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公開番号2025161207
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024064203
出願日2024-04-11
発明の名称基板処理方法及び基板処理装置
出願人東京エレクトロン株式会社
代理人弁理士法人弥生特許事務所
主分類C23C 16/06 20060101AFI20251017BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】基板に形成された凹部内にルテニウム膜を形成して充填するにあたり、成膜の不良を防止する。
【解決手段】本開示の基板処理方法は、凹部が形成された基板に成膜ガスを供給して前記凹部内にルテニウム膜を形成し、当該凹部への前記ルテニウム膜の充填が完了する前に前記基板への前記成膜ガスの供給を停止する工程と、前記凹部の側面に形成された前記ルテニウム膜を酸化して除去するために酸化ガスを前記基板に供給するエッチング工程と、前記凹部の底部側に残るルテニウム膜における前記酸化ガスによって酸化された表面を還元するために、一酸化炭素ガスである第1還元ガスを前記基板に供給する還元工程と、前記ルテニウム膜を前記凹部に充填するために、前記基板へ再度前記成膜ガスを供給する工程と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
凹部が形成された基板に成膜ガスを供給して前記凹部内にルテニウム膜を形成し、当該凹部への前記ルテニウム膜の充填が完了する前に前記基板への前記成膜ガスの供給を停止する工程と、
前記凹部の側面に形成された前記ルテニウム膜を酸化して除去するために酸化ガスを前記基板に供給するエッチング工程と、
前記凹部の底部側に残るルテニウム膜における前記酸化ガスによって酸化された表面を還元するために、一酸化炭素ガスである第１還元ガスを前記基板に供給する還元工程と、
前記ルテニウム膜を前記凹部に充填するために、前記基板へ再度前記成膜ガスを供給する工程と、
を備える基板処理方法。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記成膜ガスを前記基板に供給してから、次に当該成膜ガスを前記基板に供給するまでに、
前記エッチング工程と前記還元工程とが順番に繰り返し行われる請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記成膜ガスを前記基板に供給してから、次に当該成膜ガスを前記基板に供給するまでに、
前記エッチング工程と前記酸化工程とが並行して行われる請求項１記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記還元工程は、水素ガスである第２還元ガスを前記基板に供給する工程を含む請求項１記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記還元工程は、第１還元ガス、第２還元ガスを順番に供給する工程を含む請求項４記載の基板処理方法。
【請求項６】
凹部が形成された基板を格納する処理容器と、
前記処理容器内に成膜ガスを供給して前記凹部内にルテニウム膜を形成するための成膜処理部と、
前記凹部の側面に形成された前記ルテニウム膜を酸化して除去するための酸化ガスを前記処理容器内に供給するエッチング処理部と、
前記凹部の底部側に残るルテニウム膜における前記酸化ガスによって酸化された表面を還元するために、一酸化炭素ガスである第１還元ガスを前記処理容器内に供給する還元処理部と、
前記凹部への前記ルテニウム膜の充填が完了する前に前記基板への前記成膜ガスの供給を停止し、前記第１還元ガスによって前記ルテニウム膜の表面が還元された後に前記ルテニウム膜を前記凹部に充填するために前記基板へ再度前記成膜ガスを供給するように制御信号を出力する制御部と、
を備える基板処理装置。
【請求項７】
前記成膜処理部、前記エッチング処理部及び前記還元処理部は、共通のガスシャワーヘッドを備え、
前記ガスシャワーヘッド内に設けられる拡散空間の中心部にガスを供給する第１流路と、
前記拡散空間の周縁部にガスを供給するために当該拡散空間を周縁側から中心側へと向う第２流路と、を備え、
