JP2022143537A - Deposition method and substrate processing method - Google Patents

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Takeshi Itatani
錫亨 洪
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Abstract

To provide a sheath heater, a substrate processing apparatus and a control method of the substrate processing apparatus, capable of achieving high temperature controllability.SOLUTION: A deposition method in substrate processing includes: a step S1 of preparing for a substrate; a step S2 of depositing a barrier film of any of AlN, TiAlN, TiCN on the substrate; and a step S4 of depositing a metal film of any of Ru, Mo, Ni, Co, Cu on the barrier film. Even by forming a metal film after barrier film deposition to execute anneal processing S5 of 950 degrees, no aggregation of the metal film occurs, and it is thus possible to prevent an increase in the resistance of the metal film.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は、成膜方法及び基板処理方法に関する。 The present disclosure relates to a film forming method and a substrate processing method.

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。 For example, in the wiring structure of a semiconductor device, it is known to form a metal film such as ruthenium on a silicon oxide film (for example, a gate oxide film). It is also known to form a barrier film such as TiN under the metal film in order to improve the adhesion of the metal film.

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。 Patent Document 1 discloses a method of forming a polysilicon layer on a substrate, a silicide layer on the polysilicon layer, a barrier layer on the silicide layer, and a ruthenium layer on the barrier layer. . It also describes that the barrier layer contains TiN.

特表２０１９－５３０９８１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-530981

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。 By the way, when a substrate on which a TiN film and a ruthenium film are formed is annealed at 950° C. or higher, ruthenium diffuses into the TiN film, the TiN film and the ruthenium film are mixed, and the resistance value of the ruthenium film increases. do. In addition, the adhesion of the ruthenium film is lowered, causing agglomeration of the ruthenium film. Therefore, there is a demand for improving the heat resistance of the ruthenium film.

一の側面では、本開示は、金属膜の熱耐性を向上する成膜方法及び基板処理方法を提供する。 In one aspect, the present disclosure provides a film formation method and substrate processing method that improve the heat resistance of a metal film.

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金属膜を成膜する工程とを有する、成膜方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect, a barrier film made of any one of AlN, TiAlN, and TiCN is formed on a substrate, and a metal film is formed on the barrier film. A film forming method is provided.

一の側面によれば、本開示は、金属膜の熱耐性を向上する成膜方法及び基板処理方法を提供することができる。 According to one aspect, the present disclosure can provide a film formation method and a substrate processing method that improve the heat resistance of a metal film.

基板処理システムの構成図の一例。An example of the block diagram of a substrate processing system. バリア膜を成膜する基板処理装置の断面図の一例。An example of a cross-sectional view of a substrate processing apparatus for forming a barrier film. プリクリーン処理を行う基板処理装置の断面図の一例。1 is an example of a cross-sectional view of a substrate processing apparatus that performs pre-clean processing; FIG. ルテニウム膜を成膜する基板処理装置の断面図の一例。1 is an example of a cross-sectional view of a substrate processing apparatus for forming a ruthenium film; FIG. 基板処理の一例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of substrate processing; 基板の断面模式図の一例。An example of the cross-sectional schematic diagram of a board|substrate. 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。An example of a diagram showing the state of a film after annealing in the first embodiment. 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。An example of a diagram showing the state of a film after annealing in the second embodiment. 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。An example of the figure which shows the state of the film|membrane after annealing processing in a reference example.

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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

＜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。 <Substrate processing equipment>
A substrate processing system 200 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a substrate processing system 200. As shown in FIG.

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。 The substrate processing system 200 includes substrate processing apparatuses 211 to 213 , a vacuum transfer chamber 220 , a load lock chamber 230 and an atmospheric transfer chamber 240 .

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。 The substrate processing apparatuses 211 to 213 are depressurized to a predetermined vacuum atmosphere, and perform predetermined processing on substrates W such as semiconductor wafers therein. Substrate processing apparatuses 211 to 213 are arranged adjacent to vacuum transfer chamber 220 . The substrate processing apparatuses 211 to 213 and the vacuum transfer chamber 220 communicate with each other by opening and closing a gate valve (not shown). In addition, in the substrate processing system 200 of the present embodiment, the substrate processing apparatus 211 is an apparatus for forming a barrier film on the substrate W. As shown in FIG. The substrate processing apparatus 212 is an apparatus for removing impurities (pre-cleaning) from the surface of a barrier film formed on the substrate W before forming a metal film, which will be described later. Further, the substrate processing apparatus 213 is an apparatus for forming a metal film such as a ruthenium film on the barrier film formed on the substrate W. FIG. The substrate processing apparatuses 211 to 213 will be described later with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.

