JP2013199673A - Method for forming ruthenium oxide film and method for cleaning treatment container for forming ruthenium oxide film - Google Patents

Method for forming ruthenium oxide film and method for cleaning treatment container for forming ruthenium oxide film Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a ruthenium oxide film, capable of cleaning an inside of a treatment container at low cost in a short time, and to provide a method for cleaning the treatment container for forming the ruthenium oxide film.SOLUTION: A method for forming a ruthenium oxide film includes: a step of storing a substrate in a treatment container, feeding a gas-phase ruthenium compound on the substrate, and feeding an oxygen gas on the substrate to form the ruthenium oxide film on the substrate by a reaction of the gas of ruthenium compound with the oxygen gas; a step of conveying out the substrate from the treatment container and introducing a hydrogen gas into the treatment container so that the inside of the treatment container is subjected to hydrogen annealing; and a step of introducing at least one of a CIFgas, an Fgas and an HF gas as a cleaning gas into the treatment container after the hydrogen annealing to clean the inside of the treatment container.

Description

本発明は、化学蒸着法(CVD法)により酸化ルテニウム膜を成膜する酸化ルテニウム膜の成膜方法および酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a ruthenium oxide film forming method for forming a ruthenium oxide film by a chemical vapor deposition method (CVD method) and a ruthenium oxide film forming processing container cleaning method.

近時、DRAMのキャパシタの材料として種々の高誘電率材料(High−k材料)が用いられており、このようなHigh−k材料膜を用いたキャパシタの電極材料として酸化ルテニウム膜(RuOx膜)が注目されている。   Recently, various high dielectric constant materials (High-k materials) have been used as materials for capacitors of DRAMs, and ruthenium oxide films (RuOx films) as electrode materials for capacitors using such High-k material films. Is attracting attention.

キャパシタの電極は高アスペクト比の凹部に成膜可能なことが要求され、良好なステップカバレッジが求められる。このため、本質的にステップカバレッジが良好なCVD法によるRuOx膜の成膜が検討されている(例えば特許文献1)。また、CVD法の一種である、プリカーサと還元ガスとを交互的に供給するALD(Atomic Layer Deposition)法によるRuOx膜の成膜も検討されている。   The capacitor electrode is required to be able to form a film in a recess having a high aspect ratio, and good step coverage is required. For this reason, formation of a RuOx film by a CVD method with essentially good step coverage has been studied (for example, Patent Document 1). In addition, the formation of a RuOx film by an ALD (Atomic Layer Deposition) method that alternately supplies a precursor and a reducing gas, which is a kind of CVD method, is also being studied.

ところで、CVD法(ALD法を含む)によりRuOx膜を成膜する場合には、処理容器であるチャンバーの内壁に反応生成物(主にRuOx)が付着するため、所定のタイミングでチャンバー内をクリーニングする必要がある。RuOx膜を成膜した後のチャンバーをクリーニングする技術としては、オゾンを用いるものが知られている(例えば特許文献2)。   By the way, when a RuOx film is formed by the CVD method (including the ALD method), the reaction product (mainly RuOx) adheres to the inner wall of the chamber, which is a processing container, and therefore the chamber is cleaned at a predetermined timing. There is a need to. As a technique for cleaning the chamber after forming the RuOx film, a technique using ozone is known (for example, Patent Document 2).

特開平6−283438号公報JP-A-6-283438 特開2001−284317号公報JP 2001-284317 A

しかしながら、オゾンを用いたクリーニングでは成膜装置毎にオゾナイザーが必要となりコストが高くなってしまう。また、一般的なCVDチャンバーに用いられているClFガスやFガスをクリーニングガスとして用いることができれば低コストでクリーニングが可能であるが、ClFガスやFガスではエッチングレートが低く、クリーニングに時間がかかってしまうという問題点がある。 However, cleaning using ozone requires an ozonizer for each film forming apparatus, which increases the cost. Further, if ClF 3 gas or F 2 gas used in a general CVD chamber can be used as a cleaning gas, cleaning can be performed at low cost, but ClF 3 gas or F 2 gas has a low etching rate, There is a problem that cleaning takes time.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、処理容器内のクリーニングを低コストでかつ短時間で行うことができる酸化ルテニウム膜の成膜方法および酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a method for forming a ruthenium oxide film and a cleaning container for forming a ruthenium oxide film capable of cleaning the inside of the processing container at a low cost and in a short time. It is an object to provide a method.

上記課題を解決するため、本発明は、処理容器内に基板を収容し、ルテニウム化合物を気相状態で基板上に供給し、かつ酸素ガスを基板上に供給して、前記ルテニウム化合物のガスと酸素ガスとの反応により基板上に酸化ルテニウム膜を成膜する工程と、前記処理容器内から基板を搬出し、前記処理容器内に水素ガスを導入して前記処理容器内を水素アニールする工程と、前記水素アニール後の前記処理容器内にクリーニングガスとして、ClFガス、Fガス、およびHFガスの1種以上を導入して、前記処理容器内をクリーニングする工程とを有することを特徴とする酸化ルテニウム膜の成膜方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention accommodates a substrate in a processing container, supplies a ruthenium compound on the substrate in a gas phase state, and supplies oxygen gas onto the substrate. A step of forming a ruthenium oxide film on the substrate by reaction with oxygen gas, a step of unloading the substrate from the processing vessel, introducing hydrogen gas into the processing vessel, and subjecting the processing vessel to hydrogen annealing; And a step of cleaning the inside of the processing vessel by introducing at least one of ClF 3 gas, F 2 gas, and HF gas as a cleaning gas into the processing vessel after the hydrogen annealing. A ruthenium oxide film forming method is provided.

また、本発明は、処理容器内に基板を収容し、ルテニウム化合物を気相状態で基板上に供給し、かつ酸素ガスを基板上に供給して、前記ルテニウム化合物のガスと酸素ガスとの反応により基板上に酸化ルテニウム膜を成膜する成膜処理を行った後、前記処理容器のクリーニングを行う酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法であって、前記成膜処理後、前記処理容器内に基板が存在しない状態で、前記処理容器内に水素ガスを導入して前記処理容器内を水素アニールし、その後前記処理容器内にクリーニングガスとして、ClFガス、Fガス、およびHFガスの1種以上を導入して、前記処理容器内をクリーニングすることを特徴とする酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法を提供する。 The present invention also includes a substrate contained in a processing vessel, a ruthenium compound is supplied onto the substrate in a gas phase state, and an oxygen gas is supplied onto the substrate to react the ruthenium compound gas with the oxygen gas. A ruthenium oxide film deposition processing container cleaning method for performing a film deposition process for depositing a ruthenium oxide film on a substrate and then cleaning the process container, wherein after the film deposition process, the process container In the state where the substrate does not exist, hydrogen gas is introduced into the processing container to anneal the inside of the processing container, and then ClF 3 gas, F 2 gas, and HF gas are used as cleaning gases in the processing container. A method for cleaning a processing container for forming a ruthenium oxide film is provided, wherein one or more of these are introduced to clean the inside of the processing container.

さらに本発明は、コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記酸化ルテニウム膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。   Furthermore, the present invention is a storage medium that operates on a computer and stores a program for controlling a film forming apparatus, and the program executes the ruthenium oxide film forming method when executed. A storage medium is provided that causes a computer to control the film formation apparatus.

