JP7145740B2 - Etching method - Google Patents
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Description
本開示は、SiGe系材料をエッチングするエッチング方法に関する。 The present disclosure relates to etching methods for etching SiGe-based materials.
近年、シリコン(以下、Siと記す)以外の新しい半導体材料としてシリコンゲルマニウム(SiGeと記す)が知られており、このSiGeを用いた半導体素子としてSi層とSiGe層を積層した後、SiGe層をSi層に対して選択的にエッチングしたものや、Si層をSiGe層に対して選択的にエッチングしたものが求められている。 In recent years, silicon germanium (referred to as SiGe) has been known as a new semiconductor material other than silicon (hereinafter referred to as Si). A material obtained by selectively etching a Si layer and a material obtained by selectively etching a Si layer with respect to a SiGe layer are desired.
Siに対してSiGeを選択的にエッチングする技術としては、エッチングガスとしてClF3、XeF2を用いるもの(特許文献1)、およびHFを用いるもの(特許文献2)、NF3ガスとO2ガス等の混合ガスのプラズマを用いるもの(特許文献3)が知られている。また、SiGeに対してSiを選択的にエッチングする技術としては、SF6やCF4を含むエッチングガスに、ゲルマニウムを含むガスを加えてエッチングする技術が知られている(特許文献4)。 Techniques for selectively etching SiGe with respect to Si include those using ClF 3 and XeF 2 as etching gases (Patent Document 1), those using HF (Patent Document 2), NF 3 gas and O 2 gas. (Patent Document 3) is known that uses mixed gas plasma such as. As a technique for selectively etching Si with respect to SiGe, there is known a technique for etching by adding a germanium-containing gas to an etching gas containing SF 6 or CF 4 (Patent Document 4).
また、特許文献5には、F2ガスおよびNH3ガスの比率を変化させることにより、Siに対するSiGeの選択的エッチングおよびSiGeに対するSiの選択的エッチングが可能であることが記載されている。
Further,
ところで、上記技術は、いずれも、SiGeをSiに対して選択的にエッチングするか、またはSiをSiGeに対して選択エッチングするのみであるが、最近では、SiGe系材料の互いにGe濃度が異なるものの一方を他方に対して高選択比でエッチングすることも求められつつあり、上記技術ではこのようなエッチングに十分に対応することができない。 By the way, all of the above techniques only etch SiGe selectively with respect to Si or selectively etch Si with respect to SiGe. Etching one of the layers with respect to the other with a high selectivity is also being demanded, and the above technique cannot sufficiently cope with such etching.
したがって、本開示は、SiGe系材料の互いにGe濃度が異なるものの一方を他方に対して高選択比でエッチングすることができるエッチング方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides an etching method capable of etching one of SiGe-based materials having different Ge concentrations with respect to the other with a high selectivity.
本開示の一態様に係るエッチング方法は、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料を有する被処理体に対し、エッチングガスを供給し、前記第1のSiGe系材料および前記第2のSiGe系材料の前記エッチングガスによるエッチングが開始されるまでのインキュベーションタイムの差を利用して、前記第1のSiGe系材料および前記第2のSiGe系材料の一方を他方に対して選択的にエッチングするエッチング方法であって、前記第1のSiGe系材料は、Ge濃度が20~50at%のSiGe膜からなる第1の膜であり、前記第2のSiGe系材料は、Ge濃度が0~20at%(ただし0at%は除く)のSiGe膜からなる第2の膜であり、エッチングガスとして、ClF 3 ガス、F 2 ガス、IF 7 ガスからなる群から選択された少なくとも一種のフッ素含有ガスを含むガスを用いて、前記第1の膜を前記第2の膜に対して選択的にエッチングする。 An etching method according to an aspect of the present disclosure supplies an etching gas to an object to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other, and removes the first SiGe-based material. and one of the first SiGe-based material and the second SiGe-based material with respect to the other by utilizing the difference in incubation time until the second SiGe-based material is etched by the etching gas In the etching method, the first SiGe-based material is a first film made of a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 50 at %, and the second SiGe-based material is Ge A second film made of a SiGe film having a concentration of 0 to 20 at % (excluding 0 at %), and as an etching gas, at least one selected from the group consisting of ClF3 gas, F2 gas, and IF7 gas . The first film is selectively etched with respect to the second film using a gas containing a fluorine-containing gas .
本開示の他の態様に係るエッチング方法は、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料を有する被処理体に対し、エッチングガスを供給して、前記第1のSiGe系材料および前記第2のSiGe系材料の一方がエッチングされ、他方が実質的にエッチングされないエッチング時間でのエッチング処理と、処理空間のパージとを複数回繰り返して、前記第1のSiGe系材料および前記第2のSiGe系材料の一方を他方に対して選択的にエッチングするエッチング方法であって、前記第1のSiGe系材料は、Ge濃度が20~50at%のSiGe膜からなる第1の膜であり、前記第2のSiGe系材料は、Ge濃度が0~20at%(ただし0at%は除く)のSiGe膜からなる第2の膜であり、エッチングガスとして、ClF 3 ガス、F 2 ガス、IF 7 ガスからなる群から選択された少なくとも一種のフッ素含有ガスを含むガスを用いて、前記第1の膜を前記第2の膜に対して選択的にエッチングする。 An etching method according to another aspect of the present disclosure supplies an etching gas to an object to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other, and removes the first SiGe The first SiGe-based material and the second SiGe-based material are repeatedly etched at an etching time at which one of the SiGe-based material and the second SiGe-based material is etched and the other is not substantially etched, and the purging of the processing space is repeated multiple times to remove the first SiGe-based material and the second SiGe-based material. An etching method for selectively etching one of the second SiGe-based materials with respect to the other, wherein the first SiGe-based material is a first film made of a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 50 at %. and the second SiGe-based material is a second film made of a SiGe film having a Ge concentration of 0 to 20 at % (excluding 0 at %), and etching gases include ClF 3 gas, F 2 gas, The first film is selectively etched with respect to the second film using a gas containing at least one fluorine-containing gas selected from the group consisting of IF7 gases .
本開示のさらに他の態様に係るエッチング方法は、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料を有する被処理体に対し、低温域でエッチングガスを供給し、前記第1のSiGe系材料および前記第2のSiGe系材料の一方を他方に対して選択的にエッチングするエッチング方法であって、前記第1のSiGe系材料は、Ge濃度が20~50at%のSiGe膜からなる第1の膜であり、前記第2のSiGe系材料は、Ge濃度が0~20at%(ただし0at%は除く)のSiGe膜からなる第2の膜であり、エッチングガスとして、ClF 3 ガス、F 2 ガス、IF 7 ガスからなる群から選択された少なくとも一種のフッ素含有ガスを含むガスを用いて、前記第1の膜を前記第2の膜に対して選択的にエッチングする。 An etching method according to still another aspect of the present disclosure supplies an etching gas in a low temperature range to an object to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other, and An etching method for selectively etching one of a first SiGe-based material and a second SiGe-based material with respect to the other, wherein the first SiGe-based material is a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 50 at %. and the second SiGe-based material is a second film made of a SiGe film having a Ge concentration of 0 to 20 at % (excluding 0 at %), and the etching gas is ClF 3 The first film is selectively etched with respect to the second film using a gas containing at least one fluorine-containing gas selected from the group consisting of gas, F2 gas, and IF7 gas .
本開示によれば、第1のSiGe系材料および第2のSiGe系材料の一方を、他方をほとんどエッチングすることなく、高選択比でエッチングすることができる。 According to the present disclosure, one of the first SiGe-based material and the second SiGe-based material can be etched at a high selectivity without substantially etching the other.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第1の実施形態>
最初に、第1の実施形態について説明する。
本実施形態では、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料を有する被処理基板に対し、エッチングガス、例えばフッ素含有ガスを含むガスを供給し、第1のSiGe系材料および第2のSiGe系材料のエッチングガスによるエッチングが開始されるまでのインキュベーションタイムの差が生じる温度で、インキュベーションタイム差を利用して、第1のSiGe系材料および第2のSiGe系材料の一方を他方に対して選択的にエッチングする。なお、本実施形態においてSiGe系材料としては、Geが0%の場合(すなわちSiの場合)も含む。
<First Embodiment>
First, the first embodiment will be described.
