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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024143369
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】エッチング方法及びエッチング装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241003BHJP
H01L 21/302 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 104Z
H01L21/302 201A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023056011
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【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】110002756
【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高橋 信博
(72)【発明者】
【氏名】萩原 彩乃
(72)【発明者】
【氏名】福田 智朗
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 健斗
(72)【発明者】
【氏名】今井 佑輔
【テーマコード（参考）】
5F004
【Ｆターム（参考）】
5F004AA05
5F004AA09
5F004BA19
5F004BB18
5F004BB26
5F004BB28
5F004CA01
5F004CA04
5F004DA00
5F004DA17
5F004DA20
5F004DA23
5F004DA25
5F004DB00
5F004EA28
5F004EA34
(57)【要約】
【課題】シリコンゲルマニウム膜をエッチングするにあたり、シリコンゲルマニウム膜に隣接する膜がエッチングされることを抑えつつ、エッチング後の残渣を低減させること。
【解決手段】本開示のエッチング方法は、基板に形成されたシリコンゲルマニウム膜をエッチングする方法において、前記基板にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１工程と、前記第１工程後、前記基板に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２工程と、を含む。
【選択図】図３
【解決手段】本開示のエッチング方法は、基板に形成されたシリコンゲルマニウム膜をエッチングする方法において、前記基板にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１工程と、前記第１工程後、前記基板に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２工程と、を含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に形成されたシリコンゲルマニウム膜をエッチングする方法において、
前記基板にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１工程と、
前記第１工程後、前記基板に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２工程と、
を含むエッチング方法。
前記基板にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１工程と、
前記第１工程後、前記基板に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２工程と、
を含むエッチング方法。
【請求項2】
前記第１工程は、前記基板の表面に各々露出する前記シリコンゲルマニウム膜と、シリコン膜とのうち、前記シリコンゲルマニウム膜を選択的にエッチングする工程であり、
前記第２工程は、前記シリコンゲルマニウム膜の残部をエッチングする工程である請求項１記載のエッチング方法。
前記第２工程は、前記シリコンゲルマニウム膜の残部をエッチングする工程である請求項１記載のエッチング方法。
【請求項3】
前記第２エッチングガスは、三フッ化塩素ガスである請求項２記載のエッチング方法。
【請求項4】
前記基板には、
シリコン含有膜と、
前記シリコン含有膜と前記シリコンゲルマニウム膜との間に介在する多孔質膜と、
が設けられる請求項３記載のエッチング方法。
シリコン含有膜と、
前記シリコン含有膜と前記シリコンゲルマニウム膜との間に介在する多孔質膜と、
が設けられる請求項３記載のエッチング方法。
【請求項5】
前記第１工程、前記第２工程は、処理容器内に格納された前記基板に対して、前記第１エッチングガス、前記第２エッチングガスを夫々供給する工程であり、
前記第２工程における前記処理容器内の圧力を、前記第１工程における前記処理容器内の圧力よりも低い圧力とする工程を含む請求項１記載のエッチング方法。
前記第２工程における前記処理容器内の圧力を、前記第１工程における前記処理容器内の圧力よりも低い圧力とする工程を含む請求項１記載のエッチング方法。
【請求項6】
基板に形成されたシリコンゲルマニウム膜をエッチングする装置において、
前記基板を格納する処理容器と、
前記処理容器内にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１
ガス供給部と、
前記第１エッチングガスの供給後、前記処理容器内に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２ガス供給部と、
を備えるエッチング装置。
前記基板を格納する処理容器と、
前記処理容器内にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１
ガス供給部と、
