基板处理方法和存储介质与流程

本发明涉及一种对形成于基板的sige进行蚀刻的技术。

背景技术：

近年来，在半导体的制造工艺中，例如在栅极的形成工序中进行以下工序：对层叠有硅锗(sige)层、硅(si)层的半导体晶圆(以下称作“晶圆”)进行侧向蚀刻，来将sige层选择性地去除。作为这样的将sige层选择性地去除的方法，例如已知有如专利文献1、2所记载的那样供给三氟化氯(clf3)气体来进行蚀刻的方法。关于clf3气体，sige层相对于si层、氧化硅(sio2)层以及氮化硅(sin)层的蚀刻选择比高，能够将sige层选择性地去除。

另外，在这样的半导体晶圆中，例如在对sige层进行蚀刻的预处理中，进行以下工序：对交替地层叠有sige层和si层的晶圆进行蚀刻，来使交替地排列有sige层和si层的面露出。之后，对晶圆供给clf3气体来对各sige层的一部分进行蚀刻，但存在各sige层的蚀刻量不一致的问题，寻求一种应对方法。

专利文献1：日本特表2009-510750号公报

专利文献2：日本特开平1-92385号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明是鉴于以下情况而完成的，其目的在于提供一种在相对于硅层、氧化硅层及氮化硅层中的至少一种层选择性地对形成于基板的硅锗层进行蚀刻时使蚀刻量一致的技术。

用于解决问题的方案

本发明的基板处理方法是一种对硅层、氧化硅层及氮化硅层中的至少一种层以及硅锗层露出的基板中的硅锗层进行蚀刻的蚀刻方法，所述方法的特征在于，包括以下工序：

在真空气氛的处理容器内对所述基板同时供给含氟气体和三氟化氯气体。

本发明的存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序由在真空气氛的处理容器内向所述基板供给气体来进行处理的基板处理装置所使用，所述存储介质的特征在于，

所述计算机程序被编入有步骤组，以实施上述的基板处理方法。

发明的效果

本发明在硅层、氧化硅层及氮化硅层中的至少一种层以及硅锗层露出的基板中对硅锗层进行蚀刻时，向基板同时供给含氟气体和三氟化氯气体。因此，硅锗层的蚀刻速度变得均匀，能够使蚀刻量一致。

附图说明

图1是表示具备蚀刻装置的基板处理装置的俯视图。

图2是表示蚀刻装置的截面图。

图3是表示蚀刻处理前的晶圆的表面附近的截面图。

图4是示意性地表示晶圆的自然氧化膜的去除的说明图。

图5是示意性地表示sige层的蚀刻的说明图。

图6是示意性地表示蚀刻后的晶圆的说明图。

图7是示意性地表示以往的sige层的蚀刻的说明图。

图8是示意性地表示以往的sige层的蚀刻的说明图。

图9是说明sige层的蚀刻的说明图。

图10是说明sige层的蚀刻的说明图。

图11是表示基板处理装置的其它例的俯视图。

图12是表示试验例1中的蚀刻量的特性图。

图13是表示试验例1中的对于sige的选择比的特性图。

图14是表示试验例2中的蚀刻量的特性图。

图15是表示试验例2中的对于sige的选择比的特性图。

图16是表示试验例3中的蚀刻量的特性图。

图17是表示试验例3中的对于sige的选择比的特性图。

图18是说明实施例中的晶圆的表面部的截面的示意图。

图19是说明比较例中的晶圆的表面部的截面的示意图。

具体实施方式

对在本发明的实施方式所涉及的基板处理方法中使用的蚀刻装置进行说明。图1表示具备执行基板处理方法的蚀刻装置3的基板处理装置。如图1所示，基板处理装置具备横长的常压搬送室12，该常压搬送室12的内部气氛例如通过氮气体而被设为常压气氛。在常压搬送室12的前方排列设置有例如三个加载端口11，所述加载端口11用于相对于承载件c进行基板的交接，该承载件c用于搬入例如作为被处理基板的晶圆w。

