(57)【要約】【課題】  シリコン窒化膜等に適用できるウエットエッチングを枚葉処理できるようにする。【解決手段】  ウエハＷを枚葉毎にウエハ保持手段１０で保持し、ウエハＷの積層膜上に、エッチング液供給手段２０によりエッチング液を供給する。供給されたエッチング液に電磁波加熱手段３０により電磁波を照射して、エッチング液を短時間で高温にして、高いエッチングレートで積層膜のウエットエッチングを行う。枚葉処理に適う処理時間でウエットエッチングが行える。使用済みのエッチング液は、リサイクル手段４０で回収し、濃度調整を行った上で新たなウエットエッチングに使用すればよい。【選択図】  図１ 
2005079212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層膜が形成されたウエハを1枚保持するウエハ保持手段と、
前記積層膜の上に前記積層膜をエッチングするエッチング液を供給するエッチング液供給手段と、
前記積層膜の上に供給された前記エッチング液を電磁波の照射により加熱する電磁波加熱手段とを有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記エッチング液を前記積層膜の上に供給する前に加熱する事前加熱手段を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記ウエハ保持手段は、前記積層膜が上方を向くように前記ウエハを保持し、
前記積層膜上に供給された前記エッチング液は、前記積層膜の上に表面張力で保持されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記ウエハ保持手段は、前記エッチング液を満たす浸漬槽を有し、前記積層膜の浸漬可能に、前記ウエハを枚葉毎に保持することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記積層膜のエッチングに使用された使用済みエッチング液のリサイクル手段が設けられていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記半導体製造装置には、前記積層膜のエッチングに使用された使用済みエッチング液のリサイクル手段が設けられ、
前記リサイクル手段は、前記エッチング液のエッチング液構成薬品濃度調節手段、あるいは前記エッチング液のエッチング由来反応生成物濃度調節手段の少なくともいずれかの濃度調節手段を有していることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記半導体製造装置には、前記積層膜のエッチングに使用された使用済みエッチング液のリサイクル手段が設けられ、
前記リサイクル手段は、前記エッチング液のリン酸濃度調節手段、あるいは前記エッチング液のシリコン濃度調節手段の少なくともいずれかの濃度調節手段を有していることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記電磁波は、マイクロ波であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項９】
請求項１記載の半導体製造装置において、
前記電磁波は、赤外線であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１０】
保持されたウエハ上の積層膜にエッチング液を供給するエッチング液供給工程と、
積層膜上に供給されたエッチング液に電磁波を照射して加熱する電磁波加熱工程と、
加熱された前記エッチング液で前記積層膜をエッチングするエッチング工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層膜は、シリコン窒化膜であり、
前記エッチング液は、リン酸溶液であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層膜は、シリコン窒化膜であり、
前記エッチング液は、リン酸溶液であり、
前記積層膜のエッチングは、２００℃以上、２５０℃以下の範囲に加熱された前記エッチング液で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層膜は、シリコン窒化膜であり、
前記エッチング液は、シリコン含有のリン酸溶液であり、
前記積層膜は、２００℃以上、２５０℃以下の範囲に加熱された前記エッチング液で、前記積層膜に接するシリコン酸化膜に対して選択的にエッチングされることを特徴とする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、半導体装置の製造技術に関し、特に、ウエハ上に形成される積層膜のウエットエッチングを枚葉毎に処理するのに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハの上に各種の積層膜が形成され、かかる積層膜に適宜必要なエッチングが行われ、微細な電極や配線等のパターン加工が施される。