本発明において、前記ルテニウム化合物として、Ruに2個のβ−ジケトン、および、2個の、オルフェン、アミン、ニトリル、およびカルボニルから選ばれる基が配位した以下の(1)式の構造を有するものを好適に用いることができる。
ただし、R,Rは、トータルカーボン数が2〜5のアルキル基であり、Rはオルフェン基、アミン基、ニトリル基、およびカルボニル基から選ばれる基である。
In the present invention, the ruthenium compound has a structure of the following formula (1) in which two β-diketones and two groups selected from orphene, amine, nitrile, and carbonyl are coordinated to Ru. A thing can be used suitably.
However, R 1 and R 2 are alkyl groups having 2 to 5 total carbon atoms, and R 3 is a group selected from an orphen group, an amine group, a nitrile group, and a carbonyl group.

また、本発明において、前記水素アニールする工程は、前記処理容器内の温度を120〜300℃にして行われることが好ましく、前記クリーニングする工程は、前記処理容器内の温度を180〜300℃にして行われることが好ましい。   In the present invention, the hydrogen annealing step is preferably performed at a temperature in the processing container of 120 to 300 ° C., and the cleaning step is performed at a temperature in the processing container of 180 to 300 ° C. It is preferable to be performed.

さらに、本発明において、前記水素アニールにより、前記処理容器内に生成された主に酸化ルテニウムからなる反応生成物が還元されて、主に金属ルテニウムからなる還元生成物になるものとすることができる。   Furthermore, in the present invention, the reaction product mainly composed of ruthenium oxide produced in the processing vessel may be reduced by the hydrogen annealing to be a reduction product mainly composed of ruthenium metal. .

なお、本明細書において、ガスの流量の単位はmL/minを用いているが、ガスは温度および気圧により体積が大きく変化するため、本発明では標準状態に換算した値を用いている。なお、標準状態に換算した流量は通常sccm(Standard Cubic Centimeter per Minutes)で標記されるためsccmを併記している。ここにおける標準状態は、温度0℃(273.15K)、気圧1atm(101325Pa)の状態(STP)である。   In this specification, the unit of the gas flow rate is mL / min. However, since the volume of the gas varies greatly depending on the temperature and the atmospheric pressure, the value converted into the standard state is used in the present invention. In addition, since the flow volume converted into the standard state is normally indicated by sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes), sccm is also written together. The standard state here is a state (STP) at a temperature of 0 ° C. (273.15 K) and an atmospheric pressure of 1 atm (101325 Pa).

本発明によれば、CVD法により酸化ルテニウム膜を成膜後、水素アニールすることにより、主に酸化ルテニウムからなる反応生成物を主に金属ルテニウム膜に還元するので、ClFガス、Fガス、およびHFガスの1種以上のクリーニングガスによるエッチングレートを高めることができ、短時間で処理容器内のクリーニングを行うことができる。また、クリーニングガスとして用いるClFガス等は、加熱した処理容器内に導入するだけで処理容器内をクリーニングすることができるので、オゾナイザー等の付加的設備が不要であり低コストである。 According to the present invention, a reaction product mainly composed of ruthenium oxide is reduced mainly to a metal ruthenium film by hydrogen annealing after the ruthenium oxide film is formed by the CVD method. Therefore, ClF 3 gas, F 2 gas In addition, the etching rate with one or more cleaning gases of HF gas can be increased, and the inside of the processing container can be cleaned in a short time. In addition, ClF 3 gas or the like used as a cleaning gas can be cleaned by simply introducing it into a heated processing container, so that additional equipment such as an ozonizer is not required and the cost is low.

本発明の一実施形態に係る酸化ルテニウム膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the film-forming apparatus for enforcing the film-forming method of the ruthenium oxide film which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る酸化ルテニウム膜の成膜方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the film-forming method of the ruthenium oxide film | membrane which concerns on one Embodiment of this invention. ALD法で成膜する際の成膜シーケンスを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the film-forming sequence at the time of forming into a film by ALD method. 200℃、250℃、300℃において、RuO膜とRu膜とをClFでエッチングしたときのエッチングレートを示す図である。200 ° C., 250 ° C., at 300 ° C., is a diagram showing an etching rate when etching the RuO 2 film and Ru film ClF 3. 評価用基板上にRuO膜を形成したまま(as depo.)、および成膜後に温度を120℃、150℃、200℃と変化させて水素アニールを行った際の評価用基板の表面状態を示す図である。With the RuO 2 film formed on the evaluation substrate (as depo.) And after the film formation, the surface condition of the evaluation substrate when hydrogen annealing was performed by changing the temperature to 120 ° C., 150 ° C., and 200 ° C. FIG. 評価用基板上にRuO膜を形成した後に水素アニールを120℃で行った場合および226℃で行った場合におけるX線回折パターンを示す図である。On the evaluation substrate which is a diagram showing an X-ray diffraction pattern in the case of performing the case and 226 ° C. were performed at 120 ° C. The hydrogen annealing after forming the RuO 2 film.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る酸化ルテニウム膜の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す模式図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a film forming apparatus for carrying out a method for forming a ruthenium oxide film according to an embodiment of the present invention.

この成膜装置100は、気密に構成された略円筒状のチャンバー1を有しており、その中には被処理基板である半導体ウエハW(以下、ウエハとする)を水平に支持するためのサセプタ2が、後述する排気室の底部からその中央下部に達する円筒状の支持部材3により支持された状態で配置されている。このサセプタ2はAlN等のセラミックスからなっている。また、サセプタ2にはヒーター5が埋め込まれており、このヒーター5にはヒーター電源6が接続されている。一方、サセプタ2の上面近傍には熱電対7が設けられており、熱電対7の信号はヒーターコントローラ8に伝送されるようになっている。そして、ヒーターコントローラ8は熱電対7の信号に応じてヒーター電源6に指令を送信し、ヒーター5の加熱を制御してウエハWを所定の温度に制御するようになっている。なお、サセプタ2には3本のウエハ昇降ピン(図示せず)がサセプタ2の表面に対して突没可能に設けられており、ウエハWを搬送する際に、サセプタ2の表面から突出した状態にされる。   This film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1 that is airtightly configured, and in this, a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as a wafer) that is a substrate to be processed is horizontally supported. The susceptor 2 is arranged in a state of being supported by a cylindrical support member 3 that reaches the lower center of the exhaust chamber, which will be described later. The susceptor 2 is made of a ceramic such as AlN. Further, a heater 5 is embedded in the susceptor 2, and a heater power source 6 is connected to the heater 5. On the other hand, a thermocouple 7 is provided in the vicinity of the upper surface of the susceptor 2, and a signal of the thermocouple 7 is transmitted to the heater controller 8. The heater controller 8 transmits a command to the heater power supply 6 in accordance with a signal from the thermocouple 7, and controls the heating of the heater 5 to control the wafer W to a predetermined temperature. The susceptor 2 is provided with three wafer raising / lowering pins (not shown) so as to be able to project and retract with respect to the surface of the susceptor 2, and is projected from the surface of the susceptor 2 when the wafer W is transferred. To be.

