特許 6393574 エッチング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6393574

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】エッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20180910BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 301Z

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-207714(P2014-207714)

(22)【出願日】2014年10月9日

(65)【公開番号】特開2016-76668(P2016-76668A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年8月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 考司

(72)【発明者】

【氏名】西村 和晃

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 信博

(72)【発明者】

【氏名】松永 淳一郎

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５１４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２５６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１２９３５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコンとシリコンゲルマニウムを有する被処理基板をチャンバー内に配置し、前記チャンバー内にＨ_２ガスとＡｒガスからなる処理ガスを励起した状態で供給し、シリコンをシリコンゲルマニウム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。

【請求項2】

シリコンはシリコン膜であり、シリコンゲルマニウムはシリコンゲルマニウム膜であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を１．３３〜１３３Ｐａの範囲とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記エッチングの際に、被処理基板を載置する載置台の温度を０〜８０℃の範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項5】

前記エッチングの際に、Ｈ_２ガスとＡｒガスの体積比率を１：２０〜２０：１の範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項6】

Ｈ_２ガスとＡｒガスは、前記チャンバー外でプラズマ化し、プラズマ化した状態で前記チャンバーに導入することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項7】

コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項６のいずれかのエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に形成されたシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）に対しシリコン（Ｓｉ）を高選択比でエッチングするエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、電界効果トランジスタの高速化の一環として、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜とを交互に積層した積層構造を形成した後、Ｓｉ膜をＳｉＧｅ膜に対して選択的にサイドエッチングする技術が求められている。

【0003】

このような要求に対して、特許文献１では、エッチングガスとして、炭素元素と水素元素とフッ素元素とを含有する少なくとも一つのガス、例えばＳＦ_６ガス、Ｈ_２ガス、ＣＦ_４ガス、およびＡｒガスの混合ガスを用い、フッ素元素の分圧を１．０Ｐａ未満としてプラズマエッチングすることが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２５１４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術は、複雑なガス系が必要であり、かつガス中に有害なフッ素を含有する必要がある。また、フッ素元素の分圧を１．０Ｐａ未満とする必要があるため、選択性が得られるプロセス条件の範囲が狭い。

【0006】

したがって、本発明は、フッ素を含まずかつシンプルなガス系を用いて、プロセス条件を大きく限定することなくシリコンゲルマニウムに対しシリコンを高選択比でエッチングすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明は、シリコンとシリコンゲルマニウムを有する被処理基板をチャンバー内に配置し、前記チャンバー内にＨ_２ガスとＡｒガスからなる処理ガスを励起した状態で供給し、シリコンをシリコンゲルマニウム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を提供する。

【0008】

上記エッチング方法において、シリコンとしてシリコン膜を用い、シリコンゲルマニウムとしてシリコンゲルマニウム膜を用いることができる。

【0009】

前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を１．３３〜１３３Ｐａの範囲とすることが好ましい。

【0010】

また、前記エッチングの際に、被処理基板を載置する載置台の温度を０〜８０℃の範囲とすることが好ましい。

【0011】

さらに、前記エッチングの際に、Ｈ_２ガスとＡｒガスの体積比率を１：２０〜２０：１の範囲とすることが好ましい。

【0012】

さらにまた、Ｈ_２ガスとＡｒガスは、前記チャンバー外でプラズマ化し、プラズマ化した状態で前記チャンバーに導入することができる。

【0013】

また、本発明は、コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記エッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、フッ素を含まずかつシンプルなガス系を用いて、プロセス条件を大きく限定することなくシリコンゲルマニウムに対しシリコンを高選択比でエッチングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係るエッチング方法を実施するために用いられるエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】図１の処理システムに搭載された熱処理装置を示す断面図である。

【図3】図１の処理システムに搭載されたエッチング装置を示す断面図である。

【図4】本発明が適用されるデバイス構造の例、およびそのデバイスをエッチングした状態を説明するための断面図である。

【図5】本発明に用いられるガス系に至った経緯を説明する実験結果を示す図である。

【図6】本発明に用いられるガス系に至った経緯を説明する実験結果を示す図である。

【図7】Ａｒガス流量を変化させた場合の、Ｓｉ膜のエッチング量と、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比とを示す図である。

【図8】圧力を変化させた場合の、Ｓｉ膜のエッチング量と、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比とを示す図である。

【図9】エッチング時間を変化させた場合の、Ｓｉ膜のエッチング量と、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比とを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、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。

