(57)【要約】  等方性シリコン及びシリコンゲルマニウムの調整可能な選択性を備えたエッチングを記載する。本方法は、シリコンの層及びシリコンゲルマニウムの層を有する基板であって、シリコン及びシリコンゲルマニウムの側壁表面は覆われていない基板を受けるステップと、基板をエッチングするように構成された処理チャンバ内に基板を配置するステップと、シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面を改質するステップと、を含む。本方法は、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップと、第２の基板温度を制御して、シリコンゲルマニウム酸化物材料に対するシリコン酸化物材料の昇華速度及びエッチング選択性を調整するステップと、さらに含む。
2019507505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための方法であって、
シリコンの層及びシリコンゲルマニウムの層を有する基板であって、シリコン及びシリコンゲルマニウムの側壁表面は覆われていない該基板を受けるステップと、
基板をエッチングするように構成された処理チャンバ内に前記基板を配置するステップと、
シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない該表面を改質するステップと、
第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、該第１の基板温度よりも高い第２の基板温度で該フッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップと、
シリコン酸化物材料が、
ａ）シリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度の少なくとも４倍の速度で、又は
ｂ）シリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度に実質的に等しい速度で、
昇華するように前記第２の基板温度を制御するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記ラジカル種が、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、希ガス、ハロゲン化物、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板がマスキング材料の層をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない前記表面を改質するステップと前記ガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない前記表面を改質するステップと前記ガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返す前記ステップは、１０：１より大きいＳｉ：ＳｉＧｅエッチング選択性を提供する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない前記表面を前記ラジカル種に暴露するステップは、気相ベースのエッチングチャンバ内のパラメータ値を変化させることによってシリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない前記表面の改質速度を制御するステップを含み、
前記パラメータ値は、基板温度、チャンバ圧力、ガス流量、及び暴露時間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７】
シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない前記表面を前記ラジカル種に暴露するステップは、気相ベースのエッチングチャンバ内のパラメータ値を変化させることによってシリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない前記表面の改質深さを制御するステップを含み、
前記パラメータ値は、基板温度、チャンバ圧力、ガス流量、及び暴露時間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８】
前記第１の基板温度は２５℃から９０℃までの範囲にあり、前記第２の基板温度は１００℃から２２５℃までの範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板を受けるステップでの前記基板は、シリコン及びシリコンゲルマニウムの縦方向交互層のマルチ構造を有し、シリコン及びシリコンゲルマニウムの側壁表面は覆われていない、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記窒素含有ガス及び前記フッ素含有ガスは、前記処理チャンバから離れて実行されるプラズマ処理により生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
基板を処理するための方法であって、