前記第１エッチングガスの供給後、前記処理容器内に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２ガス供給部と、
を備えるエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置を製造するにあたり、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）の表面に形成されたＳｉＧｅ膜をエッチングする場合が有る。特許文献１では、Ｓｉ膜及びＳｉＧｅ膜からなる積層膜がウエハ上に形成されており、この積層膜のＳｉＧｅ膜を選択的にエッチングするにあたり、ＨＦガス及びＣｌＦ３ガスを同時に供給することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１７０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、シリコンゲルマニウム膜をエッチングするにあたり、シリコンゲルマニウム膜に隣接する膜がエッチングされることを抑えつつ、エッチング後の残渣を低減させることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示のエッチング方法は、基板に形成されたシリコンゲルマニウム膜をエッチングする方法において、
前記基板にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１工程と、
前記第１工程後、前記基板に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２工程と、
を含む。
前記基板にフッ素含有ガスである第１エッチングガスを、第１の時間供給する第１工程と、
前記第１工程後、前記基板に前記第１エッチングガスとは種類が異なるフッ素含有ガスである第２エッチングガスを、前記第１の時間よりも短い第２の時間供給する第２工程と、
を含む。
【発明の効果】
【0006】
本開示は、シリコンゲルマニウム膜をエッチングするにあたり、シリコンゲルマニウム膜に隣接する膜がエッチングされることを抑えつつ、エッチング後の残渣を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本開示の一実施形態に係るエッチング処理がなされるウエハの縦断側面図である。
【図2】前記エッチング処理を示すフローを示すチャート図である。
【図3】前記エッチング処理に用いるガスの給断及び処理容器の圧力の変化のタイミングを示すチャート図である。
【図4】前記エッチング処理後のウエハの縦断側面図である。
【図5】前記エッチング処理を行う装置の一実施形態に係る縦断側面図である。
【図6】評価試験の結果を示すグラフ図である。
【図7】評価試験で得られた基板のチップの画像及び各種の試験結果を示す説明図である。
【図8】評価試験の結果を示すグラフ図である。
【図9】評価試験の結果を示すグラフ図である。
【図10】評価試験で得られた基板のチップの画像及び各種の試験結果を示す説明図である。
【図11】評価試験で得られた基板のチップの画像及び各種の試験結果を示す説明図である。
【図12】評価試験で用いた基板の縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本開示のエッチング方法の一実施形態について説明するにあたり、エッチングを行う対象の基板であるウエハＷ上に形成された膜構造について説明する。図１は、その膜構造についての縦断正面図である。図中では、ウエハＷの面方向における互いに直交する２つの方向をＸ方向、Ｙ方向として示すと共に、ウエハＷの厚さ方向であって、Ｘ方向及びＹ方向の各々に直交する方向をＺ方向として示している。以下の説明では、ウエハＷが水平に載置されているものとして、Ｘ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、Ｚ方向を鉛直方向として夫々記載する場合が有る。
【0009】
ウエハＷに形成される下地膜１１上に、Ｓｉ（シリコン）膜１２、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）膜１３及び多孔質膜１４によって構成される積層体１５が多数設けられている。この積層体１５中のＳｉＧｅ膜１３が、エッチング対象の膜である。積層体１５は前後方向、左右方向の夫々に互いに間隔を空けて複数設けられ、平面視では行列状に配置されている。多孔質膜１４は例えば絶縁膜であり、より具体的には例えばＳｉＯＣ（炭素添加シリコンオキサイド）やＳｉＣＯＨやＳｉＯＣＮ（Ｓｉ、酸素、窒素及び炭素により構成される膜）などからなるlow-ｋ膜である。
【0010】
上記の積層体１５の構造について、さらに述べる。ＳｉＧｅ膜１３の左側、右側に各々隣接して、多孔質膜１４が形成されている。従って、ＳｉＧｅ膜１３及びＳｉ膜１２が並ぶ方向と、ＳｉＧｅ膜１３と多孔質膜１４とが並ぶ方向とは、互いに交差する。ＳｉＧｅ膜１３と、左右に隣接する多孔質膜１４と、を隣接体と呼ぶことにすると、積層体１５は、複数の隣接体と複数のＳｉ膜１２とが積層されることで構成され、隣接体とＳｉ膜１２とが鉛直方向（Ｚ方向）に見て交互に位置している。積層体１５の上端部は、隣接体とＳｉ膜１２のうち、Ｓｉ膜１２によって構成されている。そして、左右に並ぶ積層体１５間には半導体膜１６が設けられており、積層体１５と半導体膜１６とは、互いに隣接している。半導体膜１６は、ウエハＷから製造される半導体製品におけるソースまたはドレインを形成する膜であり、例えばＳｉまたはＳｉＧｅによって構成されている。
【0011】
また、積層体１５及び半導体膜１６上には上層膜１７が設けられている。この上層膜１７には前後方向に伸びる溝１８が左右に間隔を空けて複数形成されることで、当該上層膜１７は左右に分割されており、各溝１８は、鉛直方向（Ｚ方向）においてＳｉＧｅ膜１３に重なる位置に設けられている。そして上層膜１７の下部側は、前後方向に並ぶ積層体１５間に向けて伸びることで、陥入部（図示せず）として構成されている。陥入部と、積層体１５におけるＳｉ膜１２及びＳｉＧｅ膜１３と、が側壁をなす凹部１０が形成されており、この凹部１０は溝１８に接続されている。つまり、この凹部１０は左右方向（Ｘ方向）においては各上層膜１７間に開口しており、Ｚ方向に伸びる。従って、Ｓｉ膜１２及びＳｉＧｅ膜１３は凹部１０の側壁としてウエハＷの表面に露出しており、ウエハＷの上方に供給されたエッチングガスに曝される。なお、半導体膜１６については上層膜１７に被覆され、ウエハＷの表面には露出していない。