【0017】

＜本発明の実施形態に用いる処理システムの一例＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するエッチング装置を搭載した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１は、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３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４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、チャンバー内でプラズマを生成することなくウエハＷに対してエッチングを行う本実施形態に係るエッチング装置５と、制御部６とを備えている。

【0018】

搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有している。搬送室１２の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリア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１２に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行なうオリエンタ１４が設置されている。

【0019】

搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１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１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂ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。

【0020】

各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。

【0021】

第２ウエハ搬送機構１７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１７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３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４に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置５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３、熱処理装置４、およびエッチング装置５間で搬送することが可能となっている。

【0022】

熱処理装置４は、図２に示すように、真空引き可能なチャンバー２０と、その中でウエハＷを載置する載置台２３を有し、載置台２３にはヒーター２４が埋設されており、このヒーター２４によりエッチング処理が施された後のウエハＷを加熱してウエハＷに存在するエッチング残渣を気化して除去する。チャンバー２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口２０ａが設けられており、この搬入出口２０ａはゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバー２０のエッチング装置５側にはエッチング装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口２０ｂが設けられており、この搬入出口２０ｂはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。チャンバー２０の側壁上部にはガス供給路２５が接続され、ガス供給路２５はＮ_２ガス供給源３０に接続されている。また、チャンバー２０の底壁には排気路２７が接続され、排気路２７は真空ポンプ３３に接続されている。ガス供給路２５には流量調節弁３１が設けられており、排気路２７には圧力調整弁３２が設けられていて、これら弁を調整することにより、チャンバー２０内を所定圧力のＮ_２ガス雰囲気にして熱処理が行われる。Ａｒガス等、Ｎ_２ガス以外の不活性ガスを用いてもよい。

【0023】

制御部６は、処理システム１の各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ９１を有している。プロセスコントローラ９１には、オペレータが処理システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、処理システム１で実行される各種処理、例えば後述するエッチング装置５における処理ガスの供給やチャンバー内の排気などをプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて処理システム１の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。レシピは記憶部９３の中の適宜の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。

【0024】

本実施形態に係るエッチング装置５は、Ｈ_２ガスおよびＡｒガスからなる処理ガスを励起した状態で供給してＳｉをエッチングするものである。その具体的な構成については、後で詳細に説明する。

【0025】

このような処理システム１では、ウエハＷとして、エッチング対象であるＳｉを有し、さらにＳｉＧｅを有するものを用い、そのようなウエハＷを複数枚キャリアＣ内に収納して処理システム１に搬送する。

【0026】

処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。

【0027】

その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ５４を開いて、ピックをエッチング装置５まで伸ばしてウエハＷをエッチング装置５へ搬送する。

【0028】

その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、エッチング装置５において後述するようにしてエッチング処理を行う。

【0029】

エッチング処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７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４に搬送し、チャンバー２０内にＮ_２ガスを導入しつつ、ヒーター２４により載置台２３上のウエハＷを加熱して、エッチング残渣等を加熱除去する。

【0030】

熱処理装置４における熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂ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。

【0031】

なお、処理システム１において、熱処理装置４は必須ではない。熱処理装置４を設けない場合には、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１７のピックによりロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。

【0032】

＜エッチング装置の構成＞
次に、本実施形態のエッチング方法を実施するためのエッチング装置５について詳細に説明する。
図３は、エッチング装置５を示す断面図である。図３に示すように、エッチング装置５は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０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４２が設けられている。また、エッチング装置５は、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４を備えている。

【0033】

チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、略円筒形状の側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。蓋部５２の天壁には上方からチャンバー４０内に向けてガス導入ノズル６１が挿入されている。

【0034】

側壁部５１ａには、熱処理装置４のチャンバー２０との間でウエハＷを搬入出する搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

【0035】

載置台４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂに固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器５５が設けられている。温度調節器５５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４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。

【0036】

ガス供給機構４３は、Ｈ_２ガスを供給するＨ_２ガス供給源６３およびＡｒガスを供給するＡｒガス供給源６４を有している。また、Ｈ_２ガス供給源６３に接続されたＨ_２ガス供給配管６５、Ａｒガス供給源６４に接続されたＡｒガス供給配管６６、および、Ｈ_２ガス供給配管６５とＡｒガス供給配管６６に接続され、Ｈ_２ガスとＡｒガスを励起するガス励起部６７を有している。ガス励起部６７には励起ガス供給配管６８が接続されている。励起ガス供給配管６８は上述したガス導入ノズル６１に接続されている。そして、Ｈ_２ガス供給源６３およびＡｒガス供給源６４から、Ｈ_２ガス供給配管６５およびＡｒガス供給配管６６を通ってガス励起部６７に供給されたＨ_２ガスおよびＡｒガスがガス励起部６７で励起され、励起されたガスが励起ガス供給配管６８およびガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０へ導入されるようになっている。

