(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板よりなる被処理体の表面に形成されている溝を含むホールを埋め込む埋め込み方法において、前記被処理体の表面にチタン金属膜を形成するチタン膜形成工程と、前記チタン金属膜の表面を、チタン塩化物ガスをエッチングガスとして下地と化合した部分を除いて前記チタン金属膜が残留するように所定の厚さだけ略均一に除去するエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、残留する前記チタン金属膜を窒化処理する窒化工程と、を有することを特徴とする埋め込み方法。
【請求項２】
前記被処理体の表面にチタン窒化膜を形成するチタン窒化膜形成工程と、前記被処理体の表面に、前記ホール内を埋め込むようにして配線層を形成する配線層形成工程とを有することを特徴とする請求項１記載の埋め込み方法。
【請求項３】
前記チタン窒化膜形成工程は熱ＣＶＤで行われることを特徴とする請求項２記載の埋め込み方法。
【請求項４】
前記チタン膜形成工程はプラズマＣＶＤで行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の埋め込み方法。
【請求項５】
前記チタン膜形成工程と前記エッチング工程は、同一の処理装置で行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の埋め込み方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板などの表面に形成されているチタン金属を選択的に除去するようにした埋め込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜とパターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望の素子を形成するようになっている。
ところで、各素子間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを図る配線層の下層には、基板のＳｉと配線材料との相互拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止する目的でバリヤメタルが用いられるが、このバリヤメタルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食性に優れた材料を用いなければならない。このような要請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、ＴｉＮ膜が多用される傾向にある。
【０００３】
ＴｉＮ膜のバリヤメタルを形成するには、一般的には非常に薄いＴｉ膜をプラズマＣＶＤにより成膜し、これを窒化処理して、更にＴｉＮ膜を熱ＣＶＤで成膜するようになっている。上記Ｔｉ膜は、原料ガスとしてＴｉＣｌ4 （四塩化チタン）ガスと水素ガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜される。
ここで、シリコン基板表面の素子にコンタクトを図る時の工程と、いわゆるサリサイドプロセスの工程の従来の方法について説明する。
【０００４】
図５はシリコン基板の表面のトランジスタのソース領域或いはドレイン領域等へのコンタクト部分を示す拡大断面図である。図中、Ｗは例えばシリコン基板よりなる被処理体であり、このシリコン面の表面に部分的に例えばリンドープの拡散層２が形成されており、トランジスタのドレインやソースなどが多数形成されている。図示例においては、代表的に１つのみ記す。
シリコン基板Ｗの全面には、例えばＳｉＯ2 よりなる層間絶縁膜４が形成されており、この層間絶縁膜４の、上記拡散層２に対応する部分にコンタクトホール５を形成し、このホール５を導電性材料により埋め込むことにより拡散層２との電気的接続を図るようになっている（図５（Ａ））。
【０００５】
具体的には、まず、図５（Ｂ）に示すようにこのコンタクトホール５内の底面を含めて基板表面全面に、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスの存在下にて非常に薄いＴｉ（チタン）金属膜６をプラズマＣＶＤにより形成する。この時のプロセス温度は、例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は例えば６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。
