JP3998906B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3998906B2 JP3998906B2 JP2000295753A JP2000295753A JP3998906B2 JP 3998906 B2 JP3998906 B2 JP 3998906B2 JP 2000295753 A JP2000295753 A JP 2000295753A JP 2000295753 A JP2000295753 A JP 2000295753A JP 3998906 B2 JP3998906 B2 JP 3998906B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- film
- containing gas
- ruthenium
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 51
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 51
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 228
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 148
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 148
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 148
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 146
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 146
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 129
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 118
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 39
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 30
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 17
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 16
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- -1 O 2 gas Chemical compound 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45557—Pulsed pressure or control pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はルテニウムを含む原料ガスと酸素を含む酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を形成する半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はルテニウム膜を有するＤＲＡＭの一部を示す断面図である。図に示すように、シリコン基板１の表面に多数のトランジスタ形成領域を分離形成するフィールド酸化膜２が形成され、シリコン基板１の表面部にソース電極３、ドレイン電極４が形成され、ソース電極３とドレイン電極４との間にゲート絶縁膜５を介してワード線を兼ねたゲート電極６が形成され、ゲート絶縁膜５上に層間絶縁膜７が形成され、層間絶縁膜７にコンタクト孔８が形成され、コンタクト孔８内にソース電極３に接続されたプラグ電極１５およびバリアメタル９が形成され、層間絶縁膜７上に層間絶縁膜１０が形成され、層間絶縁膜１０にコンタクト孔１１が形成され、層間絶縁膜１０上およびコンタクト孔１１内にルテニウムからなりかつバリアメタル９と接続された容量下部電極１２が形成され、容量下部電極１２上にＴａ２Ｏ５からなる容量絶縁膜１３が形成され、容量絶縁膜１３上にルテニウム、チタンナイトライドなどからなる容量上部電極１４が形成されている。すなわち、このＤＲＡＭにおいてはＭＯＳトランジスタのソース電極３にキャパシタセルが接続されている。
【０００３】
つぎに、図５に示したＤＲＡＭの製造方法について説明する。まず、シリコン基板１の表面のトランジスタ形成領域の周囲にＬＯＣＯＳ法によりフィールド酸化膜２を形成する。つぎに、トランジスタ形成領域にゲート絶縁膜５を介してゲート電極６を形成する。つぎに、フィールド酸化膜２、ゲート電極６をマスクにしたイオン注入法によりシリコン基板１の表面に不純物を導入して、自己整合的にソース電極３、ドレイン電極４を形成する。つぎに、ゲート電極６を絶縁膜で覆ったのち、層間絶縁膜７を形成する。つぎに、層間絶縁膜７にソース電極３を露出するコンタクト孔８を形成し、コンタクト孔８内にプラグ電極１５およびバリアメタル９を形成する。つぎに、層間絶縁膜７上に層間絶縁膜１０を形成し、層間絶縁膜１０にバリアメタル９を露出するコンタクト孔１１を形成する。つぎに、層間絶縁膜１０上およびコンタクト孔１１内にルテニウム膜を堆積し、ルテニウム膜のパターニングを行なうことにより、容量下部電極１２を形成する。つぎに、容量下部電極１２上にＴａ２Ｏ５からなる容量絶縁膜１３を形成し、容量絶縁膜１３上にルテニウム、チタンナイトライドなどからなる容量上部電極１４を形成する。
【０００４】
図６は図５に示したＤＲＡＭを製造するときなどにシリコンウェハ上にルテニウム膜を堆積する場合に使用される半導体製造装置を示す断面図である。図に示すように、装置本体２１に排気口２２が設けられ、装置本体２１の上部にシャワーヘッド２３が設けられ、装置本体２１にガス供給管２４が取り付けられ、ガス供給管２４はシャワーヘッド２３の上部の空間に開口している。また、装置本体２１に昇降可能に支持体２５が取り付けられ、支持体２５にベース２６が取り付けられ、ベース２６にヒータ電極２８を介してヒータ２７が取り付けられ、支持体２５にサセプタ２９が取り付けられ、サセプタ２９上にシリコンウェハ３０が載置され、支持体２５にカバープレート３１が載置されている。また、装置本体２１内にシリコンウェハ３０を処理する反応室３２が形成されている。なお、図中３３はシリコンウェハ３０を装置本体２１内のサセプタ２９に対して搬送する基板搬送口である。
【０００５】
つぎに、この半導体製造装置を使用してシリコンウェハ上にルテニウム膜を堆積する方法について説明する。まず、基板搬送口３３を介して装置本体２１内に搬送され、サセプタ２９上に載置されたシリコンウェハ３０を支持体２５を上昇させることにより反応室３２内の処理位置まで上昇させ、ヒータ２７によりシリコンウェハ３０を処理温度まで加熱する。つぎに、ガス供給管２４によりシャワーヘッド２３の上部の空間にルテニウムを含む原料ガスと酸素を含む酸素含有ガスとを供給する。この場合、原料ガスと酸素含有ガスとがシャワーヘッド２３を介してシリコンウェハ３０上に供給され、酸素含有ガス中の酸素とルテニウム原料ガスが化学反応して、シリコンウェハ３０上にルテニウム膜が堆積される。つぎに、原料ガス、酸素含有ガスの供給を停止し、Ｎ２ガス等の不活性ガスにより反応室３２内をパージして、残留ガスを除去したのち、処理済みのシリコンウェハ３０を支持体２５を下降させることによりウェハ搬送位置まで下降し、基板搬送口３３を介して装置外に取り出す。
【０００６】