チャンバー1の天壁1aには、円形の孔1bが形成されており、そこからチャンバー1内へ突出するようにシャワーヘッド10が嵌め込まれている。シャワーヘッド10は、後述するガス供給機構30から供給された成膜用のガスをチャンバー1内に吐出するためのものであり、その上部には、成膜原料ガスおよびクリーニングガスが導入される第1の導入路11と、チャンバー1内に還元ガスとしての酸素ガス(Oガス)および希釈ガス(Arガスを例示)および水素ガス(Hガス)を導入する第2の導入路12とを有している。 A circular hole 1 b is formed in the top wall 1 a of the chamber 1, and a shower head 10 is fitted so as to protrude into the chamber 1 therefrom. The shower head 10 is for discharging a film forming gas supplied from a gas supply mechanism 30 described later into the chamber 1, and a film forming material gas and a cleaning gas are introduced into the upper part thereof. 1 introduction path 11 and a second introduction path 12 for introducing oxygen gas (O 2 gas), dilution gas (Ar gas is exemplified) and hydrogen gas (H 2 gas) as a reducing gas into the chamber 1. Have.

シャワーヘッド10の内部には上下2段に空間13、14が設けられている。上側の空間13には第1の導入路11が繋がっており、この空間13から第1のガス吐出路15がシャワーヘッド10の底面まで延びている。下側の空間14には第2の導入路12が繋がっており、この空間14から第2のガス吐出路16がシャワーヘッド10の底面まで延びている。すなわち、シャワーヘッド10は、成膜原料ガスと酸素ガスとがそれぞれ独立してガス吐出路15および16から吐出するようになっている。   Inside the shower head 10, spaces 13 and 14 are provided in two upper and lower stages. A first introduction path 11 is connected to the upper space 13, and a first gas discharge path 15 extends from the space 13 to the bottom surface of the shower head 10. A second introduction path 12 is connected to the lower space 14, and a second gas discharge path 16 extends from the space 14 to the bottom surface of the shower head 10. That is, the shower head 10 discharges the film forming source gas and the oxygen gas independently from the gas discharge paths 15 and 16.

チャンバー1の底壁には、下方に向けて突出する排気室21が設けられている。排気室21の側面には排気管22が接続されており、この排気管22には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置23が接続されている。そしてこの排気装置23を作動させる、圧力制御バルブ(図示せず)の開度を制御することによりチャンバー1内を所定の減圧状態とすることが可能となっている。   An exhaust chamber 21 that protrudes downward is provided on the bottom wall of the chamber 1. An exhaust pipe 22 is connected to the side surface of the exhaust chamber 21, and an exhaust device 23 having a vacuum pump, a pressure control valve, and the like is connected to the exhaust pipe 22. The inside of the chamber 1 can be brought into a predetermined reduced pressure state by controlling the opening degree of a pressure control valve (not shown) that operates the exhaust device 23.

チャンバー1の側壁には、ウエハWの搬入出を行うための搬入出口24と、この搬入出口24を開閉するゲートバルブ25とが設けられている。また、チャンバー1の壁部には、ヒーター26が設けられており、成膜処理の際にチャンバー1の内壁の温度を制御可能となっている。   On the side wall of the chamber 1, a loading / unloading port 24 for loading / unloading the wafer W and a gate valve 25 for opening / closing the loading / unloading port 24 are provided. A heater 26 is provided on the wall portion of the chamber 1 so that the temperature of the inner wall of the chamber 1 can be controlled during the film forming process.

ガス供給機構30は、シャワーヘッド10の第1の導入路11に接続された原料ガス送出配管36と、第2の導入路12に接続されたガス供給配管40とを有しており、また、原料ガス送出配管36を介して原料ガスを供給するための成膜原料(プリカーサ)としてルテニウム化合物を貯留する成膜原料タンク31および、原料ガス送出配管36を介してクリーニングガスとしてフッ素を含むガスであるClFガスを供給するClFガス供給源53を有しており、さらにガス供給配管40を介して還元ガスであるOガスを供給するためのOガス供給源42、ガス供給配管40を介して希釈ガスであるArガスを供給するArガス供給源43、およびガス供給配管40を介してHガスを供給するHガス供給源44を有している。 The gas supply mechanism 30 includes a raw material gas delivery pipe 36 connected to the first introduction path 11 of the shower head 10 and a gas supply pipe 40 connected to the second introduction path 12. A film forming raw material tank 31 for storing a ruthenium compound as a film forming raw material (precursor) for supplying a raw material gas through the raw material gas delivery pipe 36 and a gas containing fluorine as a cleaning gas through the raw material gas delivery pipe 36 It has a ClF 3 gas supply source 53 for supplying a certain ClF 3 gas, and further supplies an O 2 gas supply source 42 for supplying O 2 gas as a reducing gas via the gas supply pipe 40, and a gas supply pipe 40. via has a H 2 gas supply source 44 for supplying H 2 gas through the Ar gas supply source 43, and the gas supply pipe 40 for supplying Ar gas as a diluent gas

成膜原料タンク31の周囲にはヒーター31aが設けられており、成膜原料タンク31内の成膜原料を適宜の温度に加熱することができるようになっている。   A heater 31a is provided around the film forming material tank 31 so that the film forming material in the film forming material tank 31 can be heated to an appropriate temperature.

成膜原料タンク31には、上方からバブリングガスであるArガスを供給するためのバブリング配管32が成膜原料に浸漬されるようにして挿入されている。バブリング配管32にはArガス供給源33が接続されており、また、流量制御器としてのマスフローコントローラ34およびその前後のバルブ35が介装されている。また、成膜原料タンク31内には原料ガス送出配管36が上方から挿入されている。原料ガス送出配管36にはバルブ37が介装されている。また、原料ガス送出配管36には成膜原料ガスの凝縮防止のためのヒーター38が設けられている。そして、バブリングガスであるArガスが成膜原料タンク31内の成膜原料に供給されることにより成膜原料タンク31内で成膜原料がバブリングにより気化され、生成された成膜原料ガスが、原料ガス送出配管36および第1の導入路11を介してシャワーヘッド10内に供給される。   A bubbling pipe 32 for supplying Ar gas as a bubbling gas from above is inserted into the film forming material tank 31 so as to be immersed in the film forming material. An Ar gas supply source 33 is connected to the bubbling pipe 32, and a mass flow controller 34 as a flow rate controller and front and rear valves 35 are interposed. In addition, a raw material gas delivery pipe 36 is inserted into the film forming raw material tank 31 from above. A valve 37 is interposed in the source gas delivery pipe 36. The source gas delivery pipe 36 is provided with a heater 38 for preventing condensation of the film forming source gas. Then, Ar gas that is a bubbling gas is supplied to the film forming raw material in the film forming raw material tank 31, whereby the film forming raw material is vaporized by bubbling in the film forming raw material tank 31, and the generated film forming raw material gas is It is supplied into the shower head 10 through the raw material gas delivery pipe 36 and the first introduction path 11.

