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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-06
(54)【発明の名称】プラズマエッチング技法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240130BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240130BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L29/78 301X
H01L29/78 301Y
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023545747
(86)(22)【出願日】2022-01-24
(85)【翻訳文提出日】2023-09-12
(86)【国際出願番号】 US2022013558
(87)【国際公開番号】W WO2022164759
(87)【国際公開日】2022-08-04
(31)【優先権主張番号】17/161,199
(32)【優先日】2021-01-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(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
(71)【出願人】
【識別番号】514028776
【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】ルアン，ピンシャン
(72)【発明者】
【氏名】モスデン，アエラン
【テーマコード（参考）】
5F004
5F140
【Ｆターム（参考）】
5F004AA05
5F004BA04
5F004BA20
5F004BB14
5F004BB25
5F004BB26
5F004BD03
5F004CA04
5F004CB05
5F004CB09
5F004DA01
5F004DA17
5F004DA18
5F004DA23
5F004DA24
5F004DA25
5F004DB00
5F004DB01
5F004DB07
5F004EA07
5F140BA03
5F140BA05
5F140BB05
5F140BB06
5F140BC15
5F140BF04
5F140CB04
(57)【要約】
特定の実施形態において、半導体基板を処理するための方法が、積層膜を含む半導体基板を受け取ることを含む。積層膜は、第１のゲルマニウム含有層及び第２のゲルマニウム含有層と、第１のゲルマニウム含有層と第２のゲルマニウム含有層との間に配置された第１のシリコン層とを含む。本方法は、フッ素剤及び窒素剤を含むプラズマに積層膜を暴露することによって、第１のシリコン層を選択的にエッチングすることを含む。プラズマは、第１のシリコン層をエッチングし、第１のゲルマニウム含有層及び第２のゲルマニウム含有層の露出面上に不動態化層を形成させて、プラズマへの積層膜の暴露の際に第１のゲルマニウム含有層及び第２のゲルマニウム含有層のエッチングを抑制する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板を処理するための方法であって、前記方法が、積層膜を含む半導体基板を受け取ることであって、前記積層膜が、第１のゲルマニウム含有層と、第２のゲルマニウム含有層と、前記第１のゲルマニウム含有層と前記第２のゲルマニウム含有層との間に配置された第１のシリコン層とを含む、ことと、
フッ素剤及び窒素剤を含むプラズマに前記積層膜を暴露することによって、前記第１のシリコン層を選択的にエッチングすることであって、前記プラズマが、前記第１のシリコン層をエッチングし、前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層の露出面上に不動態化層を形成させて、前記プラズマへの前記積層膜の暴露の際に前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層のエッチングを抑制する、ことと
を含む、方法。
【請求項2】
前記プラズマが水素剤を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記プラズマが三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含むガスから発生され、前記フッ素剤が前記ＮＦ３ガスから解離したフッ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記プラズマがＮ２ガスを含むガスから発生され、前記窒素剤が窒素である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記プラズマが、三フッ化窒素（ＮＦ３）及びアンモニア（ＮＨ３）、
ＮＦ３、ＮＨ３、及び窒素（Ｎ２）、
ＮＦ３、ＮＨ３、及びアルゴン（Ａｒ）、
ＮＦ３及び水素（Ｈ２）、
ＮＦ３、Ｈ２、及びＮ２、又は
ＮＦ３、Ｈ２、ＮＨ３、及びＮ２
を含む複合ガスから発生される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層の前記露出面上に形成された前記不動態化層が、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ３Ｎ４）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層が、両方ともゲルマニウム層である又は両方ともシリコン・ゲルマニウム層である、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層の一方がゲルマニウム層であり、前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層の他方がシリコン・ゲルマニウム層である、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第１のシリコン層を選択的にエッチングすることが、前記第１のシリコン層の端部部分を選択的にエッチングして、前記第１のゲルマニウム含有層と前記第２のゲルマニウム含有層との間において前記積層膜に窪みを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記第１のシリコン層が選択的にエッチングされると、前記第１のゲルマニウム含有層及び前記第２のゲルマニウム含有層の追加の表面が露出され、前記プラズマが前記追加の表面上に前記不動態化層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記第１のシリコン層を選択的にエッチングすることが、前記第１のゲルマニウム含有層と前記第２のゲルマニウム含有層との間において前記第１のシリコン層の実質的にすべてを選択的に除去することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記第１のシリコン層を選択的にエッチングすることの前に、自然酸化層が前記積層膜の表面上に存在し、
前記方法が前記自然酸化層をエッチングすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記積層膜が、第２のシリコン層と第３のゲルマニウム含有層とを更に含み、前記第２のシリコン層が前記第２のゲルマニウム含有層と前記第３のゲルマニウム含有層との間に配置され、前記方法が、前記プラズマに前記積層膜を暴露することによって前記第２のシリコン層を選択的にエッチングすることであって、前記プラズマが、前記第３のゲルマニウム含有層の露出面上に前記不動態化層を形成して、前記プラズマへの前記積層膜の暴露の際に前記第３のゲルマニウム含有層のエッチングを抑制する、ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
半導体基板を処理するための方法であって、前記方法が、プラズマツールのプラズマチャンバに半導体基板を配置することであって、前記半導体基板が、少なくとも２層のシリコン層及び少なくとも２層のゲルマニウム含有層がある状態で、シリコン層とゲルマニウム含有層とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜を含む、ことと、
前記プラズマツールの前記プラズマチャンバにおいて、フッ素剤、窒素剤、及び水素剤を含むプラズマを発生させることであって、前記プラズマが、前記プラズマチャンバ内に酸素含有ガスを意図的に導入することなしに発生される、ことと、