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。 The vacuum transfer chamber 220 is connected to a plurality of chambers (substrate processing apparatuses 211 to 213, load lock chamber 230) via gate valves (not shown), and is evacuated to a predetermined vacuum atmosphere. A substrate transfer device (not shown) for transferring the substrate W is provided inside the vacuum transfer chamber 220 . The substrate transfer device moves from one chamber (substrate processing devices 211 to 213, load lock chamber 230) to another chamber (substrate processing devices 211 to 213, load lock chamber 230) through the vacuum transfer chamber 220 according to the opening and closing of the gate valve. The substrate W is transferred to the lock chamber 230).

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。 The load lock chamber 230 is provided between the vacuum transfer chamber 220 and the atmospheric transfer chamber 240 . The load lock chamber 230 has a mounting portion (not shown) on which the substrate W is mounted. The load lock chamber 230 can switch between an atmospheric atmosphere and a vacuum atmosphere. The load lock chamber 230 and the vacuum transfer chamber 220 having a vacuum atmosphere communicate with each other by opening and closing a gate valve (not shown). The load lock chamber 230 and the atmospheric transfer chamber 240 having an atmospheric atmosphere communicate with each other by opening and closing a door valve (not shown).

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。 The atmospheric transfer chamber 240 has an atmospheric atmosphere, and for example, clean air downflow is formed. A load port (not shown) is provided on the wall surface of the atmospheric transfer chamber 240 . A carrier (not shown) containing substrates W or an empty carrier is attached to the load port. For example, a FOUP (Front Opening Unified Pod) or the like can be used as the carrier. A substrate transfer device (not shown) for transferring the substrate W is provided inside the atmosphere transfer chamber 240 . The substrate transfer device transfers the substrate W between the load lock chamber 230 and the carrier attached to the load port via the atmosphere transfer chamber 240 according to opening and closing of the door valve.

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。 As described above, the substrate processing system 200 of the present embodiment forms a barrier film on the substrate W using the substrate processing apparatus 211 and removes impurities from the surface of the barrier film using the substrate processing apparatus 212 while maintaining a vacuum atmosphere. preclean processing), and a substrate processing apparatus 213 can form a metal film (for example, a ruthenium film) on the barrier film.

＜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。 <Substrate processing apparatus 211>
Next, the substrate processing apparatus 211 will be explained using FIG. FIG. 2 is an example of a cross-sectional view of a substrate processing apparatus 211 that forms a barrier film. The substrate processing apparatus 211 deposits a barrier film by an ALD (Atomic Layer Deposition) method within a processing container in a vacuum atmosphere.

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。 As shown in FIG. 2, the substrate processing apparatus 211 has a processing container 1, a mounting table 2, a shower head 3, an exhaust section 4, a gas supply mechanism 5, and a control section 9. .

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。 The processing container 1 is made of metal such as aluminum and has a substantially cylindrical shape. The processing container 1 accommodates substrates W therein. A loading/unloading port 11 for loading or unloading the substrate W is formed in the side wall of the processing chamber 1 , and the loading/unloading port 11 is opened and closed by a gate valve 12 . An annular exhaust duct 13 having a rectangular cross section is provided on the main body of the processing container 1 . A slit 13 a is formed along the inner peripheral surface of the exhaust duct 13 . An outer wall of the exhaust duct 13 is formed with an exhaust port 13b. A ceiling wall 14 is provided on the upper surface of the exhaust duct 13 so as to close the upper opening of the processing container 1 via an insulating member 16 . A space between the exhaust duct 13 and the insulator member 16 is airtightly sealed with a seal ring 15 . The partitioning member 17 vertically partitions the inside of the processing container 1 when the mounting table 2 (and the cover member 22) is raised to a processing position described later.

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。 The mounting table 2 horizontally supports the substrate W within the processing container 1 . The mounting table 2 is formed in a disc shape having a size corresponding to the substrate W, and is supported by a support member 23 . The mounting table 2 is made of a ceramic material such as AlN or a metal material such as aluminum or nickel alloy, and a heater 21 for heating the substrate W is embedded therein. The heater 21 is powered by a heater power supply (not shown) to generate heat. By controlling the output of the heater 21 according to a temperature signal from a thermocouple (not shown) provided near the upper surface of the mounting table 2, the substrate W is controlled to a predetermined temperature. The mounting table 2 is provided with a cover member 22 made of ceramics such as alumina so as to cover the outer peripheral region of the upper surface and the side surfaces thereof.

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。 A support member 23 for supporting the mounting table 2 is provided on the bottom surface of the mounting table 2 . The support member 23 extends downward from the processing container 1 through a hole formed in the bottom wall of the processing container 1 from the center of the bottom surface of the mounting table 2 , and its lower end is connected to an elevating mechanism 24 . An elevating mechanism 24 elevates the mounting table 2 via the support member 23 between the processing position shown in FIG. A flange portion 25 is attached to the support member 23 below the processing container 1 . A bellows 26 is provided that expands and contracts along with the up-and-down motion.

