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特開2024-84799シリコンゲルマニウム層のガス相選択的エッチングのための新規方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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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】P2024084799

(43)【公開日】2024-06-25

(54)【発明の名称】シリコンゲルマニウム層のガス相選択的エッチングのための新規方法

(51)【国際特許分類】

H01L 21/3065 20060101AFI20240618BHJP

H01L 21/336 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H01L29/78 301Y

H01L29/78 301X

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024059977

(22)【出願日】2024-04-03

(62)【分割の表示】P 2022557881の分割

【原出願日】2021-04-07

(31)【優先権主張番号】63/013,078

(32)【優先日】2020-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】392032409

【氏名又は名称】プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド

(71)【出願人】

【識別番号】519288685

【氏名又は名称】リンデゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＬｉｎｄｅＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｄｒ．－Ｃａｒｌ－ｖｏｎ－Ｌｉｎｄｅ－Ｓｔｒ．６－１４，８２０４９Ｐｕｌｌａｃｈｉ．Ｉｓａｒｔａｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シンハ、アシュウィニ、ケイ．

(72)【発明者】

【氏名】マー、ツォー

(72)【発明者】

【氏名】ライニッカー、アーロン

(72)【発明者】

【氏名】アタリー、アトゥル、エム．

(57)【要約】（修正有）

【課題】Ｓｉに対して優先的にエッチングでき、Ｓｉに対するＳｉＧｅのより高い選択性比で、ゲートオールアラウンド（ＧＡＡ）デバイスアーキテクチャの製作できる基板の選択的ドライエッチング実行方法を提供する。
【解決手段】エッチングプロセスは、エッチングチャンバに装填されるＳｉＧｅ及びＳｉの１つ以上の層を備える基板を、－６０℃～＋１５０℃の範囲の温度で維持し、約１ｍトル～約１０トルの範囲のチャンバ圧力で優先的に行うことと、フッ素含有インターハロゲンガスをエッチングチャンバに導入してフッ化物終端層を形成することと、チャンバ中の圧力を低減し、Ｓｉ及びＧｅのフッ化物の層を除去することと、Ｓｉの非揮発性フッ素化層と接触する不動態化ガスに曝露することと、チャンバ内の圧力を低減し、残留不動態化化合物を除去することと、所定量のＳｉＧｅがエッチングしたと判定すると、Ｓｉ表面から不動態化層を除去することと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を選択的にドライエッチングする方法であって、
基板をエッチングチャンバ中に提供するステップであって、前記基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備える、提供するステップと、
フッ素含有インターハロゲンガスを前記エッチングチャンバに導入するステップと、
シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第１の部分として前記エッチングチャンバから後に除去される、前記シリコンゲルマニウム合金層の第１の部分を選択的にエッチングするステップと、
前記シリコン層を非揮発性フッ素化シリコン層に変換するステップと、
前記フッ素含有インターハロゲンガスのあらゆる残留量を前記エッチングチャンバから取り除くステップと、
不動態化ガスを前記エッチングチャンバに導入して、前記非揮発性フッ素化シリコン層を不動態化シリコン層に選択的に変換するステップであって、それによって、前記不動態化ガスが、前記シリコンゲルマニウム合金層と実質的に反応しない、変換するステップと、
前記不動態化ガスのあらゆる残留量を前記エッチングチャンバから取り除くステップと、
前記フッ素含有インターハロゲンガスを前記エッチングチャンバに再導入するステップと、
前記不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第２の部分として前記エッチングチャンバから後に除去される、前記シリコンゲルマニウム合金層の第２の部分を選択的にエッチングするステップと、を含む、方法。

【請求項2】

前記フッ素含有インターハロゲンガスを前記エッチングチャンバに再導入するステップを１回以上繰り返して、前記不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、所定量の前記シリコンゲルマニウム合金層が選択的にエッチングされ、その後前記エッチングチャンバから除去されるまで、前記シリコンゲルマニウム合金層と更に反応させることを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記所定量の前記シリコンゲルマニウム合金層が選択的にエッチングされており、その後前記プロセスチャンバから除去されているときに、前記不動態化シリコン層を除去して前記シリコン層を露出させるステップを更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記不動態化ガスが、ＮＨ_３、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、アルコール官能基を有する化合物、Ｈ_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記不動態化シリコン層が、酸化ケイ素、硫化ケイ素、窒化ケイ素、セレン化ケイ素、及びフルオロケイ酸塩からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記不動態化シリコン層が、自己組織化モノマー又はアルキル鎖としての炭素又は水素の組み込みを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記フッ素含有インターハロゲンガスの前記エッチングチャンバへの再導入を１回以上繰り返すステップの前に、前記不動態化ガスを前記エッチングチャンバに再導入して、前記不動態化シリコン層を再確立することを更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項8】

