JP2024049290A - 成膜方法及び基板処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】凹部にルテニウム膜を埋め込む前に酸化タングステン膜を効果的に除去する。【解決手段】上部、側壁部、底部で規定される凹部が形成された絶縁層と、前記凹部の底部から露出するタングステン層と、を有する基板を載置台に準備する工程と、前記凹部の少なくとも底部にＴｉＣｌ４ガスを供給し、前記底部で前記タングステン層が酸化した酸化タングステン膜を除去する工程と、前記酸化タングステン膜を除去した後、前記凹部にルテニウム膜を埋め込む工程と、を有する成膜方法が提供される。【選択図】図３

Description

本開示は、成膜方法及び基板処理システムに関する。

例えば、特許文献１、２は、絶縁層に形成された凹部にルテニウム膜を埋め込む際、凹部から露出したタングステン層の表面に自然酸化膜が形成されている場合に自然酸化膜を除去してからルテニウム膜を凹部に埋め込むことを提案している。

例えば、特許文献３は、シリコン基板面に形成されたＢＰＳＧ層の上面にＴｉ－Ｓｉ層を成膜し、その上にＴｉＮ-Ｔｉ系のバリアメタル層を積層し、更にその上に電極配線をすることを提案している。ＢＰＳＧ層の主部であるＳｉＯ_２のＯを、ＢＰＳＧ層に密着するバリアメタル層のＴｉ膜が吸い出し、ＴｉＯ_２となることが記載されている。

特開２０２１－１４６１３号公報 特開２０２０－５９９１６号公報 特開平６－３１４７２２号公報

本開示は、凹部にルテニウム膜を埋め込む前に酸化タングステン膜を効果的に除去することができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、上部、側壁部、底部で規定される凹部が形成された絶縁層と、前記凹部の底部から露出するタングステン層と、を有する基板を載置台に準備する工程と、前記凹部の少なくとも底部にＴｉＣｌ_４ガスを供給し、前記底部で前記タングステン層が酸化した酸化タングステン膜を除去する工程と、前記酸化タングステン膜を除去した後、前記凹部にルテニウム膜を埋め込む工程と、を有する成膜方法が提供される。

一の側面によれば、凹部にルテニウム膜を埋め込む前に酸化タングステン膜を効果的に除去することができる。

第１実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャート。 図１の成膜方法を説明するための膜構造の断面図。 第２実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャート。 図３の成膜方法を説明するための膜構造の断面図。 第３実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャート。 図５の成膜方法を説明するための膜構造の断面図。 一実施形態に係る基板処理システムの構成例を示す図。 一実施形態に係る第１の処理チャンバを実現する処理装置の構成例。 一実施形態に係る第２の処理チャンバを実現する処理装置の構成例。

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。

シリコン窒化膜（ＳｉＮ）又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等の絶縁層に形成された凹部の底部にタングステン層が露出している膜構造において、凹部にルテニウム膜を埋め込む工程がある。

凹部に埋め込まれたルテニウム膜は金属配線の役割を果たすため、ルテニウム膜とコンタクトする凹部の底部の材料はできるだけ低抵抗の材料が好ましい。一方、凹部の底部の材料として用いられるタングステン層は酸化され易い材料であり、表面が容易に酸化されて酸化タングステン膜（ＷＯｘ）になってしまう。ルテニウム膜が酸化タングステン膜上に形成されると、酸化タングステン膜は絶縁物であるため、ルテニウム膜とのコンタクト部分にて抵抗が高くなってしまう。よって、凹部の底部の酸化タングステン膜を除去し、凹部の底部の材料を低抵抗のタングステン層にすることが好ましい。そこで、第１および第２実施形態では、凹部にルテニウム膜を埋め込む前に酸化タングステン膜を効果的に除去することができる成膜方法を提供する。

＜第１実施形態＞
［成膜方法］
第１実施形態に係る成膜方法について図１および図２を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図２は、図１の成膜方法を説明するための膜構造の断面図である。

（ステップＳ１）
図１に示す第１実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１において、基板を後述する処理チャンバ（第１の処理チャンバとする。）に搬入し、第１の処理チャンバ内の載置台に載置して準備する。基板は、図２（ａ）に示すように、上部、側壁部、底部で規定される凹部１２０が形成された絶縁層１１０と、絶縁層１１０の下地層であり、凹部１２０の底部から露出するタングステン層１００とを有する。絶縁層１１０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成された層のいずれかである。凹部１２０は、トレンチ、ビアホール、コンタクトホール等であってもよい。図２（ａ）は、基板を載置台に載置している間や基板を搬送している間に、凹部１２０の底部に露出するタングステン層１００の表面が自然酸化し、酸化タングステン膜１０１が形成されている状態を示す。

（ステップＳ２）
次に、ステップＳ２において、第１の処理チャンバ内にＴｉＣｌ_４ガスを供給する。そして、基板の凹部１２０の少なくとも底部に供給されたＴｉＣｌ_４ガスにより、酸化タングステン膜１０１を除去する。これにより、図２（ｂ）に示すように、凹部１２０の底部に露出する酸化タングステン膜１０１が除去される。

ステップＳ２のプロセス条件の一例を示す。

＜ＴｉＣｌ_４ガスによるＷＯｘ除去：プロセス条件＞
温度（基板（ウエハ）の温度）：３００℃～６００℃
圧力：１Ｔｏｒｒ～２０Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ～２６６６Ｐａ）
ガス：ＴｉＣｌ_４、Ａｒ
ＴｉＣｌ_４流量：１０ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：３００ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍ
プラズマ：なし
代表条件としては、４６０℃、９Ｔｏｒｒ（１２００Ｐａ）、ＴｉＣｌ_４／Ａｒ＝９０／１０００ｓｃｃｍが挙げられる。ただしこれに限らない。

（ステップＳ３）
次に、ステップＳ３において、酸化タングステン膜１０１が除去された基板を第１の処理チャンバからルテニウム膜を埋め込むための処理チャンバ（第２の処理チャンバとする。）へ真空搬送し、第２の処理チャンバ内の載置台に載置して準備する。後述するように、第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとは真空搬送チャンバに接続され、真空搬送チャンバ内の搬送装置により基板を、真空を破らずに第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとの間で搬送することができる。

（ステップＳ４）
次に、ステップＳ４において、ルテニウム含有原料ガスとＣＯガスを供給し、凹部１２０にルテニウム（Ｒｕ）を埋め込み、本処理を終了する。ルテニウム含有原料ガスはＣＯガスをキャリアガスとして同時に供給される。これにより、図２（ｃ）に示すように、凹部１２０にＣＯガスをキャリアガスとしてルテニウム含有原料ガスが供給され、凹部１２０にルテニウム膜１３０が成膜される。

ステップＳ４のプロセス条件の一例を示す。

＜Ｒｕ層の成膜：プロセス条件＞
温度（基板（ウエハ）の温度）：１００℃～３００℃
圧力：５ｍＴｏｒｒ～２００ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ～２６６６Ｐａ）
ガス：ルテニウム含有原料ガス、ＣＯガス
ＣＯ流量：１００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍ
プラズマ：なし
代表条件としては、１５６℃、２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）、ＣＯ＝３５０ｓｃｃｍが挙げられる。ただしこれに限らない。

