JP2007201014A - ウエットエッチング装置およびウエットエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ面内での高い均一性をもってポリシリコン膜をウエットエッチングできるエッチング装置およびエッチング方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成されたポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液を吐出するフッ硝酸溶液供給部６と、フッ硝酸溶液にＮＯ₂ガスを混合するＮＯ₂ガス供給部７とを備える。フッ硝酸溶液にＮＯ₂ガスを混合し、次にＮＯ₂ガスが混合されたフッ硝酸溶液を用いてポリシリコン膜をエッチングする。薬液吐出部においてもＮＯ₂が充分に供給されて、ウエハ面全体においてＮＯ₂による酸化反応が均一化され、ウエハ面内におけるポリシリコン膜のウエットエッチングの均一性が改善される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエハ上に形成されたポリシリコン膜を均一にウエットエッチングするためのエッチング装置、およびそれを用いたポリシリコン膜のエッチング方法に関する。

近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴い、素子の微細化、ウエハの大口径化が進んでいる。特に、大口径のウエハに微細パターンを精度よく形成するためには、加工工程においてウエハ面内を均一にエッチングすることが重要である。例えば、特許文献１には、ウエハ面内を均一にエッチングするための方法の一例が記載されている。

以下、従来のポリシリコン膜のエッチング方法を示す一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、シリコン基板１上に半導体装置の要素であるゲート電極を形成するための製造方法の第一段階を示す各工程の断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコン基板１の表面に熱酸化膜２を成長させ、続いてポリシリコン３を堆積させる。次に、図１（ｂ）に示すように、裏面に成長したポリシリコン３をウエットエッチングにより除去する。

この裏面ポリシリコン除去工程は、例えば図３０に示すような枚葉式エッチング装置を利用し、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を用いて３０秒間ウエットエッチングを行うことにより行われる。図３０において、ウエットエッチングが施されるウエハ４は、ウエハ保持台５上に保持される。ウエハ保持台５の上方に薬液ノズル３８が配置され、ウエハ４に対してエッチング液を吐出することによりウエットエッチングが行われる。
特開２００２−１３４４６６号公報

しかしながら、従来のポリシリコンのウエットエッチング工程では、図１（ｂ）に示した裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３が均一にエッチングされ難い。

具体的には、ポリシリコンのウエットエッチングは、硝酸によるシリコンの酸化とフッ酸によるシリコン酸化膜のエッチングの競争反応により行なわれる。このとき、硝酸とシリコンの酸化反応で、副生成物として生成された二酸化窒素もシリコンを酸化させる。このように２通りのシリコンの酸化反応が行なわれると、硝酸の酸化力より二酸化窒素の酸化力が大きいために、薬液吐出部以外でエッチングが加速して、ポリシリコン膜のエッチングのウエハ面内での均一性が低いという課題が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ウエハ面内での高い均一性をもってポリシリコン膜をウエットエッチングできるエッチング装置、およびエッチング方法を提供することを目的とする。

本発明のウエットエッチング装置は、基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための装置である。

上記課題を解決するために、本発明の第１の構成のウエットエッチング装置は、前記ポリシリコン膜をエッチングするための薬液を吐出するフッ硝酸溶液供給部と、前記フッ硝酸溶液にＮＯ₂ガスを混合するＮＯ₂ガス供給部とを備える。

本発明の第２の構成のウエットエッチング装置は、前記ポリシリコン膜をエッチングするための薬液を吐出するフッ硝酸溶液供給部と、前記フッ硝酸溶液に金属粉末を混合する金属粉末供給部とを備える。

本発明の第３の構成のウエットエッチング装置は、前記ポリシリコン膜をエッチングするための薬液を吐出するフッ硝酸溶液供給部と、前記フッ硝酸溶液に紫外線を照射する紫外線照射部とを備える。

本発明のウエットエッチング方法は、基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための方法である。

上記課題を解決するために、本発明の第１の構成のウエットエッチング方法は、前記ポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液にＮＯ₂ガスを混合する工程と、前記ＮＯ₂ガスが混合された前記フッ硝酸溶液を用いて前記ポリシリコン膜をエッチングする工程とを備える。

本発明の第２の構成のウエットエッチング方法は、前記ポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液に金属粉末を混合する工程と、前記金属粉末が混合された前記フッ硝酸溶液を用いて前記ポリシリコン膜をエッチングする工程とを備える。

