JP7360979B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

特許文献１には、シリコンとシリコンゲルマニウムを有する基板のエッチング方法が開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、エッチングガスのガス系をＦ_２ガス及びＮＨ_３ガスとし、Ｆ_２ガスとＮＨ_３ガスの比率を変化させることにより、シリコンに対するシリコンゲルマニウムの選択的エッチング、及びシリコンゲルマニウムに対するシリコンの選択的エッチングを行うことを図っている。

特開２０１６－１４３７８１号公報

本開示にかかる技術は、シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板の処理において、シリコン層に対するシリコンゲルマニウム層の選択的エッチングを適切に行う。

本開示の一態様は、シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板の処理方法であって、リモートプラズマを使用してラジカル化されたフッ素及び酸素を含むガスを用いて、前記シリコンゲルマニウム層の露出面の表層を選択的に酸化して酸化膜を形成する工程と、形成された前記酸化膜を除去する工程と、を含む。

本開示によれば、シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板の処理において、シリコン層に対するシリコンゲルマニウム層の選択的エッチングを適切に行う。

従来のウェハ処理の様子を模式的に示す説明図である。 本実施形態にかかるウェハ処理の主な工程を示すフロー図である。 本実施形態にかかるウェハ処理の様子を模式的に示す説明図である。 プラズマ処理装置の構成の一例を示す縦断面図である。 プラズマ酸化処理の時間と酸化量の関係を示すグラフである。 エッチング処理装置の構成の一例を示す縦断面図である。 本実施形態にかかるウェハ処理の結果の一例を示す説明図である。 他の方法に係るウェハ処理の様子を模式的に示す説明図である。

半導体デバイスにおいて、シリコンを含有する膜は、広範で様々な用途に適用される。例えばシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜やシリコン（Ｓｉ）膜は、ゲート電極やチャネル材料などに用いられている。そして従来、ナノシートまたはナノワイヤといったＧＡＡ（Ｇａｔｅ ａｌｌ ａｒｏｕｎｄ）トランジスタの製造工程では、図１に示すように、（ａ）基板（ウェハＷ）へのＳｉＧｅ層とＳｉ層の積層、（ｂ）ＳｉＧｅ層の選択的エッチング、（ｃ）絶縁膜としてのインナースペーサ（ＩＳ）の埋め込み、（ｄ）余分なインナースペーサのエッチング、が順次行われている。なお、（ｃ）において埋め込まれる絶縁膜は、この後の工程において埋め込まれるメタルゲートとソース・ドレインとの間の寄生容量を低減するための絶縁膜として構成される。

上述した特許文献１に開示された技術は、この（ｂ）ＳｉＧｅ層の選択的エッチングを行うための方法である。具体的には、チャンバ内に配置された基板に対してエッチングガスとしてのＦ_２ガス、ＮＨ_３ガスを供給し、このＦ_２ガスとＮＨ_３ガスの体積比率を制御することにより、Ｓｉ層に対するＳｉＧｅ層の選択的エッチングを行うことができる。

ところで、このようなＳｉＧｅ層の選択的エッチングにおいては、積層された各ＳｉＧｅ層のエッチング量を均一に制御することが求められる。しかしながら、特許文献１に記載のエッチング手法では、エッチング条件により各ＳｉＧｅ層のエッチング量を均一に制御することが困難である場合があった。すなわち、従来のＳｉＧｅ膜の選択的エッチング手法には改善の余地があった。

本開示にかかる技術は上記事情に鑑みてなされたものであり、シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板の処理において、シリコン層に対するシリコンゲルマニウム層の選択的エッチングを適切に行う。以下、本実施形態にかかる基板処理方法としてのウェハ処理について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２は、本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の選択的エッチングの主な工程を示すフロー図である。また図３は、ＳｉＧｅ層の選択的エッチングの主な工程を示す説明図である。なお、以下の説明においてＳｉＧｅ層とＳｉ層の交互に配列された各層が露出する端面（側面）をＳｉＧｅ層及びＳｉ層の「露出面」と呼称する場合がある。

図２及び図３に示すように本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の選択的エッチングでは、ウェハＷ上に積層されたＳｉ層及びＳｉＧｅ層のうち、ＳｉＧｅ層の露出面表層に選択的に酸化膜Ｏｘを形成する工程（図２のステップＴ１）と、形成された酸化膜Ｏｘを除去する工程（図２のステップＴ２）と、を行う。これらステップＴ１及びステップＴ２は、図３（ｅ）に示すようにＳｉＧｅ層の露出面から深さ方向に対して、所望のエッチング量が得られるまで繰り返し行われる（図２の分岐Ｃ１）。

その後、ＳｉＧｅ層に所望のエッチング量が得られると、ウェハＷの表層に残存する、より具体的には、特にＳｉ層及びＳｉＧｅ層の露出面表層に残存する酸化膜Ｏｘを除去する。具体的には、例えば、酸化膜Ｏｘを変質させて反応生成物を生成するＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理（図２のステップＴ３）と、ウェハＷの加熱によりＣＯＲ処理において酸化膜Ｏｘが変質して生成された反応生成物を昇華させるＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理（図２のステップＴ４）を行う。

以下、図２及び図３に示す各工程の詳細な方法について説明する。

＜ステップＴ１：酸化膜の形成＞
図２のステップＴ１においては、プラズマ処理部としてのプラズマ処理装置１を用いてＳｉＧｅ層の露出面表層を選択的に酸化し、これにより、ＳｉＧｅ層の露出面から深さ方向に対して酸化膜Ｏｘ（例えばＳｉＯ_２膜）を形成する。