In the present embodiment, an etching gas, for example, a fluorine-containing gas is supplied to a substrate to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other. The first SiGe-based material and the second SiGe-based material are separated from each other by using the incubation time difference at a temperature at which there is a difference in the incubation time until the etching gas starts to etch the material and the second SiGe-based material. Etch one selectively with respect to the other. In this embodiment, the SiGe-based material includes a case where Ge is 0% (that is, a case of Si).
本実施形態の第1の例は、第1のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が高いSiGeからなる第1の膜と、第2のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が低いSiGe膜またはGeが0%のSi膜からなる第2の膜とを有する被処理体を準備し、被処理体にエッチングガスとしてフッ素含有ガスを供給して、第1の膜を第2の膜に対して選択的にエッチングする。フッ素含有ガスの他に、Arガス等の不活性ガスを供給してもよい。このとき、第2の膜がほとんどエッチングされずに、第1の膜の第2の膜に対する選択比が5以上であることが好ましい。 A first example of the present embodiment includes a first film made of SiGe having a relatively high Ge concentration as a first SiGe-based material and a film having a relatively high Ge concentration as a second SiGe-based material. An object to be processed having a low SiGe film or a second film made of a Si film containing 0% Ge is prepared, and a fluorine-containing gas is supplied as an etching gas to the object to be processed to convert the first film into a second film. Etching selectively with respect to the film. Inert gas such as Ar gas may be supplied in addition to the fluorine-containing gas. At this time, it is preferable that the second film is hardly etched and the selection ratio of the first film to the second film is 5 or more.
フッ素含有ガスとしては、ClF3ガス、F2ガス、IF7ガス等を用いることができる。 As the fluorine - containing gas, ClF3 gas, F2 gas, IF7 gas, or the like can be used.
このとき、エッチングガスとして上記のようなフッ素含有ガスを用いると、Ge濃度が高い第1の膜のほうが、Ge濃度が小さい第2の膜よりエッチングされやすいため、この化学反応性の差異により第1の膜を第2の膜に対して選択的にエッチングすることはできるが、特に、高温域において、単純にエッチングガスによる化学反応性の差異のみを利用したエッチングでは、第2の膜もエッチングされてしまい好ましくない。 At this time, if a fluorine-containing gas as described above is used as an etching gas, the first film having a high Ge concentration is more likely to be etched than the second film having a low Ge concentration. Although it is possible to selectively etch the first film with respect to the second film, especially in a high-temperature range, the second film is also etched by etching that simply utilizes the difference in chemical reactivity due to the etching gas. I don't like it.
これに対し、本例では、所定の温度範囲、特に後述するような高温域において、第1の膜および第2の膜のエッチング反応のインキュベーションタイムの差を利用して選択エッチングを行う。インキュベーションタイムとは、エッチングガスが供給されてから実際にエッチング反応が開始されるまでの時間をいい、図1に示すように、低Ge濃度の第2の膜のインキュベーションタイム(T2)のほうが、高Ge濃度の第1の膜のインキュベーションタイム(T1)よりも長くなる。このインキュベーションタイム差(ΔT)を利用することにより、第2の膜のエッチングを十分に抑制しつつ、第1の膜をエッチングして、選択性の高いエッチングを行う。 On the other hand, in this example, selective etching is performed in a predetermined temperature range, particularly in a high temperature range as described later, by utilizing the difference in the incubation times of the etching reactions of the first film and the second film. The incubation time is the time from the supply of the etching gas to the actual start of the etching reaction. As shown in FIG. It is longer than the incubation time (T1) of the first film with high Ge concentration. By utilizing this incubation time difference (ΔT), etching of the first film is performed while sufficiently suppressing etching of the second film, and etching with high selectivity is performed.
このようなインキュベーションタイム差(ΔT)が存在するのは、フッ素含有ガスでエッチングされ難い自然酸化膜としてのSiO2膜が、第1の膜よりも第2の膜の表面に多く形成されるからであると考えられる。 The reason why such an incubation time difference (ΔT) exists is that the SiO 2 film as a natural oxide film that is difficult to etch with a fluorine-containing gas is formed more on the surface of the second film than on the first film. It is considered to be
インキュベーションタイムは、エッチングの際の被処理体の温度(エッチング温度)により調整することができ、第1の膜と第2の膜とで十分なインキュベーションタイム差(ΔT)が形成されるようにエッチング温度を設定することが好ましい。このとき、第1の膜のエッチングに必要な時間が、第2の膜のインキュベーションタイム(T2)以下、すなわちインキュベーション期間であることがより好ましい。これにより、第2の膜をほとんどエッチングすることなく、第1の膜を第2の膜に対して高選択比でエッチングすることができる。 The incubation time can be adjusted by the temperature of the object to be processed (etching temperature) during etching, and etching is performed so that a sufficient incubation time difference (ΔT) is formed between the first film and the second film. It is preferred to set the temperature. At this time, it is more preferable that the time required for etching the first film is equal to or less than the incubation time (T2) of the second film, that is, the incubation period. As a result, the first film can be etched at a high selectivity with respect to the second film while hardly etching the second film.
本例においては、上述したように低Ge濃度の第2の膜としてGe0%のSi膜も許容するが、第1の膜および第2の膜ともにSiGe膜であるときにより効果を発揮する。また、具体的な数値としては、高Ge濃度の第1の膜は、Ge濃度が20~50at%の範囲であることが好ましく、25~35at%がより好ましく、例えば30at%である。また、第2の膜は、Ge濃度が0~20at%(20at%は含まず。)の範囲であることが好ましく、5~15at%がより好ましく、例えば10at%である。 In this example, as described above, a 0% Ge Si film is allowed as the low Ge concentration second film, but the effect is more pronounced when both the first film and the second film are SiGe films. As a specific numerical value, the Ge concentration of the high Ge concentration first film is preferably in the range of 20 to 50 at %, more preferably 25 to 35 at %, for example 30 at %. The second film preferably has a Ge concentration in the range of 0 to 20 at % (not including 20 at %), more preferably 5 to 15 at %, for example 10 at %.
本実施形態において、エッチング温度は100℃以上の高温域であることが好ましく、100~125℃がより好ましい。最も好ましいのは120℃である。SiGe膜は、フッ素含有ガス、例えばClF3ガスでエッチングする場合、温度が低いほどエッチングされやすくなる傾向にあり、自然酸化膜もエッチングされやすくなる。SiGeの膜質にもよるが、80℃付近では、低Ge濃度のSiGe膜においても表面の自然酸化膜がエッチングされやすくなり、インキュベーションタイムが短く、インキュベーションタイム差をとりにくくなる。これに対して、100℃以上の高温域では、SiGe膜の表面の自然酸化膜およびその膜自体のエッチングレートが低下し、低Ge濃度のSiGe膜においては自然酸化膜もエッチングされ難くなって、低Ge濃度の第2の膜のインキュベーションタイムを長くすることができ、インキュベーションタイム差を長くとることができる。特に、120℃付近では、Geが10at%のSiGe膜はインキュベーションタイムを10min程度と十分長くすることができ、エッチング時間が10min程度まで、低Ge濃度の第2の膜をほとんどエッチングすることなく、例えば30at%の高Ge濃度の第1の膜を高選択比でエッチングすることができる。ただし、エッチング温度が130℃以上になると、高Ge濃度の第1の膜もエッチングされ難くなってしまう。 In this embodiment, the etching temperature is preferably in a high temperature range of 100.degree. C. or higher, more preferably 100 to 125.degree. Most preferred is 120°C. SiGe films tend to be more easily etched at lower temperatures when etched with a fluorine-containing gas such as ClF 3 gas, and natural oxide films are also easily etched. Although it depends on the quality of the SiGe film, at around 80° C., the natural oxide film on the surface of the SiGe film with a low Ge concentration is likely to be etched, the incubation time is short, and it is difficult to obtain a difference in the incubation time. On the other hand, in a high temperature range of 100° C. or higher, the etching rate of the natural oxide film on the surface of the SiGe film and the film itself decreases, and in the SiGe film with a low Ge concentration, the natural oxide film also becomes difficult to etch. The incubation time of the second film with low Ge concentration can be lengthened, and the incubation time difference can be lengthened. In particular, at around 120° C., the SiGe film containing 10 at % of Ge can be sufficiently long incubating time of about 10 minutes, and the second film with a low Ge concentration is hardly etched until the etching time is about 10 minutes. For example, the first film with a high Ge concentration of 30 at % can be etched with a high selectivity. However, if the etching temperature is 130° C. or higher, it becomes difficult to etch even the first film with a high Ge concentration.
