特許 6426489 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】6426489

(24)【登録日】2018年11月2日

(45)【発行日】2018年11月21日

(54)【発明の名称】エッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20181112BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 201A

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-19114(P2015-19114)

(22)【出願日】2015年2月3日

(65)【公開番号】特開2016-143781(P2016-143781A)

(43)【公開日】2016年8月8日

【審査請求日】2017年12月19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】▲高▼橋 信博

(72)【発明者】

【氏名】松本 雅至

(72)【発明者】

【氏名】萩原 彩乃

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 考司

(72)【発明者】

【氏名】松永 淳一郎

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４５５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２５６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４７２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５１４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１２６０３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１２６０４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

(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、エッチングガスのガス系をＦ_２ガスおよびＮＨ_３ガスとし、Ｆ_２ガスとＮＨ_３ガスとの比率を変化させることにより、シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングと、シリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行う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】

シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％でそれぞれ０〜１５％とし、シリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％で１８〜５０％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】

シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％でそれぞれ０〜１０％とし、シリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％で３０〜５０％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5】

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３０〜１３０℃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】

前記エッチングの際に、チャンバー内の圧力を６６．７〜６６７Ｐａと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】

シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングおよびシリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングのいずれも、エッチング工程を複数回繰り返すサイクルエッチングにより行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項8】

前記エッチング工程の間で、前記チャンバー内の排気を行うことを特徴とする請求項７に記載のエッチング方法。

【請求項9】

前記選択的エッチングに先立って、ＮＨ_３ガスとＨＦガスを前記チャンバー内に導入して被処理基板表面の自然酸化膜の除去を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項10】

前記選択的エッチングの後に、ＮＨ_３ガスとＨＦガスを前記チャンバー内に導入して、被処理基板のエッチング面の保護処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項11】

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１０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、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）およびシリコン（Ｓｉ）が共存する被処理基板において、一方に対して他方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、ＳｉとＳｉＧｅとが共存する被処理基板において、ＳｉおよびＳｉＧｅの一方を他方に対して選択的にエッチングする技術が求められている。このような技術としては、例えばＳｉとＳｉＧｅとの積層構造を有する被処理基板において、ＳｉおよびＳｉＧｅの一方を他方に対して選択的にサイドエッチングするものが挙げられる。

【0003】

このような要求に対して、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ＣｌＦ_３、ＸｅＦ_２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）が知られており、ＳｉＧｅに対してＳｉを選択的にエッチングする技術としては、ＳＦ_６やＣＦ_４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３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００９−５１０７５０号公報

【特許文献2】特開２００３−７７８８８号公報

【特許文献3】特開２０１３−２２５６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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、ＳｉＧｅの選択的エッチングおよびＳｉの選択的エッチングの両方を同じガス系を用いて同一の装置で行うことが求められている。

【0006】

したがって、本発明は、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）およびシリコン（Ｓｉ）が共存する被処理基板において、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を同じガス系を用いて同一の装置で行うことができるエッチング方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち、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、エッチングガスのガス系をＦ_２ガスおよびＮＨ_３ガスとし、Ｆ_２ガスとＮＨ_３ガスとの比率を変化させることにより、シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングと、シリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行う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】

シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％で０〜１５％とし、シリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％で１８〜５０％とすることが好ましい。シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％でそれぞれ０〜１０％とし、シリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行う際には、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％で３０〜５０％とすることがさらに好ましい。

【0010】

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３０〜１３０℃の範囲とすることが好ましい。

【0011】

また、前記エッチングの際に、チャンバー内の圧力を６６．７〜６６７Ｐａとすることが好ましい。

【0012】

シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチングおよびシリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングのいずれも、エッチング工程を複数回繰り返すサイクルエッチングにより行うことが好ましい。この場合に、前記エッチング工程の間で、前記チャンバー内の排気を行うことが好ましい。

【0013】

さらに、前記選択的エッチングに先立って、ＮＨ_３ガスとＨＦガスを前記チャンバー内に導入して被処理基板表面の自然酸化膜の除去を行ってもよく、また、前記選択的エッチングの後に、ＮＨ_３ガスとＨＦガスを前記チャンバー内に導入して、被処理基板のエッチング面の保護処理を行ってもよい。

