(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にＳｉＧｅ結晶層を形成した基板のマスクに覆われていない部分のＳｉＧｅ膜をＳｉ膜または酸化シリコン膜またはシリコン窒化膜に対して選択的に除去するＳｉＧｅ膜のエッチング方法であって、反応性ガスとして、水素原子と弗素原子が結合したガスをアルゴンガスおよび酸素ガスと混合した混合ガスを用いて、ＳｉＧｅ膜をドライエッチングすることを特徴とするＳｉＧｅ膜のエッチング方法。
【請求項２】
前記水素原子と弗素原子が結合したガスは、ＨＦであることを特徴とする請求項１のＳｉＧｅ膜のエッチング方法。
【請求項３】
ＳｉＧｅ膜のエッチングレートを１０〜１００ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＧｅのシリコン膜および酸化シリコン膜に対するエッチングの選択比をそれぞれ１０以上および５０以上として、ＳｉＧｅ膜をシリコン膜および酸化シリコン膜に対し選択的にエッチングすることを特徴とする請求項１または２のＳｉＧｅ膜のエッチング方法。
【請求項４】
エッチングする方法として放電分離型ケミカルドライエッチング法を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかのＳｉＧｅ膜のエッチング方法。
【請求項５】
前記反応性ガスは、水素原子と弗素原子が結合したガスの混合比が１０％以上となるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかのＳｉＧｅ膜のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳｉＧｅ膜のエッチング方法に係わり、特に基板のマスクに覆われていない部分のＳｉＧｅ膜をシリコン膜および酸化シリコン膜あるいはシリコン窒化膜に対して選択的に除去することを可能にするＳｉＧｅ膜のエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＯＳ−ＦＥＴの高速性を改善するために、Ｓｉ結晶などに応力を加えたひずみ結晶を用いることが提案されている。このようなひずみ結晶では、バンド構造の変化などに起因する電子およびホールの移動度の向上が図れることが分かっているためである。
【０００３】
ひずみＳｉ結晶を得るために、Ｓｉ結晶より格子定数がわずかに大きい結晶を基板とし、その上に薄膜Ｓｉ層を積層する方法が考えられている。例えばＧｅ原子を数％〜３０％程度混ぜたＳｉＧｅ結晶層をＳｉ結晶基板上に数μｍ程度積層し、これを仮想の基板とするものである。
【０００４】
このような表面にＳｉＧｅ層を形成したＳｉウェハ基板を用いる場合には、Ｓｉウェハ基板からから不用なＳｉＧｅ膜を除去することが必要になることがある。不用なＳｉＧｅ膜を除去するためには、従来はＣＦ4とＯ2ガスを反応性ガスとして用いるケミカルドライエッチング法を用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方基板上には、導電層などとなるシリコン（Ｓｉ）膜や絶縁層となる酸化シリコン（ＳｉＯ2）などが形成されるから、これらを除去することなくＳｉＧｅ膜だけを選択的に除去することが必要になることがある。またシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）に対してＳｉＧｅ膜だけを選択エッチングすることが必要になることもある。しかし従来のＣＦ4とＯ2を反応性ガスとして用いる方法は、ＳｉＧｅ膜の選択エッチング性が悪く、同時に除去されるＳｉ膜やＳｉＯ2膜あるいはＳｉ3Ｎ4膜の量も多くなるという問題がある。
【０００６】
例えば前記のＣＦ4とＯ2の反応性ガスを用いる場合、ＳｉＧｅ膜のＳｉ膜に対するエッチングの選択比は５〜１０程度であり、ＳｉＧｅ膜のエッチングレートは１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上と非常に大きくなる。ここにエッチングの選択比はエッチングされ易さの比を意味し、ＳｉＧｅ膜のエッチングがＳｉ膜に対して５〜１０倍速く進行することを意味する。
【０００７】
しかしこの程度の選択比ではＳｉＧｅ膜のエッチング時に他のＳｉ膜やＳｉＯ2膜やＳｉ3Ｎ4膜のエッチングも相当に進むことになり望ましくない。またＳｉＧｅ膜のエッチングレートが高すぎるため、エッチングの制御が極めて困難であり、不用なＳｉＧｅ膜だけを選択的に正確に除去することが困難であった。
