KR20220070294A

KR20220070294A - 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220070294A
Application number: KR1020227014301A
Authority: KR
Inventors: 겐이치 오야마; 쇼헤이 야마우치; 가즈야 도바시; 아키타 시미즈
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-05-30
Also published as: JPWO2021085158A1; US20220406572A1; CN114616650A; WO2021085158A1; TW202129027A; JP7257543B2

Abstract

본 발명은 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리에서, 적절하게 처리 공정을 단축하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리 방법이며, 플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 산화막을 형성하는 기판 처리 방법이다.

Description

기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법

본 개시는, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 실리콘게르마늄층과, 예를 들어 실리콘층이 노출된 기판에서, 실리콘게르마늄층을 선택적으로 에칭하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 에칭 방법에 의하면, 진공 분위기에서 기판에 불소 함유 가스 및 삼불화염소 가스를 동시에 공급함으로써 에칭 속도를 균일하게 하고, 실리콘게르마늄층의 에칭양을 통일시키는 것을 도모하고 있다.

일본 특허 공개 제2018-170380호 공보

본 개시에 따른 기술은, 실리콘과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리에서 적절하게 처리 공정을 단축한다.

본 개시의 일 양태는, 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리 방법이며, 플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 이용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 산화막을 형성한다.

본 개시에 따르면, 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리에서 적절하게 처리 공정을 단축한다.

도 1은 종래의 웨이퍼 처리 모습을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 플라스마 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 웨이퍼 처리 모습의 일례를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서의 실리콘층과 실리콘게르마늄층의 산화량을 비교하는 그래프이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서의 실리콘게르마늄층의 산화량 및 에칭양의 경시 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 결과의 일례를 나타내는 화상이다.
도 7은 플라스마 처리 장치의 다른 구성의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 산화막의 개질 모습을 도시하는 설명도이다.

반도체 디바이스에 있어서, 실리콘을 함유하는 막은 광범위하고 다양한 용도에 적용된다. 예를 들어 실리콘게르마늄(SiGe)막이나 실리콘(Si)막은, 게이트 전극이나 시드층 등에 사용되고 있다. 그리고 종래, 나노 시트 또는 나노 와이어와 같은 GAA(Gate all around) 트랜지스터의 제조 공정에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, (a) 기판(웨이퍼(W))에의 SiGe막과 Si막의 적층, (b) SiGe막의 선택 에칭, (c) 층간 절연막으로서의 이너 스페이서(IS)의 매립, (d) 여분의 이너 스페이서의 에칭이 순차 행해지고 있다. 또한, (c)에서 매립되는 층간 절연막은, 후속 공정에서 매립되는 메탈 게이트와 채널 사이의 절연막으로서 구성된다.

상술한 특허문헌 1에 개시된 기술은, 이 (b) SiGe막의 선택 에칭을 행하기 위한 방법이다. 이러한 SiGe막의 선택 에칭에서는 적층된 각 SiGe막의 에칭양을 균일하게 제어할 것이 요구된다. 그리고, 특허문헌 1에 개시된 에칭 방법에 의하면, 불소 함유 가스 및 삼불화염소 가스를 동시에 공급함으로써, SiGe막의 에칭양을 균일하게 하는 것을 도모하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 제조 공정에서는, 상기 (a) 내지 (d)의 공정 각각에서 고정밀도의 가공이 필요해지고, 수율의 저하나 과대한 비용이 과제가 되고 있어, 개선의 여지가 있었다.

따라서 본 발명자들이 예의 검토를 행한바, 웨이퍼(W)에 대한 라디칼 산화 처리에서, SiGe막의 에칭과 산화가 동시에 진행되는 것을 알아내었다. 즉, 이에 따라 종래의 제조 공정에서의 상기 (a) 내지 (d)의 공정을 생략할 수 있을 가능성을 새롭게 알아내었다. 그리고 이러한 식견에 대해서는 특허문헌 1에도 기재되어 있지 않다.

본 개시에 관한 기술은 이러한 식견을 바탕으로 이루어진 것으로, 실리콘(Si)층과 실리콘게르마늄(SiGe)층이 번갈아 적층된 기판의 처리에서, 적절하게 처리 공정을 단축한다. 이하, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서의 플라스마 처리 장치 및 당해 플라스마 처리 장치를 사용하여 행해지는 기판 처리 방법으로서의 플라스마 처리에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

<플라스마 처리 장치>

도 2는, 플라스마 처리 장치(1)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 종단면도이다. 또한, 이하의 설명에서 SiGe층과 Si층이 번갈아 배열된 각 층이 노출하는 단부면을 SiGe층 및 Si층의 「노출면」이라 칭하는 경우가 있다.