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。 Three substrate support pins 27 (only two are shown) are provided in the vicinity of the bottom surface of the processing container 1 so as to protrude upward from an elevating plate 27a. The substrate support pins 27 are moved up and down via an elevating plate 27a by an elevating mechanism 28 provided below the processing container 1 . The substrate support pins 27 are inserted into the through holes 2a provided in the mounting table 2 at the transfer position, and can protrude from the upper surface of the mounting table 2. As shown in FIG. The substrate W is transferred between the transport mechanism (not shown) and the mounting table 2 by raising and lowering the substrate support pins 27 .

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。 The shower head 3 supplies the processing gas into the processing container 1 in the form of a shower. The shower head 3 is made of metal, is provided so as to face the mounting table 2 , and has approximately the same diameter as the mounting table 2 . The shower head 3 has a body portion 31 fixed to the ceiling wall 14 of the processing container 1 and a shower plate 32 connected to the bottom of the body portion 31 . A gas diffusion space 33 is formed between the main body 31 and the shower plate 32 , and a gas introduction hole 36 is formed in the gas diffusion space 33 so as to penetrate the ceiling wall 14 of the processing chamber 1 and the center of the main body 31 . is provided. An annular projection 34 projecting downward is formed on the periphery of the shower plate 32 . A gas discharge hole 35 is formed in the inner flat surface of the annular protrusion 34 . When the mounting table 2 is in the processing position, a processing space 38 is formed between the mounting table 2 and the shower plate 32, and the upper surface of the cover member 22 and the annular protrusion 34 are adjacent to form an annular gap 39. be done.

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。 The exhaust unit 4 exhausts the inside of the processing container 1 . The exhaust unit 4 has an exhaust pipe 41 connected to the exhaust port 13b, and an exhaust mechanism 42 connected to the exhaust pipe 41 and having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like. During processing, the gas in the processing container 1 reaches the exhaust duct 13 through the slit 13 a and is exhausted by the exhaust mechanism 42 from the exhaust duct 13 through the exhaust pipe 41 .

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、ＮＨ３ガス）、パージガス（Ｎ２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、ＴｉＣｌ４ガス、ＴａＣｌ５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。 The gas supply mechanism 5 supplies gas into the processing container 1 from the gas introduction hole 36 via the gas supply line 56 . The gas supply mechanism 5 is configured to be able to supply a precursor gas, a reducing gas (for example, NH3 gas), and a purge gas ( N2 gas). As the precursor gas, for example, a gas containing a metal element such as trimethylaluminum (TMA) gas, TiCl4 gas, TaCl5 gas, etc. can be selected and used according to the film type of the barrier film. Further, the gas supply mechanism 5 may be configured to be capable of supplying gas for doping the barrier film with other elements (eg, Al, C, Si).

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。 The control unit 9 is, for example, a computer, and includes a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), auxiliary storage device, and the like. The CPU operates based on programs stored in the ROM or auxiliary storage device, and controls the operation of the substrate processing apparatus 211 . The control unit 9 may be provided inside the substrate processing apparatus 211 or may be provided outside. When the control unit 9 is provided outside the substrate processing apparatus 211, the control unit 9 can control the substrate processing apparatus 211 by wired or wireless communication means.

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。 The processing of the control unit 9 includes, for example, a step of supplying a precursor gas into the processing container 1 to adsorb the precursor to the substrate W, and a step of supplying a purge gas into the processing container 1 to remove excess precursor gas and the like in the processing container 1. a step of purging, a step of supplying a reducing gas into the processing container 1 to reduce (nitriding) the precursor adsorbed on the substrate W, a step of supplying a purge gas into the processing container 1, and surplus reducing gas in the processing container 1; A step of purging is regarded as one cycle, and a barrier film is formed by the ALD method.

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ＮＨ３ガスを用いることで、ＡｌＮ膜を形成することができる。 As a result, an AlN film can be formed by using TMA gas as the precursor gas and NH 3 gas as the reducing gas.

また、プリカーサガスとしてＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＮＨ３ガスを用いることで、ＴｉＮ膜を形成することができる。 Also, a TiN film can be formed by using TiCl 4 gas as the precursor gas and NH 3 gas as the reducing gas.

また、プリカーサガスとしてＴａＣｌ５ガス、還元ガスとしてＮＨ３ガスを用いることで、ＴａＮ膜を形成することができる。 A TaN film can be formed by using TaCl 5 gas as the precursor gas and NH 3 gas as the reducing gas.

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ＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＮＨ３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。 Further, the processing by the control unit 9 may include a step of supplying TMA gas into the processing container 1 to dope the barrier film with Al. Thus, a TiAlN film can be formed by using TiCl 4 gas as a precursor gas, NH 3 gas as a reducing gas, and TMA gas as a doping gas.

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ＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＮＨ３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。 Further, the processing of the control unit 9 may include a step of supplying a carbon-containing gas into the processing container 1 to dope the barrier film with C. Thus, a TiCN film can be formed by using TiCl 4 gas as a precursor gas, NH 3 gas as a reducing gas, and a carbon-containing gas as a doping gas.