本発明の第３の構成のウエットエッチング方法は、前記ポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液に紫外線を照射する工程と、前記紫外線が照射された前記フッ硝酸溶液を用いて前記ポリシリコン膜をエッチングする工程とを備える。

本発明のエッチング装置およびエッチング方法によれば、薬液吐出部においてもＮＯ₂が充分に供給されることになり、ウエハ面全体においてＮＯ₂による酸化反応が均一化される。その結果、ウエハ面内におけるポリシリコン膜のウエットエッチングの均一性が改善される。

上記本発明の第１の構成のウェットエッチング装置において、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液吐出ノズル内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液供給ライン内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記ＮＯ₂ガスと前記フッ硝酸溶液供給部から前記基板に向けて吐出された前記フッ硝酸とを、前記基板上において混合するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、前記ＮＯ₂ガス供給部は、エッチングチャンバー内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、前記ＮＯ₂ガス供給部は、エッチング槽内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置またはバッチ式エッチング装置として構成され、前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液タンク内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

上記本発明の第２の構成のウェットエッチング装置において、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、前記金属粉末供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液吐出ノズル内で前記金属粉末を前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、前記金属粉末供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液供給ライン内で前記金属粉末を前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されることができる。

また、前記金属粉末は、Ｓｉ粉末またはＡｌ粉末とすることができる。

上記本発明の第３の構成のウェットエッチング装置において、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、前記紫外線照射部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液吐出ノズル内を通過する前記フッ硝酸溶液に対して前記紫外線を照射するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、前記紫外線照射部は、エッチングチャンバー内に載置された前記基板に向けて前記紫外線を照射するように設置されることができる。

また、本ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、前記紫外線照射部は、エッチング槽内に載置された前記基板に向けて前記紫外線を照射するように設置されることができる。

上記本発明の第１の構成のウェットエッチング方法において、本ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、前記ＮＯ₂ガスを、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液吐出ノズル内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

また、本ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、前記ＮＯ₂ガスを、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液供給ライン内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

また、本ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、前記ＮＯ₂ガスを、前記基板に向けて吐出された前記フッ硝酸と前記基板上において混合することができる。

また、本ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、前記ＮＯ₂ガスを、エッチングチャンバー内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

また、本ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、前記ＮＯ₂ガスを、エッチング槽内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

また、本ウェットエッチング方法は枚葉式またはバッチ式によりエッチングを行い、前記ＮＯ₂ガスを、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液タンク内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

上記本発明の第２の構成のウェットエッチング方法において、本ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、前記金属粉末を、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液吐出ノズル内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

また、本ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、前記金属粉末を、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液供給ライン内で前記フッ硝酸溶液と混合することができる。

また、前記金属粉末が、Ｓｉ粉末またはＡｌ粉末であることができる。

上記本発明の第３の構成のウェットエッチング方法において、本ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、前記紫外線照射を、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液吐出ノズル内を通過する前記フッ硝酸溶液に対して行うことができる。

また、本ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、前記紫外線照射を、エッチングチャンバー内に載置された前記基板に向けて行うことができる。

また、本ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、前記紫外線照射を、エッチング槽内に載置された前記基板に向けて行うことができる。

以下に、本発明の各実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図面を参照しながら説明する。各実施形態におけるエッチングの適用例である半導体装置の製造方法における工程は、図１に示した断面図を用いて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示し、ウエハ４は、ウエハ支持台５により支持される。ウエハ支持台５の中央部上方に薬液ノズル６が配置され、ウエハ４に対してエッチング液を吐出することによりウエットエッチングが行われる。薬液ノズル６の射出端部には、ＮＯ₂供給ライン７が結合されている。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、ＮＯ₂を添加したフッ硝酸により除去する。すなわち、図２に示すように薬液ノズル６にＮＯ₂供給ライン７を併設して、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）の流量１(ｌ/ｍｉｎ)に対して、ＮＯ₂を流量３０（ｌ／ｍｉｎ）で混合してから吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。ＮＯ₂供給ライン７を併設することにより、フッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４中央部のエッチングが促進され、ウエハ４面内が均一にエッチングされる。

以下、フッ硝酸にＮＯ₂を混合することでウエハ中央部のエッチングが促進できる理由について説明する。フッ硝酸によるシリコンのエッチングメカニズムは、化学式（１）および（２）で示される。化学式（１）で示されるようにＨＮＯ₃がＳｉを酸化し、化学式（２）で示されるようにＨＦがＳｉＯ₂をエッチングする。