この場合、コンタクトホール５の底面に堆積したＴｉ金属膜は、下地の拡散層２のシリコンと直ちに反応してＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）膜８となり、目的とするＴｉＳｉｘ膜８を形成することができる。
【０００６】
次に、図５（Ｃ）に示すように、アンモニアガスと水素ガスの存在下において、プラズマにより上記Ｔｉ金属膜６を窒化処理し、ＴｉＮ膜９に変える。この処理の目的は、Ｔｉ金属膜６を窒化することにより、この膜を剥がれ難くするためである。この時のプロセス温度は、例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。次に、図５（Ｄ）に示すようにＴｉＣｌ4 ガスとアンモニアガスの存在下にて熱ＣＶＤにより上記コンタクトホール５内の側壁も含めて全面にバリヤメタルとして第２のＴｉＮ膜１０を形成する。この時のプロセス温度は、例えば５８０℃程度、プロセス圧力は、例えば４０Ｐａ（≒３００ｍＴｏｒｒ）程度である。またＴｉＣｌ4 の流量は３０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ3 ガスの流量は４００ｓｃｃｍ程度である。
【０００７】
そして、次に、図５（Ｅ）に示すように、例えばタングステンよりなる導電性材料によりコンタクトホール５内を埋め込んで全面に配線層１２を形成することになる。尚、この配線層１２は、その後、パターンエッチングされる。
また、図６は一般的なサリサイド工程を説明する説明図である。このサリサイド工程は、ゲート電極とソース領域とドレイン領域のバリヤメタルの一部を同時に形成する方法である。図６（Ａ）に示すようにシリコン基板Ｗの表面には例えばリンドープされたポリシリコンのソース領域２０とドレイン領域２２とが形成されており、このソース領域２０とドレイン領域２２との間には、ＳｉＯ2 よりなるゲート酸化膜２４を介して、例えばリンドープのポリシリコン膜よりなるゲート電極２６が層間絶縁膜２８に囲まれて設けられている。
【０００８】
まず、図６（Ｂ）に示すように、基板表面全面に、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスの存在下にて非常に薄いＴｉ金属膜３０をプラズマＣＶＤにより形成する。この時のプロセス条件は、図５（Ｂ）にて説明したと同様に、プロセス温度は例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は例えば６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。
この場合、ゲート電極２６上、ソース領域２０上及びドレイン領域２２上に堆積したチタン金属膜は、下地のポリシリコン層中のシリコンと直ちに反応してＴｉＳｉｘ膜３２となる。
次に、図６（Ｃ）に示すように、アンモニアガスと水素ガスの存在下においてプラズマにより上記Ｔｉ膜３０を窒化処理し、ＴｉＮ膜３４に変える。この時のプロセス条件は、先の図５（Ｃ）の場合と同様に、プロセス温度は例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は例えば６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。
【０００９】
次に、図６（Ｄ）に示すように、アンモニア過酸化水素水を用いてウェットエッチングを行ない、先に反応して形成されたＴｉＳｉｘ膜３２を残してＴｉＮ膜３４のみを選択的に除去する。
次に、図６（Ｅ）に示すようにシリコン基板の表面全体に例えばＳｉＯ2 よりなる絶縁層３７を表面全体が埋まるように形成する。次に、図６（Ｆ）に示すようにソース領域２０、ドレイン領域２２及びゲート電極領域に対応して設けたそれぞれのＴｉＳｉｘ膜３２に向けて、上記絶縁層３７を選択的にエッチングしてコンタクトホール３８を形成する。
そして、次に、図６（Ｇ）に示すように、ＴｉＣｌ4 ガスとアンモニアガスの存在下にて熱ＣＶＤにより基板の表面全体にバリヤメタルとしての第２のＴｉＮ膜３５を形成する。この場合、上記各コンタクトホール３８の内側面及び底面にも第２のＴｉＮ膜３５を堆積させる。この時のプロセス条件は、先の図５（Ｄ）と同様に、プロセス温度は例えば５８０℃程度、プロセス圧力は例えば４０Ｐａ（≒３００ｍＴｏｒｒ）程度である。