バブリング配管32と原料ガス送出配管36との間は、バイパス配管51により接続されており、この配管51にはバルブ52が介装されている。バブリング配管32および原料ガス送出配管36における配管51接続部分の下流側にはそれぞれバルブ35a,37aが介装されている。そして、バルブ35a,37aを閉じてバルブ52を開くことにより、Arガス供給源33からのArガスを、バブリング配管32、バイパス配管51、原料ガス送出配管36を経て、パージガス等としてチャンバー1内に供給することが可能となっている。   The bubbling pipe 32 and the source gas delivery pipe 36 are connected by a bypass pipe 51, and a valve 52 is interposed in the pipe 51. Valves 35a and 37a are interposed on the downstream side of the pipe 51 connecting portion in the bubbling pipe 32 and the source gas delivery pipe 36, respectively. Then, by closing the valves 35a and 37a and opening the valve 52, Ar gas from the Ar gas supply source 33 passes through the bubbling pipe 32, the bypass pipe 51, and the source gas delivery pipe 36 into the chamber 1 as purge gas or the like. It is possible to supply.

なお、バブリングガスやパージガスとしては、Arガスの代わりにNガス等の他の不活性ガスを用いることができる。 As the bubbling gas or purge gas, other inert gas such as N 2 gas can be used instead of Ar gas.

第2の導入路12に接続されたガス供給配管40にはバルブ41が設けられている。このガス供給配管40は分岐配管40a,40b,40cに分岐しており、分岐配管40aには上記Oガス供給源42が接続され、分岐配管40bには上記Arガス供給源43が接続され、分岐配管40cには上記Hガス供給源44が接続されている。また、分岐配管40aには流量制御器としてのマスフローコントローラ45およびその前後のバルブ46が介装されており、分岐配管40bには流量制御器としてのマスフローコントローラ47およびその前後のバルブ48が介装されており、分岐配管40cには流量制御器としてのマスフローコントローラ49およびその前後のバルブ50が介装されている。なお、希釈ガスやパージガスとしては、Arガスの代わりにNガス等の他の不活性ガスを用いることができる。 A valve 41 is provided in the gas supply pipe 40 connected to the second introduction path 12. The gas supply pipe 40 is branched into branch pipes 40a, 40b, and 40c. The O 2 gas supply source 42 is connected to the branch pipe 40a, and the Ar gas supply source 43 is connected to the branch pipe 40b. The H 2 gas supply source 44 is connected to the branch pipe 40c. The branch pipe 40a is provided with a mass flow controller 45 as a flow rate controller and its front and rear valves 46, and the branch pipe 40b is provided with a mass flow controller 47 as a flow rate controller and its front and rear valves 48. The branch pipe 40c is provided with a mass flow controller 49 as a flow rate controller and valves 50 before and after the mass flow controller 49. As the dilution gas and purge gas, other inert gas such as N 2 gas can be used instead of Ar gas.

上記ClFガス供給源53には、原料ガス送出配管36に至るクリーニングガス供給配管54が接続され、クリーニングガス供給配管54には流量制御器としてのマスフローコントローラ55およびその前後のバルブ56が介装されている。なお、クリーニングガスとしてはFガスやHFガス等の他のフッ素含有ガスを用いることができる。 The ClF 3 gas supply source 53 is connected to a cleaning gas supply pipe 54 leading to the raw material gas delivery pipe 36. The cleaning gas supply pipe 54 is provided with a mass flow controller 55 as a flow rate controller and valves 56 before and after the mass flow controller 55. Has been. As the cleaning gas, other fluorine-containing gases such as F 2 gas and HF gas can be used.

成膜原料として用いるルテニウム化合物は特に限定されず、従来用いられているものを用いることができるが、Ruに2個のβ−ジケトン、および、2個の、オルフェン、アミン、ニトリル、およびカルボニルから選ばれる基が配位した以下の(1)式の構造を有するルテニウム化合物が好適である。
ただし、R,Rは、トータルカーボン数が2〜5のアルキル基であり、Rはオルフェン、アミン、ニトリル、およびカルボニルから選ばれる基である。
The ruthenium compound used as a film-forming raw material is not particularly limited, and those conventionally used can be used. From Ru, two β-diketones, and two, orphene, amine, nitrile, and carbonyl. A ruthenium compound having the structure of the following formula (1) in which the selected group is coordinated is preferable.
R 1 and R 2 are alkyl groups having 2 to 5 total carbon atoms, and R 3 is a group selected from orphene, amine, nitrile, and carbonyl.

その他に、Ru(CP)、Ru(C、Ru(EtCp)、Ru(C−C等を用いることもできる。 Alternatively, it is also possible to use a Ru (CP) 2, Ru ( C 5 H 5) 2, Ru (EtCp) 2, Ru (C 5 H 4 -C 2 H 5) 2 and the like.

この成膜装置は、各構成部、具体的にはバルブ、電源、ヒーター、ポンプ等を制御する制御部60を有している。この制御部60は、マイクロプロセッサ(コンピュータ)を備えたプロセスコントローラ61と、ユーザーインターフェース62と、記憶部63とを有している。プロセスコントローラ61には成膜装置100の各構成部が電気的に接続されて制御される構成となっている。ユーザーインターフェース62は、プロセスコントローラ61に接続されており、オペレータが成膜装置の各構成部を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードや、成膜装置の各構成部の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなっている。記憶部63もプロセスコントローラ61に接続されており、この記憶部63には、成膜装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ61の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置100の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわち処理レシピや、各種データベース等が格納されている。処理レシピは記憶部63の中の記憶媒体63aに記憶されている。記憶媒体63aは、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、CDROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。   The film forming apparatus includes a control unit 60 that controls each component, specifically, a valve, a power source, a heater, a pump, and the like. The control unit 60 includes a process controller 61 including a microprocessor (computer), a user interface 62, and a storage unit 63. Each component of the film forming apparatus 100 is electrically connected to the process controller 61 and controlled. The user interface 62 is connected to the process controller 61 and visualizes the operation status of each component of the film forming apparatus and a keyboard on which an operator inputs commands to manage each component of the film forming apparatus. It consists of a display that displays it. The storage unit 63 is also connected to the process controller 61, and the storage unit 63 corresponds to a control program for realizing various processes executed by the film forming apparatus 100 under the control of the process controller 61 and processing conditions. A control program for causing each component of the film forming apparatus 100 to execute a predetermined process, that is, a process recipe, various databases, and the like are stored. The processing recipe is stored in the storage medium 63 a in the storage unit 63. The storage medium 63a may be a fixed medium such as a hard disk or a portable medium such as a CDROM, DVD, or flash memory. Moreover, you may make it transmit a recipe suitably from another apparatus via a dedicated line, for example.

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース62からの指示等にて所定の処理レシピを記憶部63から呼び出してプロセスコントローラ61に実行させることで、プロセスコントローラ61の制御下で、成膜装置100での所望の処理が行われる。   Then, if necessary, a predetermined processing recipe is called from the storage unit 63 by an instruction from the user interface 62 and is executed by the process controller 61, so that the film forming apparatus 100 can control the process controller 61. Desired processing is performed.

次に、以上のような成膜装置100により実施される本発明の一実施形態に係る酸化ルテニウム膜の成膜方法について説明する。   Next, a method for forming a ruthenium oxide film according to an embodiment of the present invention performed by the film forming apparatus 100 as described above will be described.

図2は、本実施形態に係る酸化ルテニウム膜の成膜方法を示すフローチャートである。本実施形態では、図2に示すように、成膜工程(工程1)、水素アニール工程(工程2)、クリーニング工程(工程3)が行われる。   FIG. 2 is a flowchart showing a ruthenium oxide film forming method according to this embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a film forming process (process 1), a hydrogen annealing process (process 2), and a cleaning process (process 3) are performed.