また、制御部９の処理は、処理容器１内にＳｉＨ４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ＴｉＣｌ４ガス、還元ガスとしてＮＨ３ガスを用い、ドープするガスとしてＳｉＨ４ガスを用いることで、ＴｉＳｉＮ膜を形成することができる。 Further, the processing of the control unit 9 may include a step of supplying SiH 4 gas into the processing container 1 to dope the barrier film with Si. Thus, a TiSiN film can be formed by using TiCl 4 gas as a precursor gas, NH 3 gas as a reducing gas, and SiH 4 gas as a doping gas.

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。 Here, the AlN film refers to a film containing Al element and N element and containing inevitable impurities but not other elements. The same applies to the TiN film and TaN film. A TiAlN film is a film that contains Ti element, N element and doped Al element, and contains inevitable impurities but does not contain other elements. A TiCN film is a film that contains Ti element, N element and doped C element, and contains inevitable impurities but does not contain other elements. The same is true for the TiSiN film.

＜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。 <Substrate processing device 212>
Next, the substrate processing apparatus 212 will be explained using FIG. FIG. 3 is an example of a cross-sectional view of a substrate processing apparatus 212 that performs pre-clean processing. The substrate processing apparatus 212 removes impurities from the surface of the barrier film (pre-clean processing) by generating plasma in a processing chamber in a reduced pressure vacuum atmosphere.

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。 As shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus 212 includes a processing vessel 1, a mounting table 2, a shower head 3, an exhaust section 4, a gas supply mechanism 5, an RF power supply section 7, an RF power supply 8 and a control unit 9 . In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the structure which overlaps with the substrate processing apparatus 211, and the overlapping description is abbreviate|omitted.

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。 The substrate processing apparatus 212 is a capacitively coupled plasma apparatus in which the mounting table 2 serves as a lower electrode and the shower head 3 serves as an upper electrode.

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。 A lower electrode 29 is provided on the mounting table 2 . The lower electrode 29 is supplied with RF power for biasing by the RF power supply unit 7 . The RF power supply section 7 has a feed line 71 , a matching box 72 and a high frequency power supply 73 . A feed line 71 connects the lower electrode 29 (mounting table 2 ) and a high frequency power source 73 via a matching device 72 . The matching device 72 has a circuit for matching the output reactance of the high frequency power supply 73 and the reactance of the load (lower electrode). The high frequency power supply 73 supplies high frequency power of 13.56 MHz, for example.

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。 The shower head 3 serving as the upper electrode is supplied with high frequency power serving as a plasma source for plasma generation by the RF power supply unit 8 . The RF power supply section 8 has a feed line 81 , a matching box 82 and a high frequency power supply 83 . A feed line 81 connects the upper electrode (shower head 3 ) and a high frequency power source 83 via a matching device 82 . The matching device 82 has a circuit for matching the output reactance of the high frequency power supply 83 and the reactance of the load (lower electrode). A high-frequency power supply 83 supplies high-frequency power of, for example, 60.0 MHz.

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、Ｈ２ガス及びＡｒガスを供給可能に構成されている。 The gas supply mechanism 5 supplies gas into the processing container 1 from the gas introduction hole 36 via the gas supply line 56 . The gas supply mechanism 5 is configured to supply H 2 gas and Ar gas.

制御部９の処理は、例えば、処理容器１内にＨ２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。 In the processing of the control unit 9, for example, H 2 gas and Ar gas are supplied into the processing container 1, the RF power supply units 7 and 8 are controlled to generate plasma in the processing container 1, and the surface of the barrier film Remove impurities (pre-clean treatment). For example, the carbon on the surface of the barrier film is removed, and the natural oxide film on the surface of the barrier film is removed. This can improve adhesion with a metal film (for example, a ruthenium film) formed on the barrier film.

＜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Ｒｕ３（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。 <Substrate processing device 213>
Next, the substrate processing apparatus 213 will be explained using FIG. FIG. 4 is an example of a cross-sectional view of a substrate processing apparatus 213 that forms a metal film (for example, a ruthenium film). The substrate processing apparatus 213 supplies a ruthenium-containing gas such as dodecacarbonyl triruthenium Ru 3 (CO) 12 or the like in a vacuum atmosphere processing container under reduced pressure, and deposits a gas on the barrier film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. A ruthenium film is formed on the

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。 The main body container 101 is a bottomed container having an opening on the upper side. Support member 102 supports gas introduction mechanism 103 . Further, the support member 102 closes the upper opening of the main body container 101, thereby sealing the main body container 101 and forming a processing chamber 101c. A gas supply unit 104 supplies a process gas such as a ruthenium-containing gas to the gas introduction mechanism 103 via a support member 102 having a supply pipe 102a. The ruthenium-containing gas supplied from the gas supply unit 104 is supplied from the gas introduction mechanism 103 into the processing chamber 101c.