【０００８】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ＳｉＧｅ膜をＳｉ膜およびＳｉＯ2膜あるいはＳｉ3Ｎ4膜に対して十分に大きい選択比をもって除去することができ、エッチングレートも十分に小さくしてエッチングの制御性を向上させることができるＳｉＧｅ膜のエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によればこの目的は、表面にＳｉＧｅ結晶層を形成した基板のマスクに覆われていない部分のＳｉＧｅ膜をＳｉ膜または酸化シリコン膜またはシリコン窒化膜に対して選択的に除去するＳｉＧｅ膜のエッチング方法であって、反応性ガスとして、水素原子と弗素原子が結合したガスをアルゴンガスおよび酸素ガスと混合した混合ガスを用いて、ＳｉＧｅ膜をドライエッチングすることを特徴とするＳｉＧｅ膜のエッチング方法、により達成される。
【００１０】
反応性ガスに混合する「水素原子と弗素原子が結合したガス」は、ＨＦが好適である。反応性ガスは、ＳｉＧｅ膜のエッチングレートを１０〜１００ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＧｅ膜のＳｉ膜およびＳｉＯ4膜に対するエッチングの選択比をそれぞれ１０以上および５０以上とするように設定することにより、ＳｉＧｅ膜をＳｉ膜およびＳｉＯ4膜に対して選択的にエッチングするのに好適なものとなる。この場合被エッチング材となるウェハ基板は７０℃〜１０℃の範囲内で温度調節し、最適な温度を決めるのが望ましい。
【００１１】
エッチングは、放電分離型ケミカルドライエッチング法を用いるのが望ましい。反応性ガスは、水素原子と弗素原子が結合したガスの混合比が５％（モル比あるいは容積比）以上となるようにするのが望ましく、特に１０％以上にするのが望ましい。
【００１２】
【実施態様】
以下、図面に基づいて本願発明の一実施態様を説明する。図１は本発明の一実施態様を実施するために用いる放電分離型ケミカルドライエッチング装置を示す。図２は基板の断面図であり、（Ａ）はエッチング前の状態を、（Ｂ）はエッチング後の状態を示す。
【００１３】
図１において符号１は真空容器を示し、この真空容器１のエッチング室２内には、被処理物３を載置する載置台４が設けられている。この載置台４は温度調節機構を有しており、被処理物３の温度を制御できるようになっている。前記真空容器１の天壁には、ガス導入管５が接続されており、その先には、放電管６が接続されていて、ガス導入口７からガスが導入されている。前記放電管６には、マイクロ波導波管８が接続されている。
【００１４】
ガス導入口７からは反応性ガスが導入され、マイクロ波導波管８よりマイクロ波（図示せず）が印可されて放電管６内にプラズマが発生する。このプラズマによってガスが活性化された後、被処理物３がセットされているエッチング室２に導入され、被処理物３がエッチングされる。被処理物３と反応した反応性ガスは排気口９よりエッチング室２の外に排気される。
【００１５】
ここにガス導入口７から導入される反応性ガスは、水素原子と弗素原子とが結合したガスであるＨＦ（弗化水素）にアルゴンガス（Ａｒ）および酸素ガス（Ｏ2）を混合したものである。すなわちＨＦおよびＯ2の混合比を調整してＡｒガスで希釈したものである。ＨＦの混合比は反応性ガス全体の１０％（モル％、容積％）以上とする。
【００１６】
また載置台４の温度やガス圧は適切に決めることが必要である。例えばＳｉＧｅ膜のエッチングレートを１０〜１００ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＧｅ膜のＳｉ膜およびＳｉＯ4膜に対するエッチング選択比をそれぞれ１０以上および５０以上にするためには、前記のようにＨＦの混合比を１０％以上とし、載置台４の温度を７０〜１０°とし、ガス圧を例えば２００Ｐａ程度にする。
【００１７】
被処理物３は図２の（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０の表面にＳｉＧｅ膜１２を形成し、この上にマスク１４となる酸化膜あるいはレジストのパターンを形成したものである。この被処理物３を真空容器１内の載置台３に載せ、エッチング室２内を減圧する。そして載置台３によって被処理物３を所定温度に保持した後、反応性ガスをガス導入口７より導入しつつマイクロ波導波管８から導いたマイクロ波でガスをプラズマ化する。
【００１８】