まず、工程1の成膜工程について説明する。
ゲートバルブ25を開け、搬送装置(図示せず)によりウエハWを、搬入出口24を介してチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する。
First, the film forming step of step 1 will be described.
The gate valve 25 is opened, and the wafer W is loaded into the chamber 1 through the loading / unloading port 24 by a transfer device (not shown) and placed on the susceptor 2.

次いで、チャンバー1内を排気装置23により排気してチャンバー1内を所定の圧力にし、サセプタ2を成膜温度、好ましくは200〜350℃の範囲の所定温度に加熱する。そして、ヒーター31aにより、例えば80〜200℃に加熱されている成膜原料タンク31にバブリング配管32からキャリアガスとしてArガスを所定の流量で供給し、成膜原料としてのルテニウム化合物をバブリングにより気化させ、原料ガス送出配管36、第1の導入路11、シャワーヘッド10を介してチャンバー1内へ供給する。また、還元ガスとしてのOガスをOガス供給源42から分岐配管40a、ガス供給配管40、第2の導入路12、シャワーヘッド10を介してチャンバー1内に供給する。 Next, the inside of the chamber 1 is evacuated by the exhaust device 23 to bring the inside of the chamber 1 to a predetermined pressure, and the susceptor 2 is heated to a film forming temperature, preferably a predetermined temperature in the range of 200 to 350 ° C. Then, Ar gas is supplied at a predetermined flow rate as a carrier gas from the bubbling pipe 32 to the film forming raw material tank 31 heated to, for example, 80 to 200 ° C. by the heater 31a, and the ruthenium compound as the film forming raw material is vaporized by bubbling. Then, the gas is supplied into the chamber 1 through the source gas delivery pipe 36, the first introduction path 11, and the shower head 10. Further, O 2 gas as a reducing gas is supplied from the O 2 gas supply source 42 into the chamber 1 through the branch pipe 40 a, the gas supply pipe 40, the second introduction path 12, and the shower head 10.

ルテニウム化合物ガスと還元ガスとしてのOガスがチャンバー1内に供給されることによって、サセプタ2により加熱されたウエハWの表面でこれらが反応して熱CVDによりウエハWに酸化ルテニウム膜(RuO膜)が成膜される。 By supplying ruthenium compound gas and O 2 gas as a reducing gas into the chamber 1, they react on the surface of the wafer W heated by the susceptor 2, and a ruthenium oxide film (RuO x) is formed on the wafer W by thermal CVD. Film) is formed.

上述したように、ルテニウム化合物は特に限定されず、従来用いられているものを用いることができるが、Ruに2個のβ−ジケトン、および、2個の、オルフェン、アミン、ニトリル、およびカルボニルから選ばれる基が配位した上記(1)式の構造を有するルテニウム化合物が好ましい。このルテニウム化合物は、常温で液体であり、蒸気圧が比較的低いため、気相供給が容易である。   As described above, the ruthenium compound is not particularly limited, and a conventionally used ruthenium compound can be used, and Ru is composed of two β-diketones and two olphens, amines, nitriles, and carbonyls. A ruthenium compound having the structure of the above formula (1) in which a selected group is coordinated is preferable. This ruthenium compound is liquid at room temperature and has a relatively low vapor pressure, so that it is easy to supply a gas phase.

上記(1)式の構造を有するルテニウム化合物とOガスを用いて酸化ルテニウム(RuO)膜を成膜する際には、チャンバー1内のO分圧またはOガス/Ru化合物ガス分圧比を調整すればよく、チャンバー1内のO分圧が5Torr(665Pa)以上またはOガス/Ru化合物ガス分圧比が20以上であることが好ましい。 When a ruthenium oxide (RuO x ) film is formed using the ruthenium compound having the structure of the above formula (1) and O 2 gas, the O 2 partial pressure or the O 2 gas / Ru compound gas content in the chamber 1 is used. The pressure ratio may be adjusted, and the O 2 partial pressure in the chamber 1 is preferably 5 Torr (665 Pa) or higher, or the O 2 gas / Ru compound gas partial pressure ratio is preferably 20 or higher.

上記(1)式の構造を有するルテニウム化合物は、Ruに配位しているオルフェン、アミン、ニトリル、カルボニルなどの基(配位子)が基板への吸着の妨げとなり難く、しかも比較的脱離しやすいため、RuがウエハWに吸着しやすい。このため、このルテニウム化合物を成膜原料として用い、還元ガスとしてOガスを用いてRuO膜を成膜することにより、インキュベーション時間が短くかつ高成膜レートで成膜可能であり、また50以上の高いアスペクト比の凹部への成膜が可能な良好なステップカバレッジを達成することができる。さらに、Oガスにより残余のβ−ジケトン(ジケトナート配位子)も分解しやすく、ウエハW上に速やかにRuO膜を形成することができるので、高い成膜速度を得ることができる。 In the ruthenium compound having the structure of the above formula (1), groups (ligands) such as orphene, amine, nitrile, and carbonyl coordinated to Ru are unlikely to interfere with adsorption to the substrate, and are relatively eliminated. Since it is easy, Ru is easily adsorbed to the wafer W. Therefore, by using this ruthenium compound as a film forming raw material and forming a RuO x film using O 2 gas as a reducing gas, it is possible to form a film at a high film formation rate with a short incubation time. It is possible to achieve good step coverage capable of forming a film in a recess having a high aspect ratio. Further, the remaining β-diketone (diketonate ligand) is easily decomposed by the O 2 gas, and a RuO x film can be quickly formed on the wafer W, so that a high film formation rate can be obtained.

上記(1)式の構造を有するルテニウム化合物を成膜原料として用い、還元ガスとしてOガスを用いてRuO膜を成膜するこのときのチャンバー1内の圧力は5〜100Torr(665〜13330Pa)が好ましく、キャリアガス流量は100〜500mL/min(sccm)(ルテニウム化合物0.5〜14.6mL/min(sccm)相当)が好ましく、還元ガスであるOガス流量は25〜500mL/min(sccm)が好ましい。 The ruthenium compound having the structure of the above formula (1) is used as a film forming raw material, and a RuO x film is formed using O 2 gas as a reducing gas. The pressure in the chamber 1 at this time is 5 to 100 Torr (665 to 13330 Pa). The carrier gas flow rate is preferably 100 to 500 mL / min (sccm) (corresponding to a ruthenium compound 0.5 to 14.6 mL / min (sccm)), and the O 2 gas flow rate as the reducing gas is 25 to 500 mL / min. (Sccm) is preferred.

上記ルテニウム化合物において、β−ジケトンとしては、2,4−ヘキサンジオン、5−メチル−2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、5−メチル−2,4−ヘプタンジオン、6−メチル−2,4−ヘプタンジオン、および2,4−オクタンジオンのいずれかを用いることができる。   In the ruthenium compound, β-diketones include 2,4-hexanedione, 5-methyl-2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 5-methyl-2,4-heptanedione, 6-methyl. Either -2,4-heptanedione or 2,4-octanedione can be used.

