JP2022191045A - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチング後のゲルマニウム含有膜の形状を所望のものとすること。【解決手段】ゲルマニウム含有膜である側壁によって構成される凹部を備える基板を処理容器内に格納する工程と、前記処理容器内に第１のフッ素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給し、前記第１の側壁及び第２の側壁についてエッチングするエッチング工程と、前記エッチング工程に含まれ、当該処理容器内における前記第１のフッ素含有ガスの分圧、または前記処理容器内に供給する当該第１のフッ素含有ガスに対する前記第２のフッ素含有ガスの流量の割合を調整して、エッチング後の前記側壁の形状を制御する形状制御工程と、を実施する。【選択図】図３

Description

本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。
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各膜のエッチングが行われる。特許文献１では、Ｓｉ膜とシリコン含有膜であるＳｉＧｅ膜とが交互に積層されたウエハにＣｌＦ３ガス及びＨＦガスを供給することで、Ｓｉ膜へのダメージを抑制しつつ、ＳｉＧｅ膜を選択的にエッチングすることが記載されている。また、特許文献２ではＣｌＦ３ガスと、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスからなる混合ガスとを交互に供給することで、ウエハ表面の酸化膜の孔内に埋設されたＳｉ膜についてエッチング後の表面粗さが抑制されるようにエッチングされることについて記載されている。
特開２０２０－５３４４８号公報 特開２０１２－２０１１０２号公報
本開示は、エッチング後のゲルマニウム含有膜の形状を所望のものとすることができる技術を提供する。
本開示のエッチング方法は、ゲルマニウム含有膜によって構成される凹部を備える基板を処理容器内に格納する工程と、
前記処理容器内に第１のフッ素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給すると共に当該処理容器内における前記第１のフッ素含有ガスの分圧、または前記処理容器内に供給する当該第１のフッ素含有ガスに対する前記第２のフッ素含有ガスの流量の割合を調整して、前記エッチングガスによりエッチングされる前記側壁の形状を制御する形状制御工程と、
を備える。
本開示によれば、エッチング後のゲルマニウム含有膜の形状を所望のものとすることができる。
本開示の一実施形態に係る処理がなされるウエハの縦断側面図である。 エッチング処理後の前記ウエハの縦断側面図である。 試験の結果を示すグラフ図である。 試験の結果を示すグラフ図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 前記ウエハの縦断側面図である。 エッチング装置の縦断側面図である。
本開示のエッチング方法の一実施形態に係る処理について説明するために、図１を用いてエッチング対象となるウエハＷについて説明する。この図１はウエハＷの表面の縦断側面図である。図中１１は当該ウエハＷを構成する基体であり、Ｓｉ（シリコン）によって構成されている。この基体１１上にＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）膜１２とＳｉ（シリコン）膜１３とが、縦方向（ウエハＷの厚さ方向）に順番に交互に繰り返し積層されている。この積層構造体は多数のＳｉＧｅ膜１２と多数のＳｉ膜１３とにより形成されており、図１では煩雑化を避けるために積層数を省略して、３層ずつのＳｉＧｅ膜１２及びＳｉ膜１３により構成されているものとして示している。そしてこの積層構造体の最上層におけるＳｉ膜１３上には、マスク膜１４が形成されている。このマスク膜１４は、エッチング時において当該積層構造体のマスクとなる。なお、このような構成であるためウエハＷの厚さ方向において、ＳｉＧｅ膜１２の間に介挿膜であるＳｉ膜１３が介挿された構成となっている。
そして、ウエハＷの表面には凹部が複数形成されており、各凹部はマスク膜１４の表面から基体１１の表層に亘る深さを有するように形成されている。従ってＳｉＧｅ膜１２、Ｓｉ膜１３、マスク膜１４及び基体１１の表層からなる積層体（積層体１５とする）によって、各凹部の側壁が形成されている。従って、この積層体１５がウエハＷの表面に複数、互いに間隔を空けて配置されていると見ることもできる。積層体１５が比較的密集した領域（Dense）と積層体１５同士が比較的大きく離間する領域（ISO）とが形成されるように、凹部が形成されている。従って複数の凹部としては、第１の幅Ｌ１を有する第１の凹部２１と、当該第１の幅Ｌ１よりも大きい第２の幅Ｌ２を有する第２の凹部２２とが含まれる。
なお、上記の第１の幅Ｌ１、第２の幅Ｌ２の大きさの違いは、処理の誤差等によって不可避的あるいは不随意的に形成されるものではなく、設計上形成されるものであり、例えば設計上の幅Ｌ２／幅Ｌ１は２以上である。また、図１に例示する第１の凹部２１、第２の凹部２２は、紙面の表裏方向に伸びる溝であるが、孔であってもよい。孔である場合には、第１の幅Ｌ１、第２の幅Ｌ２は各孔の径の大きさである。