【0014】

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】

【0015】

本発明によれば、エッチングガスのガス系をＦ_２ガスおよびＮＨ_３ガスとし、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの比率を変化させることにより、同じガス系かつ同一チャンバーで、シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチング、およびシリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングの両方を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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】実験例１における、ＮＨ_３ガス流量とｐｏｌｙ−Ｓｉ膜およびＳｉＧｅ膜のエッチング量との関係を示す図である。

【図5】ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜の積層膜を形成したウエハについて、サイクル数を変えてエッチングを行った際のエッチング面の状態を示すＳＥＭ写真である。

【図6】ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したウエハについて、サイクル数を変えてエッチングを行った際のエッチング面の状態を示すＳＥＭ写真である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

＜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、ＳｉとＳｉＧｅとが共存する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、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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

本実施形態に係るエッチング装置５は、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を同じガス系を用いて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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

＜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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

ガス供給機構４３は、Ｆ_２ガスを供給するＦ_２ガス供給源６３、ＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３ガス供給源６４、ＨＦガスを供給するＨＦガス供給源６５、Ａｒガスを供給するＡｒガス供給源６６を有している。また、Ｆ_２ガス供給源６３に接続されたＦ_２ガス供給配管６７、ＮＨ_３ガス供給源６４に接続されたＮＨ_３ガス供給配管６８、ＨＦガス供給源６５に接続されたＨＦガス供給配管６９、Ａｒガス供給源６６に接続されたＡｒガス供給配管７０を有している。これらの配管は集合配管７１に接続され、集合配管７１は上述したガス導入ノズル６１に接続されている。そして、Ｆ_２ガス、ＮＨ_３ガス、ＨＦガス、Ａｒガスが、供給配管６７，６８，６９，７０および集合配管７１を経てガス導入ノズル６１からチャンバー４０へ導入されるようになっている。

【0038】

Ｆ_２ガス供給配管６７、ＮＨ_３ガス供給配管６８、ＨＦガス供給配管６９、Ａｒガス供給配管７０には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器７２が設けられている。流量制御器７２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】

上記ガスのうち、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスはメインのエッチングに用いられるエッチングガスである。また、ＨＦガスは自然酸化膜除去やエッチング処理後の膜の終端処理に用いられる。また、Ａｒガスは、希釈ガスやパージガスとして用いられる。Ａｒガスの代わりにＮ_２ガス等の他の不活性ガスを用いてもよく、２種以上の不活性ガスを用いてもよい。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

＜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。

【0045】

本実施形態においては、被処理体であるウエハＷとして、ＳｉとＳｉＧｅとが共存したものを用い、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を行う。一例として、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜の積層構造において、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜およびＳｉＧｅ膜の一方を他方に対して選択的にエッチングする場合を挙げることができる。

【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。載置台４２は温度調節器５５で温調されており、載置台４２に載置されたウエハＷの温度が所定の温度に制御される。

【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内を密閉状態とする。

【0048】

次いで、チャンバー４０内の圧力を調節しつつ、ＮＨ_３ガスおよびＨＦガスをチャンバー４０内へ導入し、ウエハＷに形成された自然酸化膜を除去する。このとき、ＮＨ_３ガスおよびＨＦガスの他、希釈ガスとしてＡｒガスを供給してもよい。また、ＮＨ_３ガスを先にチャンバー４０内に導入して圧力を安定させた後にＨＦガスを導入することが好ましい。

【0049】

その後、チャンバー４０内にパージガスとしてＡｒガスを供給しつつ真空排気してチャンバー４０内のパージを行い、引き続きガスをＦ_２ガスおよびＮＨ_３ガスに切り替え、エッチングガスのガス系をＦ_２ガスおよびＮＨ_３ガスにしてメインのエッチングを行う。このとき、希釈ガスとしてＡｒガスを加えてもよい。メインのエッチングにおいては、Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングと、ＳｉＧｅに対するＳｉの選択的エッチングとで、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの比率を変えてエッチングを行う。すなわち、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスのガス系において、Ｆ_２ガスによりＳｉＧｅはエッチングされるがＳｉはほとんどエッチングされないため、Ｆ_２ガスの比率が多い領域（Ｆ_２：１００％を含む）においてＳｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングを行うことができる。一方、ＮＨ_３ガスの比率が高くなるとＳｉがエッチングされるが、ＮＨ_３によりＳｉＧｅが保護されてＳｉＧｅがエッチングされ難くなるため、ＳｉＧｅに対するＳｉの選択的エッチングが行われるようになる。