第１の材料層及び第２の材料層を有する基板を受けるステップであって、該第１の材料層は、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、及び酸窒化シリコンからなる群から選択され、該第２の材料層は、シリコンゲルマニウム、ＳｉＧｅＡｓ、ＧｅＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＴｉＯｘ、ＨｆＯ、ＺｒＯ、及びＺｒＮからなる群から選択され、該第１の材料層及び該第２の材料層の側壁表面は覆われていない、受けるステップと、
基板をエッチングするように構成された処理チャンバ内に前記基板を配置するステップと、
前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない該表面を改質するステップと、
第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、該第１の基板温度よりも高い第２の基板温度で該フッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップと、
前記第１の材料層の昇華が、
ａ）前記第２の材料層の昇華速度の少なくとも４倍の速度で、又は
ｂ）前記第２の材料層の昇華速度に実質的に等しい速度で、
起きるように前記第２の基板温度を制御するステップと、を含む、方法。
【請求項１２】
前記ラジカル種が、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、希ガス、ハロゲン化物、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板がマスキング材料層をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない前記表面を改質するステップと前記ガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない前記表面を改質するステップと前記ガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップは、１０：１より大きい第１の材料：第２の材料エッチング選択性を提供する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない前記表面を前記ラジカル種に暴露するステップは、気相ベースのエッチングチャンバ内のパラメータ値を変化させることによって前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない前記表面の改質速度を制御するステップを含み、
前記パラメータ値は、基板温度、チャンバ圧力、ガス流量、及び暴露時間からなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない前記表面を前記ラジカル種に暴露するステップは、気相ベースのエッチングチャンバ内のパラメータ値を変化させることによって前記第１の材料層及び前記第２の材料層の覆われていない前記表面の改質深さを制御するステップを含み、
前記パラメータ値は、基板温度、チャンバ圧力、ガス流量、及び暴露時間からなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の基板温度が２５℃と９０℃の間にあり、前記第２の基板温度は１００℃と２２５℃の間にある、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板を受けるステップでの前記基板は、前記第１の材料層及び前記第２の材料層の縦方向交互層のマルチ構造を有し、前記第１の材料層及び前記第２の材料層の側壁表面は覆われていない、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記窒素含有ガス及び前記フッ素含有ガスは、前記処理チャンバから離れて実行されるプラズマ処理によって生成される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１６年３月２日付で出願された米国仮特許出願第６２／３０２，５８４号に関連し、それに対する優先権を主張し、そのすべての内容は参照により本明細書に援用される。この出願は、２０１６年３月２日付で出願された米国仮特許出願第６２／３０２，５８７号に関連し、それに対する優先権を主張し、そのすべての内容は参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、概して、半導体デバイスにおけるフィーチャの製造に関連し、より詳細には、等方性シリコン及びシリコンゲルマニウムの調整可能な選択性を備えたエッチングを提供するための方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスの製造は、半導体基板（ウェハ）又は他の基板上にフィーチャを形成する複数ステップ処理である。複数のステップは、材料の成長、パターニング、ドーピング、付着（deposition）、エッチング、メタライゼーション、平坦化等を含むことができる。基板上に形成されるフィーチャは、様々なトランジスタを含むことができる。トランジスタは、プレーナ型又は非プレーナ型とすることができ、単一のゲート又は複数のゲートを有することもできる。
【０００４】
