(57)【要約】【課題】従来は、エッチング液中のＳｉ濃度が所定の濃度に達したら排出手段により処理槽内のエッチング液を排出し、一方供給手段にて新規エッチング液を補充するリン酸による半導体ウエハのウエットエッチング方法及びウエットエッチング装置が知られているが、エッチング液の濃度制御性が悪く、安定したエッチング加工が出来ないという問題がある。【解決手段】エッチング処理が設定の処理積算（処理枚数×処理時間）を超えたら排液を行ない、少量液交換排液センサがオンした後も排液を続け、所定時間経過後バルブをオフして排液を止めるという少量液交換を行うウエットエッチング装置及び該ウエットエッチング装置により半導体ウエハのウエットエッチングを行う半導体装置の製造方法とするものである。【選択図】図１
2014072505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽内に貯留される薬液により被処理体をエッチングし、この薬液を外槽を介して循環するウエットエッチング装置において、少量液交換の排液量を、処理枚数と処理時間との処理積算に対応して計算された排液時間に基づき少量液交換の排液を行なうウエットエッチング装置。
【請求項２】
前記処理枚数と処理時間との処理積算に対応して計算された排液時間に基づき行う少量液交換の排液は、少量液交換排液センサとエアオペレートバルブ間に設けられた制御装置に基づき行われる請求項１記載のウエットエッチング装置。
【請求項３】
前記処理枚数と処理時間との処理積算に対応して計算された排液時間に基づき行う少量液交換の排液は、処理液循環ラインに設けられたポンプを制御するポンプ流量制御装置を用いて行われる請求項１記載のウエットエッチング装置。
【請求項４】
前記被処理体は、半導体ウエハである請求項１記載のウエットエッチング装置。
【請求項５】
前記ウエットエッチング装置は外槽中の液面を検出するための定量センサを備えており、該定量センサがオンすることにより排液が始まる請求項１記載のウエットエッチング装置。
【請求項６】
前記ウエットエッチング装置は外槽中の液面を検出するための少量液交換排液センサを備えており、該少量液交換排液センサがオンしても排液を継続する請求項１記載のウエットエッチング装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６記載のいずれかのウエットエッチング装置により半導体ウエハのウエットエッチングを行う半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング装置及びそれを用いる半導体装置の製造方法に関し、特にウエットエッチング装置及びそれを用いる半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハのエッチング方法及びエッチング装置として例えば、特開２００１−２３９５２号公報に記載されるように、エッチング液中のＳｉ濃度が所定の濃度に達したら排出手段により処理槽内のエッチング液を排出し、一方供給手段にて新規エッチング液を補充するリン酸による半導体ウエハのエッチング方法及びエッチング装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した従来のエッチング方法では濃度制御性が悪く、安定したエッチング加工が出来ない。
その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【０００６】
１つの実施の形態によれば、エッチング処理が設定の処理積算（処理枚数×処理時間）を超えたら排液を行ない、少量液交換排液センサがオンした後も排液を続け、所定時間経過後バルブをオフして排液を止めるという少量液交換を実施する。
【発明の効果】
【０００７】
前記一実施の形態によれば、シロキサン濃度の上昇量と低下量を適正範囲内に収めることができエッチング液の濃度制御性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係わる窒化膜ウエットエッチング装置の概要を示す概略図である。
【図２】図１に示す窒化膜ウエットエッチング装置による窒化膜ウェットエッチィングのシーケンスチャート図である。
【図３】実施の形態１における液中シロキサン濃度と処理枚数×時間との関係を示す図である。
【図４】実施の形態２に基づく窒化膜ウェットエッチングのシーケンスチャート図である。
【図５】実施の形態３に基づく窒化膜ウェットエッチング装置の概要を示す概略図である。
【図６】従来の窒化膜ウエットエッチング装置の概要を示す概略図である。
【図７】図６の窒化膜ウエットエッチング装置による窒化膜ウェットエッチングのシーケンスチャート図である。
【図８】図６の窒化膜ウエットエッチング装置における液中シロキサン濃度と処理枚数×時間との関係を示す図である。
【図９】従来の問題点を説明するための半導体素子の断面図である。