上記のＳｉＧｅ膜１２はエッチング対象であるゲルマニウム含有膜である。ＳｉＧｅ膜１２のうち、第１の凹部２１に臨む部位は第１の側壁をなし、第２の凹部２２に臨む部位は第２の側壁をなす。そして本実施形態ではウエハＷを処理容器内に格納し、当該処理容器内にＦ２（フッ素）ガス及びＣｌＦ３（三塩化フッ素）ガスを、エッチングガスとして同時に供給する。このエッチングガスが第１の凹部２１内及び第２の凹部２２内に進入して、図２に示すように積層体１５を構成する各段のＳｉＧｅ膜１２を側方からエッチングする。このエッチングは各ＳｉＧｅ膜１２の側壁の一部のみが除去されるように行われるため、各段のＳｉＧｅ膜１２はエッチング後に、ウエハＷに残留する。
このエッチングはＳｉＧｅ膜１２及びＳｉ膜１３のうち、ＳｉＧｅ膜１２を選択的にエッチングする。従って、エッチングによって第１の凹部２１、第２の凹部２２に夫々臨むように横方向に開口する凹部が形成される。当該凹部について、第１の凹部２１に臨む凹部、第２の凹部２２に臨む凹部を夫々、第１の側方凹部２３、第２の側方凹部２４として図２中に示している。
本実施形態のエッチング処理を具体的に説明するために、上記したウエハＷのエッチングに関して行われた実験について先に説明する。当実験では、複数の上記したウエハＷに対して互いに異なる処理条件を設定して、ＳｉＧｅ膜１２のエッチングを行った。このエッチングとしては、上記したエッチングガス（Ｆ２ガス及びＣｌＦ３ガス）の他にＡｒ（アルゴン）ガス及びＮ２（窒素）ガスをエッチングガスと同時に処理容器内に供給した。これらのＡｒガス及びＮ２ガスは、エッチングガスのキャリアガスとしての役割及び処理容器内の各ガスの分圧を調整する役割を有する。そして上記のウエハＷ毎に変更した処理条件としては、処理容器内に供給する各ガスの流量及び処理容器内の圧力（全圧）である。なお、これら流量及び全圧の変更に伴い、処理容器内のＦ２ガスの分圧及びＣｌＦ３の分圧についてもウエハＷ毎に変更されてエッチングが行われている。
そして実験においては第１の凹部２１に臨む各段（即ちDenseにおける各段）のＳｉＧｅ膜１２のエッチング量、及び第２の凹部２２に臨む各段（即ちISOにおける各段）のＳｉＧｅ膜１２のエッチング量について測定している。以降はＳｉＧｅ膜１２のうち、第１の凹部２１に臨む部位のエッチング量をDenseエッチング量、第２の凹部２２に臨む部位のエッチング量をISOエッチング量として夫々記載する場合が有る。また、上記のように積層体１５においてＳｉＧｅ膜１２は多段に設けられている。上側のＳｉＧｅ膜１２をトップ、下側のＳｉＧｅ膜１２をボトム、トップとボトムとの間の高さのＳｉＧｅ膜１２をミドルと記載する場合が有る。
設定した処理条件は８通りであり、処理条件１～８とする。下記の表１は処理条件１～８をまとめたものである。なお、処理容器内の圧力を表１において全圧（単位：ｍTorr）として示している。表１中の各流量についての単位はsccmである。表中のＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの各分圧（単位：ｍTorr）は処理容器内の分圧であり、各ガスの流量と処理容器内の圧力とから算出される値である。なお処理条件１～８においてエッチング処理中のウエハＷの温度は－４０℃～８０℃の範囲内における温度で、互いに共通の温度である。なお記載の煩雑化を防ぐため、以下の説明では、処理容器内における分圧を単に分圧と記載し、処理容器内に供給するガスの流量を単に流量として記載する。
ところで表１においてはＣｌＦ３ガスの分圧を除き、各設定値をアルファベットを用いた値に置き換えて示している。具体的に述べると処理容器の圧力（全圧）については、所定の圧力値（単位：ｍTorr）をアルファベットのＡとし、このＡの乗算値をＡの前に示すことで、当該全圧を表示している。従って、例えば処理条件１～４、６、８における全圧（２Ａ）については、処理条件５、７における全圧（Ａ）の２倍である。
Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ｎ２ガスの流量についても上記の全圧と同様に、アルファベットＢ～Ｄと当該Ｂ～Ｄの乗算値とにより示している。また、表１中に示している流量比は、ＣｌＦ３ガス（第１のフッ素含有ガス）の流量に対してのＦ２ガス（第２のフッ素含有ガス）の流量の割合であり、「Ｂ／Ｃ」と、その乗算値とにより、当該流量比を表１中に表している。なお、この流量比については以下、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比と記載する。またＦ２ガスの分圧（単位：ｍTorr）についても全圧やＦ２／ＣｌＦ３流量比と同様にアルファベット（Ｆ）とその乗算値とにより表示している。ただしＡｒガスの流量（単位：sccm）については、処理条件間でその値が微差になるものが有ることから、表中において他のガスの表示とは異なり、乗算値による表示を行っていない。表中にＡｒガスの流量として示すＥ１～Ｅ８は個別の値である。
（表１）

Figure 2022191045000002

図３は実験結果として、処理条件毎にDENSEエッチング量及びISOエッチング量を表した棒グラフを表示している。グラフの縦軸には所定のエッチング量の刻みで目盛りを付しており、従って各目盛り間のエッチング量は互いに同じ量を示す。DENSEエッチング量を示す棒グラフには斜線を付し、ISOエッチング量を示す棒グラフには斜線を付さずに夫々示している。なお、この図中の棒グラフにて示す各エッチング量は、既述したトップ、ミドル、ボトムの各エッチング量の平均値である。
そして、この図３では左側から右側に向って処理条件７、５、６、２、４、１，３の順で棒グラフを示している。ＣｌＦ３ガスの分圧について見ると、処理条件５、７では０．２mTorr（0.267×10－1Pa）、処理条件２、４、６では０．４ｍTorr（0.533×10－1Pa）、処理条件１、３では０．７ｍTorr（0.933×10－1Pa）である。従って図３ではＣｌＦ３ガスの分圧によって区分して、各処理条件の棒グラフを示している。そしてＣｌＦ３ガスの分圧が同じである処理条件については、図中の右側に向うほどＦ２／ＣｌＦ３流量比が小さい処理条件の棒グラフが配置されるようにしているため、上記の並びで各処理条件の棒グラフを示している。