在常压搬送室12的正面壁安装有与设置于承载件c的未图示的盖部一同开闭的开闭门17。在常压搬送室12内设置有用于搬送晶圆w的由多关节臂构成的第一搬送臂20。另外，在从加载端口11侧观察时，在常压搬送室12的左侧壁设置有用于进行晶圆w的朝向、偏心的调整的对准室16。

在常压搬送室12中的与加载端口11相反的一侧，以沿左右方向排列的方式配置有例如两个加载互锁室13，所述加载互锁室13在使晶圆w待机的状态下将内部的气氛在常压气氛与真空气氛间切换，利用门阀18对常压搬送室12与各加载互锁室13之间进行划分。在各加载互锁室13设置有例如将晶圆w水平地支承的由多关节臂构成的第二搬送臂21。

在从常压搬送室12侧观察时，在各加载互锁室13的深远侧经由闸阀22分别设置有热处理装置2，在热处理装置2的更深远侧经由闸阀23配置有蚀刻装置3。设置于各加载互锁室13的第二搬送臂21构成为：能够将晶圆w搬送至热处理装置2并且使晶圆w通过热处理装置2，来在热处理装置2与蚀刻装置3之间进行该晶圆w的搬送。热处理装置2例如具备真空容器24和用于载置晶圆w的载置台25。在载置台25设置有对所载置的晶圆w进行加热的未图示的加热机构。另外，在载置台25设置有未图示的升降销，通过升降销与第二搬送臂21的协作作用来将晶圆w交接至载置台25。另外，热处理装置2构成为：能够向真空容器24内导入n2气体，并且能够对真空容器24的内部进行真空排气。

还参照图2来说明蚀刻装置3。如图1、2所示，蚀刻装置3具备处理容器10，该处理容器10是横截面形状为方形的真空腔室。处理容器10例如由顶部10a和主体部10b构成，在主体部10b的侧面设置有用于进行晶圆w的交接的搬入搬出口19。在搬入搬出口19设置有用于将搬入搬出口19打开和关闭的已述的闸阀23。

在处理容器10的内部设置有用于载置晶圆w的圆柱形状的载置台4。另外，在载置台4设置有从载置台4的上表面突出和退回的未图示的升降销。在载置台4的内部设置有用于对晶圆w进行加热的调温机构47，该调温机构47将载置于载置台4的晶圆w调温至设定温度，例如80℃。在处理容器10的底面设置有排气口31。排气口31与排气管32连接，在排气管32上，从排气口31侧起设置有压力调整部34、开闭阀35，该排气管32与作为真空排气机构的真空排气泵33连接。

在顶板部10a设置有用于向处理容器10内导入气体的气体导入部36。气体导入部36与气体供给路径37连接，该气体供给路径37与clf3气体供给路径38、氨(nh3)气体供给路径39、氟化氢(hf)气体供给路径40以及氩(ar)气体供给路径41的一端侧连接。clf3气体供给路径38、nh3气体供给路径39、hf气体供给路径40以及ar气体供给路径41的另一端侧分别与clf3气体供给源42、nh3气体供给源43、hf气体供给源44以及ar气体供给源45连接。另外，分别设置于clf3气体供给路径38、nh3气体供给路径39、hf气体供给路径40以及ar气体供给路径41的v1～v4是阀，m1～m4是流量调整部。此外，也可以设置与各气体分别对应的气体导入部，以使在向晶圆w供给各气体时将各气体单独地供给至处理容器10。

返回图1，基板处理装置具备控制部9。该控制部9例如包括计算机，并且具备程序、存储器、cpu。程序被编入有步骤组，以实施后述的作用说明中的一系列的动作，按照程序进行晶圆w的搬送、晶圆w的加热以及气体供给的调整等。该程序被收纳于计算机存储介质、例如软盘、光盘、硬盘、光磁盘等，并被安装于控制部9。