【0012】
なお、詳細な構成の記載を省略しているが、上記の上層膜１７は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜や、ＳｉＯＣＮにより構成される絶縁膜などの複数の種類の膜により構成されている。なお、上層膜１７は後述のエッチングガスに対する耐性を有しており、当該エッチングガスによる上方からの半導体膜１６のエッチングが防止される。
【0013】
上記した膜構造であるため、ウエハＷの上方に供給されたエッチングガスが溝１８を介して凹部１０内に流入し、ＳｉＧｅ膜１３を側方に向けてエッチングすることができる。より具体的には、そのように凹部１０に流入したガスが図１の紙面の表裏方向（Ｙ方向）へと流れることで、各段のＳｉＧｅ膜１３をエッチングする。ところでＳｉ膜１２及びＳｉＧｅ膜１３は互いに隣接するが、これらのＳｉ膜１２及びＳｉＧｅ膜１３のうち、ＳｉＧｅ膜１３を選択的にエッチングし、且つエッチング終了後のＳｉ膜１２のラフネス（表面粗さ）を抑えることが求められている。さらにエッチング終了後においてＳｉ膜１２の表面に、ＳｉＧｅ膜１３に由来するＧｅ（ゲルマニウム）の残渣が残らないようにすることも求められている。
【0014】
また、ＳｉＧｅ膜１３は多孔質膜１４を介して半導体膜１６に隣接しており、ＳｉＧｅ膜１３のエッチング進行中においても、半導体膜１６は上記の上層膜１７と多孔質膜１４とに被覆され、ウエハＷの表面には露出しない。しかしこのエッチングの進行中に、エッチングガスはこの多孔質膜１４の孔を通過して、半導体膜１６に供給され得る。この半導体膜１６のエッチングが抑制されるように、ＳｉＧｅ膜１３をエッチングすることについても求められている。本実施形態におけるエッチングは、それらの要請に応えることができる。
【0015】
以下、本実施形態のエッチング処理について、図２のフローチャート及び図３のタイミングチャートを参照して具体的に説明する。このエッチング処理は、図１で説明したウエハＷを真空雰囲気が形成される処理容器内に格納した状態で、２種類のフッ素含有ガスであるエッチングガスを供給することで行われる。タイミングチャートは、その処理容器内への各エッチングガスの給断のタイミングと、当該処理容器内における圧力が変更されるタイミングと、を示している。
【0016】
先ず、図１で説明したウエハＷを処理容器内に搬入する。そして、処理容器内の排気を行うことによって、当該処理容器内に所定の第１の圧力の真空雰囲気を形成する。そして第１エッチングガスとして例えばＦ２（フッ素）ガスを処理容器内に供給する（時刻ｔ１、ステップＳ１）。それによりＳｉ膜１２及びＳｉＧｅ膜１３のうち、ＳｉＧｅ膜１３の選択的なエッチングを行う。時刻ｔ１から予め設定された第１の時間が経過して時刻ｔ２となると、処理容器内へのＦ２ガスの供給が停止される一方で、第２エッチングガスであるＣｌＦ３（三フッ化塩素）ガスの処理容器内の供給を開始する。さらに処理容器内の排気流量を調整することで当該処理容器内の圧力を低下させ、第１の圧力よりも低い第２の圧力とする（ステップＳ２）。供給されたＣｌＦ３ガスによって、処理容器内に残留するＦ２ガスが処理容器内からパージされると共に、ＳｉＧｅ膜１３のうちの残部がエッチングされる。
【0017】
時刻ｔ２から予め設定された第２の時間が経過して時刻ｔ３になると、ＣｌＦ３ガスの処理容器内への供給が停止する。この第２の時間（時刻ｔ２～ｔ３の時間）は、第１の時間（時刻ｔ１～ｔ２の時間）よりも短い時間である。図４は、エッチング処理の終了後のウエハＷの縦断正面を示している。処理容器内には不活性ガスが供給されることでＣｌＦ３ガスが処理容器内からパージされてエッチング処理が終了し、ウエハＷは処理容器内から搬出される。
【0018】
このように本実施形態のエッチング処理ではガスの種類を変更して、二段階のエッチングを行う。この理由を説明すると、Ｓｉ膜及びＳｉＧｅ膜が隣接する構造体のＳｉＧｅ膜をエッチングするにあたっては、後述の評価試験で示すようにＣｌＦ３ガスを用いる場合はＦ２ガスを用いる場合に比べると、エッチング後におけるＳｉ膜へのＧｅの残渣の付着及びＳｉ膜のラフネスを抑えることができる。しかし、このＣｌＦ３ガスはＳｉ膜に対するエッチング性が高く、Ｓｉ膜がエッチングされやすい。つまりＳｉＧｅ膜を選択的にエッチングすることが難しい。
【0019】
そこで図１のウエハＷに対して、先ずＦ２ガスを比較的長時間供給する。後述の評価試験で示すように、Ｆ２ガスによってＳｉ膜１２はエッチングされ難い。つまり、Ｓｉ膜１２に対して高い選択性をもってＳｉＧｅ膜１３をエッチングすることができる。
そして、Ｆ２ガスによってＳｉＧｅ膜１３を概ね除去した後に、ＣｌＦ３ガスを比較的短時間供給する。それにより、Ｓｉ膜１２のエッチングを抑えつつ、Ｓｉ膜１２のラフネスの低減及びＳｉ膜１２に付着するＧｅの残渣の低減を図ることができる。
そして、Ｆ２ガスによってＳｉＧｅ膜１３を概ね除去した後に、ＣｌＦ３ガスを比較的短時間供給する。それにより、Ｓｉ膜１２のエッチングを抑えつつ、Ｓｉ膜１２のラフネスの低減及びＳｉ膜１２に付着するＧｅの残渣の低減を図ることができる。
【0020】
ところでＣｌＦ３ガスについては、上記したようにＳｉ膜に対するエッチング性が比較的高いが、後述の評価試験で示すように、ＳｉＧｅ膜に対するエッチング性も比較的高い。従って、ウエハＷに形成される半導体膜１６は既述したようにＳｉまたはＳｉＧｅにより構成されるが、Ｓｉ、ＳｉＧｅのいずれによって構成されていても、このＣｌＦ３ガスに対しての被エッチング性が高いことになる。しかし、本実施形態におけるＣｌＦ３ガスの供給時間は比較的短いため、当該ＣｌＦ３ガスが多孔質膜１４の孔を通過して半導体膜１６に供給されることが抑制される。そのため半導体膜１６のエッチングについても抑制することができる。
