JP2009182136A - ポリシリコン膜の除去方法および記憶媒体 - Google Patents

ポリシリコン膜の除去方法および記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】ポリシリコン膜が形成された基板の端部のポリシリコン膜をウエットエッチングにより除去する際に、形状性良く、かつエッチング残りが実質的に存在せずに除去することができるポリシリコン膜の除去方法を提供すること。
【解決手段】ポリシリコン膜４１が形成されたウエハＷにおけるベベル部４２のポリシリコン膜４１をウエットエッチングにより除去するポリシリコン膜の除去方法は、ベベル部４２のポリシリコン膜４１を除去せずに親水化する工程と、エッチング境界４３が平坦になる程度の回転数でウエハを回転させながら、親水化されたベベル部４２のポリシリコン膜にフッ酸と硝酸の混合液をエッチング液として供給する工程とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ポリシリコン膜が形成された半導体ウエハ等の基板の端部のポリシリコン膜をウエットエッチングにより除去するポリシリコン膜の除去方法および記憶媒体に関する。
半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に対して種々の薄膜を形成する工程が存在するが、ウエハのベベル部（端部）においてひび割れや膜剥がれが生じることがあり、このようなひび割れや膜剥がれが生じるとパーティクルとなって半導体デバイスを汚染するおそれがある。
特に、近時、半導体デバイスにおいて４５ｎｍノードの高解像度を実現するフォトリソグラフィ技術として用いられている液浸露光においては、水によってベベル部の剥がれた膜が持ち上げられて半導体デバイスの欠陥が助長され、このような問題がより先鋭化している。
そのため、ウエハに膜を形成した後、ウエハを回転させながらベベル部に薬液を供給してベベル部をウエットエッチングにより除去する技術が提案されている（例えば特許文献１）。
ところで、このようにウエハに形成される膜としては、ゲート電極等に用いられるポリシリコン膜が存在する。ポリシリコン膜をウエットエッチングする際には、薬液として一般にフッ酸と硝酸の混合液であるフッ硝酸溶液が用いられている。
一方、この種の枚葉式のベベル部ウエットエッチング装置は、ウエハの回転数をある程度確保して遠心力によりエッチング境界の形状性を良好にする必要がある。
しかしながら、ポリシリコン膜は疎水性であるため、エッチング境界の形状性を良好にするためにエッチングの際のウエハの回転数を上げると、フッ硝酸溶液がポリシリコン膜に付着し難くなり、ベベル部に筋状にポリシリコンが残存してしまう。
特開２００１−３１９８５０号公報
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、ポリシリコン膜が形成された基板の端部のポリシリコン膜をウエットエッチングにより除去する際に、形状性良く、かつエッチング残りが実質的に存在せずに除去することができるポリシリコン膜の除去方法を提供することを目的とする。
また、そのような方法を実施するためのプログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、ポリシリコン膜が形成された基板における基板端部のポリシリコン膜をウエットエッチングにより除去するポリシリコン膜の除去方法であって、基板端部のポリシリコン膜を除去せずに親水化する工程と、エッチング境界の形状性が良好になる回転数で基板を回転させながら、前記親水化された基板端部のポリシリコン膜にフッ酸と硝酸の混合液からなるエッチング液を供給する工程とを含むことを特徴とするポリシリコン膜の除去方法を提供する。
上記本発明において、前記エッチング液を供給する工程は、基板を３００ｒｐｍ以上に回転させながら行うことが好ましい。また、前記エッチング液は、フッ酸と硝酸の体積比で１：１〜１：３０であることが好ましい。さらに、前記エッチング液の供給量は、３〜５０ｃｍ３／ｍｉｎであることが好ましい。
前記親水化工程は、基板端部のポリシリコン膜に硝酸を供給してポリシリコン膜を酸化させることにより行うことができる。この場合に、前記親水化工程は、基板を６００ｒｐｍ以下の回転数で回転させながら基板端部のポリシリコン膜に硝酸を供給することにより行うことが好ましい。
前記親水化工程はまた、基板端部のポリシリコン膜に過酸化水素水、オゾン水、オゾンガスのいずれかを供給してポリシリコン膜を酸化させることによっても行うことができる。
さらに、前記親水化工程は、基板端部のポリシリコン膜に光を照射することによっても行うことができる。ポリシリコン膜に照射する光としては典型的には紫外線である。
また、本発明は、コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記ポリシリコン膜の除去方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