図４に示すようにプラズマ処理装置１は、ウェハＷを収容する密閉構造の処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、上端が開放され、処理容器１０の上端は天井部となる蓋体１０ａにより閉塞されている。処理容器１０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が設けられ、この搬入出口を介してプラズマ処理装置１の外部と接続されている。搬入出口はゲートバルブ（図示せず）により開閉自在に構成されている。

処理容器１０の内部は、仕切板１１によって上方のプラズマ生成空間Ｐと、下方の処理空間Ｓとに仕切られている。すなわち、本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、プラズマ生成空間Ｐが処理空間Ｓと分離されたリモートプラズマ処理装置として構成されている。

仕切板１１は、プラズマ生成空間Ｐから処理空間Ｓに向けて間を空けて重ね合わせられるように配置される少なくとも２つの板状部材１２、１３を有している。板状部材１２、１３は、重ね合わせ方向に貫通して形成されるスリット１２ａ、１３ａをそれぞれ有している。そして、各スリット１２ａ、１３ａは平面視において重ならないように配置され、これにより仕切板１１は、プラズマ生成空間Ｐでプラズマが生成する際にプラズマ中のイオンが処理空間Ｓへ透過することを抑制する、いわゆるイオントラップとして機能する。より具体的には、スリット１２ａ及びスリット１３ａが重ならないように配置されるラビリンス構造により、異方的に移動するイオンの移動を阻止する一方、等方的に移動するラジカルを透過させる。

プラズマ生成空間Ｐは、処理容器１０内に処理ガスを供給する給気部２０と、処理容器１０内に供給される処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成部３０と、を有している。

給気部２０には複数のガス供給源（図示せず）が接続され、フッ素含有ガス（例えばＮＦ_３ガス）、酸素含有ガス（例えばＯ_２ガス）及び希釈ガス（例えばＡｒガス）を含む処理ガスを処理容器１０の内部にそれぞれ供給する。なお、ＳｉＧｅ層の露出面表層に酸化膜Ｏｘを形成することができれば、給気部２０に供給される処理ガスの種類はこれに限定されない。

また給気部２０には、プラズマ生成空間Ｐに対する処理ガスの供給量を調節する流量調節器（図示せず）が設けられている。流量調節器は、例えば開閉弁及びマスフローコントローラを有している。

プラズマ生成部３０は、ＲＦアンテナを用いる誘導結合型の装置として構成されている。処理容器１０の蓋体１０ａは、例えば石英板により形成され、誘電体窓として構成される。蓋体１０ａの上方には、処理容器１０のプラズマ生成空間Ｐに誘導結合プラズマを生成するためのＲＦアンテナ３１が形成されている。ＲＦアンテナ３１は、電源側と負荷側のインピーダンスの整合をとるための整合回路を有する整合器３２を介して、プラズマの生成に適した一定周波数（通常は１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波電力を任意の出力値で出力する高周波電源３３に接続されている。

処理空間Ｓは、処理容器１０内でウェハＷを載置する載置台４０と、処理容器１０内の処理ガスを排出する排気部５０と、を有している。

載置台４０は、ウェハＷを載置する上部台４１と、処理容器１０の底面に固定され、上部台４１を支持する下部台４２を有している。上部台４１の内部には、ウェハＷの温度を調節する温度調節機構４３が設けられている。

排気部５０は、処理容器１０の底部に設けられた排気管を介して、例えば真空ポンプ等の排気機構（図示せず）に接続されている。また排気管には、自動圧力制御弁（ＡＰＣ）が設けられている。これら排気機構と自動圧力制御弁により、処理容器１０内の圧力が制御される。

以上のプラズマ処理装置１には、制御部としての制御装置６０が設けられている。制御装置６０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置６０にインストールされたものであってもよい。

プラズマ処理装置１は以上のように構成されている。次に、プラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ酸化処理（酸化膜Ｏｘの形成）について説明する。なお、プラズマ処理装置１に搬入されるウェハＷには、あらかじめＳｉ層とＳｉＧｅ層が交互に積層して形成されている。

先ず、図３（ａ）に示すようにＳｉ層とＳｉＧｅ層が交互に積層して形成されたウェハＷを、載置台４０へと載置する。プラズマ処理装置１に搬入されたウェハＷには、図３（ｂ）に示すようにＳｉＧｅ層の露出面表層に酸化膜Ｏｘが形成される。

具体的には、載置台４０上にウェハＷが載置されると、プラズマ生成空間Ｐに給気部２０から処理ガス（本実施形態においてはＮＦ_３ガス、Ｏ_２ガス及びＡｒガス）を供給するとともに、ＲＦアンテナ３１に高周波電力を供給し、誘導結合プラズマである酸素及びフッ素を含有するプラズマを生成する。換言すれば、生成されたプラズマは酸素ラジカル（Ｏ^＊）及びフッ素ラジカル（Ｆ^＊）を含有している。