ルテニウム含有原料ガスとしては、Ｒｕ_３（ＣＯ）_１２を含有するガス、(２，４－ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ)（ｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ：（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ））、ｂｉｓ（２，４－ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ：（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）_２）、４－ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）（ｍｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ：（Ｒｕ（ＤＭＰＤ）（ＭｅＣｐ））、Ｂｉｓ（Ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ：（Ｒｕ（Ｃ_５Ｈ_５）_２）、Ｃｉｓ－ｄｉｃａｒｂｏｎｙｌ ｂｉｓ（５－ｍｅｔｈｙｌｈｅｘａｎｅ－２，４－ｄｉｏｎａｔｅ）ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（II）、ｂｉｓ（ｅｔｈｙｌｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ）Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（II）：Ｒｕ（ＥｔＣｐ）_２等を用いてもよい。

この結果、図２（ｄ）に示すように、凹部１２０の底部からボトムアップでルテニウム膜１３０が形成される。このようにして、ボイドやシームの発生を抑制しながら、ルテニウムが成膜され、凹部１２０の全体に埋め込まれたルテニウム膜１３０が形成される。

従来のルテニウムの埋め込み方法では、凹部１２０の底部の酸化タングステン膜１０１が再酸化等によって残存し、酸化タングステン膜１０１の上にルテニウム膜１３０が形成されることがある。このため、絶縁物である酸化タングステン膜によりルテニウム膜１３０（配線層）のコンタクト部分にて抵抗が大きくなってしまう。

これに対して、第１実施形態に係る成膜方法は、上部、側壁部、底部で規定される凹部１２０が形成された絶縁層１１０と、凹部１２０の底部から露出するタングステン層１００と、を有する基板を第１の処理チャンバの載置台に準備する工程と、凹部１２０の少なくとも底部にＴｉＣｌ_４ガスを供給し、その底部でタングステン層１００が酸化した酸化タングステン膜１０１を除去する工程と、酸化タングステン膜１０１を除去した後、凹部１２０にルテニウム膜１３０を埋め込む工程と、を有する。

第１実施形態にかかる成膜方法によれば、ＴｉＣｌ_４ガスにより酸化タングステン膜１０１を効果的に除去してから凹部１２０の底部のタングステン層１００上にルテニウム膜１３０を形成する。これにより、タングステン層１００に対して低抵抗のルテニウム膜１３０による金属配線が可能になる。

なお、第１の処理チャンバで行うＴｉＣｌ_４ガスによる酸化タングステン膜１０１の除去時（ステップＳ２）の温度条件は３００℃～６００℃である。一方、第２の処理チャンバで行うルテニウム膜１３０の成膜時（ステップＳ４）の温度条件は１００℃～３００℃である。よって、ステップＳ２とステップＳ４では制御する温度帯が異なるため、第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとは別の処理チャンバで行うと良い。

＜第２実施形態＞
［成膜方法］
次に、第２実施形態に係る成膜方法について図３および図４を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図４は、図３の成膜方法を説明するための膜構造の断面図である。

（ステップＳ１１）
図３に示す第２実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１１において、基板を第１の処理チャンバに搬入し、第１の処理チャンバ内の載置台に載置して準備する。基板は、図４（ａ）に示すように、上部、側壁部、底部で規定される凹部１２０を形成する絶縁層１１０と、凹部１２０の底部から露出するタングステン層１００とを有する。図４（ａ）は、凹部１２０の底部に露出するタングステン層１００の表面が自然酸化し、酸化タングステン膜１０１が形成されている状態を示す。

（ステップＳ１２）
次に、ステップＳ１２において、第１の処理チャンバ内にＴｉＣｌ_４ガスを供給する。そして、基板の凹部１２０の少なくとも底部に供給されたＴｉＣｌ_４ガスにより、酸化タングステン膜１０１を除去する。これにより、凹部１２０の底部に露出する酸化タングステン膜１０１が除去される。ステップＳ１２のプロセス条件は、図１のステップＳ２のプロセス条件と同じであるため、ここでは省略する。

ただし、酸化タングステン膜１０１が除去しきれない場合やタングステン層１００が再酸化する場合が生じ得る。例えば、ＴｉＣｌ_４ガスを供給して、酸化タングステン膜１０１を除去できたとしても、第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ搬送中に凹部１２０の底部から露出したタングステン層１００が再酸化し、酸化タングステン膜１０１が形成される場合等がある。

また、ステップＳ１２において、ＴｉＣｌ_４ガスの使用により、反応副生成物としてチタン及び／又は酸化チタンが生成され、凹部１２０の底部から露出した酸化タングステン膜１０１やタングステン層１００の表面に残渣として残る場合がある。残渣として残ったチタン及び／又は酸化チタンの反応副生成物がルテニウム膜１３０とタングステン層１００とのコンタクト部分にて抵抗を上げる要因となる。このような複数の要因から、図４（ｂ）に示すように、酸化タングステン膜１０１が凹部１２０の底部の表層に残る場合がある。

（ステップＳ１３）
そこで、第２実施形態に係る成膜方法では、次のステップＳ１３において、残った酸化タングステン膜１０１の上にチタン膜１０２を形成する。

ステップＳ１３のプロセス条件の一例を示す。

＜Ｔｉ膜の成膜：プロセス条件＞
温度（基板（ウエハ）の温度）：３００℃～６００℃
圧力：１Ｔｏｒｒ～２０Ｔｏｒｒ
ガス：ＴｉＣｌ_４、Ｈ_２、ＮＨ_３、Ａｒ
ＴｉＣｌ_４流量：１０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ
Ｈ_２流量：１０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ
ＮＨ_３流量：３００ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：３００ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍ
ＲＦパワー：１００Ｗ～１０００Ｗ
プラズマ：あり
代表条件としては、４６０℃、５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）、ＴｉＣｌ_４／Ｈ_２／ＮＨ_３／Ａｒ＝２５／２０／９００／１２００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗが挙げられる。ただしこれに限らない。

これによれば、ＴｉＣｌ_４、Ｈ_２、ＮＨ_３、Ａｒのガスのプラズマにより、図４（ｃ）に示すように、露出した酸化タングステン膜１０１の上にチタン膜１０２が形成される。これにより、チタン膜１０２によって凹部１２０の底部がキャップされ、底部にて更にタングステン層１００が酸化し、酸化タングステン膜１０１が生成されることを抑制することができる。

また、チタン膜１０２が酸化タングステン膜１０１に密着することにより（図４（ｃ））、チタン膜１０２のＴｉが酸化タングステン（ＷＯｘ）膜１０１のＯ（酸素）を吸い出し、ＴｉＯｘとなって安定化する。これにより、図４（ｄ）に示すように、酸化タングステン膜１０１が残渣なく除去され、チタン膜１０２のタングステン層１００との接触側（下側）の一部が酸化チタン（ＴｉＯｘ）膜１０３に改質される。

（ステップＳ１４）
次に、ステップＳ１４において、残りのチタン膜１０２を酸化チタン膜１０３に改質する。チタン膜１０２を酸化チタン膜１０３に改質することによって、ルテニウム膜を成膜するための第２の処理チャンバに基板を搬送する間にタングステン層１００が再酸化されることを効果的に防止することができる。

