JP2016225502A - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸難溶性の金属膜に対しても安定したレートでエッチングできる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】一実施形態の基板処理方法は、酸化剤、錯化剤、および水（Ｈ２Ｏ）を含む第一の液体に、基板上に設けられた金属膜を接触させて前記金属膜をエッチングする工程と、前記エッチングを開始した後、水（Ｈ２Ｏ）を第一の含有割合で含む前記第一の液体に、水（Ｈ２Ｏ）を前記第一の含有割合よりも大きい第二の含有割合で含む第二の液体を混合する工程と、前記第一の液体と前記第二の液体が混合された液体に、前記基板上に設けられた金属膜または前記基板と異なる基板上に設けられた金属膜を接触させて金属膜をエッチングする工程と、を持つ。
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」という）などの基板の表面に形成された金属膜を除去（エッチング）するプロセスとして、リン酸、硝酸を含む混合薬液（混酸）が用いられる場合がある。
近年では半導体装置の高集積化に伴い、従来の２次元平面構造のデバイスからウェーハ上に成膜された積層膜を３次元的に加工した新しいデバイスが開発されている。このようなデバイスにおいて、積層膜の金属膜をウエットエッチングするため、混酸を用いるプロセスを採用することが検討されている。
しかしながら、例えばタングステンを含む金属膜などの酸難溶性膜においては、エッチング特性が劣化するという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、酸難溶性の金属膜に対しても安定したレートでエッチングできる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
一実施形態の基板処理方法は、酸化剤、錯化剤、および水（Ｈ２Ｏ）を含む第一の液体に、基板上に設けられた金属膜を接触させて前記金属膜をエッチングする工程と、前記エッチングを開始した後、水（Ｈ２Ｏ）を第一の含有割合で含む前記第一の液体に、水（Ｈ２Ｏ）を前記第一の含有割合よりも大きい第二の含有割合で含む第二の液体を混合する工程と、前記第一の液体と前記第二の液体が混合された液体に、前記基板上に設けられた金属膜または前記基板と異なる基板上に設けられた金属膜を接触させて金属膜をエッチングする工程と、を持つ。
以下、実施形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下では金属膜としてタングステン膜を取り挙げ、このタングステン膜のエッチングを一例として説明する。勿論、金属膜はタングステン膜に限るものではなく、例えばアルミニウム（ＡＬ）膜や窒化チタン（ＴｉＮ）膜などでも適用可能である。また、図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。また、添付の図面は、それぞれ発明の説明とその理解を促すためのものであり、各図における形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所がある点に留意されたい。
最初に、実施の一形態による半導体装置の製造方法について説明する。図１は、本実施形態による半導体装置の製造方法の概略工程を示すフローチャートである。
図１に示すように、まず、酸化剤、錯化剤および緩衝材を含む混合溶液（以下、「混酸」という）を準備する（ステップＳ１）。
酸化剤は、例えば硝酸（ＨＮＯ３）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）およびオゾン（Ｏ３）の少なくともいずれかを含む。本実施形態では、硝酸（ＨＮＯ３）を使用し、これによりエッチング対象の金属膜の金属を酸化して酸化物を生成すると共に、金属膜の一部を混酸内に溶解する。
錯化剤としては、例えばリン酸（Ｈ３ＰＯ４）が選択され、これにより金属膜の金属酸化物を錯体化して錯イオンとして混酸内に溶解させる。また、緩衝材として本実施形態では酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）が選択され、これにより硝酸副生成物の生成を抑制すると共に、自ら優先揮発することにより、硝酸やリン酸の揮発を抑制する。