前記シリコン層を前記非揮発性フッ素化シリコン層に変換した後、及び前記不動態化ガスを前記エッチングチャンバに導入する前に、前記フッ素含有インターハロゲンガスの残留量を取り除くことを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記不揮発性フッ素化シリコン層を前記不動態化シリコン層に変換した後、及び前記フッ素含有インターハロゲンガスを前記エッチングチャンバに再導入する前に、前記不動態化ガスの残留量を取り除くステップが生じる、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

基板を選択的にドライエッチングする方法であって、
エッチングチャンバ中に基板を提供するステップであって、前記基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備える、提供するステップと、
第１のエッチャントガスを前記エッチングチャンバに導入するステップであって、前記第１のエッチャントガスが、フッ素含有インターハロゲンガスを含む、導入するステップと、
シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第１の部分として前記エッチングチャンバから後に除去される、前記シリコンゲルマニウム合金層の第１の部分を選択的にエッチングするステップと、
前記シリコン層を非揮発性フッ素化シリコン層に変換するステップと、
前記フッ素含有インターハロゲンガスのあらゆる残留量を前記エッチングチャンバから取り除くステップと、
不動態化ガスを前記エッチングチャンバに導入して、前記非揮発性フッ素化シリコン層を不動態化シリコン層に選択的に変換するステップであって、それによって、前記不動態化ガスが、前記シリコンゲルマニウム合金層と実質的に反応しない、変換するステップと、
前記不動態化ガスのあらゆる残留量を前記エッチングチャンバから取り除くステップと、
第２のエッチャントガスを前記エッチングチャンバに導入するステップと、
前記不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第２の部分として前記エッチングチャンバから後に除去される、前記シリコンゲルマニウム合金層の第２の部分を選択的にエッチングするステップと、を含む、方法。

【請求項11】

前記第２のエッチャントガスが、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨ３Ｆ、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＮＦ３、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、所定量の前記シリコンゲルマニウム合金層が選択的にエッチングされるまで、前記シリコンゲルマニウム合金層と更に反応させるように、追加量の前記第２のエッチャントガスを前記エッチングチャンバに再導入するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記所定量の前記シリコンゲルマニウム合金層が選択的にエッチングされ、その後前記エッチングチャンバから除去されるときに、前記不動態化シリコン層を除去するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記追加量の前記第２のエッチャントガスを前記エッチングチャンバに再導入するステップの前に、前記不動態化ガスを前記エッチングチャンバに再導入して、前記不動態化シリコン層を再確立することを更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記シリコン層を前記非揮発性フッ素化シリコン層に変換した後、及び前記不動態化ガスを前記エッチングチャンバに導入する前に、前記フッ素含有インターハロゲンガスの残留量を取り除くことを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記非揮発性フッ素化シリコン層を前記不動態化シリコン層に変換した後、及び前記第２のエッチャントガスを前記エッチングチャンバに導入する前に、前記不動態化ガスの残留量を取り除くことを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

基板を選択的にドライエッチングする方法であって、
エッチングチャンバ中に基板を提供するステップであって、前記基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備え、前記シリコンゲルマニウム合金層が、ｎ型又はｐ型ドーパントでその場でドープされている、提供するステップと、
前記基板をエッチャントガスに曝露するステップと、
前記不動態化シリコン層を実質的に除去することなく、シリコン及びゲルマニウムの前記シリコンゲルマニウム合金層の一部分を選択的に除去するステップと、を含む、方法。

【請求項18】

前記エッチャントガスが、ＢＦ３、ＮＦ３、ＮＨ３、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＰＦ３、ＰＦ５、ＡｓＦ３、ＡｓＦ５、Ｂ２Ｈ６、ＳｂＦ５、ジメチルアルミニウム塩化物、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、ＡｌＣｌ３、ＡｌＩ３、ＧａＣｌ３、ＧａＩ３、ＳｂＦ３、Ｓｂ２Ｏ３、及びトリメチルアンチモン並びにそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

基板を選択的にドライエッチングする方法であって、
エッチングチャンバ中に基板を提供するステップであって、前記基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備える、提供するステップと、
前記Ｓｉ層上に不動態化層を作製及び維持しながら、インターハロゲンフッ素含有ガスの使用により前記シリコンゲルマニウム合金層を選択的にエッチングするステップと、を含む、方法。

【請求項20】

前記不動態化層が、不動態化ガスを前記シリコン層の露出面に向かって前記エッチングチャンバに流入させることによって形成される、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記不動態化ガスが、前記インターハロゲンフッ素含有ガスで前記シリコンゲルマニウム合金層の第１の部分をエッチングした後、前記エッチングチャンバに流入することによって、前記シリコン層の少なくとも一部分を露出させる、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

追加のガス種を前記エッチングチャンバに導入することを更に含み、前記追加のガス種が、前記Ｓｉ層上のエッチング速度を前記シリコンゲルマニウムのエッチング速度より大きく低減させるための速度抑制剤種を含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項23】

追加のガス種を前記エッチングチャンバに導入することを更に含み、前記追加のガス種が、前記シリコンゲルマニウム層上のエッチング速度を前記Ｓｉ層のエッチング速度より大きく増加させるための速度エンハンサー種を含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項24】