Ｓｉ＋４ＨＮＯ₃ → ＳｉＯ₂＋４ＮＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ （１）
ＳｉＯ₂＋６ＨＦ → Ｈ₂ＳｉＦ₆＋２Ｈ₂Ｏ （２）

ここで、化学式（１）の反応で副生成物としてＮＯ₂が発生する。そして、硝酸の酸化還元電位が１．０Ｖに対して、ＮＯ₂は１．６Ｖであり、非常に酸化力が強い。

ＮＯ₂を混合しない従来のエッチング方法では、ウエハ中央部に薬液を吐出すると、ウエハ中央部では硝酸の酸化が律速してシリコンのエッチングがほとんど進行しないが、中央部以外（周辺部）ではＮＯ₂の酸化によりエッチングが進行する。この結果、ウエハ中央部はシリコンエッチングが遅く、周辺部ではシリコンエッチングが早くなり、ウエハ内でのエッチングの均一性が悪くなる。

これに対して本実施形態のように、薬液吐出前にＮＯ₂濃度を高くしておけば、ウエハ中央部にもＮＯ₂が充分に供給され、ウエハ内のどの部分においてもＮＯ₂が酸化反応し、ウエハ面内が均一に酸化され、その結果、ウエハ面内が均一にエッチングできるものと考えられる。

図３は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、ＮＯ₂を添加しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％からであるのに対して、ＮＯ₂を添加するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が２．８％まで向上することがわかる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図４を参照して説明する。

図４は、本実施形態に用いられるバッチ式エッチング装置を示し、エッチング槽８内において、ウエハ９がウエハ支持台１０により支持される。ウエハ支持台１０の下方に薬液ノズル１１が配置され、ウエハ９に対してエッチング液を吐出することによりウエットエッチングが行われる。薬液ノズル１１には、ＮＯ₂供給ライン１２が結合されている。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、ＮＯ₂を添加したフッ硝酸で除去する。すなわち、図４に示すように薬液ノズル１１にＮＯ₂供給ライン１２を併設して、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）の流量２０(ｌ/ｍｉｎ)に対して、ＮＯ₂を流量３０（ｌ／ｍｉｎ）で混合してから吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。ＮＯ₂供給ライン１２を併設することにより、フッ硝酸中のＮＯ₂濃度が薬液ノズル全体にわたって高くなり、ウエハ９面内が均一にエッチングされる。なお、ここでＮＯ₂を混合する効果は、第１の実施形態の場合と同じ理由に基づく。

図５は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、ＮＯ₂を添加しない場合は面内均一性が４４．１％と悪いが、ＮＯ₂を添加すると面内均一性が２．６％まで向上することがわかる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図６を参照して説明する。

図６は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル１３にＮＯ₂供給ライン１４を並列に並べ、ウエハ４にＮＯ₂を直接吹きつけるように構成される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、ＮＯ₂を添加したフッ硝酸で除去する。すなわち、図６に示すように薬液ノズル１３にＮＯ₂供給ライン１４を並列に並べ、ウエハにＮＯ₂を流量３０（ｌ／ｍｉｎ）で直接吹きつけながら、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量１(ｌ/ｍｉｎ)で吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。ウエハ４にＮＯ₂を直接吹きつけることにより、フッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４中央部のエッチングが促進され、ウエハ４面内が均一にエッチングされる。

ＮＯ₂を混合する効果は、第１の実施形態の場合と同じ理由に基づく。本実施形態ではフッ硝酸中に直接ＮＯ₂を混合するわけではないが、フッ硝酸とＮＯ₂を並列してウエハに向けて放出することで、気相中で両者が混合されることになる。

図７は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、ＮＯ₂を添加しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、ＮＯ₂を添加するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が４．０％まで向上することがわかる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図８を参照して説明する。

図８は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル１５に薬液を供給する薬液タンク１６に、ＮＯ₂供給ライン１７が併設される。ＮＯ₂供給ライン１７から、薬液タンク１６中のフッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）にＮＯ₂を溶け込ませて、飽和状態にする。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、ＮＯ₂を添加したフッ硝酸で除去する。すなわち、図８に示すように、薬液タンク１６にＮＯ₂供給ライン８５を併設して、ＮＯ₂を飽和状態に溶け込ませたフッ硝酸を流量１(ｌ/ｍｉｎ)で薬液ノズル１５から吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行なう。ＮＯ₂を飽和状態に溶け込ませたフッ硝酸を用いることにより、フッ硝酸中のＮＯ₂濃度が薬液ノズル全体にわたって高くなり、ウエハ４面内が均一にエッチングされる。なお、ＮＯ₂を混合する効果は、第１の実施形態の場合と同じ理由に基づく。

