特許 7638743 基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-21

(45)【発行日】2025-03-04

(54)【発明の名称】基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20250225BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20250225BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20250225BHJP

   H10D 64/60 20250101ALI20250225BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20250225BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20250225BHJP

   C23C 16/06 20060101ALI20250225BHJP

【ＦＩ】

H01L21/88 R

H10D64/60

H01L21/285 C

C23C16/56

C23C16/06

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021044092

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022143537

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-10-04

(73)【特許権者】

【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】板谷 剛司

(72)【発明者】

【氏名】洪 錫亨

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０５７３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２７５９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７１１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５２３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０６９４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ１０Ｄ ６４／６０

Ｈ０１Ｌ ２１／２８５

Ｃ２３Ｃ １６／５６

Ｃ２３Ｃ １６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板にＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのうちいずれであ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、
９５０℃以上で前記基板をアニール処理する工程と、を有し、
前記ルテニウム膜が前記バリア膜に拡散しない、
基板処理方法。

【請求項2】

前記アニール処理する工程は、前記ルテニウム膜の抵抗値を減少させる、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記バリア膜を成膜する工程の後、前記ルテニウム膜を成膜する工程の前に、
前記バリア膜の表面から不純物を除去する工程を有する、
請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記基板は、ＳｉＯ_２膜を有し、
前記バリア膜を成膜する工程は、前記ＳｉＯ_２膜の上に前記バリア膜を成膜する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、半導体装置の配線構造において、シリコン酸化膜（例えば、ゲート酸化膜）の上にルテニウム等の金属膜を成膜することが知られている。また、金属膜の密着性を向上するため、金属膜の下にＴｉＮ等のバリア膜を成膜することが知られている。

【0003】

特許文献１には、基板上にポリシリコン層と、ポリシリコン層上にケイ素化合物層と、ケイ素化合物層上にバリア層と、バリア層上にルテニウム層と、を形成させる方法が開示されている。また、バリア層として、ＴｉＮを含むことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１９－５３０９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ＴｉＮ膜及びルテニウム膜を成膜した基板に対して９５０℃以上のアニール処理を行うことにより、ルテニウムがＴｉＮ膜に拡散し、ＴｉＮ膜とルテニウム膜が混合し、ルテニウム膜の抵抗値が増加する。また、ルテニウム膜の密着性が低下して、ルテニウム膜の凝集を引き起こす。このため、ルテニウム膜の熱耐性の向上が求められている。

【0006】

一の側面では、本開示は、金属膜の熱耐性を向上する基板処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板にＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのうちいずれであ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、９５０℃以上で前記基板をアニール処理する工程と、を有し、前記ルテニウム膜が前記バリア膜に拡散しない、基板処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

一の側面によれば、本開示は、金属膜の熱耐性を向上する基板処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】基板処理システムの構成図の一例。

【図2】バリア膜を成膜する基板処理装置の断面図の一例。

【図3】プリクリーン処理を行う基板処理装置の断面図の一例。

【図4】ルテニウム膜を成膜する基板処理装置の断面図の一例。

【図5】基板処理の一例を示すフローチャート。

【図6】基板の断面模式図の一例。

【図7】第１実施例におけるアニール処理後の膜の状態を示す図の一例。

【図8】第２実施例におけるアニール処理後の膜の状態を示す図の一例。

【図9】参考例におけるアニール処理後の膜の状態を示す図の一例。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

＜基板処理装置＞
本実施形態の基板処理システム２００について、図１を用いて説明する。図１は、基板処理システム２００の構成図の一例である。

【0012】

基板処理システム２００は、基板処理装置２１１～２１３と、真空搬送室２２０と、ロードロック室２３０と、大気搬送室２４０と、を備える。

【0013】

基板処理装置２１１～２１３は、所定の真空雰囲気に減圧され、その内部にて半導体ウエハ等の基板Ｗに所定の処理を施す。基板処理装置２１１～２１３は、真空搬送室２２０に隣接して配置される。基板処理装置２１１～２１３と真空搬送室２２０とは、ゲートバルブ（図示せず）の開閉により連通する。なお、本実施形態の基板処理システム２００において、基板処理装置２１１は、基板Ｗにバリア膜を成膜する装置である。また、基板処理装置２１２は、後述する金属膜を成膜する前に基板Ｗに成膜されたバリア膜の表面から不純物を除去（プリクリーン処理）する装置である。また、基板処理装置２１３は、基板Ｗに成膜されたバリア膜の上にルテニウム膜等の金属膜を成膜する装置である。なお、基板処理装置２１１～２１３については、図２から図４を用いて後述する。