従来、図６に示すような半導体製造装置を使用してシリコンウェハ上にルテニウム膜を堆積する半導体装置の製造方法においては、図７（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）に示すように、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給している。すなわち、まず酸素含有ガスの供給量が一定になったのちに、原料ガスの供給を開始して、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜終了後においては、原料ガスの供給を停止したのちに、酸素含有ガスの供給を停止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような半導体装置の製造方法においては、成膜開始前（時刻ｔ１前）および成膜終了後（時刻ｔ２後）において酸素比率すなわち原料ガスに対する酸素含有ガスの体積比率が大きくなり、酸素過剰になるから、ルテニウム酸化物が形成されやすくなるので、ルテニウム膜の膜質の均一性が良好ではないため、ルテニウム膜のシート抵抗等が均一ではなくなるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好ではない。
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、膜質の均一性、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくする。
【００１０】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始してもよい。
【００１１】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給してもよい。
【００１２】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記原料ガスと上記酸素含有ガスとを同時に供給する場合、成膜開始前の上記酸素含有ガスの供給量を徐々に大きくしてもよい。
【００１３】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記酸素含有ガスを上記原料ガスより先行して供給する場合、成膜開始前の上記酸素含有ガスの供給量を成膜時の上記酸素含有ガスの供給量よりも小さくしてもよい。
【００１４】
また、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止してもよい。
【００１５】
また、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記原料ガスの供給と上記酸素含有ガスの供給とを同時に停止させる場合、成膜終了後の上記酸素含有ガスの供給量を徐々に小さくしてもよい。
【００１６】
また、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記原料ガスの供給を上記酸素含有ガスの供給より先に停止させる場合、成膜終了後の上記酸素含有ガスの供給量を成膜時の上記酸素含有ガスの供給量よりも小さくしてもよい。
【００１７】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後に成膜反応に寄与しないガスを導入し、成膜開始前、成膜中および成膜開終了後の圧力をほぼ一定に保持してもよい。
また、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始する。
また、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記原料ガスと上記酸素含有ガスとを供給して上記ルテニウム膜の成膜を行なった後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止する。
また、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始し、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１により本発明に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内に供給量ｋsccmで成膜反応に寄与しないＮ２ガスを供給する。ここで、供給量ｋsccmは反応室内の圧力を６０〜１８０Ｐａに保持する供給量である。つぎに、Ｎ２ガスの供給量を１２５０〜１５００sccmにし、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに上昇する。つぎに、供給量０．００５〜０．１２ccmでルテニウムを含む原料ガスたとえばＲｕ(Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４)２ガスを反応室に供給するともに、Ｎ２ガスの供給量を減少して、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持する。つぎに、原料ガスの供給量が一定になったのちに、供給量４０〜１５００sccmで酸素を含む酸素含有ガスたとえばＯ２ガスまたはＯ３ガスまたはＮ２Ｏガスを反応室に供給するとともに、Ｎ２ガスの供給量を０〜７１０sccmに減少して、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持する。このようにしてルテニウム膜の成膜が開始される。すなわち、原料ガスを酸素含有ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくし、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率を原料ガスからルテニウムが分離される成膜反応が起こらない程度の値以下としている。つぎに、酸素含有ガスの供給量を減少し、また原料ガスの供給量を減少して、酸素含有ガス、原料ガスの供給を停止するともに、Ｎ２ガスの供給量を１２５０〜１５００sccmに増加して、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持する。このようにしてルテニウム膜の成膜が終了する。つぎに、Ｎ２ガスの供給量をｋsccmに減少して、反応室内の圧力を６０〜１８０Ｐａに保持する。
【００１９】
この半導体装置の製造方法においては、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率は原料ガスからルテニウムが分離される成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるため、ルテニウム膜のシート抵抗等を均一にすることができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。また、ルテニウム膜の成膜開始前、成膜中および成膜終了後の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持するから、さらに膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２０】
つぎに、図２（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）により本発明に係る他の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内への原料ガスの供給を開始し、原料ガスの供給量が一定となったのち、反応室内への酸素含有ガスの供給を開始して、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜が終了したのち、反応室内への酸素含有ガスの供給を終了したのち、反応室内への原料ガスの供給を終了する。すなわち、ルテニウム膜の成膜開始前（時刻ｔ１前）、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後（時刻ｔ２後）、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止し、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくし、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率を成膜反応が起こらない程度の値以下とする。