図９は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。
このグラフより、ＮＯ₂を添加しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、ＮＯ₂を添加するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が２．８％まで向上することがわかる。
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図１０を参照して説明する。

図１０は、本実施形態に用いられるバッチ式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル１８に薬液を供給する薬液タンク１９に、ＮＯ₂供給ライン２０が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、ＮＯ₂を添加したフッ硝酸で除去する。すなわち、図１０に示すように、ＮＯ₂供給ライン２０からフッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）にＮＯ₂を溶け込ませて、飽和状態にする。このＮＯ₂を飽和状態に溶け込ませたフッ硝酸を流量２０(ｌ/ｍｉｎ)で薬液ノズル１８から吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行なう。これにより、フッ硝酸中のＮＯ₂濃度が薬液ノズル１８全体にわたって高くなり、ウエハ９面内が均一にエッチングされる。ＮＯ₂を混合する効果は、第１の実施形態の場合と同じ理由に基づく。

図１１は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、ＮＯ₂を添加しない状態では面内均一性が４４．１％と悪いが、ＮＯ₂を添加すると面内均一性が２．６％まで向上することがわかる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図１２を参照して説明する。

図１２は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、エッチングチャンバー２１に、薬液ノズル２２とＮＯ₂供給ライン２３が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、フッ硝酸で除去する。これ自体は従来技術と同様であるが、本実施形態においてはさらに、ＮＯ₂供給ライン２３により、エッチングチャンバー２１内をＮＯ₂雰囲気にする。このＮＯ₂雰囲気の中で、ポリシリコン３の裏面を、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量１(ｌ/ｍｉｎ)で用いて３０秒間ウエットエッチングを行う。これにより、エッチングチャンバー２１内のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４面内が均一にエッチングされる。

ＮＯ₂を混合する効果は、第１の実施形態の場合と同じ理由に基づく。本実施形態ではフッ硝酸中に直接ＮＯ₂を混合するわけではないが、フッ硝酸をＮＯ₂雰囲気下でウエハに向けて吐出することで、気相中で両者が混合されることになる。

図１３は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、ＮＯ₂を添加しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、ＮＯ₂を添加するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が２．８％まで向上することがわかる。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図１４を参照して説明する。

図１４は、本実施形態に用いられるバッチ式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、エッチング槽８に、薬液ノズル１８とＮＯ₂供給ライン２４が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、ＮＯ₂を添加したフッ硝酸で除去する。すなわち、ＮＯ₂供給ライン２４から薬液中にＮＯ₂ガスを供給し、３０秒間ウエットエッチングを行なう。これにより薬液中のＮＯ₂濃度がエッチング槽８全体にわたって高くなり、ウエハ９面内が均一にエッチングされる。ＮＯ₂を混合する効果は、第１の実施形態の場合と同じ理由に基づく。

図１５は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、ＮＯ₂を添加しない状態では面内均一性が４４．１％と悪いが、ＮＯ₂を添加すると面内均一性が２．６％まで向上することがわかる。

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図１６を参照して説明する。

図１６は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル２５にＳｉ粉末供給ライン２６が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、Ｓｉ粉末を混合したフッ硝酸で除去する。すなわち、薬液ノズル２５にＳｉ粉末供給ライン２６を併設することにより、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量１(ｌ/ｍｉｎ)でＳｉ粉末を混合してから吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。これにより、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４中央部のエッチングが促進され、ウエハ面内が均一にエッチングされる。

以下、フッ硝酸にＳｉ粉末を混合することでウエハ中央部のエッチングが促進できる理由を説明する。フッ硝酸にＳｉ粉末を混合することにより、まずフッ硝酸がＳｉ粉末をエッチングする。この反応過程で上記化学式（１）に示すように、ＮＯ₂が副生成物として生成され、これによりフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなる。以降のエッチングメカニズムは第１の実施形態について説明したとおりであり、ウエハ面内が均一にエッチングされることになる。

