バリヤ層、成膜方法及び処理システム
【課題】比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する際に、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることにより上記第２金属含有膜を効率的に形成する。
【解決手段】底面に金属層３が露出する凹部２を有する絶縁層１が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを有する。これにより、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させて上記第２金属含有膜を効率的に形成する。
【解決手段】底面に金属層３が露出する凹部２を有する絶縁層１が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを有する。これにより、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させて上記第２金属含有膜を効率的に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に形成された比誘電率の低い層間絶縁膜の凹部を銅等で埋め込んで配線する時に用いられるバリヤ層、成膜方法及び処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や、トレンチ、ホールなどの凹部内への埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅を用いる傾向にある（特許文献１）。そして、この配線材料や埋め込み材料として銅を用いる場合には、その下層への銅の拡散バリヤ性等を考慮して、一般的にはタンタル金属（Ｔａ）やタンタル窒化膜（ＴａＮ）等がバリヤ層として用いられる。
【０００３】
そして、上記凹部内を銅で埋め込むには、まずプラズマスパッタ装置内にて、この凹部内の壁面全体を含むウエハ表面全面に銅膜よりなる薄いシード膜を形成し、次にウエハ表面全体に銅メッキ処理を施すことにより、凹部内を完全に埋め込むようになっている。その後、ウエハ表面の余分な銅薄膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理等により研磨処理して取り除くようになっている。
【０００４】
この点については図１２を参照して説明する。図１２は半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。この半導体ウエハＷに形成された、例えばＳｉＯ２ 膜よりなる層間絶縁膜などの絶縁層１の表面には、Ｓｉｎｇｌｅ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ構造、Ｄｕａｌ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ構造、三次元実装構造等により、ビアホールやスルーホールや溝（トレンチ）等に対応する凹部２が形成されており、この凹部２の底部には、例えば銅よりなる下層の配線層３が露出状態で形成されている。
【０００５】
具体的には、この凹部２は、細長く形成された断面凹状の溝（トレンチ）２Ａと、この溝２Ａの底部の一部に形成されたホール２Ｂとよりなり、このホール２Ｂがビアホールやスルーホールとなる。そして、このホール２Ｂの底部に上記配線層３が露出しており、下層の配線層やトランジスタ等の素子と電気的な接続を行うようになっている。なお、下層の配線層やトランジスタ等の素子については図示を省略している。上記凹部２は設計ルールの微細化に伴ってその幅、或いは内径は例えば１２０ｎｍ程度と非常に小さくなっており、アスペクト比は例えば２〜４程度になっている。なお、拡散防止膜およびエッチングストップ膜等については、図示を省略し形状を単純化して記載している。
【０００６】
この半導体ウエハＷの表面には上記凹部２内の内面も含めて略均一に例えばＴａＮ膜及びＴａ膜の積層構造よりなるバリヤ層４がプラズマスパッタ装置にて予め形成されている（図１２（Ａ）参照）。そして、プラズマスパッタ装置にて上記凹部２内の表面を含むウエハ表面全体に亘って金属膜として薄い銅膜よりなるシード膜６を形成する（図１２（Ｂ）参照）。上記ウエハ表面に銅メッキ処理を施すことにより上記凹部２内を例えば銅膜よりなる金属膜８で埋め込むようになっている（図１２（Ｃ）参照）。その後は、上記ウエハ表面の余分な金属膜８、シード膜６及びバリヤ層４を上記したＣＭＰ処理等を用いて研磨処理して取り除くことになる。
【０００７】
そして、上記バリヤ層の更なる信頼性の向上を目標として種々の開発がなされており、中でも上記Ｔａ膜やＴａＮ膜に代えてＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜を用いた自己形成バリヤ層が注目されている（特許文献２）。このＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜は、スパッタリングにより成膜されて、更にこのＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜自体がシード膜となるので、この上方にＣｕメッキ層を直接形成できメッキ後にアニールを施すことで自己整合的に下層の絶縁膜であるＳｉＯ２ 層と反応して、このＳｉＯ２ 層とＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜との境界部分にＭｎＳｉｘＯｙ（ｘ、ｙ：任意の正数）膜、或いはＭｎとＳｉＯ２ 層の酸素とが反応することにより生ずるマンガン酸化物ＭｎＯｘ（ｘ：任意の正数）膜というバリヤ膜が形成されるため、製造工程数も削減できる、という利点を有する。なおマンガン酸化物は、Ｍｎの価数によってＭｎＯ、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２等の種類が存在する が、本明細書中では、これらを総称してＭｎＯｘと記述する。
またスパッタ法に比べて微細な線幅やホール径に対して良好な段差被覆性で膜を堆積することができるＣＶＤ法によりＭｎＳｉｘＯｙ膜、あるいはＭｎＯｘ膜の成膜をおこなうことが検討されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１０７７４７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７３９０号公報
【特許文献３】特開２００８−０１３８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、最近にあっては、半導体装置の更なる高速動作の要請から層間絶縁膜の比誘電率をより低くすることが求められており、このような要請から、層間絶縁膜の材料としてＴＥＯＳにより形成したシリコン酸化膜から、より比誘電率の低い材料として例えばメチル基等の有機基を含んだＳｉＯＣ、ＳｉＣＯＨなどからなるＬｏｗ−ｋ膜を用いることが検討されている。ここで上記ＴＥＯＳを用いて形成したシリコン酸化膜の比誘電率は４．１程度であり、ＳｉＯＣの比誘電率は３．０程度である。しかしながら、層間絶縁膜として上記Ｌｏｗ−ｋ膜（ＳｉＯＣ）等の比誘電率の低い材料を用いた場合には、この凹部内の露出面を含めて比誘電率の低い層間絶縁膜の表面にＣＶＤ法によりＭｎ含有膜の成膜処理を施してもＭｎＯｘ膜がほとんど堆積しないので、バリヤ層を形成することができない、といった問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の第１の目的は、比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する際に、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることにより上記第２金属含有膜を効率的に形成することが可能な成膜方法、バリヤ層及び処理システムを提供することにある。
また本発明の第２の目的は、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層、成膜方法及び処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎやＭｎＯｘ等のＭｎ含有膜を堆積させる方法について鋭意研究した結果、Ｍｎ含有膜の成膜処理を行う前に絶縁層の表面に例えばＲｕ等の金属膜を下地膜として施しておくことにより、Ｍｎ含有膜を効率的に堆積させることができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【００１２】
請求項１の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【００１３】
このように、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することが可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは交互に行われて、最後に前記第１金属含有膜形成工程が行われることを特徴とする。
請求項３の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する合金膜形成工程を有することを特徴とする成膜方法である。
これにより、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を提供することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記凹部内を前記埋め込み金属で埋め込む埋め込み工程を有することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記絶縁層は、ＳｉＯＣ膜とＳｉＣＯＨ膜とＳｉＣＮ膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とＳｉＬＫ（登録商標）膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される１つ以上の膜よりなることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の金属は、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒよりなる群から選択される１以上の元素であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発明において、前記第２の金属は、マンガン（Ｍｎ）よりなり、該マンガンを含む有機金属材料は、Ｃｐ２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ５ ）２ ］、（ＭｅＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３ Ｈ７ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３ ［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４ Ｈ９ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＣＨ３ Ｍｎ（ＣＯ）５ 、Ｍｎ（ＤＰＭ）３ ［＝ Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ）３ ］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７ Ｈ１１Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７Ｏ２）３］、Ｍｎ（ｈｆａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５ＨＦ６Ｏ２）３］、（ （Ｃ Ｈ３）５Ｃｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（（ＣＨ３）５Ｃ５Ｈ４）２］、［Ｍｎ（ ｉＰｒ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ３Ｈ７）２］、［ Ｍｎ（ｔＢｕ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ４Ｈ９）２ ］よりなる群から選 択される１以上の材料であることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記埋め込み金属は、銅であることを特徴とする。
請求項１０の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、第１の金属を含む第１金属含有膜と、前記第１金属含有膜上に形成されて前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜とよりなることを特徴とするバリヤ層である。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記第１金属含有膜と前記第２金属含有膜とは交互に積層されており、最上層は前記第１金属含有膜になされていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、第１の金属と、前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜よりなることを特徴とするバリヤ層である。
【００２０】
請求項１３の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する処理装置と、前記被処理体の表面に前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する処理装置と、前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、前記各処理装置が連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【００２１】
請求項１４の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する成膜処理と前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する成膜処理とを行う処理装置と、前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、前記各処理装置が連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【００２２】
請求項１５の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、前記被処理体の表面に第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する処理装置と、前記処理装置が連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、請求項３記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のバリヤ層、成膜方法及び処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項の発明によれば、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することができる。
請求項３及びこれを引用する請求項の発明によれば、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の処理システムの第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の処理システムの第２実施例を示す概略構成図である。
【図３】第２の処理装置の一例を示す構成図である。
【図４】第３の処理装置の一例を示す構成図である。
【図５】第５の処理装置の一例を示す構成図である。
【図６】本発明方法の第１実施例の各工程における薄膜の堆積状況の一例を示す図である。
【図７】本発明方法の基本的な各工程を示すフローチャートである。
【図８】埋め込み工程を実施するための各種態様を示す図である。
【図９】第１金属含有膜形成工程を実施する時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明方法の第２実施例を説明する説明図である。
【図１１】本発明の成膜方法の第３実施例を説明するための説明図である。
【図１２】半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係るバリヤ層、成膜方法及び処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜処理システム＞
まず、本発明の成膜方法を実施するための処理システムについて説明する。図１は本発明の処理システムの第１実施例を示す概略構成図、図２は本発明の処理システムの第２実施例を示す概略構成図である。
【００２６】
まず第１実施例について説明すると、図１に示すように、この処理システム１０は、複数、例えば４つの処理装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと、略六角形状の共通搬送室１４と、ロードロック機能を有する第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂと、細長い導入側搬送室１８とを主に有している。
【００２７】
ここでは、上記４つの処理装置１２Ａ〜１２Ｄの内、１つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ａは被処理体である半導体ウエハに対して前処理を行う第１の処理装置１２Ａとして構成され、２つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ｂは半導体ウエハＷに対してＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第２の処理装置１２Ｂとして構成され、３つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ｃは半導体ウエハＷに対して後述するウエハの凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する例えばＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第３の処理装置１２Ｃとして構成され、４つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ｄは半導体ウエハＷに対して埋め込み金属の材料である第３の金属として例えば銅膜を堆積させる第４の処理装置１２Ｄとして構成されている。
【００２８】
ここで、上記第１及び第４の処理装置１２Ａ、１２Ｄは、ここに設けなくてもよく、この処理システム１０以外に設けた別の処理装置において上記第１及び第４の処理装置における各処理を行うようにしてもよい。また上記第１の処理装置１２Ａとしては、一般的な清浄処理装置が用いられ、第４の処理装置１２Ｄとしては熱ＣＶＤ等の熱成膜処理装置が用いられる。
【００２９】
具体的には、略六角形状の上記共通搬送室１４の４辺に上記各処理装置１２Ａ〜１２Ｄが接合され、他側の２つの辺に、上記第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ接合される。そして、この第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂに、上記導入側搬送室１８が共通に接続される。
【００３０】