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。 The stage 105 is a member made of aluminum nitride, quartz, or the like and formed in a flat disc shape, on which the substrate W is placed. A heater 106 for heating the substrate W is embedded inside the stage 105 . The heater 106 is composed of, for example, a sheet-like resistance heating element, and generates heat by being supplied with electric power from a power supply unit (not shown) to heat the mounting surface of the stage 105, thereby generating a predetermined temperature suitable for film formation. The substrate W is heated up to the process temperature of . For example, the heater 106 heats the substrate W placed on the stage 105 to, for example, 100.degree. C. to 300.degree.

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。 Further, the stage 105 has a support portion 105 a extending downward from the center of the bottom surface of the stage 105 and having one end penetrating through the bottom of the main container 101 supported by the lifting mechanism 110 via the lifting plate 109 .

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。 A temperature control jacket 108 is provided as a temperature control member under the stage 105 . The temperature control jacket 108 has a plate portion 108a having approximately the same size as the stage 105 formed on its upper portion, and a shaft portion 108b having a diameter larger than that of the support portion 105a formed on its lower portion. Further, the temperature control jacket 108 is formed with a hole portion 108c penetrating the plate portion 108a and the shaft portion 108b vertically in the center.

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。 The temperature control jacket 108 accommodates the support portion 105a in the hole portion 108c, and is arranged so as to cover the support portion 105a and the entire rear surface of the stage 105 with the hole portion 108c. Since the hole portion 108 c is larger than the diameter of the support portion 105 a , a gap (not shown) is formed between the support portion 105 a and the temperature control jacket 108 .

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。 The temperature control jacket 108 has a coolant flow path 108d formed inside the plate portion 108a, and two coolant pipes 118a and 118b provided inside the shaft portion 108b. One end of the refrigerant flow path 108d is connected to one refrigerant pipe 118a, and the other end is connected to the other refrigerant pipe 118b. The refrigerant pipes 118 a and 118 b are connected to the refrigerant unit 118 .

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。 Refrigerant unit 118 is, for example, a chiller unit. The refrigerant unit 118 can control the temperature of the refrigerant, and supplies the refrigerant at a predetermined temperature to the refrigerant pipe 118a. Refrigerant is supplied from the refrigerant unit 118 to the refrigerant flow path 108d through the refrigerant pipe 118a. The coolant supplied to the coolant channel 108d returns to the coolant unit 118 via the coolant pipe 118b. The temperature control jacket 108 is capable of temperature control by circulating a coolant such as cooling water in the coolant channel 108d.

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。 A heat insulating ring 107 is arranged as a heat insulating member between the stage 105 and the temperature control jacket 108 . The heat insulating ring 107 is made of, for example, SUS316, A5052, Ti (titanium), ceramic, or the like, and is shaped like a disc.

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。 Between the heat insulating ring 107 and the stage 105, gaps communicating from the hole 108c of the temperature control jacket 108 to the edge are formed in all circumferential directions. For example, the heat insulating ring 107 has a plurality of projections on the upper surface facing the stage 105 .

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。 The heat insulating ring 107 is provided with a plurality of, for example, two rows of concentric projections spaced apart in the circumferential direction. Note that at least one row of projections may be formed concentrically.

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。 A shaft portion 108 b of the temperature control jacket 108 penetrates the bottom portion of the main container 101 . A lower end portion of the temperature control jacket 108 is supported by an elevating mechanism 110 via an elevating plate 109 arranged below the main container 101 . A bellows 111 is provided between the bottom of the main body container 101 and the lift plate 109 so that the airtightness inside the main body container 101 is maintained even when the lift plate 109 moves up and down.

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。 As the elevating mechanism 110 elevates the elevating plate 109, the stage 105 moves between a processing position (see FIG. 1) where the substrate W is processed and an external transport mechanism (not shown) via the loading/unloading port 101a. It can move up and down between a transfer position (not shown) between which transfer of the substrate W is performed.

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。 The lifting pins 112 support the substrate W from the lower surface and lift the substrate W from the mounting surface of the stage 105 when the substrate W is transferred to and from an external transport mechanism (not shown). The lift pin 112 has a shaft portion and a head portion with a larger diameter than the shaft portion. The stage 105 and the plate portion 108a of the temperature control jacket 108 are formed with through holes through which the shaft portions of the lifting pins 112 are inserted. Further, grooves for accommodating the heads of the lifting pins 112 are formed on the mounting surface side of the stage 105 . A contact member 113 is arranged below the lifting pin 112 .