对在本发明的实施方式所涉及的基板处理方法中使用的用于制造半导体装置的基板即晶圆w的表面构造的一例进行说明。图3表示半导体装置的制造工序的中间阶段的晶圆w的截面构造。该截面构造呈在晶圆w上交替地层叠有多个sige层100、si层101并且表面为层叠在si层101之上的氧化硅(sio2)层102的结构。层叠有各层的晶圆w例如被搬送至等离子体蚀刻装置，通过等离子体蚀刻来形成凹部103，如图3所示，在凹部103内，形成于sio2层102的下层的sige层100和si层101交替地露出。之后，形成有凹部103的晶圆w例如被进行清洗处理并被保管于承载件c，之后被搬入基板处理装置。

对基板处理装置的作用进行说明。将如已述的那样通过等离子体蚀刻装置而形成有凹部103的晶圆w以收纳于承载件c的状态载置于加载端口11。接着，利用第一搬送臂20将晶圆w从承载件c取出，通过对准室16进行偏心的调整，之后将该晶圆w搬送至各加载互锁室13。接下来，将加载互锁室13内的气氛从大气气氛切换为真空气氛，之后在将门阀18关闭的状态下打开闸阀22、23，利用第二搬送臂21将晶圆w从加载互锁室13搬送至蚀刻装置3。然后，通过第二搬送臂21与设置于载置台4的升降销的协作作用将晶圆w载置于载置台4。之后，使第二搬送臂21退避至加载互锁室13，关闭闸阀22、23。

在蚀刻装置3中，将处理容器10内的压力设定为10mt～500mt(1.3pa～66.7pa)，例如100mt(13.3pa)，并且将晶圆w调温为0.1℃～100℃，例如80℃。而且，如图4所示，例如以50sccm～300sccm的流量向晶圆w分别供给nh3气体和hf气体。由此，在从等离子体蚀刻装置向蚀刻装置搬送晶圆w时，形成于晶圆w的表面的自然氧化膜被去除。接着，向处理容器10内供给ar气体并且进行真空排气来在处理容器10内对气体进行置换。

接下来，如图5所示，以1sccm～50sccm的流量供给clf3气体，并且以5sccm～500sccm的流量供给hf气体。此时，以clf3气体的流量和hf气体的流量为已述的范围的流量并且clf3气体的流量与hf气体的流量的流量比为1：5以上(hf气体的流量/clf3气体的流量＝5以上)的方式进行供给。由此，在凹部103内露出的sige层100的一部分被蚀刻而被去除。此时，如图6所示，各sige层100的蚀刻量一致。

在此，如在背景技术中叙述的那样，在向晶圆w分别供给nh3气体和hf气体之后，如图7所示那样向晶圆w仅供给clf3气体而不供给hf气体的情况下，有时会如图8所示那样sige层100的各层的蚀刻量不一致。与此相对地，在如后述的实施例所示的那样对sige层100进行蚀刻时，通过同时供给clf3气体和hf能够均匀地对sige层100进行蚀刻。

该机构推测如下。在如已述的那样向被搬送至蚀刻装置的晶圆w供给clf3气体之前，供给nh3气体和hf气体的混合气体来将形成于晶圆w的表面的自然氧化膜去除，但自然氧化膜的膜厚度不一定均匀地形成，因此容易在晶圆w的表面局部地残留自然氧化膜。另外，在想要利用nh3气体和hf气体的混合气体将全部的自然氧化膜去除时，在自然氧化膜薄的部分会过度地供给nh3气体和hf气体，存在sio2层102、si层101等被蚀刻或者膜质劣化的风险。因此，难以将晶圆w的表面的自然氧化膜完全去除。

而且，在想要向晶圆w供给clf3气体来对sige层100进行蚀刻时自然氧化膜的去除不完全的情况下，有时在附着有自然氧化膜的部位利用clf3对sige层100进行的蚀刻的蚀刻速度慢。因此，如图8所示，sige层100的各层的蚀刻量变得不一致。