前記プラズマツールの前記プラズマチャンバにおいて、前記プラズマに前記積層膜を暴露することであって、前記プラズマが、前記ゲルマニウム含有層の露出面上に窒化物不動態化層を形成させ、前記シリコン層の両方の露出端を選択的にエッチングして、前記ゲルマニウム含有層の両方の露出端に対して前記シリコン層に窪みを形成し、前記窒化物不動態化層が、前記プラズマによる前記ゲルマニウム含有層のエッチングを抑制する、ことと
を含む、方法。
【請求項15】
前記プラズマが、フッ素含有ガスを含むガスから発生され、前記フッ素含有ガスが、三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、又は四フッ化炭素（ＣＦ４）を含み、前記フッ素剤が、前記フッ素含有ガスから解離したフッ素を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記プラズマが、窒素含有ガスを含むガスから発生され、前記窒素含有ガスが、Ｎ２、ＮＦ３、又はＮＨ３を含み、前記窒素剤が、前記窒素含有ガスから解離した窒素を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
前記プラズマが、窒素（Ｎ２）ガス及び水素（Ｈ２）ガスを含むガスから発生され、前記窒素剤が窒素を含み、
前記水素剤が水素を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
前記プラズマが、三フッ化窒素（ＮＦ３）及びアンモニア（ＮＨ３）、
ＮＦ３、ＮＨ３、及び窒素（Ｎ２）、
ＮＦ３、ＮＨ３、及びアルゴン（Ａｒ）、
ＮＦ３及び水素（Ｈ２）、
ＮＦ３、Ｈ２、及びＮ２、又は
ＮＦ３、Ｈ２、ＮＨ３、及びＮ２
を含む複合ガスから発生される、請求項１４に記載の方法。
【請求項19】
前記ゲルマニウム含有層の前記露出面上に形成された前記窒化物不動態化層が、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ３Ｎ４）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項20】
半導体基板を処理するための方法であって、前記方法が、プラズマツールのプラズマチャンバに半導体基板を配置することであって、前記半導体基板が、第１の材料の第１の層と第２の材料の第２の層とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜を含み、前記第１の材料がシリコンである、ことと、
前記第１の材料の前記第１の層を選択的にエッチングするためのプラズマを発生させることであって、前記プラズマを発生させることが、前記プラズマチャンバ内にフッ素及び窒素を含むガスを導入することと、前記半導体基板の温度を約－４０℃～約４０℃に維持することとを含む、ことと、
前記プラズマチャンバにおいて、前記プラズマに前記積層膜を一定時間暴露することであって、前記プラズマが、前記第１の材料の前記第１の層の両方の露出端を選択的にエッチングして、前記第２の材料の前記第２の層の両方の露出端に対して前記第１の材料の前記第１の層に窪みを形成する、ことと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本開示は、２０２１年１月２８日に出願された「ＰＬＡＳＭＡ ＥＴＣＨＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ」と題する米国特許出願第１７／１６１，１９９号明細書の利益を主張するものであり、同米国特許出願の内容の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、２０２１年１月２８日に出願された「ＰＬＡＳＭＡ ＥＴＣＨＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ」と題する米国特許出願第１７／１６１，１９９号明細書の利益を主張するものであり、同米国特許出願の内容の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に半導体製造に関し、特定の実施形態ではプラズマエッチング技法に関する。
【背景技術】
【0003】
集積回路（ＩＣ）製造産業は、速度、性能、及びコストを改善するために素子密度を上げることを目指している。より小さなノードサイズへのスケーリングを続けるために、デバイスアーキテクチャは、２次元（２Ｄ）平面構造から、ナノワイヤ又は縦型トランジスタなどによる３次元（３Ｄ）垂直構造へと進化してきた。ゲート電位による伝導チャネルの制御が不十分であることにより、このような変化が望まれるようになっている。短チャネル効果（ＳＣＥ）は、ゲート寸法のスケールダウンにつれて無視できなくなり、ゲートに電圧が印加されていないときの電流伝導（Ｉｏｆｆ）を増加させ得る。デバイスアーキテクチャを変更することにより、ゲートのより良好な静電的制御が可能になって、ＳＣＥ及び電力損失が低減され得る。ナノワイヤデバイスの製造は、高度に選択的な等方性エッチングプロセスが有益である場合に、３Ｄエッチングの課題を呈し得る。例えば、露出した材料の層を互いに対してエッチングして、積層膜に窪みを作成することが必要になり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
特定の実施形態において、半導体基板を処理するための方法が、積層膜を含む半導体基板を受け取ることを含む。積層膜は、第１のゲルマニウム（Ｇｅ）含有層及び第２のＧｅ含有層と、第１のＧｅ含有層と第２のＧｅ含有層との間に配置された第１のシリコン（Ｓｉ）層とを含む。本方法は、フッ素剤及び窒素剤を含むプラズマに積層膜を暴露することによって、第１のＳｉ層を選択的にエッチングすることを含む。プラズマは、第１のＳｉ層をエッチングし、第１のＧｅ含有層及び第２のＧｅ含有層の露出面上に不動態化層を形成させて、プラズマへの積層膜の暴露の際に第１のＧｅ含有層及び第２のＧｅ含有層のエッチングを抑制する。
【0005】
特定の実施形態において、半導体基板を処理するための方法が、プラズマツールのプラズマチャンバに半導体基板を配置することを含む。半導体基板は、少なくとも２層のＳｉ層及び少なくとも２層のＧｅ含有層がある状態で、Ｓｉ層とＧｅ含有層とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜を含む。本方法は、プラズマツールのプラズマチャンバにおいて、フッ素剤、窒素剤、及び水素剤を含むプラズマを発生させることを含む。プラズマは、プラズマチャンバ内に酸素含有ガスを意図的に導入することなしに発生される。本方法は、プラズマツールのプラズマチャンバにおいて、プラズマに積層膜を暴露することを含む。プラズマは、Ｇｅ含有層の露出面上に窒化物不動態化層を形成させ、Ｓｉ層の両方の露出端を選択的にエッチングして、Ｇｅ含有層の両方の露出端に対してＳｉ層に窪みを形成する。窒化物不動態化層は、プラズマによるＧｅ含有層のエッチングを抑制する。
【0006】
半導体基板を処理するための方法が、プラズマツールのプラズマチャンバに半導体基板を配置することを含む。半導体基板は、第１の材料の第１の層と第２の材料の第２の層とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜を含む。第１の材料はＳｉである。本方法は、第１の材料の第１の層を選択的にエッチングするためのプラズマを発生させることを含む。プラズマを発生させることは、プラズマチャンバ内にフッ素及び窒素を含むガスを導入することと、半導体基板の温度を約－４０℃～約４０℃に維持することとを含む。本方法は、プラズマチャンバにおいて、プラズマに積層膜を一定時間暴露することを含む。プラズマは、第１の材料の第１の層の両方の露出端を選択的にエッチングして、第２の材料の第２の層の両方の露出端に対して第１の材料の第１の層に窪みを形成する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示及びその利点についてより完全に理解するために、添付の図面と併せて読まれるべき以下の説明を参照する。
【0008】
【図1A】本開示の特定の実施形態による、半導体基板を処理するための例示的なプロセスにおける例示的な半導体基板の断面図を示す。
【図1B】本開示の特定の実施形態による、半導体基板を処理するための例示的なプロセスにおける例示的な半導体基板の断面図を示す。
【図1C】本開示の特定の実施形態による、半導体基板を処理するための例示的なプロセスにおける例示的な半導体基板の断面図を示す。
【図1D】本開示の特定の実施形態による、半導体基板を処理するための例示的なプロセスにおける例示的な半導体基板の断面図を示す。
【図2】本開示の特定の実施形態による、半導体基板を処理するための例示的な方法を示す。
【図3】本開示の特定の実施形態による、半導体基板を処理するための例示的な方法を示す。
【図4】本開示の特定の実施形態による、凹んだ交互積層膜を有する基板を含む例示的なデバイスを示す。
