JP2008160073A

JP2008160073A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2008160073A
Application number: JP2007290698A
Authority: JP
Inventors: Juri Kato; 樹理加藤; Shunichiro Omi; 俊一郎大見
Original assignee: Seiko Epson Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Seiko Epson Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2008-07-10
Also published as: KR20080049635A; CN101192530B; TW200839865A; CN101192530A

Abstract

【課題】ＳｉＧｅ層をエッチングする際に、Ｓｉ層の増速エッチングを防止できるように
した半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉ基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、Ｓｉ層とＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、溝を介してＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、Ｓｉ基板とＳｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、空洞部を形成する工程では、Ｓｉ基板に対して例えばフッ硝酸溶液を用いたエッチング処理と、純水を用いた水洗処理とを交互に繰り返し行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、ＳｉとＳｉＧｅとのエッチング時の選択比を向上させる方法に適用して好適なものである。

従来、ＳＯＩ基板上に形成された電界効果型トランジスタは、素子分離の容易性、ラッチアップフリー、ソース／ドレイン接合容量が小さいなどの点から、その有用性が注目されている。特に、完全空乏型ＳＯＩトランジスタは、低消費電力かつ高速動作が可能で、低電圧駆動が容易なため、ＳＯＩトランジスタを完全空乏モードで動作させるための研究が盛んに行われている。ここで、非特許文献１には、バルク基板上にＳＯＩ層を形成することで、ＳＯＩトランジスタを低コストで形成できる方法（即ち、ＳＢＳＩ法）が開示されている。この非特許文献１に開示されたＳＢＳＩ方法では、Ｓｉ基板上にＳｉ／ＳｉＧｅ層を成膜し、ＳｉとＳｉＧｅとのエッチングレートの違いを利用してＳｉＧｅ層のみを選択的に除去することにより、Ｓｉ基板とＳｉ層との間に空洞部を形成する。そして、空洞部内に露出されたＳｉの熱酸化を行うことにより、Ｓｉ基板とＳｉ層との間にＳｉＯ層を埋め込み、Ｓｉ基板とＳｉ層との間にＢＯＸ層を形成する。
Ｔ．Ｓａｋａｉｅｔａｌ．"ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＢｏｎｄｉｎｇＳｉＩｓｌａｎｄｓ（ＳＢＳＩ）ｆｏｒＬＳＩＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ"，ＳｅｃｏｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｉＧｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＤｅｖｉｃｅＭｅｅｔｉｎｇ，ＭｅｅｔｉｎｇＡｂｓｔｒａｃｔ，ｐｐ．２３０−２３１，Ｍａｙ（２００４）

しかしながら、従来のＳＢＳＩ法では、Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉからなる積層構造のうちのＳｉＧｅのみを選択的にエッチングする際に長時間エッチングを続けると、Ｓｉ層に対するＳｉＧｅ層のエッチング選択比が劣化してしまうという不具合があった。このため、ＳｉＧｅ除去時に、Ｓｉ層のエッチングが意図せず進んでしまい、安定した形状と均一な膜厚からなる大面積のＳＯＩ層や、種々の形状からなるＳＯＩ層を歩留まり良く形成することができない、という問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＳｉＧｅ層をエッチングする際に、Ｓｉ層の増速エッチングを防止できるようにした半導体装置の製造方法を提供することを目的のひとつとする。

本発明者は、フッ硝酸によるＳｉＧｅの選択エッチングに関して様々な実験を行った。そして、その結果、上記選択エッチングではＳｉＧｅがアノード、Ｓｉがカソードの役割をし、下記（１）式の電気化学反応によってＳｉＧｅが除去される、という選択エッチングのメカニズムを見出した。

Ｓｉ（Ｇｅ）＋ＨＮＯ₃＋６ＨＦ⇒Ｈ₂Ｓｉ（Ｇｅ）Ｆ₆＋ＨＮＯ₂＋Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂…（１）