【0021】
また、処理容器内の排気によって、Ｆ２ガスを供給する時刻ｔ１～ｔ２における第１の圧力に対して、ＣｌＦ３ガスを供給する時刻ｔ２～ｔ３における第２の圧力は低い。ＣｌＦ３ガスについては、そのように処理容器内が比較的低い圧力とされることで処理容器内に長時間留まることが防止される。従ってＳｉ膜１２及び半導体膜１６のエッチングについて、より確実に抑制される。反対にＦ２ガスについては処理容器内が比較的高い圧力とされることで、処理容器内に比較的長く留まってＳｉＧｅ膜１３に作用する。そのため、エッチングレートの低下が防止される。
【0022】
続いて、図２、図３で述べたエッチング処理を行うことが可能なエッチング装置の一例であるエッチング装置２について説明する。図５は、エッチング装置２の縦断側面図である。図中２１は既述した処理容器であって、エッチング装置２を構成する。図中２２は、処理容器２１の側壁に開口するウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブ２３により開閉される。処理容器２１内にはウエハＷを載置するステージ３１が設けられており、当該ステージ３１には図示しない昇降ピンが設けられる。その昇降ピンを介して処理容器２１の外に配置された基板搬送機構とステージ３１との間で、ウエハＷの受け渡しが行われる。
【0023】
ステージ３１には温度調整部２２が埋設されており、ステージ３１に載置されたウエハＷが温度調整される。この温度調整部２２は、例えば水などの温度調整用の流体が流通する循環路の一部をなす流路として構成されており、当該流体との熱交換によりウエハＷの温度が調整される。ただし温度調整部２２としては、そのような流体の流路であることに限られず、例えば抵抗加熱を行うためのヒーターにより構成されていてもよい。
【0024】
また、処理容器２１内には排気管２４の一端が開口しており、当該排気管２４の他端は圧力変更機構であるバルブ２５を介して、例えば真空ポンプにより構成される排気機構２６に接続されている。バルブ２５の開度が調整されることによって、処理容器２１内の排気流量が調整されて、処理容器２１内の圧力が所望の真空圧力とされる。つまり、既述したように第１の圧力と第２の圧力との切替えを、バルブ２５の開度の変更によって行うことができる。
【0025】
処理容器２１内の上部側には、ステージ３１に対向するようにシャワープレート３２が設けられている。シャワープレート３２には、ガス供給路４１～４４の下流側が接続されており、ガス供給路４１～４４の上流側は、流量調整部４０を各々介して、ガス供給源５１～５４に接続されている。各流量調整部４０は、バルブ及びマスフローコントローラを備えている。ガス供給源５１～５４から供給される各ガスについては、当該流量調整部４０に含まれるバルブの開閉によって下流側への給断が行われる。また当該各ガスについて、各流量調整部４０により、下流側へ供給される流量が調整される。シャワープレート３２に設けられるガス流路に供給された各ガスが、シャワープレート３２の下面に設けられる多数の吐出口から下方に吐出される。
【0026】
ガス供給源５１、５２、５３、５４からは、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ｎ２ガス、Ａｒガスが夫々供給され、これらの各ガスはシャワープレート３２を介して処理容器２１内に供給される。各流量調整部４０により、これらの各ガスの供給は互いに独立して行うことができる。不活性ガスであるＮ２ガスはエッチングの処理中に、キャリアガスとして、エッチングガス（Ｆ２ガス及びＣｌＦ３ガス）と共にシャワープレート３２を介して処理容器２１内に供給される。また、エッチングガスの供給終了後にも処理容器内に供給され、処理容器内をパージするパージガスとしても作用する。また、不活性ガスであるＡｒガスについては各エッチングガスの分圧の調整用のガスであり、エッチングガスと共に処理容器内に供給される。Ｆ２ガスが通流するガス供給路４１、ガス供給路４１に介設される流量調整部４０及びシャワープレート３２によって第１ガス供給部が構成され、ＣｌＦ３ガスが通流するガス供給路４２、ガス供給路４２に介設される流量調整部４０及びシャワープレート３２によって第２ガス供給部が構成される。
【0027】
また、エッチング装置２は、コンピュータである制御部２０を備えており、この制御部２０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、既述したウエハＷの処理及びウエハＷの搬送が行われるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部２０にインストールされる。制御部２０は当該プログラムによりエッチング装置２の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、そのように制御される上記のエッチング装置２の動作としては、例えばステージ３１に供給される流体の温度（即ち、ウエハＷの処理温度）の調整、シャワープレート３２からの各ガスの給断、バルブ２５による排気流量の調整（即ち、処理容器２１内の圧力の調整）などの各動作が含まれる。
【0028】
エッチング装置２のバルブ２５の開度が調整されることで、上記した時刻ｔ１～ｔ２の第１の圧力は、例えば１.３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）～１３３Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）とされ、時刻ｔ２～ｔ３の第２の圧力は、例えば０Ｐａ～１３３Ｐａとされる。また、温度調整部２２により、時刻ｔ１～ｔ３においてウエハＷの温度は例えば－５０℃～１５０℃とされる。なお各ガスの処理容器内への供給流量としては、Ｆ２ガスが１～５００ｓｃｃｍ、ＣｌＦ３ガスが０．１～１０ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスが５０～１０００ｓｃｃｍ、Ａｒガスが１０～１０００ｓｃｃｍの各範囲内である。
【0029】