上記共通搬送室１４と上記４つの各処理装置１２Ａ〜１２Ｄとの間及び上記共通搬送室１４と上記第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂとの間は、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在して接合されて、クラスタツール化されており、必要に応じて共通搬送室１４内と連通可能になされている。ここで、この共通搬送室１４内は真空引きされている。また、上記第１及び第２各ロードロック室１６Ａ、１６Ｂと上記導入側搬送室１８との間にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在されている。この第１及び第２のロードロック室１６Ａ、１６Ｂは真空引き、及び大気圧復帰がウエハの搬出入に伴って繰り返される。
【００３１】
そして、この共通搬送室１４内においては、上記２つの各ロードロック室１６Ａ、１６Ｂ及び４つの各処理装置１２Ａ〜１２Ｄにアクセスできる位置に、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりなる搬送機構２０が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる２つのピック２０Ａ、２０Ｂを有しており、一度に２枚のウエハを取り扱うことができるようになっている。尚、上記搬送機構２０として１つのみのピックを有しているものも用いることができる。
【００３２】
上記導入側搬送室１８は、横長の箱体により形成されており、この横長の一側には、被処理体である半導体ウエハを導入するための１つ乃至複数の、図示例では３つの搬入口が設けられ、各搬入口には、開閉可能になされた開閉ドア２２が設けられる。そして、この各搬入口に対応させて、導入ポート２４がそれぞれ設けられ、ここにそれぞれ１つずつカセット容器２６を載置できるようになっている。各カセット容器２６には、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを等ピッチで多段に載置して収容できるようになっている。このカセット容器２６内は、例えば密閉状態になされており、内部にはＮ２ ガス等の不活性ガスの雰囲気に満たされている。
【００３３】
この導入側搬送室１８内には、ウエハＷをその長手方向に沿って搬送するための導入側搬送機構２８が設けられる。この導入側搬送機構２８は、屈伸及び旋回可能になされた２つのピック２８Ａ、２８Ｂを有しており、一度に２枚のウエハＷを取り扱い得るようになっている。この導入側搬送機構２８は、導入側搬送室１８内に、その長さ方向に沿って延びるように設けた案内レール３０上にスライド移動可能に支持されている。
【００３４】
また、導入側搬送室１８の一方の端部には、ウエハの位置合わせを行なうオリエンタ３２が設けられる。上記オリエンタ３２は、駆動モータによって回転される回転台３２Ａを有しており、この上にウエハＷを載置した状態で回転するようになっている。この回転台３２Ａの外周には、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ３２Ｂが設けられ、これによりウエハＷの位置決め切り欠き、例えばノッチやオリエンテーションフラットの位置方向やウエハＷの中心の位置ずれ量を検出できるようになっている。
【００３５】
この処理システム１０はシステム全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなるシステム制御部３４を有している。そして、この処理システム全体の動作制御に必要なプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体３６に記憶されている。具体的には、このシステム制御部３４からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度（ウエハ温度）、プロセス圧力（各処理装置の処理容器内の圧力）の制御、ウエハの搬送作業等が行われる。
【００３６】
このように、構成された処理システム１０における概略的な動作について説明する。まず、導入ポート２４に設置されたカセット容器２６からは、未処理の半導体ウエハＷが導入側搬送機構２８により導入側搬送室１８内に取り込まれ、この取り込まれたウエハＷは導入側搬送室１８の一端に設けたオリエンタ３２へ搬送されて、ここで位置決めがなされる。上記ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、この表面には凹部２（図１２参照）が予め形成されている。
【００３７】
位置決めがなされたウエハＷは、上記導入側搬送機構２８により再度搬送され、第１或いは第２のロードロック室１６Ａ、１６Ｂの内のいずれか一方のロードロック室内へ搬入される。このロードロック室内が真空引きされた後に、予め真空引きされた共通搬送室１４内の搬送機構２０を用いて、上記ロードロック室内のウエハＷが共通搬送室１４内に取り込まれる。
【００３８】
そして、この共通搬送室１４内へ取り込まれた未処理のウエハは、まず第１の処理装置１２Ａ内に搬入され、ここでウエハＷに対して前処理が行われる。この前処理としては、一般的なデガス（ｄｅｇａｓ）処理やウエハ表面の凹部２内の洗浄処理が行われる。この洗浄処理としては、Ｈ２ プラズマ処理、Ａｒプラズマ処理、有機酸を用いたドライクリーニング処理、或いはＨｏｔ−Ｗｉｒｅ原子状水素を用いたクリーニング処理等が行われる。
【００３９】
この前処理が完了したウエハＷは、次に第２の処理装置１２Ｂ内へ搬入され、ここでウエハＷの表面に上述したようにＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程が行われる。この第１金属含有膜形成工程では、後述するように、第１の金属を含む第１金属含有原料ガスを用いて熱ＣＶＤ等の熱処理を行うことにより成膜が行われる。この成膜としては例えばＲｕ（ルテニウム）膜が形成される。
【００４０】
この第１金属含有膜形成工程が完了したウエハＷは、次に第３の処理装置１２Ｃ内へ搬入され、ここでウエハＷの表面に凹部の埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程が行われる。この第２金属含有膜としては、例えばＭｎＯｘ膜やＭｎ膜等が形成される。このように、上記Ｒｕ膜とＭｎＯｘ膜やＭｎ膜との層構造でＣｕ膜に対するバリヤ層が形成されることになる。
【００４１】
この第２金属含有膜形成工程が完了したウエハＷは、次に第４の処理装置１２Ｄ内へ搬入され、ここでウエハＷの表面に埋め込み金属である第３の金属として、例えば銅膜を堆積して上記凹部２内を埋め込む埋め込み工程が行われる。尚、成膜方法の実施例によっては、第１金属含有膜形成工程や第２金属含有膜形成工程を繰り返す場合もある。そして、上記埋め込み工程が完了したならば、この処理システム１０での処理は完了することになる。この処理済みのウエハＷは、いずれか一方のロードロック室１６Ａ又は１６Ｂ、導入側搬送室１８を経由して導入ポート２４の処理済みウエハ用のカセット容器２６内へ収容されることになる。尚、共通搬送室１４内は、ＡｒやＨｅ等の希ガスやドライＮ２ 等の不活性ガスの雰囲気で減圧状態になされている。
【００４２】
上記処理システムの第１実施例の場合には、第２の処理装置１２Ｂと第３の処理装置１２Ｃとを別々に設けて、第１金属含有膜形成工程と第２金属含有膜形成工程とをそれぞれ別の処理装置で行うようにしたが、これらの両工程を同一の処理装置内で行うようにしてもよい。このような処理システムが図２に示す第２実施例である。尚、図２においては、図１に示した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
図２に示すように、ここでは図１中の第２の処理装置１２Ｂに替えて５つ目の処理装置として第５の処理装置１２Ｅを設けており、第３の処理装置１２Ｃ（図１参照）は設置していない。この第５の処理装置１２Ｅにおいて、後述するように第１金属含有膜である、例えばＲｕ膜と第２金属含有膜である例えばＭｎＯｘ膜等とが連続的に成膜されることになる。この場合には、処理装置の設置台数が一台減少した分だけ、設備コストを削減することができる。また第３の処理装置１２Ｃがあった位置に、スループット向上のため第４の処理装置１２Ｄをもう一台設けてもよい。
【００４４】
＜第２の処理装置１２Ｂの説明＞
前述したように、第１の処理装置１２Ａは一般的な洗浄処理装置なので、その説明は省略し、上記第２の処理装置１２Ｂについて説明する。図３は第２の処理装置の一例を示す構成図である。この第２の処理装置１２Ｂは、前述したように第１の金属を含む第１金属含有原料ガスを用いて熱処理によりウエハ表面に第１金属含有膜を形成する装置であり、ここでは第１金属含有膜としてＲｕ膜よりなる金属膜を熱ＣＶＤ法により形成する場合を例にとって説明する。
【００４５】
この第２の処理装置１２Ｂは、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器１３２を有している。この処理容器１２３内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガス等を導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部１３４が設けられており、この下面のガス噴射面に設けた多数のガス噴射孔１３６から処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００４６】
このシャワーヘッド部１３４内には、中空状のガス拡散室１３８が形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、ガス拡散室１３８に連通されたガス噴射孔１３６より吹き出すようになっている。このシャワーヘッド部１３４の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。そして、このシャワーヘッド部１３４と処理容器１３２の上端開口部との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４０が介在されており、処理容器１３２内の気密性を維持するようになっている。
【００４７】
また、処理容器１３２の側壁には、この処理容器１３２内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口１４２が設けられると共に、この搬出入口１４２には気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが設けられている。
【００４８】
そして、この処理容器１３２の底部１４４に排気空間１４６が形成されている。具体的には、この容器底部１４４の中央部には大きな開口１４８が形成されており、この開口１４８に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁１５０を連結してその内部に上記排気空間１４６を形成している。そして、この排気空間１４６を区画する円筒区画壁１５０の底部１５２には、これより起立させて円筒体状の支柱１５４が設けられ、この支柱１５４の上端部に半導体ウエハＷを載置する載置台１５６が固定されている。
【００４９】
また、上記載置台１５６は、例えばセラミック材や石英ガラスよりなり、この載置台１５６内には、加熱手段として通電により熱を発生する例えばカーボンワイヤヒータ等よりなる抵抗加熱ヒータ１５８が収容されて、この載置台１５６の上面に載置された半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。
【００５０】
上記載置台１５６には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔１６０が形成されており（図３においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔１６０に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン１６２を配置している。この押し上げピン１６２の下端には、円形リング形状に形成された例えばアルミナのようなセラミックス製の押し上げリング１６４が配置されており、この押し上げリング１６４に、上記各押し上げピン１６２の下端を支持させている。この押し上げリング１６４から延びるアーム部１６６は、容器底部１４４を貫通して設けられる出没ロッド１６８に連結されており、この出没ロッド１６８はアクチュエータ１７０により昇降可能になされている。
【００５１】
これにより、上記各押し上げピン１６２をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔１６０の上端から上方へ出没させるようになっている。また、アクチュエータ１７０の出没ロッド１６８の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ１７２が介設されており、上記出没ロッド１６８が処理容器１３２内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００５２】
そして、上記排気空間１４６の入口側の開口１４８は、載置台１５６の直径よりも小さく設定されており、上記載置台１５６の周縁部の外側を流下するガスが載置台１５６の下方に回り込んで開口１４８へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁１５０の下部側壁には、この排気空間１４６に臨ませて排気口１７４が形成されており、この排気口１７４には、真空排気系１７６が接続される。
【００５３】
この真空排気系１７６は、上記排気口１７４に接続された排気通路１７８を有し、この排気通路１７８には、圧力調整弁１８０や真空ポンプ１８２や除害装置（図示せず）等が順次介設され、上記処理容器１３２内及び排気空間１４６の雰囲気を圧力制御しつつ真空引きして排気できるようになっている。
【００５４】
そして、上記シャワーヘッド部１３４には、これに所定のガスを供給するために、第１金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系８８が接続されている。具体的には、上記第１金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系８８は、上記ガス拡散室１３８のガス入口１８６に接続された原料ガス流路９４を有している。
【００５５】
この原料ガス流路９４の他端は、ここでは固体状の原料１１０を収容する第１の原料タンク１００に接続されている。また、この原料ガス流路９４の途中には、開閉弁１１２及びこの原料ガス流路９４内の圧力を測定する圧力計１１４が設けられる。この圧力計１１４としては、例えばキャパシタンスマノメータを用いることができる。上記原料ガス流路９４は、ここで用いる原料１１０の蒸気圧が非常に低くて気化し難いことから、気化を促進させるために比較的大口径になされ、且つ流路長もできるだけ短く設定して第１の原料タンク１００内の圧力が処理容器１３２内の圧力に近くなるように設定している。
【００５６】
そして、この第１の原料タンク１００内には、その先端部が第１の原料タンク１００の底部近傍に位置されたバブリングガス管１１６が挿入されている。そして、このバブリングガス管１１６にはマスフローコントローラのような流量制御器１１８及び開閉弁１２０が順次介設されており、バブリングガスを流量制御しつつ第１の原料タンク１００内に導入して原料１１０をガス化して原料ガスとするようになっている。そして、発生したこの原料ガスはバブリングガスに随伴されて供給されることになる。
【００５７】
上記バブリングガスとしては、ここでは不活性ガスであるＮ２ ガスを用いているが、これに代えてＣＯ（一酸化酸素）、或いはＨｅ、Ａｒ等の希ガスを用いてもよい。また、この第１の原料タンク１００には、気化を促進させるために原料１１０を加熱するタンク加熱部１２２が設けられている。ここでは上記原料１１０としては、第１の金属の一例としてＲｕを含む粒状固体のルテニウムカルボニル（Ｒｕ３ （ＣＯ）１２）を用いている。
【００５８】
そして、上記原料ガス流路９４、これに介設される開閉弁１２２には、原料ガスが再凝縮することを防止するためにテープヒータ、アルミブロックヒータ、マントルヒータ或いはシリコンラバーヒータ等（図示せず）が巻回され、これらを加熱するようになっている。
【００５９】
また図示されないが、パージ用の不活性ガス供給手段が上記シャワーヘッド部１３４に接続されており、必要に応じてパージガスを供給するようになっている。このパージ用ガスとしては、Ｎ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００６０】
そして、このような装置全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなる制御部２０６を有しており、上記ガスの供給の開始と停止の制御、供給量の制御、処理容器１３２内の圧力制御、ウエハＷの温度制御等を行うようになっている。そして、上記制御部２０６は、上記した制御を行うためのコンピュータプログラムを記憶するための記憶媒体２０８を有している。
【００６１】
ここで原料ガスの流量を制御するために、バブリングガスの流量と、原料ガスの流量と、その時の圧力計１１４の測定値との関係が予め基準データとして記憶媒体２０８に記憶されており、成膜時には、圧力計１１４の測定値に基づいてバブリングガスの流量を制御することによって原料ガスの供給量を制御するようになっている。上記記憶媒体２０８としては、例えばフレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等を用いることができる。また上記制御部２０６は、システム制御部３４（図１参照）の支配下で動作するようになっている。
【００６２】
次に、以上のように構成された第２の処理装置１２Ｂの動作について説明する。まず、半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブＧ、搬出入口１４２を介して処理容器１３２内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン１６２に受け渡された後に、この押し上げピン１６２を降下させることにより、ウエハＷを載置台１５６の上面に載置してこれを支持する。
【００６３】
次に、原料ガス供給系８８を動作させて、シャワーヘッド部１３４へ原料ガスを流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔１３６より噴射し、処理空間Ｓへ導入する。このガスの供給態様については後述するように種々存在する。
【００６４】
そして真空排気系１７６に設けた真空ポンプ１８２の駆動を継続することにより、処理容器１３２内や排気空間１４６内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁１８０の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は、載置台１５６内に設けた抵抗加熱ヒータ１５８により加熱されて所定のプロセス温度に維持されている。これにより、半導体ウエハＷの表面に第１金属含有膜、すなわちここではＲｕ膜が形成されることになる。
【００６５】
＜第３の処理装置１２Ｃの説明＞
次に、上記第３の処理装置１２Ｃについて説明する。尚、前述したように、第４の処理装置１２Ｄは一般的な熱成膜処理装置なので、その説明は省略する。図４は第３の処理装置の一例を示す構成図である。この第３の処理装置１２Ｃは、ウエハ表面に埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する装置であり、ここではこの第２金属含有膜としてＭｎＯｘ膜（一部にＭｎ膜を含む場合もある）を形成する場合を例にとって説明する。
【００６６】
この第３の処理装置１２Ｃは、その構成はほぼ第２の処理装置１２Ｂと同じであり原料ガス供給系のみが異なっている。従って、原料ガス供給系を主体として説明し、図３に示す装置と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
