JP3537302B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3537302B2 JP34863397A JP34863397A JP3537302B2 JP 3537302 B2 JP3537302 B2 JP 3537302B2 JP 34863397 A JP34863397 A JP 34863397A JP 34863397 A JP34863397 A JP 34863397A JP 3537302 B2 JP3537302 B2 JP 3537302B2
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佳明 竹内
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエットエッチン
グ技術、特に、エッチング液の温度調整技術に関し、例
えば、半導体装置の製造工程において、シリコンウエハ
に形成されたシリコンナイトライド(Si3 4 )膜を
除去する熱燐酸溶液(以下、熱燐酸液という。)による
ウエットエッチング技術に利用して有効な技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
の主面に形成されたシリコンナイトライド膜を除去する
ウエットエッチング装置として、エッチング液としての
熱燐酸液を貯留する処理層を備えており、シリコンナイ
トライド膜を形成されているウエハが処理治具に複数枚
保持された状態で、処理層に貯留された熱燐酸液中に浸
漬されることにより、シリコンナイトライド膜がエッチ
ング処理されるように構成されているものがある。
【0003】熱燐酸液によるウエットエッチング装置に
おいては、熱燐酸液の温度が一定に維持されていない
と、エッチングレートが安定しないという特性があるた
め、熱燐酸液中の温度は一定に保つことが望まれる。そ
のため、従来は、熱燐酸液が一定温度以上の時に一定量
の純水を供給し続けたり、一定時間毎に一定量の純水を
供給することにより、熱燐酸液の温度を一定に維持する
方法が採用されている。
【0004】なお、熱燐酸液よるウエットエッチング装
置を述べてある例としては、特開平8−41658号公
報がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記した熱燐酸液によ
るウエットエッチング装置においては、熱燐酸液の交換
時や保守点検後の運転再開時に、熱燐酸液を最適温度範
囲に上昇させるのに時間がかかり、また、100℃以上
に昇温した後に水分が熱燐酸液中に滴下すると、沸騰が
発生するという問題点があることが、本発明者によって
明らかにされた。
【0006】本発明の目的は、エッチング液の昇温時間
を短縮することができるとともに、蒸気が結露した水滴
が処理槽内に落下して沸騰するのを防止し、エッチング
液の濃度の変動を抑制することができる半導体装置の製
方法を提供することにある。
【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。
【0009】すなわち、処理槽に貯留されて加熱された
エッチング液に半導体ウエハが浸漬されてエッチングさ
れる半導体装置の製造方法であって、前記処理槽内の前
記エッチング液の温度を測定して所定の温度を超えた場
合に、希釈液を前記エッチング液の循環路を介して混合
させる半導体装置の製造方法において、前記エッチング
液の加熱初期には前記処理槽の上面開口を開放して、前
記エッチング液から蒸発した蒸気が結露した水滴が前記
処理槽内へ混入することを防止し、前記処理槽の上面開
口部が前記エッチング液の加熱開始時から予め設定され
た時間後、または前記エッチング液に前記希釈液が補給
される以前に閉じられることを特徴とする。
【0010】前記した手段によれば、エッチング液から
蒸発した希釈液を逃散させることができるため、露点現
象による液滴がエッチング液の中に滴下するのを防止す
ることができる。液滴がエッチング液の中に滴下するの
を防止することにより、エッチング液によって液滴が加
熱されて沸騰する現象を回避することができる。また、
液滴が熱燐酸液の中に滴下するのを防止することによ
り、エッチング液が液滴によって冷却されるのを回避す
ることができるため、エッチング液の昇温時間を早める
ことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態である
ウエットエッチング装置を示す回路図である。図2は本
発明の一実施形態であるウエットエッチング方法を示す