【０００４】
かかるエッチングには、反応性ガスを使用したドライエッチング、薬液処理に基づくウエットエッチングがある。このうちウエットエッチングは、薬液によるエッチング対象との化学反応に基づくエッチング技術で、ドライエッチングに比べて下地膜等に対する高い選択比が得られ易いという利点を有している。
【０００５】
そのため、例えば、素子分離の形成に際して、シャロートレンチ素子分離技術における下地のシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択的エッチング等に有効に使用されている。かかるエッチングに関しては、非特許文献１に記載がある。
【０００６】
これまでのウエットエッチングでは、バッチ処理によりエッチング処理が行われていた。例えば、シリコン窒化膜のウエットエッチングでは、処理対象のウエハを複数枚一括して、エッチング液である熱リン酸を満たした浸漬槽内に沈めてエッチング処理を行っていた。
【０００７】
バッチ処理によるシリコン窒化膜のエッチングでは、１５０℃〜１７０℃程度の熱リン酸が使用され、リン酸の加熱は、ヒータによる加熱手段が採用されている。かかるバッチ処理に要する時間は、通常約１時間程度である。
【０００８】
図６（ａ）に、バッチ処理方式のウエットエッチングを行う装置の全体構成を示した。バッチ処理方式を採用する構成では、複数枚のウエハを一括してエッチング液に浸漬してウエットエッチングを行う。装置には、ウエハ受け入れ用のステーション１、処理終了後のウエハ搬出用のステーション２がそれぞれ設けられている。受け入れられたウエハの一時待機場所、あるいは処理終了後のウエハの一時待機場所として、バッファ部３が設けられている。
【０００９】
また、ウエハのウエットエッチングを行う複数の処理部４と、ウエットエッチングが終了したウエハの乾燥を行う乾燥部５とが設けられている。ステーション１で受け入れられたウエハは、バッファ部３に設けた搬送ロボット（図示せず）により、搬送部６の搬送ロボット（図示せず）に渡され、処理部４へ搬送される。処理部４では、複数枚のウエハが一括してウエットエッチングされる。
【００１０】
処理部４でウエットエッチングが終了したウエハは、搬送部６の搬送ロボットにより乾燥部５に送られ乾燥され、さらにバッファ部３に送られ、搬出用のステーション２から次工程に送られる。
【００１１】
処理部４におけるウエットエッチングは、図６（ｂ）に示すように、エッチング液が満たされた浸漬槽７に、複数枚のウエハＷを一括して所定時間浸漬して行われる。浸漬槽７には、エッチング液が循環ポンプ８を設けたエッチング液循環システムにより循環させられる。すなわち、エッチング液の入った薬品タンク８ａから、供給配管８ｂを通して循環ポンプ８により浸漬槽７にエッチング液が供給される。併せて、回収配管８ｃにより浸漬槽７からエッチング液が薬品タンク８ａに戻る。このようにして、エッチング液は、常に循環させられている。
【００１２】
かかるエッチング液の循環システムでは、図６（ｂ）に示すように、供給配管８ｂの途中に、ヒーター式の熱交換機８ｄを設けて、エッチング液を所定温度に加熱している。例えば、シリコン窒化膜のウエットエッチング用としてエッチング液にリン酸溶液を使用する場合には、１５０℃〜１７０℃に加熱される。
【００１３】
さらに、供給配管８ｂには、供給量の不安定を防止するために脈動防止ダンパ８ｅ、エッチング液中の不要物除去のためのフィルタ８ｆが設けられ、エッチング残渣等を含まないエッチング液が安定して浸漬槽７に規定量供給されるようになっている。
【非特許文献１】シー・ワイ・チャン(C.Y.Chang)、エス・エム・スゼー（S.M.Sze）著「ユー・エル・エス・アイ  テクノロジー（ULSI Technology）マグロー・ヒル（Mc.Graw-Hill）1996 p365
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上記バッチ処理に基づくウエットエッチング技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。
【００１５】
すなわち、近年、半導体装置の製造ラインでは、これまでのバッチ処理のライン構成から、次第に枚葉処理のライン構成が採用されつつあるが、枚葉処理のライン構成においてもシリコン窒化膜のウエットエッチング処理については、未だにバッチ処理が採用されており、折角の枚葉処理のライン構成が円滑に流れない。シリコン窒化膜のウエットエッチングにおける枚葉処理技術の開発は急務であると、本発明者は考えた。
【００１６】