すなわち、シャワーヘッド部１３４には、これに所定のガスを供給するために、第２金属含有膜の原料ガスを供給する原料ガス供給系１３１が接続されている。具体的には、上記原料ガス供給系１３１は、上記ガス拡散室１３８のガス入口１８６に接続された原料ガス流路１３３を有している。
【００６８】
この原料ガス流路１３３は、途中に開閉弁１３５及びマスフローコントローラのような流量制御器１３７を順次介設して第２金属含有原料１４５を収容する第２の原料タンク１４９に接続されている。
【００６９】
そして、この第２の原料タンク１４９内には、その先端部が第２の原料タンク１４９の底部近傍に位置されたバブリングガス管１３９が挿入されている。そして、このバブリングガス管１３９にはマスフローコントローラのような流量制御器１４１及び開閉弁１４３が順次介設されており、バブリングガスを流量制御しつつ第２の原料タンク１４９内に導入して原料１４５をガス化して原料ガスを供給するようになっている。そして、発生したこの原料ガスはバブリングガスに随伴されて供給されることになる。
【００７０】
上記バブリングガスとしては、ここでは還元ガスであるＨ２ ガスを用いている。また、この第２の原料タンク１４９には、気化を促進させるために原料１４５を加熱するタンク加熱部１４７が設けられている。ここでは上記原料１４５としては、第２の金属として例えばマンガンを含む液体原料である（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ（プリカーサ）を用いることができる。
【００７１】
尚、上記バブリング用の上記還元不活性ガスとしてＨ２ガスに代えて、Ｎ２や Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスからなる不活性ガスを用いることができる。そして、上記原料ガス流路１３３、これに介設される開閉弁１３５、流量制御器１３７には、原料ガスが再凝縮することを防止するためにテープヒータ、アルミブロックヒータ、マントルヒータ或いはシリコンラバーヒータ等（図示せず）が巻回され、これらを加熱するようになっている。
【００７２】
また図示されないが、パージ用のガス供給手段が上記シャワーヘッド部１３４に接続されており、必要に応じてパージガスを供給するようになっている。このパージ用ガスとしては、Ｎ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスやＨ２等の還元性ガスを用いることができる。
【００７３】
そして、このような装置全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなる制御部２０６を有しており、上記各ガスの供給の開始と停止の制御、供給量の制御、処理容器１３２内の圧力制御、ウエハＷの温度制御等を行うようになっている。そして、上記制御部２０６は、上記した制御を行うためのコンピュータプログラムを記憶するための記憶媒体２０８を有している。上記記憶媒体２０８としては、例えばフレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等を用いることができる。また上記制御部２０６は、システム制御部３４（図１参照）の支配下で動作するようになっている。
【００７４】
次に、以上のように構成された第３の処理装置１２Ｃの動作について説明する。まず、半導体ウエハＷは、搬送機構２０（図１参照）に保持されて開状態となったゲートバルブＧ、搬出入口１４２を介して処理容器１３２内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン１６０に受け渡された後に、この押し上げピン１６０を降下させることにより、ウエハＷを載置台１５６の上面に載置してこれを支持する。
【００７５】
次に、第２金属含有原料の原料ガス供給系１３１を動作させて、シャワーヘッド部１３４へ成膜ガスを流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔１３６より噴射し、処理空間Ｓへ導入する。
【００７６】
そして真空排気系１７６に設けた真空ポンプ１８２の駆動を継続することにより、処理容器１３２内や排気空間１４６内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁１８０の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は、載置台１５６内に設けた抵抗加熱ヒータ１５８により加熱されて所定のプロセス温度に維持されている。これにより、半導体ウエハＷの表面に所望の第２金属含有膜、すなわちここではＭｎＯｘ膜（Ｍｎ膜も一部に含まれる）が形成されることになる。
【００７７】
＜第５の処理装置１２Ｅの説明＞
次に、上記第５の処理装置１２Ｅ（図２参照）について説明する。図５は第５の処理装置の一例を示す構成図である。尚、図３及び図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
この第５の処理装置１２Ｅは、１台の処理装置で第１金属含有膜の一例であるＲｕ膜と第２金属含有膜の一例であるＭｎＯｘ膜（Ｍｎ膜も含まれる）とを成膜することができるようになっている。この第５の処理装置１２Ｅは、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器１３２を有している。この処理容器１３２内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガス等を導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部４２が設けられており、この下面のガス噴射面に設けた多数のガス噴射孔４２Ａ、４２Ｂから処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００７９】
このシャワーヘッド部４２内には、中空状の２つに区画されたガス拡散室４４Ａ、４４Ｂが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室４４Ａ、４４Ｂにそれぞれ連通された各ガス噴射孔４２Ａ、４２Ｂより吹き出すようになっている。すなわち、ガス噴射孔４２Ａ、４２Ｂはマトリクス状に配置されており、各ガスの噴射孔４２Ａ、４２Ｂより噴射された各ガスを処理空間Ｓで混合するようになっている。
【００８０】
尚、このようなガス供給形態をポストミックスと称す。このシャワーヘッド部４２の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。そして、このシャワーヘッド部４２と処理容器１３２の上端開口部との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４０が介在されており、処理容器１３２内の気密性を維持するようになっている。
【００８１】
そして、上記シャワーヘッド部４２には、これに所定のガスを供給するために、第１金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系８８と第２金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系１３１が接続されている。具体的には、上記第１金属含有原料ガス供給系８８は、上記２つのガス拡散室の内の一方のガス拡散室４４Ｂのガス入口１０２に接続された原料ガス流路９４を有している。また上記第２金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系１３１は、上記ガス拡散室の内の他方のガス拡散室４４Ａのガス入口９２に接続された原料ガス流路１３３を有している。
【００８２】
また図示されないが、パージ用の不活性ガス供給系が上記シャワーヘッド部４２に接続されており、必要に応じてパージガスを供給するようになっている。このパージ用ガスとしては、Ｎ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００８３】
この場合、上記第１金属含有ガス供給系８８のガス流路９４と上記第２金属含有原料の原料ガス供給系１３１のガス流路１３３を、別々のガス入口１０２と９２に接続している（ポストミックス）が、図３、図４に示すようなガス拡散室を１つだけもったシャワーヘッド部に、これら両ガス流路を接続（プリミックス）してもよい。この第５の処理装置１２Ｅによれば、この１台の処理装置で上述したようにＭｎＯｘ膜（Ｍｎ膜も含む）とＲｕ膜とをそれぞれ成膜することができる。
【００８４】
＜本発明の成膜方法＞
次に、図１乃至図５に示したような処理システムや処理装置を用いて行われる本発明の成膜方法について具体的に説明する。図６は本発明方法の第１実施例の各工程における薄膜の堆積状況の一例を示す図、図７は本発明方法の基本的な各工程を示すフローチャート、図８は埋め込み工程を実施するための各種態様を示す図、図９は第１金属含有膜形成工程を実施する時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャート、図１０は本発明方法の第２実施例を説明する説明図である。
【００８５】
本発明の目的の１つは、比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する際に、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることにより上記第２金属含有膜を効率的に形成することである。ここで第１金属含有膜とは、第２の処理装置１２Ｂ或いは第５の処理装置１２Ｅで成膜されるＲｕ膜であり、第２金属含有膜とは第３の処理装置１２Ｃ或いは第５の処理装置１２Ｅで成膜されるＭｎＯｘ膜やＭｎ膜である。
【００８６】
まず、図１或いは図２に示す処理システム１０内へウエハＷが搬入される時には、図６（Ａ）に示すように、ウエハＷに形成された、例えば層間絶縁膜などの絶縁層１の表面には、トレンチやホールのような凹部２が形成されており、この凹部２の底部に金属層として銅等よりなる下層の配線層３が露出している。
【００８７】
具体的には、この凹部２は、細長く形成された断面凹状の溝（トレンチ）２Ａと、この溝２Ａの底部の一部に形成されたホール２Ｂとよりなり、このホール２Ｂがコンタクトホールやスルーホールとなる。そして、このホール２Ｂの底部に金属層として上記配線層３が露出しており、下層の配線層やトランジスタ等の素子と電気的な接続を行うようになっている。なお下層の配線層やトランジスタ等の素子については図示を省略している。下地膜となる上記絶縁層１は、比誘電率が４．１よりも低い低誘電率の材料であるＬｏｗ−ｋ膜、例えばＳｉＯＣよりなる。
【００８８】
さて、本発明方法では、このような状態の半導体ウエハＷの表面に、まず前処理としてデガス処理や洗浄処理を施して凹部２内の表面をクリーニングする。この洗浄処理は第１の処理装置１２Ａ（図１参照）にて行われる。この洗浄処理としては、前述したようにＨ２ プラズマ処理、Ａｒプラズマ処理、有機酸を用いたドライクリーニング処理、或いはＨｏｔ−Ｗｉｒｅ原子状水素を用いたクリーニング処理などが適用される。
【００８９】
本発明の成膜方法は、ここでは第１実施例と第２実施例とがある。図７は成膜方法の第１実施例のフローチャートを示す。この成膜方法の第１実施例の場合は、図７に示すように、前処理の完了した被処理体に対して第１の金属、例えばＲｕを含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程を行う（Ｓ１）。次に、上記凹部２に埋め込まれる埋め込み金属、例えばＣｕに対してバリヤ性を有する第２の金属、例えばＭｎを含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程を行う（Ｓ２）。これにより、１層の第１金属含有膜と１層の第２金属含有膜とよりなる本発明のバリヤ層が形成されることになる。
【００９０】
次に、上記ウエハＷ上の凹部２を埋め込み金属、例えばＣｕにより埋め込むことになる（Ｓ３）。以下、この成膜方法の第１実施例について詳しく説明する。まず、最初に上記前処理後のウエハＷの表面に、図６（Ｂ）に示すように第１金属含有膜２１０を形成する第１金属含有膜形成工程を施す（図７中のＳ１）。この工程は第２の処理装置１２Ｂ、或いは第５の処理装置１２Ｅ（図２参照）で行う。これにより、上記凹部２内の表面を含むウエハ表面全体に第１金属含有膜２１０が形成される。この第１金属含有膜２１０は、ここではＲｕ膜よりなる。
【００９１】
また、上記第１金属含有膜２１０の形成は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が望ましいが、ＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でもよい。ここで、上記ＡＬＤ法とは、異なる成膜用ガスを交互に供給して原子レベル、或いは分子レベルの薄膜を１層ずつ繰り返し形成して積層させる成膜方法をいう。この第１金属含有膜２１０であるＲｕ膜は、濡れ性に非常に優れており、この後工程で行われるＭｎ含有膜の形成を効率的に行って、このＭｎ含有膜を効率的に堆積させることが可能となる。第１金属含有膜２１０の形成は、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタ法のいずれを用いてもよい。尚、スパッタ法を行う場合には、第２の処理装置１２Ｂとしては、Ｒｕ金属をターゲットとしてスパッタリングを行うスパッタ成膜装置を用いる。
【００９２】
上記第１金属含有膜形成工程が完了したならば、次に、図６（Ｃ）に示すように、第２金属含有膜形成工程（図７中のＳ２）を行ってウエハＷの表面に埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２金属含有膜２１２を形成する。この工程は、第３の処理装置１２Ｃ、或いは第５の処理装置１２Ｅで行う。これにより、上記凹部２内の表面を含むウエハ表面全体に第２金属含有膜２１２が形成されることになる。
【００９３】
この第２金属含有膜２１２は、ＭｎＯｘ膜（一部にＭｎ膜が含まれる）よりなる。具体的には、凹部２内の側壁やウエハ上面に堆積したＭｎ膜は、下地である第１金属含有膜（Ｒｕ膜）を浸透してくる絶縁層１中の酸素成分と反応してＭｎＯｘ膜として存在することになり、凹部２内の底面に露出している配線層（Ｃｕ）３上に堆積したＲｕ膜は、そのまま金属膜として存在することになる。そして、この第１金属含有膜（Ｒｕ膜）と第２金属含有膜（ＭｎＯｘ膜、Ｍｎ膜）とでバリヤ層２１４が形成されることになる。この第２金属含有膜の形成は、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法等を用いることができる。
【００９４】
上記第２金属含有膜形成工程が完了したならば、次に、図６（Ｄ）に示すように埋め込み工程を行って凹部２内を埋め込み金属２１６により埋め込む（図７中のＳ３）。この埋め込み工程は、第４の処理装置１２Ｄで行う。これにより、上記凹部２内を完全に埋め込むと同時にウエハ表面全体に埋め込み金属２１６が形成されることになる。この埋め込み金属２１６としては、ここではＣｕ（Ｃｕ膜）が用いられる。
【００９５】
上記埋め込み金属２１６の形成は、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＰＶＤ（スパッタ）法、超臨界ＣＯ２ 法、メッキ法のいずれを用いてもよい。尚、メッキ法や超臨界ＣＯ２ 法による埋め込み処理を行う場合には、第４の処理装置１２ＤにてＣｕシード膜を堆積し、この処理システム１０の外に設けた処理装置にてこの埋め込み処理を行ってもよい。
【００９６】
以上のようにして、成膜処理は終了することになり、以後は、ウエハ表面上の余分な埋め込み金属２１６等をＣＭＰ処理により削り取ることになる。このように、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜２１０を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜２１２を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することができる。従って、形成されるバリヤ層２１４のバリヤ性を高くすることができる。
【００９７】
ここで上記各工程について、詳しく説明する。まず、第１金属含有膜２１０（Ｒｕ膜）を形成する第１金属含有膜形成工程（Ｓ１）の場合には、図７のＳ１において説明したように、ＣＶＤ法とＡＬＤ法とスパッタ法の３種類がある。第１の方法であるＣＶＤ法は、図９（Ａ）又は図９（Ｂ）に示すような方法で行われる。すなわち、図９（Ａ）に示す成膜方法は図３に示す第２の成膜装置１２Ｂ、或いは図５に示す第５の成膜装置１２Ｅを用いて行われる。
【００９８】
図９（Ａ）に示す成膜方法では、ルテニウムカルボニルよりなる原料１１０を気化して作ったＲｕ含有原料ガスを、バブリングガスと共に流し、ＣＶＤ法により熱分解させてＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が０．１ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒの範囲内、より好ましくは２ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒの範囲内、プロセス温度が５０〜５００℃の範囲内、より好ましくは１５０℃〜３５０℃である。
【００９９】
またガス流量の制御は、前述したように圧力計１１４の測定値に基づいてバブリングガスの流量を制御することによって行う。例えばバブリングガスの流量は０．１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内である。
【０１００】
また、図９（Ｂ）に示すＣＶＤ法では還元ガスとしてＨ２ を用いている。尚、このＨ２ を用いたＣＶＤ法は、図３に示す第２の処理装置１２Ｂにおいて、更にＨ２ ガス供給系をシャワーヘッド部１３４に追加して接続した処理装置を用いる。この場合には、Ｒｕを含む原料ガスとＨ２ ガスとを同時に流し、Ｈ２ ガスによりＲｕを含む原料ガスの分解乃至還元を促進させるようにしてＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。この場合には、還元ガスを供給した分だけＲｕ膜の材料特性を改善させる効果、例えばＲｕ膜の電気抵抗の低減等がある。この時のプロセス圧力やプロセス温度等のプロセス条件は、図９（Ａ）において説明した内容と同じである。
【０１０１】
また図９（Ｃ）に示す第２の方法であるＡＬＤ法では、図９（Ｂ）にて説明した処理装置を用い、Ｒｕを含む原料ガスと還元ガスであるＨ２ ガスとを交互に間欠的に流し、原子レベル、或いは分子レベルの薄膜を積層させてＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。
【０１０２】
この時のプロセス圧力やプロセス温度等のプロセス条件は、図９（Ａ）において説明した内容と同じである。尚、ここで上記還元ガスはＨ２ に限定されず、ＣＯやシリコン含有ガス、ボロン含有ガス、窒素含有ガス等を用いることができる。シリコン含有ガスとしては例えばＳｉＨ４ 、Ｓｉ２ Ｈ６ 、ＳｉＣｌ２ Ｈ２ 等であり、ボロン含有ガスとしては例えばＢＨ３ 、Ｂ２ Ｈ５ 、Ｂ３ Ｈ９ 等であり、窒素含有ガスとしては例えばＮＨ３ である。
【０１０３】
また第３の方法であるスパッタ法の場合には、前述したように第２の処理装置１２Ｂとしてスパッタ成膜装置を用い、Ｒｕ金属をターゲットとしてスパッタリング処理によりウエハＷの表面にＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。
【０１０４】
次に、第３の処理装置１２Ｃを用いて第２金属含有膜２１２（ＭｎＯｘ膜、Ｍｎ膜を含むＭｎ含有膜）を形成する第２金属含有膜形成工程（Ｓ２）の場合には、ＣＶＤ法で行うのが好ましい。具体的には、Ｍｎを含有する原料１４５を還元ガスである水素でバブリングして供給し、熱ＣＶＤ法によりＭｎを含む第２金属含有膜２１２を形成する。この場合には、Ｍｎ膜は下地のＲｕ膜を浸透してくる絶縁層１の酸素成分と反応して、最終的にＭｎＯｘ膜が形成されることになる。
【０１０５】