또한, 플라스마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W) 상에 적층하여 형성되는 Si층 및 SiGe층 중, SiGe층을 선택적으로 개질한다. 구체적으로는 선택적으로 SiGe층의 노출면 상의 부착물을 제거함과 함께, SiGe층을 산화시키고, 이에 따라 웨이퍼(W) 상에서의 SiGe층의 노출면의 표층에, 즉 노출면으로부터 깊이 방향에 대하여 산화막(SiO₂막)을 형성한다.

도 2에 도시하는 바와 같이 플라스마 처리 장치(1)는 웨이퍼(W)를 수용하는 밀폐 구조의 처리 용기(10)를 구비하고 있다. 처리 용기(10)는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고, 상단이 개방되며, 처리 용기(10)의 상단은 천장부가 되는 덮개(10a)에 의해 폐색되어 있다. 처리 용기(10)의 측면에는 웨이퍼(W)의 반입출구(도시하지 않음)가 마련되고, 이 반입출구를 통해 플라스마 처리 장치(1)의 외부와 접속되어 있다. 반입출구는 게이트 밸브(도시하지 않음)에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있다.

처리 용기(10)의 내부는, 칸막이판(11)에 의해 상방의 플라스마 생성 공간(P)과, 하방의 처리 공간(S)으로 구획되어 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(1)는 플라스마 생성 공간(P)이 처리 공간(S)과 분리된 리모트 플라스마 처리 장치로서 구성되어 있다.

칸막이판(11)은 플라스마 생성 공간(P)으로부터 처리 공간(S)을 향해 중첩되도록 배치되는 적어도 2개의 판상 부재(12, 13)를 갖고 있다. 판상 부재(12, 13) 사이에는, 당해 판상 부재(12, 13)의 간격을 조절하는 스페이서(14)가 배치되어 있다. 또한, 판상 부재(12, 13)는 중첩 방향으로 관통해서 형성되는 슬릿(12a, 13a)을 각각 갖고 있다. 각 슬릿(12a, 13a)은 평면으로 볼 때 중첩되지 않도록 배치되고, 이에 따라 칸막이판(11)은 플라스마 생성 공간(P)에서 플라스마가 생성될 때에 플라스마 속의 이온이 처리 공간(S)으로 투과되는 것을 억제하는, 소위 이온 트랩으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 슬릿(12a) 및 슬릿(13a)이 중첩되지 않도록 배치되는 슬릿 배치 구조, 즉 래비린스 구조에 의해, 이방적으로 이동하는 이온의 이동을 저지하는 한편, 등방적으로 이동하는 라디칼을 투과시킨다.

또한, 칸막이판(11)의 구조는 도시된 예에 한정되지는 않으며, 임의의 구성을 취할 수 있다.

플라스마 생성 공간(P)은, 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 공급하는 급기부(20)와, 처리 용기(10) 내에 공급되는 처리 가스를 플라스마화하는 플라스마 생성부(30)를 갖고 있다.

급기부(20)에는 복수의 가스 공급원(도시하지 않음)이 접속되고, 이들 가스 공급원은, 불소 함유 가스(예를 들어 NF₃ 가스), 산소 함유 가스(예를 들어 O₂ 가스) 및 희석 가스(예를 들어 Ar 가스)를 포함하는 처리 가스를 처리 용기(10)의 내부에 공급한다. 또한, 불소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 희석 가스의 종류는 이것으로 한정되지 않으며, 임의로 선택된다.

또한, 급기부(20)에는, 플라스마 생성 공간(P)에 대한 처리 가스의 공급량을 조절하는 유량 조절기(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 유량 조절기는, 예를 들어 개폐 밸브 및 매스 플로 컨트롤러(Mass Flow Controller)를 갖고 있다.

플라스마 생성부(30)는 RF 안테나를 사용하는 유도 결합형의 장치로서 구성되어 있다. 처리 용기(10)의 덮개(10a)는, 예를 들어 석영판에 의해 형성되고, 유전체 창으로서 구성된다. 덮개(10a)의 상방에는, 처리 용기(10)의 플라스마 생성 공간(P)에 유도 결합 플라스마를 생성하기 위한 RF 안테나(31)가 형성되고, RF 안테나(31)는 정합기(32)를 통해 고주파 전원(33)에 접속되어 있다.

정합기(32)는 고주파 전원(33)측의 임피던스와 부하(RF 안테나(31)나 플라스마)측의 임피던스의 정합을 취하기 위한 리액턴스 가변의 정합 회로(도시하지 않음)를 갖는다.

고주파 전원(33)은 유도 결합의 고주파 방전에 의한 플라스마의 생성에 적합한 일정 주파수(통상적으로는 13.56MHz 이상)의 고주파 전력을 임의의 출력값으로 출력한다.