混酸には純水（Ｈ２Ｏ）が含まれる。混酸は、例えば浸漬式基板処理装置であれば薬液槽（図３の符号１２参照）内に準備され、また例えば枚葉式の基板処理装置であればエッチング処理部（図４の符号２２参照）に連結された薬液タンク（図４の符号２４参照）内に準備される。本実施形態において、エッチング開始前の混酸は例えば第一の液体に対応する。
次に、混酸を加熱して所定温度以上に保持する（ステップＳ２）。これは、処理対象が難溶性の金属膜であるために必要になる。本実施形態では、タングステン膜を処理対象とするため、８０°以上の温度を保持する。
次いで、８０℃以上に加熱された混酸を処理対象の金属膜に供給し、これにより、金属膜のエッチングを行う（ステップＳ３）。混酸中では酸化剤が金属酸化物を生成し、該金属酸化物を錯化剤のリン酸が錯イオン化して混酸中に溶解させる。
混酸成分はエッチングの進行に伴って変化する。より具体的には、エッチングの進行に伴って混酸中の純水の含有割合が低下する。その結果、エッチングレートが漸次に低下する。これは、エッチング中における混酸が高温のため純水が他の混酸成分に比べて早期に揮発する他、金属酸化物の錯体化の反応に純水も寄与しているためと考えられる。
従って、エッチング開始時と同一組成の混酸をエッチング処理の途中で添加しても、混酸中の純水の含有割合はわずかしか回復しないので、エッチングレートはあまり改善されない。
そこで、エッチング処理の途中、すなわち、酸化剤、錯化剤および緩衝材の追加前または交換前に、純水を混酸に添加する（ステップＳ４）。添加する物質としては純水に限ることなく、混酸と同様の組成物を含有するが純水の割合がエッチング開始時に用いた混酸における純水の割合よりも大きいものを用いてもよいし、エッチング開始時の混酸と異なる組成物を含有するが純水の割合がエッチング開始時に用いた混酸における純水の割合より大きい混酸を用いてもよい。このステップ４で添加する物質は、本実施形態において、例えば第二の液体に対応する。また、本実施形態において、エッチング開始時に用いた混酸における純水の割合は、例えば第一の含有割合に対応し、添加する物質における純水の割合は、例えば第二の含有割合に対応する。
添加のタイミングとしては、同一の処理対象のエッチング処理中でもよいし、処理対象を別のものに交換したときでもよい。添加する純水の量としては、エッチング開始時の混酸の量や処理対象の金属膜のサイズ・膜厚等を考慮してエッチングレートの改善に好適な量を設定する。
図２は、本実施形態の製造方法によるエッチングレートの時間推移の一例を示すグラフである。図２に示すように、エッチング時間の推移と共にエッチングレートが徐々に低減するが、純水を添加する度にエッチングレートが増加し（図中の符号Ｃ参照）、安定的なエッチングが可能になることが分かる。エッチングレートの減少をモニタリングし、エッチングレートが所定値以下となった時点で純水を添加するようにしてもよいし、エッチング開始からあらかじめ決められた時間が経過した時点で純水を添加するようにしてもよい。
以上述べた少なくとも一つの実施形態の基板処理方法によれば、エッチング処理中に混酸に純水を添加するので、金属膜のエッチングレートを安定化させることができる。これにより、金属膜のエッチングを制御性良くかつ安定的に行うことができる。
次に、上述した基板処理方法の実施に好適なエッチング装置について、実施形態１および２による基板処理装置として図３および図４を参照して説明する。
図３に示すエッチング装置１０は、浸漬式基板処理装置の一例であり、薬液槽１２と薬液タンク１４と、薬液槽１２および薬液タンク１４間に設けられた薬液添加ライン１６とを含む。薬液タンク１４は、薬液添加ライン１６により薬液槽１２に連結される。
薬液槽１２は、図示しない加熱循環機構に連結され、例えば８０°以上の高温に保持された混酸１が薬液槽１２に供給され、薬液槽１２内に溜められる。混酸１内には処理対象の金属膜ＭＦが形成されたウェーハＷが浸漬されてエッチング処理がなされる。本実施形態において、エッチング開始時の混酸１は例えば第一の液体に対応し、薬液槽１２は例えば第一の容器に対応する。
薬液タンク１４には、純水２が溜められ、エッチング処理中に所定のタイミングで所定量の純水２が薬液添加ライン１６を介して薬液槽１２に添加されて混酸１に混合される。本実施形態において、薬液タンク１４は例えば第二の容器に対応し、純水２は例えば第二の液体に対応し、また、薬液添加ライン１６は例えば液体供給路に対応する。
