特許 7313201 エッチング方法およびエッチング装置

(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】

(24)【登録日】2023-07-13

(45)【発行日】2023-07-24

(54)【発明の名称】エッチング方法およびエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20230714BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 201A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2019111110

(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公開番号】P2020205304

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2022-04-13

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】000002200

【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社

(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】宮田 一史

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 信博

(72)【発明者】

【氏名】折居 武彦

(72)【発明者】

【氏名】古谷 俊太

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 聖唯

【審査官】高柳 匡克

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０３７８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２５６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４３７８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｉと、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＮから選択される少なくとも一種からなる他の物質とを有する基板を設ける工程と、
前記基板にゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスのみ、または、ゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスと不活性ガスとを供給し、前記Ｓｉを前記他の物質に対して選択的にエッチングする工程と、
を有する、エッチング方法。

【請求項2】

前記ゲルマニウム化合物ガスは、ゲルマニウムと水素またはハロゲンとの化合物ガスである、請求項１に記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記ゲルマニウムと水素またはハロゲンとの化合物ガスは、ＧｅＦ_４ガス、ＧｅＦ_２Ｃｌ_２ガス、ＧｅＣｌ_４ガス、ＧｅＨ_４ガスの少なくとも一種である、請求項２に記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記他の物質はＳｉＧｅまたはＧｅである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項5】

前記ＳｉがＳｉ膜であり、前記ＳｉＧｅまたはＧｅが、ＳｉＧｅ膜またはＧｅ膜である、請求項４に記載のエッチング方法。

【請求項6】

前記ＳｉＧｅ膜、前記Ｇｅ膜、および前記Ｓｉ膜は、エピタキシャル法により形成されたものである、請求項５に記載のエッチング方法。

【請求項7】

前記基板は、前記Ｓｉ膜と前記ＳｉＧｅ膜または前記Ｇｅ膜とが交互に積層されてなる積層構造部を有する、請求項５または請求項６に記載のエッチング方法。

【請求項8】

前記エッチングする工程における圧力は、１．３３～３９９９０Ｐａの範囲である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項9】

前記エッチングする工程における基板の温度は、－２０℃以上、３００℃以下である、請求項１から請求項８いずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項10】

前記エッチングする工程における基板の温度は、１５０℃以下である、請求項９に記載のエッチング方法。

【請求項11】

前記エッチングする工程に先立って行われる、基板の表面の自然酸化膜を除去する工程をさらに有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項12】

前記エッチングする工程の後に残存する残存物を除去する工程をさらに有する、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項13】

前記エッチングする工程は、前記エッチングガス、または前記エッチングガスと前記不活性ガスとをプラズマ化せずに前記基板に供給するノンプラズマエッチングにより行う、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項14】

Ｓｉと、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＮから選択される少なくとも一種からなる他の物質とを有する基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内で前記基板を載置する載置台と、
前記チャンバー内にゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスのみ、または、ゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスと不活性ガスとを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内を排気する排気部と、
前記載置台上の基板の温度を調節する温調部と、
制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記基板にゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスのみ、または、ゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスと不活性ガスとが供給され、前記Ｓｉが前記他の物質に対して選択的にエッチングされるように、前記ガス供給部と、前記排気部と、前記温調部とを制御する、エッチング装置。

【請求項15】

前記ゲルマニウム化合物ガスは、ゲルマニウムと水素またはハロゲンとの化合物ガスである、請求項１４に記載のエッチング装置。

【請求項16】

前記ゲルマニウムと水素またはハロゲンとの化合物ガスは、ＧｅＦ_４ガス、ＧｅＦ_２Ｃｌ_２ガス、ＧｅＣｌ_４ガス、ＧｅＨ_４ガスの少なくとも一種である、請求項１５に記載のエッチング装置。

【請求項17】

前記他の物質はＳｉＧｅまたはＧｅである、請求項１４から請求項１６のいずれか一項に記載のエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エッチング方法およびエッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、半導体素子の製造プロセスにおいては、シリコン（Ｓｉ）を他の膜に対して高い選択性でエッチングする技術が求められている。例えば、特許文献１には、Ｓｉとシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）とが共存する基板にＦ_２ガスとＮＨ_３ガスを供給することによりＳｉをＳｉＧｅに対して選択的にエッチング可能であることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１４３７８１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、Ｓｉと他の物質が存在する基板において、Ｓｉをシンプルなガス系により高選択比でエッチングす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】

