装置
１０１ 処理容器
１３０ ガス供給部
１３１ 第１供給ライン
１３１ａ 原料ガス供給ライン
１３１ｂ 水素ガス供給ライン
１３２ 第２供給ライン
１７９ バイパス排気ライン
１８０ ガス排気部
１８８ 第１排気ライン
１８９ 第２排気ライン
１９０ 第２メイン排気ライン
１９５ 第１メイン排気ライン
２８９ 第２サブ排気ライン
３８９ 第１サブ排気ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】