様々なエッチング処理は、１つ材料を別の材料に対してエッチングすることができるようにして、１つの材料は除去されるが、別の材料は大部分基板上に残るようにして、利益を得る。例えば、フォトレジストは、ドライプラズマエッチング処理によってエッチングされるのを防ぐため、部分的にその名前を有する。フォトレジスト材料は、従来、パターンを１つ以上の下にある材料にエッチング転写するためのエッチングマスクとして機能するレリーフパターン内に形成される。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書において説明する方法は、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、及び他の膜に対する高い選択性を備えたドライ等方性Ｓｉエッチングであって、様々なエッチング要求を満たすために循環的に繰り返すことができる２ステップ処理を含むものを提供する。このようなエッチング方法は、少なくとも４：１、例えば１０：１以上のエッチング選択比を提供することができる。他の実施形態によれば、多結晶又はアモルファスのＳｉ及びＳｉＧｅ又はＧｅあるいは他の膜の等方性非選択的エッチングのための方法を提供する。このようなエッチング方法は、所与の材料ペアに対して約１：１のエッチング選択比を提供することができる。
【０００６】
本明細書において説明する異なるステップの議論の順序は、明確にするために提示している。一般には、これらのステップは、任意の適切な順序で実行することができる。追加的に、本明細書における異なる特徴、技術、構成等の各々は、この開示の異なる箇所で論じることがあるが、それらの概念の各々を互いに独立して、又は互いに組み合わさって実行することができることを意図している。したがって、本発明は多くの異なるやり法で具現化し、評価することができる。
【０００７】
この発明の概要は、本開示又は特許請求の範囲に記載した発明のすべての実施形態及び／又は段階的に新規な態様を特定するものではない。その代わりに、この発明の概要は、従来の技術に対して新規性のある異なる実施形態及び対応するポイントの予備的な議論のみを提供している。本発明及び実施形態の追加的な詳細及び／又は可能な視点については、読者は、以下でさらに論じるように、本開示の発明を実施するための形態及び対応する図面に指向されるものである。
【０００８】
一実施形態によれば、本方法は、シリコンの層及びシリコンゲルマニウムの層を有する基板であって、シリコン及びシリコンゲルマニウムの側壁表面は覆われていない基板を受けるステップと、基板をエッチングするように構成された処理チャンバ内に基板を配置するステップと、シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面を改質するステップと、を含む。本方法は、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップと、シリコン酸化物材料が、ａ）シリコン酸化物ゲルマニウム材料の昇華速度の少なくとも４倍の速度、又はｂ）シリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度に実質的に等しい速度で昇華するように、第２の基板温度を制御するステップと、をさらに含む。本方法は、シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面を改質するステップとガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップをさらに含むことができる。
【０００９】
別の実施形態によれば、本方法は、第１の材料層及び第２の材料層有する基板を受けるステップであって、第１の材料層は、シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン及び酸窒化シリコンからなる群から選択され、第２の材料層は、シリコンゲルマニウム、ＳｉＧｅＡｓ、ＧｅＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＴｉＯｘ、ＨｆＯ、ＺｒＯ及びＺｒＮからなる群から選択され、第１の材料層及び第２の材料層の側壁表面は覆われていない、受けるステップと、基板をエッチングするように構成された処理チャンバ内に基板を配置するステップと、第１の材料層及び第２の材料層の覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、第１の材料層及び第２の材料層の覆われていない表面を改質するステップと、を含む。本方法は、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップと、第１の材料層の昇華が、ａ）第２の材料層の昇華速度の少なくとも４倍の速度、又はｂ）第２の材料層の昇華速度に実質的に等しい速度で起きるように、第２の基板温度を制御するステップと、をさらに含む。本方法は、第１の材料層及び第２の材料層の覆われていない表面を改質するステップとガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップをさらに含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図１Ｃ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図１Ｄ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図１Ｅ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略的な断面図を通じて示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
