蝕刻方法
【專利摘要】提供在SiGe和Si共存的被處理基板中，能夠使用相同的氣體體系在同一裝置內(nèi)進(jìn)行相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe、以及相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si的蝕刻方法。通過(guò)將具有硅和硅鍺的被處理基板配置于腔室內(nèi)，將蝕刻氣體的氣體體系設(shè)為F2氣體和NH3氣體，并改變F2氣體與NH3氣體的比率，從而進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺、以及相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅。
【專利說(shuō)明】
蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及在硅鍺(SiGe)和硅(Si)共存的被處理基板中相對(duì)于一者以高選擇比蝕刻另一者的蝕刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，在Si和SiGe共存的被處理基板中，尋求相對(duì)于Si和SiGe中的一者選擇性地蝕刻另一者的技術(shù)。作為這樣的技術(shù)，例如可以舉出:在具有Si和SiGe的層疊結(jié)構(gòu)的被處理基板中，相對(duì)于Si和SiGe中的一者選擇性地側(cè)蝕刻(side etching)另一者。
[0003]針對(duì)這樣的要求，作為相對(duì)于Si選擇性地蝕刻SiGe的技術(shù)，已知有作為蝕刻氣體使用ClF3、XeF2的技術(shù)(專利文獻(xiàn)I)以及使用HF的技術(shù)(專利文獻(xiàn)2)，作為相對(duì)于SiGe選擇性地蝕刻Si的技術(shù)，已知有在包含SF6、CF4的蝕刻氣體中加入包含鍺的氣體進(jìn)行蝕刻的技術(shù)(專利文獻(xiàn)3) ο
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I:日本特表2009-510750號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2003-77888號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2013-225604號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010]上述技術(shù)均只不過(guò)是相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe、或者相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si，因而尋求使用相同的氣體體系在同一裝置內(nèi)進(jìn)行SiGe的選擇性蝕刻和Si的選擇性蝕刻這兩者。
[0011]因此，本發(fā)明的課題在于，提供在硅鍺(SiGe)和硅(Si)共存的被處理基板中，能夠使用相同的氣體體系在同一裝置內(nèi)進(jìn)行相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe和相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si的蝕刻方法。
[0012]用于解決問(wèn)題的方案
[0013]S卩，本發(fā)明提供一種蝕刻方法，其特征在于，將具有硅和硅鍺的被處理基板配置于腔室內(nèi)，將蝕刻氣體的氣體體系設(shè)SF2氣體和NH3氣體，通過(guò)改變F2氣體與NH3氣體的比率，從而進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺、以及相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅。
[0014]上述蝕刻方法中，作為硅可以使用硅膜，作為硅鍺可以使用硅鍺膜。
[0015]優(yōu)選的是，進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％計(jì)設(shè)為O?15% ;進(jìn)行相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％計(jì)設(shè)為18?50%。進(jìn)一步優(yōu)選的是，進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％計(jì)分別設(shè)為O?10%;進(jìn)行相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％計(jì)設(shè)為30?50 %。
[0016]優(yōu)選的是，在前述蝕刻時(shí)，將載置被處理基板的載置臺(tái)的溫度設(shè)為30?130°C的范圍。
[0017]另外，優(yōu)選的是，在前述蝕刻時(shí)，將腔室內(nèi)的壓力設(shè)為66.7?667Pa。