図３に示すように、ＣｌＦ３ガスの分圧が０．７ｍTorrである処理条件１、３については、DENSEエッチング量とISOエッチング量とを比較すると、ISOエッチング量の方が大きい。また、ＣｌＦ３ガスの分圧が０．２ｍTorrである処理条件５、７については、DENSEエッチング量とISOエッチング量とを比較すると、DENSEエッチング量の方が大きい。従って、ＣｌＦ３ガスの分圧が比較的大きいと、上記のＦ２／ＣｌＦ３流量比に関わらずISOエッチング量の方が大きく、ＣｌＦ３ガスの分圧が比較的小さいと、上記のＦ２／ＣｌＦ３流量比に関わらずDENSEエッチング量の方が大きいという実験結果となった。
また、ＣｌＦ３ガスの分圧が０．４ｍTorrである処理条件２、４、６について見ると、これらの処理条件２、４、６のうちＦ２／ＣｌＦ３流量比が最も小さい処理条件４については、DENSEエッチング量とISOエッチング量とが略等しい。そして処理条件２、４、６のうちＦ２／ＣｌＦ３流量比が処理条件４に次いで小さい処理条件２については、DENSEエッチング量とISOエッチング量とを比較するとISOエッチング量の方が大きい。処理条件６については、DENSEエッチング量とISOエッチング量とを比較するとDENSEエッチング量の方が大きい。
以上のように、ＣｌＦ３ガスの分圧に応じてDENSEエッチング量とISOエッチング量とが各々変化し、これらのエッチング量の大小関係が変化することが分かる。具体的には当該分圧によって、DENSEエッチング量とISOエッチング量とが同じないしは略同じか、あるいは一方が他方よりも大きくなるように変化し得ることが分かる。
ところでＣｌＦ３ガスについてはＦ２ガスに比べてＳｉＧｅ膜１２に対する反応性が高い。このＣｌＦ３ガスの分圧が比較的小さいと、比較的大きい第２の凹部２２内でのＣｌＦ３ガスの濃度が非常に低いものとなるので、ＣｌＦ３ガスとＳｉＧｅ膜１２との反応が起こりにくい。しかしその一方で当該ＣｌＦ３ガスの分圧が比較的大きいと、当該第２の凹部２２内でのＣｌＦ３ガスの濃度が比較的高くなり、ＣｌＦ３ガスとＳｉＧｅ膜１２とが効率良く反応することができる。つまり、ＣｌＦ３ガスの分圧が０．７mTorrよりも大きい場合には、当該分圧が０．７mTorrである処理条件１、３と同様にISOエッチング量の方が大きくなり、ＣｌＦ３ガスの分圧が０．３mTorrよりも小さい場合には当該分圧が０．３mTorrである処理条件５、７と同様にDENSEエッチング量の方が大きくなると考えられる。
つまり、まとめると当該分圧が０．７mTorr以上の範囲内（第２の範囲内）で処理することでISOエッチング量の方が大きく、当該分圧が０．２mTorr以下の範囲内（第３の範囲内）で処理することでDENSEエッチング量の方が大きくなる。そして上記の実験結果より、当該分圧が０．２mTorrより大きく０．７mTorrよりも小さい範囲内（第１の範囲内）での処理においては、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比に応じてDENSEエッチング量とISOエッチング量とが変化し、その結果これらのエッチング量の大小関係が変動する。
また上記の実験において、ＣｌＦ３ガスの分圧が第１の範囲内の値である０．４ｍTorrである処理条件２、４、８で処理した各ウエハＷから、トップ、ミドル、ボトムにおけるエッチング量の関係について取得している。図４は、そのエッチング量の関係を棒グラフとして示したものである。図４のグラフの縦軸には所定のエッチング量の差の刻みで目盛りを付しており、従って各目盛り間におけるエッチング量の差は互いに同じである。そして図４では、トップのエッチング量－ミドルのエッチング量について斜線を付した棒グラフで示し、ミドルのエッチング量－ボトムのエッチング量について斜線を付さない棒グラフで示している。各棒グラフについては右側に向うほど、上記のＦ２／ＣｌＦ３流量比が小さい処理条件の棒グラフであるように示しており、従って棒グラフは右側に向けて処理条件２、８、４の順で並んでいる。
図４に示されるように、ミドルのエッチング量とボトムのエッチング量とに関して、処理条件２、４、８のいずれもボトムのエッチング量の方が大きかったが、処理条件４、８、２の順でミドルとボトムとの間のエッチング量の差が小さく、処理条件２では当該差は僅かであった。処理条件２、８、４のＦ２／ＣｌＦ３流量比は、夫々４Ｂ／Ｃ、３Ｂ／Ｃ、２Ｂ／Ｃであるため、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比２Ｂ／Ｃ～４Ｂ／Ｃの範囲においては、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比が大きくなるほど、ミドルのエッチング量とボトムのエッチング量との差が小さくなることが分かる。
またトップとミドルとの間のエッチング量の差を見ると、処理条件４、８では当該エッチング量の差が＋の値である。従ってトップのエッチング量の方が大きく、処理条件４、８間ではこのエッチング量の差は処理条件８の方が小さい。そして、処理条件２では当該エッチング量の差については－の値であり、トップよりもミドルのエッチング量が大きい。このようにＦ２／ＣｌＦ３流量比２Ｂ／Ｃ～４Ｂ／Ｃの範囲においてはその値が大きくなるほど、トップのエッチング量に対するミドルのエッチング量が大きくなることが分かる。なお、処理条件２と処理条件８との間では、エッチング量の差の絶対値が近似している。