本発明によれば、エッチング液の供給に先立って、基板端部のポリシリコン膜を除去せずに親水化するので、エッチング境界の形状性が良好になる回転数で基板を回転させた場合でもフッ酸と硝酸の混合液からなるエッチング液がポリシリコン膜を濡らすことができ、基板の端部のポリシリコン膜を形状性良く、かつエッチング残りが実質的に存在せずに除去することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の実施に用いられる処理装置の一例を示す概略構成図である。
この処理装置１は、チャンバ２を有し、このチャンバ２の中には、ポリシリコン膜が形成された被処理基板であるウエハＷを水平状態で真空吸着により吸着保持するためのスピンチャック３が設けられている。このスピンチャック３は、モータ４により回転可能となっている。また、チャンバ２内には、スピンチャック３に保持されたウエハＷを覆うようにカップ５が設けられている。カップ５の底部には、排気および排液のための排気・排液管６が、チャンバ２の下方へ延びるように設けられている。チャンバ２の側壁には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口７が設けられている。
スピンチャック３に保持されたウエハＷの端部の上方には、硝酸（ＨＮＯ３）を供給する硝酸供給ノズル１１、エッチング液であるフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合液を供給するエッチング液供給ノズル１２、純水（ＤＩＷ）を供給する純水ノズル１３が設けられている。これらノズル１１〜１３は駆動機構（図示せず）により水平方向および上下方向に移動可能となっている。
硝酸供給ノズル１１には硝酸供給配管１４が接続されており、この硝酸供給配管１４の他端には硝酸供給源１５が接続されている。また、硝酸供給配管１４にはバルブ１６が介装されている。エッチング液供給ノズル１２にはエッチング液供給配管１７が接続されており、エッチング液供給配管１７の他端にはエッチング液供給源１８が接続されている。また、エッチング液供給配管１７にはバルブ１９が介装されている。純水ノズル１３には純水供給配管２０が接続されており、この純水供給配管２０の他端には純水供給源２１が接続されている。また、純水供給配管２０にはバルブ２２が介装されている。
処理装置１の各構成部、例えばモータ４，バルブ１６，１９，２２、ノズルの駆動機構等は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を有するコントローラ３０により制御されるようになっている。コントローラ３０には、オペレータが処理装置１を管理するためにコマンド等の入力操作を行うキーボードや、処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース３１が接続されている。また、コントローラ３０には、処理装置１の各構成部の制御対象を制御するための制御プログラムや、処理装置１に所定の処理を行わせるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部３２が接続されている。レシピは記憶部３２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース３１からの指示等にて任意のレシピを記憶部３２から呼び出してコントローラ３０に実行させることで、コントローラ３０の制御下で、所定の処理が行われる。
次に、このような処理装置によりウエハＷのベベル部のポリシリコン膜を除去する方法について説明する。
図２は、このようなポリシリコン膜を除去する方法のフローチャートであり、図３はこの方法の各工程を説明するための模式図である。
まず、チャンバ２に全面に熱酸化膜（図示せず）を介してポリシリコン膜４１が形成されたウエハＷを搬入し、スピンチャック３にウエハＷを保持させる（工程１、図３の（ａ））。
次に、硝酸供給ノズル１１をウエハＷのベベル部４２の上方にセットし、ウエハＷを所定回転数で回転させながら硝酸供給ノズル１１からウエハＷのベベル部４２に硝酸を供給して、ポリシリコン膜４１のベベル部４２に対応する部分を除去せずに酸化させて親水化する（工程２、図３の（ｂ））。このときのウエハＷの回転数は硝酸がポリシリコンを十分に濡らして酸化することが可能な回転数であることが好ましく、具体的には６００ｒｐｍ以下であることが好ましい。この工程により、ベベル部４２のポリシリコン膜４１が５ｓｅｃ程度の短時間で親水化することができる。
次に、エッチング液供給ノズルをウエハＷのベベル部４２の上方にセットし、エッチング境界の形状性が良好になる回転数でウエハＷを回転させながら、親水化されたポリシリコン膜４１のベベル部４２に対応する部分にフッ酸と硝酸の混合液をエッチング液として供給する（工程３、図３の（ｃ））。これにより、先に親水化したベベル部４２に対応するポリシリコン膜４１の部分を、エッチング境界４３の形状性を良好にしてかつエッチング残りが実質的に存在せずに除去することができる。