また、上記(1)式の構造のルテニウム化合物において、Rがカルボニルである以下の(2)式の構造を有するものが好ましい。分子量の小さいカルボニルはほとんどウエハWへの吸着の障害にならず、しかもRの基の中では特に脱離しやすいため、ウエハWへの吸着性が極めて高い。このため、インキュベーション時間の短縮する効果およびステップカバレッジを高める効果を一層有効に発揮することができる。
In addition, in the ruthenium compound having the structure of the above formula (1), those having the following structure of the formula (2) in which R 3 is carbonyl are preferable. The carbonyl having a small molecular weight hardly interferes with the adsorption to the wafer W, and is particularly easily desorbed in the R 3 group, so that the adsorptivity to the wafer W is extremely high. For this reason, the effect which shortens incubation time and the effect which improves step coverage can be exhibited more effectively.

このようなRu化合物としては、例えば組成式がC1622Ruである以下の(3)式の構造を有する化合物を好適な例として挙げることができる。
As such a Ru compound, for example, a compound having a structure of the following formula (3) whose composition formula is C 16 H 22 O 6 Ru can be given as a suitable example.

RuO膜の成膜に際しては、上述のようにルテニウム化合物ガスとOガスとを同時に供給する他、図3に示すように、ルテニウム化合物ガスと還元ガスであるOガスとを、パージを挟んで交互に供給するALD的手法を用いることもできる。パージにはArガス供給源43からのArガスを用いることができる。また、Arガス供給源33からバブリング配管32、バイパス配管51および原料ガス送出配管36を介してArガスを供給することもできるし、これら両方を用いることもできる。このALD的手法により、低い成膜温度でより不純物の少ないRuO膜を得ることができる。 In forming the RuO x film, in addition to supplying the ruthenium compound gas and the O 2 gas simultaneously as described above, the ruthenium compound gas and the reducing gas O 2 gas are purged as shown in FIG. It is also possible to use an ALD-like method of alternately supplying with sandwiching. Ar gas from an Ar gas supply source 43 can be used for purging. Further, Ar gas can be supplied from the Ar gas supply source 33 through the bubbling pipe 32, the bypass pipe 51, and the raw material gas delivery pipe 36, or both of them can be used. By this ALD method, a RuO x film with less impurities can be obtained at a low film formation temperature.

以上のようにしてRuO膜を成膜した後、Ru化合物ガスおよびOガスの供給を停止するとともに、排気装置23の真空ポンプを引き切り状態とし、Arガス供給源43および33からチャンバー1内にArガスを供給してチャンバー1内をパージする。そして、パージ工程が終了後、ゲートバルブ25を開け、図示しない搬送装置により、搬入出口24を介してウエハWを搬出する。これにより、1枚のウエハWの成膜処理が終了する。 After forming the RuO x film as described above, the supply of the Ru compound gas and the O 2 gas is stopped, the vacuum pump of the exhaust device 23 is turned off, and the chamber 1 is supplied from the Ar gas supply sources 43 and 33. Ar gas is supplied into the chamber to purge the chamber 1. Then, after the purge process is completed, the gate valve 25 is opened, and the wafer W is unloaded through the loading / unloading port 24 by a transfer device (not shown). Thereby, the film forming process for one wafer W is completed.

このような工程1の成膜工程を所定枚のウエハに対して行った後、工程3のクリーニング工程に先立って工程2の水素アニール工程を行う。
水素アニール工程においては、チャンバー1内にウエハが存在しない状態で、ヒーター5によりチャンバー1内を所定温度に加熱しつつ、チャンバー1内を所定の圧力にし、Hガス供給源44からチャンバー1内にHガスを導入し、チャンバー1内の水素アニールを行う。
After performing the film forming step of step 1 on a predetermined number of wafers, the hydrogen annealing step of step 2 is performed prior to the cleaning step of step 3.
In the hydrogen annealing process, the chamber 1 is heated to a predetermined temperature by the heater 5 while the wafer 1 is not present in the chamber 1, and the chamber 1 is set to a predetermined pressure, and the H 2 gas supply source 44 supplies the inside of the chamber 1. H 2 gas is introduced into the chamber 1 and hydrogen annealing in the chamber 1 is performed.

この際の温度は120〜300℃であることが好ましい。水素アニールの温度が120℃より低いとRuOが十分に還元されない。水素アニールの温度は、連続して行われるクリーニングと同じ温度で行うことが好ましい。これによりクリーニングの際に温度を変更することが不要となるので効率を良くすることができる。また、チャンバー1内の圧力は50〜90Torr(6665〜11997Pa)が好ましく、Hガス流量は1000〜5000mL/min(sccm)が好ましい。 The temperature at this time is preferably 120 to 300 ° C. When the temperature of hydrogen annealing is lower than 120 ° C., RuO x is not sufficiently reduced. The temperature of hydrogen annealing is preferably the same as the cleaning performed continuously. As a result, it is not necessary to change the temperature during cleaning, and the efficiency can be improved. The pressure in the chamber 1 is preferably 50 to 90 Torr (6665 to 11997 Pa), and the H 2 gas flow rate is preferably 1000 to 5000 mL / min (sccm).

成膜によりチャンバー1の内壁やシャワーヘッド10等には主に酸化ルテニウム(RuO)からなる反応生成物が付着しており、これをクリーニングにより除去するのであるが、本実施形態では、クリーニングガスとして一般的にCVDチャンバーのクリーニングガスとして用いられているClFガスに代表されるフッ素含有ガスを用いることを前提としている。しかし、反応生成物の主成分であるRuOはClFガスとの反応性が小さいため、エッチングレートが小さく、クリーニングに長時間を要しスループットが低下してしまう。これに対してRuはClFガスとの反応性が大きく、エッチングレートが大きいことが判明した。図4は、200℃、250℃、300℃において、RuO膜とRu膜とをClFでエッチングしたときのエッチングレートを示す図であるが、この図に示すように、Ru膜のエッチングレートはRuO膜のエッチングレートの3倍程度である。 The reaction product mainly composed of ruthenium oxide (RuO x ) adheres to the inner wall of the chamber 1 and the shower head 10 by the film formation, and this is removed by cleaning. In this embodiment, the cleaning gas Assuming that a fluorine-containing gas typified by ClF 3 gas, which is generally used as a cleaning gas for a CVD chamber, is used. However, RuO x, which is the main component of the reaction product, has a low reactivity with ClF 3 gas, so the etching rate is low, and it takes a long time for cleaning, resulting in a decrease in throughput. In contrast, Ru was found to have a high reactivity with ClF 3 gas and a high etching rate. FIG. 4 is a diagram showing an etching rate when the RuO 2 film and the Ru film are etched with ClF 3 at 200 ° C., 250 ° C., and 300 ° C. As shown in FIG. Is about three times the etching rate of the RuO 2 film.

そこで、本実施形態では、クリーニング工程に先立って、水素アニールにより反応生成物の主成分である酸化ルテニウム(RuO)を金属ルテニウム(Ru)に還元し、ClFガス等によるクリーニングを短時間で行えるようにする。 Therefore, in this embodiment, prior to the cleaning process, ruthenium oxide (RuO x ), which is a main component of the reaction product, is reduced to metal ruthenium (Ru) by hydrogen annealing, and cleaning with ClF 3 gas or the like is performed in a short time. Make it possible.