本発明者は、この（１）式から、フッ硝酸溶液でＳｉＧｅを長時間エッチングすると亜硝酸が発生し、この亜硝酸濃度の高まりによって、Ｓｉ領域がカソードのみならずアノードの役割をし、Ｓｉのエッチングが増速される（即ち、エッチング選択比の劣化が始まる）のではないかと考えている。また、本発明者は、ＳＢＳＩ法で形成される空洞部はその底面から天井までの高さが小さく、しかも奥行きがあるため、亜硝酸やエッチング生成物（Ｓｉ（Ｇｅ）フッ化物）の空洞外への拡散が遅くなりがちであり、これが理由で、空洞部内ではＨＦ濃度が下がり、亜硝酸濃度やエッチング生成物濃度が高くなり易いのではないかと考えている。なお、本発明者が行った実験では、フッ硝酸溶液の中でＳｉＧｅ層を長時間連続してエッチングすると、エッチング開始から２〜３分を超えた辺りからＳｉＧｅとＳｉのエッチング選択比が急激に劣化した。本発明は、このような知見に基づくものである。

本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、前記ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層と前記ＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、前記ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、前記溝を介して前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、前記基板と前記Ｓｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、前記空洞部を形成する工程では、前記基板に新液からなるフッ硝酸溶液を供給し前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって前記空洞部の一部を形成し、続いて、形成途中の前記空洞部内からフッ硝酸溶液を一旦除去し、その後、フッ硝酸溶液が取り除かれた前記空洞部内に新液からなるフッ硝酸溶液を再び供給して前記ＳｉＧｅ層をエッチングする、ことを特徴とするものである。

ここで、「新液からなるフッ硝酸溶液」とは、亜硝酸発生前の（または、亜硝酸濃度の極めて低い）フッ硝酸溶液のことであり、例えば、ＳｉＧｅ層のエッチング処理に一度も使用していない未使用液が該当する。また、ＳｉＧｅ層のエッチング処理に１回または複数回使用した液であっても、Ｓｉ層に対するエッチングレートが上記未使用液と同程度に低い溶液（即ち、劣化の進んでいない溶液）であれば、これも「新液からなるフッ硝酸溶液」に該当する。
この半導体装置の製造方法によれば、形成途中の空洞部内で亜硝酸濃度が高まる前に、この空洞部内に新液からなるフッ硝酸溶液を供給することができるので、空洞部内で亜硝酸やエッチング生成物を常に一定濃度以下に抑えることができる。従って、空洞部に面したＳｉ層の増速エッチングを防止することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、前記ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層と前記ＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、前記ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、前記溝を介して前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、前記基板と前記Ｓｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、前記空洞部を形成する工程では、前記基板を回転させながら、ノズルから前記基板に向けて新液からなるフッ硝酸溶液を間欠的に供給することによって、前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることを特徴とするものである。

この半導体装置の製造方法によれば、形成途中の空洞部内で亜硝酸濃度が高まる前に、空洞部内からフッ硝酸溶液を一旦除去することができ、その後、この空洞部内に新液からなるフッ硝酸溶液を再び供給してＳｉＧｅ層をエッチングすることができる。従って、空洞部内で亜硝酸やエッチング生成物を常に一定濃度以下に抑えることができるので、空洞部に面したＳｉ層の増速エッチングを防止することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、前記ノズルから前記基板に向けて新液からなるフッ硝酸溶液と純水とを交互に供給することによって、当該フッ硝酸溶液の間欠的供給を行うことを特徴とするものである。このような構成であれば、空洞部内に残留しているフッ硝酸溶液は純水の表面張力によって空洞部外へ引っ張られるので、空洞部内からのフッ硝酸溶液の除去が容易となる。

また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、前記ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、前記Ｓｉ層と前記ＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、前記ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、前記溝を介して前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、前記基板と前記Ｓｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、前記空洞部を形成する工程では、エッチング処理槽に貯えられた新液からなるフッ硝酸溶液に前記基板を繰り返し入れたり出したりすることによって前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることを特徴とするものである。