半導体製造において使用される様々な異なる材料は、様々な程度のエッチング耐性を有する。様々な製造ステップに対して、２つ以上の材料の間に高度のエッチング選択性を有することが望ましいことがある。残念ながら、従来使用されている多くの材料は、比較的類似するエッチング耐性を有しており、他方の材料を実質的にエッチングすることなく一方の材料をエッチングすることを困難にしている。所与のエッチングケミストリを備えた所与の材料ペアはたった約２：１のエッチング速度比を有する場合、除去対象の所与の材料を除去することができるが、残りの材料もその高さ、幅等を半分失うかもしれず、これは、デバイスの故障、又は製造に使用することが許容されないエッチング処理につながり得る。他の製造スキームでは、２つの化学的に異なる材料の間で均一なエッチング速度を有することが望ましい。しかし、所与の材料ペアは、望ましくないエッチング速度比を有することがある。
【００１２】
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）及び単結晶Ｓｉは、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅであり、変化させたＳｉ：Ｇｅ組成、すなわちＳｉｘＧｅ１−ｘを有する、シリコン及びゲルマニウムの合金である）とともに、様々な用途のために半導体産業において広く使用されている。サブ１０ｎｍの技術ノードの場合、ソース−ドレイン材料としてのＳｉＧｅは、トランジスタの電気的性能を改善する可能性を示している。３次元（３Ｄ）Ｓｉ及びＳｉＧｅベースの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の設計及び製造のための複雑な処理フローは、多くの場合、様々な製造段階で困難な要件を有する。１つの課題は、ＳｉＧｅに対して比較的高い選択性を備えた横方向のＳｉエッチングを可能にすること、及びＳｉに対して比較的高い選択性を備えた横方向のＳｉＧｅエッチングを可能にすることである。別の課題は、５：１を超えるアスペクト比を含む、比較的高いアスペクト比でエッチングできるようにすることである。別の課題は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等のハードマスク材料に対して高い選択性を有することであるが、一部の集積スキームの場合、いくらかのハードマスクの損失が許容可能である。さらに別の課題は、シリコン、シリコンゲルマニウム又はゲルマニウムを同じ速度でエッチングするコンフォーマルなトリム又はエッチングステップを実行することである。このような設計要件は、滑らかなエッチングプロファイルを生成することに基づくことができる。
【００１３】
半導体ナノワイヤ、３Ｄ構造等の特定のデバイスの製造は、所与の化学的に異なる材料ペアのコンフォーマルなエッチング、収縮又はトリミングを時には必要とする。そのようなコンフォーマルなエッチングは、２つ以上の層の横方向のエッチングを必要とすることができる。横方向のエッチングが必要な場合、縦方向の異方性エッチング技術は首尾よく実施することができない。等方性エッチング要件により、プラズマベースのエッチングは、方向性の点や、多くの場合、様々な膜に対する選択性で制限に直面する。さらに、プラズマベースのエッチングは、損傷を誘発する傾向もある。そのような損傷は処理ウィンドウを制限する。さらに、デバイスレベル（例えば、ＦＥＴモジュール）でのそのような損傷は、トランジスタの電気的性能を落とし、さらには故障に寄与する傾向がある。プラズマベースのエッチングの代替案はウェットエッチングである。一般的なウェットエッチングケミストリは、シリコンをエッチングするために使用することができるフッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合物を使用することを含む。このようなウェットエッチングには課題がある。ウェットエッチングケミストリの疎水性は、狭いピッチを有する及び／又は高いアスペクト比を有するフィーチャを完全にエッチングすることを妨げる可能性がある。ウェットエッチングケミストリの使用は、ドーパント（例えば、ホウ素及びリンのドーパント）と相互作用するときに、パターンの崩壊をもたらす、又はエッチングストップ（stop）／欠陥を生成することもある。
【００１４】
別の選択肢はガスベースの化学的エッチングである。ガスベースの化学的エッチングは、等方性プラズマベースのエッチングによる偶発的な損傷のない完全等方性とすることができる。１つの選択肢は化学的酸化物除去（ＣＯＲ）処理である。化学的酸化物除去は、フッ素ベースのガス（例えば、ＨＦ、Ｆ２）と窒素ベースのガス（例えば、ＮＨ３、ＮＦ３）との混合物を様々な比率で使用する。これらのガスを用いた化学反応を約１５ｍＴｏｒｒ以上の圧力と２５℃より高い温度で実行して、固体ヘキサフルオロケイ酸アンモニウムを形成し、その後に、１００℃より高い温度で蒸発させることができる。シリコン酸化物又はシリコン窒化物のハードマスク除去量は、時間、圧力又は温度に基づいて変化させることができる。しかし、そのようなガスベースの化学的エッチングは、従来、先行する材料組み合わせに対して所望するエッチング選択性を提供していない。例えば、ＮＨ３／Ｆ２ベースの気相エッチングは、Ｓｉ及びＳｉＧｅ材料の組み合わせとともに実行されると、Ｓｉ：ＳｉＧｅ選択性についてエッチング比１．２：１をもたらす。多くのデバイス設計仕様では、１０：１を超えるＳｉ：ＳｉＧｅ選択性を必要としている。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、少なくとも４：１、例えば１０：１以上のＳｉ：ＳｉＧｅ選択性を提供することができるガスベースのエッチング方法が提供される。従って、損傷のない横方向のエッチングを実行することができる。