本開示の一態様に係るエッチング方法は、Ｓｉと、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＮから選択される少なくとも一種からなる他の物質とを有する基板を設ける工程と、前記基板にゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスのみ、または、ゲルマニウム化合物ガスからなるエッチングガスと不活性ガスとを供給し、前記Ｓｉを前記他の物質に対して選択的にエッチングする工程と、を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、Ｓｉと他の物質が存在する基板において、Ｓｉをシンプルなガス系により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】

【0007】

【図1】一実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。

【図2】一実施形態のエッチング方法が適用されるウエハの構造例を示す断面図である。

【図3】図２の構造のウエハにおいて、Ｓｉ膜を部分的にエッチングした状態を示す断面図である。

【図4】図２の構造のウエハにおいて、Ｓｉ膜を全てエッチングした状態を示す断面図である。

【図5】他の実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。

【図6】さらに他の実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。

【図7】さらにまた他の実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。

【図8】一実施形態に係るエッチング方法に用いる処理システムの一例を示す概略構成図である。

【図9】一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置を示す断面図である。

【図10】実験例の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照しながら、実施形態について説明する。

【0009】

＜経緯および概要＞
最初に、本開示の一実施形態に係るエッチング方法の経緯および概要について説明する。
近時、半導体素子の製造プロセスにおいては、Ｓｉと他の物質が存在する基板において、Ｓｉを選択的にエッチングすることが要求されるプロセスが存在する。この要求に対応する技術として、例えば、上記特許文献１には、ＳｉとＳｉＧｅとが共存する基板にＦ_２ガスとＮＨ_３ガスを供給することによりＳｉをＳｉＧｅに対して選択的にエッチングできることが記載されている。

【0010】

しかし、特許文献１は、Ｆ_２ガスとＮＨ_３ガスの比率を変化させることにより、ＳｉＧｅに対するＳｉの選択的エッチングと、Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングの両方ができることを主眼としており、Ｓｉをエッチングする際の選択比を十分に高くすることが困難である。また、同じガス系でＳｉとＳｉＧｅの一方を他方に対して選択的にエッチングするため、ガス比率を厳密に調整する必要がある。

【0011】

そこで、発明者らがＳｉをシンプルなガス系により高選択比でエッチングすることができる技術を検討した結果、エッチングガスとしてゲルマニウム（Ｇｅ）を含むガスを用いることが有効であることを見出した。

【0012】

すなわち、発明者らは、特表２００９－５１０７５０号公報に記載されている、ＣｌＦ_３ガスを用いてＳｉＧｅをＳｉに対して選択的にエッチングする技術による実験の過程で、反応によりＧｅＦ_４ガスが発生し、それがＳｉをエッチングする現象を発見した。そして、ＧｅＦ_４ガスはＧｅＳｉ等のＳｉ以外の物質をエッチングし難いことが見出された。このような知見に基づき、エッチングガスとしてＧｅＦ_４ガスのようなＧｅを含むガスを用いてＳｉをＳｉＧｅ等に対して高選択比でエッチングできる技術に想到した。

【0013】

＜エッチング方法の実施形態＞
次に、具体的な実施形態について説明する。図１は、一実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。

【0014】

最初に、表面部分にＳｉと他の物質を有する基板を、エッチング処理を行うためのチャンバー内に設ける（ステップ１）。

【0015】

他の物質としては、通常半導体装置に用いられる物質であれば特に限定されないが、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等を挙げることができる。これらの中で、ＳｉＧｅ、Ｇｅは、近時、Ｓｉと共存する構造を構成するものとして注目されている。

【0016】

ＳｉＧｅのＳｉおよびＧｅの割合は任意であるが、Ｇｅが２０ａｔ％以上であることが好ましい。また、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、Ｓｉの形態は特に限定されないが、膜として形成されたものが例示され、膜としてはエピタキシャル法で形成されたものが例示される。基板についても特に限定されないが、半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）が例示される。