この半導体装置の製造方法によれば、エッチング槽内に基板を入れることによって空洞部内に新液からなるフッ硝酸溶液が供給され、エッチング槽内から基板を出すことによって空洞部内からフッ硝酸溶液が取り除かれる。従って、形成途中の空洞部内で亜硝酸濃度が高まる前に、空洞部内に新液からなるフッ硝酸溶液を供給することができ、空洞部内で亜硝酸やエッチング生成物を常に一定濃度以下に抑えることができる。これにより、空洞部に面したＳｉ層の増速エッチングを防止することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、純水を貯えた水洗処理槽が用意されており、前記空洞部を形成する工程では、前記エッチング処理層に貯えられた新液からなるフッ硝酸溶液に前記基板を入れるエッチング処理と、前記水洗処理槽に貯えられた純水に前記基板を入れる水洗処理と、を交互に繰り返すことを特徴とするものである。このような構成であれば、空洞部内に残留しているフッ硝酸溶液は純水の表面張力によって空洞部外へ引っ張られるので、空洞部内からのフッ硝酸溶液の除去が容易となる。

また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、前記エッチング処理槽が複数用意されており、前記空洞部を形成する工程では、各々の前記エッチング処理槽にそれぞれ貯えられた新液からなるフッ硝酸溶液に前記基板を順次入れて出すことを特徴とするものである。
また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、前記水洗処理槽が複数用意されており、前記空洞部を形成する工程では、各々の前記水洗処理槽にそれぞれ貯えられた純水に前記基板を順次入れて出すことを特徴とするものである。
また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、前記新液からなるフッ硝酸溶液には、ＨＦに対してＨＮＯ₃およびＨ₂Ｏが、各々、容量比で５０倍以上含まれていることを特徴とするものである。

また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、前記新液からなるフッ硝酸溶液には、酢酸が含まれていることを特徴とするものである。これにより、フッ硝酸溶液を用いたＳｉＧｅ層のエッチング時に亜硝酸の発生を抑制することができ、Ｓｉに対してより良好なエッチング選択比を得ることができる。
なお、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、ＳｉＧｅ層を長時間エッチングした場合でもＳｉ層に対するＳｉＧｅ層のエッチング選択比が劣化しない、ということが実験により確かめられている。
また、本発明の半導体装置の製造方法のひとつは、前記空洞部内に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜の形成後に、前記溝を埋め込むように前記基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記溝内における前記絶縁膜の上面が前記Ｓｉ層の上面と同じ高さとなるように、前記絶縁膜を平坦化する工程と、を更に含むことを特徴とするものである。このような方法により、基板上にＳＯＩ構造を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（１）第１実施形態
図１〜図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、図１（Ａ）〜図７（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）〜図７（Ｂ）は図１（Ａ）〜図７（Ａ）をＡ１−Ａ´１〜Ａ７−Ａ´７線でそれぞれ切断したときの断面図である。また、図４（Ｃ）〜図６（Ｃ）は図４（Ａ）〜図６（Ａ）をＢ４−Ｂ´４〜Ｂ６−Ｂ´６線でそれぞれ切断したときの断面図である。

この実施の形態では、本発明をＳＢＳＩ法に適用した場合を例に挙げて説明する。ＳＢＳＩ法にてＳＯＩ構造を形成する場合、Ｓｉ基板１上にＳｉ／ＳｉＧｅ層を成膜し、ＳｉとＳｉＧｅとのエッチングレートの違いを利用してＳｉＧｅ層のみを選択的に除去することにより、Ｓｉ基板１とＳｉ層との間に空洞部を形成する。そして、空洞部内に露出されたＳｉの熱酸化を行うことにより、Ｓｉ基板１とＳｉ層との間にＳｉＯ₂層を埋め込み、Ｓｉ基板１とＳｉ層との間にＢＯＸ層を形成する。このようなＳＢＳＩ法について、まず始めに説明しておく。

即ち、図１（Ａ）及び（Ｂ）において、ＬＯＣＯＳ法を用いて、バルクのシリコン（Ｓｉ）基板１に図示しない素子分離層を形成する。次に、Ｓｉ基板１上に図示しないシリコンバッファ（Ｓｉ−ｂｕｆｆｅｒ）層を形成し、その上にシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層１１を形成し、その上にシリコン（Ｓｉ）層１３を形成する。これらＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層、ＳｉＧｅ層１１、Ｓｉ層１３は、例えばエピタキシャル成長法で連続して単結晶半導体層を形成する。ＳｉＧｅ層の膜厚は、５〜１００ｎｍ程度である。