本発明の目的は、シリコン窒化膜等に適用できるウエットエッチングを枚葉処理できるようにすることにある。
【００１７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述およ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】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１９】
すなわち、ウエットエッチングに使用するエッチング液を、エッチング対象のウエハ上の積層膜に供給した状態で電磁波加熱することにより、エッチング液を短時間で高温に加熱して、エッチング処理時間の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２１】
すなわち、エッチング液を短時間で高温に加熱することで、ウエットエッチングを枚葉処理可能な程度までエッチング処理の時間短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００２３】
本実施の形態では、先ず、枚葉処理でウエットエッチングが行えるようにした半導体製造装置について説明する。図１は、半導体製造装置の全体構成を模式的に示す説明図である。図２（ａ）、（ｂ）は、ウエハ保持手段の構成例を模式的に示す説明図である。
【００２４】
ウエットエッチング装置に構成された半導体製造装置には、図１に示すように、ウエットエッチングに際してウエハＷを保持するウエハ保持手段１０と、ウエハＷにエッチング液を供給するエッチング液供給手段２０と、ウエハＷに供給されたエッチング液に電磁波を照射してエッチング液を加熱する電磁波加熱手段３０と、エッチング終了後の使用済みエッチング液をリサイクルするリサイクル手段４０とが設けられている。
【００２５】
ウエハ保持手段１０は、１枚ずつ、すなわち枚葉毎にウエハＷを保持することができるように構成されている。例えば、図２（ａ）に示すように、基台１１と、基台１１の周縁に開閉動作可能に設けた爪１１ａを有するウエハ保持装置１０ａ（１０）に構成しておけばよい。
【００２６】
図２（ａ）に示す場合には、ウエハＷの周囲を爪１１ａで挟んで、ウエハＷのウエットエッチング対象の積層膜（図示せず）が形成された面を上方に向けて、略水平に保持することができるようになっている。
【００２７】
爪１１ａは、例えば、図２（ａ）の両矢印に示すように開閉動作が自在に行えるように構成されている。搬送ロボット（図示せず）により所定位置に運ばれたウエハＷを、爪１１ａが開いた状態の待機位置から、図２（ａ）に示す閉じ状態にして、ウエハＷを側面から挟んで挟持することができるようになっている。
【００２８】
かかる構成のウエハ保持装置１０ａは、図１に示すように、エッチング処理用のチャンバ５０内に設けられている。チャンバ５０は、ウエハ保持装置１０ａの周囲を囲むようにして構成され、エッチング時のエッチング液の飛散等が防止できるようになっている。また、チャンバ５０の上方側は開口され、チャンバ５０の開口側を通して、ウエハ保持装置１０ａに保持されたウエハＷ側にエッチング液が供給できるようになっている。
【００２９】
ウエハ保持装置１０ａを内包するチャンバ５０は、電磁波照射を行う処理室６０内に設けられている。処理室６０は、チャンバ５０の上方に電磁波加熱手段３０を設け、処理室６０外に電磁波が漏れないように構成されている。電磁波加熱手段３０は、例えば、マグネトロン等からなるマイクロ波発生装置、あるいは赤外線発生管等からなる赤外線発生装置に構成しておけばよい。
【００３０】
電磁波加熱手段３０から発生された電磁波、例えば、マイクロ波や、赤外線は、チャンバ５０の開口部を通してウエハＷ側に至る。チャンバ５０の内側は、反射材が設けられ、チャンバ５０内に入った電磁波が反射して、ウエハＷ側にできるだけ電磁波が集中するようになっている。
【００３１】
このようにして電磁波が集中照射されるように構成されている状態で、ウエハＷ側には上方から、エッチング液供給手段２０によりエッチング液が供給される。エッチング液供給手段２０には、図１に示すように、循環ポンプ２１が設けられ、エッチング液を貯留する薬品タンク２２から供給配管２３を通して、エッチング液を、処理室６０のチャンバ５０内でウエハ保持装置１０ａに保持された状態のウエハＷ上に供給することができるようになっている。
【００３２】
供給配管２３の途中には、脈動防止ダンパ２４が設けられ、ウエハＷ側へのエッチング液の供給量が不安定になるのを防止している。
【００３３】
さらに、供給配管２３には、ウエハＷ側にエッチング液を供給する前に、所定温度まで加熱しておき、電磁波加熱における加熱時間をより短縮することができるように、事前加熱手段２５として熱交換ユニット２５ａが設けられている。また、供給配管２３には、途中にフィルタ２６が設けられ、エッチング液中に混在する不要物の除去が行えるようになっている。
