(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含有する膜をシリコンゲルマニウム膜に対して選択的にプラズマエッチングするドライエッチング方法において、
フッ素を含有するガスとゲルマニウムを含有するガスの混合ガスにより生成されたプラズマを用いて前記シリコンを含有する膜をシリコンゲルマニウム膜に対して選択的にプラズマエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のドライエッチング方法において、
前記シリコンを含有する膜がシリコン膜、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のドライエッチング方法において、
前記ゲルマニウムを含有するガスは、ＧｅＦ４ガス、ＧｅＦ２Ｃｌ２ガス、ＧｅＣｌ４ガスまたはＧｅＨ４ガスであることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のドライエッチング方法において、
前記フッ素を含有するガスとゲルマニウムを含有するガスの混合ガスは、さらにＡｒガスとＣＨ４ガスが混合され、
前記フッ素を含有するガスは、ＳＦ６ガスであることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のドライエッチング方法において、
前記フッ素を含有するガスとゲルマニウムを含有するガスの混合ガスは、さらにＨ２ガスが混合され、
前記フッ素を含有するガスは、ＣＦ４ガスであることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項６】
請求項４に記載のドライエッチング方法において、
前記ＳＦ６ガスと前記ゲルマニウムを含有するガスとＡｒガスとＣＨ４ガスの混合ガスの総流量に対する前記ゲルマニウムを含有するガスの流量の割合を１５％以下とすることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項７】
請求項５に記載のドライエッチング方法において、
前記ＣＦ４ガスと前記ゲルマニウムを含有するガスとＨ２ガスの混合ガスの総流量に対する前記ゲルマニウムを含有するガスの流量の割合を１５％以下とすることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項８】
純シリコン膜、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であるシリコン膜とシリコンゲルマニウム膜とが形成された被処理基板を準備する工程と、
フッ素を含有するガスとゲルマニウムを含有するガスの混合ガスである反応ガスのプラズマを用いることにより前記被処理基板に形成されたシリコン膜を前記シリコンゲルマニウム膜に対して選択的にプラズマエッチングする工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項９】
請求項８に記載のドライエッチング方法において、
前記エッチングする工程におけるエッチングは、等方性エッチングであることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載のドライエッチング方法において、
前記ゲルマニウムを含有するガスの流量は、前記反応ガスの流量に対して１５％以下の割合であることを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のドライエッチング方法に係り、特にシリコン（Ｓｉ）とシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を選択的にエッチングするドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉとＳｉＧｅの選択ドライエッチングに関しては、ＣＦ４を使ってＳｉを選択的にサイドエッチングしてＳｉＧｅはサイドエッチングしない技術や、ＣＦ４／Ｏ２／Ｎ２を用いてＳｉＧｅを選択的にサイドエッチングする技術が開示されている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
また、特許文献１にはＣｌＦ３、ＸｅＦ２を用いたＳｉＧｅの選択的エッチング方法が記載されている。さらに、特許文献２にはＨＦを用いてＳｉＧｅを選択的にエッチングする技術が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５１０７５０号公報
【特許文献２】特開２００３−７７８８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＥＣＳ(The Electrochemical Society) Transactions第３３巻６号  ７７７頁−７８９頁（２０１０年）（特に、第７８０頁第１３行や第７８２頁第１行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記先行技術について試験したところ、ＳｉＧｅを選択的にエッチングして、Ｓｉをエッチングしない場合には選択比が十分に高いが、逆にＳｉＧｅに対してＳｉを選択的にエッチングする場合には選択比が不十分であることが判明した。
【０００７】