次に、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、Ｓｉ層１３、ＳｉＧｅ層１１及びＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層（図示せず）を部分的にエッチングする。これにより、素子分離領域（即ち、ＳＯＩ構造を形成しない領域）と平面視で重なる領域に、Ｓｉ層１３、ＳｉＧｅ層１１及びＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層を貫いてＳｉ基板１を底面とする支持体穴ｈ１を形成する。なお、支持体穴ｈ１を形成するエッチング工程では、Ｓｉ基板１の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、Ｓｉ基板１をオーバーエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。

次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、支持体穴ｈ１を埋め込むようにしてＳｉ基板１上の全面に支持体膜２１を形成する。支持体膜２１は例えばシリコン酸化（ＳｉＯ₂）膜であり、その形成は例えばＣＶＤで行う。次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて支持体膜２１、Ｓｉ層１３、ＳｉＧｅ層１１及びＳｉ−ｂｕｆｆｅｒ層（図示せず）を順次、部分的にエッチングして、支持体膜２１から支持体２２を形成すると共に、Ｓｉ基板１の表面を露出させる溝ｈ２を形成する。なお、溝ｈ２を形成するエッチング工程では、Ｓｉ基板１の表面でエッチングを止めるようにしてもよいし、Ｓｉ基板１をオーバーエッチングして凹部を形成するようにしてもよい。

次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）において、溝ｈ２を介してフッ硝酸溶液をＳｉ層１３及びＳｉＧｅ層１１のそれぞれの側面に接触させて、ＳｉＧｅ層１１を選択的にエッチングして除去する。これにより、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ｓｉ層１３とＳｉ基板１との間に空洞部２５を形成する。ここで、フッ硝酸溶液を用いたウェットエッチングでは、Ｓｉと比べてＳｉＧｅのエッチングレートが大きい（即ち、Ｓｉに対するエッチングの選択比が４００〜１０００倍と大きい）ので、Ｓｉ層１３を残しつつＳｉＧｅ層１１だけをエッチングして除去することが可能である。空洞部２５の形成後、Ｓｉ層１３はその上面と側面とが支持体２２によって支えられることとなる。

次に、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１を熱酸化して、空洞部内にＳｉＯ₂膜３１を形成する。そして、ＳｉＯ₂膜３１を形成した後は、ＣＶＤなどの方法により、Ｓｉ基板１全面に絶縁膜を成膜して支持体穴ｈ１や、フッ硝酸導入用の溝ｈ２を埋め込む。絶縁膜は、例えばＳｉＯ₂膜やシリコン窒化（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜である。なお、空洞部がＳｉＯ₂膜３１で完全に埋め込まれていない場合には、この絶縁膜の形成によって空洞部の埋め込みが補完される。次に、Ｓｉ基板１の全面を覆う絶縁膜を例えばＣＭＰにより平坦化し、さらに、必要な場合は絶縁膜をウェットエッチングする。これにより、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、Ｓｉ層１３上から絶縁膜３３が完全に取り除かれると共に、溝内に形成された絶縁膜３３の上面がＳｉ層１３の上面と同じ高さとなり、ＳＯＩ構造が完成する。

以上はＳＢＳＩ法についての説明であるが、本発明では、ＳｉＧｅ層１１をウェットエッチングして空洞部２５を形成する際のエッチング方法を工夫することによって、空洞部２５内での亜硝酸濃度の増加を抑制することができ、Ｓｉ層１３の増速エッチングを防止することが可能である。ここで、薬液を用いたウェットエッチングは、回転している基板の表面に薬液を噴きつける方式（即ち、スピン式）と、槽内に貯められた薬液に基板を浸ける方式（即ち、ディップ式）とに大別されるが、本発明においてもスピン式とディップ式とでその具体的手順が異なる。そこで、この実施の形態では、スピン式でのウェットエッチング方法を第１実施形態で説明し、ディップ式でのウェットエッチング方法を第２実施形態で説明する。

