JP2003077888A - SiGe膜のエッチング方法 - Google Patents

SiGe膜のエッチング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SiGe膜をSi膜およびSiO2膜あるい
はSi34膜に対して十分に大きい選択比をもって除去
でき、エッチングレートも十分に小さくしてエッチング
の制御性を向上させる。 【解決手段】 基板のマスクに覆われていない部分のS
iGe膜を除去するSiGe膜のエッチング方法におい
て、反応性ガスとして、水素原子と弗素原子が結合した
ガスをアルゴンガスおよび酸素ガスと混合した混合ガス
を用いて、SiGe膜をドライエッチングする。反応性
ガスに混合する「水素原子と弗素原子が結合したガス」
は、HFが好適である。反応性ガスは、SiGe膜のエ
ッチングレートを10〜100nm/min、SiGe
膜のSi膜およびSiO4膜に対するエッチングの選択
比をそれぞれ10以上および50以上とするように設定
することにより、SiGe膜をSi膜およびSiO4
に対して選択的にエッチングするのに好適なものとな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SiGe膜のエッ
チング方法に係わり、特に基板のマスクに覆われていな
い部分のSiGe膜をシリコン膜および酸化シリコン膜
に対して選択的に除去することを可能にするSiGe膜
のエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOS−FETの高速性を改善するため
に、Si結晶などに応力を加えたひずみ結晶を用いるこ
とが提案されている。このようなひずみ結晶では、バン
ド構造の変化などに起因する電子およびホールの移動度
の向上が図れることが分かっているためである。
【0003】ひずみSi結晶を得るために、Si結晶よ
り格子定数がわずかに大きい結晶を基板とし、その上に
薄膜Si層を積層する方法が考えられている。例えばG
e原子を数%〜30%程度混ぜたSiGe結晶層をSi
結晶基板上に数μm程度積層し、これを仮想の基板とす
るものである。
【0004】このような表面にSiGe層を形成したS
iウェハ基板を用いる場合には、Siウェハ基板からか
ら不用なSiGe膜を除去することが必要になることが
ある。不用なSiGe膜を除去するためには、従来はC
4とO2ガスを反応性ガスとして用いるケミカルドライ
エッチング法を用いている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一方基板上には、導電
層などとなるシリコン(Si)膜や絶縁層となる酸化シ
リコン(SiO2)などが形成されるから、これらを除
去することなくSiGe膜だけを選択的に除去すること
が必要になることがある。またシリコン窒化膜(Si3
4)に対してSiGe膜だけを選択エッチングするこ
とが必要になることもある。しかし従来のCF4とO2
反応性ガスとして用いる方法は、SiGe膜の選択エッ
チング性が悪く、同時に除去されるSi膜やSiO2
あるいはSi34膜の量も多くなるという問題がある。
【0006】例えば前記のCF4とO2の反応性ガスを用
いる場合、SiGe膜のSi膜に対するエッチングの選
択比は5〜10程度であり、SiGe膜のエッチングレ
ートは1000nm/min以上と非常に大きくなる。
ここにエッチングの選択比はエッチングされ易さの比を
意味し、SiGe膜のエッチングがSi膜に対して5〜
10倍速く進行することを意味する。
【0007】しかしこの程度の選択比ではSiGe膜の
エッチング時に他のSi膜やSiO 2膜やSi34膜の
エッチングも相当に進むことになり望ましくない。また
SiGe膜のエッチングレートが高すぎるため、エッチ
ングの制御が極めて困難であり、不用なSiGe膜だけ
を選択的に正確に除去することが困難であった。
【0008】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、SiGe膜をSi膜およびSiO2膜ある
いはSi34膜に対して十分に大きい選択比をもって除
去することができ、エッチングレートも十分に小さくし
てエッチングの制御性を向上させることができるSiG
e膜のエッチング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】この発明によればこの目
的は、基板のマスクに覆われていない部分のSiGe膜
を除去するSiGe膜のエッチング方法において、反応
性ガスとして、水素原子と弗素原子が結合したガスをア
ルゴンガスおよび酸素ガスと混合した混合ガスを用い
て、SiGe膜をドライエッチングすることを特徴とす