そして、次に図６（Ｇ）に示すように、例えばタングステンよりなる導電性材料により全面に配線層３６を形成する。この時、同時に上記各コンタクトホール３８内も埋め込まれる。尚、この配線層３６やＴｉＮ膜３５はその後、パターンエッチングされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５に示す工程にあっては、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すようにＴｉ膜６を窒化処理することによりＴｉＮ膜９に変えて、剥がれなどが生じ難いようにこの部分の密着性を向上させているが、コンタクトホール５の底面に所望の厚さのＴｉＳｉｘ膜８を堆積させるためには成膜時間が長くなってこのＴｉ膜６がかなり厚くなる傾向にある。このような状況下において、膜剥離を防止する上からは上記Ｔｉ膜６を完全に窒化する必要があるが、上述のようにこのＴｉ膜６が厚くなり過ぎると、例えば完全窒化するにはＴｉ膜の厚さの略２乗に比例して時間がかかることから完全窒化するまでに多大な時間がかかり、スループットを低下させる、という問題があった。
【００１１】
また、高微細化及び高集積化が推進されて、今日のように集積回路設計上のデザインルールがより厳しくなると、例えばコンタクトホール５の開口幅もより小さくなってきている。このような状況下において、図５（Ｂ）に示すようにＴｉ膜６を形成した場合、コンタクトホール５の開口部にせり出してくるような形状で、Ｔｉ膜６のオーバーハング部６Ａが発生してこれが開口面積を挟めるように作用してしまう。この結果、後工程で行なわれる配線層１２の形成時にコンタクトホール５の埋め込み部分に、図５（Ｅ）に示すようにボイド１４が発生する、といった問題もあった。
また、図６に示すサリサイド工程の場合には、全体として工程数をかなり要してしまうといった問題もある。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、チタン金属をドライエッチングにより選択的に除去することにより、スループットの向上を図ることができる埋め込み方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の関連技術は、被処理体の表面に形成されているチタン金属をエッチングにより選択的に除去するエッチング方法において、チタン塩化物ガスをエッチングガスとして用いる。これにより、チタン金属を効率的に選択的にドライエッチングすることが可能となる。
この場合、前記チタン塩化物は、ＴｉＣｌ４ を用いることができる。
【００１３】
請求項１に規定する発明は、シリコン基板よりなる被処理体の表面に形成されている溝を含むホールを埋め込む埋め込み方法において、前記被処理体の表面にチタン金属膜を形成するチタン膜形成工程と、前記チタン金属膜の表面を、チタン塩化物ガスをエッチングガスとして下地と化合した部分を除いて前記チタン金属膜が残留するように所定の厚さだけ略均一に除去するエッチング工程と、前記エッチング工程の後に、残留する前記チタン金属膜を窒化処理する窒化工程と、を有するようにしたものである。
このように、チタン金属膜を、下地と化合した部分を除いて所定の厚さだけ略均一にドライエッチングにより除去してその後に残留するチタン金属膜を窒化処理するようにしたので、例えば残留するチタン金属膜を所望する厚さまで薄くすることができる。従って、この残留するチタン金属膜を完全に窒化処理するための時間を大幅に短くでき、従って、埋め込み工程全体のスループットを向上させることが可能となる。
この場合、例えば更に請求項２に規定するように、前記被処理体の表面にチタン窒化膜を形成するチタン窒化膜形成工程と、前記被処理体の表面に、前記ホール内を埋め込むようにして配線層を形成する配線層形成工程とを有する。
また、例えば請求項３に規定するように、前記チタン窒化膜形成工程は熱ＣＶＤで行われる。
また、例えば請求項４に規定するように、前記チタン膜形成工程はプラズマＣＶＤで行われる。
また、例えば請求項５に規定するように、前記チタン膜形成工程と前記エッチング工程は、同一の処理装置で行われる。
【００１４】
本発明の関連技術は、シリコン基板よりなる被処理体の表面に形成されている溝を含むホールを埋め込む埋め込み方法において、前記被処理体の表面にチタン金属膜を形成するチタン膜形成工程と、前記チタン金属膜の表面を、チタン塩化物ガスをエッチングガスとして下地と化合した部分を除いて全て除去するエッチング工程とを有するようにしたものである。