また、上記したようにＦ２ガス、ＣｌＦ３ガスと共に不活性ガス（Ｎ２ガス及びＡｒガス）が処理容器内に供給される。処理容器内に供給されるＦ２ガス、ＣｌＦ３及び不活性ガスの流量の関係としては例えば、ＣｌＦ３ガスの流量/不活性ガスの流量よりもＦ２ガスの流量/不活性ガスの流量の方が大きい。つまりＦ２ガス、ＣｌＦ３ガスを各々ウエハＷに供給するにあたり、ＣｌＦ３ガスの方が、Ｆ２ガスよりも不活性ガスによる高い希釈率をもって供給されるようにしてもよい。このように各ガスの流量が調整されることで、Ｓｉ膜１２及び半導体膜１６に対するＣｌＦ３ガスのエッチング作用がより確実に抑制される。
【0030】
第１エッチングガスとしてＦ２ガスを用いることを示したが、Ｓｉ膜１２に対してＳｉＧｅ膜１３を選択的にエッチングすることが可能な他のフッ素含有ガスであってもよく、例えばＦ２ガスの代わりに、ＨＦガスとＦ２ガスとの混合ガスを用いてもよい。また、ＳｉＧｅ膜１３に対するエッチング作用が比較的大きいフッ素含有ガスを、当該ＣｌＦ３ガスの代わりに第２エッチングガスとして使用することができる。例えばＩＦ７（七フッ化ヨウ素）ガスやＮＦ３（三フッ化窒素）ガスを、第２エッチングガスとして用いてもよい。なお、ここでのフッ素を含有するとはフッ素を構成成分として含む意味であって、不純物として含む意味ではない。
【0031】
図３のチャートで示した処理例では、Ｆ２ガスの供給停止と共にＣｌＦ３ガスを供給し、Ｆ２ガスの処理容器２１からのパージをＣｌＦ３ガスにより行っているが、Ｆ２ガスの供給を停止する時点からＣｌＦ３ガスの供給を開始する時点まで、間隔が空いてもよい。そして、その間隔においてＮ２ガス等の不活性ガスで処理容器内のＦ２ガスがパージされるようにしてもよい。ただし処理時間の短縮化を図るために、図３で示すようにＦ２ガスの供給停止と共にＣｌＦ３ガスを供給し、Ｆ２ガスのパージをＣｌＦ３ガスによって行うようにすることが好ましい。
【0032】
ところで本実施形態で説明したエッチング手法は、これまでに述べたようにＳｉＧｅ膜１３に隣接するＳｉ膜１２のラフネスが抑えられるので、そのようにＳｉＧｅ膜１３、Ｓｉ膜１２が互いに隣接する基板に対して行うことが特に有効である。ただし本エッチング手法によればＳｉＧｅ膜のエッチング後のＧｅの残留量を低減させることができるため、Ｓｉ膜１２に隣接していないＳｉＧｅ膜１３をエッチングする場合に用いてもよい。
【0033】
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及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更、組み合わせがなされてもよい。
【0034】
［評価試験１］
本開示の技術に関連して行われた各評価試験について説明する。評価試験１では、２つのチップが表面に固定されたウエハＷを複数用意した。そして、実施形態で示したエッチング装置２を用い、エッチングガスの種類やエッチング時間をウエハＷ毎に変更して処理を行った。２つのチップのうちの一方のチップは、Ｓｉ膜である下層膜の上側に、ＳｉＧｅ膜を上層膜として積層したものである。このＳｉＧｅ膜の厚さは５０ｎｍであり、膜中のＧｅの含有率は２５％である。他方のチップは、ポリシリコン膜である。ＳｉＧｅ膜が形成されたチップについてはエッチング後に、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によるＧｅの量の測定、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によるＲＭＳ（二乗平均平方根粗さ）の測定、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）による画像の取得、ＳｉＧｅ膜のエッチング量の測定を行った。ポリシリコン膜のチップについても、エッチング量の測定を行った。
本開示の技術に関連して行われた各評価試験について説明する。評価試験１では、２つのチップが表面に固定されたウエハＷを複数用意した。そして、実施形態で示したエッチング装置２を用い、エッチングガスの種類やエッチング時間をウエハＷ毎に変更して処理を行った。２つのチップのうちの一方のチップは、Ｓｉ膜である下層膜の上側に、ＳｉＧｅ膜を上層膜として積層したものである。このＳｉＧｅ膜の厚さは５０ｎｍであり、膜中のＧｅの含有率は２５％である。他方のチップは、ポリシリコン膜である。ＳｉＧｅ膜が形成されたチップについてはエッチング後に、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によるＧｅの量の測定、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によるＲＭＳ（二乗平均平方根粗さ）の測定、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）による画像の取得、ＳｉＧｅ膜のエッチング量の測定を行った。ポリシリコン膜のチップについても、エッチング量の測定を行った。
【0035】
エッチングガスとして、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ｆ２ガス及びＣｌＦ３ガスを夫々ウエハＷに供給してエッチングを行った。Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、Ｆ２ガス及びＣｌＦ３ガスを用いた試験を夫々、評価試験１－１、１－２、１－３とする。なお、評価試験１－３ではＦ２ガス、ＣｌＦ３ガス間で供給開始のタイミング及び供給終了のタイミングを揃えて、同時に供給している。評価試験１－１～１－３の各々において、エッチングガスの供給時間（エッチング時間）をウエハＷ毎に変更して処理を行った。なお、エッチングを行うにあたり、ウエハＷの温度、処理容器２１内の圧力、各ガスの処理容器内へ供給する流量としては、実施形態で示した範囲内の値に夫々設定した。
【0036】