처리 공간(S)은, 처리 용기(10) 내에서 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(40)와, 처리 용기(10) 내의 처리 가스를 배출하는 배기부(50)를 갖고 있다.

적재대(40)는 웨이퍼(W)를 적재하는 상부대(41)와, 처리 용기(10)의 저면에 고정되어, 상부대(41)를 지지하는 하부대(42)를 갖고 있다. 상부대(41)의 내부에는, 웨이퍼(W)의 온도를 조절하는 온도 조절 기구(43)가 마련되어 있다.

배기부(50)는 적재대(40)의 외측에서, 처리 용기(10)의 저부에 마련된 배기관을 통해, 예를 들어 진공 펌프 등의 배기 기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한 배기관에는, 자동 압력 제어 밸브(APC)가 마련되어 있다. 이들 배기 기구와 자동 압력 제어 밸브에 의해, 처리 용기(10) 내의 압력이 제어된다.

이상의 플라스마 처리 장치(1)에는, 제어부로서의 제어 장치(60)가 마련되어 있다. 제어 장치(60)는, 예를 들어 CPU와 메모리 등을 구비한 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 플라스마 처리 장치(1)에서의 웨이퍼(W)의 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 프로그램 저장부에는, 상술한 각종 처리 장치와 반송 장치 등의 구동계 동작을 제어하여, 플라스마 처리 장치(1)에서의 후술하는 웨이퍼 처리를 실현시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체(H)에 기록되어 있던 것일 수도 있고, 당해 기억 매체(H)로부터 제어 장치(60)에 설치된 것일 수도 있다.

<플라스마 처리>

본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있다. 이어서, 플라스마 처리 장치(1)를 사용하여 행해지는 플라스마 처리에 대해서 설명한다. 또한, 플라스마 처리 장치(1)에 반입되는 웨이퍼(W)에는, 미리 상술한 Si층과 SiGe층이 번갈아 적층하여 형성되어 있다.

우선, 상술한 바와 같이 Si층과 SiGe층이 번갈아 적층하여 형성된 웨이퍼(W)가 플라스마 처리 장치(1)의 외부에 마련된 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 반입되어, 적재대(40)에 적재된다.

반입된 웨이퍼(W)는 당해 웨이퍼(W) 상에 적층하여 형성된 Si층 및 SiGe층 중, SiGe층이 선택적으로 개질된다. 구체적으로는, 플라스마 생성 공간(P)에 급기부(20)로부터 처리 가스(본 실시 형태에서는 NF₃ 가스, O₂ 가스 및 Ar 가스)를 공급함과 함께, RF 안테나(31)에 고주파 전력을 공급하여, 유도 결합 플라스마인 산소 및 불소를 함유하는 플라스마를 생성한다. 바꾸어 말하면, 생성된 플라스마는 불소 라디칼(F^*) 및 산소 라디칼(O^*)을 함유하고 있다.

여기서, 플라스마 생성 공간(P)에 공급되는 처리 가스의 유량은 O₂:NF₃=100 내지 2500sccm:1 내지 20sccm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 O₂ 가스에 대한 NF₃ 가스의 체적 비율이 0.1vol% 이상 1.0vol% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 플라스마 생성 공간(P)에서의 고주파 전력의 출력은 100W 내지 1000W, 플라스마 생성 공간(P)의 압력(진공도)은 6.67Pa 내지 266.6Pa(50mTorr 내지 2000mTorr)인 것이 바람직하다. 또한, 플라스마 생성 공간(P)의 온도는 0℃ 내지 120℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 내지 100℃다.

플라스마 생성 공간(P)에서 생성된 플라스마는, 칸막이판(11)을 통해 처리 공간(S)으로 공급된다. 여기서, 칸막이판(11)에는 상술한 바와 같이 래비린스 구조가 형성되어 있기 때문에, 플라스마 생성 공간(P)에서 생성된 라디칼만이 처리 공간(S)으로 투과된다. 그리고, 처리 공간(S)으로 공급된 라디칼을, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 SiGe층의 노출면에 작용시킴으로써, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 SiGe층이 개질되고, SiGe층의 노출면의 표층에 산화막 Ox가 형성된다.

여기서 도 4는, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서의 Si층과 SiGe층의 산화량을 비교하는 그래프이다. 또한 도 5는, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서의 SiGe층의 에칭양 및 산화량의 경시 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, SiGe층의 「에칭양」이란, 도 5에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)(Si층)의 외측 단부부터 SiGe층의 외측 단부까지의 거리를 말한다. 또한, SiGe층의 「산화량」이란, 도 5에 도시하는 바와 같이 SiGe층의 노출면에 형성된 산화막 Ox의 직경 방향 두께를 말한다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서 SiGe층의 산화량(산화 속도)은 Si층의 산화량(산화 속도)에 대하여 약 6배임을 알게 되었다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에 의해, 적절하게 SiGe층을 선택적으로 개질(산화)할 수 있다는 것을 알게 되었다.