[0018]優(yōu)選的是，相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺和相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅均通過(guò)重復(fù)多次蝕刻工序的循環(huán)蝕刻來(lái)進(jìn)行。該情況下，優(yōu)選的是，在前述蝕刻工序之間，進(jìn)行前述腔室內(nèi)的排氣。
[0019]進(jìn)而，可以先于前述選擇性蝕刻，將NH3氣體和HF氣體導(dǎo)入至前述腔室內(nèi)，進(jìn)行被處理基板表面的自然氧化膜的去除，另外，可以在前述選擇性蝕刻后，將NH3氣體和HF氣體導(dǎo)入至前述腔室內(nèi)，進(jìn)行被處理基板的蝕刻面的保護(hù)處理。
[0020]另外，本發(fā)明提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，其為存儲(chǔ)有用于在電腦上操作來(lái)控制蝕刻裝置的程序的存儲(chǔ)介質(zhì)，前述程序在實(shí)行時(shí)使電腦控制前述蝕刻裝置用以進(jìn)行上述蝕刻方法。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將蝕刻氣體的氣體體系設(shè)為F2氣體和NH3氣體，改變F2氣體與NH3氣體的比率，從而能夠以相同的氣體體系和同一腔室進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺和相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅這兩者。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為示出搭載有用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式的蝕刻方法而使用的蝕刻裝置的處理系統(tǒng)的一例的不意構(gòu)成圖。
[0024]圖2為示出搭載于圖1的處理系統(tǒng)的熱處理裝置的截面圖。
[0025]圖3為示出搭載于圖1的處理系統(tǒng)的蝕刻裝置的截面圖。
[0026]圖4為示出實(shí)驗(yàn)例I中的NH3氣體流量與poly-Si膜和SiGe膜的蝕刻量的關(guān)系的圖。
[0027]圖5為示出對(duì)于形成有poly-Si膜與SiGe膜的層疊膜的晶圓、改變循環(huán)數(shù)進(jìn)行蝕刻時(shí)的蝕刻面的狀態(tài)的SHM照片。
[0028]圖6為示出對(duì)于形成有poly-Si膜的晶圓、改變循環(huán)數(shù)進(jìn)行蝕刻時(shí)的蝕刻面的狀態(tài)的SEM照片。
[0029]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0030]1:處理系統(tǒng)
[0031]2:輸入/輸出部
[0032]3:加載互鎖室
[0033]5:蝕刻裝置
[0034]6:控制部
[0035]11:第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)
[0036]17:第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)
[0037]40:腔室
[0038]42:載置臺(tái)
[0039]43:氣體供給機(jī)構(gòu)
[0040]44:排氣機(jī)構(gòu)
[0041 ]61:氣體導(dǎo)入噴嘴
[0042]63:F2氣體供給源
[0043]64: NH3氣體供給源
[0044]65: HF氣體供給源
[0045]67: F2氣體供給配管
[0046]68:NH3氣體供給配管
[0047]71:集合配管
[0048]W:半導(dǎo)體晶圓
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下，邊參照附圖邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0050]<本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的處理系統(tǒng)的一例>
[0051]圖1為示出搭載有實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的蝕刻方法的蝕刻裝置的處理系統(tǒng)的一例的概要構(gòu)成圖。該處理系統(tǒng)I具備:將Si和SiGe共存的被處理基板即半導(dǎo)體晶圓(以下，簡(jiǎn)單記作晶圓)W輸入/輸出的輸入/輸出部2;與輸入/輸出部2相鄰地設(shè)置的2個(gè)加載互鎖室(L/L)3;與各加載互鎖室3分別相鄰地設(shè)置的、對(duì)晶圓W進(jìn)行熱處理的熱處理裝置4;與各熱處理裝置4分別相鄰地設(shè)置的、對(duì)晶圓W進(jìn)行蝕刻的本實(shí)施方式的蝕刻裝置5;以及，控制部6。