試験結果を説明するにあたり、上記のチップのＳｉＧｅ膜のエッチング量が、当該ＳｉＧｅ膜の膜厚と同じ５０ｎｍとなる（即ち、当該ＳｉＧｅ膜がちょうど除去される）ように設定したエッチング時間について、ＪＥ（ジャストエッチング）を行う時間として表す場合がある。そこからさらにエッチング時間を延ばして５０ｎｍのＳｉＧｅ膜に対して余剰にエッチングをする時間について、ＯＥ（オーバーエッチング）を行う時間として表す場合が有る。具体的には、チップのＳｉＧｅ膜の膜厚が仮に１００ｎｍ、１５０ｎｍ、３００ｎｍ、５５０ｎｍであったとした場合に、ＳｉＧｅ膜のエッチング量がその膜厚と同じ大きさとなる時間を夫々１００％、２００％、５００％、１０００％のＯＥを行う時間として表す。なお各ＯＥを行う時間については、５０ｎｍ以下のＳｉＧｅ膜のエッチング量と、このエッチング量に対応するエッチング時間との関係を取得し（図６のグラフ参照）、取得した関係に基づいて算出している。
【0037】
図７は評価試験１－１～１－３毎に、ＪＥ及び各ＯＥの処理で取得されたＳＥＭ画像、Ｇｅ検出量、ＲＭＳ及びポリシリコン膜のエッチング量を示したものである。既述したようにＳＥＭ画像、Ｇｅ検出量、ＲＭＳについてはＳｉＧｅ膜が形成されていたチップ（即ち、ＳｉＧｅ膜が除去されることで表面がＳｉによって形成されたチップ）から取得している。なお、実際にはＧｅ検出量は百分率の値、ＲＭＳ及びポリシリコン膜のエッチング量としてはｎｍを単位とする値として取得されているが、表中に示す各値は、そのように取得された値を所定の係数で除して規格化したものである。Ｇｅ検出量については図中の値が大きいほどＳｉ膜上に残留している量が多く、ＲＭＳについては図中の値が大きいほどラフネスが大きく、ポリシリコン膜のエッチング量については図中の値が大きいほどエッチング量が大きい。なお図７では、比較のためにエッチングを行う前のＳｉＧｅ膜が形成されたチップの表面についての画像及び規格化したＲＭＳについても、図の右下に示している。
【0038】
図８には評価試験１－２を行う上でのベースとなった、ＣｌＦ３ガスによるエッチング時間と、ＳｉＧｅ膜及びポリシリコン膜のエッチング量との関係を示すグラフを表している。また、図９には評価試験１－３を行う上でのベースとなった、Ｆ２ガス及びＣｌＦ３ガスによるエッチング時間と、ＳｉＧｅ膜及びポリシリコン膜のエッチング量との関係を示すグラフを表している。評価試験１－１と同様に、ＳｉＧｅ膜のエッチング量とエッチング時間との対応からＪＥ及びＯＥの時間を決定して、評価試験１－２、１－３を実施している。各グラフの縦軸には各膜のエッチング量を示しているが、取得された値を所定の係数で除すことで規格化した値を示している。なお、この所定の係数は、図６でポリシリコン膜のエッチング量を規格化して表すために用いた係数と同じである。
【0039】
Ｆ２ガスを用いた評価試験１－１の結果について説明する。図７に示しているこの評価試験１－１でのＪＥ、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％、ＯＥ５００％、ＯＥ１０００％は、具体的なエッチング時間としては夫々８２秒、１４５秒、２０８秒、３９７秒、７１２秒である。図６に示すように、Ｆ２ガスによるエッチング時間が長くなるにつれてＳｉＧｅ膜のエッチング量は大きくなる。その一方で、図７に示すようにＪＥ及び各ＯＥのエッチング時間で、ポリシリコン膜のエッチング量は概ね一定且つ、比較的低い値である。そのため実施形態で述べたように、Ｆ２ガスを用いてＳｉ膜及びＳｉＧｅ膜をエッチングするにあたり、高い選択性をもってＳｉＧｅ膜をエッチングすることができることが分かる。
【0040】
しかし、Ｇｅ検出量としては比較的大きい値を示している。ＯＥのパーセンテージが大きくなるにつれて、このＧｅ検出量は低減されるが、ＯＥ１０００％であってもＧｅが残留することが確認された。また、ＲＭＳについてＯＥのパーセンテージが大きくなるにつれて値が低くなるが、このパーセンテージが低い場合及びＪＥの場合は値が比較的大きい（即ち、ラフネスとしては比較的大きい）ことが確認された。
【0041】
続いて、ＣｌＦ３ガスを用いた評価試験１－２の結果について説明する。図７に示しているこの評価試験１－２でのＪＥ、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％は、具体的なエッチング時間としては夫々５０秒、１１５秒、１７９秒である。Ｇｅ検出量に関しては、ＪＥの場合には比較的低い値であり、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％の場合にはＧｅが検出されなかった。ＲＭＳに関しては、ＪＥ、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％のＲＭＳの各値はエッチング前のＲＭＳと同程度の値であり、評価試験１－１におけるＪＥ、ＯＥ１００％及びＯＥ２００％のいずれのＲＭＳの値よりも低い。そしてＯＥ１００％、ＯＥ２００％のＲＭＳは、特に低い値となっていた。
【0042】
しかし図８に示すようにＣｌＦ３ガスを用いる場合は、エッチング時間が長くなるにつれて、ＳｉＧｅ膜のエッチング量だけでなく、ポリシリコン膜のエッチング量も上昇してしまう。そして、評価試験１－２におけるＪＥ、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％の各ポリシリコン膜のエッチング量は、評価試験１－１におけるＪＥ及び各ＯＥのいずれのポリシリコン膜のエッチング量よりも大きいという結果になった。
【0043】
続いて、Ｆ２ガス＋ＣｌＦ３ガスを用いた評価試験１－３の結果について説明する。図７に示しているこの評価試験１－３でのＪＥ、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％は、具体的なエッチング時間としては夫々２４秒、５４秒、８５秒である。Ｇｅ検出量に関しては試験１－２と同様、ＪＥの場合には比較的低い値であり、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％の場合にはＧｅが検出されなかった。また、ＲＭＳに関しては、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％の場合は特に低い値となっており、エッチング前のＲＭＳと同程度の値であった。