【0017】

ＳｉとＳｉＧｅまたはＧｅとが共存する場合、その構造は特に限定されないが、例えばＳｉ膜とＳｉＧｅ膜またはＧｅ膜とを交互に積層した構造であってよい。

【0018】

このようなＳｉ膜とＳｉＧｅ膜またはＧｅ膜とを交互に積層した積層構造を有する基板としては、図２に示すような構造のウエハＷが例示される。図２のウエハＷは、例えばＳｉ上に特定の保護膜（例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ）が形成された基体１０の表面に、Ｓｉ膜１１と、ＳｉＧｅ膜１２とが交互に積層された積層構造部１３を有している。ＳｉＧｅ膜１２の代わりにＧｅ膜を用いてもよい。積層構造部１３の最上層はＳｉＧｅ膜１２であり、その上に例えばＳｉＯ_２またはＳｉＮで構成されたマスク層１５が形成されている。積層構造部１３にはプラズマエッチングにより形成された凹部１４が形成されており、凹部１４には交互に積層されたＳｉ膜１１とＳｉＧｅ膜１２の側面が露出している。

【0019】

次に、基板にエッチングガスとしてＧｅを含むガスを供給し、基板の表面部分のＳｉを他の物質に対して選択的にエッチングする（ステップ２）。

【0020】

Ｇｅを含むガスとしては、Ｇｅと水素（Ｈ）またはハロゲンとの化合物ガスを用いることができる。このような化合物ガスとしては、例えば、ＧｅＦ_４ガス、ＧｅＦ_２Ｃｌ_２ガス、ＧｅＣｌ_４ガス、ＧｅＨ_４ガスを挙げることができ、これらの少なくとも一種を用いることができる。

【0021】

これにより、他の物質に対してＳｉを高選択比でエッチングすることができる。例えば、ＧｅＦ_４ガスでは、Ｇｅが２０ａｔ％以上のＳｉＧｅがＳｉと共存する場合に、ＳｉをＳｉＧｅに対して５０以上の選択比でエッチングすることができる。また、Ｇｅに対しては、１００以上という極めて高い選択比を得ることができる。さらに、ＳｉＯ_２、ＳｉＮに対してもＳｉを１００以上の極めて高い選択比でエッチングすることができる。

【0022】

例えば、上記図２のウエハＷにエッチングガスとしてＧｅＦ_４ガス等のＧｅ含有ガスを供給することにより、図３に示すように、Ｓｉ膜１１がサイドエッチングされ、Ｓｉ膜１１がＳｉＧｅ膜１２に対して選択的にエッチングされる。この場合、Ｓｉ膜１１は、図３のように部分的にエッチングされても、図４のように全てエッチングされてもよい。全てエッチングされても、残存するＳｉＧｅ膜１２はＳｉＮ等からなる支持柱１６により支持される。

【0023】

エッチングガスとしてのＧｅ含有ガスの他に、エッチングガスを希釈する希釈ガスを供給してもよい。希釈ガスとしては、Ｎ_２ガスや、Ａｒガスのような希ガス等の不活性ガスを用いることができる。希釈ガスの流量比率は、エッチング条件や要求されるエッチングの程度に応じて適宜設定してよい。ＧｅＦ_４ガスの流量は、例えば、１０～１０００ｓｃｃｍの範囲とすることができ、希釈ガスの流量は、例えば、５０～１０００ｓｃｃｍの範囲とすることができる。

【0024】

ステップ２のエッチングにおけるチャンバー内の圧力は、１．３３～３９９９０Ｐａ（０．０１～３００Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましい。この範囲の圧力で例えば以下に示す（１）の反応が進行しやすくなる。より好ましくは、６．６７～１３３３．２Ｐａ（０．０５～１０Ｔｏｒｒ）の範囲である。

【0025】

ステップ２のエッチングにおける処理温度（ウエハ温度）は－２０℃以上、３００℃以下であることが好ましい。ＧｅＦ_４の沸点は－３６．５℃であるから、低温でもガスエッチングを行うことができる。温度が高いほど例えば以下に示す（１）の反応は進行しやすくエッチングレートが高くなるが、選択比が低下する傾向となる。低温ではエッチングレートは低下するが、選択比が高くなる傾向にある。したがって、高選択比でＳｉをエッチングする観点からは低温のほうが好ましく、１５０℃以下、さらには５０℃以下が好適である。

【0026】

このときのエッチングは、ノンプラズマのガスケミカルエッチングであってもよいし、プラズマを用いてもよいが、ノンプラズマエッチングを用いることにより、プラズマによるダメージがなく、より高いエッチングの選択性を得ることができ、装置をシンプルにできる利点がある。