[0052]輸入/輸出部2具有:內(nèi)部設(shè)置有輸送晶圓W的第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)11的輸送室(L/M)
12。第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)11具有:大致水平地保持晶圓W的2個(gè)輸送臂lla、llb。在輸送室12的長(zhǎng)度方向的側(cè)部設(shè)有載置臺(tái)13，該載置臺(tái)13上可以連接例如3個(gè)能夠并列收納多張晶圓W的載體C。另外，與輸送室12相鄰地設(shè)置有定位器14，所述定位器14使晶圓W旋轉(zhuǎn)而在光學(xué)上求出偏心量從而進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。
[0053 ]輸入/輸出部2中，晶圓W由輸送臂11 a、11 b保持，通過(guò)第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)11的驅(qū)動(dòng)，在大致水平面內(nèi)使其直進(jìn)移動(dòng)或升降，從而輸送至期望的位置。然后，通過(guò)分別使輸送臂lla、llb相對(duì)于載置臺(tái)13上的載體C、定位器14、加載互鎖室3進(jìn)退，從而使其輸入/輸出。
[0054]各加載互鎖室3以其與輸送室12之間分別存在有閘閥16的狀態(tài)分別與輸送室12連接。在各加載互鎖室3內(nèi)設(shè)置有輸送晶圓W的第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17。另外，加載互鎖室3以能夠抽真空至規(guī)定的真空度的方式構(gòu)成。
[0055]第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17具有多關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)，具有大致水平地保持晶圓W的拾取器(pick)。該第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17中，拾取器以縮短多關(guān)節(jié)臂的狀態(tài)位于加載互鎖室3內(nèi)，通過(guò)伸展多關(guān)節(jié)臂，從而拾取器到達(dá)熱處理裝置4，進(jìn)而通過(guò)伸展可以到達(dá)蝕刻裝置5，可以將晶圓W在加載互鎖室3、熱處理裝置4和蝕刻裝置5之間輸送。
[0056]熱處理裝置4如圖2所示那樣具有:能夠抽真空的腔室20和在其中載置晶圓W的載置臺(tái)23，在載置臺(tái)23中埋設(shè)有加熱器24，通過(guò)該加熱器24將實(shí)施了蝕刻處理后的晶圓W加熱，將存在于晶圓W的蝕刻殘?jiān)鼩饣⑷コ?。在腔?0的加載互鎖室3—側(cè)，在與加載互鎖室3之間設(shè)置有輸送晶圓的輸入/輸出口 20a，該輸入/輸出口 20a能夠通過(guò)閘閥22開(kāi)閉。另外，在腔室20的蝕刻裝置5—側(cè)，在與蝕刻裝置5之間設(shè)置有輸送晶圓W的輸入/輸出口 20b，該輸入/輸出口 20b能夠通過(guò)閘閥54開(kāi)閉。在腔室20的側(cè)壁上部連接有氣體供給路25，氣體供給路25與犯氣體供給源30連接。另外，在腔室20的底壁連接有排氣路27，排氣路27與真空栗33連接。在氣體供給路25上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥31，在排氣路27上設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)閥32，通過(guò)調(diào)節(jié)這些閥，使腔室20內(nèi)為規(guī)定壓力的他氣體環(huán)境而進(jìn)行熱處理。也可以使用Ar氣體等除了 N2氣體以外的非活性氣體。
[0057]控制部6具有工藝控制器91，所述工藝控制器91具備控制處理系統(tǒng)I的各構(gòu)成部的微處理機(jī)(電腦)。工藝控制器91與用戶界面92相連接，所述用戶界面92具有:操作員為了管理處理系統(tǒng)I而進(jìn)行命令的輸入操作等的鍵盤;使處理系統(tǒng)I的運(yùn)轉(zhuǎn)情況可視化顯示的顯示器等。另外，工藝控制器91與存儲(chǔ)部93相連接，所述存儲(chǔ)部93收納有:用于利用工藝控制器的控制實(shí)現(xiàn)處理系統(tǒng)I中實(shí)行的各種處理、例如后述的蝕刻裝置5中的處理氣體的供給、腔室內(nèi)的排氣等的控制程序；用于根據(jù)處理?xiàng)l件而使處理系統(tǒng)I的各構(gòu)成部實(shí)行規(guī)定的處理的控制程序即處理制程、各種數(shù)據(jù)庫(kù)等。制程存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部93中的適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)介質(zhì)(沒(méi)有圖示)中。然后，根據(jù)需要從存儲(chǔ)部93呼叫任意制程使工藝控制器91實(shí)行，從而在工藝控制器91的控制下、在處理系統(tǒng)I中進(jìn)行期望的處理。