【００２１】
この半導体装置の製造方法においては、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるため、ルテニウム膜のシート抵抗等を均一にすることができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２２】
つぎに、図３（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）により本発明に係る他の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内への原料ガス、酸素含有ガスの供給を同時に開始する。この場合、原料ガスの供給量を先に一定にし、原料ガスの供給量が一定になったのちに、酸素含有ガスの供給量を一定にして、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜が終了したのち、反応室内への原料ガス、酸素含有ガスの供給を同時に終了する。この場合、反応室内への原料ガス、酸素含有ガスの供給を停止する前に酸素含有ガスの供給量を徐々に減少させる。すなわち、ルテニウム膜の成膜開始前（時刻ｔ１前）、原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に大きくし、ルテニウム膜の成膜終了後（時刻ｔ２後）、酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に小さくしていき、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止する。
【００２３】
この半導体装置の製造方法においても、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２４】
つぎに、図４（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）により本発明に係る他の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内への酸素含有ガスの供給を先に開始し、酸素含有ガスの供給量が一定になったのち、反応室内への原料ガスの供給を開始する。この場合、酸素含有ガスの供給量をわずかとする。つぎに、原料ガスの供給量が一定になったのちに、酸素含有ガスの供給量を増加して、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜が終了したのち、反応室への酸素含有ガスの供給量を減少させ、酸素含有ガスの供給量を一定にする。この場合、酸素含有ガスの供給量をわずかとする。つぎに、原料ガスの供給を停止し、その後反応室内への酸素含有ガスの供給を停止する。すなわち、ルテニウム膜の成膜開始前（時刻ｔ１前）、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を成膜時の酸素含有ガスの供給量よりも小さくし、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を成膜反応が起こらない程度の値以下とする。また、ルテニウム膜の成膜終了後（時刻ｔ２後）、酸素含有ガスの供給量を成膜時の酸素含有ガスの供給量よりも小さくし、成膜終了後の酸素含有ガスの供給量を成膜反応が起こらない程度の値以下として、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止させる。
【００２５】
この半導体装置の製造方法においても、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２６】
図８(ａ)は酸素比率と堆積速度との関係を示すグラフである。また、図８(ｂ)は図８(ａ)中の(Ａ)の領域、(Ｂ)の領域、(Ｃ)の領域にて形成したルテニウム膜のＸ線回折データを示すグラフである。これらのグラフから明らかなように、堆積速度がほぼ安定している領域(Ａ)では、ルテニウム膜が形成される。また、堆積速度が速くなる領域(Ｂ)では、ルテニウムと酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）との混晶膜となる。また、堆積速度の変化量が大きい領域(Ｃ)では、酸化ルテニウム膜が形成される。よって、純粋なルテニウム膜を得るためには、領域(Ａ)の範囲内に収まるように成膜時の酸素比率を設定する必要がある。また、成膜開始前や成膜終了後においても、その酸素比率を越えないようにする必要があり、そのためには本願発明の図１または図２または図３または図４で説明した方法が有効となる。
【００２７】
また、図９は本発明の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法とにより複数回（４回）にわたり成膜を行なったときのルテニウム膜の表面モフォロジーの再現性を示す顕微鏡写真で、それぞれの場合のシート抵抗値を示した。この顕微鏡写真から明らかなように、従来に比べて本発明の方が表面モフォロジーの再現性に優れている。すなわち、本発明の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜の表面の状態の変化が小さい（安定している）のに対して、従来の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜の表面の状態が大きく変化している。また、従来に比べて本発明の方がシート抵抗の再現性に優れている。すなわち、本発明の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜のシート抵抗の値の変化が小さい（安定している）のに対して、従来の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜のシート抵抗の値が大きく変化している。
【００２８】
なお、図２で説明した実施の形態においては、ルテニウム膜の成膜開始前、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止し、また図３で説明した実施の形態においては、ルテニウム膜の成膜開始前、反応室内に原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止し、また図４で説明した実施の形態においては、ルテニウム膜の成膜開始前、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止したが、ルテニウム膜の成膜開始前の原料ガス、酸素含有ガスの供給開始の方法と、ルテニウム膜の成膜終了後の原料ガス、酸素含有ガスの供給停止の方法とは任意に組み合わせることができる。たとえば、ルテニウム膜の成膜開始前、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、反応室内に原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、反応室内に原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止してもよい。また、図３により説明した実施の形態においては、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に大きくし、成膜終了後の酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に小さくしたが、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を階段状に徐々に大きくし、成膜終了後の酸素含有ガスの供給量を階段状に徐々に小さくしてもよい。