JP4524457B2 - 半導体装置の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、ウェットエッチング処理によって絶縁膜を除去する半導体装置の製造方法及び装置に関し、特に極薄膜の絶縁膜を除去する際に除電を行なう半導体装置の製造方法及び装置に関する。

従来の酸化膜及び窒化膜からなる絶縁膜を除去する工程において、イオン注入後の洗浄工程や環境要因で電荷が発生する。その後、希フッ酸等の薬液で絶縁膜を除去する際に、近年の微細化に伴い絶縁膜が１０ｎｍ程度まで薄膜化されているため、薬液による除電作用が十分になされる前に絶縁膜が薄くなり、一時的に非常に高い電界強度となる。その結果、絶縁膜の絶縁破壊が発生し、電荷が半導体基板に抜ける際に、基板欠陥を引き起こすという問題が生じていた。

具体例を以下に説明する。フォトレジストをマスクとして選択的に絶縁膜を除去する処理は、Ｄｕａｌゲート絶縁膜の形成に使用されることが多い。半導体基板の上に公知技術で素子分離絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜を半導体基板表面の全面に堆積する。その後、公知の写真製版技術でフォトレジストを形成する。この時の現像処理後の洗浄は比抵抗の高い純水で行なわれるため、絶縁物同士の摩擦により電荷が発生する。そして、フォトレジストをマスクとして選択的にゲート絶縁膜を希フッ酸等の薬品で除去する際に、基板欠陥を引き起こす。

また、蓄積された静電気により金属配線が腐食するのを防止することを目的として、Ａｌ−Ｓｉ金属薄膜の所定領域を残すためにレジストパターンを形成し、その後レジストパターンを除去して水洗する工程と、ウェットエッチング工程及び水洗工程の前に絶縁基板の表面に蓄積された静電気をイオナイザーにより除去する工程を有する薄膜トランジスタの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

更に、ドライエッチング等の処理中に、荷電粒子に起因した電荷のチャージアップが発生した場合に、紫外線照射処理を行ってチャージアップの中和処理を行なう半導体装置の製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２２１３１１号公報 特開平４−１５２５１９号公報

従来の半導体装置の製造方法は以上のように行なわれていたので、フォトレジスト形成後の純水による洗浄で発生した電荷が、ウェットエッチング処理の際に絶縁膜の絶縁破壊が生じた場合に基板を抜けて、基板欠陥を引き起こすという課題があった。

特許文献１の薄膜トランジスタの製造方法は、金属薄膜をエッチングして電極配線を形成する工程に関するものであり、近年この工程は、ウェットエッチング処理からドライエッチング処理に移行している。また、それに対して本発明の課題を有する絶縁膜を除去する工程においては、均一性、選択比、基板へのダメージ等の観点からドライエッチングは困難であり、現在もウェットエッチング処理に変わるものが無い状態である。従って、ウェットエッチング処理の前に除電を行なう方法が求められていた。

特許文献２の半導体装置の製造方法も、ウェットエッチング処理の前に除電を行なう方法ではなく、ドライエッチング等の処理中に荷電粒子に起因したチャージアップが発生した場合に、事後処理として紫外線照射による除電を行なっている。そして、その効果は酸化膜の劣化による真性寿命の低下を抑える程度に留まっている。また、同工程におけるチャージアップ自体についても、最近の処理条件等を含む様々な改善によりその発生を抑えることが可能となっている。

この発明は上記のようなを課題を解決するためになされたもので、ウェットエッチング処理を行なう前に半導体基板を除電する処理を行なう半導体装置の製造方法及び装置を提供することを目的とする。

この発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜のウェットエッチング処理を行なう前に、半導体基板を除電する処理を行なう。具体的には、半導体基板上にゲート絶縁膜を堆積する工程と、半導体基板上にフォトレジストを形成する工程と、半導体基板上のゲート絶縁膜およびフォトレジストを洗浄する工程と、洗浄する工程の後に、半導体基板上に照度が２００ルクス以上の光を照射する工程と、フォトレジストをマスクとして、ゲート絶縁膜をウェットエッチングする工程とを備える。