【００３４】
このようにして、必要なエッチング液が所定量、チャンバ５０内のウエハ保持装置１０ａに保持されたウエハＷ側に供給される。図２（ａ）に示すように、供給されたエッチング液Ｅは、ウエハＷの積層膜（図示せず）上に表面張力で所要量が保持されることとなる。エッチング液の供給に際しては、予め、エッチング対象とするウエハＷ側に必要なエッチング液量をダミーウエハ等を用いて調べておき、必要な液量より少し過剰に供給することにより、自然にウエハＷの積層膜上に表面張力でエッチング液が保持されるようにすればよい。
【００３５】
このようにウエハＷ側に小過剰にエッチング液を供給することで、ウエハＷ側からこぼれた過剰のエッチング液は、基台１１上に流れ、基台１１に設けた排出孔１２側から排出される。
【００３６】
排出孔１２は回収配管２７に接続され、基台１１上のエッチング液は、薬品タンク２２に戻るように構成されている。そのため、上記のようにウエハＷ側にエッチング液を供給した際の過剰のエッチング液、及びエッチング終了後の使用済みエッチング液は、装置外に捨てられることなく薬品タンク２２に回収されてリサイクルされる。
【００３７】
リサイクルに際しては、回収されるエッチング液が未使用のエッチング液と薬品タンク２２内で混ぜられるため、供給されるエッチング液の濃度が一定になるように、リサイクル手段４０は、図１に示すように、濃度調節手段４１を有している。
【００３８】
濃度調節手段４１としては、エッチング液構成薬品濃度調節手段、あるいはエッチング液に含まれるエッチング由来反応生成物の濃度調節手段の少なくともいずれかの濃度調節手段を設けるようにする。
【００３９】
例えば、エッチング液にシリコン含有のエッチング液を想定すれば、エッチング液構成薬品濃度調節手段としてエッチング液を構成する薬品であるリン酸のリン酸濃度調節手段を、エッチング由来反応生成物濃度調節手段としてエッチング由来反応生成物であるシリコンのシリコン濃度調節手段を備えることとなる。
【００４０】
リン酸濃度調節手段としては、例えば、薬品タンク２２内のリン酸濃度を吸光度法等での濃度検知手段で濃度チェックを行い、チェック結果を予め設定してある供給エッチング液のリン酸濃度と比較して、高ければ純水の補給を、低ければ未使用のリン酸溶液を補給する等するように構成されている。
【００４１】
また、リン酸溶液内のシリコン濃度の調節は、薬品タンク２２内のＳｉ濃度を光吸収分析法等の方法で濃度チェックを行い、チェック結果を予め設定してある供給エッチング液のリン酸溶液中のＳｉ濃度と比較して、高ければ回収エッチング液を薬品タンク２２内に回収せずに捨て、低ければ回収エッチング液を薬品タンク２２内に戻すようにして、調節すればよい。
【００４２】
このようにして上記説明のウエットエッチング用の半導体製造装置では、図１に示すように、エッチング液を、循環ポンプ２１により、薬品タンク２２→供給配管２３→ウエハＷ→排出孔１２→回収配管２７と、リサイクル循環させることができる。
【００４３】
特に、エッチング液にリン酸溶液を用いて、シリコン窒化膜のウエットエッチングを行う場合には、リン酸濃度調節手段、シリコン濃度調節手段をリサイクル手段に設けることにより、シリコン酸化膜上に積層したシリコン窒化膜のリン酸による選択的エッチングを効果的に行うことができる。
【００４４】
上記説明の半導体製造装置の構成では、前記の如く、ウエハＷのエッチング対象である積層膜上にエッチング液を供給して、その供給されたエッチング液に電磁波を照射してエッチング液を加熱する手段を採用しているため、極めて短時間にエッチング液を高温にすることができる。
【００４５】
ウエハＷの積層膜上に、図２（ａ）に示すように、エッチング液を表面張力で保持させた状態で、電磁波加熱すると、積層膜面上に均一に薄く保持されている加熱すべきエッチング液の液量がバッチ処理等に比べて格段に少なく、且つヒータ加熱手段とは異なる電磁波加熱手段を用いているので、秒単位でエッチング液を、例えば２００℃以上の高温に加熱することができる。そのため、リン酸によるエッチングレートが向上し、これまでの１５０℃〜１７０℃の熱リン酸で行っていたウエットエッチングに比べて、格段にシリコン窒化膜のウエットエッチングの処理時間を短くすることができる。
【００４６】
ウエハ保持手段１０としては、図２（ｂ）に示すようなウエハ保持装置１０ｂに構成しても構わない。図２（ｂ）に示す構成では、枚葉毎にウエハＷをエッチング液に浸漬することができるようになっている。ウエハ保持装置１０ｂは、図２（ｂ）に示すように、基台１３の周縁部に側壁１３ａが設けられ、浸漬槽１４が構成されている。
【００４７】