エッチングの際の圧力は10~1000mTorr(1.33~133Pa)の範囲が好ましく、例えば120mTorr(16Pa)である。 The pressure during etching is preferably in the range of 10 to 1000 mTorr (1.33 to 133 Pa), for example 120 mTorr (16 Pa).
次に、第1の実施形態の第1の例の実験結果について説明する。
ここでは、エッチングガスとしてClF3ガスを用い、Ge濃度が10at%のSiGe膜(Si-10%Ge膜)と、Ge濃度が30at%のSiGe膜(Si-30%Ge膜)について、エッチング温度を80℃、100℃、120℃と変化させ、エッチング時間とエッチング量との関係を求めた。その結果を図2に示す。また、図3は、図2の一部を拡大して示す図である。
Next, experimental results of the first example of the first embodiment will be described.
Here, ClF 3 gas is used as the etching gas, and the etching temperature is set to was changed to 80° C., 100° C., and 120° C., and the relationship between the etching time and the etching amount was obtained. The results are shown in FIG. Moreover, FIG. 3 is a figure which expands and shows a part of FIG.
これらの図に示すように、Si-10%Ge膜およびSi-30%Ge膜のいずれも、80℃ではエッチング量が多く、また、いずれの温度でもSi-30%Ge膜のほうがSi-10%Ge膜よりもエッチング量が多いことがわかる。また、80℃では、Si-10%Ge膜およびSi-30%Ge膜のいずれもインキュベーションタイムは短く、Si-10%Ge膜も短時間でエッチングが開始され、600sec(10min)でSi-10%Ge膜のエッチング量が10nm以上となることがわかる。これに対し、エッチング温度が100℃では、Si-10%Ge膜のインキュベーションタイムが100secであり、Si-30%Ge膜とのインキュベーションタイム差を利用したエッチングが可能であることがわかる。また、エッチング時間が600sec(10min)でも、Si-10%Ge膜のエッチング量が3nm程度であり、Si-10%Ge膜のエッチングを抑制してSi-30%Ge膜をエッチングすることができた。また、エッチング温度が120℃では、Si-10%Ge膜のインキュベーションタイムが600sec(10min)であり、600secという長期間、Si-30%Ge膜をSi-10%Ge膜に対する選択比が無限大でエッチングできることが確認された。また、エッチング温度が120℃では、エッチング時間が1200secでもSi-10%Ge膜のエッチング量は5nm程度と少なかった。 As shown in these figures, both the Si-10%Ge film and the Si-30%Ge film show a large amount of etching at 80° C., and the Si-30%Ge film has a higher Si-10% at any temperature. It can be seen that the amount of etching is larger than that of the %Ge film. At 80° C., the incubation time was short for both the Si-10% Ge film and the Si-30% Ge film, and the etching of the Si-10% Ge film was started in a short time. It can be seen that the etching amount of the %Ge film is 10 nm or more. On the other hand, when the etching temperature is 100° C., the incubation time of the Si-10%Ge film is 100 sec, and it is possible to etch using the incubation time difference from the Si-30%Ge film. Also, even if the etching time is 600 sec (10 min), the etching amount of the Si-10% Ge film is about 3 nm, and the Si-30% Ge film can be etched while suppressing the etching of the Si-10% Ge film. rice field. In addition, when the etching temperature is 120° C., the incubation time of the Si-10% Ge film is 600 sec (10 min), and the selectivity of the Si-30% Ge film to the Si-10% Ge film is infinite for a long period of 600 sec. It was confirmed that etching can be performed with Also, when the etching temperature was 120° C., the etching amount of the Si-10% Ge film was as small as about 5 nm even when the etching time was 1200 sec.
次に、本実施形態の第2の例について説明する。第2の例は、第1のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が高いSiGeからなる第1の膜と、第2のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が低いSiGe膜またはGeが0%のSi膜からなる第2の膜とを有する被処理体を準備し、被処理体にエッチングガスとしてフッ素含有ガスおよびNH3ガスを供給して、第2の膜を第1の膜に対して選択的にエッチングする。すなわち、第1の例とは逆で、Ge濃度の高い第1の膜に対してGe濃度の低い第2の膜を選択的にエッチングする。このとき、第2の膜がほとんどエッチングされずに、第2の膜の第1の膜に対する選択比が5以上であることが好ましい。 Next, a second example of this embodiment will be described. A second example is a first film made of SiGe with a relatively high Ge concentration as the first SiGe-based material, and a SiGe film with a relatively low Ge concentration as the second SiGe-based material, or A second film made of a Si film containing 0% Ge is prepared, and a fluorine-containing gas and NH 3 gas are supplied as etching gases to the object to be processed, so that the second film is formed on the first film. Etching selectively with respect to the film. That is, contrary to the first example, the second film having a low Ge concentration is selectively etched with respect to the first film having a high Ge concentration. At this time, it is preferable that the second film is hardly etched and the selection ratio of the second film to the first film is 5 or more.
このようにエッチングガスとしてNH3ガスを加えることにより、Ge濃度の違いが反転するのは、フッ素含有ガスにNH3ガスが添加されることにより、表面の自然酸化膜であるSiO2のほうがエッチングされやすくなるためである。フッ素含有ガスとしては、第1の例と同様、ClF3ガス、F2ガス、IF7ガス等を用いることができる。フッ素含有ガスとNH3ガスの比率は1/500~1の範囲が好ましい。 The reason why the difference in Ge concentration is reversed by adding NH3 gas as an etching gas in this way is that the addition of NH3 gas to the fluorine-containing gas makes it easier to etch SiO2 , which is the natural oxide film on the surface. This is because it is easier for As the fluorine - containing gas, ClF3 gas, F2 gas, IF7 gas, etc. can be used as in the first example. The ratio of the fluorine-containing gas and the NH 3 gas is preferably in the range of 1/500-1.
本例でも、第1の膜および第2の膜のGe濃度は第1の例と同じであり、エッチングされる側が異なるだけである。エッチング温度についても同様であり、100℃以上が好ましく、100~125℃がより好ましく、120℃が最も好ましい。 Also in this example, the Ge concentrations of the first film and the second film are the same as in the first example, and only the side to be etched is different. The same applies to the etching temperature, which is preferably 100.degree. C. or higher, more preferably 100 to 125.degree. C., and most preferably 120.degree.
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。
本実施形態では、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料を有する被処理基板に対し、エッチングガス、例えばフッ素含有ガスを含むガスを供給して、第1のSiGe系材料および第2のSiGe系材料の一方がエッチングされ、他方が実質的にエッチングされないエッチング時間でのエッチング処理と、処理空間のパージとを複数回繰り返して、第1のSiGe系材料および第2のSiGe系材料の一方を他方に対して選択的にエッチングする。なお、本実施形態においても、SiGe系材料としては、Geが0%の場合(すなわちSiの場合)も含む。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described.
In this embodiment, an etching gas, for example, a gas containing fluorine-containing gas is supplied to a substrate to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other to form a first SiGe. The etching process with an etching time at which one of the SiGe-based material and the second SiGe-based material is etched while the other is not substantially etched, and the purging of the processing space are repeated multiple times to obtain the first SiGe-based material and the second SiGe-based material. , one of the SiGe-based materials is selectively etched with respect to the other. Also in this embodiment, the SiGe-based material includes the case where Ge is 0% (that is, the case of Si).
