JP3430611B2 - エッチング装置と濃燐酸溶液の処理方法 - Google Patents

エッチング装置と濃燐酸溶液の処理方法

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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン基板上に膜形成
してある窒化シリコン膜を熱燐酸を用いて溶解除去する
装置とその処理方法に関する。
【０００２】ＩＣやＬＳＩなどの集積回路はシリコン
（以下Si) よりなる半導体基板（以下ウエハ）上に薄膜
形成技術，写真蝕刻技術（フォトリソグラフィ），イオ
ン注入技術などを用いて作られているが、これら集積回
路の大きさは最大のものでも10mm 角程度であり、この
製法として、Siウエハ上にフィールド酸化膜で素子分離
された多数の領域をマトリックス状に形成し、この個々
の領域上に集積回路を一括して形成した後、素子分離領
域で分割することにより形成されている。
【０００３】こゝで、素子分離領域の形成方法として
は、Si基板上に熱酸化法で二酸化シリコン（SiO2）膜を
数百Åの厚さに形成した後、気相成長法（ＣＶＤ法）に
より、この上に窒化シリコン（Si3N4)膜を数千Åの厚さ
に形成し、次に、写真蝕刻技術を用いて素子分離を行な
う位置のSi3N4 膜を除去した後、約1000℃の高温で湿式
酸化を行うことによりSiO2よりなり、厚さが数千Åと厚
いフィールド酸化膜を作り、次に、熱燐酸(H3PO4) を用
いて集積回路形成位置のSi3N4 膜を溶解除去することに
よりフィールド酸化膜で素子間分離された集積回路形成
領域が作られる。本発明に係るエッチング装置はこのSi
3N4 膜を溶解除去するのに使用される装置構成に関する
ものである。
【０００４】
【従来の技術】集積回路の形成に当たってSiウエハ上に
はSiO2よりなる素子間分離領域の間にSi3N4 膜が存在す
るが、このSi3N4 膜のみを選択的に溶解する方法として
熱H3PO 4 が使用されている。
【０００５】すなわち、熱H3PO4 を用いてSi3N4 を分解
した後、H3PO4 は消石灰〔Ca(OH)2〕を用いて反応生成
物を沈澱させて除去する方法が採られている。こゝで、
汚泥状の沈澱物は産業廃棄物として処理されているが、
これらの産業廃棄物をなるべく少なくすることはメーカ
ーの義務であり、そのためにはH3PO4を効率よく使用す
ることが必要である。
【０００６】さて、従来のH3PO4 廃液の処理法は図２に
示すように石英よりなる処理槽１の中に濃H3PO4 （85％
H3PO4)溶液２を入れてヒータ３により約150 ℃に加熱
し、この温度に保持しつゝストロークポンプ４により濃
H3PO4 溶液２を循環しながら、処理槽１の中に図示を省
略したSiウエハを浸漬し、表面に膜形成してあるSi3N4
膜を溶解していた。
【０００７】こゝで、処理槽１にある濃H3PO4 溶液２の
温度は液中に浸漬してある温度センサ５で測定し、温度
調節器６によりヒータ３への電流をＯＮ，ＯＦＦして液
温の調整を行なっていた。
【０００８】然し、濃H3PO4 溶液２を約150 ℃に保持し
ておくと、これに含まれている水分（H2O)が蒸発して濃
度が変化し、これにより処理条件が変化し信頼性を損な
うことから、補給槽８に低濃度のH3PO4 水溶液９を準備
しておき、補給ポンプ10を用いて一定量づつを定期的に
補給することにより濃H3PO4 溶液２の管理を行なってい
た。
【０００９】然し、作業時間が終了し、ヒータ３への通
電を止めて濃H3PO4 溶液２を室温にまで冷却させると、
この過程でも水分（H2O)が蒸発することから、作業の開
始に当って濃H3PO4 溶液２を再び約150 ℃にまで上昇さ
せると、H3PO4 濃度は元の値とは違っており、そのた
め、Siウエハを浸漬しても以前と同様な結果を得ること
ができないと云う問題がある。
【００１０】そこで、従来はヒータ３への通電を止めて
濃H3PO4 溶液２を室温にまで冷却させた場合は濃H3PO4
溶液２を廃棄し、新規な濃H3PO4 溶液２に置き換えて作
業を行なっていた。また、ウエハ処理を行なっていない
時も行なっている時と同様にストロークポンプ４が動作
