JP6054856B2 - Method for forming insulating region - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁領域の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming an insulating region.
半導体基板の表面には、様々な半導体素子が形成されると共に、素子同士の間を絶縁するための領域が形成される。絶縁領域を形成する方法として、例えば特許文献1には、シャロー・トレンチ・アイソレーションプロセスが開示されている。シャロー・トレンチ・アイソレーションプロセスでは、表面にトレンチが形成された基板に、絶縁材料を含む組成物が塗布される。次に、絶縁材料の焼成により、基板の表面に絶縁体の層が形成される。次に、研磨及びウェットエッチングにより余分な絶縁体が除去され、トレンチごとに絶縁領域が形成される。 Various semiconductor elements are formed on the surface of the semiconductor substrate, and regions for insulating the elements are formed. As a method for forming an insulating region, for example, Patent Document 1 discloses a shallow trench isolation process. In the shallow trench isolation process, a composition including an insulating material is applied to a substrate having a trench formed on the surface. Next, an insulating layer is formed on the surface of the substrate by baking the insulating material. Next, excess insulator is removed by polishing and wet etching, and an insulating region is formed for each trench.
上記方法では、絶縁領域の高さが形成位置に応じてばらつく場合がある。このばらつきが大きくなると、絶縁領域の高さが部分的に不足するおそれがある。 In the above method, the height of the insulating region may vary depending on the formation position. When this variation becomes large, the height of the insulating region may be partially insufficient.
そこで本発明は、基板の表面の凹部ごとに絶縁領域を形成する際に、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できる方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a method capable of suppressing variations in the height of the insulating region depending on the formation position when the insulating region is formed for each recess on the surface of the substrate.
本発明者等は、絶縁領域の高さが形成位置に応じてばらつく現象について詳細に調査研究を行った結果、凹部の幅に応じて絶縁領域の高さに差異が生じる傾向を見出した。具体的に、幅が狭い凹部内では、幅が広い凹部内に比べ、絶縁領域の高さが低くなる傾向がある。この要因として、凹部の幅が狭くなるのに応じて、焼成時に絶縁材料に生じる応力が大きくなり、エッチング液に対する絶縁体の耐性が低下することが考えられる。 As a result of detailed investigation and research on the phenomenon in which the height of the insulating region varies depending on the formation position, the present inventors have found a tendency that the height of the insulating region varies depending on the width of the recess. Specifically, the height of the insulating region tends to be lower in a narrow recess than in a wide recess. As this factor, it can be considered that as the width of the concave portion becomes narrower, the stress generated in the insulating material at the time of firing increases, and the resistance of the insulator to the etching solution decreases.
そこで本発明に係る絶縁領域の形成方法は、表面に凹部を有する基板にシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布すること、基板に塗布された絶縁材料の溶液を乾燥させること、絶縁材料の溶液を乾燥させた後に、基板にエッチング液を供給して絶縁材料の余分を除去すること、絶縁材料の余分を除去した後に、基板に残った絶縁材料を焼成することで、シリコン酸化物を含有する絶縁体を凹部内に形成すること、を含む。 Therefore, in the method for forming an insulating region according to the present invention, a silicon-based insulating material solution is applied to a substrate having a recess on the surface, the insulating material solution applied to the substrate is dried, and the insulating material solution is applied. After drying, an etching solution is supplied to the substrate to remove the excess of the insulating material, and after removing the excess of the insulating material, the insulating material remaining on the substrate is baked to insulate the silicon oxide. Forming a body in the recess.
この絶縁領域の形成方法では、エッチング(エッチング液の供給による余分の除去)が絶縁材料の焼成前に行われる。このため、エッチング液に対する耐性のばらつきが抑制された状態で、絶縁材料の高さが調整される。これにより、エッチング後における絶縁材料の高さのばらつきが抑制され、焼成後における絶縁体の高さのばらつきも抑制される。従って、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できる。 In this method for forming an insulating region, etching (excess removal by supplying an etching solution) is performed before baking the insulating material. For this reason, the height of the insulating material is adjusted in a state where variation in resistance to the etching solution is suppressed. Thereby, the variation in the height of the insulating material after etching is suppressed, and the variation in the height of the insulator after baking is also suppressed. Therefore, variation in the height of the insulating region according to the formation position can be suppressed.
ポリシラザンを含有する絶縁材料を用いてもよく、アルカリ性のエッチング液を用いてもよい。アルカリ性のエッチング液として、水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液及びアンモニア過水のいずれか一種を用いてもよい。 An insulating material containing polysilazane may be used, or an alkaline etching solution may be used. As the alkaline etching solution, any one of an aqueous ammonium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, and ammonia perwater may be used.