つまり、先に硝酸により親水化処理することにより、エッチング境界の形状が良好になる高い回転数でウエハＷを回転させてもフッ酸と硝酸の混合液が十分にポリシリコン膜４１を濡らしてエッチングすることができ、ベベル部４２のエッチング境界４３を良好な形状性としつつ、ほぼ完全にベベル部４２のポリシリコン膜４１を除去することができる。
エッチング境界４３の形状を良好にするためには、ウエハＷの回転数は高いことが好ましく、エッチング境界の精度±０．２ｍｍ以下を確保する観点からは、エッチングの際のウエハＷの回転数は３００ｒｐｍ以上が好ましい。より好ましくは、エッチング境界の精度±０．１ｍｍを確保できる５００ｒｐｍ以上である。上限は特に存在しないが、事実上５０００ｒｐｍ以下である。また、フッ酸と硝酸の混合液の供給量が多すぎるとエッチング境界の形状性が悪化する傾向にあるため、その供給量は比較的少ないことが好ましく、３〜５０ｃｍ３／ｍｉｎ程度、例えば１０ｃｍ３／ｍｉｎが好ましい。なお、ここでいうエッチング境界の精度とは、ウエハＷのエッジからの目標のエッチング幅に対するずれ量の最大値である。
エッチング液として用いるフッ酸と硝酸との混合液の混合割合は、フッ酸と硝酸の体積比で１：１〜１：３０程度が好ましい。また、混合液の希釈度は０〜３０％程度が好ましい。
ポリシリコン膜のベベル部に対応する部分を親水化しない場合でも、ウエハを１００ｒｐｍ程度の低速で回転させながらフッ酸と硝酸の混合液を供給することによりベベル部のポリシリコンを除去することは可能であるが、遠心力が不十分であり、図４に示すように、エッチング境界４３の形状が悪いという問題が生じていた。このため、エッチング境界の形状を良好（平坦）にすべく単にウエハＷの回転数を１０００ｒｐｍ程度の高速回転にした場合には、今度はエッチング液がポリシリコン膜を濡らすことができず、図５に示すように、筋状にエッチング残り４４が発生してしまう。本実施形態のような手法により、このような相反する問題を解決することができ、図６に示すように、ベベル部４２のエッチング境界４３の形状を良好にしつつ、エッチング残りをほぼなくすことができる。
このようにしてエッチングを行った後、純水ノズル１３をベベル部４２のエッチング液供給部分から１ｍｍ程度内側に対応する部分の上方に移動させ、ウエハＷを３０〜１５００ｒｐｍ程度で回転させながら、フッ酸と硝酸の混合液からなるエッチング液を洗い流す（工程４、図３の（ｄ））。
以上によりウエハＷのベベル部におけるポリシリコンのウエットエッチングによる除去処理が終了する。
次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。
ここでは、厚さ１００ｎｍの熱酸化膜の上に厚さ１５０ｎｍのポリシリコン膜を形成した３００ｍｍＳｉウエハを用いた。
エッチング液としては、フッ酸（５０％水溶液）と硝酸（６１％水溶液）を体積比で１：５に混合した混合液を用いた。親水化処理液としては硝酸（６１％水溶液）を用いた。
まず、親水化処理をせずに、ウエハを１００ｒｐｍおよび１０００ｒｐｍで回転させながら、ベベル部に上記混合液を供給してポリシリコン膜のエッチング除去処理を行った。混合液は、０．３ｍｍφのノズルを用いて１０ｃｍ３／ｍｉｎの流量で供給した。その結果、ウエハの回転数が１００ｒｐｍの場合には、ベベル部のポリシリコンは除去されたが、エッチング境界の形状が悪く、精度が±０．２ｍｍより大きかった。一方、ウエハの回転数が１０００ｒｐｍの場合には、上記混合液が十分に濡れず、ベベル部に筋状にポリシリコン膜が残存した。
次に、親水化処理をした後に、ウエハを１０００ｒｐｍで回転させながら、ベベル部に上記混合液を供給してポリシリコン膜のエッチング除去処理を行った。親水化処理は、ウエハを５００ｒｐｍで回転させながら、０．３ｍｍφのノズルを用いて１０ｃｍ３／ｍｉｎの流量でベベル部に硝酸を供給することにより行った。また、エッチング除去処理は、上記と同様にして０．３ｍｍφのノズルを用いて１０ｃｍ３／ｍｉｎの流量で混合液を供給することにより行った。その結果、ベベル部のポリシリコン膜は完全に除去されており、エッチング境界の精度も±０．２ｍｍ以下であった。
以上の結果から、本発明に従って、親水化処理を行った後にフッ酸と硝酸の混合液によりベベル部のポリシリコン膜を除去することにより、エッチング境界の形状が良好であり、エッチング残りも発生しないことが確認された。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ポリシリコン膜を親水化するために硝酸でポリシリコンを酸化したが、これに限らず、他の親水化剤を用いて酸化させることもできる。例えば親水化液としては、上記硝酸の他に過酸化水素水やオゾン水を用いることもでき、硝酸の場合と同様、ノズルを介して供給することができる。またオゾンガスのような気体を用いることもでき、その場合にも、ノズルを用いて供給することができる。