【0027】

Ｇｅ含有ガスによるＳｉのエッチング作用は、ＧｅＦ_４ガスを例にとると、以下の（１）式によるものと推測される。
Ｓｉ ＋ ２ＧｅＦ_４ → ＳｉＦ_４↑ ＋ ２ＧｅＦ_２↑ …（１）
（１）式の反応は、上記他の物質に対してはほとんど生じず、したがって、Ｓｉのみが選択的にエッチングされるものと考えられる。他の物質がＳｉＧｅの場合はＳｉが含まれているものの、Ｇｅにより保護されてＧｅＦ_４ガスではほとんどエッチングされない。ＳｉＯ_２、ＳｉＮもＳｉが酸素または窒素と強固に結合しているため、同様にほとんどエッチングされない。また、他の物質がＧｅの場合は、Ｓｉが含まれておらず、ＧｅはＧｅＦ_４とは反応しないため、さらにエッチングされ難い。

【0028】

従来は、Ｓｉを他の物質に対して選択的にエッチングする場合、特に、ＳｉＧｅやＧｅに対して選択的にエッチングする場合、特許文献１に示すように、処理ガスとしてＦ_２ガスとＮＨ_３ガスが用いられていた。しかし、特許文献１はＦ_２ガスとＮＨ_３ガスの比率を変化させることにより、ＳｉＧｅに対するＳｉの選択的エッチングと、Ｓｉに対するＳｉＧｅの選択的エッチングの両方ができることを主眼としており、ＳｉをＳｉＧｅに対して高選択比でエッチングを行うことまでは指向していない。つまり、特許文献１では、ＳｉをＳｉＧｅに対して選択的にエッチングする場合は、ＮＨ_３／（Ｆ_２＋ＮＨ_３）を１８～５０流量％とし、ＳｉＧｅをＳｉに対してエッチングする場合は、ＮＨ_３／（Ｆ_２＋ＮＨ_３）を０～１５流量％とする。これにより、２以上の選択比が得られるに過ぎない。ガスの比率を調整することによりさらに選択比を高めることができるが、選択比は高々１０程度である。また、ガス比率が変化すると、ＳｉおよびＳｉＧｅのうちエッチングされる側が入れ替わるため、ガス比率を厳密に調整する必要がある。

【0029】

これに対して、本実施形態は、処理条件を最適化することにより、エッチングガスとしてＧｅＦ_４ガス等のＧｅ含有ガスのみを用いるシンプルなガス系により、Ｓｉを他の物質に対して５０以上、さらには１００以上の高い選択比でエッチングすることができる。特に、近時注目されているＳｉとＳｉＧｅまたはＧｅとが共存した構造を有する基板、例えば、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜またはＧｅ膜とを交互に積層した構造を有する基板に対して有効である。

【0030】

上記実施形態では、ステップ１およびステップ２によりエッチングを行ったが、図５に示すように、必要に応じて、ステップ２のエッチングの後に、残存物を除去する工程（ステップ３）を行ってもよい。残存物を除去する手法は特に限定されないが、例えば、加熱処理により行うことができる。残存物としては、エッチング残渣やエッチングによる反応生成物が含まれる。特に、上記（１）式の反応で生成するＧｅＦ_２は、沸点が１３０℃と比較的高いため、エッチング処理が１３０℃より低い温度で行われると、基板中に反応生成物としてＧｅＦ_２が残存する。このため、この場合はステップ３によりＧｅＦ_２を昇華させる処理が必要となる。

【0031】

また、基板（積層構造部１３）の表面には自然酸化膜が薄く形成されていることがあり、このような場合は、エッチングに先立って自然酸化膜を除去する工程を実施することが好ましい。自然酸化膜の除去は、例えば、ＨＦガスとＮＨ_３ガスを供給することにより行われる。図６に示すように、自然酸化膜の除去工程（ステップ４）を、基板をチャンバー内に設けるステップ１の後にチャンバー内で行ってもよいし、図７に示すように、基板をチャンバーに設ける前に別のチャンバーで行ってもよい。もちろん、自然酸化膜の除去とエッチング後の残存物の除去を両方行ってもよい。