この発明によれば、希フッ酸等の薬液で絶縁膜を除去するウェットエッチング処理前に、半導体基板表面を除電する処理を追加するようにしたので、ウェットエッチング処理での電界強度上昇を防ぐ事が出来、半導体基板への欠陥を無くし、不良率の低減と信頼性に優れた半導体装置を得られる効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の処理フローを示す図である。図１（ａ）で、半導体基板１の上に公知技術で素子分離絶縁膜２を形成した後、ゲート絶縁膜６を半導体基板１表面の全面に堆積する。続いて、図１（ｂ）に示すように、公知の写真製版技術でフォトレジスト７を形成する。この時に、現像処理後の洗浄は比抵抗の高い純水で行なわれるため、絶縁物同士の摩擦により電荷８が発生する。

その後、図１（ｃ）に示すように、蛍光灯等で半導体基板１表面に光９を照射し、同表面を除電する。図２は、図１中の光９の照度と半導体基板１の不良率の相関グラフである。図２から、不良率を低減するためには、光９の照度は少なくとも２００ルクス以上必要であることが分かる。最後に、図１（ｄ）に示すように、フォトレジスト７をマスクとして選択的にゲート絶縁膜６を希フッ酸等の薬液で除去する。

以上のように、実施の形態１によれば、希フッ酸等の薬液で絶縁膜を除去するウェットエッチング処理の前に、半導体基板表面を除電する処理を追加するようにしたので、エッチング途中の電界強度上昇を防ぐ事が出来、半導体基板１への欠陥を無くし、不良率及び信頼性に優れた半導体装置を得られる効果がある。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を説明する。図３は、実施の形態２に係る光照射処理機構を備えた現像装置の構成図である。実施の形態１の除電（図１（ｃ））を行なう機構を現像装置やウェットエッチング装置に付加すれば、工程数を増やすことなく同様の効果を得ることが出来る。図３において、現像装置は、半導体基板１を保持する真空チャック１０と現像カップ１１、現像ノズルアーム１２、現像ノズル１３、リンスノズル１４、光照射ユニット１５、照度計１６、照度コントロールユニット１７を備えている。なお、光照射ユニット１５と照度計１６、照度コントロールユニット１７以外は従来の現像装置の構成と同等である。

次に、動作について説明する。真空チャック１０で固定した半導体基板１を回転させながら、現像ノズル１３より現像液を吐出する。そして、半導体基板１表面に均一に現像液を塗布してフォトレジストを現像する。その後、リンスノズル１４より半導体基板１表面にリンス液と純水を順次吐出し、現像処理を完了する。その後、光照射ユニット１５より光を照射し、半導体基板１表面の照度を照度計１６で検出し、照度コントロールユニット１７で照度を２００ルクス以上に保持することで除電を行なう。

図４は、実施の形態２に係る光照射処理室を別途設けた構成図である。光照射処理室２１には図３の光照射ユニット１５、照射計１６、照度コントロールユニット１７を備えている。図３では現像処理室内で光照射処理を行なっているが、図４に示すように、現像処理完了後に、半導体基板１を搬送カセット２０に収納する前に、光照射処理室２１で光照射処理を行なうこともできる。

以上のように、実施の形態２によれば、光照射処理機構（光照射ユニット１５、照度計１６、照度コントロールユニット１７）を現像装置に組み込み、或いは光照射処理室２１を設けることで、工程数を増やすことなく実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を説明する。図５は、実施の形態３に係る光照射処理機構を設けたウェットエッチング装置の構成図である。図５において、ウェットエッチング装置は、半導体基板１を収納する搬送カセット２０、薬液２２が満たされた薬液層２３、排水口２４、補助排水口２５、光照射ユニット１５、照度計１６、照度コントロールユニット１７を備えている。なお、光照射ユニット１５、照度計１６、照度コントロールユニット１７以外は従来構成のウェットエッチング装置である。