【0014】

真空搬送室２２０は、ゲートバルブ（図示せず）を介して複数の室（基板処理装置２１１～２１３、ロードロック室２３０）と連結され、所定の真空雰囲気に減圧されている。また、真空搬送室２２０の内部には、基板Ｗを搬送する基板搬送装置（図示せず）が設けられている。基板搬送装置は、ゲートバルブの開閉に応じて、真空搬送室２２０を介して、一の室（基板処理装置２１１～２１３、ロードロック室２３０）から他の室（基板処理装置２１１～２１３、ロードロック室２３０）に基板Ｗを搬送する。

【0015】

ロードロック室２３０は、真空搬送室２２０と大気搬送室２４０との間に設けられている。ロードロック室２３０は、基板Ｗを載置する載置部（図示せず）を有する。ロードロック室２３０は、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えることができるようになっている。ロードロック室２３０と真空雰囲気の真空搬送室２２０とは、ゲートバルブ（図示せず）の開閉により連通する。ロードロック室２３０と大気雰囲気の大気搬送室２４０とは、ドアバルブ（図示せず）の開閉により連通する。

【0016】

大気搬送室２４０は、大気雰囲気となっており、例えば清浄空気のダウンフローが形成されている。また、大気搬送室２４０の壁面には、ロードポート（図示せず）が設けられている。ロードポートは、基板Ｗが収容されたキャリア（図示せず）又は空のキャリアが取り付けられる。キャリアとしては、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）等を用いることができる。また、大気搬送室２４０の内部には、基板Ｗを搬送する基板搬送装置（図示せず）が設けられている。基板搬送装置は、ドアバルブの開閉に応じて、大気搬送室２４０を介して、ロードロック室２３０とロードポートに取り付けられたキャリアとの間で基板Ｗを搬送する。

【0017】

このように、本実施形態の基板処理システム２００は、真空雰囲気を保ったまま、基板処理装置２１１で基板Ｗにバリア膜を成膜し、基板処理装置２１２でバリア膜の表面から不純物を除去（プリクリーン処理）し、基板処理装置２１３でバリア膜の上に金属膜（例えば、ルテニウム膜）を成膜することができる。

【0018】

＜基板処理装置２１１＞
次に、基板処理装置２１１について、図２を用いて説明する。図２は、バリア膜を成膜する基板処理装置２１１の断面図の一例である。基板処理装置２１１は、真空雰囲気の処理容器内でＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によりバリア膜を成膜する。

【0019】

図２に示されるように、基板処理装置２１１は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部９と、を有している。

【0020】

処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１は、基板Ｗを収容する。処理容器１の側壁には基板Ｗを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、絶縁体部材１６を介して処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と絶縁体部材１６との間はシールリング１５で気密に封止されている。区画部材１７は、載置台２（およびカバー部材２２）が後述する処理位置へと上昇した際、処理容器１の内部を上下に区画する。

【0021】

載置台２は、処理容器１内で基板Ｗを水平に支持する。載置台２は、基板Ｗに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、ＡｌＮ等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部に基板Ｗを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、基板Ｗが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。

【0022】

載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示す基板Ｗの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。

【0023】

処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の基板支持ピン２７が設けられている。基板支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。基板支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。基板支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２との間で基板Ｗの受け渡しが行われる。

【0024】

シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。

【0025】

排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。

【0026】

ガス供給機構５は、ガス供給ライン５６を介して、ガス導入孔３６から処理容器１内にガスを供給する。ガス供給機構５は、プリカーサガス、還元ガス（例えば、ＮＨ_３ガス）、パージガス（Ｎ_２ガス）を供給可能に構成されている。プリカーサガスは、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、ＴｉＣｌ_４ガス、ＴａＣｌ_５ガス等の金属元素を含有するガスをバリア膜の膜種に応じて選択して用いることができる。また、ガス供給機構５は、バリア膜に他の元素（例えば、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ）をドープするためのガスを供給可能に構成されていてもよい。