与此相对地，在同时供给clf3气体和hf时，hf气体具有比clf3气体更易吸附于晶圆w的性质，因此能够如图9所示那样在使clf3气体105吸附于晶圆w之前使hf气体104均匀地吸附于晶圆w的表面。先于该clf3气体105被吸附的hf气体104将残留于晶圆w的表面的微量的自然氧化膜去除。之后，clf3气体105想要吸附于晶圆w，但由于clf3气体105容易吸附于hf气体104，因此如图10所示那样clf3气体105朝向均匀地吸附于晶圆w的表面的hf气体104进行吸附，从而clf3气体105均匀地吸附于晶圆w的表面。通过像这样同时供给clf3气体和hf，能够将残留于晶圆w的表面的自然氧化膜去除，并且能够使clf3气体均匀地吸附于晶圆w的表面。由此，sige层100的各层的蚀刻速度不易出现差异，蚀刻量变得均匀。

之后，向处理容器10内供给ar气体并且进行真空排气，来进行处理容器10内的气体的置换，结束晶圆w的蚀刻。利用第二搬送臂21将进行了蚀刻的晶圆w搬送至热处理装置2，通过第二搬送臂21与设置于载置台25的升降销的协作作用将该晶圆w载置于载置台25。由此，附着于晶圆w的蚀刻残渣等被加热从而被去除。之后，利用第二搬送臂21接受晶圆w，以与从承载件c向加载互锁室13搬送晶圆w时的顺序相反的顺序在基板处理装置内搬送该晶圆w，来使该晶圆w返回承载件c。

根据上述的实施方式，在交替地层叠的sige层100和si层101在凹部103内露出的晶圆w中通过侧向蚀刻对sige层100进行蚀刻时，向晶圆w同时供给clf3气体和hf气体。因此，能够使各sige层100的蚀刻量一致。

另外，通过将clf3气体与供给hf气体一起供给，能够在各sige层100中均匀地吸附clf3气体。因此，各sige层100的微负载(日语：マイクロローディング)良好，蚀刻后的表面变得平坦。

并且，无论自然氧化膜去除处理后的晶圆w的表面的自然氧化膜的残留量如何，sige层100的蚀刻速度都是一致的。因此，能够提高不同的晶圆w间的蚀刻量的再现性。

并且，如上述的实施方式所说明的那样，在利用clf3气体对sige层100进行蚀刻之前在晶圆w的表面吸附hf气体，由此得到效果。因此，可以在结束晶圆w的表面的自然氧化膜的去除之后，通过蚀刻装置3先向晶圆w供给hf气体，接下来一并供给hf气体和clf3气体。能够在利用clf3气体开始进行sige层100的蚀刻之前使hf气体可靠地吸附于晶圆w的表面，因此容易使sige层100的蚀刻量稳定。

另外，也可以将用于进行自然氧化膜的去除的装置和用于进行sige层100的蚀刻的装置相分别地设置。或者，也可以是，在sige层100的蚀刻之后不对晶圆w进行加热。图11示出这样的基板处理装置的例子，该基板处理装置与图1所示的基板处理装置同样地具备加载端口11、常压搬送室12、加载互锁室13，在加载互锁室13的深远侧设置有在真空气氛下搬送晶圆w的真空搬送室5。真空搬送室5与向晶圆w供给hf气体和clf3气体来对sige层进行蚀刻的蚀刻装置6向晶圆w供给nh3气体和hf气体来将自然氧化膜去除的气体处理装置7连接。

蚀刻装置6以如下方式构成即可：例如在图2所示的蚀刻装置3中，能够从气体导入部36向处理容器10内供给hf气体和clf3气体，或者还供给ar气体。另外，向晶圆w供给nh3气体和hf气体来将自然氧化膜去除的气体处理装置7构成为例如能够从气体导入部36导入nh3气体、hf气体以及ar气体，除此以外与图2的蚀刻装置同样地构成即可。此外，图11中的51是对蚀刻装置6与真空搬送室5之间以及气体处理装置7与真空搬送室5之间进行划分的闸阀，52是搬送臂。在这样的基板处理装置中，通过气体处理装置7被去除了自然氧化膜的晶圆w经过真空搬送室5后被搬送至蚀刻装置7。在这样的基板处理装置中也能够得到同样的效果。