浸漬槽１４は、ウエハＷを１枚浸漬することができる程度の容積に構成され、浸漬槽１４の底部に相当する基台１３面上には、ウエハＷを点接触で支持する支持部材１５が複数設けられている。ウエハＷを支持部材１５で支持させた状態で、エッチング液を浸漬槽１４内に供給し、ウエハＷのエッチング対象の積層膜にエッチング液を接触させる。
【００４８】
このようにして積層膜にエッチング液を供給した状態で、電磁波加熱手段３０により、電磁波を照射すれば、エッチング液の液量が少ない上に、強力な加熱手段である電磁波加熱を用いているため、ウエハＷを浸漬しているエッチング液が、短時間に２００℃以上の高温に加熱される。そのため、リン酸によるエッチングレートが向上し、これまでの１５０℃〜１７０℃の熱リン酸で行っていたウエットエッチングに比べて、格段にシリコン窒化膜のウエットエッチングの処理時間を短くすることができる。
【００４９】
図２（ａ）に示すウエハ保持装置１０ａの構成では、ウエハＷの上方に向けた側に形成された積層膜がエッチング対象となるもので、ウエハＷの片面側のエッチング処理用ということができる。これに対して、図２（ｂ）に示すウエハ保持装置１０ｂの構成では、ウエハＷがエッチング液に浸漬させられているため、ウエハＷの片面だけでなく、場合によっては両面を並行してウエットエッチングすることができる両面用の構成と言うことができる。
【００５０】
また、基台１３には、図２（ａ）にその構成を示すウエハ保持装置１０ａと同様に、排出孔１２が設けられ、エッチング終了後には、使用済みエッチング液を回収配管２７を通して、薬品タンク２２内にリサイクル可能に戻すことができるようになっている。
【００５１】
また、ウエハ保持装置１０ｂの構成では、ウエハＷがエッチング液の中に浸漬される構成となっているため、図２（ａ）に示すウエハ保持装置１０ａの構成のようにエッチング液を表面張力で保持させる構成とは異なり、ウエハＷの保持姿勢として高い精度の水平性を維持していなくても構わない。ウエハＷ面がエッチング液より露出しない範囲で多少水平度が悪くても構わない。
【００５２】
次にかかる構成のウエットエッチング用の半導体製造装置を用いて、半導体装置を製造する方法について説明する。以下の説明では、シリコン含有のリン酸溶液をエッチング液として用い、シリコン酸化膜上に積層したシリコン窒化膜を、ＭＯＳ−ＩＣ等の半導体装置で使用するＳＴＩ（ shallow trench isolation）による素子分離領域を形成するために、選択的にウエットエッチングする場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
Ｐ型シリコンのウエハＷ上に、図３（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１００が形成され、さらにその上にシリコン窒化膜２００が順次積層されている。その後、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜をマスクにしてシリコン窒化膜２００、シリコン酸化膜１００の素子分離形成範囲をエッチング処理する。さらに、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）に形成したシリコン窒化膜２００をマスクとして、ウエハＷを所定深さにエッチングしてＳＴＩ溝３００を形成する。
【００５４】
その後、図４（ａ）に示すように、シリコン酸化膜４００を堆積して図３（ｃ）で形成したＳＴＩ溝３００をシリコン酸化膜４００で埋める。さらに、シリコン窒化膜２００をストッパ膜として、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）を施して、図４（ｂ）に示すように平らにする。
【００５５】
このようにしてシリコン窒化膜２００を露出させた状態で、上記説明の枚葉処理が可能に構成された半導体製造装置を用いて、シリコン窒化膜２００のウエットエッチングを枚葉処理で行う。
【００５６】
すなわち、図４（ｂ）の状態に事前の工程で処理されたウエハＷは、１枚ずつ、すなわち枚葉毎に、図１に示す構成のウエットエッチング用の半導体製造装置に搬送される。搬送されたウエハＷは、例えば、図２（ａ）に示すようなウエハ保持装置１０ａに１枚ずつ保持される。
【００５７】
ウエハＷが保持された状態で、エッチング液供給手段２０により、シリコン含有のリン酸溶液からなるエッチング液がウエハＷ側に供給される。エッチング液は、小過剰に供給され、ウエハＷ上に形成されている積層膜上に表面張力により保持される。
【００５８】
ウエハＷ上に表面張力により保持されたシリコン含有リン酸溶液のエッチング液に、電磁波加熱手段３０により、マイクロ波あるいは赤外線等の電磁波が照射される。
【００５９】