図８（Ａ）および（Ｂ）は、ＳｉＧｅ層１１の選択エッチングの手順（スピン式）を示す図である。スピン式でのウェットエッチング方法としては、例えば図８（Ａ）に示す方法や、図８（Ｂ）に示す方法が挙げられる。
即ち、図８（Ａ）では、そのステップａ１で、スピン式ウェットエッチング装置の処理室内にＳｉ基板１を配置する。そして、Ｓｉ基板１を回転させながら、ウェットエッチング装置のノズルからＳｉ基板１へ新液からなるフッ硝酸溶液を噴きつける。ここで、Ｓｉ基板１は回転しているので、Ｓｉ基板１に噴きつけられたフッ硝酸溶液には遠心力がはたらいて基板表面に広がる。そして、溝ｈ２に面したＳｉＧｅ層１１をエッチングして空洞部２５の一部を形成する。このステップａ１の所要時間は例えば数十秒である。

次に、ステップａ２で、Ｓｉ基板１を回転させたまま、ノズルからＳｉ基板１へのフッ硝酸溶液の噴きつけを一旦止める。これにより、空洞部内２５に入り込んでいるフッ硝酸溶液には空洞部２５の外側へ向かう遠心力がはたらき、空洞部２５内からフッ硝酸溶液が取り除かれる。
次に、ステップａ３では、Ｓｉ基板１を回転させながら、ノズルからＳｉ基板１へ新液からなるフッ硝酸溶液を再び噴きつける。ステップａ１と同様に、Ｓｉ基板１に噴きつけられたフッ硝酸溶液は遠心力によって基板表面に広がり、空洞部２５内に入りこんでＳｉＧｅ層１１をエッチングする。このステップａ３の所要時間は例えば数十秒である。
次に、ステップａ４では、Ｓｉ基板１を回転させながら、ノズルからＳｉ基板１へ純水を噴きつけてＳｉ基板１の表裏面を水洗し、フッ硝酸溶液の残留成分を取り除く。その後、ステップａ５では、ウェットエッチング装置の処理室内でＳｉ基板１を高速回転させて、Ｓｉ基板１から水分を脱離させ、乾燥させる。

このような方法であれば、形成途中の空洞部２５内で亜硝酸濃度が高まる前に、空洞部２５内からフッ硝酸溶液を一旦除去することができ、その後、この空洞部２５内に新液からなるフッ硝酸溶液を再び供給してＳｉＧｅ層１１をエッチングすることができる。従って、空洞部２５内のフッ硝酸溶液の組成を常に一定範囲に維持することができ、空洞部２５内で亜硝酸やエッチング生成物を一定濃度以下に抑えることができる。これにより、空洞部２５に面したＳｉ層１３の増速エッチングを防止することができる。
なお、図８（Ａ）では、その破線矢印で示すように、ステップａ４からステップａ１へ戻って、ステップａ１〜ａ４を任意の回数だけ繰り返すようにしても良い。これにより、Ｓｉ層１３の増速エッチングを抑えつつ、ＳｉＧｅ層１１のエッチング時間を延ばすことができるので、大面積のＳＯＩ層を歩留まり良く形成することができる。

次に、図８（Ｂ）に示す方法について説明する。図８（Ｂ）のステップｂ１では、まず始めに、スピン式ウェットエッチング装置の処理室内にＳｉ基板１を配置する。次に、Ｓｉ基板１を回転させながら、ウェットエッチング装置のノズルからＳｉ基板１へ新液からなるフッ硝酸溶液を噴きつける。Ｓｉ基板１に噴きつけられたフッ硝酸溶液には遠心力がはたらいて基板表面に広がり、空洞部２５内に入りこんでＳｉＧｅ層１１をエッチングする。このステップｂ１の所要時間は例えば数十秒が好ましい。