【図5】本開示の特定の実施形態による、例示的なプラズマツールのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
ある材料を他の材料よりも選択的にエッチングすることを試みる様々な技法が存在する。場合によっては、２つの材料の化学的性質が十分に異なることにより、材料の一方をエッチングすることに選択的であるプラズマを、他方の材料をエッチングすることを気にせずに使用できる。他の場合では、材料の化学的性質が類似していることもあれば、利用可能なエッチングプロセスが他の要因によって制限されていることもあるため、選択的エッチングにとって適切なエッチング状態を決定することがより難しい。特定の材料は、ある材料を、別の材料をほとんど又はまったくエッチングすることなくエッチングすることが望ましい場合に、より難しい選択性の課題を呈する。このタイプの選択的エッチングのための従来のプロセスは、ある材料を別の材料よりも選択的にエッチングすることを実現できないこともあれば、選択性、エッチングプロファイル（例えば、局所的な均一性及び／又は表面粗さ）などのプロセス要件を達成できないこともある。
【0010】
ゲート・オール・アラウンド（ＧＡＡ）デバイスなどの半導体デバイスの３Ｄ垂直構造においてチャネル領域として機能するナノワイヤ又はナノシートを形成する際に、選択性の課題が生じ得る。このようなナノワイヤを形成することは、ベース層上に積層膜を形成することを含み、積層膜が、Ｓｉの層とＧｅ又はＳｉ－Ｇｅ（ＳｉＧｅ）合金の層とを交互に積み重ねた配置で含む。このプロセスの一部は、Ｇｅ含有層のエッチングを最小限に抑えながら、Ｓｉ層の両方の端部において積層膜に窪みをエッチングして、後に伝導デバイスとして使用するためにＧｅ含有層の端部部分を露出させることを含み得る。自然酸化層（ＮＯＬ）及び／又は積層膜の表面上に存在する他の残留物（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）残留物）を部分的に含む様々な課題に起因して、従来のエッチング技法は十分ではない場合がある。
【0011】
例えば、いくつかの従来技法は、三フッ化窒素（ＮＦ３）（又は別のエッチャント）及び酸素（Ｏ２）のプラズマを使用した単一のエッチング工程を採用している。このプラズマにおけるフッ素ラジカルがＳｉ層をエッチングし、酸素がＧｅ含有層におけるＧｅと反応して、Ｇｅ含有層上に酸化Ｇｅ（例えば、ＧｅＯ２）保護層が形成され得る。しかしながら、エッチング後の構造体は、一般に、Ｓｉ層及びＧｅ含有層の露出面に沿って許容できないレベルの表面粗さを示し、その原因の一部はＮＯＬのエッチングにある。更に、ＧｅＯ２保護層はＳｉ層を選択的にエッチングすることを助け得るが、ＧｅＯ２層はＧｅ含有層のかなりの部分を消費する。
【0012】
別の例として、積層膜に窪みを形成するプラズマエッチングを行う前に、いくつかの従来技法は、ＮＯＬを除去するためにウェットプロセス又はドライプロセスを用いる。積層膜は、希フッ化水素（ＨＦ）酸又は化学的酸化物除去プロセスを使用して処理され得る。しかしながら、Ｓｉ層及びＧｅ含有層の両方の表面上のＮＯＬを除去することは、その後の（例えば、ＮＦ３及びＯ２を使用する）Ｇｅ含有層のエッチングが最小又はまったく無い状態でＳｉ層をエッチングする窪みプラズマエッチングプロセスの選択性を低下させ得る。
【0013】
以下に示す実施形態は、選択的エッチングの様々な方法を説明する。例えば、実施形態は、基板の積層膜（例えば、Ｓｉ層とＧｅ含有層とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜）の部分を選択的にエッチングするために使用され得る。Ｇｅ含有層のナノワイヤを形成するために、Ｓｉ層のエッジ部分に窪みを選択的にエッチングする（又は場合により完全に除去する）ことが望ましい場合がある。
【0014】
特定の実施形態は、無酸素プラズマを使用して、Ｓｉ層とＧｅ含有層とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜に窪んだ領域、すなわち凹部を形成する。無酸素プラズマは、Ｇｅ含有層の露出面上に不動態化層（例えば、窒化Ｇｅ不動態化層）を形成させ得る。無酸素プラズマに基板を暴露する前に、適切なドライエッチングプロセス又はウェットエッチングプロセスを用いて、積層膜の露出面からバリア層（例えば、ＮＯＬ）が実質的に除去され得る。
【0015】
図１Ａ～図１Ｄは、本開示の特定の実施形態による、基板１０２を処理するための例示的なプロセス１００における例示的な基板１０２の断面図を示している。特定の実施形態において、プロセス１００は、基板１０２の積層膜の特定の層の部分をエッチングするために、無酸素プラズマエッチングプロセスを組み込み、その結果、プロセス１００の実行後に窪んだ積層膜を有する基板１０２が得られる。無酸素とは、必ずしもすべての酸素がプロセス１００から排除されることを意味するものではなく、Ｏ２及びＣＯ２などの酸素含有ガスがプラズマエッチングプロセスの一部として意図的に導入されないことを反映するものであることを理解されたい。
【0016】
図１Ａに示すように、基板１０２は、ベース層１０６上に配置された積層膜１０４を含む半導体基板である。積層膜１０４は、Ｓｉ層１０８とＧｅ含有層１１０とを交互に積み重ねた配置で含む。積層膜１０４は、任意の適切な形状を有し、任意の適切な数の層を含むことができる。例として、Ｓｉ層１０８及びＧｅ含有層１１０の垂直方向の厚さは、それぞれ約１０ｎｍ～約２５ｎｍであり得、特定の例としては、約１０ｎｍ又は約２０ｎｍであり得る。加えて、Ｓｉ層１０８は、同じ厚さを有してもよいし互いに厚さが異なってもよく、Ｇｅ含有層１１０は、同じ厚さを有してもよいし互いに厚さが異なってもよく、Ｓｉ層１０８及びＧｅ含有層１１０は、同じ厚さを有してもよいし互いに厚さが異なってもよい。特定の例では、Ｓｉ層１０８及びＧｅ含有層１１０はすべて実質的に同じ厚さを有する。
【0017】
Ｓｉ層１０８の材料は、例えば、純粋なＳｉ又は窒化Ｓｉ（ＳｉＮ）であり得る。特定の実施形態において、すべてのＳｉ層１０８は同じ材料を含むが、Ｓｉ層１０８は、所望により異なる材料を含むことができる。
【0018】
Ｇｅ含有層１１０の材料は、例えば、純粋なＧｅ又はＳｉＧｅ合金であり得る。特定の例として、Ｇｅ含有層１１０は、所与の用途の所望のエッチング特性又はプロセス１００を部分的に使用して形成された結果として得られる半導体デバイスの所望の性能のために、適切な比率（例えば、Ｓｉ０．７Ｇｅ０．３、Ｓｉ０．７５Ｇｅ０．２５など）のＳｉＧｅ合金（混合物）を含み得る。特定の実施形態において、すべてのＧｅ含有層１１０は同じ材料を含むが、Ｇｅ含有層１１０は、所望により異なる材料を含むことができる。
【0019】
ベース層１０６は、任意の適切な材料であってよく、一例では、Ｇｅ又はＳｉＧｅ合金を含む。特定の例では、積層膜１０４は、ベース層１０６の上にＳｉ（例えば、Ｓｉ層１０８）とＧｅ又はＳｉＧｅ（例えば、Ｇｅ含有層１１０）とのヘテロエピタキシャル層を交互に成長させることによって形成される。
【0020】
任意選択のハードマスク１１２が積層膜１０４の上に含まれることもある。ハードマスク１１２は、例えば以前のエッチングプロセスにおいて、積層膜１０４の構造体を形成するために使用されたものであり得る。特定の実施形態において、ハードマスク１１２はＳｉＮであるが、任意の適切な材料を含むことができる。
【0021】
バリア層１１４が、（ハードマスク１１２を含む）積層膜１０４、及びこの例ではベース層１０６上に形成される。バリア層１１４は、基板１０２に適用された以前の製造工程（例えば、ＲＩＥ）、又は基板１０２の他の処理（例えば、処理ツール間を移動する際の周囲空気への暴露）から得られることがある。特定の例として、バリア層１１４は、ＮＯＬ、ＲＩＥ残留物、又はその両方を含み得る。ＮＯＬは、基板１０２がＯ２及びＨ２Ｏを含む周囲空気に暴露された場合などに、基板１０２の表面上に形成される、例えば約１ｎｍ～約２．０ｎｍの厚さのＳｉＯ２（又は他の適切な材料）の薄層であり得る。例えば、ベース層１０６、Ｓｉ層１０８、Ｇｅ含有層１１０、及びハードマスク１１２の表面が、周囲空気と相互作用することがあり、その結果、それらの表面にバリア層１１４が形成され得る。別の例として、ベース層１０６、Ｓｉ層１０８、Ｇｅ含有層１１０、及びハードマスク１１２の表面は、以前のＲＩＥ工程の結果として得られた残留物を含み得る。
【0022】
バリア層１１４は、バリア層１１４の下にある層とは異なるエッチング特性を有し得る。バリア層１１４は、（ハードマスク１１２を含む）積層膜１０４及びベース層１０６の上を略均一に被覆するものとして示されているが、均一に被覆するのであってもしないのであってもよい。
【0023】