これによれば、チタン金属膜を、下地と化合した部分を除いて全てドライエッチングにより除去するようにしたので、後工程のチタン膜の窒化処理を行なう必要がなくなって、その分、スループットを向上させることができるのみならず、特に、配線用の溝等を含むホールの径が小さくても、この径がチタン金属膜のオーバーハング部分によってより小さくなることを防止することもできる。
この場合、前記エッチング工程の後に、前記被処理体の表面にチタン窒化膜を形成するチタン窒化膜形成工程と、前記被処理体の表面に、前記ホール内を埋め込むようにして配線層を形成する配線層形成工程とを有するようにしてもよい。
【００１５】
本発明の関連技術は、表面にゲート電極とソース領域とドレイン領域が形成されている被処理体に配線層を形成する配線層形成方法において、前記被処理体の表面にチタン金属膜を形成するチタン膜形成工程と、前記チタン金属膜の表面を、チタン塩化物ガスをエッチングガスとして下地と化合した部分を除いて全て除去するエッチング工程とを有するようにしたものである。
このように、チタン金属膜を、この下地と化合した部分を除いて完全に除去するようにしたので、その後の窒化処理を不要にでき、その分、スループットを向上させることが可能となる。
この場合、前記エッチング工程の後に、前記被処理体の表面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の所定の位置にコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、前記被処理体の表面にチタン窒化膜を形成するチタン窒化膜形成工程と、前記被処理体の表面に配線層を形成する配線層形成工程とを有するようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る埋め込み方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
本発明のエッチング方法は、例えばシリコン基板等の被処理体の表面に形成されているチタン金属をエッチングにより選択的に除去するエッチング方法において、チタン塩化物ガスをエッチングガスとして用いた点にある。この場合、チタン塩化物としては、例えばＴｉＣｌ４ を用いることができる。
また、本発明の特徴は、チタン金属（膜）の成膜とこのエッチングを例えば同一の処理装置内で連続的に行なうようにした点である。また、必要に応じて、この処理装置内において熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜（チタンナイトライド膜）も成膜することができる。
【００１７】
まず、チタン金属膜の成膜とこのエッチングを連続的に行なう処理装置について説明する。
図１は本発明方法の全部或いは一部を実施する処理装置を示す構成図である。図示するように、処理装置４０は、例えばステンレススチール等により円筒体状に成形された処理容器４２を有しており、この処理容器４２は接地されている。この処理容器４２の底部４４には、容器内の雰囲気を排出するための排気口４６が設けられており、この排気口４６には真空引きポンプ４８を介設した排気系５０が接続されて、処理容器４２内を底部周辺部から均一に真空引きできるようになっている。
【００１８】
この処理容器４２内には、導電性材料よりなる支柱５２を介して円板状の載置台５４が設けられており、この上に被処理体として例えばシリコン基板Ｗを載置し得るようになっている。具体的には、この載置台５４は、下部電極を兼用するものであり、支柱５２に直接支持される下台５４Ａと、この上面に接合される上台５４Ｂとよりなり、これらの接合面に抵抗加熱ヒータ５６が挟み込まれている。この下台５４Ａと上台５４Ｂは、その接合面にて例えば溶着により接合される。
【００１９】
処理容器４２の天井部には、上部電極と兼用されるシャワーヘッド５８が一体的に設けられた天井板６０が容器側壁に対して絶縁材６２を介して気密に取り付けられている。このシャワーヘッド５８は、上記載置台５４の上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、載置台５４との間に処理空間Ｓを形成している。このシャワーヘッド５８は、処理空間Ｓに各種のガスをシャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド５８の下面の噴射面６４にはガスを噴射するための多数の噴射孔６６が形成される。
【００２０】