【0027】

制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置２１１の動作を制御する。制御部９は、基板処理装置２１１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部９が基板処理装置２１１の外部に設けられている場合、制御部９は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置２１１を制御できる。

【0028】

制御部９の処理は、例えば、処理容器１内にプリカーサガスを供給して基板Ｗにプリカーサを吸着させる工程、処理容器１内にパージガスを供給して処理容器１内の余剰なプリカーサガス等をパージする工程、処理容器１内に還元ガスを供給して基板Ｗに吸着されたプリカーサを還元（窒化）する工程、処理容器１内にパージガスを供給して処理容器１内の余剰な還元ガス等をパージする工程、を１サイクルとして、ＡＬＤ法によりバリア膜を成膜する。

【0029】

これにより、プリカーサガスとしてＴＭＡガス、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用いることで、ＡｌＮ膜を形成することができる。

【0030】

また、プリカーサガスとしてＴｉＣｌ_４ガス、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用いることで、ＴｉＮ膜を形成することができる。

【0031】

また、プリカーサガスとしてＴａＣｌ_５ガス、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用いることで、ＴａＮ膜を形成することができる。

【0032】

また、制御部９の処理は、処理容器１内にＴＭＡガスを供給してバリア膜にＡｌをドープする工程を有していてもよい。これにより、プリカーサガスとしてＴｉＣｌ_４ガス、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用い、ドープするガスとしてＴＭＡガスを用いることで、ＴｉＡｌＮ膜を形成することができる。

【0033】

また、制御部９の処理は、処理容器１内に炭素含有ガスを供給してバリア膜にＣをドープする工程を有していてもよい。これにより、プリカーサガスとしてＴｉＣｌ_４ガス、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用い、ドープするガスとして炭素含有ガスを用いることで、ＴｉＣＮ膜を形成することができる。

【0034】

また、制御部９の処理は、処理容器１内にＳｉＨ_４ガスを供給してバリア膜にＳｉをドープする工程を有していてもよい。これにより、プリカーサガスとしてＴｉＣｌ_４ガス、還元ガスとしてＮＨ_３ガスを用い、ドープするガスとしてＳｉＨ_４ガスを用いることで、ＴｉＳｉＮ膜を形成することができる。

【0035】

ここで、ＡｌＮ膜とは、Ａｌ元素及びＮ元素を含み、不可避的な不純物は含むがそれ以外の元素は含まない膜をいう。ＴｉＮ膜、ＴａＮ膜についても同様である。また、ＴｉＡｌＮ膜とは、Ｔｉ元素、Ｎ元素及びドープされたＡｌ元素を含み、不可避的な不純物は含むがそれ以外の元素は含まない膜をいう。ＴｉＣＮ膜とは、Ｔｉ元素、Ｎ元素及びドープされたＣ元素を含み、不可避的な不純物は含むがそれ以外の元素は含まない膜をいう。ＴｉＳｉＮ膜についても同様である。

【0036】

＜基板処理装置２１２＞
次に、基板処理装置２１２について、図３を用いて説明する。図３は、プリクリーン処理を行う基板処理装置２１２の断面図の一例である。基板処理装置２１２は、減圧状態の真空雰囲気の処理容器内でプラズマを生成してバリア膜の表面から不純物を除去（プリクリーン処理）する。

【0037】

図３に示されるように、基板処理装置２１２は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、ＲＦ電力供給部７と、ＲＦ電力供給部８と、制御部９と、を有している。なお、基板処理装置２１１と重複する構成については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0038】

基板処理装置２１２は、容量結合プラズマ装置であって、載置台２が下部電極となり、シャワーヘッド３が上部電極となる。

【0039】

載置台２には、下部電極２９が設けられている。下部電極２９は、ＲＦ電力供給部７によってバイアス用の高周波電力が供給される。ＲＦ電力供給部７は、給電ライン７１、整合器７２及び高周波電源７３を有する。給電ライン７１は、整合器７２を介して、下部電極２９（載置台２）と高周波電源７３都を接続する。整合器７２は、高周波電源７３の出力リアクタンスと負荷（下部電極）のリアクタンスを整合させるための回路を有する。高周波電源７３は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。