このようにＣｌＦ３ガスの分圧が上記の第１の範囲内であるときに、第１の凹部２１及び第２の凹部２２の各々に臨むＳｉＧｅ膜１２について上記のＦ２／ＣｌＦ３流量比を変更することで、トップ、ミドル、ボトムの各々のエッチング量を調整することができることが示された。そしてＦ２／ＣｌＦ３流量比について、３Ｂ／Ｃより大きく４Ｂ／Ｃより小さい範囲において、トップとミドルとの間のエッチング量の差をゼロないしは略ゼロにすることができ、且つミドルとボトムとの間のエッチング量をごく小さくすることができる好ましい値が存在すると推定できる。表１に示すようにＢ／Ｃ＝２４．４６であるため、エッチング量についてトップとミドルとボトムとの間でその値を揃えるためには、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比について３×２４.４６＝７３．３８より大きく、４×２４．４６＝９７．８４より小さく設定することが好ましい。なお、図４のグラフ中の点線及びａ１、ｂ１、ｃ１についてはこの実験を用いたＦ２／ＣｌＦ３の設定の一例として後述する。
本実施形態のエッチング処理は、以上に述べた実験で得られた知見に基づいて行う。具体的にはエッチング後におけるウエハＷの表面の形状を制御し、所望のものとする。以下、この形状制御の具体例をいくつか述べる。この各具体例では、エッチング後の各積層体１５の形状が同じ、ないしは概ね同じになるようにエッチングを行うことを目的とする。言い換えると、積層体１５について左右対称の形状となるようにエッチングを行う。
先ず第１の具体例を示す。処理容器内に搬送されるエッチング対象のウエハＷについて、図１に示すように、各積層体１５におけるＳｉＧｅ膜１２の側壁とＳｉ膜１３の側壁との横方向の位置が互いに揃っているものとする。この場合、例えばＣｌＦ３ガスの分圧を処理条件２、４、６、８の分圧と同じ０．４ｍＴｏｒｒ、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比を基準値に設定してエッチングを行う。このＦ２／ＣｌＦ３流量比の基準値は、例えば図４のグラフで説明した３Ｂ／Ｃより大きく４Ｂ／Ｃより小さい範囲内の値とする。即ち、この基準値はISOエッチング量、DENSEエッチング量が略同じであった処理条件４のＦ２／ＣｌＦ３流量比に近い値であり（図３参照）、そのためこの基準値によるエッチングで、ISOエッチング量及びDENSEエッチング量について概ね同じ値とすることができる。
従ってエッチング後は、図２に示すように第１の側方凹部２３の深さ及び第２の側方凹部２４の深さが互いに揃い、各積層体１５の形状を同じないしは略同じとすることができる。また図４で述べたように、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比について上記のように設定しているため、エッチング量についてトップとミドルとボトムとの間の値が揃う。即ちトップ、ミドル、ボトムの各第１の側方凹部２３の深さの均一性、トップ、ミドル、ボトムの各第２の側方凹部２４の均一性が各々高くなるため好ましい。
次に第２の具体例について述べる。この例におけるエッチング処理前のウエハＷを図５の上段に示しており、当該ウエハＷは図１に示すウエハＷと略同様の構成である。ただしエッチング処理の前工程にて各ＳｉＧｅ膜１２について、第１の凹部２１に臨む側（DENSE側）がエッチングされており、予め第１の側方凹部２３が形成されている。当該第１の凹部２１に臨むＳｉ膜１３の側壁及びＳｉＧｅ膜１２の側壁について、横方向の位置が揃っていない。
それ故に図５の上段のウエハＷをエッチングして各積層体１５の形状を揃えるためには、DENSEエッチング量に比べてISOエッチング量を大きくすることが必要となる。そこでＣｌＦ３ガスの分圧を０．４ｍＴｏｒｒ、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比を基準値よりも低くする。そのＦ２／ＣｌＦ３流量比について、一例としては図３で説明した処理条件２と同じ４Ｂ／Ｃに設定してエッチングを行うようにする。そのようにエッチングを行うことで、DENSEエッチング量に比べてISOエッチング量が大きくなる。図５の下段はエッチング後のウエハＷを示している。上記のエッチング量の差によって、当該図５の下段に示すように第１の側方凹部２３の深さ及び第２の側方凹部２４の深さが互いに揃い、エッチング後の各積層体１５の形状が同じないしは略同じとなる。
続いて、第３の具体例について述べる。この例におけるエッチング処理前のウエハＷを図６の上段に示しており、当該ウエハＷは図１に示すウエハＷと略同様の構成である。ただしエッチング処理の前工程にて各ＳｉＧｅ膜１２について、第２の凹部２２に臨む側（ISO側）がエッチングされており、予め第２の側方凹部２４が形成されている。従って当該第２の凹部２２に臨むＳｉ膜１３の側壁及びＳｉＧｅ膜１２の側壁について、横方向の位置が揃っていない。
それ故に図６の上段のウエハＷをエッチングして各積層体１５の形状を揃えるためには、ISOエッチング量に比べてDENSEエッチング量を大きくすることが必要となる。そこでＣｌＦ３ガスの分圧を０．４ｍＴｏｒｒ、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比を基準値よりも高くする。その流量比について、一例としては図３で説明した処理条件６と同じ６Ｂ／Ｃに設定してエッチングを行うようにする。そのようにエッチングを行うことで、ISOエッチング量に比べてDENSEエッチング量が大きくなる。図６の下段はエッチング後のウエハＷを示している。上記のエッチング量の差によって、当該図６の下段に示すように第１の側方凹部２３の深さ及び第２の側方凹部２４の深さが互いに揃い、エッチング後の各積層体１５の形状が同じないしは略同じとなる。