【0037】

ガス励起部６７は、ガスを励起できればその構成は限定されないが、適宜の手法でガスをプラズマ化するものを好適に用いることができる。プラズマとしては、例えば、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ等、通常用いられているものを用いることができる。

【0038】

Ｈ_２ガス供給配管６５およびＡｒガス供給配管６６には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器７０が設けられている。流量制御器７０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。

【0039】

なお、チャンバー４０の上部にシャワープレートを設け、シャワープレートを介して励起されたガスをシャワー状に供給してもよい。

【0040】

排気機構４４は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口８１に繋がる排気配管８２を有しており、さらに、排気配管８２に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）８３およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ８４を有している。

【0041】

チャンバー４０の側壁には、チャンバー４０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８６ａ，８６ｂが、チャンバー４０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８６ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ８６ｂは低圧力用となっている。載置台４２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。

【0042】

エッチング装置５を構成するチャンバー４０、載置台４２等の各種構成部品の材質としては、Ａｌが用いられている。チャンバー４０を構成するＡｌ材は無垢のものであってもよいし、内面（チャンバー本体５１の内面など）に陽極酸化処理を施したものであってもよい。一方、載置台４２を構成するＡｌの表面は耐摩耗性が要求されるので、陽極酸化処理を行って表面に耐摩耗性の高い酸化被膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を形成することが好ましい。

【0043】

＜エッチング装置によるエッチング方法＞
次に、このように構成されたエッチング装置によるエッチング方法について説明する。

【0044】

Ｓｉの選択エッチングは、例えば図４に示すような構造のデバイスに適用される。すなわち、図４（ａ）に示すように、Ｓｉ基体１０１の上に、ＳｉＧｅ膜１０２とＳｉ膜１０３とを交互に積層し、その上に形成されたＳｉＯ_２膜等からなるハードマスク層１０４をエッチングマスクとして用いて、ＳｉＧｅ膜１０２とＳｉ膜１０３との積層膜をエッチングして予めトレンチ１０５を形成したウエハＷを準備し、このウエハＷに対して本実施形態のエッチング方法を実施して、図４（ｂ）に示すように、Ｓｉ膜１０３をサイドエッチングする。

【0045】

なお、Ｓｉ膜１０３およびＳｉＧｅ膜１０２はＣＶＤ法やエピタキシャル成長法により形成することができる。

【0046】

本実施形態のエッチング方法を実施するにあたっては、エッチング装置５のゲートバルブ５４を開放した状態で、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックにより、例えば図４（ａ）に示す構成のウエハＷを搬入出口５３からチャンバー４０内に搬入し、載置台４２に載置する。

【0047】

その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、チャンバー４０内を密閉状態する。

【0048】

次いで、Ｈ_２ガスおよびＡｒガスを励起してチャンバー４０内へ導入し、ウエハＷに形成されたＳｉ膜１０３のサイドエッチングを行う。

【0049】

具体的には、温度調節器５５によって載置台４２の温度を所定の範囲に調節し、チャンバー４０内の圧力を所定の範囲に調節して、ガス供給機構４３のＨ_２ガス供給源６３およびＡｒガス供給源６４から、それぞれＨ_２ガスおよびＡｒガスをＨ_２ガス供給配管６５およびＡｒガス供給配管６６を介してガス励起部６７に導き、そこで励起されたガスを励起ガス供給配管６８およびガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内へ導入し、Ｓｉ膜のサイドエッチングを行う。

【0050】

このように、Ｈ_２ガスおよびＡｒガスからなる処理ガスを励起した状態でチャンバー４０内に導入することにより、Ｓｉ膜をＳｉＧｅ膜に対して高選択比でエッチングすることができ、条件を調整することにより、エッチング選択比を５０以上という極めて高い値とすることが可能である。