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。 When the stage 105 is moved to the substrate W processing position (see FIG. 1), the heads of the lifting pins 112 are accommodated in the grooves, and the substrate W is mounted on the mounting surface of the stage 105 . The head of the lifting pin 112 is locked in the groove, the shaft of the lifting pin 112 passes through the stage 105 and the plate portion 108a of the temperature control jacket 108, and the lower end of the shaft of the lifting pin 112 extends through the temperature control jacket. 108 protrudes from the plate portion 108a. On the other hand, in a state in which the stage 105 is moved to the transfer position (not shown) of the substrate W, the lower end of the lifting pin 112 contacts the contact member 113 and the head of the lifting pin 112 contacts the mounting surface of the stage 105 . protrude from As a result, the heads of the lifting pins 112 support the substrate W from the lower surface and lift the substrate W from the mounting surface of the stage 105 .

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。 The contact member 113 has a contact portion 113a that contacts the lifting pin 112 and a shaft portion 113b that extends downward from the contact portion 113a. A shaft portion 113 b of the contact member 113 penetrates the bottom portion of the main container 101 . A lower end portion of the contact member 113 is supported by an elevating mechanism 115 via an elevating plate 114 arranged below the main container 101 . A bellows 116 is provided between the bottom of the main container 101 and the lift plate 114 , so that the airtightness inside the main container 101 is maintained even when the lift plate 114 moves up and down. The elevating mechanism 115 can elevate the contact member 113 by elevating the elevating plate 114 . The upper end of the lifting pin 112 can be supported from the lower surface of the substrate W by contacting the upper surface of the contact member 113 with the lower end of the lifting pin 112 .

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。 The annular member 117 is arranged above the stage 105 . When the stage 105 is moved to the substrate W processing position (see FIG. 1), the annular member 117 comes into contact with the outer peripheral portion of the upper surface of the substrate W, and the weight of the annular member 117 pushes the substrate W onto the mounting surface of the stage 105 . press against. On the other hand, in a state in which the stage 105 is moved to the transfer position (not shown) of the substrate W, the annular member 117 is locked by a locking portion (not shown) above the loading/unloading port 101a. not shown).

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。 The heat transfer gas supply/exhaust unit 119 supplies a heat transfer gas such as He gas to the back surface space between the back surface of the substrate W placed on the stage 105 and the front surface of the stage 105 through the pipe 119a. .

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。 The purge gas supply unit 120 includes a pipe 120a, a gap (not shown) formed between the support 105a of the stage 105 and the hole 108c of the temperature control jacket 108, and a diameter formed between the stage 105 and the heat insulating ring 107. Between the lower surface of the annular member 117 and the upper surface of the stage 105 via a channel (not shown) extending outward in the direction and a vertical channel (not shown) formed in the outer peripheral portion of the stage 105 . is supplied with a purge gas such as CO gas. As a result, the flow of the process gas into the space between the lower surface of the annular member 117 and the upper surface of the stage 105 is suppressed, and film formation on the lower surface of the annular member 117 and the upper surface of the outer peripheral portion of the stage 105 is prevented. To prevent.

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。 A side wall of the main container 101 is provided with a loading/unloading port 101a for loading/unloading the substrate W, and a gate valve 121 for opening/closing the loading/unloading port 101a.

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。 An exhaust section 122 including a vacuum pump and the like is connected to the lower side wall of the main container 101 via an exhaust pipe 101b. The inside of the main body container 101 is evacuated by the exhaust unit 122, and the inside of the processing chamber 101c is set and maintained at a predetermined vacuum atmosphere (for example, 1.33 Pa).

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。 The control unit 130 controls the gas supply unit 104, the heater 106, the lifting mechanism 110, the refrigerant unit 118, the heat transfer gas supply/exhaust unit 119, the purge gas supply unit 120, the gate valve 121, the exhaust unit 122, etc., thereby performing substrate processing. It controls the operation of device 213 .

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Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガス及びＣＯガスを供給する。Ｒｕ３（ＣＯ）１２ガスはルテニウムを含有するガスである。ＣＯガスは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の分解を抑制するガスである。基板Ｗの表面でＲｕ３（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。 In the processing of the control unit 9, Ru 3 (CO) 12 gas and CO gas are supplied from the gas supply unit 104 to the upper space 101d of the processing chamber 101c through the supply pipe 102a and the gas introduction mechanism 103. FIG. Ru 3 (CO) 12 gas is a gas containing ruthenium. CO gas is a gas that suppresses decomposition of Ru 3 (CO) 12 . A ruthenium film is formed on the substrate W by decomposition of Ru 3 (CO) 12 on the substrate W surface. An example of film formation conditions is a film formation temperature of 135° C. to 250° C., a film formation pressure of 15 to 100 mT, and a CO flow rate of 30 to 300 sccm. The post-processed gas passes through the upper space 101d through the channel on the upper surface side of the annular member 117, flows to the lower space 101e, and is exhausted by the exhaust section 122 through the exhaust pipe 101b.

＜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。 <Substrate processing method>
Next, a substrate processing method using the substrate processing system 200 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. FIG. 5 is a flow chart showing an example of substrate processing. FIG. 6 is an example of a schematic cross-sectional view of the substrate W. As shown in FIG.