次に、ステップｂ２では、ノズルからＳｉ基板１へのフッ硝酸溶液の噴きつけを一旦止める。そして、Ｓｉ基板１を回転させたまま、ノズルからＳｉ基板１に純水を噴きつける。これにより、空洞部内２５に入り込んでいるフッ硝酸溶液には空洞部２５の外側へ向かう遠心力がはたらく。また、Ｓｉ基板１に噴きつけられた純水にも遠心力がはたらいて基板表面に広がり、空洞部２５の入り口近傍に到達する。その結果、空洞部２５内のフッ硝酸溶液は、当該溶液にはたらく遠心力と、純水の表面張力とによって空洞部２５の外側へ引っ張り出されて取り除かれる。

次に、ステップｂ３では、Ｓｉ基板１を回転させながら、ノズルからＳｉ基板１へ新液からなるフッ硝酸溶液を再び噴きつける。ステップｂ１と同様に、Ｓｉ基板１に噴きつけられたフッ硝酸溶液は遠心力によって基板表面に広がり、空洞部２５内に入りこんでＳｉＧｅ層１１をエッチングする。このステップｂ３の所要時間は例えば数十秒である。次に、ステップｂ４では、ステップｂ２と同様の水洗処理を行い、Ｓｉ基板１の表裏面および空洞部２５内からフッ硝酸溶液を取り除く。その後、ステップｂ５では、ウェットエッチング装置の処理室内でＳｉ基板１を高速回転させて、Ｓｉ基板１から水分を脱離させ、乾燥させる。

このような方法であっても、図８（Ａ）と同様に、形成途中の空洞部２５内で亜硝酸濃度が高まる前に、空洞部２５内からフッ硝酸溶液を一旦除去することができ、その後、この空洞部２５内に新液からなるフッ硝酸溶液を再び供給してＳｉＧｅ層１１をエッチングすることができるので、空洞部２５内で亜硝酸やエッチング生成物を一定濃度以下に抑えることができる。従って、空洞部２５に面したＳｉ層１３の増速エッチングを防止することができる。また、図８（Ａ）と異なり、フッ硝酸溶液によるＳｉＧｅ層１１のエッチング直後に必ず水洗処理を行っているので、空洞部２５内に残留しているフッ硝酸溶液を純水の表面張力によって空洞部２５外へ引っ張ることができる。それゆえ、空洞部２５内に残留しているフッ硝酸溶液の除去が容易である。
なお、図８（Ｂ）においても、その破線矢印で示すように、ステップｂ４からステップｂ１へ戻って、ステップｂ１〜ｂ４を任意の回数だけ繰り返すようにして良い。これにより、Ｓｉ層１３の増速エッチングを抑えつつ、ＳｉＧｅ層１１のエッチング時間を延ばすことができるので、大面積のＳＯＩ層を歩留まり良く形成することができる。

（２）第２実施形態
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、ＳｉＧｅ層１１の選択エッチングの手順（ディップ式）を示す図である。ここでは、ディップ式でのウェットエッチング方法の一例として、（Ａ）〜（Ｃ）の３つの方法をそれぞれ説明する。
即ち、図９（Ａ）に示すウェットエッチング装置は、エッチング槽５１と、水洗槽５２と、乾燥機５３とを備えている。エッチング槽５１にはフッ硝酸溶液が、水洗槽５２には純水がそれぞれ貯められている。また、図示しないが、エッチング槽５１には、フッ硝酸溶液を循環させる循環ラインが設けられており、この循環ラインには不純物や異物をろ過するためのフィルタが設けられている。

図９（Ａ）では、エッチング槽５１に貯えられたフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを行う。次に、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽５１から取り出す。そして、水洗槽５２に貯えられた純水にＳｉ基板１を浸けて水洗処理を行う。次に、Ｓｉ基板１を水洗槽５２から取り出す。続いて、エッチング槽５１内のフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を再び浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを再開する。そして、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽５１から取り出し、水洗槽５２内の純水にＳｉ基板１を再び浸けて水洗処理を行う。このようにエッチング処理と水洗処理とを複数回繰り返した後で、Ｓｉ基板１を水洗槽５２から乾燥機５３に移して、Ｓｉ基板１を乾燥させる。