積層膜１０４における層のそれぞれが、図示のように断面の視点から見ると、一対の両端にある露出面を有する。つまり、Ｓｉ層１０８のそれぞれが（両端にある）露出面１１６を有し、Ｇｅ含有層１１０のそれぞれが（両端にある）露出面１１８を有する。加えて、図１Ａに示す状態では、基板１０２がバリア層１１４を含むことから、Ｓｉ層１０８の露出面１１６及びＧｅ含有層１１０の露出面１１８がバリア層１１４を含む。
【0024】
図１Ｂに示すように、バリア層１１４がエッチングされて、Ｓｉ層１０８の露出面１１６から、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８から、並びにベース層１０６及びハードマスク１１２の露出面から、バリア層１１４の一部又は全部が除去される。バリア層１１４は、任意の適切なウェットエッチングプロセス又はドライエッチングプロセスを含む任意の適切なプロセスを用いて除去され得る。特定の実施形態において、基板１０２が希ＨＦ酸又は化学的酸化物除去プロセスを用いて処理されて、バリア層１１４の一部又は全部が除去される。バリア層１１４をエッチングするために使用されるプロセスは、ハードマスク１１２の一部又は全部を除去してもしなくてもよいが、この例の目的のために、ハードマスク１１２は除去又はエッチングされないことが示されている。しかしながら、Ｓｉ層１０８の露出面１１６から、及びＧｅ含有層１１０の露出面１１８からバリア層１１４を除去することは、Ｇｅ含有層１１０のエッチングが最小又はまったく無い状態でＳｉ層１０８をエッチングすることを試みる、その後の従来の酸素ベースの窪みプラズマエッチングプロセス（例えば、ＮＦ３及びＯ２を使用する）の選択性を低下させ得る。
【0025】
図１Ｃに示すように、プロセス１００のプラズマ工程１２０において、基板１０２がプラズマ１２２に暴露されて、Ｓｉ層１０８が選択的にエッチングされる。例えば、基板１０２が無酸素プラズマであるプラズマ１２２に暴露されて、Ｓｉ層１０８の露出面１１６が選択的にエッチングされて、Ｓｉ層１０８の両方の端部部分が除去／エッチングの中間状態にある状態で、隣接するＧｅ含有層１１０に対して積層膜１０４に窪み１３６を形成し得る。特定の実施形態において、プラズマ工程１２０は等方性エッチングプロセスである。
【0026】
プラズマ工程１２０は、プラズマツールのプラズマチャンバ１２３で行われ得る。プラズマツールは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ツール、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）ツール、表面波プラズマ（ＳＷＰ）ツールなどを含む任意の適切なタイプのプラズマツールであってよい。１つの例示的なプラズマツールについては図５を参照して後述する。
【0027】
特定の実施形態において、プラズマ工程１２０は、基板１０２の積層膜の特定の層の部分をエッチングする無酸素プラズマエッチングプロセスであり、その結果、プロセス１００の実行後に窪んだ、すなわち凹んだ積層膜を有する基板１０２が得られる。無酸素とは、必ずしもすべての酸素がプラズマ工程１２０から排除されることを意味するものではなく、酸素含有ガスがプラズマ工程１２０の一部として意図的に導入されないことを反映するものであることを理解されたい。プラズマチャンバ１２３からすべての酸素を除去することは困難又は不可能であり得るため、以下に説明する特定の工程においては、いくらかの酸素が依然として存在し得る。
【0028】
プラズマ１２２に基板１０２を暴露する際、またＳｉ層１０８の選択的エッチングを助けるために、プラズマ１２２は、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上に不動態化層１２４を形成させ得る。プラズマ１２２は、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８においてＧｅ含有層１１０の部分を除去し、置き換える、又は他の仕方で変更することによって、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上に不動態化層１２４を形成させ得る。特定の実施形態において、不動態化層１２４はまた、ベース層１０６が純粋なＧｅである、又はＧｅを含む場合（例えば、ＳｉＧｅベース層１０６）など、ベース層１０６の露出面上に形成され得る。
【0029】
プラズマ１２２に基板１０２を暴露する際、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上（及び、図示の例では、ベース層１０６の露出面上）の不動態化層１２４が、Ｇｅ含有層１１０（及び、図示の例では、ベース層１０６）のエッチングを抑制する。換言すれば、プラズマ１２２は、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上（及びベース層１０６の露出面上）の不動態化層１２４の形成及び存在に少なくとも部分的に起因して、Ｓｉ層１０８を選択的にエッチングする。
【0030】
不動態化層１２４は任意の適切な厚さを有し得るが、特定の実施形態において、不動態化層は、２ｎｍ以下など、比較的薄い。不動態化層１２４は、例えば、単層であり得る。特定の実施形態において、不動態化層１２４は、窒化Ｇｅ（例えば、Ｇｅ３Ｎ４）などの窒化物である。
【0031】
プラズマ１２２がＳｉ層１０８をエッチングすると、Ｇｅ含有層１１０の追加の表面１３８が露出する。つまり、Ｓｉ層１０８の選択的エッチングに起因して、積層膜１０４に窪み１３６、すなわち凹部が形成され、Ｇｅ含有層１１０の追加の表面１３８が露出する。プラズマ１２２は、追加の表面１３８上に不動態化層１２４を形成することに進み得る。追加の表面１３８上に形成された不動態化層１２４はまた、窒化Ｇｅ（例えば、Ｇｅ３Ｎ４）などの窒化物であり得る。換言すれば、Ｓｉ層１０８がＧｅ含有層１１０の上、下、及び／又は間でエッチングされるため、不動態化層１２４が、Ｇｅ含有層１１０の新たな露出面（例えば、追加の表面１３８）の上に更に形成される。追加の表面１３８上の不動態化層１２４は追加の表面１３８におけるＧｅ含有層１１０のエッチングを抑制し、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８における不動態化層１２４は露出面１１８におけるＧｅ含有層１１０のエッチングを抑制する。
【0032】
プラズマ１２２は、フッ素剤１２６、水素剤１２８、及び窒素剤１３０を含み得る。フッ素剤１２６は、Ｓｉ層１０８の露出面１１６においてＳｉ層１０８をエッチングするためのエッチャントとして主に機能し得る。水素剤１２８は還元剤として機能し、フッ素剤１２６の存在下で、Ｓｉ層１０８の露出面１１６におけるＳｉ層１０８のエッチングを助け得る。更に、該当する場合には、プラズマ１２２を発生させるために使用されるガスに応じて、水素剤１２８はフッ素及び窒素の特定の化合物を更に分解して、フッ素剤１２６及び窒素剤１３０を生成し得る。窒素剤１３０は、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８においてＧｅと反応して、露出面１１８において窒化物層（例えば、Ｇｅ３Ｎ４などの窒化Ｇｅ層）を形成する。例えば、プラズマ１２２において発生された原子状窒素（Ｎ）は、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８（及びベース層１０６の露出面）においてＧｅ分子と反応して、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上（及びベース層１０６の露出面上）に不動態化層１２４（例えば、窒化物層）を形成し得る。
【0033】
特定の実施形態において、プラズマ１２２は、フッ素ガス、窒素ガス、及び水素ガスを含むガスから発生され得る。いくつかの例として、プラズマ１２２を発生させるために使用されるフッ素含有ガスは、ＮＦ３、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、又は四フッ化炭素（ＣＦ４）を含み得る。更に、フッ素が記載されているが、他のハロゲンがエッチングプロセスを助けるために使用されてもよい。
【0034】
特定の実施形態において、いかなる酸素含有ガスも、プラズマ１２２を発生させるガスの一部として意図的に導入されない。特定の例として、プラズマ１２２を発生させるために使用されるガスは、ＮＦ３、Ｎ２、及びＨ２の適切な組み合わせを含み得る。別の特定の例として、ガスは、ＮＦ３、アンモニア（ＮＨ３）、及びＮ２を含み得る。特定の実施形態において、Ｎ２は、アルゴン（Ａｒ）若しくはクリプトン（Ｋｒ）などの希ガスで置き換えられ得る、又はそのような希ガスがＮ２と組み合わせて使用され得る。特定の例として、プラズマ１２２を発生させるために使用されるガス／複合ガスは、Ｎ２／Ｈ２／ＮＦ３、Ｎ２／ＮＨ３／ＮＦ３、Ａｒ／ＮＨ３／ＮＦ３、Ｎ２／Ｈ２／Ａｒ／ＮＦ３、ＮＦ３／ＮＨ３、ＮＦ３／Ｈ２、又はＮ２／Ｈ２／ＮＨ３／ＮＦ３を含み得る。