另外，也可以设为在从进行自然氧化膜的去除的气体处理装置7向蚀刻装置6搬送晶圆w时在大气气氛中进行搬送。去除自然氧化膜后的晶圆w能够被迅速地搬送至蚀刻装置，几乎不形成自然氧化膜。另外，也可以将去除自然氧化膜后的晶圆w冷却至80℃以下。去除自然氧化膜后的晶圆w能够被迅速地搬送至蚀刻装置，因此几乎不形成自然氧化膜，但通过将晶圆w在自然氧化膜处理后冷却至80℃以下，能够抑制自然氧化膜的形成，因此效果更显著。

并且，如后述的验证试验所示，在clf3气体对sige层100进行蚀刻时，相对于sio2层102或sin层也表现出高的选择性。因此，在与sige层100一并形成有sio2层102或者sin层的基板中的sige层100的选择性蚀刻中应用本发明是有效果的。此外，关于说明书中的sin，无论si和n的化学计量比如何都记载为sin。因而，sin这样的记载例如包括si3n4。另外，在对sige层100进行蚀刻时，与clf3气体一并供给至晶圆w的气体也可以使用三氟化氮(nf3)气体、氟(f2)气体、六氟化硫(sf6)气体等含氟气体。

另外，sio2层102在自然氧化膜的去除工序中容易被蚀刻。因此，在sio2层102在表面露出的基板中，难以将细致的自然氧化膜去除，自然氧化膜容易残留。因此，在sio2层在表面露出的基板中的sige层100的蚀刻中更能够得到效果。

并且，在利用clf3气体对在表面形成有si层101、sio2层102及sin层中的至少一种层以及sige层100的基板的sige层100进行蚀刻时，优选使si层101、sio2层102及sin层相对于sige层100的选择比为50以上。因此，在进行sige层100的蚀刻时，优选将处理温度设为0.1℃～100℃。另外，在压力为10mt～500mt(1.3pa～66.7pa)时能够得到良好的选择比。并且，优选将clf3气体的流量与含氟气体的流量的流量比设为1：5以上(hf气体的流量/clf3气体的流量＝5以上)，并且优选将clf3气体设为1sccm～50sccm，将hf气体设为5sccm～500sccm。

另外，本发明不限于将sige层100的一部分去除的情况，也可以应用于将sige层100完全去除的蚀刻中。在将全部的sige层100去除的蚀刻中，也存在例如通过将sige层100去除而露出的层暴露在clf3气体中的时间存在差异从而膜质局部地劣化的风险。因此，根据本发明，通过使sige层的蚀刻速度一致能够抑制膜质局部地劣化。

[验证试验]

对为了验证本发明的效果而进行的试验进行记载。对利用clf3气体对sige层进行蚀刻的蚀刻量和si层、sio2层以及sin层相对于sige层的蚀刻选择比进行了调查。使用由硅构成的四张评价用的基板，在一张基板上形成sige层，在其它基板上分别形成si层、sio2层以及sin层来制作四种评价用的基板。然后，使用具备图1、图2所示的实施方式中使用的蚀刻装置3的基板处理装置，在与实施方式同样地进行自然氧化膜的去除之后，通过以下的试验例1～3所示的工艺条件向四种评价用的基板分别供给clf3气体和ar气体的混合气体来进行蚀刻。然后，根据蚀刻处理后的各评价用的基板的蚀刻量求出各试验例中的sige层、si层、sio2层以及sin层的蚀刻量和si层、sio2层以及sin层相对于sige层的蚀刻选择比。

[试验例1]

为了调查利用clf3气体对sige层进行的蚀刻中的温度的影响，针对四种评价用的基板将温度的参数分别设定为0.1℃、15℃、30℃、45℃及60℃来进行蚀刻。关于蚀刻的其它工艺条件，将处理容器的压力设为30mt(4pa)，将clf3气体的流量设为10sccm～30sccm，将ar气体的流量设为91sccm～285sccm，将工艺时间设为20秒。

[试验例2]