【0040】

上部電極となるシャワーヘッド３は、ＲＦ電力供給部８によって、プラズマ生成用のプラズマ源となる高周波電力が供給される。ＲＦ電力供給部８は、給電ライン８１、整合器８２及び高周波電源８３を有する。給電ライン８１は、整合器８２を介して、上部電極（シャワーヘッド３）と高周波電源８３都を接続する。整合器８２は、高周波電源８３の出力リアクタンスと負荷（下部電極）のリアクタンスを整合させるための回路を有する。高周波電源８３は、例えば６０．０ＭＨｚの高周波電力を供給する。

【0041】

ガス供給機構５は、ガス供給ライン５６を介して、ガス導入孔３６から処理容器１内にガスを供給する。ガス供給機構５は、Ｈ_２ガス及びＡｒガスを供給可能に構成されている。

【0042】

制御部９の処理は、例えば、処理容器１内にＨ_２ガス及びＡｒガスを供給し、ＲＦ電力供給部７，８を制御して処理容器１内にプラズマを生成し、バリア膜の表面から不純物を除去（プリクリーン処理）する。例えば、バリア膜の表面のカーボンを除去する、また、バリア膜の表面の自然酸化膜を除去する。これにより、バリア膜の上に成膜される金属膜（例えば、ルテニウム膜）との密着性を向上させることができる。

【0043】

＜基板処理装置２１３＞
次に、基板処理装置２１３について、図４を用いて説明する。図４は、金属膜（例えば、ルテニウム膜）を成膜する基板処理装置２１３の断面図の一例である。基板処理装置２１３は、減圧状態の真空雰囲気の処理容器内で、ドデカカルボニル三ルテニウムＲｕ_３（ＣＯ）_１２等のルテニウムを含有するガスを供給し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりバリア膜の上にルテニウム膜を成膜する。

【0044】

本体容器１０１は、上側に開口を有する有底の容器である。支持部材１０２は、ガス導入機構１０３を支持する。また、支持部材１０２が本体容器１０１の上側の開口を塞ぐことにより、本体容器１０１は密閉され、処理室１０１ｃを形成する。ガス供給部１０４は、供給管１０２ａを備えた支持部材１０２を介して、ガス導入機構１０３にルテニウム含有ガス等のプロセスガスを供給する。ガス供給部１０４から供給されたルテニウム含有ガスは、ガス導入機構１０３から処理室１０１ｃ内へ供給される。

【0045】

ステージ１０５は、例えば、窒化アルミニウムや石英などを材料として、扁平な円板状に形成され、基板Ｗを載置する部材である。ステージ１０５の内部には、基板Ｗを加熱するためのヒータ１０６が埋設されている。ヒータ１０６は、例えば、シート状の抵抗発熱体より構成されていて、不図示の電源部から電力が供給されて発熱し、ステージ１０５の載置面を加熱することにより、成膜に適した所定のプロセス温度まで基板Ｗを昇温する。例えば、ヒータ１０６は、ステージ１０５上に載置された基板Ｗを、例えば、１００℃～３００℃に加熱する。

【0046】

また、ステージ１０５は、ステージ１０５の下面中心部から下方に向けて伸び、本体容器１０１の底部を貫通する一端が昇降板１０９を介して昇降機構１１０に支持された支持部１０５ａを有する。

【0047】

また、ステージ１０５の下部には、温調部材として、温調ジャケット１０８が設けられている。温調ジャケット１０８は、ステージ１０５と同程度のサイズの板部１０８ａが上部に形成され、支持部１０５ａよりも径の大きい軸部１０８ｂが下部に形成されている。また、温調ジャケット１０８は、中央の上下方向に板部１０８ａおよび軸部１０８ｂを貫通する穴部１０８ｃが形成されている。

【0048】

温調ジャケット１０８は、穴部１０８ｃに支持部１０５ａを収容しており、穴部１０８ｃで支持部１０５ａを覆うと共にステージ１０５の裏面全面を覆うように配置されている。穴部１０８ｃは、支持部１０５ａの径より大きいため、支持部１０５ａと温調ジャケット１０８との間に隙間部（図示せず）が形成される。