していたために無駄なエネルギーを消費していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】Siウエハ上に形成して
あるSi3N4 膜を溶解除去する方法として熱H3PO4 溶液が
使用されているが、処理条件を一定に保ち、再現性のな
る結果を得るためには蒸発により失われたH2O を補給し
て濃度を一定に保持する必要がある。
【００１２】こゝで、濃度の測定は常温では容易である
が、約150 ℃のような高温では難しく、また、作業終了
と共に、ヒータによる加熱を止め常温に戻すが、この過
程でもH2O の蒸発が生じているために濃度管理が難し
く、Si3N4 膜のエッチング工程での再現性が低下するこ
とから、H3PO4 溶液の交換時期を待たずに廃棄を行なっ
ていた。そこで、H3PO4 溶液の濃度管理を確立して使用
期間を延伸し、廃液量を減少させることが必要であり、
また、ウエハ処理を行なっていない場合のストロークポ
ンプの扱いも課題である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題は温度センサ
とヒータとフィルタを備え、複数のSiウエハを浸漬可能
な処理槽に濃H3PO4 溶液を入れ、ストロークポンプによ
り循環させる本体系と、処理槽に補給ポンプにより補給
槽よりH3PO4 水溶液を補充する補充系と、本体系のスト
ロークポンプ，補充系の補給ポンプ，温度センサおよび
温度調節器とを制御する制御装置とを少なくとも備えて
なることを特徴としてエッチング装置を使用し、濃H3PO
4 溶液の粘度変化によるストロークポンプのストローク
数の変動を感知し、補充系よりH3PO4 水溶液を処理槽に
供給してSi3N4 膜を均一条件で溶解除去することにより
達成することができる。
【００１４】
【作用】本発明は熱H3PO4 の濃度変化をストロークポン
プのストローク数より検知し、このストローク数を一定
に保持することによりH3PO4 の濃度管理を行なうもので
ある。
【００１５】Si3N4 膜の選択溶解に使用する85％H3PO4
の粘度は20℃では47.3cpと高いものゝ、150 ℃の高温で
は４cpに減少している。こゝで、処理槽へ熱H3PO4 溶液
を循環させるためには、H3PO4 溶液の粘度による抵抗と
Siウエハとの抵抗に打ち勝つための加圧が必要であり、
ストロークポンプで窒素(N2)ガス圧を2.5kg/cm2 程度に
加圧して所定のストローク数で液の循環が行なわれてい
る。
【００１６】発明者はこのような条件で熱H3PO4 溶液を
循環させている場合にH2O が蒸発して粘度が上昇するに
従ってストロークポンプのストローク数が減少すること
から、濃度を一定ち保つには、これに同期して補充系よ
り低濃度のH3PO4 水溶液を処理槽に供給すればよいこと
を見出した。
【００１７】こゝで、H2O の添加により熱H3PO4 溶液の
粘度が低下して所定のストローク数で循環するようにな
るが、Si3N4 との反応によりH3PO4 の有効成分が減るこ
とゝ、濃度調節を緩やかに行なうために従来より10％程
度のH3PO4 水溶液が補充用として用いられている。
【００１８】図１は本発明に係るH3PO4 処理装置の構成
を示すもので、従来構成と異なる所は、制御装置12を新
たに設けてストロークポンプ４のストローク数の変動を
検知し、ストローク数が規定数より減少した場合は補給
ポンプ10を動作させて補給槽８より一定量のH3PO4 水溶
液を供給するようにする。
【００１９】また、処理槽１の濃H3PO4 溶液２の温度管
理は制御装置12を介して温度センサ５と温度調節器６を
回路接続して濃H3PO4 溶液２の温度を設定値に保たし
め、また、作業停止の場合はストロークポンプ４を止
め、また、温度調節器６をＯＦＦ状態とする。また、再
度昇温する場合は所定のストローク数に達するまで補給
ポンプ10を動作させて補給槽８から一定量のH3PO4 水溶
液を供給するようにする。このような方法をとることに
より、処理槽１にある濃H3PO4 溶液２の濃度調節を正確
に行なうことができる。
【００２０】また、このエッチング装置が動作中である
が、ウエハ待ちの場合にはスイッチ11をオンにしてスト
ロークポンプ４が最低限度に稼働するように管理するこ