【0035】
フッ素剤１２６及び窒素剤１３０（及び場合により水素剤１２８）を含むプラズマ（例えば、プラズマ１２２）にＳｉ層１０８及びＧｅ含有層１１０を暴露する場合、フッ素剤１２６が、水素剤１２８又は窒素剤１３０がＳｉと反応するよりも速くＳｉと（例えば、Ｓｉ層１０８の露出面１１６において）反応し、その結果、Ｓｉ層１０８がエッチングされ得る。更に、フッ素剤１２６は、水素剤１２８又は窒素剤１３０よりも反応性が高いと一般に考えられるが、フッ素剤１２６及び窒素剤１３０（及び場合により水素剤１２８）を含むプラズマ１２２にＧｅ含有層１１０を暴露する場合、水素剤１２８及び／又は窒素剤１３０は、フッ素剤１２６がＧｅと反応するよりも早くＧｅと（例えば、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８及び追加の表面１３８において）反応し、不動態化層１２４（例えば、窒化Ｇｅ）を形成し得る。更に、水素剤１２８及び／又は窒素剤１３０のＧｅとの反応が、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８及び追加の表面１３８上での不動態化層１２４の形成に大いに関与するため、Ｇｅ含有層１１０におけるＧｅ濃度が高くなると、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８及び追加の表面１３８上で不動態化層１２４が形成される可能性が高くなり得る。
【0036】
プラズマ１２２を発生させるために使用されるガスがＮＦ３及びＮ２を含む例では、ＮＦ３のＮ２に対する比率が適切に検討され得る。特定の実施形態において、プラズマ１２２は、フッ素によるＧｅ含有層１１０のエッチングを低減又は排除するために、且つプラズマ１２２においてフッ素がより反応性の高い化学物質であることから、不動態化層１２４が十分に迅速に形成されることを確保するためにフッ素よりも窒素を多く含む。適切な比率（又は比率の範囲）は、他のプロセスパラメータ及びＧｅ含有層１１０におけるＧｅ濃度を含む、様々な要因に依存し得る。特定の実施形態において、Ｇｅ含有層１１０におけるＧｅの割合が高いほど、不動態化層１２４がより迅速に形成されることになり、より良い結果につながり得る。Ｈ２は、Ｓｉ層１０８のエッチング、並びにＧｅ含有層１１０の露出面１１８及び追加の表面１３８上での不動態化層１２４の形成を含む、プラズマチャンバ１２３において行われる反応の促進を助けるために添加され得る。ＮＦ３のＨ２に対する比率の例示的な範囲としては、ＮＦ３：Ｈ２＝１：１．５～ＮＦ３：Ｈ２＝１：３が挙げられる。ＮＦ３のＮ２に対する比率の例示的な範囲としては、ＮＦ３：Ｎ２＝１：２．５～ＮＦ３：Ｎ２＝１：１０が挙げられる。
【0037】
プラズマ１２２を発生させるための他のプロセスパラメータは、ガス流量、圧力、プラズマソース電力、プラズマバイアス電力、時間、及び温度を含む。プラズマ１２２を形成するためのガスは、任意の適切な流量で供給され得る。特定の実施形態において、エッチャントソースガス流量はＮＦ３＝２０～５０ｓｃｃｍ、Ｈ２＝３０～１５０ｓｃｃｍ、Ｎ２＝５０～５００ｓｃｃｍである。特定の実施形態において、プラズマ工程１２０は、中間圧力（例えば、約１００ｍＴｏｒｒ～約５００ｍＴｏｒｒ、一例では約３００ｍＴｏｒｒ～約３５０ｍＴｏｒｒ）及び中間ソース電力（例えば、約１００Ｗ～約４００Ｗ、一例では約２００Ｗ～約３００Ｗ）で実行され得る。プラズマ工程１２０の暴露時間は任意の適切な時間とすることができる。特定の実施形態において、暴露時間は、わずか約５秒以下、１０秒以下、１５秒以下、又は２０秒以下とすることができる。特定の実施形態では、暴露時間は約１５秒である。特定の実施形態において、プラズマ工程１２０は約－４０℃～約２０℃の温度、一例では約０℃の温度で行われる。本明細書で提供される特定の値及び範囲は、例示目的に過ぎないことを理解されたい。
【0038】
無酸素エッチングプロセス１２０の１つの例示的なレシピは、圧力３５０ｍｔｏｒｒ、ソース電力（誘導結合プラズマ）３００Ｗ、バイアス電力０Ｗ、ウェーハ処理温度０℃、ＮＦ３、Ｈ２、及びＮ２の流量としてそれぞれ３０ｓｃｃｍ、５５ｓｃｃｍ、及び２５０ｓｃｃｍを含む。別の例示的なレシピは、圧力３００ｍｔｏｒｒ、ソース電力（誘導結合プラズマ）３００Ｗ、バイアス電力０Ｗ、ウェーハ処理温度０℃、ＮＦ３、Ｈ２、及びＮ２の流量としてそれぞれ２０ｓｃｃｍ、３６ｓｃｃｍ、及び２５０ｓｃｃｍを含み得る。
【0039】
図１Ｄは、プラズマ工程１２０後の基板１０２を示している。図１Ｄに示す状態では、積層膜１０４は窪み１３６（そのうちの２つの例がラベル付与されている）を含む。更に、窪み１３６の形成に起因して、Ｇｅ含有層１１０の露出端１４１（そのうちの１つの例がラベル付与されている）が形成され得る。
【0040】
図１Ｄは、露出端の間隔１４２及びエッチング幅１４４など、結果として得られる基板１０２の特定の測定値を示している。例えば、露出端の間隔１４２は、積層膜１０４の第１の側にある第１の露出面１１６から積層膜１０４の第２の側にある反対側の第２の露出面１１６までの各Ｓｉ層１０８を測定することによる、Ｓｉ層１０８の（この断面における）残りの幅を示している。露出端の間隔１４２は、特定の実施形態において２０ｎｍ未満、一実施形態では２ｎｍ～２０ｎｍであり得る。露出端の間隔はまた、エッチング前の露出端の間隔を指す場合もある。エッチング幅１４４は、特定のＳｉ層１０８の特定の端部から、どれくらいの特定のＳｉ層１０８が除去されたかを測定し得る。換言すれば、エッチング幅１４４は、Ｓｉ層１０８の窪み１３６の量を測定し得る。特定の実施形態において、エッチング幅１４４は約５ｎｍ～約１５ｎｍである。しかしながら、露出端の間隔１４２及びエッチング幅１４４は、所与の用途によっては、これらの範囲外になり得る。
【0041】
次いで、その後の処理が基板１０２上で行われ得る。例えば、プラズマ工程１２０が、ＧＡＡデバイスなどの半導体デバイスのチャネル領域のための対応するナノワイヤにＧｅ含有層１１０を形成するためのプロセスに統合されてもよい。このようなデバイスでは、その後の処理は、窪み１３６を絶縁体で充填すること、Ｓｉ層１０８の残りの部分を除去すること、Ｇｅ含有層１１０の周囲にゲート酸化物を設けること、及び他の関連する工程を含み得る（これらはすべて例示目的のみで提示したものである）。このようなデバイスでは、Ｇｅ含有層１１０の露出端１４１は、積層膜１０４の領域に形成されたチャネル領域への導電性接点として機能し得る。
【0042】
プロセス１００は、１つ以上の技術的利点をもたらし得る。Ｇｅ含有層よりもＳｉ層を選択的にエッチングするための従来技法は、エッチャント（例えば、フッ素）及び酸素（例えば、ＮＦ３／Ｏ２又はＣＦ４／Ｏ２）を含むプラズマ化学物質（略称Ｆ／Ｏベースのプラズマ）を使用する。このようなＦ／Ｏベースのプラズマは、Ｇｅ含有層の表面を酸化させて、Ｇｅ含有層上に二酸化Ｇｅ（ＧｅＯ２）又はＧｅ酸窒化物（ＧｅＯｘＮｙ）エッチストップ層を形成し得る。このエッチストップ層は、エッチャントがＧｅ含有層をエッチングする能力を抑制するが、このエッチストップ層は厚く、それによりＧｅ含有層のかなりの部分が置き換えられ、Ｇｅ含有層の厚さが望ましくない量減少し得る。デバイスサイズが小さくなるにつれて、この損失はチャネル領域のＧｅ含有層（及び最終的にはナノワイヤ／ナノシート）の大きな割合になり得る。加えて、このエッチストップ層が形成されるまでの時間において、エッチャントはエッチストップ層がまだ形成されていない領域を攻撃することができる。更に、酸化物エッチストップ層は水溶性であってもよい。
【0043】
加えて、Ｆ／Ｏベースのプラズマは、半導体基板上の二酸化Ｓｉ（ＳｉＯ２）、窒化Ｓｉ（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化物、及び低誘電率材料などの他の材料をエッチングすることがあり、このことは望ましくない場合がある。換言すれば、このような酸素含有プラズマ（例えば、Ｆ／Ｏベースのプラズマ）は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、酸化物、及び低誘電率材料に対して選択的ではない。
【0044】
プロセス１００の実施形態によれば、Ｇｅ含有層１１０上に形成される不動態化層１２４は、従来技法によりＧｅ含有層を酸化することにより形成されるエッチストップ層よりも薄い窒化物（例えば、窒化Ｇｅ）を含み得る。特定の実施形態において、プラズマ１２２に（積層膜１０４を含む）基板１０２を暴露することによってＳｉ層１０８を選択的にエッチングすることは、Ｇｅ含有層１１０の厚さを約２．０ｎｍ未満減少させる。よって、プロセス１００は、Ｓｉ層１０８の選択的エッチングにおけるＧｅ含有層１１０の損失を、従来技法を使用した場合よりも低減し得る。