本実施形態の第1の例は、第1のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が高いSiGeからなる第1の膜と、第2のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が低いSiGe膜またはGeが0%のSi膜からなる第2の膜とを有する被処理体を準備し、図4に示すように、被処理体にエッチングガスとしてフッ素含有ガスを供給して、第1の膜がエッチングされ、第2の膜が実質的にエッチングされないエッチング時間でのエッチング工程(S1)と、処理空間のパージ工程(S2)とを所定回繰り返す。処理空間のパージ工程(S2)は、処理空間を規定する処理容器を真空引きすることにより行うことができる。真空引きとともに処理空間にパージガスとして不活性ガスを供給してもよい。このように、エッチング工程(S1)とパージ工程(S2)を所定回数繰り返すことにより、第2の膜をほとんどエッチングすることなく、第1の膜を第2の膜に対して高選択比でエッチングすることができる。このとき、第2の膜がほとんどエッチングされずに、第1の膜の第2の膜に対する選択比が5以上であることが好ましい。 A first example of the present embodiment includes a first film made of SiGe having a relatively high Ge concentration as a first SiGe-based material and a film having a relatively high Ge concentration as a second SiGe-based material. An object to be processed having a low SiGe film or a second film made of a Si film with 0% Ge is prepared, and as shown in FIG. The etching step (S1) for an etching time during which one film is etched and the second film is not substantially etched, and the processing space purge step (S2) are repeated a predetermined number of times. The purging step (S2) of the processing space can be performed by evacuating the processing container that defines the processing space. An inert gas may be supplied as a purge gas to the processing space along with evacuation. By repeating the etching step (S1) and the purge step (S2) a predetermined number of times in this manner, the first film is etched at a high selectivity with respect to the second film while hardly etching the second film. can do. At this time, it is preferable that the second film is hardly etched and the selection ratio of the first film to the second film is 5 or more.
1回のエッチング工程(S1)は、第2の膜がインキュベーション期間内で第1の膜がエッチングされる期間で終了することが好ましい。これにより、エッチング工程(S1)を繰り返しても第2の膜の表面の自然酸化膜をほとんどエッチングすることなく、第1の膜のみ繰り返しエッチングして所望のエッチング量とすることができる。したがって、本例では、第1の膜および第2の膜のインキュベーションタイム差が小さくても、実質的に第1の膜のみを所望量エッチングすることができるので、第1の例よりも温度マージンが広い。 One etching step (S1) is preferably completed in a period during which the first film is etched while the second film is etched within the incubation period. As a result, even if the etching step (S1) is repeated, the natural oxide film on the surface of the second film is hardly etched, and only the first film can be repeatedly etched to obtain a desired etching amount. Therefore, in this example, even if the incubation time difference between the first film and the second film is small, substantially only the first film can be etched by a desired amount, so the temperature margin is greater than in the first example. is wide.
フッ素含有ガスとしては、第1の実施形態と同様、ClF3ガス、F2ガス、IF7ガス等を用いることができる。また、フッ素含有ガスの他に、Arガス等の不活性ガスを供給してもよい。 As the fluorine - containing gas, ClF3 gas, F2 gas, IF7 gas, etc. can be used as in the first embodiment. In addition to the fluorine-containing gas, an inert gas such as Ar gas may be supplied.
上述したように低Ge濃度の第2の膜としてGe0%のSi膜も許容するが、第1の膜および第2の膜ともにSiGe膜であるときにより効果を発揮する。また、具体的な数値としては、高Ge濃度の第1の膜は、Ge濃度が20~50at%の範囲であることが好ましく、25~35at%がより好ましく、例えば30at%である。また、第2の膜は、Ge濃度が0~20at%(20at%を含まず)の範囲であることが好ましく、5~15at%がより好ましく、例えば10at%である。 As described above, a 0% Ge Si film is acceptable as the second film with a low Ge concentration, but the effect is more pronounced when both the first film and the second film are SiGe films. As a specific numerical value, the Ge concentration of the high Ge concentration first film is preferably in the range of 20 to 50 at %, more preferably 25 to 35 at %, for example 30 at %. Also, the second film preferably has a Ge concentration in the range of 0 to 20 at % (not including 20 at %), more preferably 5 to 15 at %, for example 10 at %.
上述したように、エッチング温度のマージンは第1の実施形態よりも広いが、本例においても、エッチング温度は、100℃以上であることが好ましく、100~125℃がより好ましい。最も好ましいのは120℃である。 As described above, the margin of the etching temperature is wider than in the first embodiment. Also in this example, the etching temperature is preferably 100.degree. C. or higher, more preferably 100 to 125.degree. Most preferred is 120°C.
本例において、1回のエッチング工程(S1)の時間は1~10sec、1回のパージ工程(S2)の時間は5~30secが好ましい。また、エッチングの際の圧力は10~1000mTorr(1.33~133Pa)の範囲が好ましく、例えば120mTorr(16Pa)である。 In this example, the time for one etching step (S1) is preferably 1 to 10 sec, and the time for one purge step (S2) is preferably 5 to 30 sec. Also, the pressure during etching is preferably in the range of 10 to 1000 mTorr (1.33 to 133 Pa), for example, 120 mTorr (16 Pa).
次に、本実施形態の第2の例について説明する。第2の例は、第1のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が高いSiGeからなる第1の膜と、第2のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が低いSiGe膜またはGeが0%のSi膜からなる第2の膜とを有する被処理体を準備し、被処理体にエッチングガスとしてフッ素含有ガスおよびNH3ガスを供給して、第2の膜がエッチングされ、第1の膜が実質的にエッチングされないエッチング時間でのエッチング工程と、処理空間のパージ工程とを所定回繰り返す。すなわち、第1の例とは逆で、Ge濃度の高い第1の膜に対してGe濃度の低い第2の膜を選択的にエッチングする。このとき、第2の膜がほとんどエッチングされずに、第2の膜の第1の膜に対する選択比が5以上であることが好ましい。 Next, a second example of this embodiment will be described. A second example is a first film made of SiGe with a relatively high Ge concentration as the first SiGe-based material, and a SiGe film with a relatively low Ge concentration as the second SiGe-based material, or preparing an object to be processed having a second film made of a Si film containing 0% Ge, and supplying a fluorine-containing gas and NH3 gas as etching gases to the object to be processed to etch the second film; The etching process for an etching time during which the first film is not substantially etched and the process space purging process are repeated a predetermined number of times. That is, contrary to the first example, the second film having a low Ge concentration is selectively etched with respect to the first film having a high Ge concentration. At this time, it is preferable that the second film is hardly etched and the selection ratio of the second film to the first film is 5 or more.
このように、エッチングガスとしてNH3ガスを加えることにより、第1の実施形態の第2の例と同様の原理でGe濃度の違いが反転する。 By adding NH 3 gas as the etching gas in this manner, the difference in Ge concentration is reversed on the same principle as in the second example of the first embodiment.
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態について説明する。
本実施形態では、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料を有する被処理基板に対し、低温域でエッチングガス、例えばフッ素含有ガスを含むガスを供給し、第1のSiGe系材料および第2のSiGe系材料の一方を他方に対して選択的にエッチングする。本実施形態ではインキュベーションタイム差を利用する第1の実施形態とは異なり、両者のエッチング量の差により選択性を確保する。なお、本実施形態においてSiGe系材料としては、Geが0%の場合(すなわちSiの場合)も含む。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described.
In the present embodiment, an etching gas, for example, a fluorine-containing gas is supplied in a low temperature range to a substrate to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other. one of the SiGe-based material and the second SiGe-based material is selectively etched with respect to the other. In this embodiment, unlike the first embodiment that utilizes the incubation time difference, the selectivity is ensured by the difference in etching amount between the two. In this embodiment, the SiGe-based material includes a case where Ge is 0% (that is, a case of Si).