【図１０】従来の問題点を説明するための半導体素子（メモリセル部）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
１．先ず、本願発明者の本願に先立った検討により新たに判明した問題点を下記する。
図６は本願発明者が検討したウェットエッチング装置である。同図においてエッチング処理は、薬液が外槽２から処理液循環ライン３を通って、処理槽１の中へ流れ、処理槽１からあふれ、再び外槽２へ戻る循環を行っている。
【００１０】
このようなウェットエッチングにおいては、エッチング処理を重ねる毎に、エッチング液であるリン酸中のシロキサン濃度が上昇する。シロキサン濃度は、処理枚数と処理時間の積に比例する。シロキサン濃度が上昇するとエッチングレートが低下するため、シロキサン濃度を一定範囲に制御する必要がある。このため、ウェットエッチングでは、ある間隔で薬液の一部を排液し、新液を給液するという少量液交換を実施している。
【００１１】
これを図６に基き説明する。設定の処理積算（処理枚数×処理時間）を超えた後、外槽２の薬液を、処理液循環ライン３を通して、ドレイン６より排液する、このとき外槽２中の薬液の液面が少量液交換臨界液面１４になる（少量液交換排液センサ１１がＯＦＦ）までリン酸を排液する、このときは、薬液の処理槽１への循環は無い。排液をストップした後、薬液槽９から新規なリン酸が外槽２に定量臨界液面１５まで供給される。その後、前記した薬液の循環が始まり、次の製品がバッチ処理される。
【００１２】
図７は前記したウェットエッチングのシーケンスチャートを示す。同図に示すように、（１）製品エッチング処理中は、定量センサ１２はＯＮにて、少量液交換排液センサ１１はＯＦＦ、ドレイン６のバルブもＯＦＦ、薬液槽のバルブ１３もＯＦＦ。（２）少量液交換の排液は、定量センサ１２ＯＦＦ、少量液交換排液センサ１１はＯＦＦ、ドレイン６のバルブＯＮ、薬液槽のバルブ１３がＯＦＦにて始まる。そして、（３）少量液交換排液センサ１１がＯＮ、定量センサ１２ＯＦＦ、ドレイン６のバルブＯＦＦ、薬液槽のバルブ１３ＯＮにて少量液交換の給液が始まる。少量液交換の給液中は、定量センサ１２ＯＦＦ、少量液交換排液センサ１１ＯＦＦ、ドレイン６のバルブＯＦＦ、薬液槽のバルブ１３ＯＮ。そして、定量センサ１２ＯＮ、薬液槽バルブ１３ＯＦＦで給液完了というシーケンスとなる。
【００１３】
つまり、設定の処理積算（処理枚数×時間）後に少量液交換を実施するため、ロット枚数と処理時間の組み合わせによっては、少量液交換間の処理積算が３０００（枚×分）から７９５０（枚×分）までばらつく。（少量液交換頻度：３０００枚×分、処理枚数：１〜５０枚/バッチ、処理時間：１〜１００分）このため、少量液交換間に上昇するシロキサン濃度にもばらつきが生じる。これに対し、排液量、給液量は一定のため、少量液交換によるシロキサン濃度低下量は一定となっている。つまり、少量液交換間の処理積算ばらつきにより、シロキサン濃度制御性が悪化してしまう。
【００１４】
図８は、従来の液中シロキサン濃度と、処理枚数×時間との関係を示す図である。同図に示すように、Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ点にて、少量液交換を実施している為、シロキサン濃度は低下している。ところが、前述したように、処理枚数（ロット枚数）と処理時間の組み合わせによっては、処理積算がばらつくが、これに対し排液量、給液量は一定のため、例えばＥ点においては、少量液交換前は、シロキサン濃度が非常に高くなっている。製品の歩留低下を起こさない、シロキサン濃度の適正範囲を図８中Ａ−Ｂ間で示している。Ｅ点においては、少量液交換前は、シロキサン濃度はＡ点を超えている。シロキサン濃度がＡ点を超えると、シロキサンが製品パターン上に析出し、パターン欠陥や、あるいは、フィルタ詰まり、配管詰まりを引き起こすという問題が生じる。また、酸化膜エッチングレートが低くなるので、例えば図９に示す半導体素子のＳＴＩ２６においては、ＳＴＩ２６の高さが目標値よりも高くなり製品の特性に影響を及ぼす。
【００１５】
一方、処理積算のばらつきにより、これに対し排液量、給液量は一定のため、図８のＨ点においては、少量液交換後は、シロキサン濃度はＢ点を下回っており、シロキサン濃度が非常に低くなっている。シロキサン濃度がＢ点を下回ると、酸化膜エッチングレートが上がり、例えば前記した図９に示す半導体素子のＳＴＩ２６では、ＳＴＩ２６が必要以上にエッチングされＳＴＩ２６の高さが目標値よりも低くなる。また、酸化膜２４がエッチングされその下のＦＧポリシリコン層２３がエッチングされるという問題が発生する。また、図１０に示すような半導体素子（メモリセル部）では、酸化膜３８がエッチングされてその下の不純物ドープドポリシリコン膜３９までエッチングされるという問題が発生する。これらの問題が起きると、製品の特性に影響を及ぼす。
【００１６】