とにより無駄なエネルギー消費を抑制することができ
る。
【００２１】
【実施例】図１に示すH3PO4 処理装置を用いて６インチ
SiウエハについてSi3N4 膜の除去作用を行なった。
【００２２】こゝで、処理槽１には透明石英よりなり容
量が20リットルのものを用い、また、補給槽８も透明石
英よりなり、容量は500cc で10％H3PO4 水溶液を満たし
てあるものを使用した。そして、処理槽１には85％H3PO
4 溶液を入れ、制御装置12からの信号により温度調節器
６をＯＮにしてヒータ３に通電し、濃H3PO4 溶液を加熱
すると共に温度センサ５で液温を計測し、制御装置12を
通じて温度調節器６を動作することにより液温を150 ℃
に保ち、ストロークポンプ４により50回／分のストロー
クで循環させ、この状態でSiウエハの浸漬と引上げ処理
を連続して行なった。
【００２３】次に、制御装置12にはストロークポンプ４
のストローク数が47回に減少すると補給ポンプ10を動作
させて５ccづつ10％H3PO4 水溶液を供給するように設定
してあるが、この方法により作業を続け、作業時間の終
了と共に、制御装置12からの信号により温度調節器６を
ＯＦＦにして処理槽１の濃H3PO4 溶液を冷却した。却さ
せ、この時点で濃H3PO4 溶液中の有効H3PO4 濃度を分析
し、劣化状態を調べた。
【００２４】次に、作業開始に当たっては先と同様に制
御装置12からの信号により温度調節器６をＯＮにしてヒ
ータ３に通電し、濃H3PO4 溶液を加熱すると共に温度セ
ンサ５で液温を計測し、制御装置12を通じて温度調節器
６を動作することにより液温を150 ℃に保たせ、ストロ
ークポンプ４により所定回数のストローク数が得られな
ければ所定のストローク数まで補給ポンプ10を動作さ
せ、補給槽８より一定量のH3PO4 水溶液を供給させ、先
と同様にSiウエハの浸漬と引上げ処理を連続して行なっ
た。
【００２５】その結果、再現性よく安定してSi3N4 膜の
除去を行なうことができ、また、濃H3PO4 溶液を有効限
度まで使用することから廃液量を減らすことができ、こ
れにより汚泥の発生量を減らすことができた。
【００２６】
【発明の効果】本発明の実施によりSiウエハ上のSi3N4
膜を濃H3PO4 溶液使用して溶解除去する作業を再現性よ
く安定に行なうことができ、これにより濃H3PO4 溶液の
使用量が減り、従って産業廃棄物の発生量を減らすこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るエッチング装置の構成図であ
る。
【図２】 従来のエッチング装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 処理槽 ２ 濃燐酸（H3PO4 ）溶液 ３ ヒータ ４ ストロークポンプ ５ 温度センサ ６ 温度調節器 ８ 補給槽 ９ 燐酸（H3PO4 ）水溶液 10 補給ポンプ 11 スイッチ 12 制御装置 13 フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/306,21/308

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理基板を浸漬可能な処理槽に濃燐酸
    溶液を入れ、ストロークポンプにより循環させる本体系
    と、 前記処理槽に補給ポンプにより補給槽から燐酸水溶液を
    補充する補充系と、 前記本体系のストロークポンプ、前記補充系の前記補給
    ポンプとを制御する制御装置とを備え、前記濃燐酸溶液の粘度変化による前記ストロークポンプ
    のストローク数の変動を感知し、前記補給槽より前記燐
    酸水溶液を処理槽に供給することを 特徴とするエッチン
    グ装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のエッチング装置を動作中
    に被処理基板の供給が停止した場合は、前記制御装置に
    よりストロークポンプを最低稼働条件に保持することを
    特徴とする濃燐酸溶液の処理方法。
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