【0050】

具体的には、Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングでは、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％（流量％）で０〜１５％（Ｆ_２ガスの比率は８５〜１００％）とすることが好ましく、ＳｉＧｅに対するＳｉの選択的エッチングでは、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率を体積％（流量％）で１８〜５０％（Ｆ_２ガスの比率は５０〜８２％）とすることが好ましい。これにより、ほぼ２以上の選択比で選択的エッチングを行うことができる。さらに好ましくは、Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングでは、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率が体積％（流量％）で０〜１０％であり、ＳｉＧｅに対するＳｉの選択的エッチングでは、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの合計に対するＮＨ_３ガスの比率が体積％（流量％）で３０〜５０％である。これにより、ほぼ１０以上の選択比で選択的エッチングを行うことができる。

【0051】

Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択比を高くする観点からは、Ｆ_２ガスを１００％（ＮＨ_３ガスを０％）とすることが好ましいが、ＮＨ_３ガスを適宜の量で添加することにより、エッチングレートの調整等を行うことができる。

【0052】

メインのエッチングの際におけるチャンバー４０内の圧力は、ＳｉＧｅの選択的エッチングおよびＳｉの選択的エッチングのいずれも６６．７〜６６７Ｐａ（０．５〜５Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましい。また、載置台４２の温度（ほぼウエハの温度）は、ＳｉＧｅの選択的エッチングおよびＳｉの選択的エッチングのいずれも３０〜１３０℃の範囲が好ましい。

【0053】

メインのエッチングは、ＳｉＧｅの選択的エッチングおよびＳｉの選択的エッチングのいずれも、エッチング工程を複数回繰り返すサイクルエッチングにより行うことが好ましい。

【0054】

サイクルエッチングでは、各エッチング工程の間でチャンバー４０内のパージを行う。チャンバー４０内のパージは、単にチャンバー内の真空排気のみであってもよいが、真空排気と同時にパージガスとしてＡｒガスを流してもよい。

【0055】

サイクルエッチングを行うことにより、一回のエッチングの場合に比べ、エッチング表面のラフネスを小さくすることができる。また、ＮＨ_３の比率を高くしてＳｉＧｅの保護機能を持たせても、ＳｉＧｅは多少エッチングされるが、ＳｉＧｅエッチングの際のインキュベーションタイムがＳｉエッチングの際のインキュベーションタイムよりも長いため、Ｓｉの選択的エッチングの際にサイクルエッチングを行うことにより、ＳｉＧｅのエッチングを抑制して選択性を高めることができる。

【0056】

サイクルエッチングにおいては、エッチング工程の時間を短くして回数を増加することにより、上記効果を高めることができるが、回数が多くなりすぎるとスループットが低下するため、スループットも考慮して適切なサイクル数とすることが好ましい。

【0057】

メインのエッチングの際に、ＮＨ_３ガスおよびＦ_２ガスの両方を用いる場合は、先にＮＨ_３ガスをチャンバー４０内に導入して圧力を安定させた後にＦ_２ガスを導入することが好ましい。また、Ａｒガスにより圧力を安定させてもよい。

【0058】

以上のようにしてメインのエッチングを行った後、チャンバー４０内にパージガスとしてＡｒガスを供給しつつ真空排気してチャンバー４０内のパージを行い、次いで、ガス系をＮＨ_３ガスおよびＨＦガスに切り替えてエッチング面の保護処理を行う。

【0059】

エッチング面は極めて酸化が生じやすくなっているが、ＮＨ_３ガスおよびＨＦガスによる処理を行うことにより、エッチング面を水素終端することができ、酸化を防止することができる。

【0060】

以上のように本実施形態によれば、エッチングガスのガス系をＦ_２ガスおよびＮＨ_３ガスとし、Ｆ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの比率を変化させることにより、同じガス系かつ同一チャンバーで、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の両方を行うことができる。

【0061】

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。

【0062】

［実験例１］
ここでは、ｐｏｌｙ−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、エッチングガスとしてＦ_２ガスとＮＨ_３ガスを用い、ＮＨ_３ガス流量を変化させてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜およびＳｉＧｅ膜のエッチングを行った。その際の条件は、Ｆ_２ガス流量：１８０ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量：１２００ｓｃｃｍ、温度：８０℃、圧力：４Ｔｏｒｒ／２Ｔｏｒｒ、処理時間：８ｓｅｃ／８ｓｅｃとし、ＮＨ_３ガスの流量を０〜１００ｓｃｃｍの間で変化させた。