前記酸化ガスは、前記第１流路または前記第２流路に供給される請求項６記載の基板処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するにあたり、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）の表面に形成された凹部に成膜ガスを供給することで、配線をなすルテニウム膜を埋め込むように形成する場合が有る。特許文献１に記載の成膜方法によれば、成膜途中での凹部の閉塞によってルテニウム膜中に空隙が形成されることを防止するために、成膜途中でウエハへの成膜ガスの供給を一旦停止させる。そしてルテニウム膜のうち、凹部の側面に成膜された部位がエッチングされるようにオゾンガスをウエハに供給する。その後、水素ガスをウエハに供給することで、凹部に残るルテニウム膜におけるオゾンガスによって酸化された表面を還元した後、再度ウエハへ成膜ガスを供給することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－４５０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、基板に形成された凹部内にルテニウム膜を形成して充填するにあたり、成膜の不良を防止することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の成膜方法は、凹部が形成された基板に成膜ガスを供給して前記凹部内にルテニウム膜を形成し、当該凹部への前記ルテニウム膜の充填が完了する前に前記基板への前記成膜ガスの供給を停止する工程と、
前記凹部の側面に形成された前記ルテニウム膜を酸化して除去するために酸化ガスを前記基板に供給するエッチング工程と、
前記凹部の底部側に残るルテニウム膜における前記酸化ガスによって酸化された表面を還元するために、一酸化炭素ガスである第１還元ガスを前記基板に供給する還元工程と、
前記ルテニウム膜を前記凹部に充填するために、前記基板へ再度前記成膜ガスを供給する工程と、
を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本開示は、基板に形成された凹部内にルテニウム膜を形成して充填するにあたり、成膜の不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る基板処理方法が適用されるウエハの縦断側面図である。
前記ウエハに対して行われる処理の概要を示す縦断側面図である。
前記ウエハに形成されるルテニウム膜の変化を示す模式図である。
前記ウエハの縦断側面図である。
ウエハへの処理を示すフロー図である。
ウエハへの処理を示すフロー図である。
前記基板処理方法を実施する装置の一例を示す縦断側面図である。
前記装置に設けられるガスシャワーヘッドの縦断側面図である。
前記ガスシャワーヘッドの横断平面図である。
評価試験で得られたルテニウム膜の画像を示す説明図である。
評価試験で得られたルテニウム膜の画像を示す説明図である。
評価試験で得られた、ルテニウム膜に含まれる酸素原子の濃度を示すグラフ図である。
評価試験で得られたルテニウムのエッチング量に関するグラフ図である。
評価試験で得られたルテニウムのエッチング量に関するグラフ図である。
評価試験で得られたルテニウムのエッチング量に関するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の基板処理方法の一実施形態について説明する。図１は、この成膜方法が適用される円形の基板であるウエハＷの表面の縦断側面図である。ウエハＷには、下地膜１１が形成されており、この下地膜１１は例えばルテニウムやタングステンなどの金属膜である。下地膜１１上には上層膜１２が形成されている。上層膜１２は、例えば窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜により構成され、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜が形成される。
【０００９】
上層膜１２においては厚さ方向に向けて穿孔され、下地膜１１が露出している。従って、ウエハＷの表面には凹部１３が設けられており、凹部１３の底壁が下地膜１１に、側壁が上層膜１２によって形成されている。この凹部１３は、ホールやトレンチをなす。なお以降の説明で、上層膜１２が形成された側を上側として説明する場合が有るが、そのように下地膜１１に対して上層膜１２が上側となるようにウエハＷが配置された状態で、当該ウエハＷに対して処理が行われることには限られない。
【００１０】
この実施形態における処理では、処理容器内に格納したウエハＷに対してＲｕ（ルテニウム）を含む化合物を含む成膜ガスを供給することで熱ＣＶＤを行い、凹部１３内に充填されるように金属配線をなすＲｕ膜１４を成膜する。即ち、少なくともＲｕ膜１４の上面が凹部１３の上縁に達する高さとなるまで、凹部１３内でＲｕ膜１４を成長させる。この充填を行うためにＲｕ膜１４の成膜処理の他に、後述するエッチング及び還元処理も行われる。これらの処理は、所定の圧力の真空雰囲気となるように排気された処理容器内に格納されたウエハＷに対して行われ、処理中のウエハＷは所定の温度となるように加熱される。
（【００１１】以降は省略されています）

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