【0049】

温調ジャケット１０８は、板部１０８ａの内部に冷媒流路１０８ｄが形成され、軸部１０８ｂの内部に２本の冷媒配管１１８ａ，１１８ｂが設けられている。冷媒流路１０８ｄは、一方の端部が一方の冷媒配管１１８ａに接続され、他方の端部が他方の冷媒配管１１８ｂに接続されている。冷媒配管１１８ａ，１１８ｂは、冷媒ユニット１１８に接続されている。

【0050】

冷媒ユニット１１８は、例えばチラーユニットである。冷媒ユニット１１８は、冷媒の温度が制御可能とされており、所定の温度の冷媒を冷媒配管１１８ａに供給する。冷媒流路１０８ｄには、冷媒ユニット１１８から冷媒配管１１８ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路１０８ｄに供給された冷媒は、冷媒配管１１８ｂを介して冷媒ユニット１１８に戻る。温調ジャケット１０８は、冷媒流路１０８ｄの中に冷媒、例えば、冷却水等を循環させることによって、温度調整が可能とされている。

【0051】

ステージ１０５と温調ジャケット１０８との間には、断熱部材として、断熱リング１０７が配置されている。断熱リング１０７は、例えば、ＳＵＳ３１６、Ａ５０５２、Ｔｉ（チタン）、セラミックなどによって、円盤状に形成されている。

【0052】

断熱リング１０７は、ステージ１０５との間に、温調ジャケット１０８の穴部１０８ｃから縁部まで連通する隙間が全ての周方向に形成されている。例えば、断熱リング１０７は、ステージ１０５と対向する上面に複数の突起部が設けられている。

【0053】

断熱リング１０７には、周方向に間隔を空けて同心円状に複数の突起部が複数、例えば２列形成されている。なお、突起部は、同心円状に少なくとも１列形成されていればよい。

【0054】

温調ジャケット１０８の軸部１０８ｂは、本体容器１０１の底部を貫通する。温調ジャケット１０８の下端部は、本体容器１０１の下方に配置された昇降板１０９を介して、昇降機構１１０に支持される。本体容器１０１の底部と昇降板１０９との間には、ベローズ１１１が設けられており、昇降板１０９の上下動によっても本体容器１０１内の気密性は保たれる。

【0055】

昇降機構１１０が昇降板１０９を昇降させることにより、ステージ１０５は、基板Ｗの処理が行われる処理位置（図１参照）と、搬入出口１０１ａを介して外部の搬送機構（図示せず）との間で基板Ｗの受け渡しが行われる受け渡し位置（図示せず）と、の間を昇降することができる。

【0056】

昇降ピン１１２は、外部の搬送機構（図示せず）との間で基板Ｗの受け渡しを行う際、基板Ｗの下面から支持して、ステージ１０５の載置面から基板Ｗを持ち上げる。昇降ピン１１２は、軸部と、軸部よりも拡径した頭部と、を有している。ステージ１０５及び温調ジャケット１０８の板部１０８ａは、昇降ピン１１２の軸部が挿通する貫通穴が形成されている。また、ステージ１０５の載置面側に昇降ピン１１２の頭部を収納する溝部が形成されている。昇降ピン１１２の下方には、当接部材１１３が配置されている。

【0057】

ステージ１０５を基板Ｗの処理位置（図１参照）まで移動させた状態において、昇降ピン１１２の頭部は溝部内に収納され、基板Ｗはステージ１０５の載置面に載置される。また、昇降ピン１１２の頭部が溝部に係止され、昇降ピン１１２の軸部はステージ１０５及び温調ジャケット１０８の板部１０８ａを貫通して、昇降ピン１１２の軸部の下端は温調ジャケット１０８の板部１０８ａから突き出ている。一方、ステージ１０５を基板Ｗの受け渡し位置（図示せず）まで移動させた状態において、昇降ピン１１２の下端が当接部材１１３と当接して、昇降ピン１１２の頭部がステージ１０５の載置面から突出する。これにより、昇降ピン１１２の頭部が基板Ｗの下面から支持して、ステージ１０５の載置面から基板Ｗを持ち上げる。