水素アニールにより典型的な酸化ルテニウムであるRuOをRuに還元できることは、本発明者らの実験で確認された。 It was confirmed by experiments by the present inventors that RuO 2 which is a typical ruthenium oxide can be reduced to Ru by hydrogen annealing.

以下、その実験結果について説明する。
図5は、評価用基板上にRuO膜を形成したまま(as depo.)、および成膜後に温度を120℃、150℃、200℃と変化させて水素アニールを行った際の評価用基板の表面状態(モフォロジー)を示す図である。また、図6は、評価用基板上にRuO膜を形成した後に水素アニールを120℃で行った場合および226℃で行った場合におけるX線回折パターンを示す図である。
Hereinafter, the experimental result will be described.
FIG. 5 shows an evaluation substrate when hydrogen annealing is performed with the RuO 2 film formed on the evaluation substrate (as depo.) And after the film formation, the temperature is changed to 120 ° C., 150 ° C., and 200 ° C. It is a figure which shows the surface state (morphology). FIG. 6 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern when hydrogen annealing is performed at 120 ° C. after the RuO 2 film is formed on the evaluation substrate and at 226 ° C.

図5に示すように、水素アニールにより、評価用基板の表面状体が粉状となることが確認された。また、図6のX線回折パターンに示すように、水素アニール温度が120℃では若干RuOが残っているもののほぼRuに還元されており、226℃では完全にRuに還元されていることが確認された。 As shown in FIG. 5, it was confirmed that the surface of the evaluation substrate became powdery by hydrogen annealing. In addition, as shown in the X-ray diffraction pattern of FIG. 6, when the hydrogen annealing temperature is 120 ° C., some RuO 2 remains, but it is reduced to almost Ru, and at 226 ° C., it is completely reduced to Ru. confirmed.

水素アニールにより表面が粉状になったのは、RuOの格子定数がRuの約2倍であり、RuOからRuに還元される際に体積が約半分になるため、その際の収縮によるものと考えられる。このように粉状のRuが生成されることによりRu膜よりもさらにエッチングされやすくなり、クリーニングの際にさらに大きなエッチングレートが得られることが期待される。 The surface became powdery by hydrogen annealing because the lattice constant of RuO 2 is about twice that of Ru, and the volume is reduced to about half when reduced from RuO 2 to Ru. It is considered a thing. The generation of powdery Ru makes it easier to etch than the Ru film, and it is expected that a higher etching rate can be obtained during cleaning.

このように、工程2では、ClFガスによるクリーニングに先立って水素アニールを行うことにより、主にRuOからなる反応生成物を還元し、主にRuからなる還元生成物に変化させることにより、クリーニング工程を短時間で行えるようにするのである。 As described above, in Step 2, by performing hydrogen annealing prior to cleaning with ClF 3 gas, the reaction product mainly composed of RuO x is reduced and changed into the reduction product mainly composed of Ru. The cleaning process can be performed in a short time.

工程3のクリーニング工程は、工程2の水素アニール工程に引き続き行われる。
クリーニング工程においては、工程2に引き続きチャンバー1内にウエハが存在しない状態で、ヒーター5によりチャンバー1内を所定温度に加熱しつつ、チャンバー1内を所定の圧力にした状態で、ClFガス供給源53からチャンバー1内にクリーニングガスであるClFガスを導入し、チャンバー1内のクリーニングを行う。これにより、水素アニールにより主にRuOxからなる反応生成物が還元されて生成された、主にRuからなる還元生成物が、ClFガスによりエッチングされて除去される。
The cleaning process in step 3 is performed subsequent to the hydrogen annealing step in step 2.
In the cleaning process, the ClF 3 gas supply is performed in a state in which the wafer 1 is heated to a predetermined temperature by the heater 5 while the chamber 1 is at a predetermined pressure while the wafer 1 is not present in the chamber 1 following the process 2. A cleaning gas ClF 3 gas is introduced from the source 53 into the chamber 1 to clean the inside of the chamber 1. As a result, the reduction product mainly made of Ru produced by reduction of the reaction product mainly made of RuOx by hydrogen annealing is etched and removed by the ClF 3 gas.

この際の温度は180〜300℃であることが好ましい。クリーニングの温度が180℃より低いと主にRuからなる還元生成物を十分にエッチングできず、300℃を超えるとクリーニングガスにより処理容器内の部材の腐食が問題となる。また、チャンバー1内の圧力は5〜50Torr(666.5〜6665Pa)が好ましく、ClFガス流量は100〜500mL/min(sccm)が好ましい。 The temperature at this time is preferably 180 to 300 ° C. If the cleaning temperature is lower than 180 ° C., the reduction product mainly composed of Ru cannot be sufficiently etched, and if it exceeds 300 ° C., corrosion of members in the processing container becomes a problem due to the cleaning gas. The pressure in the chamber 1 is preferably 5 to 50 Torr (666.5 to 6665 Pa), and the ClF 3 gas flow rate is preferably 100 to 500 mL / min (sccm).

上述したように、還元生成物であるRuは本質的にRuOよりもClFによるエッチングレートが高く、しかも還元により還元生成物であるRuが粉化するため、クリーニング時間を極めて短くすることができる。また、ClFによるクリーニングはチャンバー1を加熱しながらClFガスを流すだけであるので、オゾンを用いる場合のように装置コストが高くなることがない。 As described above, Ru, which is a reduction product, essentially has a higher etching rate with ClF 3 than RuO x , and the reduction product, Ru, is pulverized, so that the cleaning time can be extremely shortened. it can. Moreover, since cleaning by ClF 3 is only flowing a ClF 3 gas while heating the chamber 1, never device cost becomes high as in the case of using the ozone.

なお、クリーニングガスとしてはClFガスのみならず、ClFガスの代わりにFガスやHFガスを用いることができ、ClFガス、Fガス、HFガスの1種以上とすることができる。FガスやHFガスはClFガスと類似した反応性を有することが知られており、FガスやHFガスの場合にも、ClFガスと同様、RuOに対するエッチングレートは低いが、Ruに対するエッチングレートは高い。 As the cleaning gas not only ClF 3 gas, can be used F 2 gas or HF gas instead of ClF 3 gas may be a ClF 3 gas, F 2 gas, one or more of HF gas . F 2 gas and HF gas are known to have reactivity similar to ClF 3 gas, and F 2 gas and HF gas also have a low etching rate for RuO x , as with ClF 3 gas. The etching rate for Ru is high.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、成膜の際に、主に上記(1)式のルテニウム化合物とOガスとを用いてRuO膜を成膜する例を示したが、これに限るものではなく、CVD法(ALD法を含む)でRuO膜を成膜する全ての場合に適用可能である。また、本実施形態の装置構成および処理条件は例示に過ぎず、これらに限定されるものではない。さらに、被処理基板は半導体ウエハに限定されず、LCD(液晶ディスプレイ)用基板に代表されるFPD(フラットパネルディスプレイ)基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。 The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, an example in which a RuO 2 film is formed mainly using the ruthenium compound of the above formula (1) and O 2 gas at the time of film formation has been shown. Instead, the present invention can be applied to all cases where a RuO 2 film is formed by a CVD method (including an ALD method). Further, the apparatus configuration and processing conditions of the present embodiment are merely examples, and are not limited to these. Furthermore, the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be another substrate such as an FPD (flat panel display) substrate typified by an LCD (liquid crystal display) substrate or a ceramic substrate.