第４の具体例について述べる。この例におけるエッチング処理前のウエハＷを図７の上段に示しており、当該ウエハＷは図１に示すウエハＷと略同様の構成である。ただしエッチング処理の前工程にて、第１の凹部２１、第２の凹部２２に各々臨む各段のＳｉＧｅ膜１２の側壁の位置についてばらつきが生じており、ミドルがトップ及びボトムに比べて大きくエッチングされており、第１の側方凹部２３及び第２の側方凹部２４が形成されている。トップ及びボトムについては略エッチングされていない。
そこでＣｌＦ３ガスの分圧を０．４ｍＴｏｒｒ、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比を基準値よりも低い値に設定してエッチングを行う。その設定によって図４に示したように、基準値でエッチングする場合よりもミドルのエッチング量に対してトップ及びボトムのエッチング量が大きくなる。従って図７の下段に示すようにエッチング後のウエハＷについて、各段の第１の側方凹部２３の深さ、各段の第２の側方凹部２４の深さを各々揃えることができる。
第５の具体例について述べる。この例でも第４の具体例と同様にエッチング処理前のウエハＷについては処理の前工程にて、第１の凹部２１、第２の凹部２２に各々臨む各段のＳｉＧｅ膜１２の側壁の位置についてばらつきが生じている。具体的には図８の上段に示すように、トップがミドル及びボトムに比べて大きくエッチングされて第１の側方凹部２３及び第２の側方凹部２４が形成されている。ミドルとボトムとについては略エッチングされていない。
その場合はＣｌＦ３ガスの分圧を０．４ｍＴｏｒｒ、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比を基準値よりも高い値に設定してエッチングを行う。その設定によって図４に示したように、基準値でエッチングする場合よりもトップに対するミドルのエッチング量が大きくなる。また、ミドルとボトムとの間のエッチング量についての差が小さくなる。それによって、エッチング後のウエハＷについて各段の第１の側方凹部２３の深さ、各段の第２の側方凹部２４の深さを各々揃えることができる。なお、図７、８における第４及び第５の具体例について、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比は例えば処理条件２の４Ｂ／Ｃよりも小さい値に設定している。つまり、DENSEエッチング量とISOエッチング量とが略同じになった処理条件４のＦ２／ＣｌＦ３流量比に比較的近い値に設定されており、当該DENSEエッチング量と当該ISOエッチング量とが揃えられるようにしている。
以上に述べたように具体例１～５では、処理容器内におけるＣｌＦ３の分圧を０．４ｍTorrに設定した上で、処理容器内に搬送されるウエハＷに応じたＦ２／ＣｌＦ３流量比を設定している。それによりエッチング後の積層体１５について、ウエハＷ毎の形状のばらつきが抑制されるように制御することができる。
なお、以上の具体例１～５について、ＣｌＦ３ガスの分圧は０．４ｍＴｏｒｒにすることに限られず、既述した第１の範囲内の他の値にした上でＦ２／ＣｌＦ３流量比を同様に変動させて、エッチング後のウエハＷの形状を制御してもよい。また、流量比の基準値としても既述した値とすることに限られず、例えば処理条件４と同じ４Ｂ／Ｃに設定し、図５～図８で述べたようにウエハＷの形状に応じて当該基準値から変更してエッチング処理を行うようにしてもよい。
続いて具体例６について説明する。具体例６では、具体例２で述べた図５の上段に示すウエハＷをエッチングするものとし、分圧を０．７mTorr以上の範囲内（第２の範囲内）に設定して処理を行う。図３で説明したように、そのように分圧を設定することで、DENSEエッチング量に比べてISOエッチング量が大きくなり、図５の下段に示すように、エッチング後の各積層体１５の形状が同じないしは略同じとなる。なお、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比については任意の値に設定すればよい。上記の処理条件１、３で、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比がＢ／Ｃ、２Ｂ／ＣのときにDENSEエッチング量＜ISOエッチング量であることが確認されていることから、例えばＢ／Ｃ～２Ｂ／Ｃの範囲内の値とすればよい。
続いて具体例７について説明する。具体例７では、具体例３で述べた図６の上段に示すウエハＷをエッチングするものとし、分圧を０．２mTorr以下の範囲内（第３の範囲内）に設定してエッチング処理を行う。図３で説明したように、そのように分圧を設定してエッチングすることで、ISOエッチング量に比べてDENSEエッチング量が大きくなり、エッチング後の各積層体１５の形状が同じないしは略同じとなる。なお、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比については任意の値に設定すればよい。上記の処理条件５、７で、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比が３Ｂ／Ｃ、９Ｂ／ＣのときにDENSEエッチング量＞ISOエッチング量であることが確認されていることから、例えば３Ｂ／Ｃ～９Ｂ／Ｃの範囲内の値とすればよい。
以上に述べたように上記の具体例１～３ではＦ２／ＣｌＦ３流量比を調整することでISOエッチング量（第１の側壁のエッチング量）とDENSEエッチング量（第２の側壁のエッチング量）との各々について制御し、それによってこれらのエッチング量の大小関係を制御した。しかし、当該具体例６、７のようにＣｌＦ３ガスの分圧を調整することによってもISOエッチング量とDENSEエッチング量との各々を制御し、それによって当該大小関係を制御することができる。なお、既述した各具体例の処理において、ウエハＷの温度は既述した範囲内の温度に設定するものとする。