２．実施の形態の詳細
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。しかし、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。ただし、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除く。
【００１７】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。ただし、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除く。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は原則省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１８】
〈実施の形態１〉
図１は実施の形態１に係わるウエットエッチング装置の概要を示す概略図である。同図に示すように、処理槽１の中のキャリア１７に被処理体である複数の半導体ウエハ１６が収納、設置される。処理槽１は外槽２を有し、この外槽２には薬液槽９と純水槽１０がそれぞれ薬液補充ライン７、純水補充ライン８を介して接続されている。薬液補充ライン７と純水補充ライン８はそれぞれエアオペレートバルブ１３を有している。
外槽２の底と処理槽１の底部とは処理液循環ライン３がポンプ４、フィルタ部５を介して接続している。また、フィルタ部５はエアオペレートバルブ５２とドレイン６とを有している。さらに、外槽２中の液面を検出するための少量液交換排液センサ１１と定量センサ１２を備えている。さらに、制御装置５１が少量液交換排液センサ１１とエアオペレートバルブ５２間に設けられている。このようなウエットエッチング装置は、主に窒化膜のウエットエッチングに用いられるものである。
【００１９】
このようなウエットエッチング装置において、（１）半導体ウエハのエッチング処理中は、薬液が外槽２から処理液循環ライン３を通って、処理槽１の中を流れ、あふれ、再び外槽２へ戻る循環を行う。（２）設定の処理積算（処理枚数×処理時間）を超えた後、外槽２の薬液を、処理液循環ライン３を通して、ドレイン６より外槽２の少量液交換臨界液面１４になるまで排液し、さらに、少量液交換間の処理積算に対応し計算した時間だけ排液を行う。その際には、少量液交換排液センサ１１からの信号を受けた後、制御装置５１にて少量液交換間の処理積算に対応し計算した時間だけ、エアオペレートバルブ５２を開け排液を連続して行う。このときは、薬液の処理槽１への循環は無い。その後、（３）排液をストップし、薬液槽９から新規なリン酸が外槽２に定量臨界液面１５まで供給される。その後、（１）で記述した薬液の循環が始まり、次の半導体ウエハのエッチング処理がバッチ（複数の半導体ウエハ一括）で処理される。本発明の少量液交換シーケンスは、設定の処理積算（処理枚数×処理時間）を超えた後、少量液交換を実施するが、この少量液交換の排液は、「少量液交換排液センサがオフの時点」＋「計算した排液時間」まで行う。すなわち、従来よりも「計算した排液時間」だけ長く排液するのである。この「計算した排液時間」は、少量液交換間の処理積算に対応して計算したものである。それにより、少量液交換の排液時間は、少量液交換間の処理積算に対応し可変としたものである、また、制御装置５１を有するウエットエッチング装置によりそれを実行できるのである。これにより、シロキサン濃度を一定範囲に制御することが可能となる。
【００２０】
図２は、図１に示すウエットエッチング装置によるエッチィングのシーケンスチャート図である。同図からわかるように、（１）複数の半導体ウエハを一括でエッチング処理中は、定量センサ１２がＯＮであり、少量液交換排液センサ１１はＯＦＦしている。ドレイン６のバルブはＯＦＦであり、薬液槽９のバルブ１３もＯＦＦである。（２）少量液交換のための排液は、定量センサ１２はＯＦＦであり、少量液交換排液センサ１１もＯＦＦ、ドレイン６のバルブはＯＮし、薬液槽９のバルブ１３もＯＦＦの状態で始まる。そして、少量液交換排液センサ１１がＯＮしても、処理積算に対応し計算した時間だけ、さらに、継続してドレイン６のバルブをＯＮ状態として排液を継続する。そして、（３）定量センサ１２はＯＦＦのままで、少量液交換排液センサ１１がＯＦＦして、ドレイン６のバルブもＯＦＦし、一方薬液槽９のバルブ１３がＯＮして少量液交換の給液が始まる、というシーケンスとなる。
【００２１】
図３は、実施の形態１における液中シロキサン濃度と処理枚数×処理時間との関係を示す図である。横軸は、処理枚数×処理時間を示し、縦軸は、シロキサン濃度を示す、縦軸のＡ?Ｂ間はシロキサン濃度の適正範囲を示す。