ステップＳ１４のプロセス条件の一例を示す。

＜Ｔｉ膜の酸化：プロセス条件＞
温度（基板（ウエハ）の温度）：３００℃～６００℃
圧力：１Ｔｏｒｒ～２０Ｔｏｒｒ
ガス：Ｏ_２
Ｏ_２流量：３００ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍ
ただし、ガスは、Ｏ_２ガスに限らず、Ｏ_３ガスであってもよいし、ＲＦパワーを供給し、酸素（Ｏ）プラズマを生成してもよい。つまり、プラズマはあり又はなしのいずれでもよい。
代表条件としては、４６０℃、５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）、Ｏ_２＝１０００ｓｃｃｍが挙げられる。ただしこれに限らない。

なお、ステップＳ１３においてＴｉが酸化タングステン（ＷＯｘ）膜１０１のＯを吸い出すことによって、チタン膜１０２のすべてが酸化チタン膜１０３に改質される可能性がある。また、第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ搬送中にチタン膜１０２のすべてが酸化チタン膜１０３に改質される可能性もある。その場合にはステップＳ１４の処理を省略することも考えられる。

ただし、必ずしもチタン膜１０２のすべてが酸化チタン膜１０３に改質されない場合もある。また、場合によっては、酸化チタン膜１０３とチタン膜１０２とが交互に３段以上積層される場合も生じ得る。この場合、後述する酸化チタン膜１０３の除去ステップ（Ｓ１６）において最上位の酸化チタン膜１０３のみ除去され、チタン膜１０２の下に存在する酸化チタン膜１０３が除去できなくなる。このため、後述する酸化チタン膜１０３の除去ステップにおいてタングステン層１００上のすべての酸化チタン膜１０３を除去し、その後にルテニウム膜を埋め込むために、ステップＳ１４のチタン膜１０２の酸化処理は実行することが好ましい。これにより、チタン膜１０２のすべてを酸化チタン膜１０３に改質することができる。

（ステップＳ１５）
ステップＳ１４により、図４（ｄ）のチタン膜１０２がすべて酸化され、酸化チタン膜１０３になった状態の基板を、次に、ステップＳ１５において、第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ真空搬送し、第２の処理チャンバ内の載置台に載置して準備する。後述するように、第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへの基板の搬送は、真空を破らずに行うことができる。第２の処理チャンバ内の載置台に載置したときの基板の状態を図４（ｅ）に示す。凹部１２０の底部のタングステン層１００上に酸化チタン膜１０３が形成された基板が準備されている。

（ステップＳ１６）
次に、ステップＳ１６において、第２の処理チャンバにて凹部１２０の少なくとも底部にＣｌ_２ガスを供給し、酸化チタン膜１０３を除去する。

＜ＴｉＯｘ層の除去：プロセス条件＞
温度（基板（ウエハ）の温度）：１００℃～５００℃
圧力：０．１Ｔｏｒｒ～５Ｔｏｒｒ（１３．３３Ｐａ～６６６．６Ｐａ）
ガス：Ｃｌ_２、Ａｒ
Ｃｌ_２流量：５ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ
Ａｒ流量：１００ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍ
プラズマ：あり
代表条件としては、１５６℃、５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）、Ｃｌ_２／Ａｒ＝６／４００ｓｃｃｍが挙げられる。ただし、これに限らない。

ステップＳ１６では、Ｃｌ_２ガスのプラズマにより化学反応式（１）で示される化学反応が生じる。

ＴｉＯ（ｓ）＋Ｃｌ_２（ｇ）→ＴｉＯＣｌ_２（ｇ）・・・（１）
これにより、酸化チタン膜１０３は塩素と反応してＴｉＯＣｌ_２のガスとなって揮発し、図４（ｆ）に示すように、酸化チタン膜１０３が除去される。

なお、上記ではＣｌ_２からプラズマを生成して酸化チタン膜を除去する例を示したが、プラズマを生成せずにＣｌ_２ガスを供給しても同様の効果が得られる。

（ステップＳ１７）
次に、ステップＳ１７において、酸化チタン膜１０３が除去された凹部１２０の底部にルテニウム含有原料ガスとＣＯガスを供給し、凹部１２０にルテニウム（Ｒｕ）を埋め込み、本処理を終了する。ルテニウムを埋め込むための原料ガスはＣＯガスをキャリアガスとして同時に供給される。これにより、図４（ｇ）に示すように、凹部１２０にＣＯガスをキャリアガスとして原料ガスが供給され、凹部１２０にルテニウム膜１３０が成膜される。

ステップＳ１７のプロセス条件及びルテニウム含有原料ガスの種類は、図１のステップＳ４のプロセス条件及び例示したルテニウム含有原料ガスの種類と同一であるため、ここでは説明を省略する。

第２実施形態に係る成膜方法は、凹部１２０にルテニウム膜１３０を埋め込む成膜方法であって、上部、側壁部、底部で規定される凹部１２０が形成された絶縁層１１０と、凹部１２０の底部から露出するタングステン層１００と、を有する基板を載置台に準備する工程と、凹部１２０にルテニウム膜１３０を埋め込む前に、凹部１２０の底部から露出するタングステン層１００の上にチタン膜１０２を形成する工程と、を有し、チタン膜１０２により凹部１２０の底部から露出するタングステン層１００の酸化を抑制する。

これにより、チタン膜１０２をタングステン層１００の酸化抑制層として作用させ、チタン膜１０２でタングステン層１００をキャップした状態で第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ基板を真空搬送することができる。これにより、酸化タングステン膜１０１を形成することなく、第２の処理チャンバへ基板を搬送することができる。

さらに、第２実施形態にかかる成膜方法によれば、第２の処理チャンバへ基板を搬送後、酸化チタン膜１０３を除去してから凹部１２０の底部のタングステン層１００上にルテニウム膜１３０を形成する。これにより、凹部１２０の底部のタングステン層１００上に酸化チタンやチタンの残渣がない状態でルテニウム膜１３０を成膜することができる。このため、タングステン層１００に対してより低抵抗のルテニウム膜１３０による金属配線が可能になる。

なお、第１の処理チャンバで行うＴｉＣｌ_４ガスによる酸化タングステン膜１０１の除去時（ステップＳ１２）、チタン膜１０２の形成時（ステップＳ１３）、チタン膜１０２の酸化時（ステップＳ１４）の温度条件は３００℃～６００℃である。一方、第２の処理チャンバで行う酸化チタン膜１０３の除去時（ステップＳ１６）、ルテニウム膜１３０の成膜時（ステップＳ１７）の温度条件は、それぞれ１００℃～５００℃、１００℃～３００℃である。よって、ステップＳ１２～Ｓ１４と、ステップＳ１６、Ｓ１７とでは制御する温度帯が異なるため、第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとは別の処理チャンバで行うと良い。

＜第３実施形態＞
［成膜方法］
次に、第３実施形態に係る成膜方法について図５および図６を参照しながら説明する。図５は、第３実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図６は、図５の成膜方法を説明するための膜構造の断面図である。

図５に示す第３実施形態の成膜方法において、図３に示す第２実施形態の成膜方法と同一処理ステップには同一ステップ番号を付し、同一ステップ番号の処理の説明を省略又は簡略化する。同様に、図６（ａ）～（ｇ）は図４（ａ）～（ｇ）にそれぞれ対応する。