【0058】

当接部材１１３は、昇降ピン１１２と当接する当接部１１３ａと、当接部１１３ａから下方に延びる軸部１１３ｂと、を有している。当接部材１１３の軸部１１３ｂは、本体容器１０１の底部を貫通する。当接部材１１３の下端部は、本体容器１０１の下方に配置された昇降板１１４を介して、昇降機構１１５に支持される。本体容器１０１の底部と昇降板１１４との間には、ベローズ１１６が設けられており、昇降板１１４の上下動によっても本体容器１０１内の気密性は保たれる。昇降機構１１５は、昇降板１１４を昇降させることにより、当接部材１１３を昇降することができる。昇降ピン１１２の下端部が当接部材１１３の上面と当接することにより、昇降ピン１１２の上端部が基板Ｗの下面から支持することができる。

【0059】

環状部材１１７は、ステージ１０５の上方に配置されている。ステージ１０５を基板Ｗの処理位置（図１参照）まで移動させた状態において、環状部材１１７は、基板Ｗの上面外周部と接触し、環状部材１１７の自重により基板Ｗをステージ１０５の載置面に押し付ける。一方、ステージ１０５を基板Ｗの受け渡し位置（図示せず）まで移動させた状態において、環状部材１１７は、搬入出口１０１ａよりも上方で図示しない係止部によって係止されており、搬送機構（図示せず）による基板Ｗの受け渡しを阻害しないようになっている。

【0060】

伝熱ガス供給排気部１１９は、配管１１９ａを介して、ステージ１０５に載置された基板Ｗの裏面とステージ１０５の表面との間の裏面空間に、例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給する。

【0061】

パージガス供給部１２０は、配管１２０ａ、ステージ１０５の支持部１０５ａと温調ジャケット１０８の穴部１０８ｃの間に形成された隙間部（図示せず）、ステージ１０５と断熱リング１０７の間に形成され径方向外側に向かって延びる流路（図示せず）、ステージ１０５の外周部に形成された上下方向の流路（図示せず）を介して、環状部材１１７の下面とステージ１０５の上面との間に、例えばＣＯガス等のパージガスを供給する。これにより、環状部材１１７の下面とステージ１０５の上面との間の空間にプロセスガスが流入することを抑制して、環状部材１１７の下面やステージ１０５の外周部の上面に成膜されることを防止する。

【0062】

本体容器１０１の側壁には、基板Ｗを搬入出するための搬入出口１０１ａと、搬入出口１０１ａを開閉するゲートバルブ１２１と、が設けられている。

【0063】

本体容器１０１の下方の側壁には、排気管１０１ｂを介して、真空ポンプ等を含む排気部１２２が接続される。排気部１２２により本体容器１０１内が排気され、処理室１０１ｃ内が所定の真空雰囲気（例えば、１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

【0064】

制御部１３０は、ガス供給部１０４、ヒータ１０６、昇降機構１１０、冷媒ユニット１１８、伝熱ガス供給排気部１１９、パージガス供給部１２０、ゲートバルブ１２１、排気部１２２等を制御することにより、基板処理装置２１３の動作を制御する。

【0065】

制御部９の処理は、ガス供給部１０４から供給管１０２ａ及びガス導入機構１０３を介して、処理室１０１ｃの上部空間１０１ｄにＲｕ_３（ＣＯ）_１２ガス及びＣＯガスを供給する。Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２ガスはルテニウムを含有するガスである。ＣＯガスは、Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２の分解を抑制するガスである。基板Ｗの表面でＲｕ_３（ＣＯ）_１２が分解することで、基板Ｗにルテニウム膜を形成する。なお、成膜条件の一例は、成膜温度１３５℃～２５０℃、成膜圧力１５～１００ｍＴ、ＣＯ流量３０～３００ｓｃｃｍである。処理後のガスは、上部空間１０１ｄから環状部材１１７の上面側の流路を通過し、下部空間１０１ｅへと流れて、排気管１０１ｂを介して排気部１２２により排気される。

【0066】

＜基板処理方法＞
次に、本実施形態に係る基板処理システム２００を用いた基板処理方法について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、基板処理の一例を示すフローチャートである。図６は、基板Ｗの断面模式図の一例である。