時系列フローチャートである。図3以降はその作用を説
明するための各説明図である。
【0012】本実施形態において、本発明に係るウエッ
トエッチング装置は、シリコンウエハ(以下、ウエハと
いう。)の主面に形成されたシリコンナイトライド膜を
熱燐酸液により除去するウエットエッチング装置として
構成されており、処理槽1を備えている。処理槽1は内
槽2と外槽3とから構成されている。内槽2は上面が開
口した箱形状に形成されており、内槽2の底壁には廃液
路4が接続されている。外槽3は内槽2の外周面に固着
されている環状の底壁と、底壁の外周端から上方に延出
され内槽2の外周面と同心状に内槽2を取り囲むように
形成されている側壁とから形成されており、底壁には循
環路5の排出側端部5aが接続されている。
【0013】循環路5の供給側端部5bは内槽2内の底
部に挿入されており、循環路5の途中には外槽3の排出
側端部5aから供給側端部5bに向かって、循環ポンプ
7、濾過フィルタ8およびラインヒータ9が順次介設さ
れている。濾過フィルタ8は熱燐酸液を濾過して一定の
清浄度に制御するように構成されており、濾過フィルタ
8のエア抜き路8aにはエア抜き弁8bが介設されてい
る。ラインヒータ9は熱燐酸液を加熱して所定の温度
(155℃以上の所定温度、例えば175℃)に制御す
るように構成されており、循環路5のラインヒータ9の
下流側には空焚き検知センサ9aが介設されている。
【0014】循環路5における循環ポンプ7の上流側に
は第1分岐路5cが分岐されて廃液路4に接続されてお
り、第1分岐路5cには第1廃液開閉弁6Aが介設され
ている。循環路5におけるラインヒータ9の下流側には
第2分岐路5dが分岐されて廃液路4に接続されており
(図示省略)、第2分岐路5dには第2廃液開閉弁6B
が介設されている。
【0015】処理槽1内にはエッチング液としての熱燐
酸液(H3 PO4 +H2 O)が貯留されている。熱燐酸
液は循環ポンプ7により、濾過フィルタ8を通り、ライ
ンヒータ9を通過しながら、清浄で高温に調整され、内
槽2内に供給される。内槽2内に熱燐酸液10が一杯に
なると、内槽2内の熱燐酸液10はオーバーフローして
内槽2から外槽3に流れ出る。このオーバーフローによ
り、内槽2内の熱燐酸液10は一定レベルの清浄度と温
度に保たれる。
【0016】外槽3の上面開口には溶媒(希釈液)とし
ての純水19を供給するための純水供給ノズル11が臨
んでおり、純水供給ノズル11は純水供給路12によっ
て純水供給源13に接続されており、純水供給路12の
途中には純水供給源13から純水供給ノズル11に向か
って、純水供給制御弁14、流量制御弁15および点滴
装置16が介設されている。純水供給源13には給水タ
ンク17が開閉弁18を介して接続されている。
【0017】内槽2の上面開口には燐酸液を供給するた
めの薬液供給ノズル20が臨まされるようになってお
り、薬液供給ノズル20が接続された薬液供給路21に
は開閉弁22が介設されている。また、内槽2の上面開
口には液面オーバー検知センサ23、薬液定量検知セン
サ24および液面定量兼用空焚き検査センサ25が臨ま
されるようになっている。さらに、内槽2の上面開口に
は第1温度計26、第2温度計27および第3温度計2
8がそれぞれ臨まされるようになっている。第1温度計
26は熱燐酸液10の温度を測定してモニタリングする
ように構成されている。第2温度計27は熱燐酸液10
の温度を測定して過度の昇温を防止するように構成され
ている。第3温度計28は熱燐酸液10の温度を測定し
て、純水供給路12の純水供給制御弁14を制御するこ
とにより純水の供給を制御するようになっている。
【0018】処理槽1の上面にはシャッタ29が上面開
口を被覆するように被せられており、シャッタ29は開
閉装置30によって開閉操作されるように構成されてい
る。開閉装置30はタイマ31の制御によってシャッタ
29を開閉操作するように構成されている。図示は便宜
上省略するが、シャッタ29の上方には換気扇が設備さ
れており、処理槽1から蒸発する蒸気を排気するように
なっている。
【0019】以下、前記構成に係るウエットエッチング
装置が使用される本発明の一実施形態であるウエットエ
ッチング方法を説明する。
【0020】熱燐酸液の交換後や保守点検後等のウエッ
トエッチング装置の運転再開に際しては、図2(a)に
示されているように、循環ポンプ7が運転され、続い
て、図2(b)に示されているように、ラインヒータ9
がヒートアップされる。ラインヒータ9がヒートアップ
されるときに、図2(c)に示されているように、シャ