[0058]本實(shí)施方式的蝕刻裝置5為使用相同的氣體體系相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe和相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si的蝕刻裝置。對(duì)于其具體的構(gòu)成，后面詳細(xì)說(shuō)明。
[0059]這樣的處理系統(tǒng)I中，作為晶圓W，使用具有作為蝕刻對(duì)象的S1、還有具有SiGe的晶圓，將多張這樣的晶圓W收納于載體C內(nèi)并輸送至處理系統(tǒng)I。
[0060]處理系統(tǒng)I中，以打開(kāi)大氣側(cè)的閘閥16的狀態(tài)，通過(guò)第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)11的輸送臂lla、llb中的任一個(gè)將I張晶圓W自輸入/輸出部2的載體C輸送至加載互鎖室3并傳遞至加載互鎖室3內(nèi)的第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17的拾取器。
[0061]之后，關(guān)閉大氣側(cè)的閘閥16并對(duì)加載互鎖室3內(nèi)進(jìn)行真空排氣，接著打開(kāi)閘閥54，將拾取器伸展至蝕刻裝置5，將晶圓W輸送至蝕刻裝置5。
[0062]之后，將拾取器返回至加載互鎖室3，關(guān)閉閘閥54，在蝕刻裝置5中，如后述那樣進(jìn)行蝕刻處理。
[0063]蝕刻處理結(jié)束后，打開(kāi)閘閥22、54，通過(guò)第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17的拾取器將蝕刻處理后的晶圓W輸送至熱處理裝置4，向腔室20內(nèi)導(dǎo)入N2氣體，同時(shí)通過(guò)加熱器24對(duì)載置臺(tái)23上的晶圓W進(jìn)行加熱，將蝕刻殘?jiān)燃訜崛コ?br>[0064]熱處理裝置4中的熱處理結(jié)束后，打開(kāi)閘閥22，通過(guò)第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17的拾取器使載置臺(tái)23上的蝕刻處理后的晶圓W退避至加載互鎖室3，通過(guò)第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)11的輸送臂lla、llb中的任一個(gè)返回至載體C。由此，一張晶圓的處理結(jié)束。
[0065]需要說(shuō)明的是，處理系統(tǒng)I中，熱處理裝置4不是必須的。不設(shè)置熱處理裝置4的情況下，可以通過(guò)第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17的拾取器使蝕刻處理結(jié)束后的晶圓W退避至加載互鎖室3，通過(guò)第I晶圓輸送機(jī)構(gòu)11的輸送臂lla、llb中的任一個(gè)返回至載體C。
[0066]<蝕刻裝置的構(gòu)成>
[0067]接著，對(duì)用于實(shí)施本實(shí)施方式的蝕刻方法的蝕刻裝置5進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0068]圖3為示出蝕刻裝置5的截面圖。如圖3所示那樣，蝕刻裝置5具備密閉結(jié)構(gòu)的腔室40，在腔室40的內(nèi)部設(shè)置有以使晶圓W處于大致水平的狀態(tài)載置的載置臺(tái)42。另外，蝕刻裝置5具備:向腔室40供給蝕刻氣體的氣體供給機(jī)構(gòu)43、對(duì)腔室40內(nèi)進(jìn)行排氣的排氣機(jī)構(gòu)44。
[0069]腔室40由腔室主體51和蓋部52構(gòu)成。腔室主體51具有大致圓筒形狀的側(cè)壁部51a和底部51b，上部形成開(kāi)口，該開(kāi)口由蓋部52封閉。側(cè)壁部51a和蓋部52由密封構(gòu)件(沒(méi)有圖示)密閉而可以確保腔室40內(nèi)的氣密性。在蓋部52的頂壁上，自上方向腔室40內(nèi)插入氣體導(dǎo)入噴嘴61。
[0070]在側(cè)壁部51a設(shè)置有在與熱處理裝置4的腔室20之間輸入/輸出晶圓W的輸入/輸出口 53，該輸入/輸出口 53能夠通過(guò)閘閥54開(kāi)閉。
[0071]載置臺(tái)42俯視呈現(xiàn)大致圓形，固定于腔室40的底部51b。在載置臺(tái)42的內(nèi)部設(shè)置有調(diào)節(jié)載置臺(tái)42的溫度的溫度調(diào)節(jié)器55。溫度調(diào)節(jié)器55具備使例如溫度調(diào)節(jié)用介質(zhì)(例如水等)循環(huán)的管路，通過(guò)與在這樣的管路內(nèi)流動(dòng)的溫度調(diào)節(jié)用介質(zhì)進(jìn)行熱交換，從而可以調(diào)節(jié)載置臺(tái)42的溫度，進(jìn)行載置臺(tái)42上的晶圓W的溫度控制。