【００１６】
他の実施形態によれば、ほぼ同じエッチング速度でＳｉ、ＳｉＧｅ、及びＧｅの組み合わせをエッチングすることができるガスベースのエッチングのための方法が提供される。従って、デバイスの損傷のない横方向エッチングを滑らかなプロファイルを提供しながら実行することができる。
【００１７】
１つの例示的な実施形態は、基板を処理するための方法である。Ｓｉの層及びＳｉＧｅの層を有する基板であって、Ｓｉ及びＳｉＧｅの側壁表面は覆われていない基板を受ける。これは、横方向にエッチングされる、Ｓｉ及びＳｉＧｅの交互層を含むことができる。基板は、マスキング材料の層を含むことができる。基板は、エッチングチャンバなどの基板をエッチングするように構成された処理チャンバ内に配置される。
【００１８】
次に、基板の表面が改質される。Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面が改質される。例えば、Ｓｉ及びＳｉＧｅの構造は、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、又はＯ及びＨの組み合わせのラジカル種で処理することができる。この処理中、暴露されたＳｉ及びＳｉＧｅ表面は化学的及び／又は物理的に改質される。改質された表面の組成は、Ｓｉ及びＧｅの酸化形態、又はＳｉ及びＳｉＧｅの注入膜、あるいはその両方の組み合わせを含むことができる。希ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）など）、ハロゲン化物（例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）など）に基づいた複数の他のラジカル種も改質に使用することができる。この表面改質は、入ってくる構造のアスペクト比、及び改質される膜の速度又は深さを制御するエッチング要件に基づくことができる。そのような制御は、ガス圧力、基板温度又はチャンバ温度、ガス流及び処理の暴露時間を変化させることによって達成することができる。
【００１９】
一実施形態によれば、その後、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流して基板上にフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を基板から除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行する。一実施形態によれば、本方法は、シリコン酸化物のエッチングの副生成物材料がシリコンゲルマニウム酸化物のエッチングの副生成物材料の昇華速度よりも大きく、少なくとも４：１の速度で昇華するように第２の基板温度を制御するステップを含む。別の実施形態によれば、本方法は、シリコン酸化物材料がシリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度にほぼ等しい速度で昇華するように第２の基板温度を制御するステップを含む。したがって、改質された表面は、他のものに対する１つの改質膜の選択性を調整する能力を有するエッチング技術を用いて等方的にエッチングされる。そのような選択性は、選択されたケミストリの機能として、又はエッチングレシピパラメータの調整によってもたらすことができる。
【００２０】
酸化による表面の改質及び化学的酸化物除去のステップは、同じ速度で２つ以上の材料を除去するために一体的に使用され、それによりエッチングを非選択的にすることができる。この技術の態様は、複数の材料のいずれかが特定のケミストリを用いてエッチングすることが困難であるか、あるいは複数の材料が固有の高い選択性を有し、要件は選択性を低くすることである場合に特に有効である。所与の材料セットに応じて、イオン及び処理条件の選択がエッチング均一性を可能にすることができる。代表的には、ＨＦ／ＮＨ３ベースのＣＯＲエッチングケミストリは、非常に低い速度でＳｉ及びＳｉＧｅをエッチングする。しかし、本明細書における技術によれば、エッチングケミストリは、ＳｉとＳｉＧｅの間で非選択的であるように調整することができる。これは、Ｓｉ及びＳｉＧｅの種を酸化することができるラジカル酸素による表面／膜改質によって可能になる。そして、これらの改質膜は、Ｆ及びＮベースのケミストリを用いた化学的酸化物除去によってエッチングすることができる。
【００２１】