図３に示す第２実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１３において酸化タングステン膜１０１上にチタン（Ｔｉ）膜１０２を形成した。形成されたチタン膜１０２は酸化タングステン膜１０１に密着し（図４（ｃ））、これによりチタン膜１０２のＴｉが酸化タングステン膜１０１のＯ（酸素）を吸い出し、酸化チタン（ＴｉＯｘ）となって安定化する。つまり、ステップＳ１３で形成されたチタン（Ｔｉ）膜１０２と酸化タングステン（ＷＯｘ）膜１０１との界面では、ＷＯｘのＯｘを抜き出す反応（Ｔｉ＋ＷＯｘ→ＴｉＯｘ＋Ｗ）が起きる。これにより、ＷＯｘが還元されることによってＷＯｘが除去され、酸化チタン（ＴｉＯｘ）膜１０３が形成される。

ただし、ステップＳ１２～Ｓ１４を一度実施しただけでは、酸化タングステン（ＷＯｘ）膜１０１を完全に還元できない場合がある。この場合、図６（ｄ）に示すように、酸化タングステン膜１０１の上に酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜１０３が存在すると、酸化タングステン膜１０１の還元が進まなくなる。

そこで、第３実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１２～Ｓ１４を実行した後、酸化タングステン膜１０１が完全に還元できていない場合、ＷＯｘを還元する工程とＴｉＯ_２を除去する工程とを繰り返し、酸化タングステン膜１０１を完全に除去する。具体的には、図６のステップＳ２０においてステップＳ１２～Ｓ１４を設定回数繰り返したかを判定する。設定回数は、ステップＳ１４において、酸化チタン膜１０３の下に酸化タングステン膜１０１が存在しない状態、つまり、酸化タングステン膜１０１を完全に還元できる回数に予め設定されている。

ステップＳ２０において設定回数繰り返していないと判定した場合、ステップＳ２１に進み、第１の処理チャンバにて凹部１２０の少なくとも底部にＣｌ_２ガス及びＡｒガスを供給し、酸化チタン膜１０３を除去する（図６（ｈ）及び図６（ａ）参照）。ステップＳ２１のＴｉＯｘ層の除去におけるプロセス条件は、基本的に、ステップＳ１６の酸化チタン膜１０３を除去する処理を行うときのプロセス条件と同じである。ただし、ステップＳ１６は第２の処理チャンバにおいて行う処理であり、基板の温度は１００℃～５００℃に制御される。一方、ステップＳ２１は第１の処理チャンバで行う処理であり、基板の温度は、第１の処理チャンバで行うステップＳ１２及びＳ１４の処理にて使用する温度帯３００℃～６００℃を考慮し、重複温度帯の３００℃～５００℃に制御されることが好ましい。ステップＳ２１の処理実行後、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２～Ｓ１４の処理を繰り返す。

ステップＳ２０において設定回数繰り返したと判定した場合、ステップＳ１５に進み、基板を第２の処理チャンバまで真空搬送する。第２の処理チャンバで実行するステップＳ１６及びステップＳ１７の処理は、第２実施形態に係る成膜処理の同一番号ステップの処理と同じであるため、ここでは説明を省略する。

第３実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１２～Ｓ１４の処理を予め設定された回数繰り返す（図６（ａ）～（ｄ））。また、ステップＳ１４の処理を実行後（図６（ｄ））、ステップＳ１２の処理を実行する前（図６（ａ））に、ステップＳ２１の処理を実行し、酸化チタン膜１０３を除去する（図６（ｈ））。これにより、酸化タングステン膜１０１を完全に還元できる。よって、タングステン層１００に対してより低抵抗のルテニウム膜１３０による金属配線が可能になる。

なお、第２及び第３実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１３の処理において、Ｔｉ膜の成膜に使用するガスは、ＴｉＣｌ_４、Ｈ_２、ＮＨ_３、Ａｒの混合ガスであった（図４（ｃ）及び図６（ｃ））。しかしながら、Ｈ_２ガスは供給しなくてもよい。ただし、Ｈ_２ガスを供給し、Ｈ_２ガスから生成されたプラズマを使用する方がより好ましい。

また、第２及び第３実施形態に係る成膜方法では、ステップＳ１４の処理において、Ｔｉ膜の酸化にＯ_２ガスを使用する（図６（ａ））。しかしながら、Ｏ_２ガスが供給しなくてもよい。ただし、Ｏ_２ガスを供給した方がより好ましい。

［基板処理システム］
以下では、２つ以上の処理チャンバを有する基板処理システムの構成例について、図７を参照しながら説明する。図７は、一実施形態に係る基板処理システムの構成例を示す図である。

基板処理システム１は、複数の処理チャンバ１１～１４と、複数の処理チャンバ１１～１４に接続され、複数の処理チャンバ１１～１４に基板Ｗを真空搬送する真空搬送チャンバ２０と、制御装置７０と、を有する。

図７に示す基板処理システム１の例では、４つの処理チャンバ１１～１４を有するが、８つの処理チャンバを有してもよい。例えば矩形の真空搬送チャンバ２０の対向面に４つずつの処理チャンバを有することで、８つの処理チャンバを有する基板処理システム１を構築することができる。ただし、これに限らず、基板処理システム１は２つ以上の処理チャンバを有していればよい。

基板処理システム１は、更にロードロック室３１，３２と、大気搬送室４０と、ロードポート５１～５３と、ゲートバルブ６１～６８と、制御装置７０と、を備える。処理チャンバ１１は、半導体ウエハを一例とする基板（以下「基板Ｗ」という。）を載置するステージ１１ａを有し、ゲートバルブ６１を介して真空搬送チャンバ２０と接続されている。同様に、処理チャンバ１２は、基板Ｗを載置するステージ１２ａを有し、ゲートバルブ６２を介して真空搬送チャンバ２０と接続されている。処理チャンバ１３は、基板Ｗを載置するステージ１３ａを有し、ゲートバルブ６３を介して真空搬送チャンバ２０と接続されている。処理チャンバ１４は、基板Ｗを載置するステージ１４ａを有し、ゲートバルブ６４を介して真空搬送チャンバ２０と接続されている。処理チャンバ１１～１４内は、所定の真空（減圧）雰囲気に減圧され、その内部にて基板Ｗに所望の処理（エッチング処理、成膜処理、クリーニング処理、アッシング処理等）を施す。なお、処理チャンバ１１～１４にて処理を実施するための各部の動作は、制御装置７０によって制御される。

真空搬送チャンバ２０内は、所定の真空（減圧）雰囲気に減圧されている。また、真空搬送チャンバ２０には、搬送機構２１が設けられている。搬送機構２１は、処理チャンバ１１～１４、ロードロック室３１，３２に対して、基板Ｗを搬送する。なお、搬送機構２１の動作は、制御装置７０によって制御される。

ロードロック室３１は、基板Ｗを載置するステージ３１ａを有し、ゲートバルブ６５を介して真空搬送チャンバ２０と接続され、ゲートバルブ６７を介して大気搬送室４０と接続されている。同様に、ロードロック室３２は、基板Ｗを載置するステージ３２ａを有し、ゲートバルブ６６を介して真空搬送チャンバ２０と接続され、ゲートバルブ６８を介して大気搬送室４０と接続されている。ロードロック室３１，３２内は、大気雰囲気と真空（減圧）雰囲気とを切り替えることができるようになっている。なお、ロードロック室３１，３２内の真空（減圧）雰囲気または大気雰囲気の切り替えは、制御装置７０によって制御される。

