JP2003264160A

JP2003264160A - シリコンエッチング方法およびシリコンエッチング装置

Info

Publication number: JP2003264160A
Application number: JP2002065668A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okumura; 剛奥村; Kenichi Yokouchi; 健一横内; Masato Tanaka; 眞人田中
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】薬液の消費量を抑制することができ、また、シ
リコンを良好な選択性でエッチングすることができるシ
リコンエッチング方法およびシリコンエッチング装置を
提供する。【解決手段】ウエハＷはホットプレート４５上に保持さ
れて加熱される。このウエハＷに対して、ふっ酸蒸気発
生容器４３からのふっ酸蒸気が、処理ガス供給路３６を
介して供給される。また、オゾナイザ６２で発生したオ
ゾンガスが、バルブ６３および処理ガス供給路３６を介
してウエハＷに供給される。オゾンガスによってウエハ
Ｗの表層部が酸化されてケミカル酸化膜となり、このケ
ミカル酸化膜がふっ酸蒸気による気相エッチングによっ
て選択的に除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンウエハ
やポリシリコン薄膜に代表されるシリコンをエッチング
するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハにトレンチを形成した
り、基板（半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、
プラズマディスプレイ用ガラス基板など）の表面に形成
されたポリシリコン膜をエッチングしたりするときに
は、通常、ふっ酸および硝酸の混合液を薬液として用い
たエッチング処理が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、薬液の消費量が多く、結果として、デバイス製品の
製造コストが高くついていた。また、たとえば、ポリシ
リコン膜は、シリコン酸化膜の上に形成される場合があ
るが、ふっ酸を含む上記の薬液は、ポリシリコン膜のみ
ならずシリコン酸化膜をもエッチングしてしまう。した
がって、ポリシリコン膜の選択エッチングが困難であ
り、必ずしも所望のデバイス特性が得られない場合があ
った。

【０００４】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、薬液の消費量を抑制することができ、ま
た、シリコンを良好な選択性でエッチングすることがで
きるシリコンエッチング方法およびシリコンエッチング
装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、シリコン
をエッチングするためのシリコンエッチング方法であっ
て、エッチング対象のシリコンの表面にオゾンを含むガ
スを供給するオゾン供給工程と、上記エッチング対象の
シリコンの表面に、薬液を含む蒸気またはケミカルガス
を含む蒸気を供給する蒸気供給工程とを含むことを特徴
とするシリコンエッチング方法である。

【０００６】この発明によれば、オゾンを含むガスをシ
リコンの表面に導くことによって、シリコンの表面に酸
化されたシリコン薄膜（以下、「ケミカル酸化膜」とい
う。）が形成され、このケミカル酸化膜が、薬液を含む
蒸気またはケミカルガスを含む蒸気による気相エッチン
グ処理によってエッチング除去される。気相エッチング
による薬液またはケミカルガスの消費の消費量は、従来
の薬液エッチング処理における薬液消費量に比較して著
しく少ない。これにより、デバイス製品の製造コストを
少なくすることができる。

【０００７】オゾンを含むガスの供給と薬液を含む蒸気
またはケミカルガスを含む蒸気の供給とは並行して行わ
れてもよいし、請求項２記載のように、上記オゾン供給
工程の後に、上記蒸気供給工程を行うこととしてもよ
い。さらに、請求項３に記載のように、上記オゾン供給
工程および上記蒸気供給工程を複数回繰り返し実行する
こととしてもよい。オゾンガス供給工程の後に蒸気供給
工程を実行することによって、シリコンの表層部を酸化
した後に、生成された酸化物（ケミカル酸化膜）を薬液
を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気によって確実
にエッチングすることができるから、シリコンを効果的
にエッチングできる。

【０００８】請求項４記載の発明は、上記エッチング対
象のシリコンを所定の温度に加熱する加熱工程をさらに
含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
載のシリコンエッチング方法である。上記蒸気供給工程
は、加熱工程と並行して行うことが好ましい。この場合
に、請求項５記載のように、上記加熱工程は、上記エッ
チング対象のシリコンを５０℃〜１６０℃に加熱する工
程であることが好ましい。