本実施形態の第1の例は、第1のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が高いSiGeからなる第1の膜と、第2のSiGe系材料としての、相対的にGe濃度が低いSiGe膜またはGeが0%のSi膜からなる第2の膜とを有する被処理体を準備し、被処理体にエッチングガスとしてフッ素含有ガスを供給して、第1の膜を第2の膜に対して選択的にエッチングする。フッ素含有ガスの他に、Arガス等の不活性ガスを供給してもよい。このとき、第2の膜がほとんどエッチングされずに、第1の膜の第2の膜に対する選択比が5以上であることが好ましい。 A first example of the present embodiment includes a first film made of SiGe having a relatively high Ge concentration as a first SiGe-based material and a film having a relatively high Ge concentration as a second SiGe-based material. An object to be processed having a low SiGe film or a second film made of a Si film containing 0% Ge is prepared, and a fluorine-containing gas is supplied as an etching gas to the object to be processed to convert the first film into a second film. Etching selectively with respect to the film. Inert gas such as Ar gas may be supplied in addition to the fluorine-containing gas. At this time, it is preferable that the second film is hardly etched and the selection ratio of the first film to the second film is 5 or more.
フッ素含有ガスとしては、ClF3ガス、F2ガス、IF7ガス等を用いることができる。 As the fluorine - containing gas, ClF3 gas, F2 gas, IF7 gas, or the like can be used.
このとき、エッチングガスとして上記のようなフッ素含有ガスを用いると、Ge濃度が高い第1の膜のほうが、Ge濃度が小さい第2の膜よりエッチングされやすいため、この化学反応性の差異により第1の膜を第2の膜に対して選択的にエッチングすることができる。 At this time, if a fluorine-containing gas as described above is used as an etching gas, the first film having a high Ge concentration is more likely to be etched than the second film having a low Ge concentration. One film can be selectively etched with respect to the second film.
エッチングの際の圧力は10~1000mTorr(1.33~133Pa)の範囲が好ましく、例えば120mTorr(16Pa)である。 The pressure during etching is preferably in the range of 10 to 1000 mTorr (1.33 to 133 Pa), for example 120 mTorr (16 Pa).
本実施形態において、エッチング温度は低温域であり、60℃以下のが好ましい。より好ましくは0~60℃の範囲である。 In this embodiment, the etching temperature is in a low temperature range, preferably 60° C. or less. It is more preferably in the range of 0 to 60°C.
その理由について、実際に温度とエッチング量の関係を把握した図5および図6に基づいて以下に説明する。 The reason for this will be explained below with reference to FIGS.
図5は、Ge濃度が0%のSi膜をフッ素含有ガスであるClF3ガスでエッチングした際の、エッチング量の温度依存性を示す図であり、20~120℃の各温度でエッチング時間を30secにしてエッチングした際のエッチング量の傾向を示している。なお、Si膜のエッチング条件は、ClF3ガス流量:20~500sccm、Arガス流量:100~1000sccm、圧力:500~3000mTorrとした。この図に示すように、Si膜のエッチング量は温度に対して線形性を持たず、80℃付近の中温域でエッチング量が多く、60℃以下および100℃以上ではエッチング量が少ない傾向がある。特に、60℃以下ではSi膜のエッチング量がより少なくなっている。このような傾向は、ClF3ガスでのSi膜エッチングでは化学吸着の特性が強く影響しているためと考えられる。この傾向は、Ge量が少ないSiGe膜(例えばSi-10%Ge膜)でも同様であると考えられる。 FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the etching amount when a Si film with a Ge concentration of 0% is etched with ClF 3 gas, which is a fluorine-containing gas. It shows the tendency of the etching amount when the etching is performed at 30 seconds. The etching conditions for the Si film were ClF 3 gas flow rate: 20 to 500 sccm, Ar gas flow rate: 100 to 1000 sccm, and pressure: 500 to 3000 mTorr. As shown in this figure, the etching amount of the Si film does not have linearity with temperature, and there is a tendency that the etching amount is large in the middle temperature range around 80° C., and is small at 60° C. or lower and 100° C. or higher. . In particular, at 60° C. or lower, the etching amount of the Si film is smaller. Such a tendency is considered to be due to the fact that the Si film etching with ClF 3 gas is strongly affected by chemical adsorption characteristics. This tendency is considered to be the same for SiGe films with a small amount of Ge (eg, Si-10% Ge film).
一方、図6は、Ge濃度が30at%のSiGe膜(Si-30%Ge膜)をClF3ガスでエッチングした際の、エッチング量の温度依存性を示す図であり、20~120℃の各温度でエッチング時間を30secにしてエッチングした際のエッチング量を示している。なお、Si-30%Ge膜のエッチング条件は、ClF3ガス流量:1~100sccm、Arガス流量:100~1000sccm、圧力:10~1000mTorrとした。この図から、Si-30%Ge膜のエッチングでは物理吸着特性が強いように見え、エッチング量は温度に対して線形性を持ち、温度が低いほどエッチング量が増加する傾向が見られる。 On the other hand, FIG. 6 is a diagram showing the temperature dependence of the etching amount when a SiGe film with a Ge concentration of 30 at % (Si-30% Ge film) is etched with ClF 3 gas. It shows the amount of etching when the temperature is set to 30 sec for the etching time. The etching conditions for the Si-30% Ge film were ClF 3 gas flow rate: 1 to 100 sccm, Ar gas flow rate: 100 to 1000 sccm, and pressure: 10 to 1000 mTorr. From this figure, it seems that the etching of the Si-30% Ge film has a strong physical adsorption characteristic, and the etching amount has linearity with respect to temperature, and there is a tendency that the etching amount increases as the temperature decreases.
図5、図6から、Si-30%Ge膜のエッチング量が多くなり、Si膜のエッチング量が少なくなる60℃以下の低温域で、高温域よりもSi膜に対するSi-30%Ge膜のエッチング選択比を高くでき、その値は温度が低くなるほど大きくなる傾向が把握される。後述する図7に示すように、Si膜と類似したエッチング傾向を示すSi-10%Ge膜に対するSi-30%Ge膜のエッチング選択比は20以上という高い値を示す。図5、図6では20℃までのデータしかないが、これらの図の傾向から、少なくとも0℃までは高い選択比が得られると考えられる。このように、好ましくは60℃以下、より好ましくは0~60℃、さらには20~60℃の低温域で、Ge濃度が高いSiGeからなる第1の膜を、相対的にGe濃度が低い(0%も含む)SiGeからなる第2の膜に対して、インキュベーションタイム差を利用することなく、極めて高い選択比でエッチングすることができる。 From FIGS. 5 and 6, in the low temperature range of 60° C. or less where the etching amount of the Si-30% Ge film increases and the etching amount of the Si film decreases, the Si-30% Ge film is more effective than the high temperature range. The etching selectivity can be increased, and it is understood that the value tends to increase as the temperature decreases. As shown in FIG. 7, which will be described later, the etching selectivity of the Si-30%Ge film shows a high value of 20 or more with respect to the Si-10%Ge film showing an etching tendency similar to that of the Si film. 5 and 6 only show data up to 20°C, but from the tendencies of these figures, it is considered that a high selectivity can be obtained up to at least 0°C. In this way, the first film made of SiGe with a relatively high Ge concentration is formed at a low temperature range of preferably 60° C. or lower, more preferably 0 to 60° C., and further 20 to 60° C. ( The second film made of SiGe (including 0%) can be etched with an extremely high selectivity without using the incubation time difference.
なお、温度が高いほどSi-30%Ge膜のエッチング量が減少するため、Si膜に対するSi-30%Ge膜のエッチング選択比には不利に作用するが、100℃以上では80℃付近よりもSi膜のエッチング量が低下する。このため、100℃以上の高温域においても、インキュベーションタイム差を利用しなくてもSi膜に対するSi-30%Ge膜のエッチング選択比を比較的高くすることができる。ただし、第1の実施形態で記載したように、高温域ではインキュベーションタイム差を利用することにより、第1の膜を第2の膜に対してより高い選択性でエッチングすることができる。 Incidentally, since the etching amount of the Si-30% Ge film decreases as the temperature increases, the etching selection ratio of the Si-30% Ge film to the Si film is adversely affected. The etching amount of the Si film is reduced. Therefore, even in a high temperature range of 100° C. or higher, the etching selectivity of the Si-30% Ge film relative to the Si film can be made relatively high without using the incubation time difference. However, as described in the first embodiment, the first film can be etched with higher selectivity with respect to the second film by utilizing the incubation time difference in the high temperature range.