続いてエッチング装置３について、図９の縦断側面図を参照して説明する。このエッチング装置３は、一のウエハＷに対して各具体例のうちのいずれか一つを選択して実施することができる。当該エッチング装置３は、処理容器３１を備えている。図中３２は、処理容器３１の側壁に開口するウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブ３３により開閉される。処理容器３１内にはウエハＷを載置するステージ４１が設けられており、当該ステージ４１には図示しない昇降ピンが設けられる。その昇降ピンを介して図示しない基板搬送機構とステージ４１との間で、ウエハＷの受け渡しが行われる。
ステージ４１には温度調整部４２が埋設されており、ステージ４１に載置されたウエハＷが既述した範囲内の温度とされる。この温度調整部４２は、例えば水などの温度調整用の流体が流通する循環路の一部をなす流路として構成されており、当該流体との熱交換によりウエハＷの温度が調整される。ただし温度調整部４２としては、そのような流体の流路であることに限られず、例えば抵抗加熱体であるヒーターにより構成されていてもよい。
また、処理容器３１内には排気管４３の一端が開口しており、当該排気管４３の他端は圧力変更機構であるバルブ４４を介して、例えば真空ポンプにより構成される排気機構４５に接続されている。バルブ４４の開度の変更により排気流量が変化することで、処理容器３１内の全圧が変化する。
処理容器３１内の上部側には、ステージ４１に対向するように、エッチングガス供給部であるガスシャワーヘッド４６が設けられている。ガスシャワーヘッド４６には、ガス供給路５１～５４の下流側が接続されており、ガス供給路５１～５４の上流側は流量調整部５５を各々介して、ガス供給源５６～５９に接続されている。各流量調整部５５は、バルブ及びマスフローコントローラを備えている。従って、ガス供給源５６～５９から供給されるガスについては、当該流量調整部５５によって下流側へ供給される流量が調整される。
ガス供給源５６、５７、５８、５９からは、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスが夫々供給される。従ってガスシャワーヘッド４６からは処理容器３１内に、これらのＦ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスを各々供給することができる。以上のような構成であるため、ガス供給路５１、５２に各々介設される流量調整部５５の動作により、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比を調整することができ、また、ガス供給路５２に介設される流量調整部５５及び排気管４３に介設されるバルブ４４の動作により、処理容器３１内のＣｌＦ３ガスの分圧を調整することができる。つまり、これらＦ２／ＣｌＦ３流量比及び処理容器３１内のＣｌＦ３ガスの分圧を、既述した各処理例の値にし、当該各処理を実施することができる。上記の流量調整部５５及びバルブ４４は調整部として構成されている。
ところで、図４に示すようにエッチング装置３はコンピュータである制御部３０を備えており、この制御部３０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、既述した各具体例で述べる処理が行われるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部３０にインストールされる。制御部３０は当該プログラムによりエッチング装置３の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には例えば、既述した各流量調整部５５による下流側へ供給する各ガスの流量の調整、バルブ４４の開度の調整などの動作が含まれる。
上記のエッチング装置３の処理容器３１内に図１等で示したウエハＷが搬送され、ステージ４１に載置されて当該ウエハＷの温度が調整され、当該温度は好ましくは－４０℃～２０℃とされる。そして処理容器３１内が所望の圧力（全圧）とされた状態で、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ａｒガス及びＮ２ガスが処理容器３１内に供給されて、エッチング処理が行われる。各ガスの分圧及びＦ２／ＣｌＦ３流量比について、既述したように所望の値とされる。
処理容器３１内に搬送されるウエハＷに応じて、エッチング装置３のユーザーが手動でＦ２／ＣｌＦ３流量比及び処理容器３１内のＣｌＦ３ガスの分圧について設定してもよい。ただし上記の制御部３０が自動でこれらのパラメータの設定を行うようにしてもよい。このパラメータ設定について具体的に述べると、例えばエッチングの前処理を行う装置に設けられる制御部から、上記の制御部３０にエッチング装置３に搬送されるウエハＷの形状を特定するための情報が送信されるようにする。さらに具体的に述べると、例えば図２で示したウエハＷ形状、図５の上段に示したウエハＷ形状、図６の上段に示したウエハＷ形状のうちのいずれの形状になるかが、前処理を行う他装置の処理レシピによって切り替わるとする。その場合は、エッチング装置３に搬送されるウエハＷがいずれの処理レシピで処理されたかを特定する情報が制御部３０に送信され、当該制御部３０が当該情報を取得するようにする。