ただし、凹部２のホール２Ｂの底面におけるＲｕ膜の下層はＣｕよりなる配線層３となっているので酸化されないでＭｎ膜として存在することになる。従って、凹部２のホール２Ｂの底部では、配線層３とＲｕ膜とＭｎ膜とが直接的に接続されて電気抵抗が小さくなって良好な状態となっている。また、この時のプロセス条件は、プロセス温度（ウエハ温度「以下同じ」）が７０〜４５０℃、プロセス圧力が１Ｐａ〜１３ｋＰａ程度である。またＭｎを含む原料ガスの流量は特に制限はないが、成膜速度等を考慮すると０．１〜１０ｓｃｃｍ程度である。
【０１０６】
次に、凹部２の埋め込みを行う埋め込み工程（Ｓ３）の場合には、図８に示すようにＣＶＤ法とＡＬＤ法とＰＶＤ（スパッタ）法とメッキ法と超臨界ＣＯ２ 法の５種類がある。また、メッキ法や超臨界ＣＯ２ 法を用いる場合には、埋め込み処理を行う前にＣｕ等の導電性金属からなるシード膜を形成するようにしてもよい。また、埋め込み処理を行った後に、アニール処理を行うのが好ましい。
【０１０７】
第１の方法であるＣＶＤ法の場合には、Ｃｕ含有原料ガスと還元ガスとしてのＨ２ ガスとを同時に流し、ＣＶＤ法によりＣｕ膜を形成して凹部２の埋め込みを行う。第２の方法であるＡＬＤ法の場合には、Ｃｕ含有原料ガスとＨ２ ガスとを、例えば図９（Ｃ）にて説明したと同様に交互に繰り返し流すようにする。あるいはＨ２ ガスは流さずに、Ｃｕ含有原料ガスを間欠的に流し、単なる熱分解反応によりＣｕ膜よりなるＣｕ膜を形成してもよい。
【０１０８】
この時のプロセス条件は（ＣＶＤ処理の場合も含む）、プロセス温度が７０〜３５０℃程度、プロセス圧力が１Ｐａ〜１３ｋＰａ程度である。またＣｕ含有原料ガスの流量は１〜１００ｓｃｃｍ程度、Ｈ２ ガスの流量は５〜５００ｓｃｃｍ程度である。特に、上記ＣＶＤ法やＡＬＤ法の場合には、メッキ法よりも微細な凹部の内壁に薄膜が堆積し易くなるので、凹部が更に微細化しても、内部にボイド等を生ぜしめることなく凹部の埋め込みを行うことができる。
【０１０９】
上記アニール処理は、上記Ｍｎバリヤ膜を確実に形成することを目的としており、従って、前工程でＭｎバリヤ膜の自己形成にとって十分に高い温度、例えば１００〜１５０℃以上の高温のプロセス温度で行われていれば、上記Ｍｎバリヤ膜はすでに十分な厚さで形成された状態となっているので、上記アニール処理を不要とすることができる。ここで上記Ｃｕ含有原料ガスとしては、特開２００１−０５３０３０号公報に示されているようなＣｕ（Ｉ）ｈｆａｃ ＴＭＶＳ（銅錯体）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２ 、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２ 等を用いることができる。
【０１１０】
以上のように、本発明では、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、第１金属含有膜形成工程の後に行われ、凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することができる。
【０１１１】
また、上述した大部分の一連の処理を同一の処理システム内で、すなわちｉｎ−ｓｉｔｕで大気曝露することなく連続処理を行うことができるので、スループットを向上させることができるとともに膜質や密着性の向上を図ることができる。
【０１１２】
＜本発明方法の第２実施例＞
次に、本発明方法の第２実施例について説明する。上記本発明方法の第１実施例では、Ｒｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０とＭｎＯｘ膜等よりなる第２金属含有膜２１２とを１層ずつ積層してバリヤ層２１４を形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記第１金属含有膜２１０と第２金属含有膜２１２とを交互に積層させて、且つ最上層は第１金属含有膜２１０として全体でバリヤ層２１４を形成するようにしてもよい。すなわち、第１金属含有膜２１０が一層多く形成されている。図１０はこのような本発明の成膜方法の第２実施例を説明するための説明図であり、図１０（Ａ）はフローチャートを示し、図１０（Ｂ）はバリヤ層の積層構造の一例を示す断面図である。尚、図６及び図７に示す構成と同一部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【０１１３】
図１０（Ａ）に示すように、ここでは第１金属含有膜形成工程Ｓ１と第２金属含有膜形成工程Ｓ２とを、交互に繰り返すように行い、第１金属含有膜形成工程Ｓ１が予め定められていた所定の回数だけ行ったならば（Ｓ１−１のＹＥＳ）、第２金属含有膜形成工程Ｓ２を行わず、凹部の埋め込み工程（Ｓ３）を行うようにしている。ここで上記”ｎ”は２、３、４、５…等の２以上の正の整数である。図１０（Ｂ）は所定の回数ｎが”２”の場合を示し、バリヤ層２１４は、２つの第１金属含有膜（Ｒｕ膜）２１０の間に１つの第２金属含有膜（ＭｎＯｘ膜等）２１２を介在させた３層構造となっている。この場合、最上層の第１金属含有膜２１０のＲｕ膜は、凹部２の埋め込み金属であるＣｕに対してシード機能を有している。
【０１１４】
従って、凹部２をＣｕメッキ処理で埋め込む場合には、それに先立ってＣｕシード膜をスパッタリング等によって形成する必要がなくなり、上記最上層のＲｕ膜をシード膜として直接的にＣｕメッキ処理を行うことができる。尚、この第２実施例において、第１金属含有膜２１０と第２金属含有膜２１２とを更に交互に複数回繰り返し積層してもよく、この場合にも最上層は第１金属含有膜２１０になるようにしてバリヤ層２１４を形成するのは、上述した通りである。
【０１１５】
＜本発明方法の第３実施例＞
次に、本発明方法の第３実施例について説明する。先に説明した本発明方法の第１実施例及び第２実施例では、第１金属含有膜２１０と第２金属含有膜２１２とを積層してバリヤ層２１４を形成したが、これに限定されず、上記第１の金属と第２の金属と埋め込み金属の材料である第３の金属とを含む合金膜を形成してこれをバリヤ層としてもよい。
【０１１６】
図１１はこのような本発明の成膜方法の第３実施例を説明するための説明図であり、図１１（Ａ）はフローチャートを示し、図１１（Ｂ）はバリヤ層の構造の一例を示す断面図である。尚、図６及び図７に示す構成と同一部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、ここでは第１実施例における第１金属含有膜形成工程Ｓ１と第２金属含有膜形成工程Ｓ２とに変えて、上記したように第１の金属、例えばＲｕと凹部へ埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属、例えばＭｎと上記埋め込み金属の材料である第３の金属、例えばＣｕとを含む合金膜を形成する合金膜形成工程Ｓ１−２を行う。このように形成された合金膜２２０がバリヤ層２１４となる。このバリヤ層２１４は、構成材料にＭｎ材料が含有されているのでＣｕに対するバリヤ性を有すると同時に、Ｃｕ元素も含まれていることからＣｕに対するシード性を有しており、後工程でＣｕメッキ処理を行う時には、Ｃｕシード膜の形成を省略することができる。
【０１１７】
また、この合金膜２２０を形成するための処理装置としては、例えば図５に示す第５の処理装置１２Ｅのシャワーヘッド部４２に、Ｃｕを含む原料ガスの供給系を追加して接続するようにすればよい。これによれば、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を形成することができる。尚、上記各実施形態では、第１の金属としてＲｕを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、他の金属例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒとよりなる群から選択される１つ或いはこれらの合金も用いることができる。
【０１１８】
また上記各実施例では、熱ＣＶＤ及び熱ＡＬＤによる成膜方法を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、紫外線やレーザ光を用いた光ＣＶＤ、光ＡＬＤ等による成膜方法を用いてもよい。
【０１１９】
また、上記Ｍｎ含有原料を用いた有機金属材料としては、Ｃｐ２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ５ ）２ ］、（ＭｅＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３ Ｈ７ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３ ［＝（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）Ｍｎ（ＣＯ）３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４ Ｈ９ Ｃ５ Ｈ４ ） ２］、ＣＨ３ Ｍｎ（ＣＯ）５ 、Ｍｎ（ＤＰＭ）３ ［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ） ３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７ Ｈ１１Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）３ ］、Ｍｎ（ｈｆａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ ＨＦ６ Ｏ２ ）３ ］、（（ＣＨ３）５ Ｃｐ２ Ｍｎ［ ＝Ｍｎ（（ＣＨ３ ）５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、［Ｍｎ（ｉＰｒ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍ ｎ（Ｃ３Ｈ７ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ３Ｈ７）２］、［Ｍｎ（ｔＢｕ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ４Ｈ９）２］よりなる群から選択される１以上の材料を用いることができる。また有機金属材料の他にも、金属錯体材料を用いることができる。
【０１２０】
また、ここでは下地膜である絶縁層１としてＳｉＯＣ膜を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、膜中にＯ（酸素）またはＣ（炭素）を含む層間絶縁層として用いられるＬｏｗ−ｋ（低比誘電率）材料であるＳｉＯＣ膜とＳｉＣＯＨ膜とＳｉＣＮ膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とＳｉＬＫ（登録商標）膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される１つ以上の膜により形成する場合もある。
【０１２１】
また、ここで説明した各処理装置は単に一例を示したに過ぎず、例えば加熱手段として抵抗加熱ヒータに代えてハロゲンランプ等の加熱ランプを用いるようにしてもよいし、熱処理装置は枚葉式のみならずバッチ式のものであってもよい。
【０１２２】
更には、熱処理による成膜に限定されず、例えばシャワーヘッド部４２、１３４を上部電極とし、載置台１５６を下部電極として両電極間に高周波電力を必要に応じて印加してプラズマを立てるようにし、成膜時にプラズマによるアシストを加えるようにしてもよい。更に、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【０１２３】
また本願発明の成膜方法によれば、半導体ウエハ上に大小さまざまのトレンチ、ホールが混在していても、全ての凹部に対して十分に薄くて均一なバリヤ層が形成できる。このためＣｕ多層配線において、下層のローカル配線から上層のグローバル配線に亘り本発明の技術を適用することができ、Ｃｕ多層配線の微細化が可能となる。これにより得られる効果として、半導体装置（デバイス）の高速化、微細化などにより、小型でありながら高速で信頼性のある電子機器を作ることが可能となる。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 絶縁層
２ 凹部
３ 配線層（金属層）
１０ 処理システム
１２Ａ〜１２Ｄ 処理装置
１４ 共通搬送室
２０ 搬送機構
３４ システム制御部
３６ 記憶媒体
４２ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
８８ 原料ガス供給系（第１金属：Ｒｕ）
１００ 原料（Ｒｕ：第１金属含有原料）
１３１ 原料ガス供給系（第２金属：Ｍｎ）
１３２ 処理容器
１３４ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
１４５ 原料（Ｍｎ：第２金属含有原料）
１５６ 載置台
２１０ 第１金属含有膜（Ｒｕ膜）
２１２ 第２金属含有膜（ＭｎＯｘ膜、Ｍｎ膜）
２１４ バリヤ層
２１６ 埋め込み金属（Ｃｕ）
２２０ 合金膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の表面に形成された比誘電率の低い層間絶縁膜の凹部を銅等で埋め込んで配線する時に用いられるバリヤ層、成膜方法及び処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や、トレンチ、ホールなどの凹部内への埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅を用いる傾向にある（特許文献１）。そして、この配線材料や埋め込み材料として銅を用いる場合には、その下層への銅の拡散バリヤ性等を考慮して、一般的にはタンタル金属（Ｔａ）やタンタル窒化膜（ＴａＮ）等がバリヤ層として用いられる。
【０００３】
そして、上記凹部内を銅で埋め込むには、まずプラズマスパッタ装置内にて、この凹部内の壁面全体を含むウエハ表面全面に銅膜よりなる薄いシード膜を形成し、次にウエハ表面全体に銅メッキ処理を施すことにより、凹部内を完全に埋め込むようになっている。その後、ウエハ表面の余分な銅薄膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理等により研磨処理して取り除くようになっている。
【０００４】
この点については図１２を参照して説明する。図１２は半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。この半導体ウエハＷに形成された、例えばＳｉＯ２ 膜よりなる層間絶縁膜などの絶縁層１の表面には、Ｓｉｎｇｌｅ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ構造、Ｄｕａｌ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ構造、三次元実装構造等により、ビアホールやスルーホールや溝（トレンチ）等に対応する凹部２が形成されており、この凹部２の底部には、例えば銅よりなる下層の配線層３が露出状態で形成されている。
【０００５】
具体的には、この凹部２は、細長く形成された断面凹状の溝（トレンチ）２Ａと、この溝２Ａの底部の一部に形成されたホール２Ｂとよりなり、このホール２Ｂがビアホールやスルーホールとなる。そして、このホール２Ｂの底部に上記配線層３が露出しており、下層の配線層やトランジスタ等の素子と電気的な接続を行うようになっている。なお、下層の配線層やトランジスタ等の素子については図示を省略している。上記凹部２は設計ルールの微細化に伴ってその幅、或いは内径は例えば１２０ｎｍ程度と非常に小さくなっており、アスペクト比は例えば２〜４程度になっている。なお、拡散防止膜およびエッチングストップ膜等については、図示を省略し形状を単純化して記載している。
【０００６】
この半導体ウエハＷの表面には上記凹部２内の内面も含めて略均一に例えばＴａＮ膜及びＴａ膜の積層構造よりなるバリヤ層４がプラズマスパッタ装置にて予め形成されている（図１２（Ａ）参照）。そして、プラズマスパッタ装置にて上記凹部２内の表面を含むウエハ表面全体に亘って金属膜として薄い銅膜よりなるシード膜６を形成する（図１２（Ｂ）参照）。上記ウエハ表面に銅メッキ処理を施すことにより上記凹部２内を例えば銅膜よりなる金属膜８で埋め込むようになっている（図１２（Ｃ）参照）。その後は、上記ウエハ表面の余分な金属膜８、シード膜６及びバリヤ層４を上記したＣＭＰ処理等を用いて研磨処理して取り除くことになる。
【０００７】
そして、上記バリヤ層の更なる信頼性の向上を目標として種々の開発がなされており、中でも上記Ｔａ膜やＴａＮ膜に代えてＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜を用いた自己形成バリヤ層が注目されている（特許文献２）。このＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜は、スパッタリングにより成膜されて、更にこのＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜自体がシード膜となるので、この上方にＣｕメッキ層を直接形成できメッキ後にアニールを施すことで自己整合的に下層の絶縁膜であるＳｉＯ２ 層と反応して、このＳｉＯ２ 層とＭｎ膜やＣｕＭｎ合金膜との境界部分にＭｎＳｉｘＯｙ（ｘ、ｙ：任意の正数）膜、或いはＭｎとＳｉＯ２ 層の酸素とが反応することにより生ずるマンガン酸化物ＭｎＯｘ（ｘ：任意の正数）膜というバリヤ膜が形成されるため、製造工程数も削減できる、という利点を有する。なおマンガン酸化物は、Ｍｎの価数によってＭｎＯ、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２等の種類が存在する が、本明細書中では、これらを総称してＭｎＯｘと記述する。
またスパッタ法に比べて微細な線幅やホール径に対して良好な段差被覆性で膜を堆積することができるＣＶＤ法によりＭｎＳｉｘＯｙ膜、あるいはＭｎＯｘ膜の成膜をおこなうことが検討されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１０７７４７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７３９０号公報
【特許文献３】特開２００８−０１３８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、最近にあっては、半導体装置の更なる高速動作の要請から層間絶縁膜の比誘電率をより低くすることが求められており、このような要請から、層間絶縁膜の材料としてＴＥＯＳにより形成したシリコン酸化膜から、より比誘電率の低い材料として例えばメチル基等の有機基を含んだＳｉＯＣ、ＳｉＣＯＨなどからなるＬｏｗ−ｋ膜を用いることが検討されている。ここで上記ＴＥＯＳを用いて形成したシリコン酸化膜の比誘電率は４．１程度であり、ＳｉＯＣの比誘電率は３．０程度である。しかしながら、層間絶縁膜として上記Ｌｏｗ−ｋ膜（ＳｉＯＣ）等の比誘電率の低い材料を用いた場合には、この凹部内の露出面を含めて比誘電率の低い層間絶縁膜の表面にＣＶＤ法によりＭｎ含有膜の成膜処理を施してもＭｎＯｘ膜がほとんど堆積しないので、バリヤ層を形成することができない、といった問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の第１の目的は、比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する際に、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることにより上記第２金属含有膜を効率的に形成することが可能な成膜方法、バリヤ層及び処理システムを提供することにある。