[0072]氣體供給機(jī)構(gòu)43具有:供給F2氣體的F2氣體供給源63;供給NH3氣體的NH3氣體供給源64;供給HF氣體的HF氣體供給源65;供給Ar氣體的Ar氣體供給源66。另外，具有:與?2氣體供給源63連接的F2氣體供給配管67;與NH3氣體供給源64連接的NH3氣體供給配管68;與HF氣體供給源65連接的HF氣體供給配管69 ；與Ar氣體供給源66連接的Ar氣體供給配管70。這些配管與集合配管71連接，集合配管71與上述氣體導(dǎo)入噴嘴61連接。而且，F(xiàn)2氣體、NH3氣體、HF氣體、Ar氣體經(jīng)由供給配管67、68、69、70和集合配管71自氣體導(dǎo)入噴嘴61向腔室40導(dǎo)入。
[0073]在?2氣體供給配管67、NH3氣體供給配管68、HF氣體供給配管69、Ar氣體供給配管70上設(shè)置有進(jìn)行流路的開(kāi)閉動(dòng)作和流量控制的流量控制器72。流量控制器72例如由開(kāi)閉閥和質(zhì)量流量控制器構(gòu)成。
[0074]需要說(shuō)明的是，在腔室40的上部設(shè)置有淋浴板，可以將介由淋浴板激發(fā)的氣體以淋浴狀供給。
[0075]上述氣體中，F(xiàn)2氣體和NH3氣體為主蝕刻中使用的蝕刻氣體。另外，HF氣體用于去除自然氧化膜、蝕刻處理后的膜的終端處理。另外，Ar氣體可以作為稀釋氣體、吹掃氣體使用?？梢允褂盟麣怏w等其他非活性氣體代替Ar氣體，也可以使用2種以上的非活性氣體。
[0076]排氣機(jī)構(gòu)44具有:與形成于腔室40的底部51b的排氣口81連接的排氣配管82，進(jìn)而具有:設(shè)置于排氣配管82的、用于控制腔室40內(nèi)的壓力的自動(dòng)壓力控制閥(APC)83和用于對(duì)腔室40內(nèi)進(jìn)行排氣的真空栗84。
[0077]在腔室40的側(cè)壁，以插入腔室40內(nèi)的方式設(shè)置有2個(gè)電容壓力計(jì)(capacitancemanometer) 86a、86b來(lái)作為用于測(cè)量腔室40內(nèi)的壓力的壓力計(jì)。電容壓力計(jì)86a作為高壓力用途，電容壓力計(jì)86b作為低壓力用途。在載置于載置臺(tái)42的晶圓W的附近設(shè)置有檢測(cè)晶圓W的溫度的溫度傳感器(沒(méi)有圖示)。
[0078]作為構(gòu)成蝕刻裝置5的腔室40、載置臺(tái)42等各種構(gòu)成部件的材質(zhì)，可以使用Al。構(gòu)成腔室40的Al材料可以為無(wú)垢的材料，或者也可以為對(duì)內(nèi)表面(腔室主體51的內(nèi)表面等)實(shí)施了陽(yáng)極氧化處理的材料。另一方面，構(gòu)成載置臺(tái)42的Al的表面要求耐磨耗性，因此，優(yōu)選進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理而在表面形成耐磨耗性高的氧化覆膜(Al2O3)。
[0079]<利用蝕刻裝置的蝕刻方法>
[0080]接著，對(duì)利用如此構(gòu)成的蝕刻裝置的蝕刻方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0081]本實(shí)施方式中，作為被處理體即晶圓W，使用Si和SiGe共存的晶圓，進(jìn)行相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe、以及相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si。作為一例，可以舉出:在poly-Si膜和SiGe膜的層疊結(jié)構(gòu)中，相對(duì)于poly-Si膜和SiGe膜中的一者選擇性地蝕刻另一者的情況。
[0082]實(shí)施本實(shí)施方式的蝕刻方法時(shí)，以使蝕刻裝置5的閘閥54開(kāi)放的狀態(tài)，通過(guò)加載互鎖室3內(nèi)的第2晶圓輸送機(jī)構(gòu)17的拾取器，將晶圓W自輸入/輸出口 53搬入至腔室40內(nèi)，載置于載置臺(tái)42。載置臺(tái)42由溫度調(diào)節(jié)器55進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，載置于載置臺(tái)42的晶圓W的溫度被控制在規(guī)定的溫度。
[0083]之后，將拾取器返回至加載互鎖室3，關(guān)閉閘閥54，使腔室40內(nèi)為密閉狀態(tài)。
[0084]接著，調(diào)節(jié)腔室40內(nèi)的壓力并且將NH3氣體和HF氣體導(dǎo)入至腔室40內(nèi)，去除形成于晶圓W的自然氧化膜。此時(shí)，除了NH3氣體和HF氣體之外，也可以供給作為稀釋氣體的Ar氣體。另外，優(yōu)選將NH3氣體首先導(dǎo)入至腔室40內(nèi)使壓力穩(wěn)定，然后導(dǎo)入HF氣體。