ここで、プラズマ生成空間Ｐに供給される処理ガスの流量は、Ｏ_２：ＮＦ_３＝１００～２５００ｓｃｃｍ：１～２０ｓｃｃｍであることが好ましく、より好ましくはＯ_２ガスに対するＮＦ_３ガスの体積比率が０．１ｖｏｌ％以上、１．０ｖｏｌ％以下である。また、プラズマ生成空間Ｐにおける高周波電力の出力は１００Ｗ～１０００Ｗ、プラズマ生成空間Ｐの内部圧力（真空度）は６．６７Ｐａ～２６６．６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒ）であることが好ましい。またこの時、載置台４０上に載置されたウェハＷの温度は０℃～１２０℃、より好ましくは１５～１００℃に制御されることが好ましい。

プラズマ生成空間Ｐにおいて生成されたプラズマは、仕切板１１を介して処理空間Ｓへと供給される。ここで、仕切板１１には前述のようにラビリンス構造が形成されているため、プラズマ生成空間Ｐにおいて生成されたラジカルのみが、処理空間Ｓへと透過する。処理空間Ｓにラジカルが透過すると、ウェハＷの表面に付着した不純物がＦ^＊によって除去される。次に、ＳｉＧｅ層にＯ^＊が作用することでＳｉＧｅ層の露出面表層が酸化され、当該露出面表層に酸化膜Ｏｘ（ＳｉＯ_２膜）が形成される。ここで、ＳｉＧｅ層の酸化においてはＧｅに代わりＯ_２がＳｉに結合するが、これによりＧｅはガス化（例えばＧｅ_２Ｆ_４やＧｅＯＦ_２）して飛散する。ガス化したＧｅは、例えばＦ^＊やＡｒ^＊により排気部５０まで運搬され、回収される。

ここで、本実施形態にかかるプラズマ酸化処理においては、ＳｉＧｅ層の露出面表層のみならず、Ｓｉ層の露出面表層においても酸化が進行し、酸化膜Ｏｘ（ＳｉＯ_２膜）が形成される。しかしながら、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、ＳｉＧｅ層の酸化速度はＳｉ層の酸化速度と比較して大きい（例えば１０倍程度）ことを知見した。換言すれば、本実施形態にかかるプラズマ酸化処理においては、ＳｉＧｅ層に対する酸化膜Ｏｘの形成厚みに対して、Ｓｉ層に対する酸化膜Ｏｘの形成厚みが小さい（例えば１／１０程度）ため、適切にＳｉＧｅ層の選択的な酸化を行うことができる。

また、本実施形態にかかるプラズマ酸化処理においては、上述のように等方的に移動するラジカルのみが処理空間Ｓに透過される。このため、プラズマ酸化処理により形成される酸化膜Ｏｘの形成厚みが、ウェハＷの面内において均一、かつ、積層された各ＳｉＧｅ層において均一になる。換言すれば、形成される酸化膜Ｏｘの厚みのバラつき、特に、積層して形成された各ＳｉＧｅ層の露出面表層に形成される酸化膜Ｏｘの厚みのばらつきを小さくできる。

またここで、本実施形態にかかるプラズマ酸化処理は、プラズマ処理装置１における処理時間でＳｉＧｅ層の酸化量、換言すれば形成される酸化膜Ｏｘの露出面からの厚みが飽和するプロセスである。本実施形態においては、一度のプラズマ酸化処理により形成される酸化膜Ｏｘの厚みは、図５に示すように、例えば、約１０ｎｍである。

なお、図５に示すＳｉＧｅ層の飽和酸化量（酸化膜Ｏｘの飽和形成厚み）は、ＳｉＧｅ層に対するラジカルの到達深さにより決定される。換言すれば、プラズマ処理装置１の内部圧力を制御してＳｉＧｅ層に対するラジカルの到達深さを制御することで、ＳｉＧｅ層の飽和酸化量を制御できる。具体的には、例えばプラズマ処理装置１の内部圧力を上げることにより飽和酸化量を大きく、すなわち形成される酸化膜Ｏｘの厚みを大きくできる。また例えば、プラズマ処理装置１の内部圧力を下げることにより飽和酸化量を小さく、すなわち形成される酸化膜Ｏｘの厚みを小さくできる。

なおプラズマ処理装置１における処理時間が長くなった場合、処理空間Ｓに供給されるラジカルによるＳｉ層への作用が大きくなり、Ｓｉ層の酸化量、すなわち露出面表層に形成される酸化膜Ｏｘの形成厚みが大きくなるおそれがある。本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の選択的エッチングは、後述するように、形成された酸化膜Ｏｘを除去することにより行われるが、このようにＳｉ層の酸化量が大きくなった場合、ＳｉＧｅ層の酸化量は上述のように処理時間に依存せずに飽和するため、ＳｉＧｅ層の選択比率（Ｓｉ層の酸化量に対するＳｉＧｅ層の酸化量の比率）が低下する。

そこで、かかるＳｉ層へのラジカルの影響を抑制するため、本実施形態にかかるプラズマ酸化処理は、ＳｉＧｅ層の酸化量が飽和酸化量に到達するよりも前に、処理容器１０に対する処理ガスの供給を停止することが好ましい。これにより、ＳｉＧｅ層の選択比率の低下を適切に抑制できる。また、このようＳｉＧｅ層の酸化量が飽和酸化量に到達するよりも前に処理ガスの供給を停止した場合であっても、処理容器１０の内部に残存する処理ガス（プラズマ）によりＳｉＧｅ層の酸化を進行させることができ、ＳｉＧｅ層の酸化量を適切に飽和酸化量に近づけることができる。