1;チャンバー
2;サセプタ
5;ヒーター
10;シャワーヘッド
30;ガス供給機構
31;成膜原料タンク
42;Oガス供給源
44;Hガス供給源
53;ClFガス供給源
60;制御部
61;プロセスコントローラ
63;記憶部
100;成膜装置
W;半導体ウエハ
1; chamber 2; susceptor 5; heater 10, showerhead to 30; the gas supply mechanism 31; film forming material tank 42; O 2 gas supply source 44; H 2 gas source 53; ClF 3 gas supply source 60; controller 61 Process controller 63; storage unit 100; film forming apparatus W; semiconductor wafer

Claims (11)

処理容器内に基板を収容し、ルテニウム化合物を気相状態で基板上に供給し、かつ酸素ガスを基板上に供給して、前記ルテニウム化合物のガスと酸素ガスとの反応により基板上に酸化ルテニウム膜を成膜する工程と、
前記処理容器内から基板を搬出し、前記処理容器内に水素ガスを導入して前記処理容器内を水素アニールする工程と、
前記水素アニール後の前記処理容器内にクリーニングガスとして、ClFガス、Fガス、およびHFガスの1種以上を導入して、前記処理容器内をクリーニングする工程と
を有することを特徴とする酸化ルテニウム膜の成膜方法。
A substrate is accommodated in a processing container, a ruthenium compound is supplied onto the substrate in a gas phase state, and oxygen gas is supplied onto the substrate, and ruthenium oxide is formed on the substrate by a reaction between the ruthenium compound gas and oxygen gas. Forming a film;
Unloading the substrate from within the processing vessel, introducing hydrogen gas into the processing vessel, and annealing the inside of the processing vessel; and
And a step of introducing at least one of ClF 3 gas, F 2 gas, and HF gas as a cleaning gas into the processing vessel after the hydrogen annealing to clean the inside of the processing vessel. A method for forming a ruthenium oxide film.
前記ルテニウム化合物は、Ruに2個のβ−ジケトン、および、2個の、オルフェン、アミン、ニトリル、およびカルボニルから選ばれる基が配位した以下の(1)式の構造を有することを特徴とする請求項1に記載の酸化ルテニウム膜の成膜方法。
ただし、R,Rは、トータルカーボン数が2〜5のアルキル基であり、Rはオルフェン基、アミン基、ニトリル基、およびカルボニル基から選ばれる基である。
The ruthenium compound has a structure of the following formula (1) in which two β-diketones and two groups selected from orphene, amine, nitrile, and carbonyl are coordinated to Ru. The method for forming a ruthenium oxide film according to claim 1.
However, R 1 and R 2 are alkyl groups having 2 to 5 total carbon atoms, and R 3 is a group selected from an orphen group, an amine group, a nitrile group, and a carbonyl group.
前記水素アニールする工程は、前記処理容器内の温度を120〜300℃にして行われることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の酸化ルテニウム膜の成膜方法。   The method for forming a ruthenium oxide film according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen annealing step is performed at a temperature in the processing vessel of 120 to 300 ° C. 前記クリーニングする工程は、前記処理容器内の温度を180〜300℃にして行われることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の酸化ルテニウム膜の成膜方法。   4. The method for forming a ruthenium oxide film according to claim 1, wherein the cleaning step is performed at a temperature in the processing container of 180 to 300 ° C. 5. 前記水素アニールにより、前記処理容器内に生成された主に酸化ルテニウムからなる反応生成物が還元されて、主に金属ルテニウムからなる還元生成物になることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の酸化ルテニウム膜の成膜方法。   5. The reaction product mainly composed of ruthenium oxide produced in the processing vessel is reduced by the hydrogen annealing to become a reduction product mainly composed of metal ruthenium. The method for forming a ruthenium oxide film according to any one of the above. 処理容器内に基板を収容し、ルテニウム化合物を気相状態で基板上に供給し、かつ酸素ガスを基板上に供給して、前記ルテニウム化合物のガスと酸素ガスとの反応により基板上に酸化ルテニウム膜を成膜する成膜処理を行った後、前記処理容器のクリーニングを行う酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法であって、
前記成膜処理後、前記処理容器内に基板が存在しない状態で、前記処理容器内に水素ガスを導入して前記処理容器内を水素アニールし、
その後前記処理容器内にクリーニングガスとして、ClFガス、Fガス、およびHFガスの1種以上を導入して、前記処理容器内をクリーニングすることを特徴とする酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法。
A substrate is accommodated in a processing container, a ruthenium compound is supplied onto the substrate in a gas phase state, and oxygen gas is supplied onto the substrate, and ruthenium oxide is formed on the substrate by a reaction between the ruthenium compound gas and oxygen gas. A ruthenium oxide film deposition processing container cleaning method for cleaning a processing container after performing a film forming process for forming a film,
After the film formation process, in the state where the substrate is not present in the processing container, hydrogen gas is introduced into the processing container to anneal the inside of the processing container,
Thereafter, at least one of ClF 3 gas, F 2 gas, and HF gas is introduced into the processing container as a cleaning gas to clean the inside of the processing container. Cleaning method.
前記ルテニウム化合物は、Ruに2個のβ−ジケトン、および、2個の、オルフェン、アミン、ニトリル、およびカルボニルから選ばれる基が配位した以下の(1)式の構造を有することを特徴とする請求項6に記載の酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法。
ただし、R,Rは、トータルカーボン数が2〜5のアルキル基であり、Rはオルフェン基、アミン基、ニトリル基、およびカルボニル基から選ばれる基である。
The ruthenium compound has a structure of the following formula (1) in which two β-diketones and two groups selected from orphene, amine, nitrile, and carbonyl are coordinated to Ru. A method for cleaning a processing container for forming a ruthenium oxide film according to claim 6.
However, R 1 and R 2 are alkyl groups having 2 to 5 total carbon atoms, and R 3 is a group selected from an orphen group, an amine group, a nitrile group, and a carbonyl group.
前記水素アニールは、前記処理容器内の温度を120〜300℃にして行われることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法。   The method for cleaning a ruthenium oxide film deposition processing container according to claim 6 or 7, wherein the hydrogen annealing is performed at a temperature in the processing container of 120 to 300 ° C. 前記クリーニングは、前記処理容器内の温度を180〜300℃にして行われることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法。   9. The cleaning method for a ruthenium oxide film-forming treatment container according to claim 6, wherein the cleaning is performed at a temperature of 180 to 300 ° C. in the treatment container. 10. . 前記水素アニールにより、前記処理容器内に生成された主に酸化ルテニウムからなる反応生成物が還元されて、主に金属ルテニウムからなる還元生成物になることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の酸化ルテニウム膜成膜用処理容器のクリーニング方法。   The reaction product mainly composed of ruthenium oxide produced in the processing vessel is reduced by the hydrogen annealing to become a reduction product mainly composed of metal ruthenium. The method for cleaning a processing container for ruthenium oxide film formation according to any one of the above. コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項1から請求項5のいずれかの酸化ルテニウム膜の成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。   A storage medium that operates on a computer and stores a program for controlling a film forming apparatus, wherein the program is executed when the ruthenium oxide film is formed according to any one of claims 1 to 5. A storage medium that causes a computer to control the film formation apparatus.
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