そして、制御部３０は処理容器３１内のＣｌＦ３ガスの分圧については第１の範囲内の値に設定し、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比については上記の情報に基づいて具体例１で述べた値、具体例２で述べた値、具体例３で述べた値のうちのいずれにするかを選択、決定する。その決定した値でエッチングがなされることで、各図で説明したようにISOエッチング量、DENSEエッチング量が各々制御され、各積層体１５の形状が揃えられる。
なお上記したように、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比を他装置からの情報に基づいて決定する代わりに、処理容器３１内のＣｌＦ３ガスの分圧について第１の範囲の値、第２の範囲の値、第３の範囲の値の中から選択することによっても、上記の大小関係を制御することができる。そのため、制御部１０による当該ＣｌＦ３ガスの分圧の選択が行われて、上記のエッチング量の大小関係が制御されるようにしてもよい。つまり具体例１、具体例６、具体例７で述べたうちのいずれの処理条件で処理を行うかを制御部３０が決定するようにしてもよい。
また、例えば他装置の処理レシピによって第１の凹部２１に臨むＳｉＧｅ膜１２のエッチング量が変化し、当該ＳｉＧｅ膜１２についてトップ、ミドル、ボトムの側壁について図１に示した位置関係となるか、図７に示した位置関係となるか、図８に示した位置関係となるかが変化するものとする。制御部３０により、ＣｌＦ３ガスの分圧については第１の範囲内の値に設定されると共に、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比については上記の処理レシピについて情報に基づいて、既述した基準値とするか、基準値よりも所定の量だけ大きい値とするか、基準値よりも所定の量だけ低い値とするかが決定されてもよい。つまり具体例１、具体例４、具体例５で述べたうちのいずれの処理条件で処理を行うかを制御部３０が決定し、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比が切り替えられる。即ち、処理容器３１に格納されるウエハＷに応じて当該Ｆ２／ＣｌＦ３流量比が調整されて、第１の凹部２１に臨む各段のＳｉＧｅ膜のエッチング形状が制御されることになる。
ところで実験結果の他の利用例を示す。図４中の点線は、実験で得られたＦ２／ＣｌＦ３流量比と、エッチング量のトップ－ミドルとの対応関係について、一次関数として近似して表したものである。この一次関数が制御部３０のメモリに記憶されているものとする。そして例えば一のウエハＷについてＣｌＦ３ガスの分圧が０．４ｍＴｏｒｒ、且つＦ２／ＣｌＦ３流量比については任意の第１の流量比で処理されたものとする。この一のウエハＷの検査を行い、エッチング量のトップ－ミドルについての測定値ａ１を得る。
そして上記の一次関数にて、エッチング量のトップ－ミドルが０となる点ｂ１と測定値ａ１に対応する点とのＦ２／ＣｌＦ３流量比の変位量ｃ１を読み出し、後続のウエハＷを処理するにあたりトップ－ミドルがゼロとなるように、第１の流量比からｃ１だけずらした流量比（第２の流量比とする）に設定する。つまり、Ｆ２／ＣｌＦ３流量比をずらした分だけ、一次関数に従ってエッチング量のトップ－ミドルの値が変位するものとみなし、後続のウエハＷのトップ－ミドルが０ｎｍになるように先に処理されたウエハＷから得られたトップ－ミドルからＦ２／ＣｌＦ３流量比を決める。上記の第２の流量比の決定は、例えば制御部３０により行われる。トップ－ミドルを０ｎｍにするように示したが、同様にしてミドル－ボトムを０ｎｍにするように制御が行われてもよい。このように上記の実験に基づいたウエハＷの形状制御としては、図５～図８等で示したエッチング前のウエハＷの形状に基づいて行うことに限られない。
以上のようにエッチング装置３で行われる各エッチング処理については、第１の凹部２１に臨むＳｉＧｅ膜のエッチング量、第２の凹部２２に臨む各ＳｉＧｅ膜１２のエッチング量の大小関係が制御される。より詳しくは、いずれのエッチング量を大きくするか、等量とするかが選択自在である。それにより、エッチング後の積層体１５の形状が互いに揃う、つまり所望の形状となるように制御される。さらに、第１の凹部２１に臨む各段のＳｉＧｅ膜１２についてのトップ、ミドル、ボトムの各エッチング量についても制御され、このトップ、ミドル、ボトムの形状、より具体的にはこれらの各高さのＳｉＧｅ膜１２の側壁の位置についても制御することができる。
なお、既述した各例ではエッチング後の第１の側方凹部２３、第２の側方凹部２４の各深さが揃うことで、積層体１５の形状を揃えているが、これら側方凹部２３、２４のうちのいずれかを大きくするように処理条件の選択を行ってもよい。つまり、エッチング量を制御するにあたり、各積層体１５の形状が互いに揃うように行うことには限られない。また、既述の例のようにＳｉＧｅ膜１２の間にＳｉ膜１３が介在する構成でなくてもよく、マスク膜１４と基体１１との間にはＳｉＧｅ膜１２のみが設けられた構成であってもよい。さらに第１の凹部２１、第２の凹部２２は縦方向に開口することに限られず、横方向に開口していてもよい。つまり、凹部の側壁とは凹部の底部から見ての側壁であり、横方向に位置することに限られるものではない。
本例ではＳｉＧｅ膜に対するエッチング性が比較的低い第２のフッ素含有ガスとしてＦ２ガスを用い、ＳｉＧｅ膜に対するエッチング性が比較的高い第１のフッ素含有ガスとしてＣｌＦ３ガスを用いているが、このようなガスの組み合わせとすることに限られない。具体的には例えば第２のフッ素含有ガスとしてはＨＦガスを用いてもよいし、第１のフッ素含有ガスとしてＣｌＦ３ガスの代わりにＳＦ６ガス、ＩＦ５ガスやＩＦ７ガスを用いてもよい。また、エッチング対象であるゲルマニウム含有膜としてはＳｉＧｅ膜に限られず、ゲルマニウム膜であってもよい。
なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更、組み合わせがなされてもよい。
Ｗ ウエハ
１２ ＳｉＧｅ膜
１５ 積層体
２１ 第１の凹部
２２ 第２の凹部

Claims (14)

  1. ゲルマニウム含有膜である側壁によって構成される凹部を備える基板を処理容器内に格納する工程と、
    前記処理容器内に第１のフッ素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給し、前記第１の側壁及び第２の側壁についてエッチングするエッチング工程と、
    前記エッチング工程に含まれ、当該処理容器内における前記第１のフッ素含有ガスの分圧、または前記処理容器内に供給する当該第１のフッ素含有ガスに対する前記第２のフッ素含有ガスの流量の割合を調整して、エッチング後の前記側壁の形状を制御する形状制御工程と、
    を備えるエッチング方法。
  2. 前記形状制御工程は、前記処理容器内における前記第１のフッ素含有ガスの分圧を調整する工程を含む請求項１記載のエッチング方法。
  3. 前記凹部は、
    第１の側壁によって構成され、第１の幅を有する第１の凹部と、
    第２の側壁によって構成され、前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する第２の凹部と、を含み、
    前記形状制御工程は、
    前記エッチング工程における前記第１の側壁のエッチング量と、前記第２の側壁のエッチング量との各々の大きさを制御することである請求項２記載のエッチング方法。
  4. 前記第１のフッ素含有ガスは三塩化フッ素ガスであり、
    前記形状制御工程は、前記第１のフッ素含有ガスの分圧について、
    前記処理容器内に供給する当該第１のフッ素含有ガスに対する前記第２のフッ素含有ガスの流量の割合に応じて、前記第１の側壁のエッチング量と前記第２の側壁のエッチング量との各々の大きさを変更可能な第１の範囲における分圧としてエッチングを行う工程を含む請求項３記載のエッチング方法。
  5. 前記処理容器に格納される基板に応じて、前記流量の割合を決定する工程を含む請求項４記載のエッチング方法。
  6. 前記第１の範囲は、0.267×10－1Ｐａより大きく、0.933×10－1Ｐａより小さい範囲である請求項４または５記載のエッチング方法。
  7. 前記第１のフッ素含有ガスは三塩化フッ素ガスであり、
    前記形状制御工程は、前記第１のフッ素含有ガスの分圧について、前記第１の側壁のエッチング量に比べて前記第２の側壁のエッチング量が大きくなる第２の範囲における分圧としてエッチングを行う工程を含む請求項３記載のエッチング方法。
  8. 前記第２の範囲は0.933×10－1Ｐａ以上である請求項７記載のエッチング方法。
  9. 前記第１のフッ素含有ガスは三塩化フッ素ガスであり、
    前記形状制御工程は、前記第１のフッ素含有ガスの分圧について、前記第２の側壁のエッチング量に比べて前記第１の側壁のエッチング量が大きくなる第３の範囲における分圧に調整する工程を含む請求項３記載のエッチング方法。
  10. 前記第３の範囲は0.267×10－1Ｐａ以下である請求項９記載のエッチング方法。
  11. 前記第１のフッ素含有ガスは三塩化フッ素ガスであり、
    前記形状制御工程は、前記第１のフッ素含有ガスの分圧について、
    前記処理容器内に供給する当該第１のフッ素含有ガスに対する前記第２のフッ素含有ガスの流量の割合に応じて前記第１の側壁のエッチング量と前記第２の側壁のエッチング量との各々の大きさを変更可能な第１の範囲、前記第１の側壁のエッチング量に比べて前記第２の側壁のエッチング量が大きくなる第２の範囲、前記第２の側壁のエッチング量に比べて前記第１の側壁のエッチング量が大きくなる第３の範囲のうち、
    前記処理容器に格納される基板に応じて選択された範囲内の分圧となるように行われる請求項３ないし１０のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  12. 前記凹部の側壁は複数段の前記ゲルマニウム含有膜と、当該ゲルマニウム含有膜の間に介挿される介挿膜とにより構成され、
    前記形状制御工程は、前記流量の割合を調整して、前記側壁における各段のゲルマニウム含有膜のエッチング後の形状を制御する工程を含む請求項１ないし１１のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  13. 前記ゲルマニウム含有膜はＳｉＧｅ膜である請求項１ないし１２のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  14. ゲルマニウム含有膜である側壁によって構成される凹部を備える基板を格納する処理容器と、
    前記処理容器内に第１のフッ素含有ガス及び第２のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給し、前記側壁についてエッチングするためのエッチングガス供給部と、
    前記エッチング後の前記側壁の形状を制御するために、当該エッチング中における前記処理容器内における前記第１のフッ素含有ガスの分圧を調整するか、または前記処理容器内に供給する当該第１のフッ素含有ガスに対する前記第２のフッ素含有ガスの流量の割合を調整する調整部と、
    を備えるエッチング装置。
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