ッタ29はタイマ31の制御による開閉装置30によっ
て開かれ、図2(d)に示されているように、タイマ3
1が規定する時間だけ開いた状態を維持される。すなわ
ち、図3に示されているように、ウエットエッチング装
置の運転再開時の初期においては、シャッタ29は開放
されている。
【0021】ここで、タイマ31の設定時間は後述する
作用を考慮して、過去の実績データの解析や実験および
コンピュータによる模擬試験等の経験的手法により最適
値が求められる。
【0022】図2(e)に示されている第1温度計26
の測定温度変化グラフの通り、ラインヒータ9によって
加熱された熱燐酸液10の温度は上昇して行く。このと
き、図2(f)に示されている第3温度計28の測定温
度も追従するように上昇して行く。第3温度計28の測
定温度が図2(f)に示されている設定値28aに達す
ると、第3温度計28から開き信号が純水供給制御弁1
4に送信され、純水供給制御弁14が図2(g)に示さ
れているように開かれる。
【0023】純水供給制御弁14が開かれると、純水供
給源13から溶媒(希釈液)としての純水19が純水供
給ノズル11より外槽3内に点滴装置16を介して供給
される。外槽3内に供給された純水19は外槽3の熱燐
酸液10に混合し循環ポンプ7によって循環路5を経由
して内槽2内に供給される。内槽2内の熱燐酸液10に
純水19が供給されると、図2(e)および(f)に示
されているように、第1温度計26および第3温度計2
8の測定温度が低下する。図2(f)に示されているよ
うに、第3温度計28の測定温度が設定値28aに達す
ると、第3温度計28から閉じ信号が純水供給制御弁1
4に送信され、純水供給制御弁14が図2(g)に示さ
れているように閉じられる。
【0024】以降、前記制御が繰り返されることによ
り、熱燐酸液10の温度が予め設定された温度に調整さ
れる。
【0025】そして、熱燐酸液10の温度が安定した後
に、シリコンナイトライド膜(図示せず)が主面に形成
された複数枚のウエハ32が処理治具33に保持された
状態で、内槽2内の熱燐酸液10中に図1に想像線で示
されているように浸漬される。この際、熱燐酸液10の
温度は所定の温度(例えば、175℃)に調整されてい
るため、シリコンナイトライド膜に対する熱燐酸液10
によるエッチング処理は、所定のエッチングレートをも
ってきわめて効率的に実施される。
【0026】この際、高温度になっている熱燐酸液10
中の水分は蒸発するため、熱燐酸液10の濃度は次第に
高くなってしまい、ウエハ32のシリコンナイトライド
膜に対する熱燐酸液10のエッチングレートが設定値か
ら離反し、処理精度が低下してしまう。そこで、前述し
たように、熱燐酸液10の温度に対応して純水19が熱
燐酸液10の中に補給されると、熱燐酸液10の濃度を
一定に維持することができるため、予め設定されたエッ
チングレートによってウエハ32のシリコンナイトライ
ド膜をエッチングすることができる。
【0027】ところで、図4に示されているように、ウ
エットエッチング装置の運転再開時からシャッタ29が
閉じられていると、熱燐酸液10から蒸発した水分がシ
ャッタ29の下面に接触し露点現象によって水滴34に
なり、この水滴34が内槽2の熱燐酸液10の中に滴下
する。内槽2の熱燐酸液10の中に滴下した水滴34は
100℃以上に加熱されることによって沸騰するため、
熱燐酸液10に攪乱等が起こりエッチング状況が不適性
になり、沸騰によって危険性も高まる。
【0028】また、水滴34が熱燐酸液10の中に滴下
すると、熱燐酸液10が水滴34によって相対的に冷却
される状態になるため、熱燐酸液10の温度上昇が図5
に破線曲線35で示されている比較例の場合のように緩
やかになってしまう。したがって、純水補給開始温度3
6に達する迄の時間が長くなるため、熱燐酸液10の温
度が安定に制御される迄の時間が長くなり、実際の運転
再開期間が長くなってしまう。すなわち、ウエットエッ
チング装置の休止期間が長くなり、稼働効率ひいては生
産性が低下してしまうことになる。
【0029】さらに、水滴34が熱燐酸液10の中に滴
下すると、熱燐酸液10の濃度が水滴34によって不規
則に希釈される状態になるため、図6に破線曲線37に
よって示されている比較例の場合のように、熱燐酸液1
0の濃度上昇が緩やかになってしまうとともに、最適濃
度範囲38に達する迄の期間が長くなってしまう。した
がって、熱燐酸液10の濃度が安定期に達するまでの時
間が長くなり、実際の運転再開期間が長期になってしま
う。すなわち、ウエットエッチング装置の休止期間が長
くなり、稼働効率ひいては生産性が低下してしまうこと