【0044】
しかし図９に示すようにＦ２ガス＋ＣｌＦ３ガスを用いる場合でも、エッチング時間が長くなるにつれて、ＳｉＧｅ膜のエッチング量だけでなく、ポリシリコン膜のエッチング量も上昇してしまう。そして、評価試験１－３におけるＪＥ、ＯＥ１００％、ＯＥ２００％の各ポリシリコン膜のエッチング量は、評価試験１－１におけるＪＥ及び各ＯＥのいずれのポリシリコン膜のエッチング量よりも大きいという結果になった。
【0045】
以上のように、この評価試験１の結果からは、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを用いると、エッチング後のＳｉ膜上に残留するＧｅの量（残渣量）を低減させることができ、且つ当該Ｓｉ膜のラフネスを抑えることができることが確認された。しかし、Ｆ２ガスを用いる場合に比べて、Ｓｉ膜のエッチング量も比較的大きくなってしまうことが示された。
【0046】
［評価試験２］
評価試験２として、評価試験１と同じ構成のウエハＷに対して、評価試験１－１のＯＥ１００％として行った条件と同じ条件でエッチングを行った。即ち、Ｆ２ガスによるエッチングを行った。そして、このＦ２ガスのエッチングに続き、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスを処理容器内に供給することで、当該処理容器内におけるＦ２ガスのパージとエッチングとを行った。なお、処理容器内の圧力について、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスのうちＦ２ガスを単独で供給する期間の圧力よりもＦ２ガスを単独で供給する期間（パージを行う期間）の圧力を低くした。このようなエッチング後は、評価試験１と同じくＳｉＧｅ膜が形成されていたチップからＳＥＭ画像、Ｇｅ検出量、ＲＭＳを取得すると共に、ポリシリコン膜のチップからエッチング量を取得した。ウエハＷ毎にＦ２ガス及びＮＨ３ガスを供給する時間（パージを行う時間）を変更しており、５秒、１０秒、２０秒に設定して行った試験を夫々評価試験２－１、２－２、２－３とする。
評価試験２として、評価試験１と同じ構成のウエハＷに対して、評価試験１－１のＯＥ１００％として行った条件と同じ条件でエッチングを行った。即ち、Ｆ２ガスによるエッチングを行った。そして、このＦ２ガスのエッチングに続き、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスを処理容器内に供給することで、当該処理容器内におけるＦ２ガスのパージとエッチングとを行った。なお、処理容器内の圧力について、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスのうちＦ２ガスを単独で供給する期間の圧力よりもＦ２ガスを単独で供給する期間（パージを行う期間）の圧力を低くした。このようなエッチング後は、評価試験１と同じくＳｉＧｅ膜が形成されていたチップからＳＥＭ画像、Ｇｅ検出量、ＲＭＳを取得すると共に、ポリシリコン膜のチップからエッチング量を取得した。ウエハＷ毎にＦ２ガス及びＮＨ３ガスを供給する時間（パージを行う時間）を変更しており、５秒、１０秒、２０秒に設定して行った試験を夫々評価試験２－１、２－２、２－３とする。
【0047】
［評価試験３］
評価試験３として、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスのうちＦ２ガスを単独で供給してエッチングを行う期間が設けられないことを除いて、評価試験２と同様の処理条件で試験を行った。従って、この評価試験３ではＦ２ガス及びＮＨ３ガスの両方を同時にウエハＷに供給する期間（評価試験２でのパージに該当する期間）のみを設けて、エッチングを行っている。このようにＦ２ガス及びＮＨ３ガスを供給する時間については、評価試験２と同じく５秒、１０秒、２０秒に夫々設定しており、このように時間を設定して行った試験を夫々評価試験３－１、３－２、３－３とする。この評価試験３ではＳｉＧｅ膜、ポリシリコン膜の各エッチング量を測定した。
評価試験３として、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスのうちＦ２ガスを単独で供給してエッチングを行う期間が設けられないことを除いて、評価試験２と同様の処理条件で試験を行った。従って、この評価試験３ではＦ２ガス及びＮＨ３ガスの両方を同時にウエハＷに供給する期間（評価試験２でのパージに該当する期間）のみを設けて、エッチングを行っている。このようにＦ２ガス及びＮＨ３ガスを供給する時間については、評価試験２と同じく５秒、１０秒、２０秒に夫々設定しており、このように時間を設定して行った試験を夫々評価試験３－１、３－２、３－３とする。この評価試験３ではＳｉＧｅ膜、ポリシリコン膜の各エッチング量を測定した。
【0048】
評価試験２、３の結果を図１０に示している。表中の各値は、評価試験１と同様に規格化したものである。評価試験２の結果を見ると、評価試験２－１～２－３の各々でＧｅ検出量及びＲＭＳについて比較的大きい。また、評価試験２－１～２－３間では、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスの供給時間が長いほど、ポリシリコン膜のエッチング量が大きい結果となった。評価試験３の結果を見ると、評価試験３－１～３－３間でＳｉＧｅ膜のエッチング量に大きな差は無いが、ポリシリコン膜のエッチング量についてはエッチング時間が長いほど大きい結果となった。従って評価試験２、３の結果から、Ｆ２ガス及びＮＨ３ガスの作用によって、ポリシリコン膜が比較的大きくエッチングされることが分かる。
【0049】
［評価試験４］