追加のガス種を前記エッチングチャンバに導入することを更に含み、前記追加のガス種が、速度抑制剤種及び速度エンハンサー種を含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製作に関連するウェハ上のシリコンゲルマニウム層の選択的エッチングに関する。より詳細には、本発明は、従来のエッチャント技術では不可能な半導体製作中にシリコンに対するシリコンゲルマニウム層の選択性比を改善するための新規方法に関連する。

【背景技術】

【0002】

シリコンゲルマニウム（silicon-germanium、「ＳｉＧｅ」）と組み合わせた非晶質ケイ素（amorphous silicon、ａ－Ｓｉ）、多結晶シリコン（polycrystalline silicon、ポリ－Ｓｉ）、及び単結晶Ｓｉは、異なる用途のために半導体産業で広く使用されている。サブ２０ｎｍの技術ノード以下では、ソース－ドレイン材料としてのＳｉＧｅの集積は、トランジスタの電気的性能を改善する可能性が示されている。基板上に様々なトランジスタを形成することができる。

【0003】

５ｎｍの技術ノードを超えるスケーリングでは、半導体デバイス産業は、いわゆるゲートオールアラウンド（gate all-around、ＧＡＡ）デバイスアーキテクチャに向かってＦｉｎＦｅｔトランジスタ構造から離れていっている。ＧＡＡ実装のための１つの基本的要件は、ＳｉＧｅ並びにＳｉナノワイヤ（nanowire、ＮＷ）及びＳｉナノシート（nanosheet、ＮＳ）の形成である。具体的には、水平に積層されたシリコンナノワイヤ（horizontally-stacked silicon nanowire、ＨＮＷ）、及び水平に積層されたナノシート（horizontally stacked nanosheet、ＨＮＳ）が調査されている。ＨＮＳは、３ｎｍのノード及びサブ３ｎｍのノードで次世代デバイス構造として特定されている。

【0004】

しかしながら、ＨＮＳ構造を首尾よく製造するために、課題に対処し、かつ重要な特徴のサイズを低減し続ける積極的なパターン化の要求を満たすために高度な方法論が必要である。高度に選択的なエッチングプロセスでパターン化スキームを首尾よく集積する能力は、信頼性の高いパターン転写に重要である。パターン転写は、以下のように実施することができる。回路パターンが形成された後、保護層（例えば、光学リソグラフィを使用してパターン化された光感受性材料、機械的にインプリントされたパターン化層、又は直接自己組織化層）を使用して、半導体基板の特定の領域を隠す一方で、半導体基板の他の領域は、露出したままである。残りの露出領域は、ドライエッチングプロセスを利用することによって、基板の下層に回路パターンを転写することを可能にする。ＨＮＳ特徴を製作する能力は、現在利用可能ではないＳｉに対するＳｉＧｅの高いエッチング選択性を必要とする。エッチング選択性は、エッチャントプロセスに曝露されたときの２つの異なる表面に対するエッチング速度の比率として定義される。例えば、特定のエッチャントプロセスへの曝露下でのＳｉＧｅ対Ｓｉの１００：１のエッチング選択性は、エッチャントプロセスを使用するときにＳｉＧｅ表面のエッチング速度がＳｉ表面よりも１００倍高いことを意味する。

【0005】

直接プラズマエッチ、プラズマ原子層エッチング（atomic layer etching、ＡＬＥ）、又はイオン粉砕などの従来のエッチャント技術は、ＨＮＳ特徴を作製するために必要とされるＳｉに対するＳｉＧｅのより高いエッチング選択性比を達成することができない。例として、３つの積層されたシリコンＮＳ’について、４つのＳｉＧｅ犠牲層がある。ＳｉＮＳ損傷を伴わないＳｉＧｅ犠牲層の除去が必要であり、ＧＡＡＨＮＳデバイスにおける重要なプロセスステップを表す。アンダーカット又はキャビティのＳｉＧｅエッチングは、従来のエッチング技術によって不可能な高精度及び高選択性の等方性化学エッチングを必要とする。

【0006】

他の慣習的なエッチャント法は、マイクロ電気機械システム（micro-electromechanical system、ＭＥＭＳ）産業及び初期ＧＡＡＨＮＳ研究におけるＳｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングにおいて一般的に見られる酸化ウェットエッチング法を伴う。しかしながら、一般的に言えば、半導体産業は、ウェットベースのエッチャント法を利用しないことを好む。代わりに、この産業は、より良好なＳｉＨＮＳ放出品質及びより容易な高容積製造プロセスのための選択的ドライ化学エッチングを望んでいる。

【0007】

ドライ熱エッチングプロセスは、Ｓｉ、ＳｉＯ_３、ＳｉＣ、及びＳｉ_３Ｎ_４に対してＳｉＧｅを選択的にエッチングするために作製されている。しかしながら、そのようなドライ熱エッチャントプロセスは、不十分なままである。具体的には、リモートＣＦ_４／Ｏ_２系プラズマなどの現在の方法は、５０：１のエッチング選択性を生成することのみが可能である。言い換えれば、ＣＦ４／Ｏ２リモートプラズマプロセスを使用する場合、ＳｉＧｅ表面のエッチング速度は、Ｓｉ表面よりも５０倍高い。