또한 도 5에 도시한 바와 같이, Si 및 SiGe을 적층하여 플라스마 처리를 행함으로써, SiGe층의 에칭양, 즉 웨이퍼(W) 상에 잔존하는 SiGe층의 직경 방향 치수는, 처리 시간에 대하여 리니어하게 제어 가능하였다. 한편, Si 및 SiGe을 적층하여 플라스마 처리를 행함으로써, SiGe층의 산화량, 즉 SiGe층의 노출면 상에 형성되는 산화막(SiO₂막)의 직경 방향 두께는, 처리 시간에 관계없이 약 10nm로 포화되는 것을 알게 되었다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에 따르면, SiGe층의 산화량을 원하는 값으로 유지한 채 SiGe층의 에칭양을 적절하게 제어할 수 있기 때문에, SiGe층의 선폭, 즉 후공정에서 형성되는 채널 폭을 임의의 치수로 제어할 수 있다.

SiGe층의 개질에 대해서 구체적으로 설명한다. 처리 공간(S)에 라디칼이 투과하면, 우선 SiGe층의 노출면 위에 부착된 데포지션(예를 들어 전처리인 반응성 이온에칭(RIE: Reactive Ion Etching) 처리에 의해 부착)이 F^*에 의해 제거된다. 이어서, SiGe층에 O^*가 작용하여, SiGe층의 노출면이 산화되어, 산화막 Ox(SiO₂막)가 형성된다. SiGe층의 산화에서는, Ge 대신에 O₂가 Si에 결합하고, 이에 따라 Ge은 가스화(예를 들어 Ge₂F₄나 GeOF₂)하여 비산하고, 예를 들어 F^*이나 Ar^*에 의해 배기부(50)까지 운반되어, 회수된다. 본 실시 형태에서는, 이러한 일련의 데포지션 제거 및 SiGe층의 산화를 아울러 「개질」이라 한다.

여기서, 이상과 같이 형성된 산화막(SiO₂막)에 대해서 본 발명자들이 검토를 행한바, 이러한 산화막은, 누설 전류가 적고 양호한 절연성을 담보하고 있으며, 절연막으로서 양호한 CV, IV 특성을 갖는 것을 알아내었다. 즉, 절연 산화막으로서 활용할 수 있는 것을 알아내었다. 또한, EOT(Equivalent Oxide Thickness) 감소도 경미하고, 내열성도 확보되어 있는 것을 알아내었다. 즉, 이렇게 형성되는 산화막을 이너 스페이서로서 이용함으로써, 도 1에 도시한 기존의 GAA 트랜지스터의 제조 프로세스에 대하여 1/3 정도의 공정수로 삭감할 수 있다. 구체적으로는, 도 1에 도시한 바와 같이 SiGe층의 선택 에칭, 이너 스페이서의 매립 및 에칭을 행하지 않고, SiGe층에 대하여 플라스마화한 처리 가스를 작용시키는 것에 의해서만 SiGe층을 선택적으로 산화하고, 형성된 산화막을 이너 스페이서로서 활용할 수 있기 때문에, 공정수를 대폭 삭감할 수 있다.

또한, 한 번의 플라스마 처리에서 처리 공간(S)에 라디칼을 공급하는 시간이 길어졌을 경우, 당해 라디칼에 의한, Si층에의 작용이 커져버릴 우려가 있다. 이러한 Si층에의 영향을 억제하기 위해, 플라스마 처리를 행하는 1 세트당 처리 시간은, 예를 들어 30Sec 내지 180Sec인 것이 바람직하다.

여기서, 플라스마 처리에서의 SiGe층의 에칭양, 즉 SiGe층의 직경 방향 치수는, 도 5에 도시한 바와 같이 플라스마 처리 시간에 의해 제어된다. 그래서, Si층에 대한 라디칼의 작용을 억제하면서, 산화막을 원하는 깊이로 형성할 때에는, 상기 1 세트의 플라스마 처리(30sec 내지 180sec)를 복수 세트, 반복하여 행하는 것이 바람직하다.

또한, 플라스마 처리에서의 출력이 높아진 경우, 역시 라디칼이 Si층에 대하여 영향을 줄 우려가 있다. 이러한 Si층에의 영향을 억제하기 위해, 플라스마 처리의 출력은, 상술한 바와 같이 100W 내지 1000W인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 플라스마 처리가 행해지는 처리 공간(S)과는 다른 플라스마 생성 공간(P)에서 플라스마가 생성되는, 소위 리모트 플라스마 생성이 행해져, 플라스마 생성 공간(P)에서 생성된 플라스마를 처리 공간(S)에 반송한다. 불소 이온 등의 이온은 반송 중에 실활되기 쉽기 때문에, 이렇게 리모트 플라스마를 사용함으로써, 처리 공간(S)에서는 라디칼을 주체로 하는 처리를 행할 수 있다. 그리고, 이렇게 라디칼을 사용함으로써, Si층, SiGe층 및 웨이퍼(W)에 대한 피해를 저감시킬 수 있다.

그리고, 플라스마 처리 장치(1)에서의 플라스마 처리가 종료된 웨이퍼(W)는 플라스마 처리 장치(1)의 외부에 마련된 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 플라스마 처리 장치(1)로부터 반출되어, 일련의 플라스마 처리가 종료된다.

이상, 본 실시 형태에 의하면, SiGe층에 대한 이너 스페이서의 형성시에, 플라스마 처리 장치(1)에서 원하는 조건 하에서 플라스마화된 처리 가스를 공급하는 것에 의해서만 SiGe층의 개질을 행할 수 있기 때문에, 플라스마 처리에 따른 공정수를 삭감할 수 있다. 또한, 이와 같이 공정수를 삭감함으로써, 플라스마 처리에 따른 비용을 삭감할 수 있음과 함께, 이너 스페이서의 형성에 따른 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 6은, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서 SiGe층의 개질을 행한 결과를 나타내는 SEM 화상이다. 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에 의해, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W) 상에 형성된 Si층 및 SiGe층 중, SiGe층만을 적절하게 개질하여, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이 산화막 Ox를 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면 처리 공간(S)에 F^*를 공급하여 데포지션의 제거를 행하기 위해, 종래와 같이 SiGe층의 플라스마 처리에 앞서, 전처리(예를 들어 HF 처리에 의한 자연 산화막의 제거 등)를 행할 필요가 없다.

또한 본 실시 형태에 의하면, 플라스마 처리 장치에서는 리모트 플라스마 처리가 행해지기 때문에, 발생한 플라스마가 Si층, SiGe층 및 웨이퍼(W)에 도달하는 것이 억제되어, 이들 Si층, SiGe층 및 웨이퍼(W)에 손상을 입히는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 생성된 불소 및 산소를 함유하는 라디칼이 실활된 상태에서 웨이퍼(W)의 노출면에 도달하기 때문에, SiGe층의 개질을 적절하게 행하면서, Si층 및 웨이퍼(W)에 영향을 주는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면 리모트 플라스마 처리는 100W 내지 1000W의 출력으로 행해짐과 함께, 처리 용기(10)의 칸막이판(11)이 래비린스 구조를 갖기 때문에, 발생한 이온이 Si층, SiGe층 및 웨이퍼(W)에 도달하는 것을 적절하게 억제할 수 있다. 즉, Si층 및 웨이퍼(W)에 영향을 주는 것을 더욱 적절하게 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리에서는, 처리 가스로서 O₂, NF₃ 및 Ar을 공급했지만, Add 가스로서 추가로 Ar 가스를 추가 공급할 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 처리 가스가 포함된 불소 함유 가스로서 NF₃를 선택했지만, 플라스마 생성에서 적절하게 F^*를 생성할 수 있다면, 예를 들어 SF₆ 가스나 F₂ 가스가 선택될 수도 있다. 또한, 희석 가스는 Ar 가스로 한정되지 않으며, H₂ 가스 또는 희가스 중 적어도 1종을 포함하는 임의의 가스를 선택할 수 있다.

또한, 플라스마 생성 공간(P)에서의 플라스마원도 본 실시 형태와 같은 유도 결합 플라스마로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 마이크로파 플라스마 등, 임의의 구성을 취할 수 있다. 단, 본 발명자들이 평행 평판형의 플라스마 처리 장치에 의해 동 실험을 행한바, 본 실시 형태에 나타내는 바와 같이 적절하게 SiGe층의 선택적 개질을 행할 수 없고, Si층도 동시에 개질되어 버렸다. 따라서 플라스마 처리 장치에서는, 리모트 플라스마 생성에 의해 플라스마를 생성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서의 플라스마 처리에 의한 산화막의 형성 후에, BT 처리 장치(도시하지 않음)에서 옥시드의 제거(BT 처리)를 행할 수도 있다.

또한, 상술한 바와 같이 하여 이너 스페이서로서의 산화막 Ox가 형성된 웨이퍼(W)에는, 그 후, 예를 들어 해당 플라스마 처리 장치(1)의 외부에 마련된 에칭 처리 장치(도시하지 않음)에서, 습식 에칭 처리가 행해지는 경우가 있다. 따라서 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치(1)에서는, 상기 실시 형태에서 형성된 이너 스페이서(산화막 Ox)의 습식 에칭 내성을 향상시키기 위한 플라스마 처리가 추가로 행해질 수도 있다.

구체적으로는, 예를 들어 질소 함유 가스(예를 들어 N₂ 가스, NH₃ 가스 또는 NF₃ 가스 등)를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 산화막 Ox가 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 추가로 플라스마 처리를 실시함으로써, 이너 스페이서(산화막 Ox)의 습식 에칭 내성을 향상시킬 수 있다.

제2 처리 가스를 사용하여 웨이퍼(W)에 플라스마 처리를 행하면, 산화막 Ox에 N^*가 작용하고, 산화막 Ox가 질화되어, 도 8(a)에 도시하는 바와 같이 이너 스페이서의 표층에 보호막으로서의 질화막 Nt가 형성된다. 산화막 Ox로서의 SiO₂막의 질화에서는, O₂ 대신에 N가 Si에 결합하고, 이에 따라 O₂는 가스화하여 비산된다. 그리고, 이렇게 이너 스페이서의 적어도 표층에 습식 에칭 내성을 갖는 질화막 Nt (예를 들어 SiN막)를 형성함으로써, 습식 에칭 처리시에는 질화막 Nt에 의해 산화막 Ox가 에칭 용액으로부터 보호된다. 즉, 질화막 Nt의 내측에 남은 산화막 Ox에 의해 이너 스페이서로서의 특성을 유지하면서, 당해 질화막 Nt에 의해 습식 에칭 내성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이렇게 형성된 질화막 Nt에 대해서 본 발명자들이 검토를 행한바, 이러한 질화막 Nt에 따라서도, 적어도 이너 스페이서로서의 특성을 발휘할 수 있다는 것을 알아내었다. 즉, 도 8(a)의 도시에서는 산화막 Ox의 적어도 표층을 질화하여, 산화막 Ox와 질화막 Nt를 적층하여 형성했지만, 예를 들어 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 산화막 Ox의 전부를 질화막 Nt로 치환하여, 당해 질화막 Nt를 이너 스페이서로서 이용할 수도 있다. 단, 질화막 Nt와 비교하면, 산화막 Ox가 보다 양호한 절연막으로서의 특성(CV, IV 특성)을 갖기 때문에, 도 8(a)에도 도시한 바와 같이, 질화막 Nt는 이너 스페이서로서의 산화막 Ox의 보호막으로서 작용시키는 것이 보다 바람직하다.

또한, 습식 에칭 내성을 향상시키기 위한 플라스마 처리에 의해 형성되는 막은 상술한 바와 같은 질화막 Nt에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여 산화막 Ox를 탄화시켜, 도 8(c)에 도시하는 바와 같이 이너 스페이서의 적어도 표층에 습식 에칭 내성을 갖는 탄화막 Cb (예를 들어 SiC막)을 형성할 수도 있다. 탄소 함유 가스로서는, 예를 들어 CH₄ 가스, CHF₃ 가스, CH₂F₂ 가스, CH₃F 가스, CF₄ 가스, C₄F₆ 가스, C₄F₈ 가스, CO 가스, CO₂ 가스, COS 가스 등을 사용할 수 있다. 그리고, 이렇게 탄화막 Cb를 형성한 경우에도, 상기 질화막 Nt와 마찬가지로, 후속 처리 공정에서 행해지는 습식 에칭 처리에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이렇게 형성된 탄화막 Cb에 대해서 본 발명자들이 검토를 행한바, 이러한 탄화막 Cb는, 산화막 Ox와 비교해서 보다 양호한 절연막으로서의 특성(CV, IV 특성)을 갖고 있어, 이너 스페이서의 유전율을 보다 저감시킬 수 있다는 것을 알아내었다. 즉, 도 8(c)의 도시에서는 산화막 Ox의 적어도 표층을 탄화하여, 산화막 Ox와 탄화막 Cb를 적층하여 형성했지만, 예를 들어 도 8(d)에 도시하는 바와 같이, 산화막 Ox의 전부를 탄화막 Cb로 치환하여, 당해 탄화막 Cb를 이너 스페이서로서 이용할 수도 있다. 이러한 경우, 산화막 Ox를 이너 스페이서로서 이용하는 경우와 비교해서 습식 에칭 내성을 향상시킴과 함께, 이너 스페이서의 절연성 또한 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 플라스마 처리 장치(1)에서 플라스마 생성 공간(P)은 처리 공간(S)이 동일 챔버 내, 즉 처리 용기(10)의 상부에 일체로 마련되었지만, 플라스마 처리 장치(1)의 구성은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 플라스마 생성 공간(P)을 처리 용기(10)의 외부에 마련할 수도 있다.

금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시일 뿐, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경될 수도 있다.

또한, 이하와 같은 구성도 본 개시의 기술적 범위에 속한다.

(1) 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리 방법이며,

플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 산화막을 형성하는 기판 처리 방법.

상기 (1)에 의하면, 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 플라스마 처리에서 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스에 의해 플라스마를 생성하고, 이러한 플라스마화된 처리 가스를 공급하는 것에 의해서만, 적절하게 실리콘게르마늄층의 개질(부착물의 제거 및 실리콘게르마늄층의 산화)을 행할 수 있다.

(2) 상기 처리 가스는 O₂ 가스 및 불소 함유 가스를 포함하고, O₂ 가스에 대한 불소 함유 가스의 체적 비율이 0.1vol% 이상 1.0vol% 이하인, 상기 (1)에 기재된 기판 처리 방법.

(3) 상기 불소 함유 가스는 NF₃ 가스, F₂ 가스 또는 SF₆ 가스인, 상기 (2)에 기재된 기판 처리 방법.

(4) 상기 처리 가스는 H₂ 가스 또는 희가스 중 적어도 1종을 더 포함하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 방법.

(5) 상기 처리 가스의 플라스마화에서는 리모트 플라스마를 사용하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 방법.

상기 (5)에 의하면, 처리 가스를 리모트 플라스마 생성함으로써, 적절하게 Si층, SiGe층 및 웨이퍼(W)의 손상을 억제할 수 있음과 함께, 적절하게 SiGe층의 개질을 행할 수 있다.

(6) 상기 실리콘게르마늄층의 상기 노출면으로부터의 에칭양은, 상기 기판에 대한 플라스마 처리 시간에 비례하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 방법.

(7) 상기 산화막의 형성 두께는, 상기 기판에 대한 플라스마 처리 시간에 관계없이 원하는 값으로 포화하는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 방법.

(8) 상기 기판에 대한 플라스마 처리는 반복하여 행해지고, 1 세트의 플라스마 처리 시간은 30sec 내지 180sec인, 상기 (6) 또는 (7)에 기재된 기판 처리 방법.

상기 (8)에 의하면, 플라스마 처리의 시간을 소요 시간으로 제어함으로써, 더욱 적절하게 Si층의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 플라스마 처리를 반복하여 행함으로써, 적절하게 SiGe층의 노출면 표층의 개질을, 즉 노출면으로부터 원하는 깊이까지 개질을 행할 수 있다.

(9) 플라스마화된 질소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 질화막을 형성하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 방법.

(10) 플라스마화된 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 탄화막을 형성하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 방법.

상기 (9) 또는 (10)에 의하면, 노출면의 표층에 형성된 산화막의 적어도 표층을 더욱 개질하여 질화막 또는 탄화막을 형성함으로써, 예를 들어 이너 스페이서의 형성 후 처리 공정에서 행해지는 습식 에칭 처리에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

(11) 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판을 처리하는 기판 처리 장치이며,

플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 산화막을 형성하는 처리부와,

상기 처리부에서의 플라스마 처리를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치.

(12) 상기 처리 가스는 O₂ 가스 및 불소 함유 가스를 포함하고,

상기 제어부는, O₂ 가스에 대한 불소 함유 가스의 체적 비율이 0.1vol% 이상 1.0vol% 이하가 되도록, 상기 처리부에서의 처리 가스의 공급량을 제어하는, 상기 (11)에 기재된 기판 처리 장치.

(13) 상기 불소 함유 가스는 NF₃ 가스, F₂ 가스 또는 SF₆ 가스인, 상기 (12)에 기재된 기판 처리 장치.

(14) 상기 제어부는 H₂ 가스 또는 희가스 중 적어도 1종을 추가로 공급하도록, 상기 처리부에서의 상기 처리 가스의 공급을 제어하는, 상기 (11) 내지 (13) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 장치.

(15) 상기 처리부에서의 상기 처리 가스의 플라스마화에서는 리모트 플라스마를 사용하는, 상기 (11) 내지 (14) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 장치.

(16) 상기 플라스마 처리에서의 상기 실리콘게르마늄층의 상기 노출면으로부터의 에칭양은 플라스마 처리 시간에 비례하는, 상기 (11) 내지 (15) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 장치.

(17) 상기 플라스마 처리에서의 상기 산화막의 형성 두께는 플라스마 처리 시간에 관계없이 원하는 값으로 포화하는, 상기 (11) 내지 (16) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 장치.

(18) 상기 제어부는, 상기 기판에 대한 플라스마 처리를 반복하여 행하고, 1 세트의 플라스마 처리 시간을 30sec 내지 180sec로 제어하는, 상기 (16) 또는 (17)에 기재된 기판 처리 장치.