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ＳｉＯ２膜５１０が形成されている。 In step S1, a substrate W is prepared. Here, the substrate W is a Si substrate 500 on which a SiO 2 film 510 is formed.

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ＳｉＯ２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。 In step S2, the substrate W is transported to the substrate processing apparatus 211 (see FIG. 2), and the barrier film 520 is formed on the SiO 2 film 510 of the substrate W (barrier film forming process). The barrier film 520 is composed of any one of AlN, TiAlN, and TiCN.

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。 In step S3, the substrate W is transported to the substrate processing apparatus 212 (see FIG. 3), and impurities are removed from the surface of the barrier film 520 of the substrate W (preclean processing).

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。 In step S4, the substrate W is transported to the substrate processing apparatus 213 (see FIG. 4), and the metal film 530 is deposited on the barrier film 520 of the substrate W (metal film deposition process). Although the metal film 530 is described as being a ruthenium film, it is not limited to this. The metal film 530 may be one of Ru, Mo, Ni, Co, and Cu.

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。 Through the processes from step S1 to step S4 described above, the substrate processing system 200 performs the film forming process of the barrier film 520 and the metal film 530 on the substrate W. FIG. The substrate W that has undergone film formation processing is unloaded from the substrate processing system 200 .

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。 After that, the substrate W on which the barrier film 520 and the metal film 530 are formed is subjected to further processing by another substrate processing system or substrate processing apparatus.

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。 Then, in step S<b>5 , an annealing device (not shown) anneals the substrate W on which the barrier film 520 and the metal film 530 are formed in the substrate processing system 200 . Note that the annealing process is a process performed to activate various films formed on the substrate W, for example. For example, the annealing process coarsens crystal grains in the ruthenium film, thereby reducing the resistance value of the ruthenium film.

＜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。 <Film state after annealing>
Next, regarding the states of the barrier film 520 and the metal film 530 after the annealing process, the first and second examples will be described in comparison with the reference example. FIG. 7 is an example of a diagram showing the state of the film after the annealing process in the first embodiment. FIG. 8 is an example of a diagram showing the state of the film after the annealing process in the second embodiment. FIG. 9 is an example of a diagram showing the state of the film after annealing treatment in the reference example.

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。 In the first embodiment shown in FIG. 7, an AlN film was formed as the barrier film 520 and a ruthenium film was formed as the metal film 530 on the barrier film 520 .

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。 In the second embodiment shown in FIG. 8, a TiAlN film, which is an example of a TiXN film (X=Al, Si, or C), is formed as a barrier film 520, and a metal film 530 is formed on the barrier film 520. A ruthenium film was formed.

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。 In the reference example shown in FIG. 9, a TiN film was formed as the barrier film 520 and a ruthenium film was formed as the metal film 530 on the barrier film 520 .

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、ＳｉＯ２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。 7 and 8, when the substrate W is not annealed (No anneal), when the substrate W is annealed at 900° C. (900° C. anneal), and when the substrate W is annealed at 950° C. (950 ° C anneal), when the substrate W is annealed at 1000 ° C (1000 ° C anneal), cross-sectional images (TEM: Transmission Electron Microscope) are shown in the upper row, and elemental analysis (EDX: Energy dispersive X-ray spectroscopy) results are shown respectively. In the elemental analysis results, the horizontal axis indicates the height position of the substrate W, and the stacking direction of the SiO 2 film 510, the barrier film 520, and the metal film 530 is the positive direction. The vertical axis is the normalized detection intensity.

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ＳｉＯ２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。 Here, in the reference example shown in FIG. 9, when the annealing treatment is not performed (No anneal) and when the annealing treatment is performed at 900° C. (900° C. anneal), the strength of Si and O decreases and the strength of Ru decreases. A Ti intensity peak appears at a rising height position (around 60 to 80 nm), in other words, at the boundary between the SiO 2 film 510 and the metal film 530 .

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）、ＳｉＯ２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。 On the other hand, in the reference example shown in FIG. 9, when annealing is performed at 950° C. (950° C. anneal), the Ti intensity peak at the boundary (around 60 to 80 nm) between the SiO 2 film 510 and the metal film 530 disappears. is doing. In other words, ruthenium diffuses into the TiN film (barrier film 520), and the TiN film and the ruthenium film are mixed. As a result, the resistance value increases when the ruthenium film is used as the wiring structure of the semiconductor device.

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）、ＳｉＯ２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。 Similarly, in the reference example shown in FIG. 9, when annealing is performed at 1000° C. (1000° C. anneal), the Ti intensity peak at the boundary (around 60 to 80 nm) between the SiO 2 film 510 and the metal film 530 is has disappeared. In other words, ruthenium diffuses into the TiN film (barrier film 520), and the TiN film and the ruthenium film are mixed. As a result, the resistance value increases when the ruthenium film is used as the wiring structure of the semiconductor device.