【0063】

その結果を図４に示す。図４は、ＮＨ_３ガス流量とｐｏｌｙ−Ｓｉ膜およびＳｉＧｅ膜のエッチング量との関係を示す図である。この図に示すように、エッチングガスがＦ_２ガスのみの場合には、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜はほとんどエッチングされず、ＳｉＧｅ膜のみが選択的にエッチングされることが確認された。これに対して、ＮＨ_３ガスが増加するにつれ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチング量が増加し、反対にＳｉＧｅ膜のエッチング量が低下することが確認された。これは、ＮＨ_３ガスの増加によりｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチング性が増加するが、ＮＨ_３ガスが増加するとその保護作用によりＳｉＧｅ膜のエッチング性が低下するためであると考えられる。

【0064】

そして、ＮＨ_３ガスの流量が０〜３０ｓｃｃｍ程度（ＮＨ_３ガス流量のエッチングガスの合計流量に対する流量比率（体積比率）：０〜１５％程度）ではｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に対するＳｉＧｅ膜のエッチング選択比がほぼ２以上となり、０〜２０ｓｃｃｍ（ＮＨ_３ガス流量のエッチングガスの合計流量に対する流量比率（体積比率）：０〜１０％）では、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に対するＳｉＧｅ膜のエッチング選択比がほぼ１０以上となり、ＳｉＧｅ膜の選択的エッチングが実現されることが確認された。一方、ＮＨ_３ガスの流量が４０ｓｃｃｍ（ＮＨ_３ガス流量のエッチングガスの合計流量に対する流量比率（体積比率）：１８．２％）では、ＳｉＧｅ膜に対するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチング選択比が２程度となり、ＮＨ_３ガスの流量が１００ｓｃｃｍ（ＮＨ_３ガス流量のエッチングガスの合計流量に対する流量比率（体積比率）：３５．７％）では、ＳｉＧｅ膜に対するｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチング選択比が１５程度となり、図４からＮＨ_３ガスの体積比率が１８％以上でエッチング選択比がほぼ２以上、ＮＨ_３ガスの体積比率が３０％以上でエッチング選択比がほぼ１０以上で、ｐｏｌｙ−Ｓｉの選択的エッチングが実現されることが確認された。ＮＨ_３ガスの流量をさらに増加させることにより、さらにｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチング選択性が高まることが期待される。

【0065】

［実験例２］
ここでは、サイクルエッチングの効果について評価した。
最初に、ＳｉにＳｉＧｅ膜を形成したウエハについて、サイクル数を変えてエッチングを行った。具体的には、Ｆ_２ガス流量；１８０ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量：３９０ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガス流量：８１０ｓｃｃｍ、温度：８０℃、圧力：０．７Ｔｏｒｒとし、１回あたりのエッチング時間およびサイクル数を４８ｓｅｃ×１サイクル、１６ｓｅｃ×３サイクル、８ｓｅｃ×６サイクル、４ｓｅｃ×１２サイクルと変化させた。

【0066】

図５は、その際のＳｉＧｅ膜のエッチング面の状態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。この図に示すように、１回あたりのエッチング時間を短時間としてサイクル数を増加させるほどＳｉＧｅ膜のエッチング面のラフネスが良好になることが確認された。

【0067】

次に、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成したウエハについて、サイクル数を変えてエッチングを行った。具体的には、Ｆ_２ガス流量；２５０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３ガス流量：５０ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量：１６８０ｓｃｃｍ、温度：８０℃、圧力：２Ｔｏｒｒとし、１回あたりのエッチング時間およびサイクル数を１６ｓｅｃ×２サイクル、１１ｓｅｃ×３サイクル、８ｓｅｃ×４サイクルと変化させた。

【0068】

図６は、その際のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチング面の状態を示すＳＥＭ写真である。この図に示すように、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の場合にも１回あたりのエッチング時間を短時間としてサイクル数を増加させるほどエッチング面のラフネスが良好になることが確認された。

【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ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ＳｉＧｅとしてＳｉＧｅ膜を用いた例を示したが、エピタキシャル成長させた単結晶であってもよい。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
４２；載置台
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
６１；ガス導入ノズル
６３；Ｆ_２ガス供給源
６４；ＮＨ_３ガス供給源
６５；ＨＦガス供給源
６７：Ｆ_２ガス供給配管
６８；ＮＨ_３ガス供給配管
７１；集合配管
Ｗ；半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】