次に、動作について説明する。先ず、半導体基板１に対して、光照射ユニット１５より光を照射する。半導体基板１表面の照度を照度計１６で検出し、照度コントロールユニット１７で照度を２００ルクス以上に保持することで半導体基板１の除電を行なう。次に、半導体基板１を収納した搬送カセット２０を薬液層２３に入れ、薬液２２に十分に浸漬する。所定の時間に達したら搬送カセット２０を薬液層２３から取り出し、エッチング処理を完了する。この時に、薬液２２が溢れる場合には補助排水口２５から排水する。

図６は、実施の形態３に係る光照射処理室を別途設けた構成図である。図６において、処理待機室２６に配置された半導体基板が搬送カセット２０に収納されて、光照射処理室２１、薬液処理室２７、純水処理室２８、乾燥処理室２９の順に搬送ロボット３０で運ばれる。光照射処理室２１には図５の光照射ユニット１５、照射計１６、照度コントロールユニット１７を備えている。図５ではウェットエッチング装置で光照射処理を行なっているが、図６に示すように、薬液処理室２７へ半導体基板が搬入される前に、光照射処理室２１で光照射処理を行なうこともできる。

以上のように、実施の形態３によれば、光照射処理機構（光照射ユニット１５、照度計１６、照度コントロールユニット１７）をウェットエッチング装置に組み込み、或いは薬液処理室２７の前に光照射処理室２１を設けることで、工程数を増やすことなく実施の形態１と同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の処理フローを示す図である。 図１中の光の照度と半導体基板の不良率の相関グラフである。 この発明の実施の形態２に係る光照射処理機構を備えた現像装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る光照射処理室を別途設けた構成図である。 この発明の実施の形態３に係る光照射処理機構を設けたウェットエッチング装置の構成図である。 この発明の実施の形態３に係る光照射処理室を別途設けた構成図である。

符号の説明

１ 半導体基板、２ 素子分離絶縁膜、６ ゲート絶縁膜、７ フォトレジスト、８ 電荷、９ 光、１０ 真空チャック、１１ 現像カップ、１２ 現像ノズルアーム、１３ 現像ノズル、１４ リンスノズル、１５ 光照射ユニット、１６ 照度計、１７ 照度コントロールユニット、１８ 現像処理室、１９ 搬送アーム、２０ 搬送カセット、２１ 光照射処理室、２２ 薬液、２３ 薬液層、２４ 排水口、２５ 補助排水口、２６ 処理待機室、２７ 薬液処理室、２８ 純水処理室、２９ 乾燥処理室、３０ 搬送ロボット。

Claims (3)

1. 半導体基板上にゲート絶縁膜を堆積する工程と、
   前記半導体基板上にフォトレジストを形成する工程と、
   前記半導体基板上の前記ゲート絶縁膜および前記フォトレジストを洗浄する工程と、
   前記洗浄する工程の後に、前記半導体基板上に照度が２００ルクス以上の光を照射する工程と、
   前記フォトレジストをマスクとして、前記ゲート絶縁膜をウェットエッチングする工程とを備える、半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法に用いられる半導体装置の製造装置であって、
   半導体基板に対して光照射して半導体基板を除電する光照射ユニットと、
   前記光照射の照度を検出する照度計と、
   前記照度計が検出した照度から前記光照射ユニットを制御する照度コントロールユニットとを備えており、
   前記照度コントロールユニットは、前記照度計が検出した前記光照射の照度に基づいて、前記光照射の照度が２００ルクス以上に保持され、
   前記光照射ユニットと前記照度計と前記照度コントロールユニットとが、現像装置またはウェットエッチング装置に組み込まれている、半導体装置の製造装置。
3. 前記光照射ユニットと前記照度計と前記照度コントロールユニットとが、独立した光照射処理室に配置されている、請求項２に記載の半導体装置の製造装置。

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