また、以上のように流体を用いてポリシリコン膜を酸化させることにより親水化することに限らず、光を照射することによってポリシリコン膜を親水化することもできる。その場合には、図７に示すようにウエハＷのベベル部４２の上方に光源４５として例えば紫外線ランプを設けてウエハＷを低速で回転しつつ紫外線のような光を照射するようにすればよい。
さらに、上記実施形態では、被処理基板としてＳｉウエハのような半導体ウエハを適用した場合について示したが、これに限るものではない。
本発明の実施に用いられる処理装置の一例を示す概略構成図。 本発明の一実施形態に係るポリシリコン除去方法を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るポリシリコン除去方法の各工程を説明するための模式図。 親水化処理をせずに、ウエハを低速回転しながらベベル部のポリシリコン膜をエッチング除去した際のベベル部の状態を示す模式図。 親水化処理をせずに、ウエハを高速回転しながらベベル部のポリシリコン膜をエッチング除去した際のベベル部の状態を示す模式図。 本発明に従って、親水化処理した後に、ウエハを高速回転しながらベベル部のポリシリコン膜をエッチング除去した際のベベル部の状態を示す模式図。 本発明の他の実施形態の方法を実施するための装置の一例を示す模式図。
符号の説明
１；処理装置
２；チャンバ
３；スピンチャック
４；モータ
５；カップ
６；排気・排液管
７；搬入出口
１１；硝酸供給ノズル
１２；エッチング液供給ノズル
１３；純水供給ノズル
１４；硝酸供給配管
１５；硝酸供給源
１７；エッチング液供給配管
１８；エッチング液供給源
２０；純水供給配管
２１；純水供給源
１６，１９，２２；バルブ
３０；コントローラ
３１；ユーザーインターフェース
３２；記憶部
４１；ポリシリコン膜
４２；ベベル部
４３；エッチング境界
４４；エッチング残り
Ｗ；半導体ウエハ（基板）

Claims (10)

  1. ポリシリコン膜が形成された基板における基板端部のポリシリコン膜をウエットエッチングにより除去するポリシリコン膜の除去方法であって、
    基板端部のポリシリコン膜を除去せずに親水化する工程と、
    エッチング境界の形状性が良好になる回転数で基板を回転させながら、前記親水化された基板端部のポリシリコン膜にフッ酸と硝酸の混合液からなるエッチング液を供給する工程と
    を含むことを特徴とするポリシリコン膜の除去方法。
  2. 前記エッチング液を供給する工程は、基板を３００ｒｐｍ以上に回転させながら行うことを特徴とする請求項１に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  3. 前記エッチング液は、フッ酸と硝酸の体積比で１：１〜１：３０であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  4. 前記エッチング液の供給量は、３〜５０ｃｍ３／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  5. 前記親水化工程は、基板端部のポリシリコン膜に硝酸を供給してポリシリコン膜を酸化させることにより行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  6. 前記親水化工程は、基板を６００ｒｐｍ以下の回転数で回転させながら基板端部のポリシリコン膜に硝酸を供給することを特徴とする請求項５に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  7. 前記親水化工程は、基板端部のポリシリコン膜に過酸化水素水、オゾン水、オゾンガスのいずれかを供給してポリシリコン膜を酸化させることにより行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  8. 前記親水化工程は、基板端部のポリシリコン膜に光を照射することにより行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  9. ポリシリコン膜に照射する光は紫外線であることを特徴とする請求項８に記載のポリシリコン膜の除去方法。
  10. コンピュータ上で動作し、処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項９のいずれかのポリシリコン膜の除去方法が行われるようにコンピュータに処理装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
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