次に、第3の実施形態の第1の例の実験結果について説明する。
最初に、エッチングガスとしてClF3ガスを用い、Ge濃度が10at%のSiGe膜(Si-10%Ge膜)と、Ge濃度が30at%のSiGe膜(Si-30%Ge膜)について、低温域である35℃と高温域である120℃でエッチングした。図7は、この際のSi-30%Ge膜のエッチング量を横軸にとり、Si-10%Ge膜のエッチング量を縦軸にとって、35℃でエッチングした場合と120℃でエッチングした場合をプロットした図である。なお、このときのエッチング条件は、ClF3ガス流量:1~100sccm、Arガス流量:100~1000sccm、圧力:10~1000mTorrとした。この図に示すように、Si-10%Ge膜に対するSi-30%Ge膜のエッチング選択比は、35℃の場合は24.6であり、120℃の場合は11.2であった。この結果から、低温域で20以上という高いエッチング選択比が得られ、高温域においても低温域ほどではないが10以上のエッチング選択比が得られることが確認された。
Next, experimental results of the first example of the third embodiment will be described.
First, using ClF 3 gas as an etching gas, a SiGe film with a Ge concentration of 10 at % (Si-10% Ge film) and a SiGe film with a Ge concentration of 30 at % (Si-30% Ge film) were etched in a low-temperature region. Etching was performed at 35° C., which is a high temperature range, and 120° C., which is a high temperature range. In FIG. 7, the horizontal axis represents the amount of etching of the Si-30% Ge film, and the vertical axis represents the amount of etching of the Si-10% Ge film. It is a diagram of The etching conditions at this time were ClF 3 gas flow rate: 1 to 100 sccm, Ar gas flow rate: 100 to 1000 sccm, and pressure: 10 to 1000 mTorr. As shown in this figure, the etching selectivity of the Si-30%Ge film to the Si-10%Ge film was 24.6 at 35.degree. C. and 11.2 at 120.degree. From these results, it was confirmed that a high etching selectivity of 20 or more was obtained in the low temperature range, and that an etching selectivity of 10 or more was obtained in the high temperature range, though not as low as in the low temperature range.
<第1および第2の実施形態が適用される被処理体の構造例>
次に、第1および第2の実施形態が適用される被処理体の構造例について説明する。被処理体は典型的には半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)である。
<Structure example of object to be processed to which first and second embodiments are applied>
Next, structural examples of the object to be processed to which the first and second embodiments are applied will be described. An object to be processed is typically a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer).
図8A、図8Bは、被処理体の構造の第1の例を示す図である。
本例では、図8Aに示すように、Si基板等の半導体基板1の上に、エッチング対象である第1の膜として高Ge濃度SiGe膜(例えばGe濃度30at%)11と、第2の膜として低Ge濃度SiGe膜(例えばGe濃度10at%)12との積層構造が形成されて構成されている。具体的には、半導体基板1の上に、低Ge濃度SiGe膜12と高Ge濃度SiGe膜11が順に積層され、最上段が低Ge濃度SiGe膜12となっており、その上に例えばSiO2膜からなるエッチングマスク13が形成されている。低Ge濃度SiGe膜12と高Ge濃度SiGe膜11の積層数は1回以上であればよい。
8A and 8B are diagrams showing a first example of the structure of the object to be processed.
In this example, as shown in FIG. 8A, on a semiconductor substrate 1 such as a Si substrate, a high Ge concentration SiGe film (for example, 30 at % Ge concentration) 11 as a first film to be etched and a second film are formed. A laminated structure with a low-Ge-concentration SiGe film (for example, Ge-
この状態で、被処理体を所定温度に保持し、第1の実施形態の第1の例のように、ClF3ガス等のフッ素含有ガスを供給する、または、第2の実施形態の第1の例のように、フッ素含有ガスの供給とパージとを繰り返すことにより、高Ge濃度SiGe膜11をエッチングして、例えば図8Bの状態とする。このとき、低濃度GeSiGe膜12はほとんどエッチングされない。図8Bでは、高Ge濃度SiGe膜11の一部をエッチングしているが、全部エッチングしてもよい。また、低濃度GeSiGe膜12の代わりにSi膜を用いてもよい。
In this state, the object to be processed is held at a predetermined temperature, and a fluorine-containing gas such as ClF 3 gas is supplied as in the first example of the first embodiment, or the first By repeating the supply and purge of the fluorine-containing gas, the high-Ge-
図9A、図9Bは、被処理体の構造の第2の例を示す図である。
本例では、図9Aに示すように、Si基板等の半導体基板21の上に、絶縁膜(図示せず)を介して、エッチング対象である第1の膜として高Ge濃度SiGe膜(例えばGe濃度30at%)31と、Si膜32との積層構造30が形成され、積層構造30の両側に半導体基板21のソースおよびドレインに対応する部分に、Low-k膜等の絶縁膜41を介して、保護層として機能し、第2の膜となる低Ge濃度SiGe膜(例えばGe濃度10at%)42と、その外側に設けられた高Ge濃度SiGe膜(例えばGe濃度30at%)43とを有する。積層構造30は、半導体基板21の上に、Si膜32と高Ge濃度SiGe膜31が順に積層され、最上段がSi膜32となっており、その上に例えばSiO2膜からなるエッチングマスク33が形成されている。
9A and 9B are diagrams showing a second example of the structure of the object to be processed.
In this example, as shown in FIG. 9A, a high Ge concentration SiGe film (for example, Ge A laminated
この状態で、被処理体を所定温度に保持し、第1の実施形態の第1の例のように、ClF3ガス等のフッ素含有ガスを供給する、または、第2の実施形態の第1の例のように、フッ素含有ガスの供給とパージとを繰り返すことにより、高Ge濃度SiGe膜31をエッチングして、例えば図9Bの状態とする。このとき、低濃度GeSiGe膜42はほとんどエッチングされず、保護層として機能し、高Ge濃度SiGe膜(例えばGe濃度30at%)43がエッチングされないようにする。
In this state, the object to be processed is held at a predetermined temperature, and a fluorine-containing gas such as ClF 3 gas is supplied as in the first example of the first embodiment, or the first By repeating the supply and purge of the fluorine-containing gas, the high-Ge-
なお、上記2つの構造例において、第1の実施形態および第2の実施形態の第2の例の場合は、高Ge濃度SiGe膜と低Ge濃度SiGe膜(またはSi膜)とが反転した状態となる。 In the above two structural examples, in the case of the first embodiment and the second example of the second embodiment, the high Ge concentration SiGe film and the low Ge concentration SiGe film (or Si film) are reversed. becomes.