【0067】

ステップＳ１において、基板Ｗを準備する。ここで、基板Ｗは、Ｓｉ基板５００の上にＳｉＯ_２膜５１０が形成されている。

【0068】

ステップＳ２において、基板処理装置２１１（図２参照）に基板Ｗを搬送し、基板ＷのＳｉＯ_２膜５１０の上にバリア膜５２０を成膜（バリア膜成膜処理）する。なお、バリア膜５２０は、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのうちいずれかから構成される。

【0069】

ステップＳ３において、基板処理装置２１２（図３参照）に基板Ｗを搬送し、基板Ｗのバリア膜５２０の表面から不純物を除去（プリクリーン処理）する。

【0070】

ステップＳ４において、基板処理装置２１３（図４参照）に基板Ｗを搬送し、基板Ｗのバリア膜５２０の上に金属膜５３０を成膜（金属膜成膜処理）する。なお、金属膜５３０は、ルテニウム膜であるものとして説明するが、これに限られるものではない。金属膜５３０は、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうちいずれかであってもよい。

【0071】

以上のステップＳ１からステップＳ４の処理により、基板処理システム２００で基板Ｗにバリア膜５２０及び金属膜５３０の成膜処理が施される。成膜処理が施された基板Ｗは、基板処理システム２００から搬出される。

【0072】

その後、バリア膜５２０及び金属膜５３０が成膜された基板Ｗは、他の基板処理システムまたは基板処理装置によって、他の処理が更に施される。

【0073】

そして、ステップＳ５において、アニール装置（図示せず）は、基板処理システム２００でバリア膜５２０及び金属膜５３０が成膜された基板Ｗにアニール処理を施す。なお、アニール処理は、例えば、基板Ｗに形成された各種の膜を活性化するために行われる処理である。例えば、アニール処理によって、ルテニウム膜中の結晶粒が粗大化することで、ルテニウム膜の抵抗値を減少させることができる。

【0074】

＜アニール処理後の膜状態＞
次に、アニール処理後のバリア膜５２０及び金属膜５３０の状態について、参考例と対比しつつ、第１実施例及び第２実施例について説明する。図７は、第１実施例におけるアニール処理後の膜の状態を示す図の一例である。図８は、第２実施例におけるアニール処理後の膜の状態を示す図の一例である。図９は、参考例におけるアニール処理後の膜の状態を示す図の一例である。

【0075】

図７に示す第１実施例では、バリア膜５２０としてＡｌＮ膜を成膜し、バリア膜５２０の上に金属膜５３０としてルテニウム膜を成膜した。

【0076】

図８に示す第２実施例では、バリア膜５２０としてＴｉＸＮ膜（Ｘ＝Ａｌ，Ｓｉ，Ｃのいずれか。）の一例であるＴｉＡｌＮ膜を成膜し、バリア膜５２０の上に金属膜５３０としてルテニウム膜を成膜した。

【0077】

図９に示す参考例では、バリア膜５２０としてＴｉＮ膜を成膜し、バリア膜５２０の上に金属膜５３０としてルテニウム膜を成膜した。

【0078】

また、図７から図８において、基板Ｗにアニール処理を施していない場合（No anneal）、基板Ｗに９００℃でアニール処理を施した場合（900℃ anneal）、基板Ｗに９５０℃でアニール処理を施した場合（950℃ anneal）、基板Ｗに１０００℃でアニール処理を施した場合（1000℃ anneal）について、上段に断面画像（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を示し、下段に元素分析（ＥＤＸ：Energy dispersive X-ray spectroscopy）の結果をそれぞれ示す。なお、元素分析の結果において、横軸は、基板Ｗの高さ位置を示し、ＳｉＯ_２膜５１０、バリア膜５２０、金属膜５３０と積層する方向を正の向きとする。縦軸は、規格化された検出強度である。

【0079】

ここで、図９に示す参考例において、アニール処理を施していない場合（No anneal）及び９００℃でアニール処理を施した場合（900℃ anneal）、ＳｉとＯの強度が減少しＲｕの強度が上昇する高さ位置（６０～８０ｎｍ付近）、換言すればＳｉＯ_２膜５１０と金属膜５３０との境界でＴｉの強度のピークが表れている。