【0045】
加えて、Ｇｅ含有層１１０に対するプラズマ１２２の高い選択性に少なくとも部分的に起因して（このこと自体は、Ｇｅ含有層１１８の露出面１１８及び追加の表面１３８上での不動態化層１２４の迅速な形成に少なくとも部分的に起因する）、積層膜１０４は、改善されたエッチングプロファイルを有し得る。改善されたエッチングプロファイルは、（Ｓｉ層１０８が完全に除去されない範囲で）Ｓｉ層１０８の表面１１６に沿って、特に、プラズマ工程１２０後のＧｅ含有層の露出面１１８及び残りの表面１３８に沿って、低減された表面粗さを含み得る。追加的又は代替的に、改善されたエッチングプロファイルは、プラズマ工程１２０後のＧｅ含有層の露出端１４１のシャープな縁部及び正方形の形状のプロファイルを含み得る。特定の実施形態において、プラズマ１２２の使用を含むプラズマ工程１２０は、（Ｓｉ層１０８が完全に除去されない範囲で）Ｓｉ層１０８の表面１１６に沿って比較的直線的なＳｉエッチフロントを提供し、且つ積層膜１０４の各Ｓｉ層１０８から除去されるＳｉの量に関して良好な局所的な均一性を提供する。
【0046】
窒化物（例えば、窒化Ｇｅ）不動態化層１２４は水に不溶性であってもよく、不動態化層１２４がＯ２及びＨ２Ｏ拡散バリアとして機能することを可能にし、これによりＧｅ含有層１１０から形成されるナノワイヤの安定性を改善する。プラズマ１２２（例えば、フッ素含有プラズマ、水素含有プラズマ、及び窒素含有プラズマ）はまた、Ｇｅ及びＳｉＧｅに選択的であることに加えて、プラズマ１２２が従来のＦ／Ｏベースのプラズマがこれらの材料をエッチングする原因となる酸素を含まないため、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、酸化物、及び低誘電率材料にも選択的であり得る。更に、窪みエッチングの前にバリア層１１４を除去することは、表面粗さを減少させ得るが、加えて、プラズマ１２２はまた、酸化物エッチストップ層に対して不動態化層１２４が形成される速度が増加することに起因して、Ｇｅ含有層１１０に対してＳｉ層１０８をエッチングする選択性も改善される。
【0047】
図２は、本開示の特定の実施形態による、基板１０２を処理するための例示的な方法２００を示している。方法２００は工程２０２において開始する。工程２０４において、基板１０２が受け取られる。基板１０２は、Ｓｉ層１０８とＧｅ含有層１１０とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜１０４を有する。つまり、積層膜１０４は、（例えば、図１Ａに示すように）交互に配置されたＳｉ層１０８とＧｅ含有層１１０と含み得る。バリア層１１４（例えば、ＮＯＬ）は、Ｓｉ層１０８の露出面１１６上、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上、並びにベース層１０６及びハードマスク１１２の露出面上など、積層膜１０４の表面上に存在し得る。
【0048】
工程２０６において、積層膜１０４の表面上のバリア層１１４がエッチングされて、例えば、Ｓｉ層１０８の露出面１１６から、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８から、並びにベース層１０６及びハードマスク１１２の露出面から、バリア層１１４が除去される。バリア層１１４は、任意の適切なプロセス（例えば、ウェットエッチングプロセス又はドライエッチングプロセス）を用いて除去され得る。
【0049】
工程２０８において、Ｓｉ層１０８は、プラズマ１２２に（積層膜１０４を含む）基板１０２を暴露することによって選択的にエッチングされる。プラズマ１２２は、フッ素剤１２６及び窒素剤１３０を含み得る。特定の実施形態において、プラズマ１２２は水素剤１２８を更に含む。プラズマ１２２は、Ｓｉ層１０８をエッチングし、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上に不動態化層１２４を形成させて、プラズマ１２２への（積層膜１０４を含む）半導体デバイス１０２の暴露の際にＧｅ含有層１１０のエッチングを抑制する。特定の実施形態において、工程２０８は等方性エッチングプロセスである。
【0050】
特定の実施形態において、プラズマ１２２はＮＦ３ガスを含むガスから発生され、フッ素剤１２６はＮＦ３ガスから解離したフッ素を含む。特定の実施形態において、プラズマ１２２はＮ２ガスを含むガスから発生され、窒素剤１３０は窒素を含む。特定の例として、プラズマ１２２は、ＮＦ３及びＮＨ３、ＮＦ３、ＮＨ３、及びＮ２、ＮＦ３、ＮＨ３、及びＡｒ、ＮＦ３及びＨ２、ＮＦ３、Ｈ２、及びＮ２、又はＮＦ３、Ｈ２、ＮＨ３、及びＮ２を含む複合ガスから発生される。特定の実施形態において、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８上に形成された不動態化層１２４は、窒化Ｇｅ（Ｇｅ３Ｎ４）を含む。
【0051】
Ｓｉ層１０８を選択的にエッチングすることは、Ｓｉ層１０８の端部部分を選択的にエッチングして、Ｇｅ含有層１１０の上、下、又は間で積層膜１０４に窪み１３６を形成することを含み得る。Ｓｉ層１０８が選択的にエッチングされると、Ｇｅ含有層１１０の追加の表面１３８が露出され、プラズマ１２２は追加の表面１３８上に不動態化層１２４を形成する。特定の実施形態において、Ｓｉ層１０８を選択的にエッチングすることは、Ｇｅ含有層１１０が解放されるようにＳｉ層１０８の実質的にすべてを選択的に除去することを含む。特定の実施形態において、プラズマ１２２に（積層膜１０４を含む）基板１０２を暴露することによってＳｉ層１０８を選択的にエッチングすることは、Ｇｅ含有層１１０の厚さを約２．０ｎｍ未満減少させる。
【0052】
工程２１０において、追加の製造工程が実行される。図１Ｄを参照して上述した潜在的な追加の処理工程の議論は、参照により組み込まれる。例えば、特定の実施形態において、工程２０８は、ＧＡＡデバイスなどの半導体デバイスのチャネル領域のための対応するナノワイヤにＧｅ含有層１１０を形成するためのプロセスに統合される。工程２１２において、本方法は終了する。
【0053】
図３は、本開示の特定の実施形態による、基板１０２を処理するための例示的な方法３００を示している。方法３００は工程３０２において開始する。工程３０４において、基板１０２がプラズマツールのプラズマチャンバ１２３に配置される。基板１０２は、（例えば、図１Ａに示すように）Ｓｉ層１０８とＧｅ含有層１１０とを交互に積み重ねた配置で含む積層膜１０４を有する。
【0054】
工程３０６において、プラズマ１２２がプラズマツールのプラズマチャンバ１２３において発生される。プラズマ１２２は、フッ素剤１２６、窒素剤１３０、及び水素剤１２８を含む。プラズマ１２２は、プラズマチャンバ１２３内に酸素含有ガスを意図的に導入することなしに発生され得る。プラズマ１２２は、ＮＦ３、ＳＦ６、又はＣＦ４などのフッ素含有ガスを含むガスから発生され得る。フッ素剤１２６は、フッ素含有ガスから解離したフッ素を含み得る。特定の実施形態において、プラズマ１２２は窒素含有ガスを含むガスから発生され、窒素含有ガスはＮＨ、ＮＨ２、又はＮＨ３を含み、窒素剤１３０は窒素含有ガスから解離した窒素を含む。
【0055】
特定の実施形態において、プラズマ１２２はＮ２ガス及びＨ２ガスを含むガスから発生され、窒素剤１３０は窒素を含み、水素剤１２８は水素を含む。特定の例として、プラズマ１２２は、ＮＦ３及びＮＨ３、ＮＦ３、ＮＨ３、及びＮ２、ＮＦ３、ＮＨ３、及びＡｒ、ＮＦ３及びＨ２、ＮＦ３、Ｈ２、及びＮ２、又はＮＦ３、Ｈ２、ＮＨ３、及びＮ２を含む複合ガスから発生され得る。
【0056】
工程３０８において、（積層膜１０４を含む）基板１０２は、プラズマチャンバ１２３においてプラズマ１２２に暴露される。プラズマ１２２は、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８及び追加の表面１３８上に、窒化物層であり得る不動態化層１２４を形成させる。特定の実施形態において、不動態化層１２４は、窒化Ｇｅ（例えば、Ｇｅ３Ｎ４）を含む。プラズマ１２２はまた、Ｓｉ層１０８の露出面１１６（例えば、両方の露出端）を選択的にエッチングして、Ｇｅ含有層１１０の露出面１１８（例えば、両方の露出端）に対してＳｉ層１０８に窪み１３６を形成する。不動態化層１２４は、プラズマ１２２によるＧｅ含有層１１０のエッチングを抑制する。特定の実施形態において、工程３０８は等方性エッチングプロセスである。
【0057】
工程３１０において、追加の製造工程が実行される。図２の工程２１０を参照して上述した潜在的な追加の処理工程の議論は、参照により組み込まれる。工程３１２において、本方法は終了する。
【0058】
図４は、本開示の特定の実施形態による、凹んだ交互積層膜を有する基板を含む例示的なデバイス４００を示している。デバイス４００の少なくとも一部が、本明細書で説明されるプロセス及び方法のいずれかを用いて形成され得る。