図３に示すエッチング装置１０によれば、エッチング処理中に薬液タンク１４中の純水が薬液槽１２中の混酸１に添加され混合されるので、金属膜ＭＦのエッチングレートを安定化させることができる。これにより、金属膜ＭＦのエッチングを制御性良くかつ安定的に行うことができる。
図４に示すエッチング装置２０は、枚葉式基板処理装置の一例であり、エッチング処理部２２と、薬液タンク２４，２６と、薬液添加ライン１８，２８と、を含む。薬液添加ライン２８は、薬液タンク２４と薬液タンク２６との間に設けられ、薬液タンク２６は薬液添加ライン２８により薬液タンク２４に連結される。薬液添加ライン１８は、エッチング処理部２２と薬液タンク２４との間に設けられ、薬液タンク２４は薬液添加ライン１８によりエッチング処理部２２に連結される。
エッチング処理部２２には、保持台２２ａとノズル２２ｂとが設けられている。保持台２２ａは、処理対象の金属膜ＭＦが形成されたウェーハＷを保持する。ノズル２２ｂは、薬液添加ライン１８を介して薬液タンク２４からの混酸１をウェーハＷに吐出する吐出口を有する。
薬液タンク２４は、図示しない加熱循環機構に連結され、所定の温度、例えば８０°以上の高温に保持された混酸１が薬液タンク２４に供給されて溜められる。薬液タンク２６には純水２が溜められる。エッチング処理中に所定のタイミング、例えば処理対象のウェーハＷを交換した際に薬液タンク２６から所定量の純水２が薬液添加ライン２８を介して薬液タンク２４に添加される。
本実施形態において、エッチング開始時の混酸１は例えば第一の液体に対応し、薬液タンク２４は例えば第一の容器に対応する。また、本実施形態において、純水２は例えば第二の液体に対応し、薬液タンク２６は例えば第二の容器に対応し、薬液添加ライン２８は例えば液体供給路に対応する。
図４に示すエッチング装置２０によれば、薬液タンク２６中の純水が薬液タンク２４中の混酸１に所定のタイミングで所定量添加され混合されるので、純水の量が増加した混酸がノズル２２ｂからウェーハＷへ吐出される。これにより、ウェーハＷ上の金属膜ＭＦのエッチングレートを安定化させることができる。これにより、金属膜ＭＦのエッチングを制御性良くかつ安定的に行うことができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１…混酸、２…純水、１２…薬液槽、１４，２４，２６…薬液タンク、ＭＦ…金属膜、Ｗ…ウェーハ。
Claims (5)
- 酸化剤、錯化剤、および水（Ｈ２Ｏ）を含む第一の液体に、基板上に設けられた金属膜を接触させて前記金属膜をエッチングする工程と、
前記エッチングを開始した後、水（Ｈ２Ｏ）を第一の含有割合で含む前記第一の液体に、水（Ｈ２Ｏ）を前記第一の含有割合よりも大きい第二の含有割合で含む第二の液体を混合する工程と、
前記第一の液体と前記第二の液体が混合された液体に、前記基板上に設けられた金属膜または前記基板と異なる基板上に設けられた金属膜を接触させて金属膜をエッチングする工程と、
を備える基板処理方法。 - 前記第一の液体によりエッチングされる金属膜と、前記第一の液体と前記第二の液体が混合された液体によりエッチングされる金属膜とは、同一の基板に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
- 前記第一の液体によりエッチングされる金属膜はタングステンを含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
- 前記第二の液体は純水であること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の基板処理方法。
- 基板上に形成された金属膜をエッチングするための、酸化剤、錯化剤、および水（Ｈ２Ｏ）を含む第一の液体が溜められる第一の容器と、
前記第一の液体中の水（Ｈ２Ｏ）の含有割合よりも高い含有割合で水を含む第二の液体が溜められる第二の容器と、
前記第二の容器中の前記第二の液体を前記第一容器中の前記第一の液体に混合するための、前記第一および前記第二の容器間に設けられた液体供給路と、
を備えた基板処理装置。
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