【０００９】気相エッチングにおける物質のエッチング
レートには、大きな温度依存性があることが知られてい
るが、上記のような温度条件を設定することによって、
シリコン表層のケミカル酸化膜を良好な選択性でエッチ
ングすることができる。すなわち、下層の薄膜、たとえ
ば熱酸化膜やＴＥＯＳ膜をほとんどエッチングすること
なく、表層のケミカル酸化膜を選択的にエッチング除去
することができる。なお、請求項６に記載のように、上
記蒸気供給工程は、ふっ酸を含む蒸気を供給する工程で
あってもよい。

【００１０】請求項７記載の発明は、シリコンをエッチ
ングするためのシリコンエッチング装置であって、エッ
チング対象のシリコン（Ｗ）を保持する保持機構（４
５）と、この保持機構に保持されたエッチング対象のシ
リコンの表面にオゾンを含むガスを供給するオゾン供給
手段（６１〜６３，３６）と、上記保持機構に保持され
たエッチング対象のシリコンの表面に、薬液を含む蒸気
またはケミカルガスを含む蒸気を供給する蒸気供給手段
（４３，３６，３７）とを含むことを特徴とするシリコ
ンエッチング装置。なお、括弧内の数字は、後述の実施
形態における対応構成要素を表す。

【００１１】この請求項７記載の構成により、請求項１
記載の発明と同様な効果を達成できる。なお、この請求
項７記載の発明に対しても、請求項２ないし６に記載し
た特徴を組み合わせることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係るシリコンエッチング装置の構成
を説明するための図解的な断面図である。この装置は、
シリコンウエハＷ自身の表面をエッチングしたり、ウエ
ハＷの表面に形成されたポリシリコン膜を選択的にエッ
チングしたりするための装置である。

【００１３】この装置は、ハウジング４１内に、ふっ酸
水溶液４２を密閉状態で貯留するふっ酸蒸気発生容器４
３を備えている。このふっ酸蒸気発生容器４３の下方に
は、ふっ酸蒸気を下方に向かって放出するための貫通孔
が多数形成されたパンチングプレート４４が設けられて
いる。パンチングプレート４４の下方に、処理対象のウ
エハＷをパンチングプレート４４に対向させた状態で水
平に保持するホットプレート４５（加熱機構および保持
機構を兼ねる。）が配置されている。このホットプレー
ト４５は、モータ等を含む回転駆動機構４６によって鉛
直軸線まわりに回転される回転軸４７の上端に固定され
ている。

【００１４】ホットプレート４５の平面視における外方
側には、ハウジング４１の底面４１ａに対して上下に伸
縮するベローズ４８が設けられている。このベローズ４
８は、上端縁をパンチングプレート４４の周囲に当接さ
せて、ホットプレート４５の周縁の空間を密閉して処理
チャンバを形成する密閉位置（図１において実線で示す
位置）と、その上端縁がホットプレート４５の上面４５
ａによりも下方に退避した退避位置（図１において破線
で示す位置）との間で、図示しない駆動機構によって伸
長／収縮駆動されるようになっている。

【００１５】ベローズ４８の内部空間は、ハウジング４
１の底面４１ａに接続された排気配管４９を介して、排
気手段５５により排気されるようになっている。この排
気手段５５は、排気ブロワまたはエジェクタなどの強制
排気機構であってもよいし、当該基板表面処理装置が設
置されるクリーンルームに備えられた排気設備であって
もよい。ホットプレート４５の側方には、ウエハＷを搬
入するための搬入用開口２１、およびウエハＷを排出す
るための搬出用開口２２が、ハウジング４１の側壁に形
成されている。これらの開口２１，２２には、それぞれ
シャッタ３８，３９が配置されている。ウエハＷの搬入
時には、ベローズ４８が退避位置（図１の破線の位置）
に下降させられるとともに、シャッタ３８が開成され、
図示しない搬送ロボットによって、ホットプレート４５
にウエハＷが受け渡される。また、ウエハＷの搬出時に
は、ベローズ４８が退避位置とされるとともに、シャッ
タ３９が開成されて、ホットプレート４５上のウエハＷ
が別の搬送ロボット（図示せず）に受け渡されて搬出さ
れる。

【００１６】ふっ酸蒸気発生容器４３には、ふっ酸水溶
液４２の液面の上方の空間３５に、キャリアガスとして
の窒素ガスを供給する窒素ガス供給配管５４が接続され
ている。また、この空間３５は、バルブ３７を介して、
パンチングプレート４４へと処理ガスを導くための処理
ガス供給路３６に接続することができるようになってい
る。処理ガス供給路３６には、窒素ガス供給源３１から
の窒素ガスが、流量コントローラ（ＭＦＣ）３２、バル
ブ３３および窒素ガス供給配管３４を介して供給される
ようになっている。