【0059】
デバイス４００は、チャネル材料４０４（例えば、Ｇｅ又はＳｉＧｅ）とゲート材料４０６（例えば、ＳｉＧｅ又はＳｉ）とを含む基板４０２を含む。チャネル材料４０４は、プロセス１００の後のある時点での基板１０２のＧｅ含有層１１０に対応し得る。デバイス４００は、本明細書に示すようなＧＡＡデバイスであってもよいし、フィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）などの他の任意のデバイスであってもよい。デバイス４００はまた、分離領域４０８を含み得る。特定の実施形態において、分離領域４０８はシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）である。
【0060】
デバイス４００は、最初に凹んだ交互積層膜４１０（これは、場合により追加の後続プロセスを伴うプロセス１００後の積層膜１０４に対応し得る）を形成することと、次に凹んだ交互積層膜４１０上に追加のゲート材料４０６を堆積させることとによって製造され得る。具体的には、デバイス４００は、Ｓｉ層とＧｅ層又はＳｉＧｅ層とを交互にヘテロエピタキシャル成長させることによって形成され得、Ｇｅ層又はＳｉＧｅ層は、その後、Ｇｅ層又はＳｉＧｅ層を横方向に露出させるように垂直方向にパターン化されて凹まされる。
【0061】
本明細書で説明される実施形態の適用は、好都合なことに、５ｎｍノード、３ｎｍノード、又はそれ以下に最適なソリューションであり得る。例えば、ＧＡＡデバイスアーキテクチャは、７ｎｍノードの先のスケーリングに適し得る。ＧＡＡデバイスアーキテクチャは、ゲートを３つの側面だけではなくチャネル全体に巻き付けることにより、一部のＦｉｎＦＥＴアーキテクチャで見られる短チャネル効果に対処し得る。これにより、ＦｉｎＦＥＴのゲートの下で発生する電流リークを低減又は除去できるため、非能動電力損失を低減し得る。
【0062】
図５は、本開示の特定の実施形態による、例示的なプラズマツール５００のブロック図を示している。特定のプラズマツール５００が図示及び説明されているが、任意の適切なタイプのプラズマツールを使用することができる。プラズマツール５００は、図１Ａ～図１Ｄ及び図２～図４に関して説明したプラズマ工程１２０を実行するために使用され得る。
【0063】
プラズマツール５００は、プラズマ（例えば、プラズマ１２２）を使用して半導体基板（例えば、基板１０２）を処理するプラズマチャンバ１２３を備える。プラズマチャンバ１２３は、処理の際に基板１０２を支持するように構成された基板テーブル５０２を備える。特定の実施形態において、基板１０２は、プラズマ１２２を使用してプラズマ工程１２０を実行するために、例えばバリア層１１４の除去後に、図１Ｂに示す状態で基板テーブル５０２上に配置される。基板１０２の積層膜１０４のＳｉ層１０８（例えば、図１Ａ～図１Ｄを参照して上述したもの）の材料は、プラズマツール５００のシャワーヘッド５０４を通してプラズマ（例えば、プラズマ１２２）を注入することにより、プラズマチャンバ１２３内で選択的にエッチングされる。シャワーヘッド５０４は、プラズマ１２２を形成するように混合される前駆体ガス、混合ガス、及びキャリアガスで満たされる単一の混合反応キャビティと、基板１０２に向かってプラズマ１２２を供給するための一式の出口孔とを備え得る。
【0064】
プラズマチャンバ１２３は、プラズマチャンバ１２３から残留前駆体ガスをパージするために真空ライン５０８に結合された真空ポンプ５０６を備える、及び／又は真空ポンプ５０６に他の仕方で結合され、また、特定の実施形態において、ターゲット圧力を維持する圧力システムを備え得る、及び／又は圧力システムに他の仕方で結合され得る。プラズマチャンバ１２３は、基板１０２を加熱し、プラズマチャンバ１２３内及び／又は基板１０２の温度を制御するために使用されるヒータ５１０及び温度センサ５１２などの機械ツールを更に備え得る。
【0065】
プラズマツール５００は、シャワーヘッド５０４に結合された前駆体ガスライン５１４、混合ガスライン５１６、及びキャリアガスライン５１８を備える。特定の実施形態において、前駆体ガスライン５１４を通して供給される前駆体ガスは、フッ素又はＮＦ３などのフッ素ベースの前駆体を含むことができ、混合ガスライン５１６を通して供給される混合ガスは水素を含むことができ、キャリアガスライン５１８を通して供給されるキャリアガスは、窒素又はアルゴン若しくはクリプトンなどの不活性ガスを含むことができる。
【0066】
特定の実施形態において、プラズマツール５００は、ガス流量（例えば、質量流量）を制御するために質量流量コントローラとセンサとのシステムを備え得る。したがって、プラズマツール５００は、第１の流量コントローラ５２０、第２の流量コントローラ５２２、第３の流量コントローラ５２４、真空ポンプ５０６、ヒータ５１０、温度センサ５１２、電圧－電流（Ｖ－Ｉ）センサ５２６、並びに基板センサ５２８、５３０、５３２、及び５３４（５２８～５３４）を備え得る。前駆体ガスライン５１４、混合ガスライン５１６、及びキャリアガスライン５１８は、それぞれ第１の流量コントローラ５２０、第２の流量コントローラ５２２、及び第３の流量コントローラ５２４に結合され、これらによって制御される。
【0067】
プラズマツール５００は、プラズマ工程１２０の態様を制御するコントローラ５３６を備え得る。コントローラ５３６は、任意の適切な仕方で実施され得る。例えば、コントローラ５３６はコンピュータであり得る。別の例では、コントローラ５３６は、本明細書で説明される機能を提供するようにプログラムされた１つ以上のプログラマブルＩＣを含み得る。特定の例では、１つ以上のプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置など）、プログラマブルロジックデバイス（例えば、複合プログラマブルロジックデバイス）、フィールドプログラマブルゲートアレイなど）、及び／又は他のプログラマブルＩＣをソフトウェア又は他のプログラミング命令でプログラムして、コントローラ５３６のために、本明細書で説明される機能を実装できる。ソフトウェア又は他のプログラミング命令は、１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、メモリストレージデバイス、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ、リプログラマブルストレージデバイス、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ＣＤ－ＲＯＭなど）に記憶されてもよく、ソフトウェア又は他のプログラミング命令は、プログラマブルＩＣにより実行されると、本明細書で説明される動作をプログラマブルＩＣに実行させる。
【0068】
プラズマチャンバ１２３のヒータ５１０及び温度センサ５１２、並びに流量コントローラ５２０、５２２、５２４、真空ポンプ５０６、及びプラズマチャンバ１２３の外部の他の構成要素などの機械コンポーネントは、コントローラ５３６に結合され、コントローラ５３６によって制御される。
【0069】
機器センサは、基板テーブル５０２の温度、ヒータ電流、真空ポンプの速度及び温度などの機器パラメータを測定し、機器が適切に動作していることを確保するための信号を提供する。様々なプロセスセンサが、プロセス温度、プロセス圧力、プラズマ密度、ガス流量、及びガス組成などのプロセスパラメータを測定し、プロセスが適切に動作していることを確保するための信号を提供する。機器及びプロセスセンサからのデータは、プラズマ工程１２０を通して連続的にコントローラ５３６にフィードバックを提供する。コントローラ５３６は、機器及びプロセスを仕様の中心近くに保つようにリアルタイムで調節し得る。
【0070】
コントローラ５３６は、センサからのデータを受信し、センサデータに基づいてプラズマチャンバ１２３のプロセスパラメータを制御する。コントローラ５３６は、センサによって収集されたデータを解析し、プラズマ工程１２０の１つ以上の工程を修正又は終了するタイミングを決定し、プラズマチャンバ１２３のコンポーネントのプロセスパラメータを制御するためのフィードバックを提供し得る。
【0071】
コントローラ５３６は、Ｖ－Ｉセンサ５２６及び基板センサ５２８～５３４に接続されて、基板１０２がプラズマ１２２に暴露されるときにプラズマ１２２を監視して、プラズマ１２２の状態、並びに任意選択で組成及び厚さデータをリアルタイムで提供し得る。このフィードバックデータは、プラズマ１２２を用いて基板１０２が選択的にエッチングされるときにプラズマ工程１２０を連続的に調節し、例えば、ターゲット窪み（例えば、エッチング幅１４４）に達したときにプラズマ工程１２０をオフにするために、コントローラ５３６によって使用され得る。
【0072】
