JP4302131B2

JP4302131B2 - 半導体装置の製造方法及び、ウエットエッチング処理装置

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Publication number: JP4302131B2
Application number: JP2006260042A
Authority: JP
Inventors: 和盛吉野
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: CN101154581B; US20080073030A1; JP2008084903A; CN101154581A

Description

本発明は、ウエットエッチング工程を含む半導体装置の製造方法に関する。特に、エッチング溶液中における窒素ガスのバブリング制御方法の改良に関する。

半導体装置の製造工程の中の一工程であるウエットエッチング工程は、中間絶縁膜の開孔やＰＶ膜の開孔等に用いられる。このようなウエットエッチング工程においては、薬液（エッチング溶液）の主成分であるフッ化アンモニュウムが結晶析出し易く、また、その析出物が、薬液に浮遊することで浸漬中のウエハ表面の被エッチング膜に付着しエッチングの進行を阻害することがある。図１に、フッ化アンモニュウムの結晶析出物１６がウエハ１０の表面の被エッチング膜１２に付着した様子を示す。なお、図１において、符号１４はレジスト層を示す。

特開平７−５８０７８号公報においては、ウエットエッチング工程で薬液に窒素ガスを供給する所謂「バブリング」を行うことにより、上記問題を解消している。特開平７−５８０７８号公報に開示されたウエットエッチング装置は、図２に示すように、１つのチッソ用配管２６から窒素ガスがエッチング液２０内に供給される。また、窒素ガスを供給する窒素ガス供給源２２には、タイマーが備えられ、一定の時間間隔で窒素バブリングを行なうことが可能となっている。

図２に示すウエットエッチング装置は、エッチング液２０を貯留するエッチング薬液槽１８と、窒素ガス用配管２６の途中に設けられたフィルタ２５と、窒素ガスの流量を測定する流量計２４と、電磁バルブ２３とを備えている。エッチング薬液槽１８内では、複数の半導体ウエハ１９が一度に処理されるようになっている。また、エッチング薬液槽１８の底部付近には、窒素ガスを細かな気泡状にするバブラー２１が設けられている。

特開平７−５８０７８号公報

特開２００４−１９８２４３号公報には、ウエットエッチングプロセスを含む３軸加速度センサの製造工程が示されている。このような３軸加速度センサの製造工程に特開平７−５８０７８号公報に開示されたウエットエッチング技術を適用することができる。

特開２００４−１９８２４３号公報

しかしながら、特許文献１（特開平７−５８０７８号公報）に開示された発明では、窒素バブリングを行わない時（エッチング処理自体が停止している時又は、窒素ガスの供給を停止している時）には、電磁弁（１９）によって窒素の供給が完全に遮断されるため、窒素供給用の配管（１６）の先端にエッチング液が進入してしまう。その結果、窒素供給用配管（１６）内に結晶析出が起こり、窒素バブリングの本来の機能（効果）が十分に発揮されなくなってしまう。

他方、ウエットエッチング工程中、窒素ガスバブリングを継続的（連続的）に行うと、図３に示すように、サイドエッチング（アンダーカット）３８の量が増大し、レジスト３４の庇状箇所４０が折れやすくなる。レジスト３４が折れてしまうと、エッチング溶液に浮遊し、半導体ウエハの被エッチング膜に付着するという問題が生じる。また、アンダーカットの増大は、製品の寸法精度を低下させ、規格値から外れてしまう場合がある。なお、図３において、符号３０はシリコン基板、３２は被エッチング層を示す。

被エッチング層の厚いＭＥＭＳ製品などの場合には、エッチング溶液への浸漬時間が長くなり、アンダーカットの増大という問題が顕著となる。

本発明は、上記のような状況に鑑みて成されたものであり、エッチング溶液の結晶析出物の発生を効果的に抑制可能なウエットエッチング装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、エッチング液の結晶析出物の発生を効果的に抑制することにより、品質の高い半導体装置の製造が可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、レジストのアンダーカットを抑制すると同時に、エッチング液の結晶析出物の発生を効果的に抑制することにより、品質の高い半導体装置の製造が可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ウエットエッチング処理装置は、ウエットエッチング用のフッ化アンモニウムを含むエッチング溶液を貯留し、その中で半導体ウエハに対してウエットエッチング処理を行うエッチング薬液槽と；ウエットエッチング中に、前記エッチング薬液槽内に供給される窒素ガス（Ｎ２）を供給する窒素ガス供給部と；前記ウエットエッチング中に、前記窒素ガス供給部から供給される前記窒素ガス（Ｎ２）を前記エッチング薬液槽内に送り込むとともに、前記ウエットエッチングを行わない待機時にも、前記窒素ガスを前記エッチング薬液槽内に送り続ける流量調整部と；ウエットエッチング中に、前記窒素ガス供給部から供給される前記窒素ガス（Ｎ２）を前記エッチング薬液槽内で気泡状にするバブリング部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、半導体ウエハをフッ化アンモニウムを含むエッチング溶液に浸してウエットエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法において、ウエットエッチング中に、窒素ガス（Ｎ２）を前記エッチング溶液内に供給してバブリングを行うとともに、ウエットエッチングを行わない待機時にも、前記窒素ガスを前記エッチング溶液内に供給し続けることを特徴とする。