図１７は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、Ｓｉ粉末を混合しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、Ｓｉ粉末を混合するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が４．０％まで向上することがわかる。

（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図１８を参照して説明する。

図１８は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル２７にエッチング液を供給する薬液ライン２８に、Ａｌ粉末供給ライン２９が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、Ａｌ粉末を混合したフッ硝酸で除去する。すなわち、薬液ライン２８にＡｌ粉末供給ライン２９を併設することにより、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量１(ｌ/ｍｉｎ)でＡｌ粉末を混合してから吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。これにより、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４中央部のエッチングが促進され、ウエハ４面内が均一にエッチングされる。

以下、フッ硝酸にＡｌ粉末を混合することでウエハ中央部のエッチングが促進できる理由を説明する。フッ硝酸にＡｌ粉末を混合することにより、まずＡｌと硝酸が以下の化学式（３）の反応をする。

２Ａｌ＋２ＨＮＯ₃→Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｈ₂Ｏ＋ＮＯ₂ （３）

化学式（３）の反応によりＮＯ₂が生成され、これによりフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなる。以降のエッチングメカニズムは第１の実施形態において説明したとおりであり、ウエハ面内が均一にエッチングされることになる。

図１９は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、Ａｌ粉末を混合しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、Ａｌ粉末を混合するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が４．０％まで向上することがわかる。

（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図２０を参照して説明する。

図２０は、本実施形態に用いられるバッチ式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル３０への薬液供給ラインにＳｉ粉末供給ライン３１が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、Ｓｉ粉末を混合したフッ硝酸で除去する。すなわち、薬液供給ラインにＳｉ粉末供給ライン３１を併設して、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量２０(ｌ/ｍｉｎ)でＳｉ粉末を混合してから吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。これにより、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ９面内が均一にエッチングされる。Ｓｉ粉末を混合する効果は、第８の実施形態の場合と同じ理由に基づく。

図２１は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、Ｓｉ粉末を混合しない状態では面内均一性が４４．１％と悪いが、Ｓｉ粉末を混合すると面内均一性が２．５％まで向上することがわかる。

（第１１の実施形態）
本発明の第１１の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図２２を参照して説明する。

図２２は、本実施形態に用いられるバッチ式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル３２への薬液供給ラインにＡｌ粉末供給ライン３３が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面を、Ａｌ粉末を混合したフッ硝酸で除去する。すなわち、薬液ラインにＡｌ粉末供給ライン３３を併設して、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量２０(ｌ/ｍｉｎ)でＡｌ粉末を混合してから吐出し、３０秒間ウエットエッチングを行う。これにより、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ９面内が均一にエッチングされる。Ａｌ粉末を混合する効果は、第９の実施形態の場合と同じ理由に基づく。

図２３は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、Ａｌ粉末を混合しない状態では面内均一性が４４．１％と悪いが、Ａｌ粉末を混合すると面内均一性が２．５％まで向上することがわかる。

（第１２の実施形態）
本発明の第１２の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図２４を参照して説明する。

図２４は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、薬液ノズル３４に紫外線照射装置３５が併設される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面をフッ硝酸で除去するが、その際にフッ硝酸に紫外線を照射する。すなわち、紫外線照射装置３５により、フッ硝酸（ＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：８０）を流量１(ｌ/ｍｉｎ)で波長２２０ｎｍの紫外線をさせてから吐出する。これにより、フッ硝酸中の硝酸が光分解し、ＮＯ₂が発生して、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４中央部のエッチングが促進され、ウエハ面内が均一にエッチングされる。

図２５は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、紫外線を照射しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、紫外線を照射するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が２．８％まで向上することがわかる。

（第１３の実施形態）
本発明の第１３の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図２６を参照して説明する。

図２６は、本実施形態に用いられる枚葉式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、エッチングチャンバー２１に紫外線照射装置３６が設置される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面をフッ硝酸で除去するが、その際にウエハに紫外線を照射する。すなわち、紫外線照射装置３６からウエハ４に波長２２０ｎｍの紫外線を照射させながら、薬液ノズル２２からフッ硝酸を流量１(ｌ/ｍｉｎ)で吐出する。これにより、フッ硝酸中の硝酸が光分解し、ＮＯ₂が発生して、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ４中央部のエッチングが促進され、ウエハ面内が均一にエッチングされる。