また本発明の第２の目的は、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層、成膜方法及び処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎやＭｎＯｘ等のＭｎ含有膜を堆積させる方法について鋭意研究した結果、Ｍｎ含有膜の成膜処理を行う前に絶縁層の表面に例えばＲｕ等の金属膜を下地膜として施しておくことにより、Ｍｎ含有膜を効率的に堆積させることができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
【００１２】
請求項１の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【００１３】
このように、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することが可能となる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは交互に行われて、最後に前記第１金属含有膜形成工程が行われることを特徴とする。
請求項３の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する合金膜形成工程を有することを特徴とする成膜方法である。
これにより、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を提供することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記凹部内を前記埋め込み金属で埋め込む埋め込み工程を有することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記絶縁層は、ＳｉＯＣ膜とＳｉＣＯＨ膜とＳｉＣＮ膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とＳｉＬＫ（登録商標）膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される１つ以上の膜よりなることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の金属は、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒよりなる群から選択される１以上の元素であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発明において、前記第２の金属は、マンガン（Ｍｎ）よりなり、該マンガンを含む有機金属材料は、Ｃｐ２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ５ ）２ ］、（ＭｅＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３ Ｈ７ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３ ［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４ Ｈ９ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＣＨ３ Ｍｎ（ＣＯ）５ 、Ｍｎ（ＤＰＭ）３ ［＝ Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ）３ ］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７ Ｈ１１Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７Ｏ２）３］、Ｍｎ（ｈｆａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５ＨＦ６Ｏ２）３］、（ （Ｃ Ｈ３）５Ｃｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（（ＣＨ３）５Ｃ５Ｈ４）２］、［Ｍｎ（ ｉＰｒ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ３Ｈ７）２］、［ Ｍｎ（ｔＢｕ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ４Ｈ９）２ ］よりなる群から選 択される１以上の材料であることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記埋め込み金属は、銅であることを特徴とする。
請求項１０の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、第１の金属を含む第１金属含有膜と、前記第１金属含有膜上に形成されて前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜とよりなることを特徴とするバリヤ層である。
【００１９】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記第１金属含有膜と前記第２金属含有膜とは交互に積層されており、最上層は前記第１金属含有膜になされていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、第１の金属と、前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜よりなることを特徴とするバリヤ層である。
【００２０】
請求項１３の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する処理装置と、前記被処理体の表面に前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する処理装置と、前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、前記各処理装置が連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【００２１】
請求項１４の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する成膜処理と前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する成膜処理とを行う処理装置と、前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、前記各処理装置が連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【００２２】
請求項１５の発明は、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、前記被処理体の表面に第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する処理装置と、前記処理装置が連結された共通搬送室と、前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、請求項３記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のバリヤ層、成膜方法及び処理システムによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１及びこれを引用する請求項の発明によれば、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することができる。
請求項３及びこれを引用する請求項の発明によれば、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の処理システムの第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の処理システムの第２実施例を示す概略構成図である。
【図３】第２の処理装置の一例を示す構成図である。
【図４】第３の処理装置の一例を示す構成図である。
【図５】第５の処理装置の一例を示す構成図である。
【図６】本発明方法の第１実施例の各工程における薄膜の堆積状況の一例を示す図である。
【図７】本発明方法の基本的な各工程を示すフローチャートである。
【図８】埋め込み工程を実施するための各種態様を示す図である。
【図９】第１金属含有膜形成工程を実施する時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明方法の第２実施例を説明する説明図である。
【図１１】本発明の成膜方法の第３実施例を説明するための説明図である。
【図１２】半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係るバリヤ層、成膜方法及び処理システムの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜処理システム＞
まず、本発明の成膜方法を実施するための処理システムについて説明する。図１は本発明の処理システムの第１実施例を示す概略構成図、図２は本発明の処理システムの第２実施例を示す概略構成図である。
【００２６】
まず第１実施例について説明すると、図１に示すように、この処理システム１０は、複数、例えば４つの処理装置１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと、略六角形状の共通搬送室１４と、ロードロック機能を有する第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂと、細長い導入側搬送室１８とを主に有している。
【００２７】
ここでは、上記４つの処理装置１２Ａ〜１２Ｄの内、１つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ａは被処理体である半導体ウエハに対して前処理を行う第１の処理装置１２Ａとして構成され、２つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ｂは半導体ウエハＷに対してＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第２の処理装置１２Ｂとして構成され、３つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ｃは半導体ウエハＷに対して後述するウエハの凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する例えばＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第３の処理装置１２Ｃとして構成され、４つ目の処理装置、例えば処理装置１２Ｄは半導体ウエハＷに対して埋め込み金属の材料である第３の金属として例えば銅膜を堆積させる第４の処理装置１２Ｄとして構成されている。
【００２８】
ここで、上記第１及び第４の処理装置１２Ａ、１２Ｄは、ここに設けなくてもよく、この処理システム１０以外に設けた別の処理装置において上記第１及び第４の処理装置における各処理を行うようにしてもよい。また上記第１の処理装置１２Ａとしては、一般的な清浄処理装置が用いられ、第４の処理装置１２Ｄとしては熱ＣＶＤ等の熱成膜処理装置が用いられる。
【００２９】
具体的には、略六角形状の上記共通搬送室１４の４辺に上記各処理装置１２Ａ〜１２Ｄが接合され、他側の２つの辺に、上記第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ接合される。そして、この第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂに、上記導入側搬送室１８が共通に接続される。
【００３０】
上記共通搬送室１４と上記４つの各処理装置１２Ａ〜１２Ｄとの間及び上記共通搬送室１４と上記第１及び第２ロードロック室１６Ａ、１６Ｂとの間は、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在して接合されて、クラスタツール化されており、必要に応じて共通搬送室１４内と連通可能になされている。ここで、この共通搬送室１４内は真空引きされている。また、上記第１及び第２各ロードロック室１６Ａ、１６Ｂと上記導入側搬送室１８との間にも、それぞれ気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが介在されている。この第１及び第２のロードロック室１６Ａ、１６Ｂは真空引き、及び大気圧復帰がウエハの搬出入に伴って繰り返される。
【００３１】
そして、この共通搬送室１４内においては、上記２つの各ロードロック室１６Ａ、１６Ｂ及び４つの各処理装置１２Ａ〜１２Ｄにアクセスできる位置に、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりなる搬送機構２０が設けられており、これは、互いに反対方向へ独立して屈伸できる２つのピック２０Ａ、２０Ｂを有しており、一度に２枚のウエハを取り扱うことができるようになっている。尚、上記搬送機構２０として１つのみのピックを有しているものも用いることができる。
【００３２】
上記導入側搬送室１８は、横長の箱体により形成されており、この横長の一側には、被処理体である半導体ウエハを導入するための１つ乃至複数の、図示例では３つの搬入口が設けられ、各搬入口には、開閉可能になされた開閉ドア２２が設けられる。そして、この各搬入口に対応させて、導入ポート２４がそれぞれ設けられ、ここにそれぞれ１つずつカセット容器２６を載置できるようになっている。各カセット容器２６には、複数枚、例えば２５枚のウエハＷを等ピッチで多段に載置して収容できるようになっている。このカセット容器２６内は、例えば密閉状態になされており、内部にはＮ２ ガス等の不活性ガスの雰囲気に満たされている。
【００３３】
この導入側搬送室１８内には、ウエハＷをその長手方向に沿って搬送するための導入側搬送機構２８が設けられる。この導入側搬送機構２８は、屈伸及び旋回可能になされた２つのピック２８Ａ、２８Ｂを有しており、一度に２枚のウエハＷを取り扱い得るようになっている。この導入側搬送機構２８は、導入側搬送室１８内に、その長さ方向に沿って延びるように設けた案内レール３０上にスライド移動可能に支持されている。
【００３４】
また、導入側搬送室１８の一方の端部には、ウエハの位置合わせを行なうオリエンタ３２が設けられる。上記オリエンタ３２は、駆動モータによって回転される回転台３２Ａを有しており、この上にウエハＷを載置した状態で回転するようになっている。この回転台３２Ａの外周には、ウエハＷの周縁部を検出するための光学センサ３２Ｂが設けられ、これによりウエハＷの位置決め切り欠き、例えばノッチやオリエンテーションフラットの位置方向やウエハＷの中心の位置ずれ量を検出できるようになっている。
【００３５】
この処理システム１０はシステム全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなるシステム制御部３４を有している。そして、この処理システム全体の動作制御に必要なプログラムはフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体３６に記憶されている。具体的には、このシステム制御部３４からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、プロセス温度（ウエハ温度）、プロセス圧力（各処理装置の処理容器内の圧力）の制御、ウエハの搬送作業等が行われる。
【００３６】
このように、構成された処理システム１０における概略的な動作について説明する。まず、導入ポート２４に設置されたカセット容器２６からは、未処理の半導体ウエハＷが導入側搬送機構２８により導入側搬送室１８内に取り込まれ、この取り込まれたウエハＷは導入側搬送室１８の一端に設けたオリエンタ３２へ搬送されて、ここで位置決めがなされる。上記ウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、この表面には凹部２（図１２参照）が予め形成されている。
【００３７】
位置決めがなされたウエハＷは、上記導入側搬送機構２８により再度搬送され、第１或いは第２のロードロック室１６Ａ、１６Ｂの内のいずれか一方のロードロック室内へ搬入される。このロードロック室内が真空引きされた後に、予め真空引きされた共通搬送室１４内の搬送機構２０を用いて、上記ロードロック室内のウエハＷが共通搬送室１４内に取り込まれる。
【００３８】
そして、この共通搬送室１４内へ取り込まれた未処理のウエハは、まず第１の処理装置１２Ａ内に搬入され、ここでウエハＷに対して前処理が行われる。この前処理としては、一般的なデガス（ｄｅｇａｓ）処理やウエハ表面の凹部２内の洗浄処理が行われる。この洗浄処理としては、Ｈ２ プラズマ処理、Ａｒプラズマ処理、有機酸を用いたドライクリーニング処理、或いはＨｏｔ−Ｗｉｒｅ原子状水素を用いたクリーニング処理等が行われる。
【００３９】
この前処理が完了したウエハＷは、次に第２の処理装置１２Ｂ内へ搬入され、ここでウエハＷの表面に上述したようにＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程が行われる。この第１金属含有膜形成工程では、後述するように、第１の金属を含む第１金属含有原料ガスを用いて熱ＣＶＤ等の熱処理を行うことにより成膜が行われる。この成膜としては例えばＲｕ（ルテニウム）膜が形成される。
【００４０】
この第１金属含有膜形成工程が完了したウエハＷは、次に第３の処理装置１２Ｃ内へ搬入され、ここでウエハＷの表面に凹部の埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程が行われる。この第２金属含有膜としては、例えばＭｎＯｘ膜やＭｎ膜等が形成される。このように、上記Ｒｕ膜とＭｎＯｘ膜やＭｎ膜との層構造でＣｕ膜に対するバリヤ層が形成されることになる。
【００４１】
この第２金属含有膜形成工程が完了したウエハＷは、次に第４の処理装置１２Ｄ内へ搬入され、ここでウエハＷの表面に埋め込み金属である第３の金属として、例えば銅膜を堆積して上記凹部２内を埋め込む埋め込み工程が行われる。尚、成膜方法の実施例によっては、第１金属含有膜形成工程や第２金属含有膜形成工程を繰り返す場合もある。そして、上記埋め込み工程が完了したならば、この処理システム１０での処理は完了することになる。この処理済みのウエハＷは、いずれか一方のロードロック室１６Ａ又は１６Ｂ、導入側搬送室１８を経由して導入ポート２４の処理済みウエハ用のカセット容器２６内へ収容されることになる。尚、共通搬送室１４内は、ＡｒやＨｅ等の希ガスやドライＮ２ 等の不活性ガスの雰囲気で減圧状態になされている。
【００４２】
上記処理システムの第１実施例の場合には、第２の処理装置１２Ｂと第３の処理装置１２Ｃとを別々に設けて、第１金属含有膜形成工程と第２金属含有膜形成工程とをそれぞれ別の処理装置で行うようにしたが、これらの両工程を同一の処理装置内で行うようにしてもよい。このような処理システムが図２に示す第２実施例である。尚、図２においては、図１に示した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
図２に示すように、ここでは図１中の第２の処理装置１２Ｂに替えて５つ目の処理装置として第５の処理装置１２Ｅを設けており、第３の処理装置１２Ｃ（図１参照）は設置していない。この第５の処理装置１２Ｅにおいて、後述するように第１金属含有膜である、例えばＲｕ膜と第２金属含有膜である例えばＭｎＯｘ膜等とが連続的に成膜されることになる。この場合には、処理装置の設置台数が一台減少した分だけ、設備コストを削減することができる。また第３の処理装置１２Ｃがあった位置に、スループット向上のため第４の処理装置１２Ｄをもう一台設けてもよい。
【００４４】
＜第２の処理装置１２Ｂの説明＞