エッチング処理を行わない待機中においても窒素ガスを継続的にエッチング薬液槽に供給することにより、窒素供給用の配管の先端にエッチング液が進入することがなく、その結果、窒素供給用配管内における結晶析出の発生を防止することが可能となる。

また、エッチング溶液中への窒素ガスの供給（バブリング）を複数回に分けて間欠的に行うことにより、被エッチング層のアンダーカットを減少させることができる。その結果、レジストの折れを抑制することが可能となる。

以下、発明を実施するための最良の形態について、図４〜図７を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の実施例に係るウエットエッチング装置の概略構成を示す説明図である。本実施例に係るウエットエッチング装置は、エッチング溶液１１８を貯留し、処理対象となる複数の半導体ウエハ１１９に対してウエットエッチング処理を行うエッチング溶液槽１１８を備えている。エッチング溶液（エッチャント）１２０としては、フッ酸、フッ化アンモニュウム、及び酢酸の混合薬液を使用することができる。ウエットエッチングは、メタル配線工程以降の中間絶縁膜、窒化膜、酸化膜のエッチングに採用することができる。

エッチング溶液槽１１８の底部付近で、半導体ウエハ１１９の下方には、窒素ガスを細かな気泡にするバブラー１２１が配置されている。

本実施例に係るウエットエッチング装置は、また、バブリング用の窒素ガスを供給する窒素ガス供給源１２２と、窒素ガス供給源１２２に連結され、バブラー１２１まで当該窒素ガスを導く第１の配管１２６ａとを備えている。

第１の配管１２６ａの途中には、電磁バルブ１２３，流量計１２４ａ、フィルタ１２５ａが備えられている。電磁バルブ１２３は、制御部１２９の制御により第１の配管１２６ａへの窒素ガスの供給を開閉（ＯＮ，ＯＦＦ）制御する。流量計１２４ａは、第１の配管１２６ａに流れる窒素ガスの流量を計測する。流量計１２４ａの計測値を制御部１２９に供給することにより、第１の配管１２６ａに流れる窒素ガスの流量を精密に制御することが可能となる。フィルタ１２５ａは、第１の配管１２６ａに流れる窒素ガスに含まれる異物を除去するものであり、エッチング溶液槽１１８の直前に設けられる。

本実施例に係るウエットエッチング装置は、更に、第１の配管１２６ａと並列にバイパス接続された第２の配管１２６ｂを備えている。第２の配管１２６ｂの入力端は、窒素ガス供給源１２２と電磁バルブ１２３との間に連結されている。また、第２の配管１２６ｂの出力端は、フィルタ１２５ａとバブラー１２１との間に連結されている。

第２の配管１２６ｂの途中には、流量計１２４ｂ、フィルタ１２５ｂが連結されている。流量計１２４ｂは第２の配管１２６ｂに流れる窒素ガスの流量を計測する。流量計１２４ｂの計測値を制御部１２９に供給することにより、第２の配管１２６ｂに流れる窒素ガスの流量を精密に制御することが可能となる。フィルタ１２５ｂは、第２の配管１２６ｂに流れる窒素ガスに含まれる異物を除去するものであり、エッチング溶液槽１１８の直前に設けられる。

第１の配管１２６ａを流れる窒素ガスの流量は、第２の配管１２６ｂを流れる窒素ガスの流量よりも多くなる設定とする。例えば、バブリングを行うための窒素ガスを導く第１の配管１２６ａには、１５０ｍｌ／ｍｉｎの窒素ガスを流す。一方、第２の配管１２６ｂには、１０ｍｌ／ｍｉｎの窒素ガスを流す。好ましくは、第２の配管１２６ｂに流れる窒素ガスの流量は、第１の配管１２６ａを流れる窒素ガスの流量の１０％以下とする。

第２の配管１２６は、バブリング用のガスを導くものではなく、バブラー１２１に連結される配管の端部にエッチング溶液が進入しないようにするために、配管内部を陽圧にするものであり、多量のガスを導く必要はない。第２の配管１２６ａの内部を陽圧にするには、エッチング溶液槽１１８の容積などを考慮して、導く窒素ガスの流量を決定する。