また、上述実施の形態においては、基板がシリコンウェハの場合について説明したが、他の基板上にルテニウム膜を形成する場合にも本発明を適用することができる。また、図１〜図４で説明した実施の形態では、いずれも反応室へのルテニウムを含む原料ガスの供給を、シリコンウェハの温度が処理温度（２９０〜３５０℃）に到達したのちに開始しているが、シリコンウェハの昇温中にルテニウムを含む原料ガスの供給を開始するのがむしろ望ましい。そうすることにより、シリコンウェハの温度が処理温度となったときに、既にルテニウムを含む原料ガスの流量が安定している状態をつくり出すことができ、シリコンウェハの昇温後すみやかに成膜を行なうことができるからである。また、同様な理由により、成膜前の反応室への不活性ガス等の導入、反応室内の圧力調整等についても、シリコンウェハの昇温中に行なうのが望ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
【図２】本発明に係る他の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図３】本発明に係る他の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】本発明に係る他の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図５】ＤＲＡＭの一部を示す断面図である。
【図６】半導体製造装置を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図８】 (ａ)は酸素比率と堆積速度との関係を示すグラフ、(ｂ)は(ａ)中の(Ａ)の領域、(Ｂ)の領域、(Ｃ)の領域にて形成した膜のＸ線回折データを示すグラフである。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法との表面モフォロジーの再現性を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１…シリコン基板
３…ソース電極
４…ドレイン電極
５…ゲート絶縁膜
６…ゲート電極
１２…容量下部電極
１３…容量絶縁膜
１４…容量上部電極
２４…ガス供給管
２７…ヒータ
２９…サセプタ
３０…シリコンウェハ
３２…反応室
【発明の属する技術分野】
本発明はルテニウムを含む原料ガスと酸素を含む酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を形成する半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はルテニウム膜を有するＤＲＡＭの一部を示す断面図である。図に示すように、シリコン基板１の表面に多数のトランジスタ形成領域を分離形成するフィールド酸化膜２が形成され、シリコン基板１の表面部にソース電極３、ドレイン電極４が形成され、ソース電極３とドレイン電極４との間にゲート絶縁膜５を介してワード線を兼ねたゲート電極６が形成され、ゲート絶縁膜５上に層間絶縁膜７が形成され、層間絶縁膜７にコンタクト孔８が形成され、コンタクト孔８内にソース電極３に接続されたプラグ電極１５およびバリアメタル９が形成され、層間絶縁膜７上に層間絶縁膜１０が形成され、層間絶縁膜１０にコンタクト孔１１が形成され、層間絶縁膜１０上およびコンタクト孔１１内にルテニウムからなりかつバリアメタル９と接続された容量下部電極１２が形成され、容量下部電極１２上にＴａ２Ｏ５からなる容量絶縁膜１３が形成され、容量絶縁膜１３上にルテニウム、チタンナイトライドなどからなる容量上部電極１４が形成されている。すなわち、このＤＲＡＭにおいてはＭＯＳトランジスタのソース電極３にキャパシタセルが接続されている。
【０００３】
つぎに、図５に示したＤＲＡＭの製造方法について説明する。まず、シリコン基板１の表面のトランジスタ形成領域の周囲にＬＯＣＯＳ法によりフィールド酸化膜２を形成する。つぎに、トランジスタ形成領域にゲート絶縁膜５を介してゲート電極６を形成する。つぎに、フィールド酸化膜２、ゲート電極６をマスクにしたイオン注入法によりシリコン基板１の表面に不純物を導入して、自己整合的にソース電極３、ドレイン電極４を形成する。つぎに、ゲート電極６を絶縁膜で覆ったのち、層間絶縁膜７を形成する。つぎに、層間絶縁膜７にソース電極３を露出するコンタクト孔８を形成し、コンタクト孔８内にプラグ電極１５およびバリアメタル９を形成する。つぎに、層間絶縁膜７上に層間絶縁膜１０を形成し、層間絶縁膜１０にバリアメタル９を露出するコンタクト孔１１を形成する。つぎに、層間絶縁膜１０上およびコンタクト孔１１内にルテニウム膜を堆積し、ルテニウム膜のパターニングを行なうことにより、容量下部電極１２を形成する。つぎに、容量下部電極１２上にＴａ２Ｏ５からなる容量絶縁膜１３を形成し、容量絶縁膜１３上にルテニウム、チタンナイトライドなどからなる容量上部電極１４を形成する。
【０００４】
図６は図５に示したＤＲＡＭを製造するときなどにシリコンウェハ上にルテニウム膜を堆積する場合に使用される半導体製造装置を示す断面図である。図に示すように、装置本体２１に排気口２２が設けられ、装置本体２１の上部にシャワーヘッド２３が設けられ、装置本体２１にガス供給管２４が取り付けられ、ガス供給管２４はシャワーヘッド２３の上部の空間に開口している。また、装置本体２１に昇降可能に支持体２５が取り付けられ、支持体２５にベース２６が取り付けられ、ベース２６にヒータ電極２８を介してヒータ２７が取り付けられ、支持体２５にサセプタ２９が取り付けられ、サセプタ２９上にシリコンウェハ３０が載置され、支持体２５にカバープレート３１が載置されている。また、装置本体２１内にシリコンウェハ３０を処理する反応室３２が形成されている。なお、図中３３はシリコンウェハ３０を装置本体２１内のサセプタ２９に対して搬送する基板搬送口である。
【０００５】
つぎに、この半導体製造装置を使用してシリコンウェハ上にルテニウム膜を堆積する方法について説明する。まず、基板搬送口３３を介して装置本体２１内に搬送され、サセプタ２９上に載置されたシリコンウェハ３０を支持体２５を上昇させることにより反応室３２内の処理位置まで上昇させ、ヒータ２７によりシリコンウェハ３０を処理温度まで加熱する。つぎに、ガス供給管２４によりシャワーヘッド２３の上部の空間にルテニウムを含む原料ガスと酸素を含む酸素含有ガスとを供給する。この場合、原料ガスと酸素含有ガスとがシャワーヘッド２３を介してシリコンウェハ３０上に供給され、酸素含有ガス中の酸素とルテニウム原料ガスが化学反応して、シリコンウェハ３０上にルテニウム膜が堆積される。つぎに、原料ガス、酸素含有ガスの供給を停止し、Ｎ２ガス等の不活性ガスにより反応室３２内をパージして、残留ガスを除去したのち、処理済みのシリコンウェハ３０を支持体２５を下降させることによりウェハ搬送位置まで下降し、基板搬送口３３を介して装置外に取り出す。
【０００６】
従来、図６に示すような半導体製造装置を使用してシリコンウェハ上にルテニウム膜を堆積する半導体装置の製造方法においては、図７（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）に示すように、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給している。すなわち、まず酸素含有ガスの供給量が一定になったのちに、原料ガスの供給を開始して、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜終了後においては、原料ガスの供給を停止したのちに、酸素含有ガスの供給を停止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような半導体装置の製造方法においては、成膜開始前（時刻ｔ１前）および成膜終了後（時刻ｔ２後）において酸素比率すなわち原料ガスに対する酸素含有ガスの体積比率が大きくなり、酸素過剰になるから、ルテニウム酸化物が形成されやすくなるので、ルテニウム膜の膜質の均一性が良好ではないため、ルテニウム膜のシート抵抗等が均一ではなくなるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好ではない。