【0008】

現在、他の代替物として、ＣｌＦ_３などのインターハロゲン種、又は初期ＭＥＭＳ研究活動からのＦ_２と不活性ガスとの異なる混合物を使用した熱ドライエッチングプロセスが調査されている（米国特許公開第２０２００２７７４１号、及びＬｏｕｂｅｔら、ＡＮｏｖｅｌＤｒｙＳｅｌｅｃｔｉｖｅＥｔｃｈｏｆＳｉＧｅｆｏｒｔｈｅＥｎａｂｌｅｍｅｎｔｏｆＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＬｏｇｉｃＳｔａｃｋｅｄＧａｔｅ－Ａｌｌ－ＡｒｏｕｎｄＮａｎｏＳｈｅｅｔＤｅｖｉｃｅｓ，ＩＥＤＭ，ｐｐ．１－４，２０１９）。インターハロゲンエッチャントとしてＣｌＦ_３を利用する場合、超格子ＳｉＧｅ：Ｓｉ層について最大１５０：１のエッチング選択性が報告されている。

【0009】

現在の開発活動にもかかわらず、ＧＡＡナノ構造性能を改善し、かつ製造生産性を高めるために、より高いエッチング選択性に対する継続的な需要が依然として存在する。現在、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＳｉＣに対するＳｉＧｅのエッチング選択性が、１５０：１を超える満たされていない需要が存在する。

【発明の概要】

【0010】

一態様では、基板を選択的にドライエッチングする方法であって、基板をエッチングチャンバ中に提供するステップであって、基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備える、提供するステップと、フッ素含有インターハロゲンガスをエッチングチャンバに導入するステップと、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第１の部分としてエッチングチャンバから後に除去される、シリコンゲルマニウム合金層の第１の部分を選択的にエッチングするステップと、シリコン層を非揮発性フッ素化シリコン層に変換するステップと、フッ素含有インターハロゲンガスのあらゆる残留量をエッチングチャンバから取り除くステップと、不動態化ガスをエッチングチャンバに導入して、非揮発性フッ素化シリコン層を不動態化シリコン層に選択的に変換するステップであって、それによって、不動態化ガスが、シリコンゲルマニウム合金層と実質的に反応しない、変換するステップと、不動態化ガスのあらゆる残留量をエッチングチャンバから取り除くステップと、フッ素含有インターハロゲンガスをエッチングチャンバに再導入するステップと、不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第２の部分としてエッチングチャンバから後に除去される、シリコンゲルマニウム合金層の第２の部分を選択的にエッチングするステップと、を含む、方法。

【0011】

第２の態様では、基板を選択的にドライエッチングする方法であって、基板をエッチングチャンバ中に提供するステップであって、基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備える、提供するステップと、第１のエッチャントガスをエッチングチャンバに導入するステップであって、第１のエッチャントガスが、フッ素含有インターハロゲンガスを含む、導入するステップと、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第１の部分としてエッチングチャンバから後に除去される、シリコンゲルマニウム合金層の第１の部分を選択的にエッチングするステップと、シリコン層を非揮発性フッ素化シリコン層に変換するステップと、フッ素含有インターハロゲンガスのあらゆる残留量をエッチングチャンバから取り除くステップと、不動態化ガスをエッチングチャンバに導入して、非揮発性フッ素化シリコン層を不動態化シリコン層に選択的に変換するステップであって、それによって、不動態化ガスが、シリコンゲルマニウム合金層と実質的に反応しない、変換するステップと、不動態化ガスのあらゆる残留量をエッチングチャンバから取り除くステップと、第２のエッチャントガスをエッチングチャンバに導入するステップと、不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第２の部分としてエッチングチャンバから後に除去される、シリコンゲルマニウム合金層の第２の部分を選択的にエッチングするステップと、を含む、方法。

【0012】

第３の態様では、基板を選択的にドライエッチングする方法であって、基板をエッチングチャンバ中に提供するステップであって、基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備え、シリコンゲルマニウム合金層が、ｎ型又はｐ型ドーパントでその場でドープされている、提供するステップと、基板をエッチャントガスに曝露するステップと、不動態化シリコン層を実質的に除去することなく、シリコン及びゲルマニウムのシリコンゲルマニウム合金層の一部分を選択的に除去するステップと、を含む、方法。

【0013】

第４の態様では、基板を選択的にドライエッチングする方法であって、基板をエッチングチャンバ中に提供するステップであって、基板が、シリコンゲルマニウム合金層及びシリコン層を備える、提供するステップと、Ｓｉ層上の不動態化層を作製及び維持しながら、インターハロゲンフッ素含有ガスの使用によりシリコンゲルマニウム合金層を選択的にエッチングするステップと、を含む、方法。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施形態によるエッチングプロセスのフローチャートを示す。