具体的には、基板センサ５２８～５３４及び温度センサ５１２からの測定データは、コントローラ５３６によって受信され得る一方、コントローラ５３６は、第１の流量コントローラ５２０、第２の流量コントローラ５２２、第３の流量コントローラ５２４、真空ポンプ５０６、及びヒータ５１０に送信される制御信号を生成する。
【0073】
コントローラ５３６は、基板１０２にわたる複数の点で取得された基板センサ５２８～５３４からの測定データ又は計測データを受信して、プロセスの均一性、並びに（プラズマ１２２への基板１０２の暴露から形成される）不動態化層１２４の厚さ及び組成、露出端の間隔１４２、及び／又はターゲット窪み（例えば、エッチング幅１４４）をその場且つリアルタイムで測定し得る。例えば、複数基板プラズマツールにおける複数の基板を横断するセンサが、基板１０２の上部から下部までの（プラズマ１２２への基板１０２の暴露から形成される）不動態化層１２４の厚さ及び組成、露出端の間隔１４２、及び／又はターゲット窪み（例えば、エッチング幅１４４）を監視及び調節するために使用され得る。単一基板プラズマツールにおける複数の基板を横断するセンサが、基板１０２の中心から縁部までの（プラズマ１２２への基板１０２の暴露から形成される）不動態化層１２４の厚さ及び組成、露出端の間隔１４２、及び／又はターゲット窪み（例えば、エッチング幅１４４）を監視及び調節するために使用され得る。
【0074】
基板センサ５２８～５３４は、基板１０２、プラズマツール５００、及び／又はプラズマ工程１２０の様々なパラメータを監視するために、プラズマチャンバ１２３に結合され得る、及び／又はプラズマチャンバ１２３内に配置され得る。基板センサ５２８～５３４は、限定されるものではないが、光学センサ（カメラ、レーザ、光、反射率計、分光計、エリプソメトリックなど）、容量性センサ、超音波センサ、ガスセンサ、又は基板１０２、プラズマ１２２、及び／若しくはプラズマツール５００の状態を監視し得る他のセンサを含む様々なタイプのセンサを含み得る。特定の実施形態において、１つ以上の光学センサが、Ｇｅ含有層の表面１１８及びベース層１０６の表面（例えば、不動態化層１２４が形成される場所）、露出端の間隔１４２、並びに／又はエッチング幅１４４ａ（又は他の適切な測定値）において、材料の厚さ及び屈折率を（プラズマ工程１２０において）リアルタイムで測定するために使用され得る。別の例として、分光計が、Ｇｅ含有層の表面１１８及びベース層１０６の表面（例えば、不動態化層１２４が形成される場所）、露出端の間隔１４２、並びに／又はエッチング幅１４４ａ（又は他の適切な測定値）において、材料の膜厚を（プラズマ工程１２０において）リアルタイムで測定するために使用され得る。更に別の実施形態では、残留ガス分析器（ＲＧＡ）が、リアルタイム化学反応完了検出のために前駆体の内訳を（プラズマ工程１２０において）リアルタイムで検出するために使用され得る。
【0075】
コントローラ５３６は、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦソース電力、ＲＦバイアス電力、ＲＦ波形（例えば、連続波ＲＦ、パルスＲＦ、方形波パルス、のこぎり波パルスなど）、エッチング時間、及び様々なプロセスガス及びキャリアガスの組成及び流量などの標準的なプラズマエッチングパラメータに基づいて、例えば、エッチング速度、コンフォーマル性、プロファイル、及び堆積速度（例えば、不動態化層１２４の堆積速度）を含むユーザ入力プロセスパラメータを受信し得る。好都合なことに、ユーザがプラズマ１２２を調節して、ターゲットの局所的な限界寸法の均一性（ＬＣＤＵ）を満たすことができる。
【0076】
基板センサ５２８～５３４からのデータ及びユーザが入力したプロセスパラメータに基づいて、コントローラ５３６は、温度センサ５１２及びヒータ５１０に対して制御信号を生成して、プラズマチャンバ１２３内の熱を調節する。ヒータ５１０がプラズマチャンバ１２３を加熱すると、コントローラ５３６は、温度センサ５１２を常時又は定期的に監視してプラズマチャンバ１２３の温度を追跡して、プラズマチャンバ１２３の温度を維持するための制御信号をヒータ５１０に送信する。
【0077】
コントローラ５３６が、温度センサ５１２によって提供されたデータに基づいて、プラズマチャンバ１２３のターゲット温度に到達したと判定すると、コントローラ５３６は、制御信号及びデータ信号を生成して、第１の流量コントローラ５２０、第２の流量コントローラ５２２、及び第３の流量コントローラ５２４を作動させ、ユーザが入力したプロセスパラメータに基づいて、第１の流量コントローラ５２０に前駆体ガスのターゲット流量、第２の流量コントローラ５２２に混合ガスのターゲット流量、第３の流量コントローラ５２４にキャリアガスのターゲット流量を提供する。対応する流量が確立されたとコントローラ５３６が判定すると、コントローラ５３６は、バイアス電極及びソース電極を介してプラズマ１２２に電力を供給するために、プラズマチャンバ１２３に電力を供給する。Ｖ－Ｉセンサ５２６からの測定値に基づいて、バイアス電極及びソース電極に供給される電力が調節され得る。第１の流量コントローラ５２０、第２の流量コントローラ５２２、及び第３の流量コントローラ５２４はそれぞれ、流量センサと調節可能な比例弁とに接続された閉ループ制御システムであってもよく、これにより各流量コントローラは、流量センサ及び調節可能な比例弁を介して各ガスのターゲット流量を常時又は定期的に監視し、内部に維持し得る。
【0078】
特定の実施形態において、コントローラ５３６が、ユーザが入力したデータに基づいて、エッチングプロセス時間が満たされたと判定すると、コントローラ５３６は、第１の流量コントローラ５２０、第２の流量コントローラ５２２、及び第３の流量コントローラ５２４を停止させるための制御信号を生成し、これらは、適宜、同じ時間又は異なる時間で停止され得る。
【0079】
コントローラ５３６は、プラズマ工程１２０をいつ終了させるかを判定するために、基板センサデータを使用又は分析し得る。例えば、コントローラ５３６は、プラズマ工程１２０のエンドポイントを検出するために、残留ガス分析器からのデータを受信し得る。別の例では、コントローラ５３６は、分光エリプソメトリを使用して、プラズマ工程１２０における不動態化層１２４の平均膜厚、Ｇｅ含有層１１０の露出端１４１、及び／又は露出端の間隔１４２を検出し、プラズマ工程１２０における変化を示し得る。別の例では、コントローラ５３６は、分光エリプソメトリを使用して、プラズマ工程１２０におけるＧｅ含有層の表面１１８及びベース層１０６の表面（例えば、不動態化層１２４が形成されている場所）における材料の屈折率を検出し、プラズマ工程１２０における膜組成変化を示し得る。コントローラ５３６は、露出端の間隔１４２及び／又はエッチング幅１４４ａ（又は別の適切な測定値）の目標が達成されたときに、プラズマ工程１２０を自動的に終了し得る。特定の実施形態において、コントローラ５３６は、積層膜１０４の所望のエッチングプロファイルを達成するために、例えば、プラズマ工程１２０の間に、ＮＦ３のＨ２に対する比率及び／又はＮＦ３のＮ２に対する比率などの１つ以上のパラメータを自動的に調整し得る。コントローラ５３６及び基板センサ５２８～５３４からのデータもまた、所望の半導体基板のスループット目標を達成するために使用され得る。更に、コントローラ５３６及び基板センサ５２８～５３４からのデータは、所望の半導体基板スループットと共に積層膜１０４及び組成物の所望のエッチングプロファイルを達成する、又は代替的に組み合わせを目標とするために使用され得る。
【0080】
ＧＡＡデバイスのためのナノワイヤ／ナノシートを形成する特定の用途について説明したが、本開示は、Ｇｅ含有層よりも選択的であるＳｉの任意のタイプの等方性エッチングに使用され得る。更に、行われるエッチングは、主に、Ｓｉ層１０８の両方の端部の部分を除去することによって積層膜１０４に窪みを形成するためのものであると説明されているが、プロセス１００及び４００は、Ｓｉ層１０８の実質的にすべての部分を除去するために使用されてもよく、このことは、Ｇｅ含有層１１０を解放することと呼ばれ得る。
【0081】
本開示は、特定のプロセス／方法ステップを特定の順序で行われるものとして記載しているが、本開示は、プロセスステップが任意の適切な順序で行われることを企図している。本開示について、例示的実施形態を参照しながら説明してきたが、この説明は、限定的な意味に解釈されることを意図したものではない。例示的実施形態の様々な修正及び組み合わせ、並びに本開示の他の実施形態は、説明を参照すれば当業者には明らかなはずである。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなあらゆる修正形態又は実施形態を包含することが意図されている。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】