そして、このシャワーヘッド５８の上部には、ヘッド内にガスを導入するガス導入ポート６８が設けられており、このガス導入ポート６８にはガスを流す供給通路７０が接続されている。
この供給通路７０には、複数の分岐管７２が接続され、各分岐管７２には、成膜用ガスとエッチングガスとを兼用するガスとして、例えばＴｉＣｌ4 ガスを貯留するＴｉＣｌ4 ガス源７４、Ｈ2 ガスを貯留するＨ2 ガス源７６、プラズマガスとして例えばＡｒガスを貯留するＡｒガス源７８、アンモニアを貯留するＮＨ3 ガス源８０及びＮ2 ガス源８２がそれぞれ接続されている。そして、各ガスの流量は、それぞれの分岐管に介設した流量制御器、例えばマスフローコントローラ８４により制御される。また、各分岐管７２には、必要に応じて上記各ガスの供給及び供給停止を行なう開閉弁８６が介設されている。尚、ここでは、各ガスを１つの供給通路７０内を混合状態で供給する場合を示しているが、これに限定されず、一部のガス或いは全てのガスを個別に異なる通路内に供給し、シャワーヘッド５８内、或いは処理空間Ｓにて混合させる、いわゆるポストミックスのガス搬送形態を用いるようにしてもよい。
【００２１】
また、天井板６０には、Ｔｉ膜成膜時のプラズマを形成するために、リード線８８を介してマッチング回路９０及び例えば４５０ＫＨｚのプラズマ用の高周波電源９２が接続されている。そして、このリード線８８には、必要に応じて高周波電源の供給を断つ開閉スイッチ９４が介設されている。
また、処理容器４２の側壁には、基板Ｗの搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバルブ９６が設けられる。
【００２２】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる成膜方法及びエッチング方法について概略的に説明する。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理容器４２内へ、開放されたゲートバルブ９６を介してシリコン基板Ｗを導入し、これを載置台５４上に載置して処理容器４２内を密閉する。シリコン基板Ｗの表面には、例えば前工程において、基板上のトランジスタとのコンタクトをとるためのコンタクトホール等がすでに形成されている。
処理容器４２内を密閉したならば、成膜用ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスと、Ｈ2 ガスを、プラズマ用ガスとしてＡｒガスを、それぞれシャワーヘッド５８から所定の流量で処理容器４２内に導入し、且つ真空引きポンプ４８により処理容器４２内を真空引きし、所定の圧力に維持する。
【００２３】
これと同時に、高周波電源９２より、４５０ＫＨｚの高周波を上部電極であるシャワーヘッド５８に印加して、シャワーヘッド５８と下部電極としての載置台５４との間に高周波電界を加える。これにより、Ａｒガスがプラズマ化されて、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとの還元反応を推進し、基板表面にＴｉ膜が成膜されることになる。基板Ｗの温度は、載置台５４に埋め込んだ抵抗加熱ヒータ５６により所定の温度により加熱維持される。
【００２４】
この時のプロセス条件は、例えば８インチ基板を処理する場合には、基板温度（載置台温度）が、例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。また、ＴｉＣｌ4 ガスは５ｓｃｃｍ程度、Ｈ2 ガスは１５００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガスは３００ｓｃｃｍ程度である。また、成膜時間は、６０秒程度で、Ｔｉ膜の膜厚は２００Å程度である。このＴｉ成膜に関しては、もしプラズマを用いない場合にはプロセス温度を９００℃程度の高温にしなければならないが、このようにプラズマを用いることによりプロセス温度を６００℃程度まで低下させることができる。
【００２５】
このように、所定の膜厚のチタン金属膜を成膜したならば、この下地のシリコン層のシリコン原子と化合した部分を除いて、引き続いてこの処理装置内にてチタン金属或いはチタン金属膜のエッチング処理を行なう。