このような高度に選択的な等方性エッチングを達成するために、化学的酸化物除去の改質を使用することができる。この気相エッチングは、表面を活性化してフッ素含有ガス及び／又は水素含有ガスと反応させ、フッ素化副生成物を形成する、Ｓｉ及びＳｉ−Ｇｅの表面での窒素含有ガス（例えば、ＮＨ３、ＮＦ３など）の吸着によって達成される。一例では、窒素含有ガス及びフッ素含有ガスは、処理チャンバから離れて実行されるプラズマ処理により生成されてもよい。改質膜の組成は、フッ素化副生成物の組成を決定するために使用することができる。一例として、Ｓｉタイプの改質膜の場合、反応副生成物は［（Ｓｉ）１ＯｍＦｎＨｐ］とすることができ、ＳｉＧｅタイプの改質膜の場合、副生成物は［（Ｓｉ）ｌ（Ｇｅ）ｑＯｍＦｎＨｐ］の形態のものとすることができる。そして、副生成物を減圧下（５０ｍＴ未満）でより高い温度で昇華させる。副生成物の組成は、適切な昇華温度を特定するために使用することができる。例えば、ＧｅＦ４は１０００℃で昇華し、酸化ゲルマニウムは高真空下において５５０℃より上で昇華するが、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６は減圧下において１００℃で昇華する。本明細書における酸化温度範囲は、２５℃から９０℃までの間とすることができる。昇華ステップの場合、昇華温度は１００℃から２２５℃までの間とすることができる。昇華温度を注意深く調整することにより、［（Ｓｉ）１ＯｍＦｎＨｐ］は［（Ｓｉ）ｌ（Ｇｅ）ｑＯｍＦｎＨｐ］よりも昇華することができる。正確な昇華温度は、所与の材料の正確な組成（例えば、タイプ、ドーピング量など）、ならびに圧力及び周囲ガスに依存し得ることに留意されたい。選択的昇華のこの処理は、下にある膜がさらに酸化をうけるように再生又は露出させる。非昇華膜は、その後に続くエッチング及び改質に対する保護層を提供する。改質膜間のエッチング選択性のさらなる程度は、（Ａ）材料の表面でのエッチングガスの吸着を修正することによって、及び（Ｂ）エッチングガスの利用可能性又は濃度を修正することにより異なる材料のエッチング／反応速度を調整することによって、達成することができる。
【００２２】
化学的酸化物除去中に、ＳｉＯ２などのハードマスク材料もエッチングすることができる。所与の製造処理に応じて、特に、所与のハードマスクを下にある材料とほぼ同じ速度でエッチングする場合、これは許容可能である。一部の製造処理では、その後に続く処理に対して適用される新しいハードマスクを必要とすることがあることに留意されたい。
【００２３】
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の一実施形態による基板を処理するための方法を概略断面図を通じて示す。図は、本明細書におけるエッチング処理の進行例を示す。Ｓｉの層は横方向にエッチングすることができるが、ＳｉＧｅの層は実質的にエッチングされないままであることに留意されたい。上述のように、酸化温度は約２５℃から９０℃までの範囲とすることができる。代替的な実施形態では、表面波マイクロ波エネルギーを使用してプラズマを生成するプラズマチャンバ内で酸化を行うことができる。そのようなプラズマ処理チャンバでは、室温から約４５０℃までで酸化を行うことができる。本明細書において処理を実行するための所与のシステムは、化学的酸化物除去のために構成された１つのモジュールと、プラズマ生成のために表面波マイクロ波エネルギーを使用する酸化のための第２のモジュールとを有するツール又は共通プラットフォームを含むことができる。図面における三角形プロファイルの構造は単なる例示的なものであり、本明細書で説明する方法に従って、任意の幾何学的構造を処理することができる。さらに、特定された膜は例示的なものである。ＳｉＧｅの代わりにＳｉＧｅＡｓ、ＧｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴｉＯ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＺｒＯ、ＺｒＮ等の他の膜を使用することができる。同様に、Ｓｉの代わりに、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等の他の膜を使用することができる。
【００２４】
図１Ａは、ベース層１００と、Ｓｉの層１０２、１０４及び１０６とＳｉＧｅの層１０１、１０３及び１０５の縦方向交互層の構造であって、Ｓｉ及びＧｅの側壁表面が覆われていない構造と、を含む基板を概略的に示す。マスキング材料１０７（例えば、ＳｉＮ）も示している。基板の処理は、Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面をラジカル種に暴露することによって、Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面を改質するステップを含む。いくつかの実施形態によれば、改質は、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、又はＯとＨの組み合わせのラジカル種を使用することができる。改質のために使用される他のラジカル種は、希ガス、ハロゲン化物又はそれらの組み合わせに基づくことができる。図１Ｂは、Ｓｉの改質された表面１０２Ａ、１０４Ａ及び１０６ＡとＳｉＧｅの改質された表面１０１Ａ、１０３Ａ及び１０５Ａとを概略的に示している。
【００２５】
シリコン及びシリコンゲルマニウムの覆われていない表面をラジカル種に暴露する方法は、気相ベースのエッチングチャンバ内のパラメータ値を変化させることによってＳｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面の改質の速度及び深さを制御するステップを含むことができ、パラメータ値は、基板温度、チャンバ圧力、ガス流量、及び暴露時間からなる群から選択される。