図２７は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、紫外線を照射しない場合はウエハ中央部のエッチングが不十分で面内均一性が２７．４％であるのに対して、紫外線を照射するとウエハ中央部のエッチングが促進され、面内均一性が２．８％まで向上することがわかる。

（第１４の実施形態）
本発明の第１４の実施形態におけるウエットエッチング装置、及びポリシリコンのウエットエッチング方法について、図２８を参照して説明する。

図２８は、本実施形態に用いられるバッチ式エッチング装置を示す。上述の装置と同様の要素については同一の参照番号を付して、説明の重複を省略する。本実施形態では、エッチング槽８に紫外線照射装置３７が設置される。

上記構成のエッチング装置により、図１（ｂ）に示す裏面ポリシリコン除去工程において、ポリシリコン３の裏面をフッ硝酸で除去するが、その際にウエハに紫外線を照射する。すなわち、紫外線照射装置３７からウエハ９に波長２２０ｎｍの紫外線を照射させながら、薬液ノズル１８からフッ硝酸を流量２０(ｌ/ｍｉｎ)で吐出する。これにより、フッ硝酸中の硝酸が光分解し、ＮＯ₂が発生して、結果的にフッ硝酸中のＮＯ₂濃度が高くなり、ウエハ９中央部のエッチングが促進され、ウエハ面内が均一にエッチングされる。

図２９は、フッ硝酸でシリコンをエッチングしたときの面内均一性を示すグラフである。このグラフより、紫外線を照射しない状態では面内均一性が４４．１％と悪いが、紫外線を照射すると面内均一性が２．６％まで向上することがわかる。

本発明のエッチング装置およびエッチング方法は、ウエハ面内においてポリシリコン膜を均一にウエットエッチングすることを可能とするものであり、特に、ウエハ裏面上に形成されたポリシリコン膜のウエットエッチング等に有効である。

（ａ）及び（ｂ）は、ポリシリコンのエッチング例を示す各工程の断面図 第１の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第２の実施形態におけるバッチ式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第３の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第４の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第５の実施形態におけるバッチ式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第６の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第７の実施形態におけるバッチ式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第８の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第９の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第１０の実施形態におけるバッチ式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第１１の実施形態におけるバッチ式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第１２の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第１３の実施形態における枚葉式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 第１４の実施形態におけるバッチ式エッチング装置の模式断面図 ポリシリコンエッチング量の面内分布を示すグラフ 従来技術における枚葉式エッチング装置の模式断面図

符号の説明

１ シリコン基板
２ 熱酸化膜
３ ポリシリコン
４、９ ウエハ
５、１０ ウエハ保持台
６、１１、１３、１５、１８、２２、２５、２７、３０、３２、３４、３８ 薬液ノズル
７、１２、１４、２３、２４ ＮＯ₂供給ライン
８ エッチング槽
２１ エッチングチャンバー
１７、２０ ＮＯ₂供給ノズル
１６、１９ 薬液タンク
２６、３１ Ｓｉ粉末供給ライン
２８ 薬液供給ライン
２９、３３ Ａｌ粉末供給ライン
３５、３６、３７ 紫外線照射装置

Claims (30)