【図2】フッ素含有インターハロゲンガスでＳｉＧｅ合金層の第１の部分をエッチングし、フッ素含有インターハロゲンガスをＳｉ表面に曝露して、図１及び図４のエッチャントプロセスのステップのうちの１つに従って、Ｓｉ表面上にフッ素終端層を形成した後の代表的な得られた表面を示す。

【図3】図１及び図４のエッチャントプロセスのステップのうちの１つに従って、ＳｉＧｅ表面ではなくＳｉ表面上に選択的に形成される代表的な不動態化Ｓｉ層を示す。

【図4】本発明の第２の実施形態によるエッチャントプロセスのフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

説明されるように、本発明は、基板の選択的ドライエッチングを実行するための方法を提供する。ＳｉＧｅは、本発明の方法を使用することによって、Ｓｉに対して優先的にエッチングすることができる。本発明のＳｉに対するＳｉＧｅのより高い選択性比は、ＧＡＡデバイスアーキテクチャの製作を可能にする。

【0016】

本明細書で使用され、全体を通して使用される「エッチング選択性」又は「選択性」又は「選択性比」という用語は、エッチャントプロセスに曝露されたときの２つの異なる表面に対するエッチング速度の比率を意味するために互換的に使用され得、エッチング速度は、典型的には、毎分ナノメートル単位で測定される。

【0017】

本明細書で使用され、全体を通して使用される「層」という用語は、単一の層又は１つ以上の層から構成され得る基板に沿った特定の材料の連続的、半連続的、又は非連続的な堆積を意味することを意図している。

【0018】

本明細書で使用され、全体を通して使用される「インターハロゲン」という用語は、２つ以上の異なるハロゲン原子から構成される化合物を意味することを意図している。

【0019】

特に明記しない限り、本明細書で記載され、全体を通して記載される不動態化化合物及びエッチャントのすべては、気相にあることを意図している。

【0020】

本明細書で使用され、全体を通して使用される「ＳｉＧｅ」又は「ＳｉＧｅ合金」又は「シリコンゲルマニウム合金」は、Ｓｉ対Ｇｅの組成比が変動するシリコンとゲルマニウムとの合金を意味するために互換的に使用され得る。

【0021】

本明細書で使用され、全体を通して使用される「Ｓｉ」又は「シリコン」は、互換的に使用され得る。

【0022】

本明細書で使用され、全体を通して使用される「基板」は、半導体ウェハなどの半導体若しくは他の電子デバイス、又はベース基板構造上若しくは上にある１つ以上の層の任意の部分を意味することを意図している。

【0023】

値の範囲がパラメータを表す場合、その範囲内又は範囲を画定するすべてのサブ範囲、点値、及びエンドポイントは、そこに明示的に開示される。それらの特性、寸法、及び比率の範囲エンドポイント間のすべての物理的特性、寸法、並びに比率範囲及びサブ範囲（エンドポイントを含む）は、本明細書に明示的に開示されていると考えられる。

【0024】

本明細書に記載の実施形態は、エピタキシャル成長したＳｉＧｅ及びＳｉ構造を指すことを意図している。しかしながら、本発明は、他の成長モードに適用可能であり得る。

【0025】

Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングは、ＳｉＧｅについて以下に記載され、これは、好ましくは、４０～９９原子パーセントのＳｉと残りのＧｅとの組成、又は１～６０原子パーセントのＧｅと残りのＳｉとのＳｉＧｅ組成、又は１５原子パーセントの最小Ｇｅ含有量を有するＧｅと残りのＳｉとのＳｉＧｅ組成、を有することができる。

【0026】

以下に記載されるような実施形態は、単に実施例であり、本発明は、図面内に例解される実施形態に限定されない。図面が縮小されたものではなく、ある場合において、従来の製作及び組み立ての詳細など、実施形態の理解に必ずしも必要とされない詳細部は削除されていることが理解されるはずである。ＧＡＡデバイスアーキテクチャ、ＮＷ、ＮＳ、ＨＮＷＨＮＳの正確な構成は、縮尺どおりに描かれておらず、特定の特徴は、本発明の原理によるエッチャントプロセスの様々な態様をよりよく示すために、各図面において意図的に省略されることも理解されたい。

【0027】

実施形態は、類似要素が同様の数字によって参照される図面を参照して記載される。実施形態の様々な要素の関連性及び機能は、以下の詳細な記載によってより良好に理解される。詳細な説明は、本開示の範囲内のものとして様々な置換及び組み合わせの特徴、態様、及び実施形態を想到している。したがって、本開示は、これらの特定の特徴、態様、及び実施形態のそのような組み合わせ及び置換のうちのいずれか、又はそれらのうちの選択された１つ以上を備えるように、それらからなるように、又はそれらから本質的になるように指定され得る。