前述したように、第１の処理装置１２Ａは一般的な洗浄処理装置なので、その説明は省略し、上記第２の処理装置１２Ｂについて説明する。図３は第２の処理装置の一例を示す構成図である。この第２の処理装置１２Ｂは、前述したように第１の金属を含む第１金属含有原料ガスを用いて熱処理によりウエハ表面に第１金属含有膜を形成する装置であり、ここでは第１金属含有膜としてＲｕ膜よりなる金属膜を熱ＣＶＤ法により形成する場合を例にとって説明する。
【００４５】
この第２の処理装置１２Ｂは、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器１３２を有している。この処理容器１２３内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガス等を導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部１３４が設けられており、この下面のガス噴射面に設けた多数のガス噴射孔１３６から処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００４６】
このシャワーヘッド部１３４内には、中空状のガス拡散室１３８が形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、ガス拡散室１３８に連通されたガス噴射孔１３６より吹き出すようになっている。このシャワーヘッド部１３４の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。そして、このシャワーヘッド部１３４と処理容器１３２の上端開口部との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４０が介在されており、処理容器１３２内の気密性を維持するようになっている。
【００４７】
また、処理容器１３２の側壁には、この処理容器１３２内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口１４２が設けられると共に、この搬出入口１４２には気密に開閉可能になされたゲートバルブＧが設けられている。
【００４８】
そして、この処理容器１３２の底部１４４に排気空間１４６が形成されている。具体的には、この容器底部１４４の中央部には大きな開口１４８が形成されており、この開口１４８に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁１５０を連結してその内部に上記排気空間１４６を形成している。そして、この排気空間１４６を区画する円筒区画壁１５０の底部１５２には、これより起立させて円筒体状の支柱１５４が設けられ、この支柱１５４の上端部に半導体ウエハＷを載置する載置台１５６が固定されている。
【００４９】
また、上記載置台１５６は、例えばセラミック材や石英ガラスよりなり、この載置台１５６内には、加熱手段として通電により熱を発生する例えばカーボンワイヤヒータ等よりなる抵抗加熱ヒータ１５８が収容されて、この載置台１５６の上面に載置された半導体ウエハＷを加熱し得るようになっている。
【００５０】
上記載置台１５６には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔１６０が形成されており（図３においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔１６０に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン１６２を配置している。この押し上げピン１６２の下端には、円形リング形状に形成された例えばアルミナのようなセラミックス製の押し上げリング１６４が配置されており、この押し上げリング１６４に、上記各押し上げピン１６２の下端を支持させている。この押し上げリング１６４から延びるアーム部１６６は、容器底部１４４を貫通して設けられる出没ロッド１６８に連結されており、この出没ロッド１６８はアクチュエータ１７０により昇降可能になされている。
【００５１】
これにより、上記各押し上げピン１６２をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔１６０の上端から上方へ出没させるようになっている。また、アクチュエータ１７０の出没ロッド１６８の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ１７２が介設されており、上記出没ロッド１６８が処理容器１３２内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００５２】
そして、上記排気空間１４６の入口側の開口１４８は、載置台１５６の直径よりも小さく設定されており、上記載置台１５６の周縁部の外側を流下するガスが載置台１５６の下方に回り込んで開口１４８へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁１５０の下部側壁には、この排気空間１４６に臨ませて排気口１７４が形成されており、この排気口１７４には、真空排気系１７６が接続される。
【００５３】
この真空排気系１７６は、上記排気口１７４に接続された排気通路１７８を有し、この排気通路１７８には、圧力調整弁１８０や真空ポンプ１８２や除害装置（図示せず）等が順次介設され、上記処理容器１３２内及び排気空間１４６の雰囲気を圧力制御しつつ真空引きして排気できるようになっている。
【００５４】
そして、上記シャワーヘッド部１３４には、これに所定のガスを供給するために、第１金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系８８が接続されている。具体的には、上記第１金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系８８は、上記ガス拡散室１３８のガス入口１８６に接続された原料ガス流路９４を有している。
【００５５】
この原料ガス流路９４の他端は、ここでは固体状の原料１１０を収容する第１の原料タンク１００に接続されている。また、この原料ガス流路９４の途中には、開閉弁１１２及びこの原料ガス流路９４内の圧力を測定する圧力計１１４が設けられる。この圧力計１１４としては、例えばキャパシタンスマノメータを用いることができる。上記原料ガス流路９４は、ここで用いる原料１１０の蒸気圧が非常に低くて気化し難いことから、気化を促進させるために比較的大口径になされ、且つ流路長もできるだけ短く設定して第１の原料タンク１００内の圧力が処理容器１３２内の圧力に近くなるように設定している。
【００５６】
そして、この第１の原料タンク１００内には、その先端部が第１の原料タンク１００の底部近傍に位置されたバブリングガス管１１６が挿入されている。そして、このバブリングガス管１１６にはマスフローコントローラのような流量制御器１１８及び開閉弁１２０が順次介設されており、バブリングガスを流量制御しつつ第１の原料タンク１００内に導入して原料１１０をガス化して原料ガスとするようになっている。そして、発生したこの原料ガスはバブリングガスに随伴されて供給されることになる。
【００５７】
上記バブリングガスとしては、ここでは不活性ガスであるＮ２ ガスを用いているが、これに代えてＣＯ（一酸化酸素）、或いはＨｅ、Ａｒ等の希ガスを用いてもよい。また、この第１の原料タンク１００には、気化を促進させるために原料１１０を加熱するタンク加熱部１２２が設けられている。ここでは上記原料１１０としては、第１の金属の一例としてＲｕを含む粒状固体のルテニウムカルボニル（Ｒｕ３ （ＣＯ）１２）を用いている。
【００５８】
そして、上記原料ガス流路９４、これに介設される開閉弁１２２には、原料ガスが再凝縮することを防止するためにテープヒータ、アルミブロックヒータ、マントルヒータ或いはシリコンラバーヒータ等（図示せず）が巻回され、これらを加熱するようになっている。
【００５９】
また図示されないが、パージ用の不活性ガス供給手段が上記シャワーヘッド部１３４に接続されており、必要に応じてパージガスを供給するようになっている。このパージ用ガスとしては、Ｎ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００６０】
そして、このような装置全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなる制御部２０６を有しており、上記ガスの供給の開始と停止の制御、供給量の制御、処理容器１３２内の圧力制御、ウエハＷの温度制御等を行うようになっている。そして、上記制御部２０６は、上記した制御を行うためのコンピュータプログラムを記憶するための記憶媒体２０８を有している。
【００６１】
ここで原料ガスの流量を制御するために、バブリングガスの流量と、原料ガスの流量と、その時の圧力計１１４の測定値との関係が予め基準データとして記憶媒体２０８に記憶されており、成膜時には、圧力計１１４の測定値に基づいてバブリングガスの流量を制御することによって原料ガスの供給量を制御するようになっている。上記記憶媒体２０８としては、例えばフレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等を用いることができる。また上記制御部２０６は、システム制御部３４（図１参照）の支配下で動作するようになっている。
【００６２】
次に、以上のように構成された第２の処理装置１２Ｂの動作について説明する。まず、半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブＧ、搬出入口１４２を介して処理容器１３２内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン１６２に受け渡された後に、この押し上げピン１６２を降下させることにより、ウエハＷを載置台１５６の上面に載置してこれを支持する。
【００６３】
次に、原料ガス供給系８８を動作させて、シャワーヘッド部１３４へ原料ガスを流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔１３６より噴射し、処理空間Ｓへ導入する。このガスの供給態様については後述するように種々存在する。
【００６４】
そして真空排気系１７６に設けた真空ポンプ１８２の駆動を継続することにより、処理容器１３２内や排気空間１４６内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁１８０の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は、載置台１５６内に設けた抵抗加熱ヒータ１５８により加熱されて所定のプロセス温度に維持されている。これにより、半導体ウエハＷの表面に第１金属含有膜、すなわちここではＲｕ膜が形成されることになる。
【００６５】
＜第３の処理装置１２Ｃの説明＞
次に、上記第３の処理装置１２Ｃについて説明する。尚、前述したように、第４の処理装置１２Ｄは一般的な熱成膜処理装置なので、その説明は省略する。図４は第３の処理装置の一例を示す構成図である。この第３の処理装置１２Ｃは、ウエハ表面に埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する装置であり、ここではこの第２金属含有膜としてＭｎＯｘ膜（一部にＭｎ膜を含む場合もある）を形成する場合を例にとって説明する。
【００６６】
この第３の処理装置１２Ｃは、その構成はほぼ第２の処理装置１２Ｂと同じであり原料ガス供給系のみが異なっている。従って、原料ガス供給系を主体として説明し、図３に示す装置と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
すなわち、シャワーヘッド部１３４には、これに所定のガスを供給するために、第２金属含有膜の原料ガスを供給する原料ガス供給系１３１が接続されている。具体的には、上記原料ガス供給系１３１は、上記ガス拡散室１３８のガス入口１８６に接続された原料ガス流路１３３を有している。
【００６８】
この原料ガス流路１３３は、途中に開閉弁１３５及びマスフローコントローラのような流量制御器１３７を順次介設して第２金属含有原料１４５を収容する第２の原料タンク１４９に接続されている。
【００６９】
そして、この第２の原料タンク１４９内には、その先端部が第２の原料タンク１４９の底部近傍に位置されたバブリングガス管１３９が挿入されている。そして、このバブリングガス管１３９にはマスフローコントローラのような流量制御器１４１及び開閉弁１４３が順次介設されており、バブリングガスを流量制御しつつ第２の原料タンク１４９内に導入して原料１４５をガス化して原料ガスを供給するようになっている。そして、発生したこの原料ガスはバブリングガスに随伴されて供給されることになる。
【００７０】
上記バブリングガスとしては、ここでは還元ガスであるＨ２ ガスを用いている。また、この第２の原料タンク１４９には、気化を促進させるために原料１４５を加熱するタンク加熱部１４７が設けられている。ここでは上記原料１４５としては、第２の金属として例えばマンガンを含む液体原料である（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ（プリカーサ）を用いることができる。
【００７１】
尚、上記バブリング用の上記還元不活性ガスとしてＨ２ガスに代えて、Ｎ２や Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスからなる不活性ガスを用いることができる。そして、上記原料ガス流路１３３、これに介設される開閉弁１３５、流量制御器１３７には、原料ガスが再凝縮することを防止するためにテープヒータ、アルミブロックヒータ、マントルヒータ或いはシリコンラバーヒータ等（図示せず）が巻回され、これらを加熱するようになっている。
【００７２】
また図示されないが、パージ用のガス供給手段が上記シャワーヘッド部１３４に接続されており、必要に応じてパージガスを供給するようになっている。このパージ用ガスとしては、Ｎ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスやＨ２等の還元性ガスを用いることができる。
【００７３】
そして、このような装置全体の動作を制御するために、例えばコンピュータ等よりなる制御部２０６を有しており、上記各ガスの供給の開始と停止の制御、供給量の制御、処理容器１３２内の圧力制御、ウエハＷの温度制御等を行うようになっている。そして、上記制御部２０６は、上記した制御を行うためのコンピュータプログラムを記憶するための記憶媒体２０８を有している。上記記憶媒体２０８としては、例えばフレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等を用いることができる。また上記制御部２０６は、システム制御部３４（図１参照）の支配下で動作するようになっている。
【００７４】
次に、以上のように構成された第３の処理装置１２Ｃの動作について説明する。まず、半導体ウエハＷは、搬送機構２０（図１参照）に保持されて開状態となったゲートバルブＧ、搬出入口１４２を介して処理容器１３２内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン１６０に受け渡された後に、この押し上げピン１６０を降下させることにより、ウエハＷを載置台１５６の上面に載置してこれを支持する。
【００７５】
次に、第２金属含有原料の原料ガス供給系１３１を動作させて、シャワーヘッド部１３４へ成膜ガスを流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔１３６より噴射し、処理空間Ｓへ導入する。
【００７６】
そして真空排気系１７６に設けた真空ポンプ１８２の駆動を継続することにより、処理容器１３２内や排気空間１４６内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁１８０の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は、載置台１５６内に設けた抵抗加熱ヒータ１５８により加熱されて所定のプロセス温度に維持されている。これにより、半導体ウエハＷの表面に所望の第２金属含有膜、すなわちここではＭｎＯｘ膜（Ｍｎ膜も一部に含まれる）が形成されることになる。
【００７７】
＜第５の処理装置１２Ｅの説明＞
次に、上記第５の処理装置１２Ｅ（図２参照）について説明する。図５は第５の処理装置の一例を示す構成図である。尚、図３及び図４に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
この第５の処理装置１２Ｅは、１台の処理装置で第１金属含有膜の一例であるＲｕ膜と第２金属含有膜の一例であるＭｎＯｘ膜（Ｍｎ膜も含まれる）とを成膜することができるようになっている。この第５の処理装置１２Ｅは、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器１３２を有している。この処理容器１３２内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガス等を導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部４２が設けられており、この下面のガス噴射面に設けた多数のガス噴射孔４２Ａ、４２Ｂから処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００７９】
このシャワーヘッド部４２内には、中空状の２つに区画されたガス拡散室４４Ａ、４４Ｂが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室４４Ａ、４４Ｂにそれぞれ連通された各ガス噴射孔４２Ａ、４２Ｂより吹き出すようになっている。すなわち、ガス噴射孔４２Ａ、４２Ｂはマトリクス状に配置されており、各ガスの噴射孔４２Ａ、４２Ｂより噴射された各ガスを処理空間Ｓで混合するようになっている。
【００８０】
尚、このようなガス供給形態をポストミックスと称す。このシャワーヘッド部４２の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。そして、このシャワーヘッド部４２と処理容器１３２の上端開口部との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４０が介在されており、処理容器１３２内の気密性を維持するようになっている。
【００８１】
そして、上記シャワーヘッド部４２には、これに所定のガスを供給するために、第１金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系８８と第２金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系１３１が接続されている。具体的には、上記第１金属含有原料ガス供給系８８は、上記２つのガス拡散室の内の一方のガス拡散室４４Ｂのガス入口１０２に接続された原料ガス流路９４を有している。また上記第２金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給系１３１は、上記ガス拡散室の内の他方のガス拡散室４４Ａのガス入口９２に接続された原料ガス流路１３３を有している。
【００８２】
また図示されないが、パージ用の不活性ガス供給系が上記シャワーヘッド部４２に接続されており、必要に応じてパージガスを供給するようになっている。このパージ用ガスとしては、Ｎ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００８３】
この場合、上記第１金属含有ガス供給系８８のガス流路９４と上記第２金属含有原料の原料ガス供給系１３１のガス流路１３３を、別々のガス入口１０２と９２に接続している（ポストミックス）が、図３、図４に示すようなガス拡散室を１つだけもったシャワーヘッド部に、これら両ガス流路を接続（プリミックス）してもよい。この第５の処理装置１２Ｅによれば、この１台の処理装置で上述したようにＭｎＯｘ膜（Ｍｎ膜も含む）とＲｕ膜とをそれぞれ成膜することができる。
【００８４】
＜本発明の成膜方法＞