大気搬送室４０内は、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４０には、搬送機構４１が設けられている。搬送機構４１は、ロードロック室３１，３２、ロードポート５１～５３のキャリアＣに対して、基板Ｗを搬送する。なお、搬送機構４１の動作は、制御装置７０によって制御される。

ロードポート５１～５３は、大気搬送室４０の長辺の壁面に設けられている。ロードポート５１～５３は、基板Ｗが収容されたキャリアＣ又は空のキャリアＣが取り付けられる。キャリアＣは、例えばＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）である。

ゲートバルブ６１～６８は、開閉可能に構成される。なお、ゲートバルブ６１～６８の開閉は、制御装置７０によって制御される。

制御装置７０は、処理チャンバ１１～１４の動作、搬送機構２１，４１の動作、ゲートバルブ６１～６８の開閉、ロードロック室３１，３２内の真空（減圧）雰囲気または大気雰囲気の切り替え等を行うことにより、基板処理システム１全体を制御する。

次に、基板処理システムの動作の一例について説明する。例えば、制御装置７０は、ゲートバルブ６７を開けると共に、搬送機構４１を制御して、例えばロードポート５１のキャリアＣに収容された基板Ｗをロードロック室３１のステージ３１ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６７を閉じ、ロードロック室３１内を真空（減圧）雰囲気とする。

制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６５を開けると共に、搬送機構２１を制御して、ロードロック室３１の基板Ｗを処理チャンバ１１のステージ１１ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６５を閉じ、処理チャンバ１１を動作させる。これにより、処理チャンバ１１で基板Ｗに所定の処理（例えば、第１の処理チャンバで実行する処理）を施す。

続いて、制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６２を開けると共に、搬送機構２１を制御して、処理チャンバ１１にて処理された基板Ｗを処理チャンバ１２のステージ１２ａに搬送させる。制御装置７０は、ゲートバルブ６１，６２を閉じ、処理チャンバ１２を動作させる。これにより、処理チャンバ１２で基板Ｗに所定の処理（第２の処理チャンバで実行する処理）を施す。

制御装置７０は、処理チャンバ１１で処理された基板Ｗを処理チャンバ１２と同様な処理が可能な処理チャンバ１３，１４のステージ１３ａ、１４ａに搬送してもよい。第２の処理チャンバで実行するルテニウム膜の成膜工程は、他の工程よりも時間がかかる。そこで、一実施形態では、処理チャンバ１２、１３、１４の動作状態に応じて処理チャンバ１１で処理された基板Ｗを処理チャンバ１２、１３、１４のいずれかに搬送する。これにより、制御装置７０は、処理チャンバ１２、１３、１４を使用して複数の基板Ｗに対して並行してルテニウム膜の成膜工程を行うことができる。これにより、生産性を高めることができる。

制御装置７０は、処理チャンバ１２、１３、１４にて処理された基板Ｗを、搬送機構２１を制御してロードロック室３１のステージ３１ａ又はロードロック室３２のステージ３２ａに搬送させる。制御装置７０は、ロードロック室３１又はロードロック室３２内を大気雰囲気とする。制御装置７０は、ゲートバルブ６７又はゲートバルブ６８を開けると共に、搬送機構４１を制御して、ロードロック室３２の基板Ｗを例えばロードポート５３のキャリアＣに搬送して収容させる。

このように、図７に示される基板処理システム１によれば、各処理チャンバによって基板Ｗに処理が施される間、基板Ｗを大気に曝露することなく、つまり、真空を破らずに基板Ｗに所定の処理を施すことができる。

［処理装置］
一実施形態の成膜方法における第１の処理チャンバを実現する処理装置４００の構成例について説明する。図８は、一実施形態に係る第１の処理チャンバを実現する処理装置の構成例であり、処理装置の断面模式図である。

図８に示される処理装置４００は、例えばＴｉＣｌ_４ガスにより酸化タングステン膜１０１を除去する工程（ステップＳ２、Ｓ１２）を行う装置である。また、処理装置４００は、チタン膜１０２を形成する工程（ステップＳ１３）を行う装置である。また、処理装置４００は、チタン膜１０２を酸化する工程（ステップＳ１４）を行う装置である。また、処理装置４００は、第３実施形態に係る成膜方法において、酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ２１）を行う装置である。

処理装置４００は、処理容器４１０と、ステージ（載置台）４２０と、シャワーヘッド４３０と、排気部４４０と、ガス供給部４５０と、制御装置４６０とを有している。

処理容器４１０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４１０の側壁には、基板Ｗを搬入又は搬出するための搬入出口４１１が形成されている。搬入出口４１１は、ゲートバルブ４１２により開閉される。処理容器４１０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４１３が設けられている。排気ダクト４１３には、内周面に沿ってスリット４１３ａが形成されている。排気ダクト４１３の外壁には、排気口４１３ｂが形成されている。排気ダクト４１３の上面には、処理容器４１０の上部開口を塞ぐように天壁４１４が設けられている。排気ダクト４１３と天壁４１４の間はシールリング４１５で気密に封止されている。

ステージ４２０は、処理容器４１０内で基板Ｗを水平に支持する部材であり、図７ではステージ１１ａとして図示している。ステージ４２０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４２３に支持されている。ステージ４２０は、窒化アルミニウム（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４２１と電極４２９とが埋め込まれている。ヒータ４２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ４２０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４２１の出力を制御し、これにより、基板Ｗが所定の温度に制御される。

電極４２９には、整合器４４３を介して第１高周波電源４４４が接続されている。整合器４４３は、第１高周波電源４４４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスを整合させる。第１高周波電源４４４は、所定周波数の電力を、電極４２９を介してステージ４２０に印加する。例えば、第１高周波電源４４４は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、電極４２９を介してステージ４２０に印加する。高周波電力は１３．５６ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、ステージ４２０は、下部電極としても機能する。

また、電極４２９は、処理容器４１０の外側に配置したＯＮ／ＯＦＦスイッチ４４８を介して電源４４９に接続され、基板Ｗをステージ４２０に吸着させるための電極としても機能する。

また、シャワーヘッド４３０には、整合器４４５を介して第２高周波電源４４６が接続されている。整合器４４５は、第２高周波電源４４６の内部インピーダンスと負荷インピーダンスを整合させる。第２高周波電源４４６は、所定周波数の電力をシャワーヘッド４３０に印加する。例えば、第２高周波電源４４６は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力をシャワーヘッド４３０に印加する。高周波電力は１３．５６ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、シャワーヘッド４３０は、上部電極としても機能する。

ステージ４２０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４２２が設けられている。ステージ４２０の底面には、上部電極と下部電極の間のギャップＧを調整する調整機構４４７が設けられている。調整機構４４７は、支持部材４２３と昇降機構４２４とを有する。支持部材４２３は、ステージ４２０の底面の中央からステージ４２０を支持する。また、支持部材４２３は、処理容器４１０の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器４１０の下方に延び、下端が昇降機構４２４に接続されている。ステージ４２０は、昇降機構４２４により、支持部材４２３を介して昇降する。調整機構４４７は、図８の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示す基板Ｗの搬送が可能な受け渡し位置の間で昇降機構４２４を昇降させ、基板Ｗの搬入及び搬出を可能にする。