【0028】

本発明の第１の実施形態では、基板上のＳｉに対してＳｉＧｅを選択的にエッチングするための改善されたドライエッチングプロセスが提供される。エッチングプロセスは、Ｓｉ及びＳｉＧｅ表面を異なるガス組成で順次に曝露することによって行われる。このプロセスは、１５０：１を超えるエッチング選択性を達成することができる。図１は、プロセススキームを示す。エッチングプロセスは、以下で説明するように、以下のステップを使用して行われる。エッチングチャンバに装填される基板が提供される。基板は、ＳｉＧｅ及びＳｉの１つ以上の層を備える。基板は、－６０℃～＋１５０℃の範囲の温度で維持される。エッチングプロセスは、約１ｍトル～約１０トルの範囲のチャンバ圧力で優先的に行われる。

【0029】

次に、フッ素含有インターハロゲンガスがエッチングチャンバに導入される（図１のステップ１）。フッ素含有インターハロゲンガスは、例として、限定することを意図するものではないが、ＣｌＦ３、ＣｌＦ５、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＩＦ５、及びＩＦ７、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。他のガスをフッ素含有インターハロゲンガスと導入することができる。フッ素含有インターハロゲンガス及びそれと導入される任意の他のガスの流量は、それぞれ１０ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍの範囲であり得る。

【0030】

基板は、フッ素含有インターハロゲンガスに曝露される。具体的には、フッ素含有インターハロゲンは、シリコン及びシリコンゲルマニウム合金層と反応して、フッ化物終端層を形成する。その後、チャンバ中の圧力が低減され（図１のステップ２）、Ｓｉ及びＧｅのフッ化物の層の脱離を可能にする。Ｓｉ及びＳｉＧｅの露出部分は、Ｓｉ及びＧｅの揮発性フッ化物の形態をとる。不活性ガスをエッチングチャンバに導入して、Ｓｉ及びＧｅの脱離したフッ化物のエッチングチャンバをパージする。

【0031】

ＳｉＧｅの第１の部分を選択的にエッチングすることに加えて、フッ素含有インターハロゲンガスもまた、シリコン層を非揮発性フッ素化シリコン層に変換させる。具体的には、図２に示すように、フッ素終端層がＳｉ層の表面上に生成される。エッチングチャンバ中の残りの残留フッ素含有インターハロゲンガスは、取り除かれ得る。基板をフッ素含有インターハロゲンガスへ曝露した後に得られた表面を図２に示す。

【0032】

次に、図１のステップ３を実行することができ、それによって、図２に示されるような得られたフッ素化Ｓｉ表面は、Ｓｉの非揮発性フッ素化層と接触する不動態化ガスに曝露される。不動態化ガスは、Ｓｉの非揮発性フッ素化層と反応して、それを不動態化シリコン層に変換する。不動態化Ｓｉ層は、ＳｉＧｅ層ではなくＳｉ層上にのみ生成される。Ｓｉ上の得られた不動態化層を図３に示す。

【0033】

異なる不動態化ガスには、ＮＨ_３、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、アルコール官能基を有する化合物、Ｈ_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、又はそれらの任意の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。不動態化層は、酸化ケイ素、硫化ケイ素、窒化ケイ素、若しくはセレン化ケイ素、又はそれらの任意の混合物の層であり得る。不動態化層はまた、自己組織化モノマー又はアルキル鎖として表面上に追加の炭素又は水素を含有し得る。不動態化層はまた、（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６などのフルオロケイ酸塩を含み得る。

【0034】

不動態化層を形成した後、図１のステップ４を実行することができ、それによって、エッチングチャンバ中の圧力がステップ３の圧力より低減され、チャンバがパージ又はポンプダウンされて、エッチャントチャンバからのあらゆる残留不動態化化合物を除去する。

【0035】

Ｓｉ不動態化層を作製し、ＳｉＧｅの第１の部分が除去された状態で、図１のステップ１で利用されるフッ素含有インターハロゲンガスをエッチングチャンバに再導入することができる。フッ素含有ガスは、不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、エッチングチャンバから後に除去されるシリコンゲルマニウム合金層の第２の部分を選択的にエッチングする。第２の部分をエッチングして、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物をＳｉＧｅ層から放出する。

【0036】

図１のステップ１、ステップ２、ステップ３、及びステップ４は、ＳｉＧｅ層が所定の量（例えば、所望の距離又は所望の厚さ）にエッチングされるまで、順次及び周期的に実行される。あるいは、ＳｉＧｅ層全体が完全に除去され得る。

【0037】

図１のステップ５で所定量のＳｉＧｅがエッチングされたと判定されると、最終ステップ６を実行して、Ｓｉ表面から不動態化層を除去する。得られた生成物は、水平に積層されたＳｉナノシート（ＨＮＳ）である。