【0051】

次に、このようなガス系に至った経緯について説明する。
Ｓｉのエッチングには、従来からＨＦガスが検討されており、最初にＨＦガスを用いてＳｉ膜のＳｉＧｅ膜に対する選択的エッチングを検討した。ＨＦガスは反応性が極めて高いため、ＨＦガスにＨ_２ガスと希釈ガスであるＡｒガスとを混合した処理ガスを用い、この処理ガスをプラズマ化したものをチャンバー内に供給し、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜とをエッチングした。その結果、Ｓｉ膜が高エッチングレートでエッチングできるが、ＳｉＧｅ膜もエッチングされ、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比は低いものとなった。一方、ＨＦガスの量を０として、Ｈ_２ガスとＡｒガスのみをプラズマ化したものを用いて同様のエッチングを行った。その結果、Ｓｉ膜のエッチング量は低下したものの、ＳｉＧｅ膜はほとんどエッチングされず、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比は極めて高いものとなった。

【0052】

このことが導かれた実験結果を図５に示す。
ここでは、Ｓｉ膜が形成されたブランケットウエハと、ＳｉＧｅ膜が形成されたブランケットウエハとを準備し、Ｈ_２ガスの流量：３７０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量：４００ｓｃｃｍ、温度：２５℃、圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）、プラズマ生成電力（ＩＰＣプラズマ）：６００Ｗ、処理時間：１ｍｉｎの基本条件で、ＨＦガス流量を０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍと変化させ、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜のエッチングを行った。この図に示すように、ＨＦを添加した場合はＳｉ膜のエッチング量が８０ｎｍであるが、ＳｉＧｅ膜も２０ｎｍ近くまでエッチングされ、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比が４付近と低いのに対し、Ｈ_２ガス＋Ａｒガスのみの場合は、Ｓｉ膜のエッチング量が１５ｎｍ程度であるものの、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比が９３まで上昇した。

【0053】

そこで、Ｈ_２ガスの有効性を確認するため、Ｈ_２ガスのみをプラズマ化してＳｉ膜とＳｉＧｅ膜をエッチングした。その結果、Ｓｉ膜もＳｉＧｅ膜もほとんどエッチングされなかった。

【0054】

次に、Ｈ_２ガスと他のガスとの組み合わせを確認するため、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスをプラズマ化したものを用いて、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜をエッチングした。その結果、Ｓｉ膜よりもむしろＳｉＧｅ膜のほうがエッチング量が多くなった。

【0055】

このことが導かれた実験結果を図６に示す。
ここでは、Ｈ_２ガスの流量３７０ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガスの流量：１００ｓｃｃｍ、温度：２５℃、圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）、プラズマ生成電力（ＩＰＣプラズマ）：６００Ｗ、処理時間：１ｍｉｎの条件で同様にＳｉ膜とＳｉＧｅ膜のエッチングを行った。この図に示すように、Ｈ_２ガス＋Ｎ_２ガスでエッチングすることにより、Ｓｉ膜のエッチング量は２６．５ｎｍであったのに対し、ＳｉＧｅ膜のエッチング量は６６．７ｎｍであり、Ｓｉ膜よりもＳｉＧｅ膜のエッチング量が多い結果となった。

【0056】

以上のように、Ｓｉ膜をＳｉＧｅ膜に対して高選択比でエッチングするためには、Ｈ_２ガスを励起したものを用いることが有効であるが、Ｈ_２ガス単独ではＳｉ膜もＳｉＧｅ膜もエッチングされず、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスとを混合したものでは、むしろＳｉＧｅ膜のほうがエッチングされ、Ｈ_２ガスにＡｒガスを混合して励起することにより初めてＳｉ膜をＳｉＧｅ膜に対して高選択比でエッチングすることが可能になることが確認された。

【0057】

Ｓｉ膜をＳｉＧｅ膜に対して選択的エッチングする用途は、Ｓｉ膜のエッチングレートよりも選択比が高いことが要求される。このため、本実施形態のＨ_２ガスとＡｒガスからなる処理ガスを励起する手法が有効である。

【0058】

このエッチング処理におけるチャンバー４０内の圧力は１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）の範囲が好ましい。より好ましくは、６．６６〜６６．６Ｐａ（５０〜５００ｍＴｏｒｒ）の範囲である。また、載置台４２の温度（ほぼウエハの温度）は０〜８０℃が好ましい。より好ましくは１０〜４０℃である。

【0059】

また、Ｈ_２ガスとＡｒガスの体積比率（流量比率）は１：２０〜２０：１の範囲が好ましく、１：１０〜１０：１の範囲がより好ましい。

【0060】

このようにして、エッチング装置５におけるエッチング処理が終了した後、ゲートバルブ５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台４２上のエッチング処理後のウエハＷをチャンバー４０から搬出する。