本実施例において、ウエットエッチング中には、窒素ガス供給源１２２から供給される窒素ガス（Ｎ２）が第１の配管１２６ａを通ってエッチング薬液槽１１８に送り込まれる。また、第２の配管１２６ｂからも少量のガスが供給される。

第１の配管１２６ａを介した窒素ガスの供給は、間欠的に行う。ここで、第１の配管１２６ａを介した窒素ガス供給の時間は、半導体ウエハ１１９をエッチング薬液槽１１８内のエッチング溶液１２０に浸している時間の半分以下であることが好ましい。更に好ましくは、第１の配管１２６ａを介した窒素ガス供給の時間は、半導体ウエハ１１９をエッチング薬液槽１１８内のエッチング溶液１２０に浸している時間の１〜３％とする。

例えば、半導体ウエハ１１９をエッチング薬液槽１１８内のエッチング溶液１２０に３０分間浸してウエットエッチングする場合には、５分間隔で５〜１０秒間のバブリングを行う。

ウエットエッチングを行わない待機時には、電磁バルブ１２３は閉じられ、第１の配管１２６ａには窒素ガスは供給されない。他方、第２の配管１２６ｂには引き続き少量（１０ｍｌ／ｍｉｎ）の窒素ガスが継続的に供給される。

次に、本発明のウエットエッチング方法が適用される半導体装置（ＭＥＭＳ構造の３軸加速度センサ）の製造工程について、図５〜図７を参照して簡単に説明する。ＳＯＩウエハ表面（活性層）側に所定の処理を行った後、当該表面にレジスト保護コーティングを施す。これは、ウエハの裏面側を加工する際、表面側が搬送系に接触し傷ついてしまうのを防ぐためである。

その後、半導体ウエハを表裏反転させ、ＳＯＩウエハの裏面に形成されたバランス酸化膜（１４４）を利用し、後工程であるＧａｐ−Ｓｉエッチングでマスクとして用いるＧａｐパターンをホトリソグラフィック技術によって形成する。次に、ウエハ表面のレジストの傷を修復するために、ウエハ表面に再度レジストコーティングを行う。その後、レジストをインターベーク処理によって乾燥させる。

次いで、図５（Ａ）に示すように、ウエハ裏面にレジスト１４６をパターニングする。ここで、符号１４０は、ＳＯＩの支持基板、１４２はＢＯＸ層、１４４はバランス酸化膜を示す。

次に、図５（Ｂ）に示すように、先に説明した本発明の条件でバランス酸化膜を選択的にウエットエッチングする。エッチング終了後、レジスト１４６を除去（剥離）する。ここで、選択的に残された酸化膜１４４は、後工程の裏面Ｇａｐ−Ｓｉエッチング時のマスクとして用いられる。本発明に係るウエットエッチング方法は、図５（Ｂ）に示すエッチング工程に適用される。

次に、活性層面（表面側）の傷対策の目的で、ウエハ表面（活性層）に再度レジスト保護コーティング（図示せず）を施す。ウエハ裏面側における加速度センサの錘を形成するに先立ち、図６（Ｃ）に示すように、レジスト１５０のパターニングを行う。

次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト１５０をマスクとして、Ｄ−ＲＩＥ装置を用いてシリコン基板（ＳＯＩ支持基板）１４０のエッチングを行う。その後、レジスト１５０を除去（剥離）する。

次に、選択的に残された酸化膜１４４をマスクとして、Ｄ−ＲＩＥ装置により、シリコン基板（ＳＯＩ支持基板）１４０のエッチングを行い、図６（Ｅ）に示すように、酸化膜１４４に対応する領域以外の領域をＧａｐ領域として成形する。その後、酸化膜１４４をウエットエッチングにより除去する。

次に、ウエハ裏面にパイレックス（登録商標）ガラス１５２を貼り付け、センサ自体の強度向上を図る。その後、図７（Ｆ）に示すように、表裏を再度反転させる。

以降は周知の方法により、ウエハ洗浄やビーム形成等の工程を経て、３軸加速度センサが完成する。

本発明は、ＭＥＭＳ以外の半導体装置の製造に適用することも可能である。また、バブリングの条件（インターバル、バブリング時間等）については、使用するエッチング溶液、エッチング薬液槽の容量、同時にエッチングするウエハの数等に応じて、適宜変更することが可能である。

図１は、従来のウエットエッチング方法による問題点を説明するための断面図である。

図２は、従来のウエットエッチング装置の概略構成を示す説明図である。

図３は、従来のウエットエッチング方法による問題点を説明するための断面図である。

図４は、本発明の実施例に係るウエットエッチング装置の概略構成を示す説明図である。

図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施例に係るウエットエッチング工程を含むＭＥＭＳ装置（半導体装置）の製造工程を示す断面図である。