一方、図９（Ｂ）に示すウェットエッチング装置は、第１、第２および第３のエッチング槽６１、６２、６３と、水洗槽６４と、乾燥機６５とを備えている。エッチング槽６１、６２、６３にはフッ硝酸溶液がそれぞれ貯められており、水洗槽６４には純水が貯められている。また、図示しないが、エッチング槽６１、６２、６３には、フッ硝酸溶液を循環させる循環ラインが設けられており、この循環ラインには不純物や異物をろ過するためのフィルタが設けられている。

図９（Ｂ）では、まず始めに、エッチング槽６１に貯えられたフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを行う。次に、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽６１から取り出す。続いて、エッチング槽６２に貯えられたフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを再開する。そして、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽６２から取り出す。さらに、エッチング槽６３に貯えられたフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを再々開する。そして、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽６３から取り出す。その後、水洗槽６４に貯えられた純水にＳｉ基板１を浸けて水洗処理を行い、水洗処理後のＳｉ基板１を乾燥機６５に移して乾燥させる。

また、図９（Ｃ）に示すウェットエッチング装置は、第１、第２および第３のエッチング槽７１、７３、７５と、第１、第２および第３の水洗槽７２、７４、７６と、乾燥機７７とを備えている。エッチング槽７１、７３、７５にはフッ硝酸溶液がそれぞれ貯められており、水洗槽７２、７４、７６には純水がそれぞれ貯められている。また、図示しないが、エッチング槽７１、７３、７５には、フッ硝酸溶液を循環させる循環ラインが設けられており、この循環ラインには不純物や異物をろ過するためのフィルタが設けられている。

図９（Ｃ）では、まず始めに、エッチング槽７１に貯えられたフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを行う。次に、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽７１から取り出し、取り出したＳｉ基板１を水洗槽７２に貯えられた純水に浸けて水洗処理を行う。続いて、エッチング槽７３内のフッ硝酸溶液にＳｉ基板１を浸けて、ＳｉＧｅ層１１のウェットエッチングを行う。次に、例えば１分経過した後で、Ｓｉ基板１をエッチング槽７３から取り出し、水洗槽７４内の純水にＳｉ基板１を浸けて水洗処理を行う。また、これ以降もエッチング槽７５でエッチング処理を、水洗槽７６で水洗処理をそれぞれ行うが、エッチング槽７５でのエッチング処理は上記エッチング槽７１、７３での処理と同じであり、水洗槽７６での水洗処理は上記水洗槽７２、７４での処理と同じである。水洗槽７６での水洗処理が終了した後は、Ｓｉ基板１を乾燥機７７に移して乾燥させる。

このように、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すエッチング方法によれば、エッチング槽内にＳｉ基板１を入れることによって空洞部２５内にフッ硝酸溶液が供給され、エッチング槽内からＳｉ基板１を出すことによって空洞部２５内からフッ硝酸溶液が取り除かれる。従って、形成途中の空洞部２５内で亜硝酸濃度が高まる前に、空洞部２５内に新液からなるフッ硝酸溶液を供給することができ、空洞部２５内で亜硝酸やエッチング生成物を常に一定濃度以下に抑えることができる。これにより、空洞部２５に面したＳｉ層１３の増速エッチングを防止することができる。

また、図９（Ａ）および（Ｃ）に示すエッチング方法では、エッチング槽内からＳｉ基板１を取り出した直後に必ず水洗処理を行っているので、空洞部２５内に残留しているフッ硝酸溶液を純水の表面張力によって空洞部２５外へ引っ張ることができる。それゆえ、空洞部２５内に残留しているフッ硝酸溶液の除去が容易である。
なお、図９（Ｂ）では、その破線矢印で示すように、エッチング槽６３から取り出したＳｉ基板１を、エッチング槽６１に戻して再びＳｉＧｅ層１１のエッチング処理を行うようにしても良い。また、図９（Ｃ）でも、その破線矢印で示すように、エッチング槽７６から取り出したＳｉ基板１を、エッチング槽７１に戻して再びＳｉＧｅ層１１のエッチング処理を行うようにしても良い。これにより、Ｓｉ層１３の増速エッチングを抑えつつ、ＳｉＧｅ層１１のエッチング時間を延ばすことができるので、大面積のＳＯＩ層を歩留まり良く形成することができる。