【0080】

一方、図９に示す参考例において、９５０℃でアニール処理を施した場合（950℃ anneal）、ＳｉＯ_２膜５１０と金属膜５３０との境界（６０～８０ｎｍ付近）におけるＴｉの強度のピークが消失している。換言すれば、ルテニウムがＴｉＮ膜（バリア膜５２０）に拡散し、ＴｉＮ膜とルテニウム膜が混合している。これにより、ルテニウム膜を半導体装置の配線構造として用いる場合、抵抗値が増加する。

【0081】

同様に、図９に示す参考例において、１０００℃でアニール処理を施した場合（1000℃ anneal）、ＳｉＯ_２膜５１０と金属膜５３０との境界（６０～８０ｎｍ付近）におけるＴｉの強度のピークが消失している。換言すれば、ルテニウムがＴｉＮ膜（バリア膜５２０）に拡散し、ＴｉＮ膜とルテニウム膜が混合している。これにより、ルテニウム膜を半導体装置の配線構造として用いる場合、抵抗値が増加する。

【0082】

加えて、図９に示す参考例において、１０００℃でアニール処理を施した場合（1000℃ anneal）、ＴＥＭ画像に示すように、ＴｉＮ膜がルテニウム膜と混合することで、ＳｉＯ_２膜５１０との密着性が低下して、ルテニウム膜の凝集を引き起こす。

【0083】

これに対し、図７に示す第１実施例において、アニール処理を施していない場合（No anneal）、９００℃でアニール処理を施した場合（900℃ anneal）、９５０℃でアニール処理を施した場合（950℃ anneal）、１０００℃でアニール処理を施した場合（1000℃ anneal）のいずれにおいても、ＳｉとＯの強度が減少しＲｕの強度が上昇する高さ位置（６０～８０ｎｍ付近）、換言すればＳｉＯ_２膜５１０と金属膜５３０との境界でＡｌの強度のピークが表れている。即ち、ルテニウムがＡｌＮ膜（バリア膜５２０）中に拡散していないことが確認できた。これにより、ルテニウム膜を半導体装置の配線構造として用いる場合、抵抗値の増加を防止することができる。また、図７に示す第１実施例において、ＴＥＭ画像に示すように、ルテニウム膜の凝集は生じておらず、ＳｉＯ_２膜５１０との密着性が維持されている。

【0084】

また、図８に示す第２実施例において、アニール処理を施していない場合（No anneal）、９００℃でアニール処理を施した場合（900℃ anneal）、９５０℃でアニール処理を施した場合（950℃ anneal）、１０００℃でアニール処理を施した場合（1000℃ anneal）のいずれにおいても、ＳｉとＯの強度が減少しＲｕの強度が上昇する高さ位置（６０～８０ｎｍ付近）、換言すればＳｉＯ_２膜５１０と金属膜５３０との境界でＴｉ及びＡｌの強度のピークが表れている。即ち、ルテニウムがＴｉＡｌＮ膜（バリア膜５２０）中に拡散していないことが確認できた。これにより、ルテニウム膜を半導体装置の配線構造として用いる場合、抵抗値の増加を防止することができる。また、図８に示す第２実施例において、ＴＥＭ画像に示すように、ルテニウム膜の凝集は生じておらず、ＳｉＯ_２膜５１０との密着性が維持されている。

【0085】

なお、図示は省略するが、バリア膜５２０としてＴｉＣＮ膜を成膜し、バリア膜５２０の上に金属膜５３０としてルテニウム膜を成膜する場合も、第２実施例と同様に、アニール処理による抵抗値の増加を防止し、密着性を維持することができる。

【0086】

以上、本実施形態に係る基板処理システムのよれば、金属膜５３０とＳｉＯ_２膜５１０との間にＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮのうちいずれかであるバリア膜５２０を成膜することにより、アニール処理による金属膜５３０の拡散を抑制し、バリア膜５２０と金属膜５３０との混合を抑制することができる。これにより、アニール処理による金属膜５３０の抵抗値の増加や密着性の低下を抑制することができる。換言すれば、金属膜５３０の熱耐性を向上させることができる。

【0087】

以上、一実施形態に係る基板処理装置について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

【符号の説明】

【0088】

２００ 基板処理システム
２１１～２１３ 基板処理装置
５００ Ｓｉ基板
５１０ ＳｉＯ_２膜
５２０ バリア膜
５３０ 金属膜（ルテニウム膜）
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】