＜ステップＴ２：酸化膜の除去＞
ＳｉＧｅ層の露出面表層に酸化膜Ｏｘが形成されると、次に、除去部としてのエッチング処理装置１０１を用いて、ステップＴ１において形成された酸化膜Ｏｘの除去、例えばガスエッチングが行われる。図６はかかる酸化膜Ｏｘの除去を行うためのエッチング処理装置１０１の構成の概略を示す縦断面図である。

図６に示すようにエッチング処理装置１０１は、ウェハＷを収容する密閉構造の処理容器１１０を備えており、処理容器１１０の内部には処理空間Ｓが形成されている。処理容器１１０の側面にはウェハＷの搬入出口（図示せず）が設けられ、この搬入出口を介してエッチング処理装置１０１の外部と接続されている。搬入出口はゲートバルブ（図示せず）により開閉自在に構成されている。またエッチング処理装置１０１には、処理容器１１０内でウェハＷを載置する載置台１２０、処理空間Ｓ内にエッチングガスを供給する供給部１３０、及び処理容器１１０内のエッチングガスを排出する排気部１４０が設けられている。

載置台１２０は処理容器１１０の底面に固定して設けられ、上面にウェハＷを保持するウェハ保持面が形成されている。載置台１２０の内部には、ウェハ保持面上に保持されたウェハＷの温度を調節する温度調節機構１２１が設けられている。

供給部１３０は、処理容器１１０の内部にエッチングガスとしてのフッ素含有ガス（例えばＨＦガス）、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、希釈ガス（例えばＡｒガス）、及び不活性ガス（例えばＮ_２ガス）をそれぞれ供給する複数のガス供給源１３１と、処理容器１１０の天井部に設けられ、処理空間Ｓ内に処理ガスを吐出させる複数の吐出口を有するシャワーヘッド１３２とを有している。ガス供給源１３１は、シャワーヘッド１３２に接続された供給管を介して処理容器１１０の内部と接続されている。

また供給部１３０には、処理容器１１０の内部に対するエッチングガスの供給量を調節する流量調節器１３３が設けられている。流量調節器１３３は、例えば開閉弁及びマスフローコントローラを有している。

排気部１４０は、処理容器１１０の底部に設けられた排気管を介して、例えば真空ポンプ等の排気機構（図示せず）に接続されている。また排気管には、自動圧力制御弁（ＡＰＣ）が設けられている。これら排気機構と自動圧力制御弁により、処理容器１１０内の圧力が制御される。

以上のエッチング処理装置１０１には、制御部としての制御装置１５０が設けられている。制御装置１５０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、エッチング処理装置１０１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御装置１５０にインストールされたものであってもよい。

なお、エッチング処理装置１０１に設けられる制御装置１５０は、プラズマ処理装置１に設けられる制御装置６０と共通のものであってもよい。すなわちエッチング処理装置１０１は、制御装置１５０に代えて、プラズマ処理装置１に設けられた制御装置６０と接続されてもよい。

エッチング処理装置１０１は以上のように構成されている。次に、エッチング処理装置１０１を用いて行われるガスエッチング処理（酸化膜Ｏｘの除去）について説明する。なお、エッチング処理装置１０１に搬入されたウェハＷには、あらかじめ前述のステップＴ１において、ＳｉＧｅ層の露出面表層に酸化膜Ｏｘが形成されている。

先ず、図３（ｂ）に示すようにＳｉＧｅ層の露出面表層に酸化膜Ｏｘが形成されたウェハＷを、載置台１２０へと載置する。エッチング処理装置１０１に搬入されたウェハＷは、図３（ｃ）に示すように酸化膜Ｏｘが除去される。

具体的には、載置台１２０上にウェハＷが載置されて処理容器１１０の内部が密閉されると、先ず、処理空間Ｓに希釈ガス（Ａｒガス）、及び不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給する。この時、処理空間Ｓの内部圧力を例えば３０ｍＴｏｒｒ～５０００ｍＴ、載置台１２０上のウェハＷの温度を例えば０℃～１５０℃に制御する。

処理空間Ｓの内部圧力、及びウェハＷの温度が所望の状態となると、続いて、処理空間Ｓにフッ素含有ガス（ＨＦガス）、及びＮＨ_３ガスを更に供給する。この時、処理空間Ｓに供給されるＨＦガス及びＮＨ_３ガスの流量を、例えばそれぞれ１０～１０００ｓｃｃｍに、Ａｒガス及びＮ_２ガスの流量を、例えばそれぞれ０ｓｃｃｍ～１０００ｓｃｃｍに制御する。そして、このように処理空間ＳにＨＦガス及びＮＨ_３ガスを供給することで、ＳｉＧｅ層の露出面表層に形成された酸化膜Ｏｘのガスエッチングを開始する。

ここで、本実施形態にかかるガスエッチング処理においては、酸化膜Ｏｘ（ＳｉＯ_２膜）と、Ｓｉ層及びＳｉＧｅ層のエッチングレートの差から、ステップＴ１において形成された酸化膜Ｏｘが選択的に除去される。換言すれば、ステップＴ１においてはＳｉ層とＳｉＧｅ層の酸化速度の差によりＳｉＧｅ層に対して酸化膜Ｏｘが選択的に形成されるため、本実施形態にかかるガスエッチング処理おいては、ＳｉＧｅ層の選択的なエッチング除去を適切に行うことができる。

また上述したように、ステップＴ１におけるプラズマ酸化処理においては、酸化膜Ｏｘの形成厚みを、ウェハＷの面内において均一、かつ、積層された各ＳｉＧｅ層において均一にすることができる。すなわち、本実施形態にかかるガスエッチング処理においては、ＳｉＧｅ層の除去をウェハＷの面内において均一、かつ、積層された各ＳｉＧｅ層において均一に行うことができる。