次に、図１乃至図５に示したような処理システムや処理装置を用いて行われる本発明の成膜方法について具体的に説明する。図６は本発明方法の第１実施例の各工程における薄膜の堆積状況の一例を示す図、図７は本発明方法の基本的な各工程を示すフローチャート、図８は埋め込み工程を実施するための各種態様を示す図、図９は第１金属含有膜形成工程を実施する時の各ガスの供給状態を示すタイミングチャート、図１０は本発明方法の第２実施例を説明する説明図である。
【００８５】
本発明の目的の１つは、比誘電率の低い絶縁層の表面にＭｎ等の第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する際に、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることにより上記第２金属含有膜を効率的に形成することである。ここで第１金属含有膜とは、第２の処理装置１２Ｂ或いは第５の処理装置１２Ｅで成膜されるＲｕ膜であり、第２金属含有膜とは第３の処理装置１２Ｃ或いは第５の処理装置１２Ｅで成膜されるＭｎＯｘ膜やＭｎ膜である。
【００８６】
まず、図１或いは図２に示す処理システム１０内へウエハＷが搬入される時には、図６（Ａ）に示すように、ウエハＷに形成された、例えば層間絶縁膜などの絶縁層１の表面には、トレンチやホールのような凹部２が形成されており、この凹部２の底部に金属層として銅等よりなる下層の配線層３が露出している。
【００８７】
具体的には、この凹部２は、細長く形成された断面凹状の溝（トレンチ）２Ａと、この溝２Ａの底部の一部に形成されたホール２Ｂとよりなり、このホール２Ｂがコンタクトホールやスルーホールとなる。そして、このホール２Ｂの底部に金属層として上記配線層３が露出しており、下層の配線層やトランジスタ等の素子と電気的な接続を行うようになっている。なお下層の配線層やトランジスタ等の素子については図示を省略している。下地膜となる上記絶縁層１は、比誘電率が４．１よりも低い低誘電率の材料であるＬｏｗ−ｋ膜、例えばＳｉＯＣよりなる。
【００８８】
さて、本発明方法では、このような状態の半導体ウエハＷの表面に、まず前処理としてデガス処理や洗浄処理を施して凹部２内の表面をクリーニングする。この洗浄処理は第１の処理装置１２Ａ（図１参照）にて行われる。この洗浄処理としては、前述したようにＨ２ プラズマ処理、Ａｒプラズマ処理、有機酸を用いたドライクリーニング処理、或いはＨｏｔ−Ｗｉｒｅ原子状水素を用いたクリーニング処理などが適用される。
【００８９】
本発明の成膜方法は、ここでは第１実施例と第２実施例とがある。図７は成膜方法の第１実施例のフローチャートを示す。この成膜方法の第１実施例の場合は、図７に示すように、前処理の完了した被処理体に対して第１の金属、例えばＲｕを含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程を行う（Ｓ１）。次に、上記凹部２に埋め込まれる埋め込み金属、例えばＣｕに対してバリヤ性を有する第２の金属、例えばＭｎを含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程を行う（Ｓ２）。これにより、１層の第１金属含有膜と１層の第２金属含有膜とよりなる本発明のバリヤ層が形成されることになる。
【００９０】
次に、上記ウエハＷ上の凹部２を埋め込み金属、例えばＣｕにより埋め込むことになる（Ｓ３）。以下、この成膜方法の第１実施例について詳しく説明する。まず、最初に上記前処理後のウエハＷの表面に、図６（Ｂ）に示すように第１金属含有膜２１０を形成する第１金属含有膜形成工程を施す（図７中のＳ１）。この工程は第２の処理装置１２Ｂ、或いは第５の処理装置１２Ｅ（図２参照）で行う。これにより、上記凹部２内の表面を含むウエハ表面全体に第１金属含有膜２１０が形成される。この第１金属含有膜２１０は、ここではＲｕ膜よりなる。
【００９１】
また、上記第１金属含有膜２１０の形成は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が望ましいが、ＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でもよい。ここで、上記ＡＬＤ法とは、異なる成膜用ガスを交互に供給して原子レベル、或いは分子レベルの薄膜を１層ずつ繰り返し形成して積層させる成膜方法をいう。この第１金属含有膜２１０であるＲｕ膜は、濡れ性に非常に優れており、この後工程で行われるＭｎ含有膜の形成を効率的に行って、このＭｎ含有膜を効率的に堆積させることが可能となる。第１金属含有膜２１０の形成は、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スパッタ法のいずれを用いてもよい。尚、スパッタ法を行う場合には、第２の処理装置１２Ｂとしては、Ｒｕ金属をターゲットとしてスパッタリングを行うスパッタ成膜装置を用いる。
【００９２】
上記第１金属含有膜形成工程が完了したならば、次に、図６（Ｃ）に示すように、第２金属含有膜形成工程（図７中のＳ２）を行ってウエハＷの表面に埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２金属含有膜２１２を形成する。この工程は、第３の処理装置１２Ｃ、或いは第５の処理装置１２Ｅで行う。これにより、上記凹部２内の表面を含むウエハ表面全体に第２金属含有膜２１２が形成されることになる。
【００９３】
この第２金属含有膜２１２は、ＭｎＯｘ膜（一部にＭｎ膜が含まれる）よりなる。具体的には、凹部２内の側壁やウエハ上面に堆積したＭｎ膜は、下地である第１金属含有膜（Ｒｕ膜）を浸透してくる絶縁層１中の酸素成分と反応してＭｎＯｘ膜として存在することになり、凹部２内の底面に露出している配線層（Ｃｕ）３上に堆積したＲｕ膜は、そのまま金属膜として存在することになる。そして、この第１金属含有膜（Ｒｕ膜）と第２金属含有膜（ＭｎＯｘ膜、Ｍｎ膜）とでバリヤ層２１４が形成されることになる。この第２金属含有膜の形成は、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法等を用いることができる。
【００９４】
上記第２金属含有膜形成工程が完了したならば、次に、図６（Ｄ）に示すように埋め込み工程を行って凹部２内を埋め込み金属２１６により埋め込む（図７中のＳ３）。この埋め込み工程は、第４の処理装置１２Ｄで行う。これにより、上記凹部２内を完全に埋め込むと同時にウエハ表面全体に埋め込み金属２１６が形成されることになる。この埋め込み金属２１６としては、ここではＣｕ（Ｃｕ膜）が用いられる。
【００９５】
上記埋め込み金属２１６の形成は、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＰＶＤ（スパッタ）法、超臨界ＣＯ２ 法、メッキ法のいずれを用いてもよい。尚、メッキ法や超臨界ＣＯ２ 法による埋め込み処理を行う場合には、第４の処理装置１２ＤにてＣｕシード膜を堆積し、この処理システム１０の外に設けた処理装置にてこの埋め込み処理を行ってもよい。
【００９６】
以上のようにして、成膜処理は終了することになり、以後は、ウエハ表面上の余分な埋め込み金属２１６等をＣＭＰ処理により削り取ることになる。このように、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜２１０を形成する第１金属含有膜形成工程と、前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜２１２を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することができる。従って、形成されるバリヤ層２１４のバリヤ性を高くすることができる。
【００９７】
ここで上記各工程について、詳しく説明する。まず、第１金属含有膜２１０（Ｒｕ膜）を形成する第１金属含有膜形成工程（Ｓ１）の場合には、図７のＳ１において説明したように、ＣＶＤ法とＡＬＤ法とスパッタ法の３種類がある。第１の方法であるＣＶＤ法は、図９（Ａ）又は図９（Ｂ）に示すような方法で行われる。すなわち、図９（Ａ）に示す成膜方法は図３に示す第２の成膜装置１２Ｂ、或いは図５に示す第５の成膜装置１２Ｅを用いて行われる。
【００９８】
図９（Ａ）に示す成膜方法では、ルテニウムカルボニルよりなる原料１１０を気化して作ったＲｕ含有原料ガスを、バブリングガスと共に流し、ＣＶＤ法により熱分解させてＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が０．１ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒの範囲内、より好ましくは２ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒの範囲内、プロセス温度が５０〜５００℃の範囲内、より好ましくは１５０℃〜３５０℃である。
【００９９】
またガス流量の制御は、前述したように圧力計１１４の測定値に基づいてバブリングガスの流量を制御することによって行う。例えばバブリングガスの流量は０．１〜１０００ｓｃｃｍの範囲内である。
【０１００】
また、図９（Ｂ）に示すＣＶＤ法では還元ガスとしてＨ２ を用いている。尚、このＨ２ を用いたＣＶＤ法は、図３に示す第２の処理装置１２Ｂにおいて、更にＨ２ ガス供給系をシャワーヘッド部１３４に追加して接続した処理装置を用いる。この場合には、Ｒｕを含む原料ガスとＨ２ ガスとを同時に流し、Ｈ２ ガスによりＲｕを含む原料ガスの分解乃至還元を促進させるようにしてＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。この場合には、還元ガスを供給した分だけＲｕ膜の材料特性を改善させる効果、例えばＲｕ膜の電気抵抗の低減等がある。この時のプロセス圧力やプロセス温度等のプロセス条件は、図９（Ａ）において説明した内容と同じである。
【０１０１】
また図９（Ｃ）に示す第２の方法であるＡＬＤ法では、図９（Ｂ）にて説明した処理装置を用い、Ｒｕを含む原料ガスと還元ガスであるＨ２ ガスとを交互に間欠的に流し、原子レベル、或いは分子レベルの薄膜を積層させてＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。
【０１０２】
この時のプロセス圧力やプロセス温度等のプロセス条件は、図９（Ａ）において説明した内容と同じである。尚、ここで上記還元ガスはＨ２ に限定されず、ＣＯやシリコン含有ガス、ボロン含有ガス、窒素含有ガス等を用いることができる。シリコン含有ガスとしては例えばＳｉＨ４ 、Ｓｉ２ Ｈ６ 、ＳｉＣｌ２ Ｈ２ 等であり、ボロン含有ガスとしては例えばＢＨ３ 、Ｂ２ Ｈ５ 、Ｂ３ Ｈ９ 等であり、窒素含有ガスとしては例えばＮＨ３ である。
【０１０３】
また第３の方法であるスパッタ法の場合には、前述したように第２の処理装置１２Ｂとしてスパッタ成膜装置を用い、Ｒｕ金属をターゲットとしてスパッタリング処理によりウエハＷの表面にＲｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０を形成する。
【０１０４】
次に、第３の処理装置１２Ｃを用いて第２金属含有膜２１２（ＭｎＯｘ膜、Ｍｎ膜を含むＭｎ含有膜）を形成する第２金属含有膜形成工程（Ｓ２）の場合には、ＣＶＤ法で行うのが好ましい。具体的には、Ｍｎを含有する原料１４５を還元ガスである水素でバブリングして供給し、熱ＣＶＤ法によりＭｎを含む第２金属含有膜２１２を形成する。この場合には、Ｍｎ膜は下地のＲｕ膜を浸透してくる絶縁層１の酸素成分と反応して、最終的にＭｎＯｘ膜が形成されることになる。
【０１０５】
ただし、凹部２のホール２Ｂの底面におけるＲｕ膜の下層はＣｕよりなる配線層３となっているので酸化されないでＭｎ膜として存在することになる。従って、凹部２のホール２Ｂの底部では、配線層３とＲｕ膜とＭｎ膜とが直接的に接続されて電気抵抗が小さくなって良好な状態となっている。また、この時のプロセス条件は、プロセス温度（ウエハ温度「以下同じ」）が７０〜４５０℃、プロセス圧力が１Ｐａ〜１３ｋＰａ程度である。またＭｎを含む原料ガスの流量は特に制限はないが、成膜速度等を考慮すると０．１〜１０ｓｃｃｍ程度である。
【０１０６】
次に、凹部２の埋め込みを行う埋め込み工程（Ｓ３）の場合には、図８に示すようにＣＶＤ法とＡＬＤ法とＰＶＤ（スパッタ）法とメッキ法と超臨界ＣＯ２ 法の５種類がある。また、メッキ法や超臨界ＣＯ２ 法を用いる場合には、埋め込み処理を行う前にＣｕ等の導電性金属からなるシード膜を形成するようにしてもよい。また、埋め込み処理を行った後に、アニール処理を行うのが好ましい。
【０１０７】
第１の方法であるＣＶＤ法の場合には、Ｃｕ含有原料ガスと還元ガスとしてのＨ２ ガスとを同時に流し、ＣＶＤ法によりＣｕ膜を形成して凹部２の埋め込みを行う。第２の方法であるＡＬＤ法の場合には、Ｃｕ含有原料ガスとＨ２ ガスとを、例えば図９（Ｃ）にて説明したと同様に交互に繰り返し流すようにする。あるいはＨ２ ガスは流さずに、Ｃｕ含有原料ガスを間欠的に流し、単なる熱分解反応によりＣｕ膜よりなるＣｕ膜を形成してもよい。
【０１０８】
この時のプロセス条件は（ＣＶＤ処理の場合も含む）、プロセス温度が７０〜３５０℃程度、プロセス圧力が１Ｐａ〜１３ｋＰａ程度である。またＣｕ含有原料ガスの流量は１〜１００ｓｃｃｍ程度、Ｈ２ ガスの流量は５〜５００ｓｃｃｍ程度である。特に、上記ＣＶＤ法やＡＬＤ法の場合には、メッキ法よりも微細な凹部の内壁に薄膜が堆積し易くなるので、凹部が更に微細化しても、内部にボイド等を生ぜしめることなく凹部の埋め込みを行うことができる。
【０１０９】
上記アニール処理は、上記Ｍｎバリヤ膜を確実に形成することを目的としており、従って、前工程でＭｎバリヤ膜の自己形成にとって十分に高い温度、例えば１００〜１５０℃以上の高温のプロセス温度で行われていれば、上記Ｍｎバリヤ膜はすでに十分な厚さで形成された状態となっているので、上記アニール処理を不要とすることができる。ここで上記Ｃｕ含有原料ガスとしては、特開２００１−０５３０３０号公報に示されているようなＣｕ（Ｉ）ｈｆａｃ ＴＭＶＳ（銅錯体）、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２ 、Ｃｕ（ｄｉｂｍ）２ 等を用いることができる。
【０１１０】
以上のように、本発明では、底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す際に、第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、第１金属含有膜形成工程の後に行われ、凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程とを行うようにしたので、下地膜としてＲｕ等の第１の金属を含む第１金属含有膜を介在させることになり、この結果、上記第２金属含有膜を効率的に形成することができる。
【０１１１】
また、上述した大部分の一連の処理を同一の処理システム内で、すなわちｉｎ−ｓｉｔｕで大気曝露することなく連続処理を行うことができるので、スループットを向上させることができるとともに膜質や密着性の向上を図ることができる。
【０１１２】
＜本発明方法の第２実施例＞
次に、本発明方法の第２実施例について説明する。上記本発明方法の第１実施例では、Ｒｕ膜よりなる第１金属含有膜２１０とＭｎＯｘ膜等よりなる第２金属含有膜２１２とを１層ずつ積層してバリヤ層２１４を形成した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、上記第１金属含有膜２１０と第２金属含有膜２１２とを交互に積層させて、且つ最上層は第１金属含有膜２１０として全体でバリヤ層２１４を形成するようにしてもよい。すなわち、第１金属含有膜２１０が一層多く形成されている。図１０はこのような本発明の成膜方法の第２実施例を説明するための説明図であり、図１０（Ａ）はフローチャートを示し、図１０（Ｂ）はバリヤ層の積層構造の一例を示す断面図である。尚、図６及び図７に示す構成と同一部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【０１１３】
図１０（Ａ）に示すように、ここでは第１金属含有膜形成工程Ｓ１と第２金属含有膜形成工程Ｓ２とを、交互に繰り返すように行い、第１金属含有膜形成工程Ｓ１が予め定められていた所定の回数だけ行ったならば（Ｓ１−１のＹＥＳ）、第２金属含有膜形成工程Ｓ２を行わず、凹部の埋め込み工程（Ｓ３）を行うようにしている。ここで上記”ｎ”は２、３、４、５…等の２以上の正の整数である。図１０（Ｂ）は所定の回数ｎが”２”の場合を示し、バリヤ層２１４は、２つの第１金属含有膜（Ｒｕ膜）２１０の間に１つの第２金属含有膜（ＭｎＯｘ膜等）２１２を介在させた３層構造となっている。この場合、最上層の第１金属含有膜２１０のＲｕ膜は、凹部２の埋め込み金属であるＣｕに対してシード機能を有している。
【０１１４】
従って、凹部２をＣｕメッキ処理で埋め込む場合には、それに先立ってＣｕシード膜をスパッタリング等によって形成する必要がなくなり、上記最上層のＲｕ膜をシード膜として直接的にＣｕメッキ処理を行うことができる。尚、この第２実施例において、第１金属含有膜２１０と第２金属含有膜２１２とを更に交互に複数回繰り返し積層してもよく、この場合にも最上層は第１金属含有膜２１０になるようにしてバリヤ層２１４を形成するのは、上述した通りである。
【０１１５】
＜本発明方法の第３実施例＞
次に、本発明方法の第３実施例について説明する。先に説明した本発明方法の第１実施例及び第２実施例では、第１金属含有膜２１０と第２金属含有膜２１２とを積層してバリヤ層２１４を形成したが、これに限定されず、上記第１の金属と第２の金属と埋め込み金属の材料である第３の金属とを含む合金膜を形成してこれをバリヤ層としてもよい。
【０１１６】
図１１はこのような本発明の成膜方法の第３実施例を説明するための説明図であり、図１１（Ａ）はフローチャートを示し、図１１（Ｂ）はバリヤ層の構造の一例を示す断面図である。尚、図６及び図７に示す構成と同一部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、ここでは第１実施例における第１金属含有膜形成工程Ｓ１と第２金属含有膜形成工程Ｓ２とに変えて、上記したように第１の金属、例えばＲｕと凹部へ埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属、例えばＭｎと上記埋め込み金属の材料である第３の金属、例えばＣｕとを含む合金膜を形成する合金膜形成工程Ｓ１−２を行う。このように形成された合金膜２２０がバリヤ層２１４となる。このバリヤ層２１４は、構成材料にＭｎ材料が含有されているのでＣｕに対するバリヤ性を有すると同時に、Ｃｕ元素も含まれていることからＣｕに対するシード性を有しており、後工程でＣｕメッキ処理を行う時には、Ｃｕシード膜の形成を省略することができる。
【０１１７】
また、この合金膜２２０を形成するための処理装置としては、例えば図５に示す第５の処理装置１２Ｅのシャワーヘッド部４２に、Ｃｕを含む原料ガスの供給系を追加して接続するようにすればよい。これによれば、Ｒｕ等の第１の金属とＭｎ等の第２の金属とＣｕ等の第３の金属とを含む合金膜よりなるバリヤ層を形成することができる。尚、上記各実施形態では、第１の金属としてＲｕを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、他の金属例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒとよりなる群から選択される１つ或いはこれらの合金も用いることができる。
【０１１８】
また上記各実施例では、熱ＣＶＤ及び熱ＡＬＤによる成膜方法を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、紫外線やレーザ光を用いた光ＣＶＤ、光ＡＬＤ等による成膜方法を用いてもよい。
【０１１９】