になる。
【0030】これに対して、本実施形態においては、図
3に示されているように、ウエットエッチング装置の運
転再開時からタイマ31に設定された時間だけシャッタ
29が開放されているため、熱燐酸液10から蒸発した
水分はシャッタ29の下面に接触することなく逃散する
ことになる。必然的に、露点現象によって水滴が内槽2
の熱燐酸液10の中に滴下することはなく、内槽2の熱
燐酸液10の中に滴下した水滴が100℃以上に加熱さ
れて沸騰することよるエッチング処理が不適性になるこ
ともない。
【0031】また、水滴が熱燐酸液10の中に滴下しな
いため、熱燐酸液10が水滴によって冷却されることが
なく、熱燐酸液10の温度上昇は図5に本実施形態の場
合の実線曲線39で示されているように立ち上がりが早
くなる。したがって、純水補給開始温度36に達する迄
の時間が早くなるため、熱燐酸液10の温度が安定に制
御される迄の時間が短くなり、実際の運転再開期間が短
縮されることになる。すなわち、ウエットエッチング装
置の休止期間が短くなり、稼働効率ひいては生産性が高
くなる。
【0032】さらに、水滴が熱燐酸液10の中に滴下し
ないため、熱燐酸液10の濃度が水滴によって不規則に
希釈されることがなく、熱燐酸液10の濃度が図6に本
実施形態の場合の実線曲線40によって示されているよ
うに早く立ち上がり、最適濃度範囲38に達する迄の期
間が短くなる。したがって、熱燐酸液10の濃度が安定
期に達するまでの時間が短くなり、実際の運転再開期間
を短縮することができる。すなわち、ウエットエッチン
グ装置の休止期間が短くなり、稼働効率ひいては生産性
が高くなる。
【0033】前記実施形態によれば次の効果が得られ
る。
【0034】 ウエットエッチング装置の運転再開時
から予め設定された時間だけシャッタを開放させておく
ことにより、熱燐酸液から蒸発した水分を逃散させるこ
とができるため、露点現象による水滴が内槽の熱燐酸液
の中に滴下する現象を未然に回避することができる。
【0035】 水滴が内槽の熱燐酸液の中に滴下する
のを防止することにより、内槽の熱燐酸液の中に滴下し
た水滴が100℃以上に加熱されて沸騰するのを防止す
ることができるため、沸騰によるエッチング処理が不適
性になるのを未然に防止することができる。
【0036】 水滴が熱燐酸液の中に滴下するのを防
止することにより、熱燐酸液が水滴によって冷却される
のを回避することができるため、熱燐酸液が純水補給開
始温度に達する迄の時間を早めることができ、ウエット
エッチング装置の休止期間を短縮することができ、稼働
効率ひいては生産性を高めることができる。
【0037】 水滴が熱燐酸液の中に滴下するのを防
止することにより、熱燐酸液の濃度が水滴によって不規
則に希釈されるのを防止することができるため、熱燐酸
液の濃度が最適濃度範囲に達する迄の期間を短縮するこ
とができ、実際の運転再開期間を短縮することができ
る。
【0038】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0039】例えば、シャッタが閉じるタイミングは、
タイマによって設定するに限らず、図5に示されている
熱燐酸液の温度変化に基づいて閉じるように設定しても
よいし、図6に示されている熱燐酸液の濃度変化に基づ
いて閉じるように設定してもよい。
【0040】熱燐酸液の温度変化に基づいてシャッタを
閉じるように設定する場合には、例えば、純水補充開始
温度またはそれよりも若干低めの温度に設定することが
でき、熱燐酸液の測定温度が当該設定温度に達したとき
にシャッタを自動的に閉じるように構成してもよいし、
手動によって閉じるように構成してもよい。
【0041】熱燐酸液の濃度変化に基づいてシャッタを
閉じるように設定する場合には、例えば、最適濃度範囲
の下限値またはそれよりも若干低めの濃度に設定するこ
とができ、熱燐酸液の測定濃度が当該設定濃度に達した
ときにシャッタを自動的に閉じるように構成してもよい
し、手動によって閉じるように構成してもよい。
【0042】エッチング液としては、熱燐酸液を使用す
るに限らず、弗酸と水、弗酸と硝酸と酢酸と水、塩酸と
硝酸と水等々からなるエッチング液を使用してもよい。
【0043】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
ウエハのシリコンナイトライドのエッチング処理につい
て説明したが、それに限定されるものではなく、液晶パ
ネルやソーラパネルの酸化膜や窒素膜等をエッチング処
理するウエットエッチング装置全般に適用することがで
きる。