【0032】

ステップ２のエッチングは、ＧｅＦ_４ガスを含む処理ガスの供給と、チャンバー内のパージ（真空引きまたは真空引き＋パージガスの供給）とを繰り返すサイクルエッチングであってもよい。また、反応生成物等の除去が必要な場合に、ＧｅＦ_４ガスを含む処理ガスの供給と、ステップ３の残存物除去処理（加熱処理）とを繰り返し行ってもよい。これらにより、エッチング残渣や反応生成物の残存量をより少なくすることができる。

【0033】

＜処理システムの一例＞
次に、一実施形態に係るエッチング方法に用いる処理システムの一例について説明する。図８は、処理システムの一例を示す概略構成図である。

【0034】

図８に示すように、処理システム１００は、例えば上記図２に示す構造を有するウエハＷを搬入出する搬入出部１０２と、搬入出部１０２に隣接させて設けられた２つのロードロック室１０３と、各ロードロック室１０３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１０４と、各熱処理装置１０４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エッチング装置１０５と、制御部１０６とを備えている。

【0035】

搬入出部１０２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１１が内部に設けられた搬送室１１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１１ａ，１１１ｂを有している。搬送室１１２の長手方向の側部には、載置台１１３が設けられており、この載置台１１３には、ＦＯＵＰ等の複数枚のウエハＷを収容するキャリア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１１２に隣接して、ウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ１１４が設けられている。

【0036】

搬入出部１０２において、ウエハＷは、搬送アーム１１１ａ，１１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１１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１１３上のキャリアＣ、アライメントチャンバ１１４、ロードロック室１０３に対してそれぞれ搬送アーム１１１ａ，１１１ｂ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。

【0037】

各ロードロック室１０３は、搬送室１１２との間にそれぞれゲートバルブ１１６が介在された状態で、搬送室１１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室１０３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１１７が設けられている。また、ロードロック室１０３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。

【0038】

第２ウエハ搬送機構１１７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１１７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１０３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１０４に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置１０５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１０３、熱処理装置１０４、およびエッチング装置１０５間で搬送することが可能となっている。

【0039】

制御部１０６は、典型的にはコンピュータからなり、処理システム１００の各構成部を制御するＣＰＵを有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。制御部１０６の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、処理システム１００に、所定の動作を実行させる。

【0040】

このような処理システム１００では、上記構造が形成されたウエハＷを複数枚キャリアＣ内に収納して処理システム１００に搬送する。処理システム１００においては、大気側のゲートバルブ１１６を開いた状態で搬入出部１０２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１１の搬送アーム１１１ａ、１１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室１０３に搬送し、ロードロック室１０３内の第２ウエハ搬送機構１１７のピックに受け渡す。

【0041】

その後、大気側のゲートバルブ１１６を閉じてロードロック室１０３内を真空排気し、次いでゲートバルブ１５４を開いて、ピックをエッチング装置１０５まで伸ばしてウエハＷをエッチング装置１０５へ搬送する。

【0042】

その後、ピックをロードロック室１０３に戻し、ゲートバルブ１５４を閉じ、エッチング装置１０５において上述したエッチング方法により、Ｓｉ膜のエッチング処理を行う。

【0043】

エッチング処理が終了した後、ゲートバルブ１２２、１５４を開き、必要に応じて、第２ウエハ搬送機構１１７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１０４に搬送し、エッチング残渣や反応生成物等の残存物を加熱除去する。

【0044】

エッチング処理が終了した後、またはエッチング処理後、熱処理装置１０４における熱処理が終了した後、第１ウエハ搬送機構１１１の搬送アーム１１１ａ、１１１ｂ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。

【0045】

なお、エッチング残渣等を除去する必要がない場合には、熱処理装置１０４を設けなくともよく、その場合には、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１１７のピックによりロードロック室１０３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１１の搬送アーム１１１ａ、１１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。

【0046】

＜エッチング装置＞
次に、一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置１０５の一例について詳細に説明する。
図９はエッチング装置１０５の一例を示す断面図である。図９に示すように、エッチング装置１０５は、処理空間を規定する処理容器としての密閉構造のチャンバー１４０を備えており、チャンバー１４０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１４２が設けられている。また、エッチング装置１０５は、チャンバー１４０にエッチングガスを供給するガス供給部１４３、チャンバー１４０内を排気する排気部１４４を備えている。