るSiGe膜のエッチング方法、により達成される。
【0010】反応性ガスに混合する「水素原子と弗素原
子が結合したガス」は、HFが好適である。反応性ガス
は、SiGe膜のエッチングレートを10〜100nm
/min、SiGe膜のSi膜およびSiO4膜に対す
るエッチングの選択比をそれぞれ10以上および50以
上とするように設定することにより、SiGe膜をSi
膜およびSiO4膜に対して選択的にエッチングするの
に好適なものとなる。この場合被エッチング材となるウ
ェハ基板は70℃〜10℃の範囲内で温度調節し、最適
な温度を決めるのが望ましい。
【0011】エッチングは、放電分離型ケミカルドライ
エッチング法を用いるのが望ましい。反応性ガスは、水
素原子と弗素原子が結合したガスの混合比が5%(モル
比あるいは容積比)以上となるようにするのが望まし
く、特に10%以上にするのが望ましい。
【0012】
【実施態様】以下、図面に基づいて本願発明の一実施態
様を説明する。図1は本発明の一実施態様を実施するた
めに用いる放電分離型ケミカルドライエッチング装置を
示す。図2は基板の断面図であり、(A)はエッチング
前の状態を、(B)はエッチング後の状態を示す。
【0013】図1において符号1は真空容器を示し、こ
の真空容器1のエッチング室2内には、被処理物3を載
置する載置台4が設けられている。この載置台4は温度
調節機構を有しており、被処理物3の温度を制御できる
ようになっている。前記真空容器1の天壁には、ガス導
入管5が接続されており、その先には、放電管6が接続
されていて、ガス導入口7からガスが導入されている。
前記放電管6には、マイクロ波導波管8が接続されてい
る。
【0014】ガス導入口7からは反応性ガスが導入さ
れ、マイクロ波導波管8よりマイクロ波(図示せず)が
印可されて放電管6内にプラズマが発生する。このプラ
ズマによってガスが活性化された後、被処理物3がセッ
トされているエッチング室2に導入され、被処理物3が
エッチングされる。被処理物3と反応した反応性ガスは
排気口9よりエッチング室2の外に排気される。
【0015】ここにガス導入口7から導入される反応性
ガスは、水素原子と弗素原子とが結合したガスであるH
F(弗化水素)にアルゴンガス(Ar)および酸素ガス
(O 2)を混合したものである。すなわちHFおよびO2
の混合比を調整してArガスで希釈したものである。H
Fの混合比は反応性ガス全体の10%(モル%、容積
%)以上とする。
【0016】また載置台4の温度やガス圧は適切に決め
ることが必要である。例えばSiGe膜のエッチングレ
ートを10〜100nm/min、SiGe膜のSi膜
およびSiO4膜に対するエッチング選択比をそれぞれ
10以上および50以上にするためには、前記のように
HFの混合比を10%以上とし、載置台4の温度を70
〜10°とし、ガス圧を例えば200Pa程度にする。
【0017】被処理物3は図2の(A)に示すように、
Si基板10の表面にSiGe膜12を形成し、この上
にマスク14となる酸化膜あるいはレジストのパターン
を形成したものである。この被処理物3を真空容器1内
の載置台3に載せ、エッチング室2内を減圧する。そし
て載置台3によって被処理物3を所定温度に保持した
後、反応性ガスをガス導入口7より導入しつつマイクロ
波導波管8から導いたマイクロ波でガスをプラズマ化す
る。
【0018】このプラズマにより活性化されたガスは、
排気口9からの排気に伴ってエッチング室2に流入し、
被処理物3に導かれてエッチングを行う。すなわちSi
Ge膜12をSi基板10やマスク14などに比べて高
いエッチングレートで選択的にエッチングする。この結
果図2の(B)に示すようにSi基板10を残してSi
Ge膜12のみを選択的に除去することができる。また
エッチングレートが小さいので、例えばエッチング中の
ガス混合比や被処理物3の温度や圧力などを制御するこ
とによりエッチングの制御が可能になる。
【0019】図3はこの方法によるエッチングの実験デ
ータを示すグラフである。このグラフは反応性ガスとし
てHFの混合比(流量比)であるHF流量%を横軸にと
り、縦軸にSiGeエッチングレート(nm/min)
および対Si選択比(SiGeのSiに対する選択比)
をとって実験データを示すものである。またマイクロ波
パワーを700W、ガス圧を200Pa、載置台4の温
度を25℃とした。
【0020】この図3から、HF流量%を10%以上に
することにより、SiGeのエッチングレートを約8n
m/min以上とすることができ、対Si選択比を約1
5以上にできることが解る。なお図3は対Si選択比の
みを示し、SiO2に対するSiGeの選択比について
は示していないが、他の実験データなどから、SiO 2