本発明の目的は、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜とが混在する構造の半導体素子の微細加工で、ＳｉＧｅに対してＳｉを十分高い選択比でエッチングすることのできるドライエッチング方法を提供することにある。なお、Ｓｉ膜としては、純Ｓｉ膜の他、その酸化膜や窒化膜等を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一実施形態として、プラズマを用いて被エッチング膜をシリコンゲルマニウム膜に対して選択的にエッチングするドライエッチング方法において、前記被エッチング膜をエッチングするためのエッチングガスにゲルマニウムを含有するガスを添加して前記被エッチング膜をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法とする。
【０００９】
また、シリコン膜とシリコンゲルマニウム膜とが形成された被処理基板を準備する工程と、前記シリコン膜のエッチングガスにゲルマニウムを含むガスが添加された反応ガスのプラズマを用いることにより前記被処理基板に形成されたシリコン膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とするドライエッチング方法とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成とすることにより、ＳｉＧｅに対してＳｉ等の被エッチング膜を十分高い選択比でエッチングすることのできるドライエッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第1の実施例に係るドライエッチング方法を実施するためのドライエッチング装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】エッチングの対象であるＳｉ膜とＳｉＧｅ膜が混在する構造の一例を示す基板の概略断面図であり、（ａ）はエッチング前の状態、（ｂ）はエッチング後の状態である。
【図３】ＧｅＦ４流量が全体のガス流量に占める割合と３００ｍｍウエハ上の異物数の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明者等は、ＳｉＧｅに対してＳｉを十分高い選択比でエッチングする方法について検討した結果、エッチングガスであるハロゲンガスに加えて、Ｇｅを含むガスを添加することが有効であることを見出した。エッチングガスであるハロゲンに加えてＧｅを含むガスを添加することで、ＳｉＧｅのエッチング速度が低下し、ＳｉＧｅに対して選択的にＳｉをエッチングすることができると考えられる。なお、Ｇｅを含むガスとしてはＧｅＦ４、ＧｅＦ２Ｃｌ２、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨ４を用いることができる。
【００１３】
以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第1の実施例に係るドライエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例を示す概略断面図であり、プラズマ生成手段にマイクロ波と磁場を利用したマイクロ波プラズマエッチング装置である。この装置は、内部を真空排気できるチャンバ１０１と被処理物であるウエハ１０２を配置する試料台１０３とチャンバ１０１の上面に設けられた石英などのマイクロ波透過窓１０４と、その上方に設けられた導波管１０５、マグネトロン１０６と、チャンバ１０１の周りに設けられたソレノイドコイル１０７と、試料台１０３に接続された静電吸着電源１０８、高周波電源１０９とを備える。
【００１５】
ウエハ１０２はウエハ搬入口１１０からチャンバ１０１内に搬入された後、静電吸着電源１０８によって試料台１０３に静電吸着される。次にプロセスガスがチャンバ１０１に導入される。チャンバ１０１内は、真空ポンプ（図示省略）により減圧排気され、所定の圧力（例えば、０．１Ｐａ〜５０Ｐａ）に調整される。次に、マグネトロン１０６から周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振され、導波管１０５を通してチャンバ１０１内に伝播される。マイクロ波とソレノイドコイル１０７によって発生された磁場との作用によって処理ガスが励起され、ウエハ１０２上部の空間にプラズマ１１１が形成される。一方、試料台１０３には、高周波電源１０９によってバイアスが印加され、プラズマ１１１中のイオンがウエハ１０２上に垂直に加速され入射する。プラズマ１１１からのラジカルとイオンの作用によってウエハ１０２の表面が異方的にエッチングされる。また、マグネトロン１０６にはパルスジェネレータ１１２が取り付けられており、これによりマイクロ波をパルス状にパルス変調することができる。
次に図１の装置でウエハをエッチングする条件の例を表１に示す。  
【００１６】
【表１】
0005819243.tif 000002
【００１７】
表１の条件を用いて、図２（ａ）の断面図に示すように被処理膜としてＳｉ膜２０３とＳｉＧｅ膜２０２とが互いに交互に混在する構造であって、マスク２０１としてシリコン窒化膜を有するウエハ（基板）２０４をエッチング処理した。その結果を図２（ｂ）に示す。表１のステップ１は初期状態の試料表面に付いている自然酸化膜などを除去するエッチングでブレークスルーと呼び、このステップは試料状態によっては不要である。ステップ２がＳｉ膜２０３をＳｉＧｅ膜２０２に対して選択的にエッチングする条件で、ウエハバイアス（高周波バイアス電力）が０Ｗのため異方性のエッチングはせず、等方性エッチングとなり、図２（ｂ）のようにＳｉＧｅ膜２０２に対してＳｉ膜２０３を十分高い選択比でサイドエッチングすることができる。但し、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜とが上方から見てそれぞれ露出している構造では、必ずしも等方性エッチングである必要はない。なおここでＣＨ４ガスはＳｉ膜２０３、ＳｉＧｅ膜２０２の表面にともに堆積する、すなわちエッチングを抑制する性質を持ち、フッ素原子が多すぎるとＳｉＧｅ膜２０２もサイドエッチングが入るために、エッチング速度を調節する目的で添加している。