また更に、ステップＴ１におけるプラズマ酸化処理においては、図５に示したように一度のプラズマ酸化処理により形成される酸化膜Ｏｘの厚みが処理時間に依らずに飽和する。すなわち、一度のガスエッチング処理におけるＳｉＧｅ層のエッチング量が酸化膜Ｏｘの形成厚みと一致して飽和するため、ＳｉＧｅ層のエッチング量を容易に制御することができる。またこの時、上述のように酸化膜Ｏｘの形成厚みはプラズマ処理装置１の内部圧力により制御できるため、ＳｉＧｅ層のエッチング量を更に適切に制御することができる。

＜分岐Ｃ１：酸化膜の形成、及び除去の繰り返し処理＞
本実施形態にかかる酸化膜Ｏｘの形成（ステップＴ１）及び酸化膜Ｏｘの除去（ステップＴ２）、すなわちＳｉＧｅ層の除去は、以上のようにして行われる。ここで、上述したように、本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の酸化量（ＳｉＧｅ層のエッチング量）は、図５に示したようにプラズマ処理時間に依らずに飽和する。すなわち、一度の酸化膜Ｏｘの形成、及び除去によっては、ＳｉＧｅ層に所望のエッチング量を得られない場合がある。そこで本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の選択的エッチング手法においては、この酸化膜Ｏｘの形成（ステップＴ１）及び除去（ステップＴ２）を含むウェハ処理のサイクルを繰り返し行うことにより、ＳｉＧｅ層を所望の深さまでエッチング除去する。

換言すれば、本実施形態において繰り返し行われるウェハ処理のサイクル数は、必要となるＳｉＧｅ層の総エッチング量に応じて決定される。

このように、一連のウェハ処理のサイクルを繰り返し行う場合であっても、一度のサイクルにおけるＳｉＧｅ層のエッチング量は、ＳｉＧｅ膜の飽和酸化量に一致するため、ＳｉＧｅ層の総エッチング量は容易に制御することできる。またこの時、上述のようにＳｉＧｅ膜の飽和酸化量はプラズマ処理装置１の内部圧力により制御されるため、ＳｉＧｅ層の総エッチング量を更に適切に制御することができる。そして、このようにＳｉＧｅ層の総エッチング量を適切に制御できるため、ＳｉＧｅ層の選択的エッチング処理後のＳｉＧｅ層の線幅、すなわち後工程において形成されるチャネル幅を任意の寸法に制御することができる。

酸化膜の形成、及び除去のサイクルを繰り返し行うことでＳｉＧｅ層に所望の総エッチング量が得られると、ウェハＷを次工程への搬送に先立って、ウェハＷの表層、より具体的には、特にＳｉ層及びＳｉＧｅ層の露出面表層に残存する酸化膜Ｏｘを除去する。酸化膜Ｏｘの除去方法は特に限られるものではなく、例えばドライエッチングやウェットエッチング等により行われてもよいが、以下の説明においてはウェハＷに対してＣＯＲ処理、及びＰＨＴ処理を順次行う場合を例に説明を行う。

＜ステップＴ３：酸化膜の変質（反応生成物の生成）＞
図２のステップＴ３においては、除去部としてのＣＯＲ処理装置を用いてＳｉ層及びＳｉＧｅ層の露出面表層に残存する酸化膜Ｏｘにエッチングガスを作用させ、これにより酸化膜Ｏｘを変質させて反応生成物を生成する（ＣＯＲ処理）。

ＣＯＲ処理装置（図示せず）は、例えば図６に示したエッチング処理装置１０１と同等の構成を有している。すなわちＣＯＲ処理装置は、例えば内部に処理空間Ｓが形成された処理容器と、処理容器内でウェハＷを載置する載置台と、処理空間Ｓにエッチングガスを供給する供給部と、処理容器内の処理ガスを排出する排気部と、を備えている。換言すれば、本実施形態にかかるＣＯＲ処理は、ステップＴ２のガスエッチング処理を行うエッチング処理装置１０１において行われてもよい。

本実施形態にかかるＣＯＲ処理においては、先ず、ステップＴ１及びステップＴ２においてＳｉＧｅ層の選択的エッチングが行われたウェハＷを、載置台へと載置する。次に、密閉された処理容器の内部に希釈ガス（Ａｒガス）、及び不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給し、処理容器内の圧力を例えば３０ｍＴｏｒｒ～５０００ｍＴ、載置台上のウェハＷの温度を例えば０℃～１５０℃に制御する。

処理空間Ｓの内部圧力、及びウェハＷの温度が所望の状態となると、続いて、処理空間Ｓにフッ素含有ガス（ＨＦガス）、及びＮＨ_３ガスを更に供給する。この時、処理空間Ｓ内に供給されるＨＦガス及びＮＨ_３ガスの流量を、例えばそれぞれ５０～５００ｓｃｃｍに、Ａｒガス及びＮ_２ガスの流量を、例えばそれぞれ１００ｓｃｃｍ～６００ｓｃｃｍに制御する。そして、このように処理空間Ｓに供給したＨＦガス及びＮＨ_３ガスを、ウェハＷの表面に残存する酸化膜Ｏｘに作用させることで、酸化膜Ｏｘを反応生成物であるフッ化アンモニウム系化合物に変質する。