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、ＳｉＯ２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。 In addition, in the reference example shown in FIG. 9, when the annealing treatment is performed at 1000° C. (1000° C. anneal), as shown in the TEM image, the TiN film is mixed with the ruthenium film, and the SiO 2 film 510 is formed. Adhesion is reduced, causing agglomeration of the ruthenium film.

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ＳｉＯ２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、ＳｉＯ２膜５１０との密着性が維持されている。 On the other hand, in the first embodiment shown in FIG. 7, when the annealing treatment is not performed (No anneal), when the annealing treatment is performed at 900° C. (900° C. anneal), and when the annealing treatment is performed at 950° C. (950°C anneal) and 1000°C annealing (1000°C anneal), the height position (near 60 to 80 nm) at which the intensity of Si and O decreases and the intensity of Ru increases, in other words, A peak of Al intensity appears at the boundary between the SiO 2 film 510 and the metal film 530 . That is, it was confirmed that ruthenium did not diffuse into the AlN film (barrier film 520). As a result, when the ruthenium film is used as the wiring structure of the semiconductor device, an increase in resistance can be prevented. Further, in the first example shown in FIG. 7, as shown in the TEM image, the ruthenium film did not agglomerate and the adhesion with the SiO 2 film 510 was maintained.

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ＳｉＯ２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、ＳｉＯ２膜５１０との密着性が維持されている。 Further, in the second embodiment shown in FIG. 8, when the annealing treatment is not performed (No anneal), when the annealing treatment is performed at 900° C. (900° C. anneal), and when the annealing treatment is performed at 950° C. (950° C.). ℃ anneal), and in the case of annealing at 1000 ℃ (1000 ℃ anneal), the height position (near 60 to 80 nm) at which the intensity of Si and O decreases and the intensity of Ru increases, in other words, Ti and Al intensity peaks appear at the boundary between the SiO 2 film 510 and the metal film 530 . That is, it was confirmed that ruthenium did not diffuse into the TiAlN film (barrier film 520). As a result, when the ruthenium film is used as the wiring structure of the semiconductor device, an increase in resistance can be prevented. In addition, in the second example shown in FIG. 8, as shown in the TEM image, the ruthenium film did not agglomerate and the adhesion with the SiO 2 film 510 was maintained.

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。 Although illustration is omitted, in the case where a TiCN film is formed as the barrier film 520 and a ruthenium film is formed as the metal film 530 on the barrier film 520, as in the second embodiment, the resistance due to the annealing treatment is reduced. It is possible to prevent the value from increasing and maintain the adhesion.

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ＳｉＯ２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。 As described above, according to the substrate processing system according to the present embodiment, by forming the barrier film 520 made of any one of AlN, TiAlN, and TiCN between the metal film 530 and the SiO 2 film 510, the Diffusion of the metal film 530 can be suppressed, and mixing of the barrier film 520 and the metal film 530 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in the resistance value of the metal film 530 and a decrease in adhesion due to the annealing process. In other words, the heat resistance of the metal film 530 can be improved.

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。 Although the substrate processing apparatus according to one embodiment has been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present disclosure described in the claims. , can be improved.

２００ 基板処理システム
２１１～２１３ 基板処理装置
５００ Ｓｉ基板
５１０ ＳｉＯ２膜
５２０ バリア膜
５３０ 金属膜（ルテニウム膜）
Ｗ 基板 200 substrate processing system 211-213 substrate processing apparatus 500 Si substrate 510 SiO 2 film 520 barrier film 530 metal film (ruthenium film)
W substrate

Claims (6)

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金属膜を成膜する工程とを有する、
成膜方法。 forming a barrier film of any one of AlN, TiAlN, and TiCN on a substrate;
forming a metal film on the barrier film;
Deposition method. 前記金属膜は、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうちいずれかである、
請求項１に記載の成膜方法。 wherein the metal film is one of Ru, Mo, Ni, Co, and Cu;
The film forming method according to claim 1 . 前記バリア膜を成膜する工程の後、前記金属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に記載の成膜方法。 After the step of forming the barrier film and before the step of forming the metal film,
a step of removing impurities from the surface of the barrier film;
The film forming method according to claim 1 or 2. 前記基板は、ＳｉＯ２膜を有し、
前記バリア膜を成膜する工程は、前記ＳｉＯ２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項に記載の成膜方法。 The substrate has a SiO2 film,
The step of forming the barrier film includes forming the barrier film on the SiO2 film.
The film forming method according to any one of claims 1 to 3. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の成膜方法を用いて前記バリア膜及び前記金属膜を成膜する工程と、
前記基板をアニール処理する工程と、を有する、
基板処理方法。 forming the barrier film and the metal film using the film forming method according to any one of claims 1 to 4;
and annealing the substrate.
Substrate processing method. 前記アニール処理する工程は、９５０℃以上で前記基板をアニール処理する、
請求項５に記載の基板処理方法。 In the step of annealing, the substrate is annealed at 950° C. or higher.
The substrate processing method according to claim 5.
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