また、上記の第１、第２実施形態で使用するフッ硝酸溶液は、ＨＦに対してＨＮＯ₃およびＨ₂Ｏを、各々、容量比で５０倍以上含むことが好ましい。さらに、このフッ硝酸溶液には酢酸が含まれていることが好ましい。このような構成であれば、フッ硝酸溶液を用いたＳｉＧｅ層１３のエッチング時に亜硝酸の発生を抑制することができるので、Ｓｉに対してより良好なエッチング選択比を得ることができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その１）。実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その２）。実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その３）。実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その４）。実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その５）。実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その６）。実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図（その７）。ＳｉＧｅ層１１の選択エッチングの手順（スピン式）を示す図。ＳｉＧｅ層１１の選択エッチングの手順（ディップ式）を示す図。

符号の説明

１Ｓｉ基板、１１ＳｉＧｅ層、１３Ｓｉ層、２１支持体膜、２２支持体、２５空洞部、３１ＳｉＯ₂膜、３３絶縁膜、５１、６１、６２、６３、７１、７３、７５エッチング槽、５２、６４、７２、７４、７６水洗槽、５３、６５、７７乾燥機、ｈ１支持体穴、ｈ２溝

Claims

基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、
前記ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、
前記Ｓｉ層と前記ＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、前記ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、
前記溝を介して前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、前記基板と前記Ｓｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、
前記空洞部を形成する工程では、
前記基板に新液からなるフッ硝酸溶液を供給し前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって前記空洞部の一部を形成し、続いて、形成途中の前記空洞部内からフッ硝酸溶液を一旦除去し、その後、フッ硝酸溶液が取り除かれた前記空洞部内に新液からなるフッ硝酸溶液を再び供給して前記ＳｉＧｅ層をエッチングする、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、
前記ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、
前記Ｓｉ層と前記ＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、前記ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、
前記溝を介して前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、前記基板と前記Ｓｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、
前記空洞部を形成する工程では、
前記基板を回転させながら、ノズルから前記基板に向けて新液からなるフッ硝酸溶液を間欠的に供給することによって、前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記ノズルから前記基板に向けて新液からなるフッ硝酸溶液と純水とを交互に供給することによって、当該フッ硝酸溶液の間欠的供給を行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
基板上にＳｉＧｅ層を形成する工程と、
前記ＳｉＧｅ層上にＳｉ層を形成する工程と、
前記Ｓｉ層と前記ＳｉＧｅ層とを部分的にエッチングして、前記ＳｉＧｅ層の側面を露出させる溝を形成する工程と、
前記溝を介して前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって、前記基板と前記Ｓｉ層との間に空洞部を形成する工程と、を含み、
前記空洞部を形成する工程では、
エッチング処理槽に貯えられた新液からなるフッ硝酸溶液に前記基板を繰り返し入れたり出したりすることによって前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
純水を貯えた水洗処理槽が用意されており、
前記空洞部を形成する工程では、
前記エッチング処理層に貯えられた新液からなるフッ硝酸溶液に前記基板を入れるエッチング処理と、前記水洗処理槽に貯えられた純水に前記基板を入れる水洗処理と、を交互に繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記エッチング処理槽が複数用意されており、
前記空洞部を形成する工程では、
各々の前記エッチング処理槽にそれぞれ貯えられた新液からなるフッ硝酸溶液に前記基板を順次入れて出すことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記水洗処理槽が複数用意されており、
前記空洞部を形成する工程では、
各々の前記水洗処理槽にそれぞれ貯えられた純水に前記基板を順次入れて出すことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
前記新液からなるフッ硝酸溶液には、ＨＦに対してＨＮＯ₃およびＨ₂Ｏが、各々、容量比で５０倍以上含まれていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記新液からなるフッ硝酸溶液には、酢酸が含まれていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記空洞部内に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜の形成後に、前記溝を埋め込むように前記基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記溝内における前記絶縁膜の上面が前記Ｓｉ層の上面と同じ高さとなるように、前記絶縁膜を平坦化する工程と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。