JP3974356B2 - SiGe膜のエッチング方法 - Google Patents
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Description
【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あるいはシリコン窒化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Ge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Si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CF4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(Si3N4)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を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膜あるいはSi3N4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SiO2膜やSi3N4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Si3N4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SiGe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、表面にSiGe結晶層を形成した基板のマスクに覆われていない部分のSiGe膜をSi膜または酸化シリコン膜またはシリコン窒化膜に対して選択的に除去するSiGe膜のエッチング方法であって、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HF(弗化水素)にアルゴンガス(Ar)および酸素ガス(O2)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。HF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SiGe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SiGe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8nm/min以上とすることができ、対Si選択比を約15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、SiO2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GeH4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SiGe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 Cyclotron Resonance、電子サイクロトロン共鳴プラズマ)、IPC(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(Si3N4)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、水素原子と弗素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SiO2膜やSi 3 N 4 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
Claims (5)
- 表面にSiGe結晶層を形成した基板のマスクに覆われていない部分のSiGe膜をSi膜または酸化シリコン膜またはシリコン窒化膜に対して選択的に除去するSiGe膜のエッチング方法であって、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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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