このプラズマにより活性化されたガスは、排気口９からの排気に伴ってエッチング室２に流入し、被処理物３に導かれてエッチングを行う。すなわちＳｉＧｅ膜１２をＳｉ基板１０やマスク１４などに比べて高いエッチングレートで選択的にエッチングする。この結果図２の（Ｂ）に示すようにＳｉ基板１０を残してＳｉＧｅ膜１２のみを選択的に除去することができる。またエッチングレートが小さいので、例えばエッチング中のガス混合比や被処理物３の温度や圧力などを制御することによりエッチングの制御が可能になる。
【００１９】
図３はこの方法によるエッチングの実験データを示すグラフである。このグラフは反応性ガスとしてＨＦの混合比（流量比）であるＨＦ流量％を横軸にとり、縦軸にＳｉＧｅエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）および対Ｓｉ選択比（ＳｉＧｅのＳｉに対する選択比）をとって実験データを示すものである。またマイクロ波パワーを７００Ｗ、ガス圧を２００Ｐａ、載置台４の温度を２５℃とした。
【００２０】
この図３から、ＨＦ流量％を１０％以上にすることにより、ＳｉＧｅのエッチングレートを約８ｎｍ／ｍｉｎ以上とすることができ、対Ｓｉ選択比を約１５以上にできることが解る。なお図３は対Ｓｉ選択比のみを示し、ＳｉＯ2に対するＳｉＧｅの選択比については示していないが、他の実験データなどから、ＳｉＯ2に対しては選択比が約４０以上になることが解っている。また図３は、載置台４の温度は２５℃の場合を示すが、７０℃〜１０℃の範囲であれば、前記したエッチングレートと選択比を得ることが可能であることが他の実験などから解っている。
【００２１】
図４は本発明によるＳｉＧｅのエッチング効果を示す蒸気圧のグラフである。ＳｉＧｅが反応性ガスのＨＦと反応した時にはＧｅＨ4ができるが、ＨＦだけではＳｉと反応せず、Ｈ−がＧｅと反応してガスとなって飛び易いので、ＳｉＧｅは本プロセスによってＳｉとの十分な選択比をもってエッチングされ得る。このＧｅＨ4はガスでありその蒸気圧は図４に示すように高い。すなわちＧｅＢｒ4、ＧｅＣｌ4、ＧｅＩ4などのガスの蒸気圧は図４に示すようにＧｅＨ4の蒸気圧に比べて著しく小さい。このことからもＧｅとＨとの反応が進み易く、ＧｅＨ4が気化し易いことが解る。すなわちＳｉＧｅがエッチングされ易いことが解る。
【００２２】
以上の説明した実施態様は、図１に示した放電分離型ケミカルドライエッチング法を用いたものであるが、この発明はこの方法に限定されるものではない。自己バイアス効果が少ない他のドライエッチング法であれば使用できる。例えばＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance、電子サイクロトロン共鳴プラズマ）、ＩＰＣ（Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズマ）などの高密度プラズマを用いることができる。
【００２３】
以上の実施態様では、ＳｉＧｅをＳｉおよびＳｉＯ2に対して選択的にエッチングする場合を説明しているが、この発明はシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）に対してＳｉＧｅを選択的にエッチングする場合にも有効であることが解っている。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は以上のように、水素原子と弗素原子とが結合したガスをアルゴンガスおよび酸素ガスと混合した反応性ガスを用いてＳｉＧｅ膜をドライエッチングするものであるから、ＳｉＧｅ膜をＳｉ膜やＳｉＯ2膜やＳｉ3Ｎ4膜に対して十分に大きな選択比をもって選択的にエッチングすることができる。この場合にＳｉＧｅ膜に対するエッチングレートは十分に小さくすることができるのでエッチングの制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を実施するために用いる放電分離型ケミカルドライエッチング装置を示す図
【図２】基板の断面図であり、（Ａ）はエッチング前の状態を示す図、（Ｂ）はエッチング後の状態を示す図
【図３】エッチングの実験データを示すグラフ
【図４】本発明によるＳｉＧｅのエッチング効果を示す蒸気圧のグラフ
【符号の説明】
１０  Ｓｉ基板
１２  ＳｉＧｅ膜
１４  マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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