図６（Ｃ），（Ｄ）は、本発明の実施例に係るウエットエッチング工程を含むＭＥＭＳ装置（半導体装置）の製造工程を示す断面図である。

図７（Ｅ），（Ｆ）は、本発明の実施例に係るウエットエッチング工程を含むＭＥＭＳ装置（半導体装置）の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１１８エッチング溶液槽
１１９半導体ウエハ
１２０エッチング溶液
１２１バブラー
１２２窒素ガス供給源
１２３電磁バルブ
１２４ａ，１２４ｂ流量計
１２６ａ第１の配管
１２６ｂ第２の配管
１２９制御部

Claims

ウエットエッチング用のフッ化アンモニウムを含むエッチング溶液を貯留し、その中で半導体ウエハに対してウエットエッチング処理を行うエッチング薬液槽と；
ウエットエッチング中に、前記エッチング薬液槽内に供給される窒素ガス（Ｎ２）を供給する窒素ガス供給部と；
ウエットエッチング中に、前記窒素ガス供給部から供給される前記窒素ガス（Ｎ２）を前記エッチング薬液槽内に送り込むとともに、前記ウエットエッチングを行わない待機時にも、前記窒素ガスを前記エッチング薬液槽内に送り続ける流量調整部と；
ウエットエッチング中に、前記窒素ガス供給部から供給される前記窒素ガス（Ｎ２）を前記エッチング薬液槽内で気泡状にするバブリング部とを備えたことを特徴とするウエットエッチング処理装置。
前記エッチング溶液は、更にフッ酸及び酢酸を含むことを特徴とする請求項１に記載のウエットエッチング処理装置。
前記流量調整部は、ウエットエッチング中に前記窒素ガスを前記エッチング薬液槽内に導く第１の配管と；ウエットエッチング中及び前記待機時に前記窒素ガスを前記エッチング薬液槽内に導く第２の配管とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のウエットエッチング処理装置。
前記第１の配管は、前記第２の配管よりも多くの量の窒素ガスを前記エッチング薬液槽内に導く構成であることを特徴とする請求項３に記載のウエットエッチング処理装置。
前記第２の配管は、前記第１の配管の１０％以下の量の窒素ガスを前記エッチング薬液槽内に導く構成であることを特徴とする請求項４に記載のウエットエッチング処理装置。
前記第１の配管による前記窒素ガスの供給を遮断・開放可能なバルブを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のウエットエッチング処理装置。
前記バルブの開閉により、ウエットエッチング中の前記第１の配管による前記窒素ガスの前記エッチング薬液槽内への供給を、所定のインターバルを持って間欠的に行うことを特徴とする請求項６に記載のウエットエッチング処理装置。
ウエットエッチング中の前記第１の配管による前記窒素ガスの前記エッチング溶液内への供給時間は、前記半導体ウエハを前記エッチング薬液槽内のエッチング溶液に浸している時間の半分以下であることを特徴とする請求項７に記載のウエットエッチング装置。
ウエットエッチング中の前記第１の配管による前記窒素ガスの前記エッチング溶液内への供給時間は、半導体ウエハを前記エッチング薬液槽内のエッチング溶液に浸している時間の１〜３％であることを特徴とする請求項８に記載のウエットエッチング処理装置。
半導体ウエハをフッ化アンモニウムを含むエッチング溶液に浸してウエットエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法において、
ウエットエッチング中に、窒素ガス（Ｎ２）を前記エッチング溶液内に供給して、バブリングするとともに、
ウエットエッチングを行わない待機時にも、前記窒素ガスを前記エッチング溶液内に供給し続けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記エッチング溶液は、更にフッ酸及び酢酸を含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記待機時には、ウエットエッチング中よりも少ない量の窒素ガスを前記エッチング溶液内に供給することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記待機時の窒素ガス供給量は、ウエットエッチング中の窒素ガス供給量の１０％以下であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
ウエットエッチング中の前記窒素ガスの前記エッチング溶液内への供給は、所定のインターバルを持って間欠的に行うことを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
ウエットエッチング中の前記窒素ガスの前記エッチング溶液内への供給時間は、前記半導体ウエハを前記エッチング溶液に浸している時間の半分以下であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
ウエットエッチング中の前記窒素ガスの前記エッチング溶液内への供給時間は、前記半導体ウエハを前記エッチング溶液に浸している時間の１〜３％であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置は、ＭＥＭＳ構造の３軸加速度センサであることを特徴とする請求項請求項１０乃至１６の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。