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、膜質の均一性、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明においては、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくする。
【００１０】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始してもよい。
【００１１】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給してもよい。
【００１２】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記原料ガスと上記酸素含有ガスとを同時に供給する場合、成膜開始前の上記酸素含有ガスの供給量を徐々に大きくしてもよい。
【００１３】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記酸素含有ガスを上記原料ガスより先行して供給する場合、成膜開始前の上記酸素含有ガスの供給量を成膜時の上記酸素含有ガスの供給量よりも小さくしてもよい。
【００１４】
また、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止してもよい。
【００１５】
また、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記原料ガスの供給と上記酸素含有ガスの供給とを同時に停止させる場合、成膜終了後の上記酸素含有ガスの供給量を徐々に小さくしてもよい。
【００１６】
また、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記原料ガスの供給を上記酸素含有ガスの供給より先に停止させる場合、成膜終了後の上記酸素含有ガスの供給量を成膜時の上記酸素含有ガスの供給量よりも小さくしてもよい。
【００１７】
また、上記ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後に成膜反応に寄与しないガスを導入し、成膜開始前、成膜中および成膜開終了後の圧力をほぼ一定に保持してもよい。
また、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始する。
また、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記原料ガスと上記酸素含有ガスとを供給して上記ルテニウム膜の成膜を行なった後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止する。
また、ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始し、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１により本発明に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内に供給量ｋsccmで成膜反応に寄与しないＮ２ガスを供給する。ここで、供給量ｋsccmは反応室内の圧力を６０〜１８０Ｐａに保持する供給量である。つぎに、Ｎ２ガスの供給量を１２５０〜１５００sccmにし、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに上昇する。つぎに、供給量０．００５〜０．１２ccmでルテニウムを含む原料ガスたとえばＲｕ(Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４)２ガスを反応室に供給するともに、Ｎ２ガスの供給量を減少して、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持する。つぎに、原料ガスの供給量が一定になったのちに、供給量４０〜１５００sccmで酸素を含む酸素含有ガスたとえばＯ２ガスまたはＯ３ガスまたはＮ２Ｏガスを反応室に供給するとともに、Ｎ２ガスの供給量を０〜７１０sccmに減少して、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持する。このようにしてルテニウム膜の成膜が開始される。すなわち、原料ガスを酸素含有ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくし、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率を原料ガスからルテニウムが分離される成膜反応が起こらない程度の値以下としている。つぎに、酸素含有ガスの供給量を減少し、また原料ガスの供給量を減少して、酸素含有ガス、原料ガスの供給を停止するともに、Ｎ２ガスの供給量を１２５０〜１５００sccmに増加して、反応室内の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持する。このようにしてルテニウム膜の成膜が終了する。つぎに、Ｎ２ガスの供給量をｋsccmに減少して、反応室内の圧力を６０〜１８０Ｐａに保持する。
【００１９】
この半導体装置の製造方法においては、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前の酸素比率は原料ガスからルテニウムが分離される成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるため、ルテニウム膜のシート抵抗等を均一にすることができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。また、ルテニウム膜の成膜開始前、成膜中および成膜終了後の圧力を６０〜４０００Ｐａに保持するから、さらに膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２０】
つぎに、図２（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）により本発明に係る他の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内への原料ガスの供給を開始し、原料ガスの供給量が一定となったのち、反応室内への酸素含有ガスの供給を開始して、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜が終了したのち、反応室内への酸素含有ガスの供給を終了したのち、反応室内への原料ガスの供給を終了する。すなわち、ルテニウム膜の成膜開始前（時刻ｔ１前）、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後（時刻ｔ２後）、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止し、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくし、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率を成膜反応が起こらない程度の値以下とする。
【００２１】