このエッチング処理では、開閉スイッチ９４を開いて高周波電源の供給を断つことによりプラズマを用いず、エッチングガスとしてはＴｉＣｌ4 ガスのみを処理容器４２内へ供給する。この時のプロセス条件は、例えばプロセス温度が５８０〜６２０℃の範囲内、プロセス圧力が６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は最大３０ｓｃｃｍ程度である。これにより、下地と反応したＴｉＳｉｘ膜を除くチタン金属或いはチタン金属膜をエッチングして除去することが可能となる。
【００２６】
次に、上記したチタン膜形成工程とチタン金属膜のエッチング工程を含む本発明の埋め込み方法について説明する。
図２は本発明の埋め込み方法の一例を示す工程図であり、図５に示す構成部分と同一構成部分については同一の参照符号を付して説明する。
図中、Ｗは例えばシリコン基板よりなる被処理体であり、このシリコン面の表面に部分的に例えばリンドープの拡散層２が形成されており、トランジスタのドレインやソースなどが多数形成されている。図示例においては、代表的に１つのみ記す。
シリコン基板Ｗの全面には、例えばＳｉＯ2 よりなる層間絶縁膜４が形成されており、この層間絶縁膜４の、上記拡散層２に対応する部分にコンタクトホール５を形成し、このホール５を導電性材料により埋め込むことにより拡散層２との電気的接続を図るようになっている（図２（Ａ））。尚、コンタクトホールに代えて、スルホール、配線用の溝等の埋め込みの場合にも本発明方法を適用できる。
【００２７】
具体的には、まず、図２（Ｂ）に示すようにこのコンタクトホール５内の底面を含めて基板表面全面に、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスの存在下にて非常に薄いＴｉ（チタン）金属膜６をプラズマＣＶＤにより形成する。この時、プラズマガスとしてＡｒガスを加える。このチタン膜形成工程は、前述したように図１に示した処理装置４０内で行なう。この時のプロセス温度は、前述したように例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は例えば６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。
この場合、コンタクトホール５の底面に堆積したＴｉ金属膜６は、下地の拡散層２のシリコンと直ちに反応してＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）膜８となる。次に、引き続いて、この処理装置４０内において、エッチングガスとしてＴｉＣｌ4 ガスのみを流すことにより、図２（Ｃ）に示すように上記ＴｉＳｉｘ膜８を除く、チタン金属膜６の表面を所定の厚さだけエッチングして除去するエッチング工程を行なう。このエッチング工程では、高周波電源を印加しないでプラズマを立てないようにする。
【００２８】
前述したように、この時のプロセス条件は、前述したように例えばプロセス温度が５８０〜６２０℃の範囲内、プロセス圧力が６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は最大３０ｓｃｃｍ程度である。これにより、下地と反応したＴｉＳｉｘ膜８を除くチタン金属或いはチタン金属膜６を所定の厚さだけエッチングして除去することが可能となる。
これにより、厚さがｔ１のチタン金属膜６を厚さｔ２まで薄くできる。この厚さｔ２は例えば１００Å程度であり、この後工程における窒化工程が短時間で実施できるような厚さとする。このように、エッチング工程が終了したならば、次に窒化工程へ移行する。
【００２９】
この窒化工程では、図２（Ｄ）に示すように、アンモニアガスと水素ガスの存在下において、プラズマにより上記Ｔｉ金属膜６を窒化処理し、ＴｉＮ膜９に変える。この時のプロセス温度は、例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。この場合、上述のようにＴｉ金属膜６の厚さｔ２は非常に薄くなっているので、非常に短時間でＴｉ金属膜６を完全に窒化処理することができる。尚、この窒化処理も図１に示した処理装置４０内で行なうことができる。次に、図２（Ｅ）に示すようにＴｉＣｌ4 ガスとアンモニアガスの存在下にて熱ＣＶＤにより上記コンタクトホール５内の側壁も含めて全面にバリヤメタルとして第２のＴｉＮ膜１０を形成する。チタン窒化膜形成工程も、図１に示す処理装置４０内で行なうことができ、この時のプロセス温度は、例えば５８０℃程度、プロセス圧力は、例えば４０Ｐａ（≒３００ｍＴｏｒｒ）程度である。
【００３０】
そして、次に、図２（Ｆ）に示すように、例えばタングステンよりなる導電性材料によりコンタクトホール５内を埋め込んで全面に配線層１２を形成する配線層形成工程を行なうことになる。尚、この配線層１２は、その後、パターンエッチングされる。