【0061】

以上のように、本実施形態では、フッ素を含まずかつシンプルなガス系を用いて、プロセス条件を大きく限定することなくシリコンゲルマニウム膜に対しシリコン膜を高選択比でエッチングすることができる。

【0062】

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。

【0063】

［実験例１］
ここでは、Ｓｉ膜が形成されたブランケットウエハと、ＳｉＧｅ膜が形成されたブランケットウエハとを準備し、Ｈ_２ガスの流量：３７０ｓｃｃｍ、温度：２５℃、圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）、プラズマ生成電力（ＩＰＣプラズマ）：６００Ｗ、処理時間：３ｍｉｎの基本条件で、Ａｒガス流量を５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍと変化させ、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜のエッチングを行った。

【0064】

その結果を図７に示す。図７は、各Ａｒガス流量における、Ｓｉ膜のエッチング量と、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比とを示す図である。この図に示すように、Ｓｉ膜のエッチング量は、Ａｒガス流量が増加するにしたがって増加する傾向にある。一方、ＳｉＧｅ膜はほとんどエッチングされず、Ａｒ流量が１００ｓｃｃｍではエッチング量が１．１ｎｍ、Ａｒ流量が５０ｓｃｃｍおよび４００ｓｃｃｍではエッチング量が０であった。このため、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比は、Ａｒガス流量が１００ｓｃｃｍでは５１、Ａｒガス流量が５０ｓｃｃｍおよび４００ｓｃｃｍでは無限大であり、いずれのＡｒガス流量においても極めて高い値となった。

【0065】

［実験例２］
ここでは、実験例１と同様、Ｓｉ膜が形成されたブランケットウエハと、ＳｉＧｅ膜が形成されたブランケットウエハとを準備し、Ｈ_２ガスの流量：３７０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量：１００ｓｃｃｍ、温度：２５℃、プラズマ生成電力（ＩＰＣプラズマ）：６００Ｗ、処理時間：３ｍｉｎの基本条件で、圧力を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）、２００ｍＴｏｒｒ（２６．６Ｐａ）と変化させ、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜のエッチングを行った。

【0066】

その結果を図８に示す。図８は、各圧力における、Ｓｉ膜のエッチング量と、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比とを示す図である。この図に示すように、圧力が低いほどＳｉ膜のエッチング量が高い傾向にある。一方、ＳｉＧｅ膜はほとんどエッチングされず、圧力が１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）ではエッチング量が１．１ｎｍ、２００ｍＴｏｒｒ（２６．６Ｐａ）ではエッチング量が０であった。このため、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比は、圧力が１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）では５１、圧力が２００ｍＴｏｒｒ（２６．６Ｐａ）では無限大であり、いずれも極めて高い値となった。

【0067】

［実験例３］
ここでは、実験例１と同様、Ｓｉ膜が形成されたブランケットウエハと、ＳｉＧｅ膜が形成されたブランケットウエハとを準備し、Ｈ_２ガスの流量：３７０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量：４００ｓｃｃｍ、温度：２５℃、プラズマ生成電力（ＩＰＣプラズマ）：６００Ｗの基本条件で、エッチング時間を１ｍｉｍ、３ｍｉｎと変化させ、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜のエッチングを行った。

【0068】

その結果を図９に示す。図９は、各エッチング時間における、Ｓｉ膜のエッチング量と、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比とを示す図である。この図に示すように、エッチング時間が増加することによりＳｉ膜のエッチング量は増加するが、ＳｉＧｅ膜はエッチング時間によらずほとんどエッチングされず、エッチング時間が１ｍｉｎではエッチング量が０．１６ｎｍと計測され、３ｍｉｎでは０ｎｍと計測されて、ＳｉＧｅ膜に対するＳｉ膜のエッチング選択比は、それぞれ９３および無限大であり、エッチング時間によらず高い選択比が得られた。

【0069】

＜本発明の他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の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。また、ＳｉとしてＳｉ膜、ＳｉＧｅとしてＳｉＧｅ膜を用いた例を示したが、いずれか一方が半導体ウエハの基体そのもの（半導体基板）であってもよい。さらに、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。

【符号の説明】

【0070】

１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
５；エッチング装置
６；制御部
１１；第１ウエハ搬送機構
１７；第２ウエハ搬送機構
４０；チャンバー
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
６１；ガス導入ノズル
６３；Ｈ_２ガス供給源
６４；Ａｒガス供給源
６５；Ｈ_２ガス供給配管
６６：Ａｒガス供給配管
６７；ガス励起部
６８；励起ガス供給配管
Ｗ；半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】