支持部材４２３の処理容器４１０の下方には、鍔部４２５が取り付けられており、処理容器４１０の底面と鍔部４２５の間には、処理容器４１０内の雰囲気を外気と区画し、ステージ４２０の昇降動作にともなって伸縮するベローズ４２６が設けられている。

処理容器４１０の底面の近傍には、昇降板４２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の昇降ピン４２７が設けられている。昇降ピン４２７は、処理容器４１０の下方に設けられた昇降機構４２８により昇降板４２７ａを介して昇降する。

昇降ピン４２７は、受け渡し位置にあるステージ４２０に設けられた貫通孔４２０ａに挿通されてステージ４２０の上面に対して突没可能となっている。昇降ピン４２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）とステージ４２０の間で基板Ｗの受け渡しが行われる。

シャワーヘッド４３０は、処理容器４１０内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド４３０は、金属製であり、ステージ４２０に対向するように設けられており、ステージ４２０とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド４３０は、処理容器４１０の天壁４１４に固定された本体部４３１と、本体部４３１の下に接続されたシャワープレート４３２とを有している。本体部４３１とシャワープレート４３２の間には、ガス拡散空間４３３が形成されており、ガス拡散空間４３３には処理容器４１０の天壁４１４及び本体部４３１の中央を貫通するようにガス導入孔４３６が設けられている。シャワープレート４３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部４３４が形成されている。環状突起部４３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔４３５が形成されている。ステージ４２０が処理位置に存在した状態では、ステージ４２０とシャワープレート４３２の間に処理空間４３８が形成され、カバー部材４２２の上面と環状突起部４３４とが近接して環状隙間４３９が形成される。

排気部４４０は、処理容器４１０の内部を排気する。排気部４４０は、排気口４１３ｂに接続された排気配管４４１と、排気配管４４１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４４２とを有する。処理に際しては、処理容器４１０内のガスがスリット４１３ａを介して排気ダクト４１３に至り、排気ダクト４１３から排気配管４４１を通って排気機構４４２により排気される。

シャワーヘッド４３０のガス導入孔４３６には、ガス供給ライン４３７を介してガス供給部４５０が接続されている。ガス供給部４５０は、酸化タングステン膜１０１を除去する工程（ステップＳ２、Ｓ１２）、チタン膜１０２を形成する工程（ステップＳ１３）、チタン膜１０２を酸化する工程（ステップＳ１４）の処理に用いる各種のガスを供給する。酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ２１）の処理に用いる各種のガスを供給してもよい。

ガス供給ライン４３７は、上記各工程の処理に対応して適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。ガス供給部４５０は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。

上記のように構成された処理装置４００は、制御装置４６０によって、動作が統括的に制御される。制御装置４６０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やプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。例えば、制御装置４６０は、ガス供給部４５０からの各種のガスの供給動作、昇降機構４２４の昇降動作、排気機構４４２による処理容器４１０内の排気動作、第１高周波電源４４４及び第２高周波電源４４６からの供給電力を制御する。なお、制御装置４６０による制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。なお、制御装置４６０は、制御装置７０（図７参照）と独立に設けられていてもよく、制御装置７０が制御装置４６０を兼ねてもよい。

処理装置４００の動作の一例について説明する。なお、開始時において、処理チャンバ１１内は、排気部４４０により真空（減圧）雰囲気となっている。また、ステージ４２０は受け渡し位置に移動している。

制御装置４６０は、ゲートバルブ４１２を開ける。ここで、外部の搬送機構２１（図７参照）により、昇降ピン４２７の上に基板Ｗが載置される。搬送機構２１が搬入出口４１１から出ると、制御装置４６０は、ゲートバルブ４１２を閉じる。

制御装置４６０は、昇降機構４２４を制御してステージ４２０を処理位置に移動させる。この際、ステージ４２０が上昇することにより、昇降ピン４２７の上に載置された基板Ｗがステージ４２０の載置面に載置される。

処理位置において、制御装置４６０は、ヒータ４２１を動作させ、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４４８をＯＮにして基板Ｗをステージ４２０に吸着させる。また、制御装置４６０は、ガス供給部４５０を制御して各工程のガスをシャワーヘッド４３０から処理チャンバ１１内へ供給させる。これにより、ＴｉＣｌ_４ガスにより酸化タングステン膜１０１を除去する工程（ステップＳ２、Ｓ１２）を行う。また、処理装置４００は、チタン膜１０２を形成する工程（ステップＳ１３）を行う。また、処理装置４００は、チタン膜１０２を酸化する工程（ステップＳ１４）を行う。また、酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ２１）を行う。処理後のガスは、カバー部材４２２の上面側の流路を通過し、排気配管４４１を介して排気機構４４２により排気される。

酸化タングステン膜１０１を除去する工程（ステップＳ２、Ｓ１２）では、ガス供給部４５０からＴｉＣｌ_４ガス及びＡｒガスを供給する。第１高周波電源４４４及び第２高周波電源４４６からの高周波電力は供給しない（プラズマは生成しない）。ヒータ４２１は、ステージ４２０（基板）の温度を３００℃～６００℃に制御する。

一方、チタン膜１０２を形成する工程（ステップＳ１３）では、ガス供給部４５０からＴｉＣｌ_４ガス、Ｈ_２ガス、ＮＨ_３ガス及びＡｒガスを供給する。また、第１高周波電源４４４、又は第１高周波電源４４４と第２高周波電源４４６の両方から高周波電力を供給し、プラズマを生成する。ステージ４２０（基板）の温度は引き続き３００℃～６００℃に制御される。

チタン膜１０２を酸化する工程（ステップＳ１４）では、ガス供給部４５０からＯ_２ガスを供給する。プラズマは生成してもよいし、生成しなくてもよい。また、ステージ４２０（基板）の温度は引き続き３００℃～６００℃に制御される。

酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ２１）では、ガス供給部４５０からＣｌ_２ガス及びＡｒガスを供給する。また、第１高周波電源４４４、又は第１高周波電源４４４と第２高周波電源４４６の両方から高周波電力を供給し、プラズマを生成する。ステージ４２０（基板）の温度は３００℃～５００℃に制御される。

所定の処理が終了すると、制御装置４６０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４４８をＯＦＦにして基板Ｗのステージ４２０への吸着を解除させ、昇降機構４２４を制御してステージ４２０を受け渡し位置に移動させる。この際、昇降ピン４２７の頭部がステージ４２０の載置面から突出し、ステージ４２０の載置面から基板Ｗを持ち上げる。

制御装置４６０は、ゲートバルブ４１２を開ける。ここで、外部の搬送機構２１により、昇降ピン４２７の上に載置された基板Ｗが搬出される。搬送機構２１が搬入出口４１１から出ると、制御装置４６０は、ゲートバルブ４１２を閉じる。