[0085]之后，向腔室40內(nèi)供給作為吹掃氣體的Ar氣體并且進(jìn)行真空排氣，進(jìn)行腔室40內(nèi)的吹掃，接著將氣體切換為F2氣體和NH3氣體，將蝕刻氣體的氣體體系設(shè)為F2氣體和NH3氣體進(jìn)行主蝕刻。此時(shí)，也可以加入作為稀釋氣體的Ar氣體。主蝕刻中，相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe和相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si通過(guò)改變F2氣體和NH3氣體的比率來(lái)進(jìn)行蝕刻。即，F(xiàn)2氣體和NH3氣體的氣體體系中，SiGe被F2氣體蝕刻而Si基本不被蝕刻，因此，F(xiàn)2氣體的比率多的區(qū)域(包含F(xiàn)2:100%)中，可以進(jìn)行相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe。另一方面，NH3氣體的比率變高時(shí)，Si被蝕刻而SiGe被NH3保護(hù)，從而SiGe難以被蝕刻，因此能夠進(jìn)行相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si O
[0086]具體而言，相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe時(shí)，優(yōu)選將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積% (流量％ )計(jì)設(shè)為O?15 % (F2氣體的比率為85?100%);相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si時(shí)，優(yōu)選將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％ (流量％ )計(jì)設(shè)為18?50% (F2氣體的比率為50?82%)。由此，可以以大約2以上的選擇比進(jìn)行選擇性蝕亥Ij。進(jìn)一步優(yōu)選的是，相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe時(shí)，NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％ (流量％)計(jì)為O?10% ;相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si時(shí)，NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積% (流量% )計(jì)為30?50 %。由此，可以以大約10以上的選擇比進(jìn)行選擇性蝕刻。
[0087]從提高SiGe相對(duì)于Si的選擇比的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將Fd體設(shè)為100%(使NH3氣體為O % )，通過(guò)以適當(dāng)?shù)牧刻砑覰H3氣體，從而可以進(jìn)行蝕刻速率的調(diào)整等。
[0088]對(duì)于主蝕刻時(shí)的腔室40內(nèi)的壓力，Si Ge的選擇性蝕刻和S i的選擇性蝕刻均優(yōu)選為66.7?667?&(0.5?51'0^)的范圍。另外，對(duì)于載置臺(tái)42的溫度(大致為晶圓的溫度)，5166的選擇性蝕刻和Si的選擇性蝕刻均優(yōu)選為30?130°C的范圍。
[0089]對(duì)于主蝕刻，SiGe的選擇性蝕刻和Si的選擇性蝕刻均優(yōu)選通過(guò)重復(fù)多次蝕刻工序的循環(huán)蝕刻來(lái)進(jìn)行。
[0090]循環(huán)蝕刻中，在各蝕刻工序之間進(jìn)行腔室40內(nèi)的吹掃。腔室40內(nèi)的吹掃可以單純地僅為腔室內(nèi)的真空排氣，也可以與真空排氣同時(shí)地使作為吹掃氣體的Ar氣體流動(dòng)。
[0091]通過(guò)進(jìn)行循環(huán)蝕刻，與一次蝕刻的情況相比，可以減小蝕刻表面的粗糙度。另外，即使提高NH3的比率而具有保護(hù)SiGe的功能，SiGe也多少會(huì)被蝕刻，然而蝕刻SiGe時(shí)的孵育時(shí)間長(zhǎng)于蝕刻Si時(shí)的孵育時(shí)間，因此通過(guò)在Si的選擇性蝕刻時(shí)進(jìn)行循環(huán)蝕刻，從而可以抑制S iGe的蝕刻而提尚選擇性。
[0092]循環(huán)蝕刻中，通過(guò)縮短蝕刻工序的時(shí)間而增加次數(shù)，從而可以提高上述效果，但次數(shù)過(guò)多時(shí)生產(chǎn)率降低，因此，優(yōu)選也考慮生產(chǎn)率而設(shè)為適當(dāng)?shù)难h(huán)數(shù)。
[0093]主蝕刻時(shí)，使用NH3氣體和F2氣體這兩者的情況下，優(yōu)選首先將NH3氣體導(dǎo)入至腔室40內(nèi)使壓力穩(wěn)定后導(dǎo)入F2氣體。另外，也可以利用Ar氣體使壓力穩(wěn)定。