【００２６】
その後、基板のさらなる処理は、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップを含む。本方法は、シリコン酸化物材料がシリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度の少なくとも４倍の速度で昇華するように第２の基板温度を制御するステップを含む。結果として生じる基板を図１Ｃに概略的に示す。ここでは、Ｓｉの層１０２、１０４、１０６がシリコン酸化物材料の昇華によって等方的かつ横方向にエッチングされているが、ＳｉＧｅの層１０１、１０３、１０５は実質的にエッチングされていない。
【００２７】
本方法はさらに、Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面を改質するステップとガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップをさらに含むことができる。図１Ｄは、ＳｉＧｅの層１０１、１０３、１０５を部分的にリリース（release）した、繰り返し後の基板を概略的に示す。図１Ｅは、ＳｉＧｅの層１０１、１０３、１０５を完全にリリースした、繰り返し後の基板を概略的に示す。基板のさらなる処理は、ＳｉＧｅの層１０１、１０３、１０５を含むナノワイヤを形成することができる。
【００２８】
１つの処理例では、Ｓｉ及びＳｉＧｅの縦方向交互層の構造であって、Ｓｉ及びＳｉＧｅの側壁表面が覆われていない構造を含む基板を処理した。本処理は、Ｈ２ガス及びＯ２ガスのプラズマ励起によって形成されたＯ及びＨラジカル種に暴露することによって、Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面を改質するステップが含んでいた。その後、Ｆ２とＮＨ３との混合物を使用して化学的酸化物除去処理が実行された。Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面を改質するステップとガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップは合計４回実行された。断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、４サイクルに対して約１８：１のＳｉ：ＳｉＧｅエッチング選択性が測定された。これは、１サイクルあたり約４．５：１のＳｉ：ＳｉＧｅエッチング選択性に対応する。比較のため、化学的酸化物除去処理のみで処理された基板は、約１．２：１のＳｉ：ＳｉＧｅエッチング選択性を示した。
【００２９】
一実施形態によれば、膜の粗さは、Ｏ２プラズマ源（例えば、マイクロ波プラズマ）又は熱Ｏ２源（例えば、炉）からのＯラジカル種で基板を処理し、その後に、化学的酸化物除去処理を実行することによって減らすことができる。
【００３０】
一実施形態によれば、Ｓｉの層及びＳｉＧｅの層は、滑らかなプロファイルのために、同じ速度で横方向にエッチングして、所与の構造を均一に収縮させる、又は所与の構造を均一にトリムすることができる。そのような高度に均一な等方性エッチングを達成するために、化学的酸化物除去の修正を使用することができる。この気相エッチングは、表面を活性化してフッ素含有ガス及び／又は水素含有ガス（例えば、ＨＦ、Ｆ２）と反応させてフッ素化副生成物を形成する、Ｓｉ及びＳｉＧｅの表面でのＮ含有ガス（例えば、ＮＨ３、ＮＦ３）の吸着より達成される。改質膜の組成は、フッ素化副生成物の組成を決定するために使用されることができる。昇華温度を調整することによって、酸化されたシリコンからエッチング副生成物を、酸化されたシリコンゲルマニウムと同じ昇華速度で昇華させることができる。改質膜間の更なるエッチング均一性のさらなる程度は、材料の表面上のエッチングガスの吸着を修正する、及びエッチングガスの利用可能性又は濃度を修正することにより、異なる材料のエッチング／反応速度を調整することによって達成することができる。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態による基板を処理する方法を概略的な断面図を通じて示す。図１Ｂは、図２ＢＡとして再現されており、Ｓｉの改質された表面１０２Ａ、１０４Ａ、及び１０６Ａと、ＳｉＧｅの改質された表面１０１Ａ、１０３Ａ、及び１０５Ａを概略的に示す。その後、図２Ａにおける基板のさらなる処理は、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップを含む。本方法は、シリコン酸化物材料がシリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度にほぼ等しい速度で昇華するように、第２の基板温度を制御するステップを含む。結果として生じる基板を図２Ｂに概略的に示す。Ｓｉの層１０２、１０４、及び１０６とＳｉＧｅの層１０１、１０３、及び１０５は、シリコン酸化物材料及びシリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華によって等方的かつ横方向にエッチングされている。