この半導体装置の製造方法においては、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるため、ルテニウム膜のシート抵抗等を均一にすることができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２２】
つぎに、図３（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）により本発明に係る他の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内への原料ガス、酸素含有ガスの供給を同時に開始する。この場合、原料ガスの供給量を先に一定にし、原料ガスの供給量が一定になったのちに、酸素含有ガスの供給量を一定にして、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜が終了したのち、反応室内への原料ガス、酸素含有ガスの供給を同時に終了する。この場合、反応室内への原料ガス、酸素含有ガスの供給を停止する前に酸素含有ガスの供給量を徐々に減少させる。すなわち、ルテニウム膜の成膜開始前（時刻ｔ１前）、原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に大きくし、ルテニウム膜の成膜終了後（時刻ｔ２後）、酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に小さくしていき、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止する。
【００２３】
この半導体装置の製造方法においても、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２４】
つぎに、図４（線ａは原料ガスの供給量変化を示し、線ｂは酸素含有ガスの供給量変化を示す）により本発明に係る他の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体製造装置内のサセプタ上に載置されたシリコンウェハを反応室内の成膜位置まで上昇させ、ヒータによりシリコンウェハを２９０〜３５０°Ｃまで加熱する。つぎに、反応室内への酸素含有ガスの供給を先に開始し、酸素含有ガスの供給量が一定になったのち、反応室内への原料ガスの供給を開始する。この場合、酸素含有ガスの供給量をわずかとする。つぎに、原料ガスの供給量が一定になったのちに、酸素含有ガスの供給量を増加して、ルテニウム膜の成膜を開始する。そして、ルテニウム膜の成膜が終了したのち、反応室への酸素含有ガスの供給量を減少させ、酸素含有ガスの供給量を一定にする。この場合、酸素含有ガスの供給量をわずかとする。つぎに、原料ガスの供給を停止し、その後反応室内への酸素含有ガスの供給を停止する。すなわち、ルテニウム膜の成膜開始前（時刻ｔ１前）、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を成膜時の酸素含有ガスの供給量よりも小さくし、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を成膜反応が起こらない程度の値以下とする。また、ルテニウム膜の成膜終了後（時刻ｔ２後）、酸素含有ガスの供給量を成膜時の酸素含有ガスの供給量よりも小さくし、成膜終了後の酸素含有ガスの供給量を成膜反応が起こらない程度の値以下として、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止させる。
【００２５】
この半導体装置の製造方法においても、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前および成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【００２６】
図８(ａ)は酸素比率と堆積速度との関係を示すグラフである。また、図８(ｂ)は図８(ａ)中の(Ａ)の領域、(Ｂ)の領域、(Ｃ)の領域にて形成したルテニウム膜のＸ線回折データを示すグラフである。これらのグラフから明らかなように、堆積速度がほぼ安定している領域(Ａ)では、ルテニウム膜が形成される。また、堆積速度が速くなる領域(Ｂ)では、ルテニウムと酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）との混晶膜となる。また、堆積速度の変化量が大きい領域(Ｃ)では、酸化ルテニウム膜が形成される。よって、純粋なルテニウム膜を得るためには、領域(Ａ)の範囲内に収まるように成膜時の酸素比率を設定する必要がある。また、成膜開始前や成膜終了後においても、その酸素比率を越えないようにする必要があり、そのためには本願発明の図１または図２または図３または図４で説明した方法が有効となる。
【００２７】
また、図９は本発明の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法とにより複数回（４回）にわたり成膜を行なったときのルテニウム膜の表面モフォロジーの再現性を示す顕微鏡写真で、それぞれの場合のシート抵抗値を示した。この顕微鏡写真から明らかなように、従来に比べて本発明の方が表面モフォロジーの再現性に優れている。すなわち、本発明の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜の表面の状態の変化が小さい（安定している）のに対して、従来の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜の表面の状態が大きく変化している。また、従来に比べて本発明の方がシート抵抗の再現性に優れている。すなわち、本発明の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜のシート抵抗の値の変化が小さい（安定している）のに対して、従来の場合には複数回のルテニウム膜の成膜における各成膜ごとのルテニウム膜のシート抵抗の値が大きく変化している。
【００２８】
なお、図２で説明した実施の形態においては、ルテニウム膜の成膜開始前、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止し、また図３で説明した実施の形態においては、ルテニウム膜の成膜開始前、反応室内に原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止し、また図４で説明した実施の形態においては、ルテニウム膜の成膜開始前、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止したが、ルテニウム膜の成膜開始前の原料ガス、酸素含有ガスの供給開始の方法と、ルテニウム膜の成膜終了後の原料ガス、酸素含有ガスの供給停止の方法とは任意に組み合わせることができる。たとえば、ルテニウム膜の成膜開始前、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、原料ガスを酸素含有ガスより先行して反応室に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、反応室内に原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、反応室内に原料ガスと酸素含有ガスとを同時に供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給を酸素含有ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、酸素含有ガスの供給を原料ガスの供給より先に停止してもよく、またルテニウム膜の成膜開始前、酸素含有ガスを原料ガスより先行して供給し、ルテニウム膜の成膜終了後、原料ガスの供給と酸素含有ガスの供給とを同時に停止してもよい。