同図に示すように、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの各点にて、少量液交換を実施している為、シロキサン濃度は低下している。前述したように、ロット枚数と処理時間の組み合わせによって生じる、少量液交換間の処理積算のばらつきに応じて少量液交換排液量（排液時間）を可変とし、適正な排液量とするため、シロキ酸濃度低下量をほぼ同値に出来る。また、それにより、シロキサン濃度を同図のＡ?Ｂ間すなわち適正範囲内に収めることができる。言い換えるとシロキ酸濃度上昇量と低下量を図３中のＡ?Ｂ間に収めることができる。
【００２２】
例えばＥ点において、少量液交換前に、シロキサン濃度がＡ点を超えることは無い。また、例えばＨ点においても、少量液交換後は、シロキサン濃度がＢ点を下回ることも無い。その結果、シロキサン濃度は、図３中Ａ?Ｂ間で示している適性範囲内に収まっている。その為、前述したような、シロキサン濃度が高いことによる、（ａ）シロキサンが製品パターン上に析出し、パターン欠陥が発生する、（ｂ）フィルタ詰まり、配管詰まりを引き起こす、（ｃ）酸化膜のエッチングレートが低くなるので、ＳＴＩの高さが目標値よりも高くなり製品の特性に影響を及ぼす、といった問題の発生を防ぐことができる。
また、前述した、シロキサン濃度が低いことによる、（ｄ）酸化膜エッチングレートが上がり、ＳＴＩ２６が必要以上にエッチングされＳＴＩの高さが目標値よりも低くなり製品の特性に影響を及ぼす、（ｅ）酸化膜がエッチングされその下のポリシリコン膜がエッチングされる、（ｆ）メモリセル部では、酸化膜がエッチングされて、その下の不純物ドープドポリシリコン膜がエッチングされる、という問題も解決することができる。
このように実施の形態１によれば、種々のすぐれた効果を得ることができる。
【００２３】
〈実施の形態２〉
実施の形態２は、少量液交換排液センサを使わず、時間のみで管理する方法であり、図４にそのシーケンスチャートを示す。
【００２４】
同図からわかるように、（１）半導体製品ウエットエッチング処理中は、定量センサ１２がＯＮにて、少量液交換排液センサ１１はＯＦＦ、ドレイン６のバルブＯＦＦ、薬液槽９のバルブＯＦＦである。そして、（２）定量センサ１２はＯＦＦにて、少量液交換排液センサ１１もＯＦＦ、ドレイン６のバルブがＯＮ、薬液槽９のバルブＯＦＦで少量液交換の排液が始まる。少量液交換排液センサ１１は用いずに、処理積算に対応して計算した時間だけドレイン６のバルブをＯＮし続ける。そして、前記処理積算に対応し計算した時間が経過すると（３）ドレイン６のバルブをＯＦＦし、薬液槽９のバルブをＯＮにして、定量センサ１２はＯＦＦ、少量液交換排液センサ１１もＯＦＦの状態で、少量液交換の給液が始まる。少量液交換の給液中は、定量センサ１２ＯＦＦにて、少量液交換排液センサ１１ＯＦＦ、ドレイン６のバルブＯＦＦ、薬液槽９のバルブＯＮ、というシーケンスとなる。
このような実施の形態２によれば、少量液交換排液センサ１１を用いないので、ウエットエッチング装置がよりシンプルとなる、また動作シーケンスも簡略化されるという効果を有する。
【００２５】
〈実施の形態３〉
図５は、実施の形態３に基づく窒化膜ウェットエッチング装置の概要を示す概略図である。同図に示すように、ポンプ流量制御装置６１を用いてポンプ４を制御して、ポンプ流量を可変に制御する方法である。つまり、処理積算に対応し計算した時間が長ければ長いほど、少量液交換の排液のポンプ４の流量を増す。処理積算に対応し計算した時間が短ければ、少量液交換の排液のポンプ４の流量を減らすという制御を行う、排液時間は一定に保つ。
【００２６】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２７】
１：処理槽
２：外槽
３：処理液循環ライン
４：ポンプ
５：フィルタ部
６：ドレイン
７：薬液補充ライン
８：純水補充ライン
９：薬液槽
１０：純水槽
１１：少量液交換排液センサ
１２：定量センサ
１３：エアオペレートバルブ
１４：少量液交換臨界液面
１５：定量臨界液面
１６：半導体ウエハ
１７：キャリア
２１、３１：Ｓｉ基板
２２、２４、３３、３５、３７、３８：酸化膜
２３、３４：ポリシリコン膜
２５、３６：ＳｉＮ膜
２６：ＳＴＩ
３２：Ｐ型ウエル領域
３９：不純部ドープドポリシリコン膜
４０：ゲート
４１：ソース
５１：制御装置
５２：エアオペレートバルブ
６１：ポンプ流量制御装置
【図１】
2014072505.tif 000003
【図２】
2014072505.tif 000004
【図３】
2014072505.tif 000005
【図４】
2014072505.tif 000006
【図５】
2014072505.tif 000007
【図６】
2014072505.tif 000008
【図７】
2014072505.tif 000009
【図８】
2014072505.tif 000010
【図９】
2014072505.tif 000011
【図１０】
2014072505.tif 000012