【0038】

上記のエッチングプロセスの間、不動態化ガスは、ステップ１～４の周期的動作中に、フッ素含有インターハロゲンガスでＳｉＧｅの選択的エッチングを実行する前に、不動態化シリコン層を再確立するために必要とされ得るように、ステップ３で再導入される。しかしながら、本発明は、不動態化ガスの再導入を排除することによって実施され得ることが理解されよう。不動態化ガスの再導入を排除するためのシナリオは、例として、初期に形成された不動態化層の実質的な部分がシリコン層の表面上に引き込まれたままであると判定すること、又はＳｉＧｅ対Ｓｉの選択性比が適切に高いままであり、１つ以上の追加のＳｉＧｅエッチングを実行するように、ＳｉＧｅの複数の選択的エッチングを実行した後に、十分な量の不動態化層が残ると判定すること、を含み得る。

【0039】

本発明の第２の実施形態では、基板上のＳｉに対してＳｉＧｅを選択的にエッチングするための改善されたドライエッチングプロセスが提供される。エッチングプロセスは、Ｓｉ及びＳｉＧｅ表面を異なるガス組成で順次に曝露することによって行われる。このプロセスは、１５０：１を超えるエッチング選択性を達成することができる。図４は、プロセススキームを示す。図４のステップ１、２、３、及び４は、図１のものと同一である。したがって、第１の実施形態並びに図２及び図３を参照したステップ１、２、３、及び４の考察は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0040】

しかしながら、図１に示すフロースキームとは異なり、図４のフロースキームは、ＳｉＧｅ及び不動態化Ｓｉ層を、ステップ１で導入されたフッ素含有インターハロゲンガスとは異なる化学的性質を有する第２のエッチャントガスに供することを伴う、異なるステップ５を含む。第２のエッチャントガスをエッチングチャンバに導入して、シリコンゲルマニウム合金層と反応させる。第２のエッチャントガスは、不動態化シリコン層を実質的にエッチングすることなく、シリコン及びゲルマニウムの揮発性フッ化物の第２の部分としてエッチングチャンバから後に除去されるシリコンゲルマニウム合金層の第２の部分をエッチングする。ステップ５で使用され得る代替のエッチング化学物質の例は、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨ３Ｆなどのフルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボン化合物、若しくはＦ２、ＸｅＦ２、ＮＦ３などのフッ素化化合物、又は前述の任意の混合物を含む。第２のエッチャントガスは、１５０：１を超えるエッチング選択性を達成するために、不動態化Ｓｉ層上のＳｉＧｅの優先的なエッチングを確実にするように選択される。第２のエッチャントガスは、ステップ１で使用されるエッチング学物質から提供されるエッチング選択性と比較して、より高いエッチング選択性を達成する意図で選定される。ステップ５は、ＳｉＧｅ層が所定の量（例えば、所望の距離又は所望の厚さ）にエッチングされるまで周期的に実行される。あるいは、ＳｉＧｅ層全体が完全に除去され得る。

【0041】

図１のステップ５で所定量のＳｉＧｅがエッチングされているか、又はＳｉＧｅ層全体が除去されたと判定されると、最終ステップ６を実行して、Ｓｉ表面から不動態化層を除去する。得られた生成物は、水平に積層されたＳｉナノシート（ＨＮＳ）である。

【0042】

図４のプロセスはまた、Ｓｉ層の表面上の不動態化層を再確立し、それによって、ＳｉＧｅ対Ｓｉのエッチング選択性を１５０：１超に改善するために必要とされ得るように、不動態化ガスを１回以上再導入することも企図する。あるいは、又はそれに加えて、ＳｉＧｅの所定量のエッチングを達成する前に、図４のプロセスはまた、必要に応じてステップ１～４のいずれか又はすべてを繰り返すことを企図する。

【0043】

不動態化層の形成に依存しない本発明の他の態様が企図される。例えば、基板上のＳｉＧｅ層の形成中に、ＳｉＧｅ層は、ｎ型又はｐ型ドーパントのいずれかでその場でドープされ得る。次いで、ＳｉＧｅ及びＳｉの両方の表面を、フッ素化又はインターハロゲン化合物のいずれかでエッチングする。ＳｉＧｅに以前に移植されたドーパントは、ＳｉＧｅ対Ｓｉのエッチング選択性を１５０：１を超えて増加させることができる。ｎ型又はｐ型ドーパントを生成するためのガス種は、周期表の第１３族又は第１５族からの原子を含有する任意の化合物であり得、ＢＦ_３、ＮＦ_３、ＮＨ_３、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３、ＰＦ_３、ＰＦ_５、ＡｓＦ_３、ＡｓＦ_５、Ｂ_２Ｈ_６、ＳｂＦ_５、塩化ジメチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、ＡｌＣｌ_３、ＡｌＩ_３、ＧａＣｌ_３、ＧａＩ_３、ＳｂＦ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、及びトリメチルアンチモンが含まれ得るが、これらに限定されない。温度、圧力、及び流量の範囲は、他の実施形態に関して上記で開示されたものである。