【0044】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。
【0045】エッチング液の加熱初期にはシャッタを閉
じておくことにより、エッチング液から蒸発した希釈液
を逃散させることができるため、露点現象による液滴が
エッチング液の中に滴下するのを防止することができ
る。その結果、エッチング液の昇温時間を短縮すること
ができ、沸騰を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるウエットエッチング
装置を示す回路図である。
【図2】本発明の一実施形態であるウエットエッチング
方法を示す時系列フローチャートである。
【図3】(a)、(b)、(c)、(d)は作用を説明
するための各断面図である。
【図4】(a)、(b)、(c)、(d)は同じく比較
例の各断面図である。
【図5】同じく熱燐酸液の温度変化を示すグラフであ
る。
【図6】同じく熱燐酸液の濃度変化を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1…処理槽、2…内槽、3…外槽、4…廃液路、5…循
環路、5a…循環路の排出側端部、5b…循環路の供給
側端部、5c…第1分岐路、5d…第2分岐路、6A…
第1廃液開閉弁、6B…第2廃液開閉弁、7…循環ポン
プ、8…濾過フィルタ、8a…エア抜き路、8b…エア
抜き弁、9…ラインヒータ、9a…空焚き検知センサ、
10…熱燐酸液、11…純水供給ノズル、12…純水供
給路、13…純水供給源、14…純水供給制御弁、15
…流量制御弁、16…点滴装置、17…給水タンク、1
8…開閉弁、19…純水(希釈液)、20…薬液供給ノ
ズル、21…薬液供給路、22…開閉弁、23…液面オ
ーバー検知センサ、24…薬液定量検知センサ、25…
液面定量兼用空焚き検査センサ、26…第1温度計、2
7…第2温度計、28…第3温度計、28a…設定値、
29…シャッタ、30…開閉装置、31…タイマ、32
…ウエハ、33…処理治具、34…水滴、35…破線曲
線(比較例)、36…純水補給開始温度、37…破線曲
線(比較例)、38…最適濃度範囲、39…実線曲線
(本実施形態)、40…実線曲線(本実施形態)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 佳明 東京都青梅市藤橋3丁目3番地2 日立 東京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 岡村 孝宏 東京都青梅市藤橋3丁目3番地2 日立 東京エレクトロニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−41658(JP,A) 特開 平9−181041(JP,A) 特開 平4−152524(JP,A) 特開 平2−98631(JP,A) 特開 平2−96334(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/306,21/3063,21/308 C23F 1/00 - 1/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理槽に貯留されて加熱されたエッチン
    グ液に半導体ウエハが浸漬されてエッチングされる半導
    体装置の製造方法であって、前記処理槽内の前記エッチ
    ング液の温度を測定して所定の温度を超えた場合に、希
    釈液を前記エッチング液の循環路を介して混合させる半
    導体装置の製造方法において、 前記エッチング液の加熱初期には前記処理槽の上面開口
    を開放して、前記エッチング液から蒸発した蒸気が結露
    した水滴が前記処理槽内へ混入することを防止し、 前記処理槽の上面開口部が前記エッチング液の加熱開始
    時から予め設定された時間後、または前記エッチング液
    に前記希釈液が補給される以前に閉じられる ことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記処理槽の上面開口部が、前記エッチ
    ング液の濃度が最適濃度に達する以前に閉じられること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記エッチング液が熱燐酸液であり、前
    記希釈液が純水であることを特徴とする請求項1または
    2に記載の半導体装置の製造方法。
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