この図２に示す本発明方法においては、図５に示す工程と比較して、エッチング工程を加えることによって工程数が増加しているが、前述したようにチタン金属膜６の膜厚が厚さｔ２に薄くなった分、窒化工程に要する時間が大幅に短くなり、その分、全体の処理時間が短くなってスループットを向上させることが可能となる。
【００３１】
尚、上記実施例では、図２（Ｃ）に示すエッチング工程で、チタン金属膜６を厚さｔ２だけ残すようにしているが、これに代えて、図３に示すように、チタン金属膜６を何ら残すことなくＴｉＣｌ4 ガスによるエッチング処理で全て除去するようにしてもよい。これによれば、コンタクトホール５の開口部にせり出しているチタン金属膜６のオーバーハング部６Ａ（図２（Ｂ）参照）も併せてなくなるので、特にデザインルールが厳しくてホール径が非常に小さくなった場合には、実質的なホール径が狭くならずに済むので、後工程におけるホール埋め込みが十分に行なわれ、ここにボイド（図５（Ｅ）参照）が発生することも防ぐことができる。
また、この場合には、図２（Ｄ）に示した窒化工程を省くことができ、いきなり図２（Ｅ）に示すチタン窒化膜形成工程へ移行することが可能なので、全体の処理時間もその分少なくでき、更にスループットを向上させることが可能となる。
【００３２】
次に、前述したチタン膜形成工程とチタン金属膜のエッチング工程を含む本発明の配線層形成方法について説明する。
図４は本発明の配線層形成方法の一例を示す工程図であり、図６に示す構成部分と同一部分については同一参照符号を付して説明する。
この配線層形成工程は、前述したサリサイド工程を含み、このサリサイド工程は、ゲート電極とソース領域とドレイン領域のバリヤメタルの一部を同時に形成する方法である。図４（Ａ）に示すようにシリコン基板Ｗの表面には例えばリンドープされたポリシリコンのソース領域２０とドレイン領域２２とが形成されており、このソース領域２０とドレイン領域２２との間には、ＳｉＯ2 よりなるゲート酸化膜２４を介して、例えばリンドープのポリシリコン膜よりなるゲート電極２６が例えばＳｉＯ2 よりなる層間絶縁膜２８に囲まれて設けられている。
【００３３】
まず、図４（Ｂ）に示すように、基板表面全面に、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスの存在下にて非常に薄いＴｉ金属膜３０をプラズマＣＶＤにより形成する。この時、プラズマガスとしてＡｒガスを加える。また、このチタン膜形成工程は、前述したように図１に示した処理装置４０内で行なう。この時のプロセス条件は、図２（Ｂ）にて説明したと同様に、プロセス温度は例えば５８０〜６２０℃程度、プロセス圧力は例えば６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度である。
この場合、ゲート電極２６上、ソース領域２０上及びドレイン領域２２上に堆積したチタン金属膜は、下地のポリシリコン層中のシリコンと直ちに反応してＴｉＳｉｘ膜３２となる。このようにして、チタン膜形成工程を終了したならば、次に、引き続いて、この処理装置４０内において、エッチングガスとしてＴｉＣｌ4 ガスのみを流すことにより、図４（Ｃ）に示すように上記ＴｉＳｉｘ膜３２を除く、チタン金属膜３０を全てエッチングして除去するエッチング工程を行なう。このエッチング工程では、高周波電源を印加しないでプラズマを立てないようにする。
【００３４】
図２（Ｃ）或いは図３にて説明したと同様に、この時のプロセス条件は、例えばプロセス温度が５８０〜６２０℃の範囲内、プロセス圧力が６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は最大３０ｓｃｃｍ程度である。これにより、下地と反応したＴｉＳｉｘ膜を除くチタン金属或いはチタン金属膜をエッチングして除去することが可能となる。
このように、エッチング工程が終了したならば、次に絶縁層形成工程へ移行する。この工程は、先の図６（Ｅ）に示した工程と同じ工程であり、図４（Ｄ）に示すように、シリコン基板の表面全体に例えばＳｉＯ2 よりなる絶縁層３７を表面全体が埋まるように形成する。
次に、この絶縁層形成工程が終了したならば、コンタクトホール形成工程へ移行する。この工程は、先の図６（Ｆ）に示した工程と同じ工程であり、図４（Ｅ）に示すように、ソース領域２０、ドレイン領域２２及びゲート電極領域に対応して設けたそれぞれのＴｉＳｉｘ膜３２に向けて、上記絶縁層３７を選択的にエッチングしてコンタクトホール３８を形成する。