＜ステップＴ４：反応生成物の昇華＞
ステップＴ３において酸化膜Ｏｘが変質されると、続いて、除去部としてのＰＨＴ処理装置を用いて酸化膜Ｏｘの変質により生成された反応生成物（フッ化アンモニウム系化合物）を昇華する（ＰＨＴ処理）。

ＰＨＴ処理装置（図示せず）は、例えばＣＯＲ処理装置と同等の構成を有している。すなわちＰＨＴ処理装置は、例えば内部に処理空間Ｓが形成された処理容器と、処理容器内でウェハＷを載置する載置台と、処理空間Ｓにエッチングガスを供給する供給部と、処理容器内の処理ガスを排出する排気部と、を備えている。換言すれば、本実施形態にかかるＰＨＴ処理は、ステップＴ３のＣＯＲ処理を行うＣＯＲ処理装置において行われてもよい。また換言すれば、ステップＴ２における酸化膜Ｏｘの除去、ステップＴ３におけるＣＯＲ処理、及びステップＴ４における本ＰＨＴ処理を、それぞれ同一のエッチング処理装置１０１において行ってもよい。

本実施形態にかかるＰＨＴ処理においては、先ず、ステップＴ３においてＣＯＲ処理が行われたウェハＷを、載置台へと載置する。次に、密閉された処理容器の内部に処理ガスとしての不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給するとともに、載置台上のウェハＷの温度を例えば８５℃以上に制御する。ＣＯＲ処理において生成された反応生成物であるフッ化アンモニウム系化合物は、熱により昇華する。すなわち、このようにウェハＷの温度を上昇させることにより、ステップＴ３のＣＯＲ処理において生成されたフッ化アンモニウム系化合物、すなわち変質された酸化膜Ｏｘを昇華させて除去することができる。なお、昇華した反応生成物は、例えば処理ガス（Ｎ_２ガス）と共により排気部５０において回収される。

なお、ステップＴ３における酸化膜Ｏｘの変質、及びステップＴ４における酸化膜Ｏｘの変質により生成された反応生成物の昇華は、反応生成物であるフッ化アンモニウム系化合物が除去されるまで繰り返し行われてもよい。そして、このようにしてウェハＷの表層、特にＳｉ層及びＳｉＧｅ層の露出面表層に残存する酸化膜Ｏｘが除去されると、本実施形態にかかる一連のＳｉＧｅ層の選択的エッチングが終了する。

＜本実施形態にかかるウェハ処理の効果＞
本実施形態によれば、リモートプラズマを使用してラジカル化された処理ガスを用いることで、ＳｉＧｅ層に対して、ウェハＷの面内で均一、かつ、積層された各ＳｉＧｅ層で均一に酸化膜Ｏｘを形成できる。そして、このように形成された酸化膜Ｏｘの除去によりＳｉＧｅ層のエッチングを行うことにより、ＳｉＧｅ層のエッチング量を、ウェハＷの面内で均一、かつ、積層された各ＳｉＧｅ層で均一に行うことができる。すなわち、積層された各ＳｉＧｅ層におけるエッチング量のバラつきを低減できる。

本実施形態によれば、Ｓｉ層とＳｉＧｅ層の酸化速度の差によりＳｉＧｅ層が選択的に酸化されるとともに、酸化膜Ｏｘ（ＳｉＯ_２膜）とＳｉ層及びＳｉＧｅ層のエッチングレートの差から酸化膜Ｏｘを選択的にエッチングできる。すなわち、本実施形態によれば、ＳｉＧｅ層の選択的エッチングを適切に行うことができる

また、本実施形態におけるプラズマ酸化処理によれば、酸化膜Ｏｘの形成厚みが処理時間に依らずに飽和するため、酸化膜Ｏｘの除去に伴うＳｉＧｅ層のエッチング量を容易に制御できる。またこの時、酸化膜Ｏｘの形成厚みはプラズマ酸化処理を行うプラズマ処理装置の内部圧力により制御されるため、ＳｉＧｅ層のエッチング量を更に適切に制御できる。

また更に、本実施形態によればこのようなＳｉＧｅ層の露出面表層に対する酸化膜Ｏｘの形成、及び形成された酸化膜Ｏｘの除去を繰り返し行うことにより、容易にＳｉＧｅ層を所望の総エッチング量で除去できる。更にこの時、酸化膜Ｏｘの形成厚みを、プラズマ酸化処理を行うプラズマ処理装置の内部圧力により制御することで、ＳｉＧｅ層の総エッチング量を更に適切に制御できる。

なお、以上の実施形態においてはＳｉＧｅ層の露出面表層に形成された酸化膜Ｏｘ（ＳｉＯ_２膜）の除去を、フッ素含有ガス（ＨＦガス）及びアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いたガスエッチングにより行ったが、酸化膜Ｏｘの除去方法はこれに限定されない。例えばＳｉＧｅ層の露出面表層に形成された酸化膜Ｏｘはウェットエッチングにより除去されてもよいし、例えば上述のＣＯＲ処理、及びＰＨＴ処理を行うことで除去されてもよい。