このように、図８に示される処理装置４００によれば、第１の処理チャンバにて実行する所定の処理を行うことができる。第１の処理チャンバにて所定の処理を行った後、基板Ｗは、ルテニウム膜を成膜するための第２の処理チャンバへ真空搬送される。

［処理装置］
次に、一実施形態の成膜方法における第２の処理チャンバを実現する処理装置５００の構成例について説明する。図９は、一実施形態に係る第２の処理チャンバを実現する処理装置の構成例である。

図９に示される処理装置５００は、ルテニウム膜１３０を成膜する工程（ステップＳ４、Ｓ１７）を行う装置である。また、処理装置５００は、酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ１６）を行う装置である。

図９に示される処理装置５００は、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置である。処理装置５００では、例えばルテニウム含有前駆体を供給し、基板Ｗにルテニウム膜を成膜する処理を行う。以下、処理チャンバ１３（図７参照）に用いられる処理装置５００を例に挙げて説明する。

処理装置５００は、本体容器５０１及び支持部材５０２を有する。本体容器５０１は、上側に開口を有する有底の容器である。支持部材５０２は、ガス吐出機構５０３を支持する。また、支持部材５０２が本体容器５０１の上側の開口を塞ぐことにより、本体容器５０１は密閉され、処理チャンバ１３を形成する。ガス供給部５０４は、支持部材５０２を貫通する供給管５０２ａを介して、ガス吐出機構５０３にルテニウム含有原料ガス等のプロセスガスやキャリアガスを供給する。ガス供給部５０４から供給されたルテニウム含有原料ガスやキャリアガスは、ガス吐出機構５０３から処理チャンバ１３内へ供給される。

ステージ（載置台）５０５は、基板Ｗを載置する部材であり、図７ではステージ１３ａとして図示している。ステージ５０５の内部には、基板Ｗを加熱するためのヒータ５０６が設けられている。また、ステージ５０５は、ステージ５０５の下面中心部から下方に向けて伸び、本体容器５０１の底部を貫通する一端が昇降板５０９を介して、昇降機構に支持された支持部５０５ａを有する。また、ステージ５０５は、断熱リング５０７を介して、温調部材である温調ジャケット５０８の上に固定される。温調ジャケット５０８は、ステージ５０５を固定する板部と、板部から下方に延び、支持部５０５ａを覆うように構成された軸部と、板部から軸部を貫通する穴部と、を有している。

温調ジャケット５０８の軸部は、本体容器５０１の底部を貫通する。温調ジャケット５０８の下端部は、本体容器５０１の下方に配置された昇降板５０９を介して、昇降機構５１０に支持される。本体容器５０１の底部と昇降板５０９との間には、ベローズ５１１が設けられており、昇降板５０９の上下動によっても本体容器５０１内の気密性は保たれる。

昇降機構５１０が昇降板５０９を昇降させると、ステージ５０５は、基板Ｗの処理が行われる処理位置（図９参照）と、搬入出口５０１ａを介して外部の搬送機構２１（図７参照）との間で基板Ｗの受け渡しを行う受け渡し位置（図示せず）との間を昇降する。

昇降ピン５１２は、外部の搬送機構２１（図７参照）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５０５の載置面から基板Ｗを持ち上げる。昇降ピン５１２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５０５及び温調ジャケット５０８の板部には、昇降ピン５１２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５０５の載置面側に昇降ピン５１２の頭部を収納する溝部が形成されている。昇降ピン５１２の下方には、当接部材５１３が配置されている。

ステージ５０５を基板Ｗの処理位置（図９参照）まで移動させた状態において、昇降ピン５１２の頭部は溝部内に収納され、基板Ｗはステージ５０５の載置面に載置される。また、昇降ピン５１２の頭部が溝部に係止され、昇降ピン５１２の軸部はステージ５０５及び温調ジャケット５０８の板部を貫通して、昇降ピン５１２の軸部の下端は温調ジャケット５０８の板部から突き出ている。一方、ステージ５０５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５１２の下端が当接部材５１３と当接して、昇降ピン５１２の頭部がステージ５０５の載置面から突出する。これにより、昇降ピン５１２の頭部が基板Ｗの下面から支持して、ステージ５０５の載置面から基板Ｗを持ち上げる。

環状部材５１４は、ステージ５０５の上方に配置されている。ステージ５０５を基板Ｗの処理位置（図９参照）まで移動させた状態において、環状部材５１４は、基板Ｗの上面外周部と接触し、環状部材５１４の自重により基板Ｗをステージ５０５の載置面に押し付ける。一方、ステージ５０５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５１４は、搬入出口５０１ａよりも上方で図示しない係止部によって係止される。これにより、搬送機構２１（図７参照）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。

チラーユニット５１５は、配管５１５ａ，５１５ｂを介して、温調ジャケット５０８の板部に形成された流路５０８ａに冷媒、例えば冷却水を循環させる。

伝熱ガス供給部５１６は、配管５１６ａを介して、ステージ５０５に載置された基板Ｗの裏面とステージ５０５の載置面との間に、例えばＨｅガス等の伝熱ガスを供給する。

パージガス供給部５１７は、配管５１７ａ、支持部５０５ａと温調ジャケット５０８の穴部との隙間、ステージ５０５と断熱リング５０７の間に形成され径方向外側に向かって延びる流路、ステージ５０５の外周部に形成された上下方向の流路にパージガスを流す。そして、これらの流路を介して、環状部材５１４の下面とステージ５０５の上面との間に、例えば一酸化炭素（ＣＯ）ガス等のパージガスを供給する。これにより、環状部材５１４の下面とステージ５０５の上面との間の空間にプロセスガスが流入することを防止して、環状部材５１４の下面やステージ５０５の外周部の上面に成膜されることを防止する。

本体容器５０１の側壁には、基板Ｗを搬入出するための搬入出口５０１ａと、搬入出口５０１ａを開閉するゲートバルブ５１８と、が設けられている。ゲートバルブ５１８は、図７ではゲートバルブ６３として図示している。

本体容器５０１の下方の側壁には、排気管５０１ｂを介して、真空ポンプ等を含む排気部５１９が接続される。排気部５１９により本体容器５０１内が排気され、処理チャンバ１３内が所定の真空（減圧）雰囲気（例えば、１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

制御装置５２０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。制御装置５２０のＣＰＵは、ガス供給部５０４、ヒータ５０６、昇降機構５１０、チラーユニット５１５、伝熱ガス供給部５１６、パージガス供給部５１７、ゲートバルブ５１８、排気部５１９等を制御する。これにより、制御装置５２０は、処理装置５００の動作を制御する。なお、制御装置５２０による制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。なお、制御装置５２０は、制御装置７０（図７参照）と独立に設けられていてもよく、制御装置７０が制御装置５２０を兼ねてもよい。

処理装置５００の動作の一例について説明する。なお、開始時において、処理チャンバ１３内は、排気部５１９により真空（減圧）雰囲気となっている。また、ステージ５０５は受け渡し位置に移動している。

制御装置５２０は、ゲートバルブ５１８を開ける。ここで、外部の搬送機構２１により、昇降ピン５１２の上に基板Ｗが載置される。搬送機構２１が搬入出口５０１ａから出ると、制御装置５２０は、ゲートバルブ５１８を閉じる。