【００３２】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施形態による基板を処理する方法を概略的な断面図を通じて示す。図３Ａは図２Ａと同様であるが、Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面のより深い改質及びＳｉの改質された表面１０２Ｂ、１０４Ｂ、及び１０６ＢとＳｉＧｅの改質された表面１０１Ｂ、１０３Ｂ、及び１０５Ｂの改質された表面の形成を示す。その後、図３Ａにおける基板のさらなる処理は、第１の基板温度で窒素含有ガスとフッ素含有ガスとの混合物を流してフッ素化副生成物を形成し、その後に、第１の基板温度よりも高い第２の基板温度でフッ素化副生成物を除去する昇華処理を実行することを含むガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップを含む。本方法は、シリコン酸化物材料がシリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華速度にほぼ等しい速度で昇華するように、第２の基板温度を制御するステップを含む。結果として得られる基板を図３Ｂに概略的に示す。ここでＳｉの層１０２、１０４、及び１０６とＳｉＧｅの層１０１、１０３、及び１０５は、シリコン酸化物材料及びシリコンゲルマニウム酸化物材料の昇華によって等方的かつ横方向にエッチングされている。
【００３３】
１つの処理例では、Ｓｉ及びＳｉＧｅの縦方向交互層の構造であって、Ｓｉ及びＳｉＧｅの側壁表面は覆われていない構造を含む基板を処理した。本処理は、Ｏ２ガスのプラズマ励起によって形成されたＯラジカル種に暴露することによってＳｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面を改質するステップが含んでいた。その後、Ｆ２とＮＨ３との混合物を用いて化学的酸化物除去処理が実行された。Ｓｉ及びＳｉＧｅの覆われていない表面を改質するステップとガス状化学的酸化物除去処理を実行するステップとの間を繰り返すステップを４回実行された。断面ＳＥＭを用いて、４サイクルに対して約１：１のＳｉ：ＳｉＧｅエッチング選択性が測定された。
【００３４】
前述の説明では、処理システムの特定のジオメトリ、本明細書において使用される様々な構成要素及び処理の説明等の特定の詳細を明らかにしている。しかし、本明細書における技術は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施されてもよく、そのような詳細は、説明を目的したものであり限定ではないと理解すべきである。本明細書において開示された実施形態は、添付の図面を参照して説明している。同様に、説明を目的とし、徹底的な理解を提供するために、特定の数、材料、及び構成を明らかにしている。それにもかかわらず、そのような具体的な詳細なしに実施形態を実施することができる。なお、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同じような参照文字により示し、冗長な説明を省略することがある。
【００３５】
様々な技術を、複数の離散的な動作として説明し、様々な実施形態の理解を助けている。説明の順序は、これらの動作が必然的に順序に依存することを示唆すると解釈されるべきではない。実際、これらの動作は、提示した順で実行される必要はない。説明した動作は、説明した実施形態とは異なる順序で実行してもよい。様々な追加の動作を実行してもよく、及び／又は説明した動作が追加的な実施形態においては省略されてもよい。
【００３６】
本明細書で使用する「基板」又は「目標基板」は、一般に、本発明に従って処理される物体を指す。基板は、デバイス、特に半導体又は他のエレクトロニクスデバイスの任意の材料部分又は構造を含んでよく、例えば、半導体ウェハ、レチクル、薄膜などのベース基板構造上又はそれの上にある層等のベース基板構造であってもよい。したがって、基板は、パターン形成された又はパターン形成されていない、任意の特定のベース構造、下層又は上層に限定されず、むしろ、任意のそのような層又はベース構造、及び層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むと考えている。本説明は、特定のタイプの基板を参照することがあるが、これは例示的な目的のみのためである。
【００３７】
当業者であれば、本発明と同じ目的を依然として達成しつつ、上述した技術の動作に多くの変形を加えることができることを理解するであろう。そのような変形は、本開示の範囲によってカバーされることを意図している。このように、本発明の実施形態の前述の説明は、限定を意図していない。むしろ、本発明の実施形態に対する任意の制限は、添付の特許請求の範囲に提示している。
【図１Ａ】
2019507505.tif 000003
【図１Ｂ】
2019507505.tif 000004
【図１Ｃ】
2019507505.tif 000005
【図１Ｄ】
2019507505.tif 000006
【図１Ｅ】
2019507505.tif 000007
【図２Ａ】
2019507505.tif 000008
【図２Ｂ】
2019507505.tif 000009
【図３Ａ】
2019507505.tif 000010
【図３Ｂ】
2019507505.tif 000011
【国際調査報告】
2019507505.tif 000012
2019507505.tif 000013