ここで図７に、本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の選択的エッチングを行った場合における処理結果の一例を示す。本例においては、先ず、上述のようにリモートプラズマを用いてラジカル化された処理ガスを用いてＳｉＧｅ層の露出面表層に対して選択的に酸化膜Ｏｘを形成した。そして、図７（ａ）は上記実施形態に示したように、フッ素含有ガス（ＨＦガス）及びアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いたガスエッチングにより酸化膜Ｏｘの除去を行った場合、図７（ｂ）はウェットエッチングにより酸化膜Ｏｘの除去を行った場合における処理結果をそれぞれ示している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、本実施形態に示したようにリモートプラズマを用いてラジカル化された処理ガスにより酸化膜Ｏｘを形成することで、ＳｉＧｅ層の露出面からのエッチング量（ＥＡ：Ｅｔｃｈｉｎｇ Ａｍｏｕｎｔ）を、均一に制御できた。具体的には、図７に示すように積層して形成された各ＳｉＧｅ層のエッチング量のバラつきは２．２％程度となった。このように、本実施形態にかかるＳｉＧｅ層の選択エッチング手法によれば、積層された各ＳｉＧｅ層における総エッチング量のバラつきを、適切に低減することができる。

なお、以上の実施形態においてはステップＴ１のプラズマ酸化処理、及びステップＴ２の酸化膜Ｏｘのエッチング除去処理を、それぞれプラズマ処理装置１、及びエッチング処理装置１０１において行ったが、これらプラズマ酸化処理及びエッチング除去処理は、同一の処理容器内において行われてもよい。すなわち、例えばプラズマ処理装置１において処理空間ＳにエッチングガスとしてのＨＦガス及びＮＨ_３ガスを供給できるように構成すれば、プラズマ処理装置１において酸化膜Ｏｘのエッチング除去を行うことができる。

また、上述したようにステップＴ２のエッチング除去処理、ステップＴ３のＣＯＲ処理、及びステップＴ４のＰＨＴ処理は同一の処理容器（エッチング処理装置１０１）において行うことができる。換言すれば、上述のようにプラズマ処理装置１において酸化膜Ｏｘのエッチング除去ができるように構成すれば、図２のステップＴ１～ステップＴ４に係る一連のウェハ処理を同一の処理容器内において行うことができる。

なお、以上の実施形態においてはＳｉＧｅ層の選択的エッチングにより、図３に示したように当該ＳｉＧｅ層の表層を所定の深さまで除去する場合を例に説明を行ったが、図８に示すように、ＳｉＧｅ層は全抜きされてもよい。かかる場合であっても、本実施形態にかかる手法を適用することによりＳｉＧｅ層の選択的エッチングを適切に行うことができる。またこの時、上述したように、ＳｉＧｅ層の酸化量が飽和酸化量に達する前に処理容器に対する処理ガスの供給を停止し、かつ、処理容器の内部に残存した処理ガスによりＳｉＧｅ層の酸化量が飽和酸化量に達するようにプラズマ酸化処理の時間を制御することで、繰り返し行われるウェハ処理のサイクルにかかる時間を適切に短縮できる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。

（１）シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板の処理方法であって、リモートプラズマを使用してラジカル化されたフッ素及び酸素を含むガスを用いて、前記シリコンゲルマニウム層の露出面の表層を選択的に酸化して酸化膜を形成する工程と、形成された前記酸化膜を除去する工程と、を含む、基板処理方法。
前記（１）によれば、リモートプラズマを使用してラジカル化されたガスを用いることで、積層された各シリコンゲルマニウム層で均一に酸化膜を形成できる。そして、このように形成された酸化膜の除去によりシリコンゲルマニウム層の除去を行うことにより、積層された各シリコンゲルマニウム層におけるエッチング量のバラつきを低減できる。

（２）前記酸化膜の形成に用いられるガスはＯ_２ガス及びフッ素含有ガスを含み、Ｏ_２ガスに対するフッ素含有ガスの体積比率が０．１ｖｏｌ％以上、１．０ｖｏｌ％以下である、前記（１）に記載の基板処理方法。

（３）形成される前記酸化膜の厚みを、前記酸化膜の形成を行うプラズマ酸化処理部の内部圧力により制御する、前記（１）または前記（２）に記載の基板処理方法。

（４）形成される前記酸化膜の厚みは、前記酸化膜を形成する工程の処理時間に依らず飽和し、前記酸化膜を形成する工程においては、前記酸化膜の形成厚みが飽和するよりも前に、前記酸化膜の形成を行うプラズマ酸化処理部に対するガスの供給を停止する、前記（１）～前記（３）のいずれかに記載の基板処理方法。

（５）前記酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、を含むサイクルを繰り返し行う、前記（１）～前記（４）のいずれかに記載の基板処理方法。
前記（５）によれば、酸化膜の形成、及び酸化膜の除去を繰り返し行うことにより、シリコンゲルマニウム層に対するエッチング総量を適切に制御できる。

（６）前記酸化膜を除去する工程は、前記酸化膜を反応生成物に変質する工程と、前記基板を加熱して、前記酸化膜の変質により生成された反応生成物を昇華する工程と、を含む前記（１）～前記（５）のいずれかに記載の基板処理方法。

（７）前記酸化膜を除去する工程は、少なくともＨＦガス及びＮＨ_３ガスを含むガスを用いて行われる、前記（１）～前記（６）のいずれかに記載の基板処理方法。

（８）シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板を処理する基板処理装置であって、リモートプラズマを使用してラジカル化されたフッ素及び酸素を含むガスを用いて、前記シリコンゲルマニウム層の露出面の表層を選択的に酸化して酸化膜を形成するプラズマ処理部と、形成された前記酸化膜を除去する除去部と、前記プラズマ処理部及び前記除去部の動作を制御する制御部と、を備える、基板処理装置。