为了调查利用clf3气体对sige层进行的蚀刻中的压力的影响，将处理容器10内的压力的参数分别设为20mt、30mt以及40mt(2.67pa、4pa以及5.33pa)来进行蚀刻。关于蚀刻的其它工艺条件，将评价用的基板的温度设为30℃，将clf3气体的流量设为10sccm～30sccm，将ar气体的流量设为91sccm～285sccm，将工艺时间设为20秒。

[试验例3]

为了调查利用clf3气体对sige层进行的蚀刻中的clf3气体的流量的影响，将clf3气体的流量的参数分别设定为10sccm、20sccm以及30sccm来进行蚀刻。关于蚀刻的其它工艺条件，将评价用的基板的温度设为30℃，将处理容器的压力设为30mt(4pa)，将ar气体的流量设为91sccm～285sccm，将工艺时间设为20秒。

针对每个试验例1～3，在图12、14、16中分别示出按照试验例1～3对各评价用的基板进行蚀刻时的蚀刻量。另外，针对每个试验例1～3，在图13、15、17中分别示出根据试验例1～3中的四种评价用的基板的蚀刻量计算出的、sige层相对于其它种类的层的选择比。

在图12、14、16中，在从正面观察图时，以按sige层的蚀刻量、si层的蚀刻量、sio2层的蚀刻量以及sin层的蚀刻量的各曲线图组从左侧起排列的方式进行了记载。另外，sige层、si层、sio2层以及sin层各自的曲线图组中的各曲线图的下方所示的数值表示在该试验例中发生了变动的温度、压力、clf3气体的流量的各参数的设定值。

另外，在图13、15、17中，在从正面观察图时，以表示sige层相对于si层的蚀刻选择比、sige层相对于sio2层的蚀刻选择比以及sige层相对于sin层的蚀刻选择比的各曲线图组从左侧起排列的方式进行了记载。另外，各个曲线图组中的各曲线图的下方所示的数值表示在该试验例中发生了变动的温度、压力、clf3气体的流量的各参数的设定值。

此外，图15和17中记载的“※”表示由于测量出sio2层的蚀刻量为负值而选择比表示负值的试验。负值的蚀刻量被估计为大致为0，因此可以认为实际选择比接近无限大。

如图12、14、16所示，在设定为处理温度0.1℃～60℃、压力20mt～40mt、clf3流量10sccm～30sccm、ar流量91sccm～285sccm的情况下，所有的sige层的蚀刻量都大，si层、sio2层以及sin层几乎不被蚀刻。因此，si层、sio2层以及sin层相对于sige层的蚀刻选择比均表现出50以上的高的值。在这些参数的设定值中，可以说能够利用clf3气体以相对于si层、sio2层以及sin层的各层高的蚀刻选择比对sige层进行蚀刻。

实施例

另外，为了验证本发明的实施方式的效果，对形成有图3所示的凹部103的晶圆w如图4所示那样进行了自然氧化膜的去除工序，使用图2所示的蚀刻装置3，如实施方式所示的那样进行了sige层100的蚀刻。此外，在蚀刻中，将clf3气体的流量设为10sccm～30sccm，将hf气体的流量设为91sccm～285sccm，将晶圆w的温度设为30℃，将处理容器10的压力设为30mt(4pa)。另外，将以下的例子设为比较例：供给ar气体来取代hf气体，除此之外与实施例同样地进行处理。

图18、图19分别是示意性地表示实施例和比较例中的晶圆w的表面的情形的说明图。如图18所示，在实施例中，sige层100的蚀刻量均匀一致，与此相对地，如图19所示，在比较例中，sige层100的蚀刻量不一致。根据该结果，可以说：通过将本发明的蚀刻方法应用于sige层100、si层101以及sio2层102露出的晶圆w的sige层100的蚀刻中，能够使sige层100的蚀刻量一致。

附图标记说明

2：热处理装置；3：蚀刻装置；4：载置台；10：处理容器；31：排气口；36：气体导入部；100：sige层；101：si层；102：sio2层；103：凹部；104：hf气体；105：clf3气体；w：晶圆。