評価試験４として、評価試験２のＦ２ガス及びＮＨ３ガスによるパージの代わりにＣｌＦ３ガスを供給してパージを行うこと、及びそのパージを行う期間の長さの範囲が評価試験２で設定した範囲である５秒～２０秒とは異なることを除いて、評価試験２と同様の条件で処理を行った。従って、この評価試験４では実施形態と同様に、Ｆ２ガスの供給後にＣｌＦ３ガスを供給している。処理容器内の圧力についても、実施形態と同様にＦ２ガスを供給する期間の圧力よりもＣｌＦ３ガスを供給する期間の圧力を低くした。ＣｌＦ３ガスを供給する時間について５秒、２０秒、６０秒に夫々設定しており、このように時間を設定して行った試験を、夫々評価試験４－１、４－２、４－３とする。
評価試験４として、評価試験２のＦ２ガス及びＮＨ３ガスによるパージの代わりにＣｌＦ３ガスを供給してパージを行うこと、及びそのパージを行う期間の長さの範囲が評価試験２で設定した範囲である５秒～２０秒とは異なることを除いて、評価試験２と同様の条件で処理を行った。従って、この評価試験４では実施形態と同様に、Ｆ２ガスの供給後にＣｌＦ３ガスを供給している。処理容器内の圧力についても、実施形態と同様にＦ２ガスを供給する期間の圧力よりもＣｌＦ３ガスを供給する期間の圧力を低くした。ＣｌＦ３ガスを供給する時間について５秒、２０秒、６０秒に夫々設定しており、このように時間を設定して行った試験を、夫々評価試験４－１、４－２、４－３とする。
【0050】
［評価試験５］
評価試験５として、Ｆ２ガスを供給してエッチングを行う期間が設けられないことを除いて、評価試験４と同様の処理条件で試験を行った。従って、この評価試験５ではＣｌＦ３ガスのみを用いてエッチングを行っている。そのようにＣｌＦ３ガスを供給する時間については、評価試験４と同じく５秒、２０秒、６０秒に夫々設定しており、このように時間を設定して行った試験を夫々評価試験５－１、５－２、５－３とする。この評価試験５では評価試験３と同じく、ＳｉＧｅ膜、ポリシリコン膜の各エッチング量を測定した。
評価試験５として、Ｆ２ガスを供給してエッチングを行う期間が設けられないことを除いて、評価試験４と同様の処理条件で試験を行った。従って、この評価試験５ではＣｌＦ３ガスのみを用いてエッチングを行っている。そのようにＣｌＦ３ガスを供給する時間については、評価試験４と同じく５秒、２０秒、６０秒に夫々設定しており、このように時間を設定して行った試験を夫々評価試験５－１、５－２、５－３とする。この評価試験５では評価試験３と同じく、ＳｉＧｅ膜、ポリシリコン膜の各エッチング量を測定した。
【0051】
評価試験４、５の結果を図１１に示している。表中の各値は、評価試験１と同様に規格化したものである。評価試験４の結果を見ると、Ｇｅ検出量については評価試験４－１～４－３の各々で低く抑えられており、評価試験２－１～２－３におけるいずれのＧｅ検出量よりも低い値となった。また、ＲＭＳについても評価試験４－１～４－３の各々で低く抑えられており、評価試験２－１～２－３におけるいずれのＲＭＳよりも低い値となった。また、ポリシリコン膜のエッチング量については、評価試験４－１～４－３の各々で比較的低く、評価試験２－１～２－３の各値と同程度であった。
【0052】
以上の評価試験４の結果から、既述した実施形態で示した手法によって図１で示す膜構造を有するウエハＷを処理するにあたり、Ｓｉ膜１２及びＳｉＧｅ膜１３のうちＳｉＧｅ膜１３を選択的にエッチングしてＧｅ残渣が残ることを抑制することができることが分かる。また、エッチング後のＳｉ膜１２のラフネスを抑制することができることが分かる。
【0053】
なお、評価試験５の結果を見ると、評価試験１と同様にＣｌＦ３ガスの供給時間が長くなるにつれて、ＳｉＧｅ膜及びポリシリコン膜のエッチング量が増加することが示されている。このポリシリコン膜のエッチング量について、評価試験５－２では比較的大きい値となっているが、評価試験５－１では比較的小さい値である。この結果から、図３に示したＣｌＦ３ガスを供給する時刻ｔ２～時刻ｔ３の時間（第２の時間）は、２０秒よりも短いことが好ましく、５秒以下であることがより好ましいと考えられる。
【0054】
［評価試験６］
評価試験６－１として、図１２に示す膜構造を有する基板を用意した。この膜構造はＳｉ膜１２、ＳｉＧｅ膜１３が上方に向けて交互に繰り返し積層され、最も上方のＳｉ膜１２上にＳｉＮ（窒化シリコン）膜６１が形成された積層体６２を備える。そして、この積層体６２を側方から上方に亘って被覆するように、low-ｋ膜である多孔質膜６３が形成されており、多孔質膜６３は基板の表面に露出している。つまり、エッチングガスの供給時に、多孔質膜６３はエッチングガスに曝される。このように各膜が形成される基板に対して、実施形態の図２、図３で説明したようにエッチングガスを供給した後、ＳｉＧｅ膜１３の状態を観察した。また、評価試験６－２として多孔質膜６３が形成されていないことを除いて概ね同様の膜構造を有する基板に対して、図２、図３で説明したようにエッチングガスを供給した後、ＳｉＧｅ膜１３の状態を観察した。
評価試験６－１として、図１２に示す膜構造を有する基板を用意した。この膜構造はＳｉ膜１２、ＳｉＧｅ膜１３が上方に向けて交互に繰り返し積層され、最も上方のＳｉ膜１２上にＳｉＮ（窒化シリコン）膜６１が形成された積層体６２を備える。そして、この積層体６２を側方から上方に亘って被覆するように、low-ｋ膜である多孔質膜６３が形成されており、多孔質膜６３は基板の表面に露出している。つまり、エッチングガスの供給時に、多孔質膜６３はエッチングガスに曝される。このように各膜が形成される基板に対して、実施形態の図２、図３で説明したようにエッチングガスを供給した後、ＳｉＧｅ膜１３の状態を観察した。また、評価試験６－２として多孔質膜６３が形成されていないことを除いて概ね同様の膜構造を有する基板に対して、図２、図３で説明したようにエッチングガスを供給した後、ＳｉＧｅ膜１３の状態を観察した。
【0055】
評価試験６－２ではＳｉＧｅ膜１３が側方からエッチングされていたが、評価試験６－１ではＳｉＧｅ膜１３の側方からのエッチングは観察されなかった。この試験結果から、図１、図２の膜構造を有するウエハＷに対して図２、図３で説明したようにエッチングを行うにあたって、多孔質膜１４に隣接する半導体膜１６のエッチングは抑制されることが予想される。
【符号の説明】
【0056】
Ｗ ウエハ
１３ ＳｉＧｅ膜
１３ ＳｉＧｅ膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】