<処理システム>
次に、第1の実施形態および第2の実施形態の実施に用いるエッチング装置を搭載した処理システムの一例について説明する。
図10は、処理システムの一例を示す概略構成図である。この処理システム100は、上記構造例に示す構造を有する被処理体としてのウエハWを搬入出する搬入出部102と、搬入出部102に隣接させて設けられた2つのロードロック室103と、各ロードロック室103にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハWに対して熱処理を行なう熱処理装置104と、各熱処理装置104にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハWに対してエッチングを行うエッチング装置105と、制御部106とを備えている。
<Processing system>
Next, an example of a processing system equipped with an etching apparatus used for carrying out the first embodiment and the second embodiment will be described.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing an example of a processing system. This
搬入出部102は、ウエハWを搬送する第1ウエハ搬送機構111が内部に設けられた搬送室112を有している。第1ウエハ搬送機構111は、ウエハWを略水平に保持する2つの搬送アーム111a,111bを有している。搬送室112の長手方向の側部には、載置台113が設けられており、この載置台113には、FOUP等の複数枚のウエハWを収容するキャリアCが例えば3つ接続できるようになっている。また、搬送室112に隣接して、ウエハWのアライメントを行うアライメントチャンバ114が設けられている。
The loading/
搬入出部102において、ウエハWは、搬送アーム111a,111bによって保持され、第1ウエハ搬送機構111の駆動により略水平面内で直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、載置台113上のキャリアC、アライメントチャンバ114、ロードロック室103に対してそれぞれ搬送アーム111a,111bが進退することにより、搬入出させられるようになっている。
In the loading/
各ロードロック室103は、搬送室112との間にそれぞれゲートバルブ116が介在された状態で、搬送室112にそれぞれ連結されている。各ロードロック室103内には、ウエハWを搬送する第2ウエハ搬送機構117が設けられている。また、ロードロック室103は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
Each
第2ウエハ搬送機構117は、多関節アーム構造を有しており、ウエハWを略水平に保持するピックを有している。この第2ウエハ搬送機構117においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室103内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックが熱処理装置104に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置105に到達することが可能となっており、ウエハWをロードロック室103、熱処理装置104、およびエッチング装置105間で搬送することが可能となっている。
The second
制御部106は、典型的にはコンピュータからなり、処理システム100の各構成部を制御するCPUを有する主制御部と、入力装置(キーボード、マウス等)、出力装置(プリンタ等)、表示装置(ディスプレイ等)、記憶装置(記憶媒体)を有している。制御部106の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、処理システム100に、所定の動作を実行させる。
The
このような処理システム100では、上記構造が形成されたウエハWを複数枚キャリアC内に収納して処理システム100に搬送する。処理システム100においては、大気側のゲートバルブ116を開いた状態で搬入出部102のキャリアCから第1ウエハ搬送機構111の搬送アーム111a、111bのいずれかによりウエハWを1枚ロードロック室103に搬送し、ロードロック室103内の第2ウエハ搬送機構117のピックに受け渡す。
In such a
その後、大気側のゲートバルブ116を閉じてロードロック室103内を真空排気し、次いでゲートバルブ154を開いて、ピックをエッチング装置105まで伸ばしてウエハWをエッチング装置105へ搬送する。
After that, the
その後、ピックをロードロック室103に戻し、ゲートバルブ154を閉じ、エッチング装置105において上述したエッチング方法により、例えば高Ge濃度SiGe膜のエッチング処理を行う。
After that, the pick is returned to the
エッチング処理が終了した後、ゲートバルブ122、154を開き、第2ウエハ搬送機構117のピックによりエッチング処理後のウエハWを熱処理装置104に搬送し、エッチング残渣等を加熱除去する。
After the etching process is completed, the
熱処理装置104における熱処理が終了した後、第1ウエハ搬送機構111の搬送アーム111a、111bのいずれかによりキャリアCに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。
After the heat treatment in the
なお、エッチング残渣等を除去する必要がない場合には、熱処理装置104を設けなくともよく、その場合には、エッチング処理が終了した後のウエハWを第2ウエハ搬送機構117のピックによりロードロック室103に退避させ、第1ウエハ搬送機構111の搬送アーム111a、111bのいずれかによりキャリアCに戻せばよい。
If there is no need to remove the etching residue or the like, the
<エッチング装置>
次に、第1および第2の実施形態の第1の例のエッチング方法を実施するためのエッチング装置105の一例について詳細に説明する。
図11はエッチング装置105の一例を示す断面図である。図11に示すように、エッチング装置105は、処理空間を規定する処理容器としての密閉構造のチャンバー140を備えており、チャンバー140の内部には、ウエハWを略水平にした状態で載置させる載置台142が設けられている。また、エッチング装置105は、チャンバー140にエッチングガスを供給するガス供給機構143、チャンバー140内を排気する排気機構144を備えている。
<Etching device>
Next, an example of the
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the
チャンバー140は、チャンバー本体151と蓋部152とによって構成されている。チャンバー本体151は、略円筒形状の側壁部151aと底部151bとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部152で閉止される。側壁部151aと蓋部152とは、シール部材(図示せず)により密閉されて、チャンバー140内の気密性が確保される。
The
蓋部152は、外側を構成する蓋部材155と、蓋部材155の内側に嵌め込まれ、載置台142に臨むように設けられたシャワーヘッド156とを有している。シャワーヘッド156は円筒状をなす側壁157aと上部壁157bとを有する本体157と、本体157の底部に設けられたシャワープレート158とを有している。本体157とシャワープレート158との間には空間159が形成されている。
The
蓋部材155および本体157の上部壁157bには空間159まで貫通してガス導入路161が形成されており、このガス導入路161には後述するガス供給機構143のフッ素含有ガス供給配管171が接続されている。
A
シャワープレート158には複数のガス吐出孔162が形成されており、ガス供給配管171およびガス導入路161を経て空間159に導入されたガスがガス吐出孔162からチャンバー140内の空間に吐出される。
A plurality of gas discharge holes 162 are formed in the
側壁部151aには、熱処理装置104との間でウエハWを搬入出する搬入出口153が設けられており、この搬入出口153はゲートバルブ154により開閉可能となっている。
A loading/unloading
載置台142は、平面視略円形をなしており、チャンバー140の底部151bに固定されている。載置台142の内部には、載置台142の温度を調節する温度調節器165が設けられている。温度調節器165は、例えば温度調節用媒体(例えば水など)が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台142の温度が調節され、載置台142上のウエハWの温度制御がなされる。
The mounting table 142 has a substantially circular shape in plan view and is fixed to the
ガス供給機構143は、ClF3ガス等のフッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給源175およびArガス等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給源176を有しており、これらにはそれぞれフッ素含有ガス供給配管171および不活性ガス供給配管172の一端が接続されている。フッ素含有ガス供給配管171および不活性ガス供給配管172には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器179が設けられている。流量制御器179は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。フッ素含有ガス供給配管171の他端は、上述したように、ガス導入路161に接続されている。また、不活性ガス供給配管172の他端はフッ素含有ガス供給配管171に接続されている。
The
したがって、フッ素含有ガスは、フッ素含有ガス供給源175からフッ素含有ガス供給配管171を経てシャワーヘッド156内に供給され、不活性ガスは、不活性ガス供給源176から不活性ガス供給配管172およびフッ素含有ガス供給配管171を経てシャワーヘッド156に供給され、これらのガスは、シャワーヘッド156のガス吐出孔162からチャンバー140内のウエハWに向けて吐出される。
Therefore, the fluorine-containing gas is supplied from the fluorine-containing gas supply source 175 through the fluorine-containing
これらガスのうちフッ素含有ガスが反応ガスであり、不活性ガスは希釈ガスおよびパージガスとして用いられる。フッ素含有ガスを単独またはフッ素含有ガスと不活性ガスを混合して供給することにより、所望のエッチング性能を得ることができる。 Among these gases, the fluorine-containing gas is the reactive gas, and the inert gas is used as the diluent gas and the purge gas. A desired etching performance can be obtained by supplying a fluorine-containing gas alone or by supplying a mixture of a fluorine-containing gas and an inert gas.