【００１８】
次に本実施例の別条件を表２に示す。  
【００１９】
【表２】
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【００２０】
この条件ではＣＨ４の代わりにＨ２とＣＦ４が入っており、この条件でも同様な効果が得られる。  
本実施例により、ＳｉＧｅ膜に対してＳｉ膜を選択的にプラズマエッチングできる理由は以下のように考えられる。
【００２１】
たとえばＳｉＧｅのＳＦ６によるエッチング反応は（１）であらわされる。ここでＧｅＦ４ガスをＳＦ６ガスに添加すると、化学平衡により、ＧｅＦ４ガスを減少させる方向に反応が進む。つまり、（１）式の左側への反応が進むことにより、ＳｉＧｅ膜が生成されることになる。このため、ＧｅＦ４ガスをＳＦ６ガスに添加すると、ＳｉＧｅ膜のエッチング反応は抑制されて、ＳｉＧｅのエッチング速度が遅くなる。  
ＳｉＧｅ＋２ＳＦ６→ＧｅＦ４＋ＳｉＦ４＋２ＳＦ２    −−（１）  
一方、ＳＦ６ガスによるＳｉのエッチング反応は（２）式で表されるため、ＳＦ６ガスにＧｅＦ４ガスを添加してもＳｉのエッチング反応は影響されない。  
Ｓｉ＋ＳＦ６→ＳｉＦ４＋ＳＦ２                      −−（２）  
このようなことから、エッチング速度はＳｉ＞ＳｉＧｅとなる。  
また、Ｇｅを含むガスはＧｅＦ４に限らずＧｅＦ２Ｃｌ２、ＧｅＣｌ４、ＧｅＨ４でも同様の効果が得られる。  
また、本実施例は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）または、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）もＳｉＧｅ膜に対して選択的にエッチングできる。これは、以下のように考えられる。
シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）のＳＦ６ガスによるエッチング反応は、それぞれ（３）式、（４）式で表される。  
ＳｉＯ２＋ＳＦ６→ＳｉＦ４＋ＳＦ２＋Ｏ２            −−（３）  
Ｓｉ３Ｎ４＋３ＳＦ６→３ＳｉＦ４＋３ＳＦ２＋２Ｎ２  −−（４）  
このため、ＳＦ６ガスにＧｅＦ４ガスを添加してもシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチング反応及びシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）のエッチング反応は影響されない。よって、本実施例は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）または、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）もＳｉＧｅ膜に対して選択的にエッチングできる。
【００２２】
以上説明したように、本実施例によれば、Ｓｉ膜とＳｉＧｅ膜とが混在する構造の半導体素子の微細加工において、ＳｉＧｅに対してＳｉを十分高い選択比でエッチングすることのできるドライエッチング方法を提供することができる。
【実施例２】
【００２３】
本発明の第２の実施例について図３を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００２４】
実施例１において、エッチングガスにＧｅＦ４等のＧｅを含むガスを添加したところエッチングの際に異物が発生する現象が観察された。異物が発生することにより微細加工された配線を断線またはショートしてしまう可能性がある。本実施例ではこの異物の発生を低減可能な高選択のドライエッチング方法について説明する。異物の発生を抑制するためには、ＧｅＦ４ガスを多量に使用せず、他のガスとのバランスが必要と思われた。図３はＧｅＦ４ガス流量が全体のガス流量に占める割合と３００ｍｍウエハ上の異物数の関係を示す。ＧｅＦ４ガスの割合が１５％以上から急に異物の発生量が増加することが分かる。これはＧｅＦ４ガスを過度に入れたためＧｅ反応生成物密度が増加、Ｇｅが固体化し異物となるからであると考えられる。以上からＧｅを含むガス流量が全体に占める割合は１５％以下が望ましく、この割合になるようにＡｒなどで希釈すればよい。
【００２５】
以上説明したように、本実施例によれば実施例と同じ効果を得ることができる。また、Ｇｅを含むガス流量が全体に占める割合を１５％以下とすることにより、エッチングの際、被処理物への異物付着を低減することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０１…チャンバ、１０２…ウエハ、１０３…試料台、１０４…マイクロ波透過窓、１０５…導波管、１０６…マグネトロン、１０７…ソレノイドコイル、１０８…静電吸着電源、１０９…高周波電源、１１０…ウエハ搬入口、１１１…プラズマ、１１２…パルスジェネレータ、２０１…マスク、２０２…ＳｉＧｅ膜、２０３…Ｓｉ膜、２０４…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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