[0094]如以上那樣進(jìn)行主蝕刻，然后向腔室40內(nèi)供給作為吹掃氣體的Ar氣體，且進(jìn)行真空排氣，進(jìn)行腔室40內(nèi)的吹掃，接著將氣體體系更換為NH3氣體和HF氣體，進(jìn)行蝕刻面的保護(hù)處理。
[0095]蝕刻面極容易產(chǎn)生氧化，但通過(guò)利用NH3氣體和HF氣體進(jìn)行處理，從而可以將蝕刻面氫封端，從而可以防止氧化。
[0096]如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)將蝕刻氣體的氣體體系設(shè)為F2氣體和NH3氣體，并改變F2氣體和NH3氣體的比率，從而可以以相同氣體體系且在同一腔室內(nèi)進(jìn)行相對(duì)于Si選擇性蝕刻SiGe和相對(duì)于SiGe選擇性蝕刻Si這兩者。
[0097]<實(shí)驗(yàn)例>
[0098]接著，對(duì)實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說(shuō)明。
[0099][實(shí)驗(yàn)例I]
[0100]此處，準(zhǔn)備形成有poly-Si膜的無(wú)圖形晶圓和形成有SiGe膜的無(wú)圖形晶圓，使用F2氣體和NH3氣體作為蝕刻氣體，改變NH3氣體流量而進(jìn)行poly-Si膜和SiGe膜的蝕刻。此時(shí)的條件設(shè)為:F2氣體流量:180sccm;Ar氣體流量:1200sccm;溫度:80°C ；壓力:4Torr/2Torr;處理時(shí)間:8秒/8秒，使NH3氣體的流量在O?100sccm之間變化。
[0101]將其結(jié)果示于圖4。圖4為示出NH3氣體流量與poly-Si膜和SiGe膜的蝕刻量的關(guān)系的圖。如該圖所示那樣確認(rèn)了，蝕刻氣體僅為^氣體時(shí)，poly-Si膜基本不被蝕刻，僅選擇性地蝕刻SiGe膜。與此相對(duì)確認(rèn)了，隨著NH3氣體增加，poly-Si膜的蝕刻量增加，相反地，SiGe膜的蝕刻量降低?？梢哉J(rèn)為這是由于，隨著NH3氣體的增加，poly-Si膜的蝕刻性增加，但NH3氣體增加時(shí)，由于其保護(hù)作用而使SiGe膜的蝕刻性降低。
[0102]而且確認(rèn)了，NH3氣體的流量為O?30sccm左右(NH3氣體流量相對(duì)于蝕刻氣體的總流量的流量比率(體積比率):O?15 %左右)時(shí)，S iGe膜相對(duì)于PO I y-Si膜的蝕刻選擇比變?yōu)榇蠹s2以上，NH3氣體的流量為O?20sCCm(NH3氣體流量相對(duì)于蝕刻氣體的總流量的流量比率(體積比率):0?10%)時(shí)，SiGe膜相對(duì)于poly-Si膜的蝕刻選擇比變?yōu)榇蠹s10以上，實(shí)現(xiàn)了SiGe膜的選擇性蝕刻。另一方面，NH3氣體的流量為40sCCm(NH3氣體流量相對(duì)于蝕刻氣體的總流量的流量比率(體積比率):18.2 % )時(shí)，Po I y-S i膜相對(duì)于SiGe膜的蝕刻選擇比變?yōu)?左右，NH3氣體的流量為100sCCm(NH3氣體流量相對(duì)于蝕刻氣體的總流量的流量比率(體積比率):35.7% )時(shí)，poly-Si膜相對(duì)于SiGe膜的蝕刻選擇比變?yōu)?5左右，由圖4確認(rèn)了，NH3氣體的體積比率為18%以上時(shí)，蝕刻選擇比大約為2以上;NH3氣體的體積比率為30%以上時(shí)，蝕刻選擇比大約為1以上，實(shí)現(xiàn)了 po I y-S i的選擇性蝕刻。通過(guò)進(jìn)一步增加Mfe氣體的流量，可以期待poly-Si膜的蝕刻選擇性進(jìn)一步提高。
[0103][實(shí)驗(yàn)例2]
[0104]此處，對(duì)循環(huán)蝕刻的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0105]最初，對(duì)于在Si上形成有SiGe膜的晶圓改變循環(huán)數(shù)進(jìn)行蝕刻。具體而言，設(shè)為:F2氣體流量:180 sccm; Ar氣體流量:3 90 sccm; N2氣體流量:810sccm;溫度:80°C ;壓力:0.7Torr，使平均I次的蝕刻時(shí)間和循環(huán)數(shù)變?yōu)?8秒X I個(gè)循環(huán)、16秒X 3個(gè)循環(huán)、8秒X6個(gè)循環(huán)、4秒X 12個(gè)循環(huán)。
[0106]圖5為示出此時(shí)的SiGe膜的蝕刻面的狀態(tài)的掃描型電子顯微鏡(SEM)照片。如該圖所示那樣，確認(rèn)了，將平均I次的蝕刻時(shí)間設(shè)為短時(shí)間而且增加循環(huán)數(shù)時(shí)，SiGe膜的蝕刻面的粗糙度變得良好。
[0107]接著，對(duì)形成有poly-Si膜的晶圓，改變循環(huán)數(shù)而進(jìn)行蝕刻。具體而言，設(shè)為斤2氣體流量:250sccm;NH3氣體流量:50sccm; Ar氣體流量:1680sccm;溫度:80°C ;壓力:2Torr，使平均I次的蝕刻時(shí)間和循環(huán)數(shù)變?yōu)?6秒X 2個(gè)循環(huán)、11秒X 3個(gè)循環(huán)、8秒X 4個(gè)循環(huán)。