また、図３により説明した実施の形態においては、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に大きくし、成膜終了後の酸素含有ガスの供給量を直線状に徐々に小さくしたが、成膜開始前の酸素含有ガスの供給量を階段状に徐々に大きくし、成膜終了後の酸素含有ガスの供給量を階段状に徐々に小さくしてもよい。また、上述実施の形態においては、基板がシリコンウェハの場合について説明したが、他の基板上にルテニウム膜を形成する場合にも本発明を適用することができる。また、図１〜図４で説明した実施の形態では、いずれも反応室へのルテニウムを含む原料ガスの供給を、シリコンウェハの温度が処理温度（２９０〜３５０℃）に到達したのちに開始しているが、シリコンウェハの昇温中にルテニウムを含む原料ガスの供給を開始するのがむしろ望ましい。そうすることにより、シリコンウェハの温度が処理温度となったときに、既にルテニウムを含む原料ガスの流量が安定している状態をつくり出すことができ、シリコンウェハの昇温後すみやかに成膜を行なうことができるからである。また、同様な理由により、成膜前の反応室への不活性ガス等の導入、反応室内の圧力調整等についても、シリコンウェハの昇温中に行なうのが望ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率は成膜時の酸素比率よりも小さく、ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率は成膜反応が起こらない程度の値以下であるから、ルテニウム酸化物が形成されることはないので、膜質の均一性が良好なルテニウム膜を形成することができるとともに、表面モフォロジーの再現性が良好なルテニウム膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の説明図である。
【図２】本発明に係る他の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図３】本発明に係る他の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】本発明に係る他の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図５】ＤＲＡＭの一部を示す断面図である。
【図６】半導体製造装置を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図８】 (ａ)は酸素比率と堆積速度との関係を示すグラフ、(ｂ)は(ａ)中の(Ａ)の領域、(Ｂ)の領域、(Ｃ)の領域にて形成した膜のＸ線回折データを示すグラフである。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方法との表面モフォロジーの再現性を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１…シリコン基板
３…ソース電極
４…ドレイン電極
５…ゲート絶縁膜
６…ゲート電極
１２…容量下部電極
１３…容量絶縁膜
１４…容量上部電極
２４…ガス供給管
２７…ヒータ
２９…サセプタ
３０…シリコンウェハ
３２…反応室
Claims (12)
- ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後の酸素比率を成膜時の酸素比率よりも小さくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記原料ガスと上記酸素含有ガスとを同時に供給する場合、成膜開始前の上記酸素含有ガスの供給量を徐々に大きくすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜開始前、上記酸素含有ガスを上記原料ガスより先行して供給する場合、成膜開始前の上記酸素含有ガスの供給量を成膜時の上記酸素含有ガスの供給量よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記原料ガスの供給と上記酸素含有ガスの供給とを同時に停止させる場合、成膜終了後の上記酸素含有ガスの供給量を徐々に小さくすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記原料ガスの供給を上記酸素含有ガスの供給より先に停止させる場合、成膜終了後の上記酸素含有ガスの供給量を成膜時の上記酸素含有ガスの供給量よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ルテニウム膜の成膜開始前または成膜終了後に成膜反応に寄与しないガスを導入し、成膜開始前、成膜中および成膜開終了後の圧力をほぼ一定に保持することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記原料ガスと上記酸素含有ガスとを供給して上記ルテニウム膜の成膜を行なった後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- ルテニウムを含む原料ガスと酸素含有ガスとを用いて基板上にルテニウム膜を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法において、上記ルテニウム膜の成膜開始前に、上記原料ガスを上記酸素含有ガスより先行して供給し、上記原料ガスの供給量が一定となった後 に、上記酸素含有ガスを供給して上記ルテニウム膜の成膜を開始し、上記ルテニウム膜の成膜終了後、上記酸素含有ガスの供給を上記原料ガスの供給より先に停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000295753A JP3998906B2 (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
| US09/963,665 US6461961B1 (en) | 2000-09-28 | 2001-09-27 | Methods of manufacturing semiconductor devices with ruthenium films formed by CVD using an oxygen-containing reactant gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000295753A JP3998906B2 (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002105640A JP2002105640A (ja) | 2002-04-10 |
| JP3998906B2 true JP3998906B2 (ja) | 2007-10-31 |
Family
ID=18778129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000295753A Expired - Lifetime JP3998906B2 (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6461961B1 (ja) |
| JP (1) | JP3998906B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100423913B1 (ko) * | 2001-12-28 | 2004-03-22 | 삼성전자주식회사 | 루테늄 함유 박막 형성 방법 |
| KR100389913B1 (ko) * | 1999-12-23 | 2003-07-04 | 삼성전자주식회사 | 공정조건을 변화시키면서 화학기상 증착법으로 루테늄막을형성하는 방법 및 그에 의해 형성된 루테늄막 |
| KR100450470B1 (ko) | 2001-12-20 | 2004-10-01 | 주성엔지니어링(주) | 플라즈마 도움을 받는 Ｒｕ 박막형성방법 |