（９）前記酸化膜の形成に用いられるガスはＯ_２ガス及びフッ素含有ガスを含み、前記制御部は、Ｏ_２ガスに対するフッ素含有ガスの体積比率が０．１ｖｏｌ％以上、１．０ｖｏｌ％以下となるように、前記プラズマ処理部の動作を制御する、前記（８）に記載の基板処理装置。

（１０）前記制御部は、形成される前記酸化膜の厚みを、前記プラズマ処理部の内部圧力により制御する、前記（８）または前記（９）に記載の基板処理装置。

（１１）形成される前記酸化膜の厚みは、前記プラズマ処理部における処理時間に依らず飽和し、前記制御部は、前記酸化膜の形成厚みが飽和するよりも前に、前記プラズマ処理部に対するガスの供給を停止するように、前記プラズマ処理部の動作を制御する、前記（８）～前記（１０）のいずれかに記載の基板処理装置。

（１２）前記制御部は、前記プラズマ処理部における前記酸化膜の形成と、前記除去部における前記酸化膜の除去と、を含むサイクルを繰り返し行うように、前記プラズマ処理部及び前記除去部の動作を制御する、前記（８）～前記（１１）のいずれかに記載の基板処理装置。

（１３）前記制御部は、前記酸化膜を反応生成物に変質した後、前記基板を加熱して、前記酸化膜の変質により生成された反応生成物を昇華するように、前記除去部の動作を制御する、前記（８）～前記（１２）のいずれかに記載の基板処理装置。

（１４）前記制御部は、前記酸化膜の除去を、少なくともＨＦガス及びＮＨ_３ガスを含むガスを用いて行うように、前記除去部の動作を制御する、前記（８）～前記（１３）のいずれかに記載の基板処理装置。

Ｏｘ 酸化膜
Ｓｉ シリコン
ＳｉＧｅ シリコンゲルマニウム
Ｗ ウェハ

Claims (14)

1. シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板の処理方法であって、
   リモートプラズマを使用してラジカル化されたフッ素及び酸素を含むガスを用いて、前記シリコンゲルマニウム層の露出面の表層を選択的に酸化して酸化膜を形成する工程と、
   形成された前記酸化膜を除去する工程と、を含む、基板処理方法。
2. 前記酸化膜の形成に用いられるガスはＯ_２ガス及びフッ素含有ガスを含み、Ｏ_２ガスに対するフッ素含有ガスの体積比率が０．１ｖｏｌ％以上、１．０ｖｏｌ％以下である、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 形成される前記酸化膜の厚みを、前記酸化膜の形成を行うプラズマ酸化処理部の内部圧力により制御する、請求項１または２に記載の基板処理方法。
4. 形成される前記酸化膜の厚みは、前記酸化膜を形成する工程の処理時間に依らず飽和し、
   前記酸化膜を形成する工程においては、前記酸化膜の形成厚みが飽和するよりも前に、前記酸化膜の形成を行うプラズマ酸化処理部に対するガスの供給を停止する、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、を含むサイクルを繰り返し行う、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記酸化膜を除去する工程は、
   前記酸化膜を反応生成物に変質する工程と、
   前記基板を加熱して、前記酸化膜の変質により生成された反応生成物を昇華する工程と、を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
7. 前記酸化膜を除去する工程は、少なくともＨＦガス及びＮＨ_３ガスを含むガスを用いて行われる、請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
8. シリコン層とシリコンゲルマニウム層が交互に積層された基板を処理する基板処理装置であって、
   リモートプラズマを使用してラジカル化されたフッ素及び酸素を含むガスを用いて、前記シリコンゲルマニウム層の露出面の表層を選択的に酸化して酸化膜を形成するプラズマ処理部と、
   形成された前記酸化膜を除去する除去部と、
   前記プラズマ処理部及び前記除去部の動作を制御する制御部と、を備える、基板処理装置。
9. 前記酸化膜の形成に用いられるガスはＯ_２ガス及びフッ素含有ガスを含み、
   前記制御部は、Ｏ_２ガスに対するフッ素含有ガスの体積比率が０．１ｖｏｌ％以上、１．０ｖｏｌ％以下となるように、前記プラズマ処理部の動作を制御する、請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記制御部は、形成される前記酸化膜の厚みを、前記プラズマ処理部の内部圧力により制御する、請求項８または９に記載の基板処理装置。
11. 形成される前記酸化膜の厚みは、前記プラズマ処理部における処理時間に依らず飽和し、
    前記制御部は、
    前記酸化膜の形成厚みが飽和するよりも前に、前記プラズマ処理部に対するガスの供給を停止するように、前記プラズマ処理部の動作を制御する、請求項８～１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
12. 前記制御部は、
    前記プラズマ処理部における前記酸化膜の形成と、前記除去部における前記酸化膜の除去と、を含むサイクルを繰り返し行うように、前記プラズマ処理部及び前記除去部の動作を制御する、請求項８～１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
13. 前記制御部は、前記酸化膜を反応生成物に変質した後、前記基板を加熱して、前記酸化膜の変質により生成された反応生成物を昇華するように、前記除去部の動作を制御する、請求項８～１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
14. 前記制御部は、前記酸化膜の除去を、少なくともＨＦガス及びＮＨ_３ガスを含むガスを用いて行うように、前記除去部の動作を制御する、請求項８～１３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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