エッチング液を構成するシリコン含有リン酸溶液のリン酸濃度が９４％以上、９８％以内の濃度範囲の場合には、上記電磁波加熱により、シリコン含有リン酸溶液は、２００℃以上、２３０℃以内の高温に短時間で加熱される。かかる加熱に要する時間は、照射電磁波のエネルギー量、加熱対象とされるシリコン含有リン酸溶液の液量等にもよるが、数十秒単位で加熱され、所要のエッチングが分単位で終了する。
【００６０】
リン酸溶液の加熱温度は、リン酸濃度で規定され、リン酸の濃度が９４％以上、１００％以内の濃度範囲であれば、かかる電磁波加熱により２００℃以上、２５０℃以内の温度まで、短時間で高温にすることができる。
【００６１】
シリコン含有のリン酸溶液では、２５０℃以上の温度に加熱することは可能であるが、図４（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜２００の接触しているシリコン酸化膜１００との選択的エッチングを行う必要があるため、２５０℃を超える温度までの加熱は好ましくない。
【００６２】
図５に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の各々に対するリン酸のエッチングレートの温度依存性を示した。活性化エネルギーに基づきアレニウスプロットにより、所定温度におけるエッチングレートをプロットしたものである。図では、２２０℃までのプロットの様子を示している。
【００６３】
図５からは、シリコン窒化膜のエッチングレートの温度依存性を示す直線ａは、シリコン酸化膜のエッチングレートの温度依存性を示す直線ｂに比べて、傾きが小さいことが分かる。すなわち、リン酸溶液の温度が上昇すると、シリコン窒化膜のエッチングレートの増分よりも、シリコン酸化膜のエッチングレートの増分の方が大きくなり、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との選択比が小さくなることを示している。
【００６４】
そこで、実用的な選択比の範囲内として、温度上限は２５０℃と見極めた。また、図５のグラフから分かるように、低温になる程、選択比は上昇するが、エッチングレートは大きく減少する。
【００６５】
本発明では、ウエットエッチングを枚葉処理で行う技術の開発を指向しているため、必要以上に低温度にすることはできない。ウエットエッチングの処理時間を枚葉処理に求められる少なくとも分単位で確保するためには、下限の温度は２００℃以上と判断した。２００℃未満では、枚葉処理に必要な短時間のウエットエッチングの処理時間を期待することができない。
【００６６】
また、リン酸溶液には、シリコンを含有させることで、シリコン酸化膜との選択比を向上させることができる。そこで、リン酸溶液中のＳｉ濃度を約１００ｐｐｍ程度に維持しておけば、上記２００℃以上、２５０℃以内の温度範囲で、実効性のある選択比を得ることができる。
【００６７】
このようにして例えば、１００ｐｐｍのＳｉ濃度のシリコン含有リン酸溶液をエッチング液として、液温２００℃〜２５０℃の範囲内でウエットエッチングすることにより、図４（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１００に対して選択的にシリコン窒化膜２００を除去して、ＳＴＩによる素子分離を行うことができる。
【００６８】
図４（ｂ）、（ｃ）にわたるシリコン窒化膜２００のウエットエッチングは、図１に示す構成の装置を用いることにより、枚葉処理に求められる短い時間で、例えば分単位で処理することができる。
【００６９】
シリコン含有のリン酸溶液は、上記のようにウエハＷ上に供給された時点でマイクロ波照射により瞬時に高温まで加熱されるが、図１に示すように、より加熱時間を短くすることができるように、事前加熱手段２５により、例えば、１７０℃程度まで予備加熱しておけばよい。しかし、不要な場合には、かかる予備加熱を行わなくても構わない。
【００７０】
また、エッチングが終了した時点で、ウエハＷはウエハ保持装置１０ａから搬送ロボットにより次工程に移される。使用済みのシリコン含有エッチング液は、回収配管２７を通って薬品タンク２２に戻され、リサイクル手段４０を構成する濃度調節手段４１により、リン酸濃度、リン酸溶液中のＳｉ濃度の調節が行われリサイクルされる。
【００７１】
尚、図１に示す装置の稼働時には、ダミーのウエハを数枚処理して、その使用済みエッチング液をリサイクルすることで、リン酸溶液中にシリコンを所定量溶かし込むことができるため、当初からシリコン含有のリン酸溶液を用意しなくても構わない。
【００７２】
これまでのバッチ処理方式でも、シリコン窒化膜２００のウエットエッチングは行えるが、処理時間が約１時間もかかり、枚葉処理に求められる短時間処理はできなかった。
【００７３】
バッチ処理方式では、一台の装置で多数枚のウエハを一度に処理することができるという点で処理能力的に優れているが、設備的観点からは、万が一のトラブルを考えて、複数台の装置を設備し、一台は予備として設置しているのが現状で、トラブルの発生しない通常のラインの流れでは、予備の一台分は大過剰な設備投資をしていることになる。