| JP4272484B2 (ja) * | 2003-08-28 | 2009-06-03 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理方法 |
| JP5971870B2 (ja) * | 2013-11-29 | 2016-08-17 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5314727A (en) * | 1992-07-28 | 1994-05-24 | Minnesota Mining & Mfg. Co./Regents Of The University Of Minnesota | Chemical vapor deposition of iron, ruthenium, and osmium |
| JP3676004B2 (ja) | 1996-11-28 | 2005-07-27 | 富士通株式会社 | 酸化ルテニウム膜の形成方法および半導体装置の製造方法 |
| US6074945A (en) * | 1998-08-27 | 2000-06-13 | Micron Technology, Inc. | Methods for preparing ruthenium metal films |
| US6602796B2 (en) * | 1998-09-03 | 2003-08-05 | Micron Technology, Inc. | Chemical vapor deposition for smooth metal films |
| US6380080B2 (en) * | 2000-03-08 | 2002-04-30 | Micron Technology, Inc. | Methods for preparing ruthenium metal films |
-
2000
- 2000-09-28 JP JP2000295753A patent/JP3998906B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-09-27 US US09/963,665 patent/US6461961B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6461961B1 (en) | 2002-10-08 |
| JP2002105640A (ja) | 2002-04-10 |
| US20020055254A1 (en) | 2002-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100975268B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 | |
| US6992022B2 (en) | Fabrication method for semiconductor integrated devices | |
| US20020182820A1 (en) | Method of forming a capacitor of an integrated circuit device | |
| JP2001527282A (ja) | ビスマスベースの強誘電体膜を選択的に堆積させる方法 | |
| KR20040084289A (ko) | 루테늄층을 갖는 반도체 메모리 소자의 제조방법 및루테늄층제조장치 | |
| JP3313840B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2001053253A (ja) | 半導体メモリ素子のキャパシタ及びその製造方法 | |
| JP3998906B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2006073997A (ja) | 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体 | |
| KR20020083772A (ko) | 반도체소자의 캐패시터 및 그 제조방법 | |
| JP4559223B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 | |
| JP4034518B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP4406784B2 (ja) | 半導体メモリ素子のキャパシタの製造方法 | |
| JP3952735B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3516918B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 | |
| JP2008022021A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3676004B2 (ja) | 酸化ルテニウム膜の形成方法および半導体装置の製造方法 | |
| JP3176840B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH11224938A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JPH07111253A (ja) | シリサイド形成方法および半導体装置の製造方法 | |
| KR100401525B1 (ko) | 캐패시터 및 그 제조방법 | |
| US7132300B2 (en) | Method for forming ferroelectric film and semiconductor device | |
| JP3801923B2 (ja) | タングステンシリサイド形成方法 | |
| US20030045094A1 (en) | Method and apparatus for manufacturing semiconductor devices | |
| JPH021124A (ja) | 誘電体膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040329 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060824 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070515 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070713 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070807 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070808 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3998906 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100817 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110817 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120817 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130817 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140817 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |