KR20220147661A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220147661A
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plasma
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히로키 무라카미
슈이치로 사카이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

양호한 에칭 특성이 얻어지는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다. 기판에 형성된 에칭 대상막을 에칭하는 기판 처리 방법이며, 상기 에칭 대상막을 갖는 상기 기판을 준비하는 공정과, 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정을 갖고, 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정은, 에천트 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 플라스마 여기하여, 상기 기판을 노출시키는 공정을 복수회 반복하는, 기판 처리 방법.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 기판에 형성된 실리콘계 막을 에칭하는 기판 처리 장치가 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 반도체 처리 챔버 내에서 기판 상의 층을 에칭하기 위한 방법이며, 상기 챔버 내에 제1 가스를 도입하는 스텝으로, 상기 가스가, 상기 층을 에칭하기에 적합한 에천트 가스인 스텝과, 상기 제1 가스의 적어도 얼마를 상기 층 내에 흡착시키기에 충분한 기간에 걸쳐서, 상기 제1 가스를 상기 챔버 내에 머무르게 하는 스텝과, 상기 챔버 내의 상기 제1 가스를 불활성 가스로 실질적으로 치환하는 스텝과, 상기 불활성 가스로부터 준안정 가스를 발생시키는 스텝과, 상기 준안정 가스로 상기 층을 에칭하는 스텝을 구비하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2014-522104호 공보
일 측면에서는, 본 개시는, 양호한 에칭 특성이 얻어지는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 양태에 의하면, 기판에 형성된 에칭 대상막을 에칭하는 기판 처리 방법이며, 상기 에칭 대상막을 갖는 상기 기판을 준비하는 공정과, 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정을 갖고, 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정은, 에천트 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 플라스마 여기하여, 상기 기판을 노출시키는 공정을 복수회 반복하는 기판 처리 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 양호한 에칭 특성이 얻어지는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 플라스마 처리 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다.
도 2는 플라스마 처리 장치에 의한 기판 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 플라스마 처리 장치에 의한 에칭 처리의 일례를 나타내는 타임차트이다.
도 4는 실리콘계 막의 막종마다에 있어서의 에칭 온도와 에칭양의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 5는 아몰퍼스 실리콘막과 다른 실리콘계 막(SiN막, SiO2막)의 선택비를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 6은 프로세스 온도와 1사이클당 에칭양의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 7은 게르마늄계 막의 에칭양을 나타내는 그래프의 일례이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
〔기판 처리 장치〕
본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(기판 처리 장치)(100)에 대해서, 도 1을 사용해서 설명한다. 도 1은, 플라스마 처리 장치(100)의 구성예를 도시하는 개략도이다.
플라스마 처리 장치(100)는, 하단이 개구된 천장이 있는 원통체상의 처리 용기(1)를 갖는다. 처리 용기(1) 전체는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 처리 용기(1) 내의 상단 근방에는, 석영에 의해 형성된 천장판(2)이 마련되어 있고, 천장판(2)의 하측 영역이 밀봉되어 있다. 처리 용기(1)의 하단 개구에는, 원통체상으로 성형된 금속제의 매니폴드(3)가 O링 등의 시일 부재(4)를 통해서 연결되어 있다.
매니폴드(3)는, 처리 용기(1)의 하단을 지지하고 있고, 매니폴드(3)의 하방으로부터 기판으로서 다수매(예를 들어 25 내지 150매)의 반도체 웨이퍼(이하, 「기판(W)」이라고 함)를 다단으로 적재한 웨이퍼 보트(5)가 처리 용기(1) 내에 삽입된다. 이렇게 처리 용기(1) 내에는, 상하 방향을 따라 간격을 두고 다수매의 기판(W)이 대략 수평하게 수용된다. 웨이퍼 보트(5)는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 보트(5)는, 3개의 로드(6)를 갖고(도 1에서는 2개를 도시함), 로드(6)에 형성된 홈(도시하지 않음)에 의해 다수매의 기판(W)이 지지된다.
웨이퍼 보트(5)는, 석영에 의해 형성된 보온통(7)을 개재해서 테이블(8) 상에 적재되어 있다. 테이블(8)은, 매니폴드(3)의 하단 개구를 개폐하는 금속(스테인리스)제의 덮개(9)를 관통하는 회전축(10) 상에 지지된다.
회전축(10)의 관통부에는, 자성 유체 시일(11)이 마련되어 있어, 회전축(10)을 기밀하게 밀봉하고, 또한 회전 가능하게 지지하고 있다. 덮개(9)의 주변부와 매니폴드(3)의 하단의 사이에는, 처리 용기(1) 내의 기밀성을 유지하기 위한 시일 부재(12)가 마련되어 있다.
회전축(10)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 암(13)의 선단에 설치되어 있고, 웨이퍼 보트(5)와 덮개(9)는 일체로서 승강하여, 처리 용기(1) 내에 대하여 삽입 분리된다. 또한, 테이블(8)을 덮개(9)측에 고정해서 마련하여, 웨이퍼 보트(5)를 회전시키지 않고 기판(W)의 처리를 행하도록 해도 된다.
또한, 플라스마 처리 장치(100)는, 처리 용기(1) 내에 처리 가스, 퍼지 가스 등의 소정의 가스를 공급하는 가스 공급부(20)를 갖는다.
가스 공급부(20)는, 가스 공급관(21, 22, 24)을 갖는다. 가스 공급관(21)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통해서 상방으로 굴곡된 석영관으로 이루어진다. 가스 공급관(22)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통해서 상방으로 굴곡되어서 수직으로 연장된다. 가스 공급관(22)의 수직 부분에는, 웨이퍼 보트(5)의 웨이퍼 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐서, 복수의 가스 구멍(22g)이 소정 간격으로 형성되어 있다. 각 가스 구멍(22g)은, 수평 방향으로 가스를 토출한다. 가스 공급관(24)은, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있고, 매니폴드(3)의 측벽을 관통해서 마련된 짧은 석영관으로 이루어진다.
가스 공급관(21)에는, 가스 배관을 통해서 에천트 가스 공급원(21a)으로부터 에천트 가스가 공급된다. 가스 배관에는, 유량 제어기(21b) 및 개폐 밸브(21c)가 마련되어 있다. 이에 의해, 에천트 가스 공급원(21a)으로부터의 에천트 가스는, 가스 배관 및 가스 공급관(21)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 에천트 가스로서는, 예를 들어 불화수소(HF)를 이용할 수 있다. 또한, 에천트 가스는, 이것에 한정되는 것은 아니고, F2, Cl2, Br2, I2, HCl, BCl3, HBr, HI, NF3, ClF3, CF4 등의 할로겐화수소 및 할로겐 화합물을 이용할 수 있다.
가스 공급관(22)은, 그 수직 부분(가스 구멍(22g)이 형성되는 수직 부분)이 후술하는 플라스마 생성 공간에 마련되어 있다. 가스 공급관(22)에는, 가스 배관을 통해서 반응 가스 공급원(22a)으로부터 수소를 포함하는 반응 가스가 공급된다. 가스 배관에는, 유량 제어기(22b) 및 개폐 밸브(22c)가 마련되어 있다. 또한, 가스 공급관(22)에는, 가스 배관을 통해서 반응 가스 공급원(23a)으로부터 질소 가스(N2)가 공급된다. 가스 배관에는, 유량 제어기(23b) 및 개폐 밸브(23c)가 마련되어 있다. 이에 의해, 반응 가스 공급원(22a, 23a)으로부터의 수소를 포함하는 반응 가스와 질소 가스의 혼합 가스는, 가스 배관 및 가스 공급관(22)을 통해서 플라스마 생성 공간에 공급되고, 플라스마 생성 공간에서 플라스마화되어 처리 용기(1) 내에 공급된다. 수소를 포함하는 반응 가스로서는, 예를 들어 NH3 가스, H2 가스를 이용할 수 있다. 또한, 반응 가스는, 이것에 한정되는 것은 아니고, H2, N2H4, C2H4, NH3, D2 등의 적어도 수소(H) 혹은 중수소(D)를 포함하는 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(24)에는, 가스 배관을 통해서 퍼지 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 퍼지 가스가 공급된다. 가스 배관(도시하지 않음)에는, 유량 제어기(도시하지 않음) 및 개폐 밸브(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 이에 의해, 퍼지 가스 공급원으로부터의 퍼지 가스는, 가스 배관 및 가스 공급관(24)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. 퍼지 가스로서는, 예를 들어 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다. 또한, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급원으로부터 가스 배관 및 가스 공급관(24)을 통해서 처리 용기(1) 내에 공급되는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 퍼지 가스는 가스 공급관(21, 22)의 어느 것으로부터 공급되어도 된다.
처리 용기(1)의 측벽의 일부에는, 플라스마 생성 기구(30)가 형성되어 있다. 플라스마 생성 기구(30)는, NH3 가스(또는 H2 가스)를 플라스마화해서 수소(H) 라디칼을 생성하고, N2 가스를 플라스마화해서 질화를 위한 활성종을 생성한다.
플라스마 생성 기구(30)는, 플라스마 구획벽(32)과, 한 쌍의 플라스마 전극(33)(도 1에서는 1개를 도시함)과, 급전 라인(34)과, 고주파 전원(35)과, 절연 보호 커버(36)를 구비한다.
플라스마 구획벽(32)은, 처리 용기(1)의 외벽에 기밀하게 용접되어 있다. 플라스마 구획벽(32)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 플라스마 구획벽(32)은 단면 오목형을 이루고, 처리 용기(1)의 측벽에 형성된 개구(31)를 덮는다. 개구(31)는, 웨이퍼 보트(5)에 지지되어 있는 모든 기판(W)을 상하 방향으로 커버할 수 있도록, 상하 방향으로 가늘고 길게 형성된다. 플라스마 구획벽(32)에 의해 규정됨과 함께 처리 용기(1) 내와 연통하는 내측 공간, 즉, 플라스마 생성 공간에는, NH3 가스와 N2 가스의 혼합 가스를 토출하기 위한 가스 공급관(22)이 배치되어 있다. 또한, 에천트 가스를 토출하기 위한 가스 공급관(21)은, 플라스마 생성 공간의 밖의 처리 용기(1)의 내측벽을 따른 기판(W)에 가까운 위치에 마련되어 있다.
한 쌍의 플라스마 전극(33)(도 1에서는 1개를 도시함)은, 각각 가늘고 긴 형상을 갖고, 플라스마 구획벽(32)의 양측 벽 외면에, 상하 방향을 따라 대향 배치되어 있다. 각 플라스마 전극(33)은, 예를 들어 플라스마 구획벽(32)의 측면에 마련된 보유 지지부(도시하지 않음)에 의해 보유 지지되어 있다. 각 플라스마 전극(33)의 하단에는, 급전 라인(34)이 접속되어 있다.
급전 라인(34)은, 각 플라스마 전극(33)과 고주파 전원(35)을 전기적으로 접속한다. 도시의 예에서는, 급전 라인(34)은, 일단이 각 플라스마 전극(33)의 하단에 접속되어 있고, 타단이 고주파 전원(35)과 접속되어 있다.
고주파 전원(35)은, 각 플라스마 전극(33)의 하단에 급전 라인(34)을 통해서 접속되어, 한 쌍의 플라스마 전극(33)에 예를 들어 13.56MHz의 고주파 전력을 공급한다. 이에 의해, 플라스마 구획벽(32)에 의해 규정된 플라스마 생성 공간 내에, 고주파 전력이 인가된다. 가스 공급관(22)으로부터 토출된 NH3 가스(또는 H2 가스)는, 고주파 전력이 인가된 플라스마 생성 공간 내에서 플라스마화되고, 이에 의해 생성된 수소 라디칼이 개구(31)를 통해서 처리 용기(1)의 내부에 공급된다. 또한, 가스 공급관(22)으로부터 공급된 N2 가스는, 고주파 전력이 인가된 플라스마 생성 공간 내에서 플라스마화되고, 이에 의해 생성된 질화를 위한 활성종이 개구(31)를 통해서 처리 용기(1)의 내부에 공급된다.
절연 보호 커버(36)는, 플라스마 구획벽(32)의 외측에, 해당 플라스마 구획벽(32)을 덮도록 해서 설치되어 있다. 절연 보호 커버(36)의 내측 부분에는, 냉매 통로(도시하지 않음)가 마련되어 있어, 냉매 통로에 냉각된 질소(N2) 가스 등의 냉매를 흘림으로써 플라스마 전극(33)이 냉각된다. 또한, 플라스마 전극(33)과 절연 보호 커버(36)의 사이에, 플라스마 전극(33)을 덮도록 실드(도시하지 않음)가 마련되어 있어도 된다. 실드는, 예를 들어 금속 등의 양도체에 의해 형성되어, 접지된다.
개구(31)에 대향하는 처리 용기(1)의 측벽 부분에는, 처리 용기(1) 내를 진공 배기하기 위한 배기구(40)가 마련되어 있다. 배기구(40)는, 웨이퍼 보트(5)에 대응해서 상하로 가늘고 길게 형성되어 있다. 처리 용기(1)의 배기구(40)에 대응하는 부분에는, 배기구(40)를 덮도록 단면 U자상으로 성형된 배기구 커버 부재(41)가 설치되어 있다. 배기구 커버 부재(41)는, 처리 용기(1)의 측벽을 따라 상방으로 연장되어 있다. 배기구 커버 부재(41)의 하부에는, 배기구(40)를 통해서 처리 용기(1)를 배기하기 위한 배기관(42)이 접속되어 있다. 배기관(42)에는, 처리 용기(1) 내의 압력을 제어하는 압력 제어 밸브(43) 및 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(44)가 접속되어 있고, 배기 장치(44)에 의해 배기관(42)을 통해서 처리 용기(1) 내가 배기된다.
또한, 처리 용기(1)의 외주를 둘러싸도록 해서 처리 용기(1) 및 그 내부의 기판(W)을 가열하는 원통체상의 가열 기구(50)가 마련되어 있다.
또한, 플라스마 처리 장치(100)는, 제어부(60)를 갖는다. 제어부(60)는, 예를 들어 플라스마 처리 장치(100)의 각 부의 동작의 제어, 예를 들어 개폐 밸브(21c 내지 23c)의 개폐에 의한 각 가스의 공급·정지, 유량 제어기(21b 내지 23b)에 의한 가스 유량의 제어, 배기 장치(44)에 의한 배기 제어를 행한다. 또한, 제어부(60)는, 예를 들어 고주파 전원(35)에 의한 고주파 전력의 온·오프 제어, 가열 기구(50)에 의한 기판(W)의 온도의 제어를 행한다.
제어부(60)는, 예를 들어 컴퓨터 등이면 된다. 또한, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이면 된다.
이어서, 도 1에 도시하는 플라스마 처리 장치(100)에 의한 기판 처리의 일례에 대해서 설명한다. 도 2는, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 기판 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 플라스마 처리 장치(100)는, 기판(W)에 형성된 에칭 대상막으로서의 실리콘계 막을 에칭한다.
스텝 S101에서, 실리콘계 막을 갖는 기판(W)을 준비한다. 구체적으로는, 실리콘계 막을 갖는 기판(W)이 웨이퍼 보트(5)에 세트된다. 암(13)은, 매니폴드(3)의 하단으로부터 웨이퍼 보트(5)를 처리 용기(1) 내에 삽입한다. 그리고, 덮개(9)에 의해 처리 용기(1)는 기밀하게 된다.
스텝 S102에서, 기판(W)의 실리콘계 막을 에칭한다.
플라스마 처리 장치(100)에 의한 에칭 처리에 대해서, 도 3을 사용해서 설명한다. 도 3은, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 에칭 처리의 일례를 나타내는 타임차트이다.
도 3에 도시되는 에칭 프로세스는, 에천트 가스를 공급하는 공정 S201, 퍼지하는 공정 S202, RF 파워를 인가해서 반응 가스를 공급하는 공정 S203 및 퍼지하는 공정 S204를 소정 사이클 반복해서, 에천트 가스와 반응 가스를 교대로 공급하여 기판(W) 상에 형성된 실리콘계 막을 에칭하는 프로세스이다. 또한, 도 3에서는, 1사이클만을 나타낸다. 또한, 공정 S201 내지 S204에서, 가스 공급관(24)으로부터 퍼지 가스인 N2 가스가 에칭 프로세스 중에 상시(연속해서) 공급되고 있다.
에천트 가스를 공급하는 공정 S201은, 에천트 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하는 공정이다. 에천트 가스를 공급하는 공정 S201에서는, 먼저, 개폐 밸브(21c)를 개방함으로써, 에천트 가스 공급원(21a)으로부터 가스 공급관(21)을 거쳐서 에천트 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이에 의해, 에천트 가스(HF 가스)가 기판(W)의 실리콘계 막의 표면에 불화 처리를 실시하여, 실리콘계 막의 표면을 불화의 반응 포화 상태로 한다.
퍼지하는 공정 S202는, 처리 용기(1) 내의 잉여의 에천트 가스 등을 퍼지하는 공정이다. 퍼지하는 공정 S202에서는, 개폐 밸브(21c)를 닫아 에천트 가스의 공급을 정지한다. 이에 의해, 가스 공급관(24)으로부터 상시 공급되고 있는 퍼지 가스가 처리 용기(1) 내의 잉여의 에천트 가스 등을 퍼지한다.
반응 가스를 공급하는 공정 S203은, 반응 가스로서의 NH3 가스 및 N2 가스의 혼합 가스를 공급하는 공정이다. 반응 가스를 공급하는 공정 S203에서는, 개폐 밸브(22c, 23c)를 개방함으로써, 반응 가스 공급원(22a, 23a)으로부터 가스 공급관(22)을 거쳐서 반응 가스를 플라스마 구획벽(32) 내에 공급한다. 또한, 고주파 전원(35)에 의해, 플라스마 전극(33)에 RF를 인가하여, 플라스마 구획벽(32) 내에 플라스마를 생성한다. 수소(H) 라디칼 및 질화의 활성종을 생성하여, 개구(31)로부터 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이에 의해, 수소(H) 라디칼 및 질화의 활성종이 불화 처리된 실리콘계 막의 표면과 반응함으로써, 불화된 실리콘계 막의 표면의 층(1층분)이 에칭된다.
구체적으로는, 불화 처리된 실리콘계막의 표면에 수소(H) 라디칼 및 질화의 활성종이 공급되어, 예를 들어 (NH4)2SiF6와 같은 실리콘과 불소를 포함하는 반응 생성물이 얻어진다. 생성된 (NH4)2SiF6는 승화하여, 배기 장치(44)에 의해 처리 용기(1) 내로부터 배기된다. 이에 의해, 실리콘계 막의 표면이 에칭된다. 반응 생성물은 Si와 F를 포함하는 조성이며, 본 처리 온도·압력대에서는 휘발·제거되는 것이다.
퍼지하는 공정 S204는, 처리 용기(1) 내의 잉여의 반응 가스나 반응 생성물((NH4)2SiF6) 등을 퍼지하는 공정이다. 퍼지하는 공정 S204에서는, 개폐 밸브(22c, 23c)를 닫아 반응 가스의 공급을 정지한다. 이에 의해, 가스 공급관(24)으로부터 상시 공급되고 있는 퍼지 가스가 처리 용기(1) 내의 잉여의 반응 가스나 반응 생성물 등을 퍼지한다.
이상의 사이클을 반복함으로써, 기판(W)에 형성된 실리콘계 막을 에칭한다.
본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에서는, 에천트 가스에 의한 막 표면의 불화 처리와, 불화 처리된 막 표면과 반응 가스의 플라스마를 반응시킴으로써 반응 생성물을 생성하고, 생성된 반응 생성물을 기판(W)으로부터 승화시키는 것을 반복하여, 실리콘계 막을 에칭한다. 이에 의해, 실리콘계 막을 균일하게(등방적으로) 에칭할 수 있다. 즉, 고애스펙트비의 오목부를 갖는 실리콘계막이어도, 오목부의 측벽의 입구측과 안쪽에서 균일하게 에칭할 수 있다. 한편, 균일한 불화 처리 후, 플라스마에 의한 반응 가스의 활성도나 활성종의 인입을 깊이 방향에 있어서 제어함으로써, 오목부의 개구부측, 혹은 상부와 저부를 우선적으로 에칭하는 제어도 가능하다.
여기서, 스텝 S102에서의 에천트 가스와 반응 가스를 사용한 실리콘계 막의 에칭 조건의 바람직한 범위를 이하에 나타낸다.
온도: 25 내지 400℃
압력: 0.1 내지 50.0Torr
HF 가스 유량: 100 내지 5000sccm
NH3 가스 유량: 1000 내지 10000sccm
N2 가스 유량: 50 내지 10000sccm
공정 S201 시간: 5.0 내지 180초
공정 S202 시간: 5.0 내지 60초
공정 S203 시간: 5.0 내지 300초
공정 S204 시간: 5.0 내지 60초
RF 파워: 50 내지 500W
도 4는, 실리콘계 막의 막종마다에 있어서의 에칭 온도와 에칭양의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 횡축은, 에칭 온도(℃)를 나타내고, 종축은, 에칭양(A)을 나타낸다. 또한, 에칭 대상을 아몰퍼스 실리콘막으로 한 경우의 결과를 실선으로 나타내고, SiN막으로 한 경우의 결과를 파선으로 나타내고, SiO2막으로 한 경우의 결과를 일점쇄선으로 나타낸다.
도 5는, 아몰퍼스 실리콘막과 다른 실리콘계막(SiN막, SiO2막)의 에칭의 선택비를 나타내는 그래프의 일례이다. 횡축은, 에칭 온도(℃)를 나타내고, 종축은, 선택비를 나타낸다. 또한, SiN막에 대한 아몰퍼스 실리콘막의 선택비를 파선으로 나타내고, SiO2막에 대한 아몰퍼스 실리콘막의 선택비를 일점쇄선으로 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에 의하면, 아몰퍼스 실리콘막을 적합하게 에칭할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에 의하면, SiN막이나 SiO2막에 대하여 아몰퍼스 실리콘막을 선택적으로 에칭할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에서는, 실리콘막, 폴리실리콘막이나 결정 실리콘막에 대해서도 마찬가지로, SiN막이나 SiO2막에 대하여 높은 선택성을 갖고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에 의하면, SiN막이나 SiO2막에 대하여 실리콘막, 폴리실리콘막이나 결정 실리콘막을 선택적으로 에칭할 수 있다.
도 6은, 프로세스 온도와 1사이클당 에칭양(EPC)의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 횡축은, 프로세스 온도(℃)를 나타내고, 종축은, 1사이클당 에칭양(A/cycle)을 나타낸다.
또한, 그래프 301 내지 304에서는, 공정 201(도 3 참조)에서의 HF 가스의 공급 압력과 공급 시간이 다르다. 구체적으로는, 그래프 301에서는, 1Torr, 10sec으로 했다. 그래프 302에서는, 5Torr, 30sec으로 했다. 그래프 303에서는, 9Torr, 60sec으로 했다. 그래프 304에서는, 27Torr, 60sec으로 했다.
또한, HF 가스의 공급 유량은, 그래프 301 내지 304에서 공통되게 1slm으로 했다. 공정 203(도 3 참조)에서의 NH3 가스의 공급 유량, 공급 압력, 공급 시간은, 그래프 301 내지 304에서 공통되게 5slm, 0.3Torr, 10sec으로 했다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에서는, HF 가스의 공급 압력 및 공급 시간을 제어함으로써, 광범위한 온도 영역에서의 에칭이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에서는, HF 가스의 공급 압력과 공급 시간에 기초하여 에칭 온도를 결정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 원하는 에칭 온도에 대하여, HF 가스의 공급 압력과 공급 시간을 적절히 선택함으로써, 양호한 에칭 특성이 얻어진다.