【００１７】また、窒素ガス供給源３１からの窒素ガス
は、流量コントローラ５２およびバルブ５３を介して、
窒素ガス供給配管５４に与えられるようになっている。
処理ガス供給路３６には、さらに、酸素ガス供給源６１
から酸素の供給を受けてオゾンガスを発生するオゾナイ
ザ６２からのオゾンガスが、バルブ６３を介して与える
ことができるようになっている。ふっ酸蒸気発生容器４
３内に貯留されるふっ酸水溶液４２は、いわゆる擬似共
弗組成となる濃度（たとえば、１気圧、室温（２０℃）
のもとで、約３９．６％）に調製されている。この擬似
共弗組成のふっ酸水溶液４２は、水とふっ化水素との蒸
発速度が等しく、そのため、バルブ３７から処理ガス供
給路３６を介してパンチングプレート４４にふっ酸蒸気
が導かれることによってふっ酸蒸気発生容器４３内のふ
っ酸水溶液４２が減少したとしても、処理ガス供給路３
６に導かれるふっ酸蒸気の濃度は不変に保持される。

【００１８】ウエハＷ自体またはウエハＷ上のポリシリ
コンを選択除去する時には、ベローズ４８はパンチング
プレート４４の周縁に密着した密着位置（図１の実線の
位置）まで上昇させられる。この状態で、まず、図示し
ないコントローラによる制御によって、バルブ６３が開
かれて、処理ガス供給路３６からウエハＷへとオゾンガ
スが供給される。これによって、ウエハＷの表層部を構
成しているシリコンまたはウエハＷの表面のポリシリコ
ン膜の表層部が酸化され、ケミカル酸化膜が生成され
る。

【００１９】その後、上記コントローラによる制御によ
って、所定時間後にバルブ６３が閉じられ、代わって、
バルブ３３，５３，３７が、予め定める所定時間だけ開
かれる。これによって、ふっ酸蒸気発生容器４３内の空
間３５において生成されたふっ酸水溶液の蒸気は、窒素
ガス供給配管５４からの窒素ガスによって、バルブ３７
を介し、処理ガス供給路３６へと押し出される。このふ
っ酸水溶液の蒸気は、さらに、窒素ガス供給配管３４か
らの窒素ガスによって、パンチングプレート４４へと運
ばれる。そして、このパンチングプレート４４に形成さ
れた貫通孔を介して、ウエハＷの表面へと供給される。

【００２０】これによって、ウエハＷの表面のケミカル
酸化膜が、ふっ酸蒸気によってエッチングされて除去さ
れることになる。この実施形態においては、ホットプレ
ート４５は、たとえば、ウエハＷの温度を約６０℃に保
持することができるように制御される。この状態で、ウ
エハＷの表面に、ふっ酸水溶液の蒸気が導かれる。上記
ウエハＷの温度においては、ウエハＷ表層のケミカル酸
化膜はエッチングされるが、その下層の熱酸化膜やＴＥ
ＯＳ膜はほとんどエッチングされない。したがって、ウ
エハＷ表面のケミカル酸化膜を選択的に除去することが
できる。

【００２１】ふっ酸水溶液の蒸気を用いた気相エッチン
グ処理では、ふっ酸水溶液の消費量が少ないので、シリ
コンエッチング処理のコストを低減できる。以上、この
発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の
形態で実施することもできる。たとえば、ふっ酸水溶液
の蒸気による気相エッチング処理後のウエハＷを別のチ
ャンバに搬送して、このウエハＷに対して水洗工程をさ
らに施してもよい。

【００２２】また、上記の実施形態では、ウエハＷの表
面へのオゾンガスの供給を行った後に、ウエハＷの表面
にふっ酸水溶液の蒸気を供給するようにしているが、ウ
エハＷの表面へのオゾンガスの供給とふっ酸水溶液の蒸
気の供給とを並行して行うこととしてもよい。また、ウ
エハＷの表面へのオゾンガスの供給とふっ酸水溶液の蒸
気の供給とを交互に複数回繰り返し行うこととしてもよ
い。