【0047】

チャンバー１４０は、チャンバー本体１５１と蓋部１５２とによって構成されている。チャンバー本体１５１は、略円筒形状の側壁部１５１ａと底部１５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部１５２で閉止される。側壁部１５１ａと蓋部１５２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー１４０内の気密性が確保される。蓋部１５２の天壁には上方からチャンバー１４０内に向けてガス導入ノズル１６１が挿入されている。

【0048】

側壁部１５１ａには、熱処理装置１０４との間でウエハＷを搬入出する搬入出口１５３が設けられており、この搬入出口１５３はゲートバルブ１５４により開閉可能となっている。

【0049】

載置台１４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー１４０の底部１５１ｂに固定されている。載置台１４２の内部には、載置台１４２の温度を調節する温度調節器１６５が設けられている。温度調節器１６５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１４２の温度が調節され、載置台１４２上のウエハＷの温度制御がなされる。

【0050】

ガス供給部１４３は、エッチングガスとしてのＧｅ含有ガスであるＧｅＦ_４ガスを供給するＧｅＦ_４ガス供給源１７５、不活性ガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源１７６を有している。これら供給源にはそれぞれ配管１７１および１７２の一端が接続されている。配管１７１および１７２の他端は、共通配管１６２に接続され、共通配管１６２が上述したガス導入ノズル１６１に接続されている。

【0051】

したがって、エッチングガスであるＧｅＦ_４ガス、不活性ガスであるＡｒガスは、それぞれ、ＧｅＦ_４ガス供給源１７５、Ａｒガス供給源１７６から、配管１７１および１７２を経て、共通配管１６２に至り、ガス導入ノズル１６１からチャンバー１４０内のウエハＷに向けて吐出される。ＧｅＦ_４ガスはエッチングのためのガスとして供給され、Ａｒガスは希釈ガスおよびパージガスとして供給される。エッチングガスとしてのＧｅ含有ガスとしては、ＧｅＦ_４ガスに限らず、他のガス、例えば上述しＧｅＦ_２Ｃｌ_２ガス、ＧｅＣｌ_４ガス、ＧｅＨ_４ガスであってもよい。また、希釈ガスやパージガスとして用いられる不活性ガスとしては、他の希ガスやＮ_２ガスを用いてもよい。

【0052】

配管１７１および１７２には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御部１７９が設けられている。流量制御部１７９は例えば開閉弁およびマスフローコントローラ等の流量制御機器により構成されている。

【0053】

なお、本例のエッチング装置１０５は、チャンバー１４０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ガスをシャワー状に供給してもよい。

【0054】

チャンバー１４０内でウエハＷの自然酸化膜を除去するようにすることができ、その場合は、ガス供給部１４３を、さらにＨＦガスとＮＨ_３ガスを供給可能に構成すればよい。

【0055】

排気部１４４は、チャンバー１４０の底部１５１ｂに形成された排気口１８１に繋がる排気配管１８２を有しており、さらに、排気配管１８２に設けられた、チャンバー１４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１８３およびチャンバー１４０内を排気するための真空ポンプ１８４を有している。

【0056】

チャンバー１４０の側壁には、チャンバー１４０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１８６ａ，１８６ｂが、チャンバー１４０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１８６ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ１８６ｂは低圧力用となっている。載置台１４２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。

【0057】

エッチング装置１０５の各構成部は、処理システム１００の制御部１０６により制御される。制御部１０６の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、以下に説明するエッチング方法が行われるように、エッチング装置１０５の各構成部を制御する。

【0058】

このようなエッチング装置１０５においては、例えば図２に示された構造のウエハＷをチャンバー１４０内に搬入し、載置台１４２に載置する。そして、チャンバー１４０内の圧力を、好ましくは、１．３３～３９９９０Ｐａ（０．０１～３００Ｔｏｒｒ）の範囲、より好ましくは、６．６７～１３３３．２Ｐａ（０．０５～１０Ｔｏｒｒ）の範囲とする。また、載置台１４２の温度調節器１６５によりウエハＷを－２０℃以上、３００℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは５０℃以下とする。

【0059】

次いで、エッチングガスとしてのＧｅＦ_４ガスを、例えば１０～１０００ｓｃｃｍの流量で、チャンバー１４０内に供給して、Ｓｉを他の物質に対して選択的にエッチングする。図２の例では、Ｓｉ膜をＳｉＧｅ膜に対して選択的にエッチングする。このとき、必要に応じて、希釈ガスとしてＡｒガスを、例えば５０～１０００ｃｃｍの流量で供給してエッチング性を調整してもよい。