또한, 400℃ 부근에서는, 영역 305에 나타내는 바와 같이, 1사이클당 에칭양의 증대가 보였다. 이것은, HF의 열적 활성이 증대함으로 인한 서멀 에칭 성분이 중첩된 것에 의한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에 있어서, 에칭 대상막은 게르마늄계 막이어도 된다. 여기서, 게르마늄계 막은, 아몰퍼스 실리콘 게르마늄막, 다결정 실리콘 게르마늄막, 단결정 실리콘 게르마늄막, 아몰퍼스 게르마늄막, 다결정 게르마늄막, 단결정 게르마늄막 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
도 7은, 게르마늄계 막의 에칭양을 나타내는 그래프의 일례이다. 횡축은, 실리콘 게르마늄계 막(SiGe)에서의 게르마늄(Ge)의 비율을 나타내고, 종축은, 에칭양(A)을 나타낸다. 또한, 프로세스 온도를 75℃로 한 경우의 결과를 실선으로 나타내고, 100℃로 한 경우의 결과를 파선으로 나타낸다.
여기서, 도 4 및 도 7을 대비해서 나타내는 바와 같이, 게르마늄계 막(도 7 참조)은, SiN막이나 SiO2막(도 4 참조)과 비교하여 높은 에칭양을 갖고 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에서는, 게르마늄계 막에 대해서도 마찬가지로, SiN막이나 SiO2막에 대하여 높은 선택성을 갖고 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 의한 플라스마 에칭 처리에 의하면, SiN막이나 SiO2막에 대하여 게르마늄계 막을 선택적으로 에칭할 수 있다.
이상, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 본 실시 형태의 에칭 방법에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구 범위에 기재된 본 개시의 요지 범위 내에서, 다양한 변형, 개량이 가능하다.
스텝 S101에서, 실리콘계 막(에칭 대상막)을 갖는 기판(W)을 준비하는 공정은, 실리콘계 막을 갖는 기판(W)을 처리 용기(1) 내에 세트하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 플라스마 처리 장치(100)에서 처리 용기(1) 내의 기판(W)에 실리콘계 막을 성막하는 공정이어도 된다.
또한, 본원은, 2020년 3월 11일에 출원한 일본 특허 출원 2020-42179호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이러한 일본 특허 출원의 전체 내용을 본원에 참조에 의해 원용한다.
W: 기판
100: 플라스마 처리 장치(기판 처리 장치)
1: 처리 용기
2: 천장판
20: 가스 공급부
21, 22, 24: 가스 공급관
21: 가스 공급관
22: 가스 공급관
22g: 가스 구멍
24: 가스 공급관
21a: 에천트 가스 공급원
22a, 23a: 반응 가스 공급원
30: 플라스마 생성 기구(고주파 전력 공급부)
44: 배기 장치
50: 가열 기구
60: 제어부

Claims (8)

  1. 기판에 형성된 에칭 대상막을 에칭하는 기판 처리 방법이며,
    상기 에칭 대상막을 갖는 상기 기판을 준비하는 공정과,
    상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정을 갖고,
    상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정은,
    에천트 가스를 공급하는 공정과,
    반응 가스를 플라스마 여기하여, 상기 기판을 노출시키는 공정을 복수회 반복하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에천트 가스는, 할로겐화수소를 포함하는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응 가스는, H를 포함하는 가스인, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응 가스는,
    암모니아 가스 또는 수소 가스와, 질소 가스의 혼합 가스인, 기판 처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에칭 대상막은, 실리콘계 막을 포함하고,
    실리콘막, 아몰퍼스 실리콘막, 폴리실리콘막, 결정 실리콘막 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에칭 대상막은, 게르마늄계 막을 포함하고,
    아몰퍼스 실리콘 게르마늄막, 다결정 실리콘 게르마늄막, 단결정 실리콘 게르마늄막, 아몰퍼스 게르마늄막, 다결정 게르마늄막, 단결정 게르마늄막 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 기판 처리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에천트 가스를 공급하는 공정에서의 상기 에천트 가스의 공급 압력과, 상기 에천트 가스의 공급 시간에 기초하여 에칭 온도를 결정하는, 기판 처리 방법.
  8. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    고주파 전력을 인가해서 플라스마 여기하는 고주파 전력 공급부와,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 가스 공급부로부터 공급된 에천트 가스를 상기 처리 용기에 공급하는 공정과,
    상기 가스 공급부로부터 공급된 반응 가스를 플라스마 여기하여, 상기 기판을 노출시키는 공정을 복수회 반복하는, 기판 처리 장치.
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