1. 基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための装置であって、
   前記ポリシリコン膜をエッチングするための薬液を吐出するフッ硝酸溶液供給部と、
   前記フッ硝酸溶液にＮＯ₂ガスを混合するＮＯ₂ガス供給部とを備えたウエットエッチング装置。
2. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、
   前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液吐出ノズル内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項１に記載のウエットエッチング装置。
3. 前記ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、
   前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液供給ライン内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項１に記載のウエットエッチング装置。
4. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、
   前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記ＮＯ₂ガスと前記フッ硝酸溶液供給部から前記基板に向けて吐出された前記フッ硝酸とを、前記基板上において混合するように設置されている請求項１に記載のウエットエッチング装置。
5. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、
   前記ＮＯ₂ガス供給部は、エッチングチャンバー内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項１に記載のウエットエッチング装置。
6. 前記ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、
   前記ＮＯ₂ガス供給部は、エッチング槽内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項１に記載のウエットエッチング装置。
7. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置またはバッチ式エッチング装置として構成され、
   前記ＮＯ₂ガス供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液タンク内で前記ＮＯ₂ガスを前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項１に記載のウエットエッチング装置。
8. 基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための装置であって、
   前記ポリシリコン膜をエッチングするための薬液を吐出するフッ硝酸溶液供給部と、
   前記フッ硝酸溶液に金属粉末を混合する金属粉末供給部とを備えたウエットエッチング装置。
9. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、
   前記金属粉末供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液吐出ノズル内で前記金属粉末を前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項８に記載のウエットエッチング装置。
10. 前記ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、
    前記金属粉末供給部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液供給ライン内で前記金属粉末を前記フッ硝酸溶液と混合するように設置されている請求項８に記載のウエットエッチング装置。
11. 前記金属粉末が、Ｓｉ粉末またはＡｌ粉末である請求項８〜１０のいずれか１項に記載のウエットエッチング装置。
12. 基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための装置であって、
    前記ポリシリコン膜をエッチングするための薬液を吐出するフッ硝酸溶液供給部と、
    前記フッ硝酸溶液に紫外線を照射する紫外線照射部とを備えたウエットエッチング装置。
13. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、
    前記紫外線照射部は、前記フッ硝酸溶液供給部における薬液吐出ノズル内を通過する前記フッ硝酸溶液に対して前記紫外線を照射するように設置されている請求項１２に記載のウエットエッチング装置。
14. 前記ウェットエッチング装置は枚葉式エッチング装置として構成され、
    前記紫外線照射部は、エッチングチャンバー内に載置された前記基板に向けて前記紫外線を照射するように設置されている請求項１２に記載のウエットエッチング装置。
15. 前記ウェットエッチング装置はバッチ式エッチング装置として構成され、
    前記紫外線照射部は、エッチング槽内に載置された前記基板に向けて前記紫外線を照射するように設置されている請求項１２に記載のウエットエッチング装置。
16. 基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための方法であって、
    前記ポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液にＮＯ₂ガスを混合する工程と、
    前記ＮＯ₂ガスが混合された前記フッ硝酸溶液を用いて前記ポリシリコン膜をエッチングする工程とを備えたウエットエッチング方法。
17. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、
    前記ＮＯ₂ガスを、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液吐出ノズル内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項１６に記載のウエットエッチング方法。
18. 前記ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、
    前記ＮＯ₂ガスを、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液供給ライン内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項１６に記載のウエットエッチング方法。
19. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、
    前記ＮＯ₂ガスを、前記基板に向けて吐出された前記フッ硝酸と前記基板上において混合する請求項１６に記載のウエットエッチング方法。
20. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、
    前記ＮＯ₂ガスを、エッチングチャンバー内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項１６に記載のウエットエッチング方法。
21. 前記ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、
    前記ＮＯ₂ガスを、エッチング槽内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項１６に記載のウエットエッチング方法。
22. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式またはバッチ式によりエッチングを行い、
    前記ＮＯ₂ガスを、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液タンク内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項１６に記載のウエットエッチング方法。
23. 基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための方法であって、
    前記ポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液に金属粉末を混合する工程と、
    前記金属粉末が混合された前記フッ硝酸溶液を用いて前記ポリシリコン膜をエッチングする工程とを備えたウエットエッチング方法。
24. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、
    前記金属粉末を、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液吐出ノズル内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項２３に記載のウエットエッチング方法。
25. 前記ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、
    前記金属粉末を、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液供給ライン内で前記フッ硝酸溶液と混合する請求項２３に記載のウエットエッチング方法。
26. 前記金属粉末が、Ｓｉ粉末またはＡｌ粉末である請求項２３〜２５のいずれか１項に記載のウエットエッチング方法。
27. 基板上に形成されたポリシリコン膜をウエットエッチングするための方法であって、
    前記ポリシリコン膜をエッチングするためのフッ硝酸溶液に紫外線を照射する工程と、
    前記紫外線が照射された前記フッ硝酸溶液を用いて前記ポリシリコン膜をエッチングする工程とを備えたウエットエッチング方法。
28. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、
    前記紫外線照射を、前記フッ硝酸溶液を供給する薬液吐出ノズル内を通過する前記フッ硝酸溶液に対して行う請求項２７に記載のウエットエッチング方法。
29. 前記ウェットエッチング方法は枚葉式によりエッチングを行い、
    前記紫外線照射を、エッチングチャンバー内に載置された前記基板に向けて行う請求項２７に記載のウエットエッチング方法。
30. 前記ウェットエッチング方法はバッチ式によりエッチングを行い、
    前記紫外線照射を、エッチング槽内に載置された前記基板に向けて行う請求項２７に記載のウエットエッチング方法。

Images