[0108]圖6為示出此時(shí)的poly-Si膜的蝕刻面的狀態(tài)的SEM照片。如該圖所示那樣確認(rèn)了，poly-Si膜的情況下也是，將平均I次的蝕刻時(shí)間設(shè)為短時(shí)間而且增加循環(huán)數(shù)時(shí)，蝕刻面的粗糙度變得良好。
[0109]<本發(fā)明的其他應(yīng)用>
[0110]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明可以進(jìn)行各種變形而不限定于上述實(shí)施方式。例如，上述實(shí)施方式的裝置只不過(guò)是示例，可以通過(guò)各種構(gòu)成的裝置來(lái)實(shí)施本發(fā)明的蝕刻方法。另外，示出作為Si使用poly-Si膜、作為SiGe使用SiGe膜的例子，也可以為外延生長(zhǎng)的單晶。進(jìn)而，示出使用半導(dǎo)體晶圓作為被處理基板的情況，不限定于半導(dǎo)體晶圓，也可以為以LCD(液晶顯示器)用基板為代表的FPD(平板顯示器)基板、陶瓷基板等其它基板。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蝕刻方法，其特征在于，通過(guò)將具有硅和硅鍺的被處理基板配置于腔室內(nèi)，將蝕刻氣體的氣體體系設(shè)為F2氣體和NH3氣體，并改變F2氣體與NH3氣體的比率，從而進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺、以及相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻方法，其特征在于，硅為硅膜、硅鍺為硅鍺膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的蝕刻方法，其特征在于，進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％計(jì)設(shè)為O?15 % ;進(jìn)行相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積%計(jì)設(shè)為18?50%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的蝕刻方法，其特征在于，進(jìn)行相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積％計(jì)設(shè)為O?1 % ;進(jìn)行相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅時(shí)，將NH3氣體相對(duì)于F2氣體和NH3氣體的總和的比率以體積%計(jì)設(shè)為30?50%。5.根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求4中的任一項(xiàng)所述的蝕刻方法，其特征在于，在所述蝕刻時(shí)，將載置被處理基板的載置臺(tái)的溫度設(shè)為30?130°C的范圍。6.根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求5中的任一項(xiàng)所述的蝕刻方法，其特征在于，在所述蝕刻時(shí)，將腔室內(nèi)的壓力設(shè)為66.7?667Pa。7.根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求6中的任一項(xiàng)所述的蝕刻方法，其特征在于，相對(duì)于硅選擇性蝕刻硅鍺和相對(duì)于硅鍺選擇性蝕刻硅均通過(guò)重復(fù)多次蝕刻工序的循環(huán)蝕刻來(lái)進(jìn)行。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蝕刻方法，其特征在于，在所述蝕刻工序之間，進(jìn)行所述腔室內(nèi)的排氣。9.根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求8中的任一項(xiàng)所述的蝕刻方法，其特征在于，先于所述選擇性蝕刻，將NH3氣體和HF氣體導(dǎo)入至所述腔室內(nèi)，進(jìn)行被處理基板表面的自然氧化膜的去除。10.根據(jù)權(quán)利要求1?權(quán)利要求9中的任一項(xiàng)所述的蝕刻方法，其特征在于，在所述選擇性蝕刻后，將NH3氣體和HF氣體導(dǎo)入至所述腔室內(nèi)，進(jìn)行被處理基板的蝕刻面的保護(hù)處理。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK105845562SQ201610077423
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】高橋信博, 松本雅至, 萩原彩乃, 竹谷考司, 松永淳郞, 松永淳一郞
【申請(qǐng)人】東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社