次に、このコンタクトホール形成工程が終了したならば、チタン窒化膜形成工程へ移行する。この工程は、先の図６（Ｇ）に示した工程と同じ工程であり、図４（Ｆ）に示すように、ＴｉＣｌ4 ガスとアンモニアガスの存在下にて熱ＣＶＤにより基板の表面全体にバリヤメタルとしての第２のＴｉＮ膜３５を形成する。この時のプロセス条件は、先の図６（Ｇ）と同様に、プロセス温度は例えば５８０℃程度、プロセス圧力は例えば４０Ｐａ（≒３００ｍＴｏｒｒ）程度である。そして、次に図４（Ｇ）に示すように、例えばタングステンよりなる導電性材料により全面に配線層３６を形成する。尚、図４（Ｇ）に示す工程は、先の図６（Ｈ）に示す工程と同じであり、この配線層３６やＴｉＮ膜３５はその後、パターンエッチングされる。
【００３５】
このように、本発明の配線層形成方法では、ＴｉＣｌ4 をエッチングガスとしたエッチング工程でチタン金属膜を完全に除去するようにしたので、図６（Ｃ）、（Ｄ）で示す２工程を１工程にまとめることができ、従って、全体としての工程数を少なくできるので、その分、スループットを大幅に向上させることが可能となる。
尚、上記各実施例で用いた温度や圧力やガス流量等は単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。また、ここでは被処理体として、シリコン基板を用いて説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板にも本発明方法を適用できるのは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の埋め込み方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明の関連技術によれば、チタン金属を効率的に選択的にドライエッチングすることができる。
本発明によれば、チタン金属膜を、下地と化合した部分を除いて所定の厚さだけ略均一にドライエッチングにより除去してその後に残留するチタン金属膜を窒化処理するようにしたので、残留するチタン金属膜を所望する厚さまで薄くすることができる。従って、この残留するチタン金属膜を完全に窒化処理するための時間を大幅に短くでき、従って、埋め込み工程全体のスループットを向上させることができる。
本発明の関連技術によれば、チタン金属膜を、下地と化合した部分を除いて全てドライエッチングにより除去するようにしたので、後工程のチタン膜の窒化処理を行なう必要がなくなって、その分、スループットを向上させることができるのみならず、特に、配線用の溝等を含むホールの径が小さくても、この径がチタン金属膜のオーバーハング部分によってより小さくなることを防止することもできる。
本発明の関連技術によれば、チタン金属膜を、この下地と化合した部分を除いて完全に除去するようにしたので、窒化処理工程とウエットエッチング工程を１つの工程にまとめることができ、その分、スループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の全部或いは一部を実施する処理装置を示す構成図である。
【図２】本発明の埋め込み方法の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の埋め込み方法の変形例を説明するための説明図である。
【図４】本発明の配線層形成方法の一例を示す工程図である。
【図５】シリコン基板の表面のトランジスタのソース領域或いはドレイン領域等へのコンタクト部分を示す拡大断面図である。
【図６】一般的なサリサイド工程を説明する説明図である。
【符号の説明】
２０  ソース領域
２２  ドレイン領域
２４  ゲート酸化膜
２６  ゲート電極
２８  層間絶縁膜
３０  チタン（Ｔｉ）金属膜
３２  ＴｉＳｉｘ膜
３５  チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜
３６  配線層
３７  絶縁層
３８  コンタクトホール
４０  処理装置
４２  処理容器
５４  載置台
５６  抵抗加熱ヒータ
５８  シャワーヘッド
９２  高周波電源
９４  開閉スイッチ
Ｗ  シリコン基板（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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