また、上記Ｍｎ含有原料を用いた有機金属材料としては、Ｃｐ２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ５ ）２ ］、（ＭｅＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３ Ｈ７ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３ ［＝（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）Ｍｎ（ＣＯ）３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４ Ｈ９ Ｃ５ Ｈ４ ） ２］、ＣＨ３ Ｍｎ（ＣＯ）５ 、Ｍｎ（ＤＰＭ）３ ［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ） ３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７ Ｈ１１Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）３ ］、Ｍｎ（ｈｆａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ ＨＦ６ Ｏ２ ）３ ］、（（ＣＨ３）５ Ｃｐ２ Ｍｎ［ ＝Ｍｎ（（ＣＨ３ ）５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、［Ｍｎ（ｉＰｒ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍ ｎ（Ｃ３Ｈ７ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ３Ｈ７）２］、［Ｍｎ（ｔＢｕ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ４Ｈ９）２］よりなる群から選択される１以上の材料を用いることができる。また有機金属材料の他にも、金属錯体材料を用いることができる。
【０１２０】
また、ここでは下地膜である絶縁層１としてＳｉＯＣ膜を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、膜中にＯ（酸素）またはＣ（炭素）を含む層間絶縁層として用いられるＬｏｗ−ｋ（低比誘電率）材料であるＳｉＯＣ膜とＳｉＣＯＨ膜とＳｉＣＮ膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とＳｉＬＫ（登録商標）膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される１つ以上の膜により形成する場合もある。
【０１２１】
また、ここで説明した各処理装置は単に一例を示したに過ぎず、例えば加熱手段として抵抗加熱ヒータに代えてハロゲンランプ等の加熱ランプを用いるようにしてもよいし、熱処理装置は枚葉式のみならずバッチ式のものであってもよい。
【０１２２】
更には、熱処理による成膜に限定されず、例えばシャワーヘッド部４２、１３４を上部電極とし、載置台１５６を下部電極として両電極間に高周波電力を必要に応じて印加してプラズマを立てるようにし、成膜時にプラズマによるアシストを加えるようにしてもよい。更に、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【０１２３】
また本願発明の成膜方法によれば、半導体ウエハ上に大小さまざまのトレンチ、ホールが混在していても、全ての凹部に対して十分に薄くて均一なバリヤ層が形成できる。このためＣｕ多層配線において、下層のローカル配線から上層のグローバル配線に亘り本発明の技術を適用することができ、Ｃｕ多層配線の微細化が可能となる。これにより得られる効果として、半導体装置（デバイス）の高速化、微細化などにより、小型でありながら高速で信頼性のある電子機器を作ることが可能となる。
【符号の説明】
【０１２４】
１ 絶縁層
２ 凹部
３ 配線層（金属層）
１０ 処理システム
１２Ａ〜１２Ｄ 処理装置
１４ 共通搬送室
２０ 搬送機構
３４ システム制御部
３６ 記憶媒体
４２ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
８８ 原料ガス供給系（第１金属：Ｒｕ）
１００ 原料（Ｒｕ：第１金属含有原料）
１３１ 原料ガス供給系（第２金属：Ｍｎ）
１３２ 処理容器
１３４ シャワーヘッド部（ガス導入手段）
１４５ 原料（Ｍｎ：第２金属含有原料）
１５６ 載置台
２１０ 第１金属含有膜（Ｒｕ膜）
２１２ 第２金属含有膜（ＭｎＯｘ膜、Ｍｎ膜）
２１４ バリヤ層
２１６ 埋め込み金属（Ｃｕ）
２２０ 合金膜
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、
第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、
前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは交互に行われて、最後に前記第１金属含有膜形成工程が行われることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、
第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する合金膜形成工程を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項５】
前記凹部内を前記埋め込み金属で埋め込む埋め込み工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記絶縁層は、ＳｉＯＣ膜とＳｉＣＯＨ膜とＳｉＣＮ膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とＳｉＬＫ（登録商標）膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される１つ以上の膜よりなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１の金属は、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒよりなる群から選択される１以上の元素であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記第２の金属は、マンガン（Ｍｎ）よりなり、該マンガンを含む有機金属材料は、Ｃｐ２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ５ ）２ ］、（ＭｅＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３ Ｈ７ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３ ［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４ Ｈ９ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＣＨ３ Ｍｎ（ＣＯ）５ 、Ｍｎ （ＤＰＭ）３ ［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ）３ ］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７ Ｈ１１Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａ ｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］、Ｍｎ（ｈｆａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５ＨＦ ６Ｏ２）３］、（（ＣＨ３）５Ｃｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（（ＣＨ３）５Ｃ５Ｈ４） ２］、［Ｍｎ（ｉＰｒ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ３ Ｈ７）２］、［Ｍｎ（ｔＢｕ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９ＮＣ（ＣＨ３） ＮＣ４Ｈ９）２］よりなる群から選択される１以上の材料であることを特徴とす る請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記埋め込み金属は、銅であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、
第１の金属を含む第１金属含有膜と、
前記第１金属含有膜上に形成されて前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜とよりなることを特徴とするバリヤ層。
【請求項１１】
前記第１金属含有膜と前記第２金属含有膜とは交互に積層されており、最上層は前記第１金属含有膜になされていることを特徴とする請求項１０記載のバリヤ層。
【請求項１２】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、
第１の金属と、前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜よりなることを特徴とするバリヤ層。
【請求項１３】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する処理装置と、
前記被処理体の表面に前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する処理装置と、
前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、
前記各処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１４】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する成膜処理と前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する成膜処理とを行う処理装置と、
前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、
前記各処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１５】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する処理装置と、
前記処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項３記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１６】
請求項１３記載の処理システムを用いて請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１７】
請求項１４記載の処理システムを用いて請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１８】
請求項１５記載の処理システムを用いて請求項３項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、
第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する第１金属含有膜形成工程と、
前記第１金属含有膜形成工程の後に行われ、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する第２金属含有膜形成工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは交互に行われて、最後に前記第１金属含有膜形成工程が行われることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す成膜方法において、
第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する合金膜形成工程を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
前記第１金属含有膜形成工程と前記第２金属含有膜形成工程とは同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項５】
前記凹部内を前記埋め込み金属で埋め込む埋め込み工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記絶縁層は、ＳｉＯＣ膜とＳｉＣＯＨ膜とＳｉＣＮ膜とポーラスシリカ膜とポーラスメチルシルセスキオキサン膜とポリアリレン膜とＳｉＬＫ（登録商標）膜とフロロカーボン膜とよりなる群から選択される１つ以上の膜よりなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１の金属は、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒよりなる群から選択される１以上の元素であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記第２の金属は、マンガン（Ｍｎ）よりなり、該マンガンを含む有機金属材料は、Ｃｐ２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ５ ）２ ］、（ＭｅＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ＥｔＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３ Ｈ７ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３ ［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３ ］、（ｔ−ＢｕＣｐ ）２ Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４ Ｈ９ Ｃ５ Ｈ４ ）２ ］、ＣＨ３ Ｍｎ（ＣＯ）５ 、Ｍｎ （ＤＰＭ）３ ［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２ ）３ ］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７ Ｈ１１Ｃ２ Ｈ５ Ｃ５ Ｈ４ ）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２ ［＝Ｍｎ（Ｃ５ Ｈ７ Ｏ２ ）２ ］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａ ｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］、Ｍｎ（ｈｆａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５ＨＦ ６Ｏ２）３］、（（ＣＨ３）５Ｃｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（（ＣＨ３）５Ｃ５Ｈ４） ２］、［Ｍｎ（ｉＰｒ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７ＮＣ（ＣＨ３）ＮＣ３ Ｈ７）２］、［Ｍｎ（ｔＢｕ−ＡＭＤ）２］［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９ＮＣ（ＣＨ３） ＮＣ４Ｈ９）２］よりなる群から選択される１以上の材料であることを特徴とす る請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記埋め込み金属は、銅であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。
【請求項１０】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、
第１の金属を含む第１金属含有膜と、
前記第１金属含有膜上に形成されて前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜とよりなることを特徴とするバリヤ層。
【請求項１１】
前記第１金属含有膜と前記第２金属含有膜とは交互に積層されており、最上層は前記第１金属含有膜になされていることを特徴とする請求項１０記載のバリヤ層。
【請求項１２】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体の前記凹部内を埋め込み金属で埋め込む際に前記埋め込み金属の下層に介在されるバリヤ層において、
第１の金属と、前記埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜よりなることを特徴とするバリヤ層。
【請求項１３】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する処理装置と、
前記被処理体の表面に前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する処理装置と、
前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、
前記各処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１４】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第１の金属を含む第１金属含有膜を形成する成膜処理と前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属を含む第２金属含有膜を形成する成膜処理とを行う処理装置と、
前記被処理体の表面に前記埋め込み金属の材料である第３の金属の薄膜を形成する処理装置と、
前記各処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１５】
底面に金属層が露出する凹部を有する絶縁層が表面に形成された被処理体に対して成膜処理を施す処理システムにおいて、
前記被処理体の表面に第１の金属と、前記凹部に埋め込まれる埋め込み金属に対してバリヤ性を有する第２の金属と、前記埋め込み金属の材料である第３の金属と、を含む合金膜を形成する処理装置と、
前記処理装置が連結された共通搬送室と、
前記共通搬送室内に設けられて、前記各処理装置内へ前記被処理体を搬送するための搬送機構と、
請求項３記載の成膜方法を実施するように処理システム全体を制御するシステム制御部と、
を備えたことを特徴とする処理システム。
【請求項１６】
請求項１３記載の処理システムを用いて請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１７】
請求項１４記載の処理システムを用いて請求項１、２、４乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１８】
請求項１５記載の処理システムを用いて請求項３項に記載の成膜方法を実施するように制御するコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
【請求項１９】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜方法によって形成された膜構造を有することを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５６８（Ｐ２０１１−１５６８Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４２９６４（Ｐ２００９−１４２９６４）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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