(19) 상기 제어부는 플라스마화된 질소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 질화막을 형성하도록, 상기 처리부에서의 플라스마 처리를 제어하는, 상기 (11) 내지 (18) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 장치.

(20) 상기 제어부는 플라스마화된 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 탄화막을 형성하도록, 상기 처리부에서의 플라스마 처리를 제어하는, 상기 (11) 내지 (18) 중 어느 것에 기재된 기판 처리 장치.

(21) 실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판을 사용하여 행해지는 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법이며,

플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 절연 산화막을 형성하는, 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법.

(22) 플라스마화된 질소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 절연 산화막의 적어도 표층을 개질하여 질화막을 형성하는, 상기 (21)에 기재된 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법.

(23) 플라스마화된 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 절연 산화막의 적어도 표층을 개질하여 탄화막을 형성하는, 상기 (21)에 기재된 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법.

1: 플라스마 처리 장치
60: 제어 장치
S: 처리 공간
W: 웨이퍼

Claims

실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판의 처리 방법이며,
플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 산화막을 형성하는 기판 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리 가스는 O₂ 가스 및 불소 함유 가스를 포함하고, O₂ 가스에 대한 불소 함유 가스의 체적 비율이 0.1vol% 이상 1.0vol% 이하인 기판 처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 NF₃ 가스, F₂ 가스 또는 SF₆ 가스인 기판 처리 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 가스는 H₂ 가스 또는 희가스 중 적어도 1종을 더 포함하는 기판 처리 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 가스의 플라스마화에서는 리모트 플라스마를 사용하는 기판 처리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘게르마늄층의 상기 노출면으로부터의 에칭양은, 상기 기판에 대한 플라스마 처리 시간에 비례하는 기판 처리 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화막의 형성 두께는, 상기 기판에 대한 플라스마 처리 시간에 관계없이 원하는 값으로 포화하는 기판 처리 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 기판에 대한 플라스마 처리는 반복하여 행해지고, 1 세트의 플라스마 처리 시간은 30sec 내지 180sec인 기판 처리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스마화된 질소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 질화막을 형성하는 기판 처리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스마화된 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 탄화막을 형성하는 기판 처리 방법.
실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판을 처리하는 기판 처리 장치이며,
플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 산화막을 형성하는 처리부와,
상기 처리부에서의 플라스마 처리를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치.
제11항에 있어서, 상기 처리 가스는 O₂ 가스 및 불소 함유 가스를 포함하고,
상기 제어부는, O₂ 가스에 대한 불소 함유 가스의 체적 비율이 0.1vol% 이상 1.0vol% 이하가 되도록, 상기 처리부에서의 처리 가스의 공급량을 제어하는 기판 처리 장치.
제12항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 NF₃ 가스, F₂ 가스 또는 SF₆ 가스인 기판 처리 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 H₂ 가스 또는 희가스 중 적어도 1종을 추가로 공급하도록, 상기 처리부에서의 상기 처리 가스의 공급을 제어하는 기판 처리 장치.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리부에서의 상기 처리 가스의 플라스마화에서는 리모트 플라스마를 사용하는 기판 처리 장치.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 처리에서의 상기 실리콘게르마늄층의 상기 노출면으로부터의 에칭양은 플라스마 처리 시간에 비례하는 기판 처리 장치.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 처리에서의 상기 산화막의 형성 두께는 플라스마 처리 시간에 관계없이 원하는 값으로 포화하는 기판 처리 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 기판에 대한 플라스마 처리를 반복하여 행하고, 1 세트의 플라스마 처리 시간을 30sec 내지 180sec로 제어하는 기판 처리 장치.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 플라스마화된 질소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 질화막을 형성하도록, 상기 처리부에서의 플라스마 처리를 제어하는 기판 처리 장치.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 플라스마화된 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 산화막의 적어도 표층을 개질하여 탄화막을 형성하도록, 상기 처리부에서의 플라스마 처리를 제어하는 기판 처리 장치.
실리콘층과 실리콘게르마늄층이 번갈아 적층된 기판을 사용하여 행해지는 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법이며,
플라스마화된 불소 및 산소를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 상기 실리콘게르마늄층의 노출면의 표층을 선택적으로 개질하여 절연 산화막을 형성하는, 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법.
제21항에 있어서, 플라스마화된 질소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 절연 산화막의 적어도 표층을 개질하여 질화막을 형성하는 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법.
제21항에 있어서, 플라스마화된 탄소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 사용하여, 상기 절연 산화막의 적어도 표층을 개질하여 탄화막을 형성하는 나노 와이어 또는 나노 시트의 트랜지스터의 제조 방법.