に対しては選択比が約40以上になることが解ってい
る。また図3は、載置台4の温度は25℃の場合を示す
が、70℃〜10℃の範囲であれば、前記したエッチン
グレートと選択比を得ることが可能であることが他の実
験などから解っている。
【0021】図4は本発明によるSiGeのエッチング
効果を示す蒸気圧のグラフである。SiGeが反応性ガ
スのHFと反応した時にはGeH4ができるが、HFだ
けではSiと反応せず、H−がGeと反応してガスとな
って飛び易いので、SiGeは本プロセスによってSi
との十分な選択比をもってエッチングされ得る。このG
eH4はガスでありその蒸気圧は図4に示すように高
い。すなわちGeBr4、GeCl4、GeI4などのガ
スの蒸気圧は図4に示すようにGeH4の蒸気圧に比べ
て著しく小さい。このことからもGeとHとの反応が進
み易く、GeH4が気化し易いことが解る。すなわちS
iGeがエッチングされ易いことが解る。
【0022】以上の説明した実施態様は、図1に示した
放電分離型ケミカルドライエッチング法を用いたもので
あるが、この発明はこの方法に限定されるものではな
い。自己バイアス効果が少ない他のドライエッチング法
であれば使用できる。例えばECR(Electron Cyclotr
on Resonance、電子サイクロトロン共鳴プラズマ)、I
PC(Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズ
マ)などの高密度プラズマを用いることができる。
【0023】以上の実施態様では、SiGeをSiおよ
びSiO2に対して選択的にエッチングする場合を説明
しているが、この発明はシリコン窒化膜(Si34)に
対してSiGeを選択的にエッチングする場合にも有効
であることが解っている。
【0024】
【発明の効果】この発明は以上のように、水素原子と弗
系原子とが結合したガスをアルゴンガスおよび酸素ガス
と混合した反応性ガスを用いてSiGe膜をドライエッ
チングするものであるから、SiGe膜をSi膜やSi
2膜に対して十分に大きな選択比をもって選択的にエ
ッチングすることができる。この場合にSiGe膜に対
するエッチングレートは十分に小さくすることができる
のでエッチングの制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を実施するために用いる放
電分離型ケミカルドライエッチング装置を示す図
【図2】基板の断面図であり、(A)はエッチング前の
状態を示す図、(B)はエッチング後の状態を示す図
【図3】エッチングの実験データを示すグラフ
【図4】本発明によるSiGeのエッチング効果を示す
蒸気圧のグラフ
【符号の説明】
10 Si基板 12 SiGe膜 14 マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA05 BA03 BB18 CA02 DA20 DA23 DA26 DB19 EA06 EA07 EB08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板のマスクに覆われていない部分のS
    iGe膜を除去するSiGe膜のエッチング方法におい
    て、反応性ガスとして、水素原子と弗素原子が結合した
    ガスをアルゴンガスおよび酸素ガスと混合した混合ガス
    を用いて、SiGe膜をドライエッチングすることを特
    徴とするSiGe膜のエッチング方法。
  2. 【請求項2】 前記水素原子と弗素原子が結合したガス
    は、HFであることを特徴とする請求項1のSiGe膜
    のエッチング方法。
  3. 【請求項3】 SiGe膜のエッチングレートを10〜
    100nm/min、SiGeのシリコン膜および酸化
    シリコン膜に対するエッチングの選択比をそれぞれ10
    以上および50以上として、SiGe膜をシリコン膜お
    よび酸化シリコン膜に対し選択的にエッチングすること
    を特徴とする請求項1または2のSiGe膜のエッチン
    グ方法。
  4. 【請求項4】 エッチングする方法として放電分離型ケ
    ミカルドライエッチング法を用いることを特徴とする請
    求項1〜3のいずれかのSiGe膜のエッチング方法。
  5. 【請求項5】 前記反応性ガスは、水素原子と弗素原子
    が結合したガスの混合比が10%以上となるようにした
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかのSiGe膜
    のエッチング方法。
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