【００７４】
枚葉処理方式の装置を複数台設ける構成の方が、設備投資的観点からは好ましい場合もある。また、バッチ処理方式における予備装置として、枚葉処理方式の装置を設けることも装置経済的に好ましい。このように、枚葉処理方式のウエットエッチング技術はバッチ処理方式に比べて大きな利点を有し、かかる枚葉処理方式を技術的に可能にした本発明の意義は大きい。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７６】
例えば、上記説明では、ウエットエッチングにおけるエッチング液としてシリコン含有のリン酸溶液を、シリコン窒化膜をエッチング処理により除去する場合を例に挙げて説明したが、その他の薬液を使用するウエットエッチングに適用しても、エッチング対象をシリコン窒化膜以外の積層膜に適用しても一向に構わない。
【００７７】
シリコン含有リン酸溶液の場合には、エッチング液構成薬品濃度調節手段の濃度調節対象薬品としてリン酸を示したが、かかるシリコン含有リン酸溶液以外で複数種類の薬品をエッチング液に用いる構成では、複数の薬品毎に濃度調節を行うようにしても構わない。
【００７８】
また、上記構成は、ウエットエッチングを枚葉処理で行うことを指向して構成されたものであるが、しかし、バッチ処理にその構成の一部を適用することは可能である。例えば、ウエハ保持装置の構成を枚葉毎に保持するのではなく、複数枚保持させるバッチ処理の構成として、複数枚のそれぞれにおいて上記説明のようにウエハ上に表面張力でエッチング液を保持させて、その状態で電磁波加熱により高温に加熱してウエットエッチングの処理時間を短縮することもできる。かかる構成は、枚葉処理構成を複数台設置したと同様の範疇に入る構成とも言える。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
半導体装置の製造におけるウエットエッチングの分野に有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施の形態であるウエットエッチング用に構成した半導体製造装置の全体構成の概念を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はウエハ保持手段の構成例を模式的に示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、素子分離形成工程の手順を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３の工程に引き続く素子分離形成工程の手順を示す説明図である。
【図５】リン酸溶液のエッチングレートの温度依存性を示すグラフ図である。
【図６】（ａ）はバッチ処理方式のウエットエッチング装置の全体構成を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるエッチング液への浸漬処理の状況を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１        ステーション
２        ステーション
３        バッファ部
４        処理部
５        乾燥部
６        搬送部
７        浸漬槽
８        循環ポンプ
８ａ      薬品タンク
８ｂ      供給配管
８ｃ      回収配管
８ｄ      熱交換機
８ｅ      脈動防止ダンパ
８ｆ      フィルタ
１０      ウエハ保持手段
１０ａ    ウエハ保持装置
１０ｂ    ウエハ保持装置
１１      基台
１１ａ    爪
１２      排出孔
１３      基台
１４      浸漬槽
１５      支持部材
２０      エッチング液供給手段
２１      循環ポンプ
２２      薬品タンク
２３      供給配管
２４      脈動防止ダンパ
２５      事前加熱手段
２５ａ    熱交換ユニット
２６      フィルタ
２７      回収配管
３０      電磁波加熱手段
４０      リサイクル手段
４１      濃度調節手段
５０      チャンバ
６０      処理室
１００    シリコン酸化膜
２００    シリコン窒化膜
３００    ＳＴＩ溝
４００    シリコン酸化膜
ａ        直線
ｂ        直線
Ｅ        エッチング液
Ｗ        ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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