【0060】

このように、エッチングガスとしてＧｅＦ_４ガスのようなＧｅ含有ガスを用いることにより、上述したように、ＳｉをＳｉＧｅやＧｅ等の他の物質に対して高選択比でエッチングすることができる。

【0061】

なお、エッチング装置１０５で自然酸化膜除去処理を行う場合は、ウエハＷをチャンバー１４０に搬入して載置台１４２に載置した後、エッチングに先立って、ＨＦガスとＮＨ_３ガスをチャンバー１４０内に供給した後、ウエハＷを加熱すればよい。これにより、ＨＦガスとＮＨ_３ガスが自然酸化膜と反応し、ケイフッ化アンモニウムが生成され、その後の加熱によりケイフッ化アンモニウムが昇華される。なお、処理温度が高ければ、処理中にケイフッ化アンモニウムを揮発させることもできる。

【0062】

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
ここでは、ベアウエハにそれぞれＳｉ膜、ＳｉＧｅ膜（Ｇｅ３０ａｔ％）、熱酸化膜（ＴｈＯ_ｘ膜）（ＳｉＯ_２膜）、ＳｉＮ膜、Ｇｅ膜を形成したサンプルを準備し、ＧｅＦ_４ガスによりエッチングを行った。エッチング後の重量変化から換算してエッチングレートを求めた。エッチング条件としては、エッチングが進行しやすい以下の条件とした。

【0063】

・エッチング条件
ガス：１００％－ＧｅＦ_４
ガス流量：１０～５０ｓｃｃｍ
圧力：５０～１５０Ｔｏｒｒ
処理温度（ウエハ温度）：２５～３００℃

【0064】

まず、処理温度（ウエハ温度）１５０℃としたときの結果を図１０に示す。図１０に示すように、Ｓｉ膜の換算エッチングレートは４９８．８ｎｍ／ｍｉｎであったのに対し、ＳｉＧｅ膜（Ｇｅ３０ａｔ％）は８ｎｍ／ｍｉｎであり、過酷なエッチング条件にもかかわらず、ＳｉＧｅ膜に対する選択比が６２と高い値となることが確認された。また、ＴｈＯ_ｘ膜（ＳｉＯ_２膜）、ＳｉＮ膜の換算エッチングレートは、それぞれ１．８４、０．８６であり、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＮ膜に対して１００以上の高い選択比でＳｉ膜をエッチングできることが確認された。さらに、Ｇｅ膜の換算エッチングレートはほぼ０であり、Ｇｅ膜に対してほぼ無限大に近い選択比でＳｉ膜をエッチングできることが確認された。

【0065】

また、より低い温度である２５℃、５０℃でエッチングした場合には、Ｓｉ膜の換算エッチングレートは、それぞれ０．６ｎｍ／ｍｉｎおよび１０ｎｍ／ｍｉｎと１５０℃の場合よりも低い値となった。一方、これらの温度でのＳｉＧｅ膜、ＴｈＯ_ｘ膜、ＳｉＮ膜、Ｇｅ膜の換算エッチングレートは、いずれもほぼ０であった。これにより、５０℃以下の低温で、ＳｉＧｅ膜、ＴｈＯ_ｘ膜、ＳｉＮ膜、Ｇｅ膜に対してＳｉ膜をほぼ無限大の選択比でエッチングできることが確認された。

【0066】

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、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およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0067】

例えば、図２に示す基板の構造例はあくまで例示であり、処理ガスが接触可能な部分にＳｉと他の物質とを有する基板であれば適用可能である。また、上記処理システムやエッチング装置の構造についても例示に過ぎず、種々の構成のシステムや装置を用いることができる。例えば、上記実施形態では、エッチング装置としてノンプラズマの装置を例示したが、適宜の手段で処理ガスをプラズマ化するものであってもよい。また、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】

【0068】

１０；半導体基体
１１；Ｓｉ膜
１２；ＳｉＧｅ膜
１３；積層構造部
１４；凹部
１５；マスク層
１００；処理システム
１０５；エッチング装置
１４２；載置台
１４３；処理ガス供給部
１４４；排気部
１６５；温度調節器
Ｗ；半導体ウエハ（基板）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】