制御装置５２０は、昇降機構５１０を制御してステージ５０５を処理位置に移動させる。この際、ステージ５０５が上昇することにより、昇降ピン５１２の上に載置された基板Ｗがステージ５０５の載置面に載置される。また、環状部材５１４が基板Ｗの上面外周部と接触し、環状部材５１４の自重により基板Ｗをステージ５０５の載置面に押し付ける。

処理位置において、制御装置５２０は、ガス供給部５０４を制御して、ルテニウム膜１３０を成膜する工程（ステップＳ４、Ｓ１７）、酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ１６）の処理に用いる各種のガスを供給する。また、制御装置５２０は、ヒータ５０６を動作させ、ルテニウム膜１３０を成膜する工程（ステップＳ４、Ｓ１７）ではステージ４２０（基板）の温度を１００℃～３００℃に制御する。酸化チタン膜１０３を除去する工程（ステップＳ１６）ではステージ４２０（基板）の温度を１００℃～５００℃に制御する。これにより、基板Ｗにルテニウム膜を成膜する処理等の所定の処理が行われる。処理後のガスは、環状部材５１４の上面側の流路を通過し、排気管５０１ｂを介して排気部５１９により排気される。

この際、制御装置５２０は、伝熱ガス供給部５１６を制御して、ステージ５０５に載置された基板Ｗの裏面とステージ５０５の載置面との間に伝熱ガスを供給する。また、制御装置５２０は、パージガス供給部５１７を制御して、環状部材５１４の下面とステージ５０５の上面との間にパージガスを供給する。パージガスは、環状部材５１４の下面側の流路を通過し、排気管５０１ｂを介して排気部５１９により排気される。

所定の処理が終了すると、制御装置５２０は、昇降機構５１０を制御してステージ５０５を受け渡し位置に移動させる。この際、ステージ５０５が下降することにより、環状部材５１４が図示しない係止部によって係止される。また、昇降ピン５１２の下端が当接部材５１３と当接することにより、昇降ピン５１２の頭部がステージ５０５の載置面から突出し、ステージ５０５の載置面から基板Ｗを持ち上げる。

制御装置５２０は、ゲートバルブ５１８を開ける。ここで、外部の搬送機構２１により、昇降ピン５１２の上に載置された基板Ｗが搬出される。搬送機構２１が搬入出口５０１ａから出ると、制御装置５２０は、ゲートバルブ５１８を閉じる。

このように、図９に示される処理装置５００によれば、基板Ｗにルテニウム膜を成膜する処理等の所定の処理を行うことができる。なお、処理チャンバ１１を有する処理装置４００及び処理チャンバ１３を有する処理装置５００について説明した。しかしながら、処理チャンバ１２を有する処理装置、処理チャンバ１４を有する処理装置についても上記のいずれかの処理装置と同様の構成を有していてもよく、異なっていてもよい。稼働率や生産性の観点から適宜、適用可能である。

今回開示された実施形態に係る成膜方法及び基板処理システムは、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。例えば、チタン膜の形成工程から直ちに第２の処理チャンバにて酸化チタン膜の除去工程を行うことも可能である。

本開示の処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

１ 基板処理システム
１１、１２、１３、１４ 処理チャンバ
２０ 真空搬送チャンバ
７０ 制御装置
１００ タングステン層
１０１ 酸化タングステン膜
１０２ チタン膜
１０３ 酸化チタン膜
１１０ 絶縁層
１２０ 凹部
１３０ ルテニウム膜

Claims (11)

1. 上部、側壁部、底部で規定される凹部が形成された絶縁層と、前記凹部の底部から露出するタングステン層と、を有する基板を載置台に準備する工程と、
   前記凹部の少なくとも底部にＴｉＣｌ_４ガスを供給し、前記底部で前記タングステン層が酸化した酸化タングステン膜を除去する工程と、
   前記酸化タングステン膜を除去した後、前記凹部にルテニウム膜を埋め込む工程と、
   を有する成膜方法。
2. 前記酸化タングステン膜を除去した後、チタン膜を形成する工程を有し、前記チタン膜により前記底部から露出する前記タングステン層の酸化を抑制する、
   請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記絶縁層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成された層のいずれかである、
   請求項１に記載の成膜方法。
4. 凹部にルテニウム膜を埋め込む成膜方法であって、
   上部、側壁部、底部で規定される前記凹部が形成された絶縁層と、前記凹部の底部から露出するタングステン層と、を有する基板を載置台に準備する工程と、
   前記凹部にルテニウム膜を埋め込む前に、前記露出するタングステン層の上にチタン膜を形成する工程と、
   を有し、前記チタン膜により前記底部から露出する前記タングステン層の酸化を抑制する成膜方法。
5. 前記チタン膜は、前記チタン膜の下に残存する酸化タングステン膜に含まれる酸素を吸収する、
   請求項２又は４に記載の成膜方法。
6. 前記チタン膜を形成する工程の後、前記基板を第１の処理チャンバからルテニウム膜を埋め込むための第２の処理チャンバへ真空搬送する工程を有する、
   請求項２又は４に記載の成膜方法。
7. 前記チタン膜を形成する工程の後、前記第１の処理チャンバにて前記凹部の少なくとも底部にＯ_２ガスを供給し、前記チタン膜を酸化チタン膜に改質する工程を有する、
   請求項６に記載の成膜方法。
8. 前記チタン膜を形成する工程の後、第１の処理チャンバにて前記凹部の少なくとも底部にＣｌ_２ガスを供給し、前記底部の酸化チタン膜を除去する工程を有し、
   前記底部の酸化チタン膜を除去する工程の後、前記底部で前記酸化タングステン膜を除去する工程を繰り返し実行する、
   請求項５に記載の成膜方法。
9. 前記第１の処理チャンバにて前記酸化タングステン膜を除去する工程及び前記チタン膜を形成する工程を設定回数繰り返し実行した後、前記基板を前記第１の処理チャンバから第２の処理チャンバへ真空搬送する工程を有する、
   請求項８に記載の成膜方法。
10. 前記チタン膜を形成する工程の後又は前記酸化チタン膜に改質する工程の後、前記第２の処理チャンバにて前記凹部の少なくとも底部にＣｌ_２ガスを供給し、前記酸化チタン膜を除去する工程を有し、
    前記酸化チタン膜を除去する工程の後、前記凹部に前記ルテニウム膜を埋め込む、
    請求項９に記載の成膜方法。
11. 第１の処理チャンバと第２の処理チャンバとを含む複数の処理チャンバと、前記複数の処理チャンバの間にて基板を真空搬送する真空搬送チャンバと、制御装置と、を有する基板処理システムであって、
    前記制御装置は、
    上部、側壁部、底部で規定される凹部が形成された絶縁層と、前記凹部の底部から露出するタングステン層と、を有する基板を前記第１の処理チャンバの載置台に準備する工程と、
    前記凹部の少なくとも底部にＴｉＣｌ_４ガスを供給し、前記底部で前記タングステン層が酸化した酸化タングステン膜を除去する工程と、
    前記酸化タングステン膜を除去した後、前記第１の処理チャンバから前記第２の処理チャンバに前記基板を真空搬送する工程と、
    前記第２の処理チャンバにて前記凹部にルテニウム膜を埋め込む工程と、
    を含む工程を制御する、基板処理システム。

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