【００２３】また、上述の実施形態では、ふっ酸水溶液
を用いた気相エッチング処理によってシリコンエッチン
グ処理を行う工程について説明したが、気相エッチング
処理のために使用される薬液は、ふっ酸のほかにも、硝
酸、酢酸、塩酸、硫酸などの酸を含む薬液であってもよ
い。また、気相エッチング処理のために使用される薬液
は、アンモニア等のアルカリを含む薬液であってもよ
い。さらに、これらの酸またはアルカリに、過酸化水素
水、オゾン等の酸化剤、またはメタノール等の有機溶剤
を加えた混合液であってもよい。

【００２４】また、上述の実施形態では、薬液（ふっ
酸）を含む蒸気を用いた気相エッチング処理について説
明したが、薬液を含む蒸気の代わりに、ケミカルガスを
含む蒸気を用いてもよい。ここでいうケミカルガスは、
無水ふっ酸ガス、アンモニアガス、塩化水素ガス、二酸
化窒素ガス、およびＳＯ₃ガスのうちのいずれか１つを
含むガス、あるいはこれらのうちの２以上のガスの混合
ガスであってもよい。なお、ケミカルガスを含む蒸気と
は、ケミカルガスと水蒸気とが混合されたものであって
もよいし、ケミカルガスとメタノールなどの有機溶剤の
蒸気とが混合されたものであってもよく、また、これら
をさらに不活性ガスなどのキャリアガス中に混合させた
ものであってもよい。

【００２５】なお、混合組成の薬液やケミカルガスを用
いる代わりに、このような薬液やケミカルガスの各成分
ごとの蒸気源を設け、各蒸気源からの蒸気をウエハＷの
表面に導くようにして、ウエハＷ近傍において複数の蒸
気を混合させてもよい。蒸気源には、薬液やケミカルガ
スを補充したり、薬液やケミカルガスの濃度を維持した
りするために薬液やケミカルガスの供給機構が付設され
ることが好ましい。

【００２６】その他、特許請求の範囲に記載された事項
の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るシリコンエッチン
グ装置の構成を示す図解的な断面図である。

【符号の説明】

３１窒素ガス供給源３３バルブ３６処理ガス供給路３７バルブ４１ハウジング４２ふっ酸水溶液４３ふっ酸蒸気発生容器４５ホットプレート４６回転駆動機構４８ベローズ４９排気配管５５排気手段６１酸素ガス供給源６２オゾナイザ６３バルブＷウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横内健一京都府京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内 (72)発明者田中眞人京都府京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内Ｆターム(参考） 5F004 BA19 BB18 BB24 BB26 BB28 BC02 BC03 BC07 CA02 CA04 CA05 DA27 DB01 DB02 EA34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンをエッチングするためのシリコン
エッチング方法であって、エッチング対象のシリコンの表面にオゾンを含むガスを
供給するオゾン供給工程と、上記エッチング対象のシリコンの表面に、薬液を含む蒸
気またはケミカルガスを含む蒸気を供給する蒸気供給工
程とを含むことを特徴とするシリコンエッチング方法。
【請求項２】上記オゾン供給工程の後に、上記蒸気供給
工程を行うことを特徴とする請求項１記載のシリコンエ
ッチング方法。
【請求項３】上記オゾン供給工程および上記蒸気供給工
程を複数回繰り返し実行することを特徴とする請求項２
記載のシリコンエッチング方法。
【請求項４】上記エッチング対象のシリコンを所定の温
度に加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする請
求項１ないし３のいずれかに記載のシリコンエッチング
方法。
【請求項５】上記加熱工程は、上記エッチング対象のシ
リコンを５０℃〜１６０℃に加熱する工程であることを
特徴とする請求項４記載のシリコンエッチング方法。
【請求項６】上記蒸気供給工程は、ふっ酸を含む蒸気を
供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載のシリコンエッチング方法。
【請求項７】シリコンをエッチングするためのシリコン
エッチング装置であって、エッチング対象のシリコンを保持する保持機構と、この保持機構に保持されたエッチング対象のシリコンの
表面にオゾンを含むガスを供給するオゾン供給手段と、上記保持機構に保持されたエッチング対象のシリコンの
表面に、薬液を含む蒸気またはケミカルガスを含む蒸気
を供給する蒸気供給手段とを含むことを特徴とするシリ
コンエッチング装置。