排気機構144は、チャンバー140の底部151bに形成された排気口181に繋がる排気配管182を有しており、さらに、排気配管182に設けられた、チャンバー140内の圧力を制御するための自動圧力制御弁(APC)183およびチャンバー140内を排気するための真空ポンプ184を有している。
The
チャンバー140の側壁には、チャンバー140内の圧力を計測するための圧力計として2つのキャパシタンスマノメータ186a,186bが、チャンバー140内に挿入されるように設けられている。キャパシタンスマノメータ186aは高圧力用、キャパシタンスマノメータ186bは低圧力用となっている。載置台142に載置されたウエハWの近傍には、ウエハWの温度を検出する温度センサ(図示せず)が設けられている。
Two
このようなエッチング装置105においては、上述した構造が形成されたウエハWをチャンバー140内に搬入し、載置台142に載置する。そして、チャンバー140内の圧力を、10~1000mTorr(1.33~133Pa)の範囲、例えば120mTorr(16Pa)とし、載置台142の温度調節器165によりウエハWを好ましくは100℃以上、より好ましくは、100~125℃、最も好ましくは120℃とする。
In the
そして、第1の実施形態の第1の例によりエッチングを行う際には、フッ素含有ガス、例えばClF3ガスを、好ましくは1~100sccmの流量でチャンバー140内に供給して、高Ge濃度SiGe膜をエッチングする。これにより、低Ge濃度SiGe膜またはSi膜をほとんどエッチングすることなく、これらに対して高選択比で高Ge濃度SiGe膜をエッチングすることができる。このとき、フッ素含有ガスとともに、Arガス等の不活性ガスを、例えば100~1000sccmの流量で供給してもよい。エッチング終了後、チャンバー140内を不活性ガスでパージし、ウエハWをチャンバー140から搬出する。
Then, when etching is performed according to the first example of the first embodiment, a fluorine-containing gas such as ClF 3 gas is preferably supplied into the
第2の実施形態の第1の例によりエッチングを行う際には、フッ素含有ガス、例えばClF3ガスを、好ましくは1~100sccmの流量でチャンバー140内に供給して高Ge濃度SiGe膜をエッチンするエッチング工程と、チャンバー140内の処理空間を、真空引きまたは真空引きと不活性ガスの供給との併用によりパージするパージ工程とを繰り返して、高Ge濃度SiGe膜を所望のエッチング量でエッチングする。これにより、低Ge濃度SiGe膜またはSi膜をほとんどエッチングすることなく、これらに対して高選択比で高Ge濃度SiGe膜をエッチングすることができる。このとき、エッチング工程において、フッ素含有ガスとともに、Arガス等の不活性ガスを、例えば100~1000sccmの流量で供給してもよい。エッチング終了後、チャンバー140内を不活性ガスでパージし、ウエハWをチャンバー140から搬出する。
When performing etching according to the first example of the second embodiment, a fluorine-containing gas such as ClF 3 gas is preferably supplied into the
第1および第2の実施形態の第2の例によりエッチングを行う際には、図12に示すエッチング装置105′によりエッチングを行う。エッチング装置105′は、図8のエッチング装置105のガス供給機構143の代わりに、フッ素含有ガス供給源175、不活性ガス供給源176、およびNH3ガス供給源177を有するガス供給機構143′を有するものを用いる。NH3ガス供給源177には、NH3ガス供給配管173の一端が接続されている。NH3ガス供給配管173の他端は、フッ素含有ガス供給配管171に接続されている。NH3ガス供給配管173には、フッ素含有ガス供給配管171および不活性ガス供給配管172と同様、流量制御器179が設けられている。
When performing etching according to the second example of the first and second embodiments, etching is performed by an etching apparatus 105' shown in FIG. The etching apparatus 105' has a gas supply mechanism 143' having a fluorine-containing gas supply source 175, an inert
このようなエッチング装置105′により、図5、図6に示す2つの構造例から、高Ge濃度SiGe膜と低Ge濃度SiGe膜(またはSi膜)とが反転した状態の構造を有するウエハWについて、フッ素含有ガスおよびNH3ガスを用いて、低Ge濃度SiGe膜(またはSi膜)を高Ge濃度SiGe膜に対して高選択比でエッチングすることができる。 With such an etching apparatus 105', the two structural examples shown in FIGS. , fluorine-containing gas and NH3 gas, the low Ge concentration SiGe film (or Si film) can be etched with high selectivity to the high Ge concentration SiGe film.
<他の適用>
以上、実施形態について説明したが、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およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
<Other applications>
Although the embodiments have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
例えば、上記実施の形態の被処理体の構造例はあくまで例示であり、互いにGe濃度が異なる第1のSiGe系材料と第2のSiGe系材料(Geが0%の場合を含む)を有する被処理体であれば適用可能である。また、上記処理システムや個別的な装置の構造についても例示に過ぎず、種々の構成のシステムや装置により本発明のエッチング方法を実施することができる。 For example, the structural example of the object to be processed in the above embodiment is merely an example, and the object to be processed has a first SiGe-based material and a second SiGe-based material (including the case where Ge is 0%) having different Ge concentrations. Any object to be processed can be applied. Further, the structures of the above-described processing system and individual devices are merely examples, and the etching method of the present invention can be implemented by systems and devices having various configurations.
1,21;半導体基板
11;高Ge濃度SiGe膜
12;低Ge濃度SiGe膜
13;エッチングマスク
30;積層構造
31;高Ge濃度SiGe膜
32;Si膜
33;エッチングマスク
41;絶縁膜(Low-k膜)
42;低Ge濃度SiGe膜
43;高Ge濃度SiGe膜
100;処理システム
105,105′;エッチング装置
143,143′;処理ガス供給機構
175;フッ素含有ガス供給源
W;半導体ウエハ(被処理体)
1, 21;
42; low Ge
Claims (13)
前記第1のSiGe系材料は、Ge濃度が20~50at%のSiGe膜からなる第1の膜であり、前記第2のSiGe系材料は、Ge濃度が0~20at%(ただし0at%は除く)のSiGe膜からなる第2の膜であり、エッチングガスとして、ClF 3 ガス、F 2 ガス、IF 7 ガスからなる群から選択された少なくとも一種のフッ素含有ガスを含むガスを用いて、前記第1の膜を前記第2の膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。 An etching gas is supplied to an object to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other, and the first SiGe-based material and the second SiGe-based material are etched. An etching method in which one of the first SiGe-based material and the second SiGe-based material is selectively etched with respect to the other by utilizing a difference in incubation time until etching by gas is started, ,
The first SiGe-based material is a first film made of a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 50 at%, and the second SiGe-based material has a Ge concentration of 0 to 20 at% (excluding 0 at%). ), and is etched using a gas containing at least one fluorine - containing gas selected from the group consisting of ClF3 gas, F2 gas, and IF7 gas as an etching gas . 1. An etching method characterized by selectively etching the first film with respect to the second film.
前記第1のSiGe系材料は、Ge濃度が20~50at%のSiGe膜からなる第1の膜であり、前記第2のSiGe系材料は、Ge濃度が0~20at%(ただし0at%は除く)のSiGe膜からなる第2の膜であり、エッチングガスとして、ClF 3 ガス、F 2 ガス、IF 7 ガスからなる群から選択された少なくとも一種のフッ素含有ガスを含むガスを用いて、前記第1の膜を前記第2の膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。 An etching gas is supplied to an object to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other, and one of the first SiGe-based material and the second SiGe-based material is supplied. is etched and the other is not substantially etched, and the purging of the processing space is repeated multiple times to etch one of the first SiGe-based material and the second SiGe-based material to the other. An etching method for selectively etching with respect to
The first SiGe-based material is a first film made of a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 50 at%, and the second SiGe-based material has a Ge concentration of 0 to 20 at% (excluding 0 at%). ), and is etched using a gas containing at least one fluorine - containing gas selected from the group consisting of ClF3 gas, F2 gas, and IF7 gas as an etching gas . 1. An etching method characterized by selectively etching the first film with respect to the second film.
前記第1のSiGe系材料は、Ge濃度が20~50at%のSiGe膜からなる第1の膜であり、前記第2のSiGe系材料は、Ge濃度が0~20at%(ただし0at%は除く)のSiGe膜からなる第2の膜であり、エッチングガスとして、ClF 3 ガス、F 2 ガス、IF 7 ガスからなる群から選択された少なくとも一種のフッ素含有ガスを含むガスを用いて、前記第1の膜を前記第2の膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。 An etching gas is supplied in a low temperature range to an object to be processed having a first SiGe-based material and a second SiGe-based material having Ge concentrations different from each other, and the first SiGe-based material and the second SiGe-based material are formed. An etching method for selectively etching one of with respect to the other,
The first SiGe-based material is a first film made of a SiGe film having a Ge concentration of 20 to 50 at%, and the second SiGe-based material has a Ge concentration of 0 to 20 at% (excluding 0 at%). ), and is etched using a gas containing at least one fluorine - containing gas selected from the group consisting of ClF3 gas, F2 gas, and IF7 gas as an etching gas . 1. An etching method characterized by selectively etching the first film with respect to the second film.
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