【0044】

別の例では、選択的エッチャントプロセスは、ＳｉＧｅ及びＳｉ表面に接触するようにインターハロゲンガス及び１つ以上の追加のガス種をエッチャントチャンバに導入し、Ｓｉと比較してＳｉＧｅの選択性エッチングを１５０：１超に増加させることを伴う。温度、圧力、及び流量の範囲は、他の実施形態に関して上記で開示されたものである。１つ以上の追加のガス種は、速度抑制剤若しくは速度エンハンサー種又はそれらのいずれかの組み合わせのいずれかであり得る。速度抑制剤種は、ＳｉＧｅ表面及びＳｉ表面の両方のエッチング速度を低減させるが、Ｓｉ表面上の速度低減は、ＳｉＧｅ表面の速度低減よりも大きく、それによってＳｉと比較してＳｉＧｅ上のエッチングの選択性を増加させる全体的な効果を有する。逆に、速度エンハンサー種は、両方の表面上のエッチング速度を増加させるが、ＳｉＧｅ表面上の速度増加は、Ｓｉ表面の速度増加よりも大きく、それによってＳｉと比較してＳｉＧｅの選択性エッチングを増加させる全体的な効果を有する。

【0045】

異なるインターハロゲンには、ＣｌＦ_３、ＣｌＦ_５、ＢｒＦ_３、ＢｒＦ_５、ＩＦ_５、及びＩＦ_７、又は前述の任意の混合物が含まれるが、これらに限定されない。異なる速度抑制剤ガス種には、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２、ＢＣｌ_３、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、ＮＣｌ_３、及びＳＦ_６、又は前述の任意の混合物が含まれるが、これらに限定されない。異なる速度エンハンサーガス種には、Ｆ_２、ＨＦ、ＸｅＦ_２、ＯＦ_２、ＣＯＦ_２、ＣＦ_４、及びＮＦ_３、又は前述の任意の混合物が含まれるが、これらに限定されない。

【0046】

速度抑制剤の機能は、所与の温度及び圧力で、ＳｉＧｅ表面上でエッチング速度をより大きく低減することによって、Ｓｉ表面上のエッチング速度を低減することである。ＳｉＧｅエッチング速度よりもＳｉエッチング速度の低減を達成することは、フッ素よりもＳｉエッチングに対する反応性が低い、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩなどのハロゲンを含有する種を導入することによって行うことができる。いかなる理論にも束縛されるものではないが、ハロゲン含有種は、Ｓｉ表面上に吸着したままであり、Ｆ原子の吸着のためのブロック部位である。ＧｅＦｘの脱離速度がより高いため、ＳｉＧｅと比較して吸着に利用可能な空のＳｉ部位が少ないため、ＳｉＧｅと比較して、Ｓｉ表面上で効果がより顕著になり得る。

【0047】

速度エンハンサー種の機能は、所与の温度及び圧力で、Ｓｉのエッチング速度をより大きく増加することによって、ＳｉＧｅエッチング速度を増加させることである。いかなる理論にも束縛されるものではないが、Ｓｉ－Ｓｉと比較したＳｉ－Ｇｅの格子間間隔は、ＳｉＦ_ｘ脱離と比較して、ＳｉＧｅ表面からＧｅＦ_ｘをより容易に脱離することが可能であり、それによって、Ｆ原子が表面上に吸着し、表面Ｓｉ－Ｆ種と結合してＳｉＦ_ｘを形成するより多くの数の空部位を利用可能にし、これは次いで表面から脱離することができる。Ｓｉ上のインターハロゲン種のエッチングプロセスにおける速度制限ステップは、ＳｉＦ_ｘ生成物の脱離であり得る。

【0048】

開示された実施形態のすべてについて、特定のエッチングガス、及び付随する共流ガスは、予混合貯蔵容器から貯蔵及び送達され得る。同様に、特定のエッチングガス混合物は、予混合貯蔵容器から貯蔵及び送達され得る。あるいは、エッチャントガスのそれぞれは、別個の貯蔵容器に貯蔵され、次いで、別個の流れマニホールドを介して所望の比率でエッチングチャンバに流入して、エッチャントチャンバ上流又はエッチャントチャンバ内に得られた混合物を作製することができる。加えて、貯蔵容器のうちの１つ以上に外部熱を加えて、貯蔵容器のうちの１つ以上からエッチングチャンバへのエッチングガスの送達のための十分な駆動力を発生し得る。更に、キャリアガスを貯蔵容器を通してバブリングしてエッチャントガスを運び、エッチングチャンバへの送達を可能にすることができる。

【0049】

すべての実施形態は、Ｓｉに対してＳｉＧｅを選択的にエッチングするための方法を開示しているが、本発明の原理はまた、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、又はＧｅ以外の他の元素と合金化されたＳｉを含むが、これらに限定されない様々な他の半導体化合物上でＳｉＧｅの選択的エッチングに適用することもできる。

【0050】

本発明の特定の実施形態と見なされるものを示し、説明してきたが、当然ながら、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態又は詳細の様々な修正及び変更を容易に行うことができることが理解されるであろう。したがって、本発明は、本明細書において示され、説明される正確な形態及び詳細に限定されず、本明細書において開示され、以下に特許請求される本発明の全範囲に満たない、いかなるものにも限定されないことを意図する。

【図1】