基板に塗布された絶縁材料の溶液を乾燥させた後、当該基板にエッチング液を供給する前に、基板に付着した絶縁材料を研磨することを更に含んでもよい。この場合、エッチング液を供給する前に、絶縁材料の表面を研磨によって平滑化することで、焼成前における絶縁材料の高さのばらつきが更に抑制される。従って、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを更に抑制できる。 The method may further include polishing the insulating material attached to the substrate after the solution of the insulating material applied to the substrate is dried and before supplying the etching solution to the substrate. In this case, before the etching solution is supplied, the surface of the insulating material is smoothed by polishing, whereby the variation in the height of the insulating material before firing is further suppressed. Therefore, variation in the height of the insulating region according to the formation position can be further suppressed.
凹部内に残った絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるように、エッチング液による絶縁材料の除去を行ってもよい。この場合、絶縁材料の表面の側縁部分と中央部分とで高さが等しい場合に比べ、凹部の内面と絶縁材料との接触面積が小さくなる。これにより、焼成時に凹部の内面から絶縁材料に作用する力が低減されるので、焼成後の絶縁領域の強度を高めることができる。 The insulating material may be removed with an etching solution so that the side edge portion of the surface of the insulating material remaining in the recess is in a depressed state as compared with the central portion. In this case, the contact area between the inner surface of the recess and the insulating material is smaller than when the side edge portion and the central portion of the surface of the insulating material have the same height. Thereby, since the force which acts on an insulating material from the inner surface of a recessed part at the time of baking is reduced, the intensity | strength of the insulating area | region after baking can be raised.
凹部内に形成された絶縁体の上に、化学気相成長によって絶縁体を積層することを更に含んでもよい。化学気相成長により積層される絶縁体の強度は、絶縁材料の焼成により形成される絶縁体の強度に比べ高くなる傾向がある。一方、化学気相成長では、絶縁材料を塗布して焼成するのに比べ、凹部の底面側に絶縁体を充填し難い傾向がある。絶縁材料の焼成と化学気相成長とを組み合わせることにより、絶縁体の充填性と強度との両立を図ることができる。 You may further include laminating | stacking an insulator by chemical vapor deposition on the insulator formed in the recessed part. The strength of an insulator laminated by chemical vapor deposition tends to be higher than the strength of an insulator formed by firing an insulating material. On the other hand, in chemical vapor deposition, there is a tendency that it is difficult to fill the insulator on the bottom side of the recess compared to applying and baking an insulating material. By combining firing of the insulating material and chemical vapor deposition, it is possible to achieve both the filling property and strength of the insulator.
本発明によれば、基板の表面の凹部ごとに絶縁領域を形成する際に、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できる。 According to the present invention, when the insulating region is formed for each concave portion on the surface of the substrate, variation in the height of the insulating region according to the formation position can be suppressed.
以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements or elements having the same functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
〔第1実施形態〕
(絶縁領域の形成方法)
第1実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、半導体のウェハ(基板)Wの表面Waに形成されたトレンチ(凹部)Wt内に、絶縁領域を形成する方法である。この方法では、まず表面WaにトレンチWtが形成されたウェハWを準備し、表面Waにシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布する(ステップS01)。シリコン系の絶縁材料としては、例えばポリシラザン等が挙げられる。また、塗布方法としては、水平に設置したウェハWを回転させながら、表面Wa上に溶液を供給することが挙げられる。
[First Embodiment]
(Method of forming insulating region)
The insulating region forming method according to the first embodiment is a method of forming an insulating region in a trench (concave portion) Wt formed on a surface Wa of a semiconductor wafer (substrate) W. In this method, first, a wafer W having a trench Wt formed on the surface Wa is prepared, and a solution of a silicon-based insulating material is applied to the surface Wa (Step S01). Examples of the silicon-based insulating material include polysilazane. Moreover, as a coating method, a solution is supplied on the surface Wa while rotating the wafer W installed horizontally.
次に、ウェハWを加熱することで、絶縁材料IMの溶液の溶剤を揮発させる。すなわち、ウェハWに塗布された絶縁材料IMの溶液を乾燥させる(ステップS02)。加熱条件としては、例えば100〜250℃の熱板上に60〜180秒間載置することが挙げられる。乾燥後に表面Wa上に残った絶縁材料IMは、トレンチWtに入り込むと共に、表面Wa上に膜を構成する(図2(a)参照)。 Next, the wafer W is heated to volatilize the solvent of the solution of the insulating material IM. That is, the solution of the insulating material IM applied to the wafer W is dried (step S02). As heating conditions, for example, placing on a hot plate at 100 to 250 ° C. for 60 to 180 seconds can be mentioned. The insulating material IM remaining on the surface Wa after drying enters the trench Wt and forms a film on the surface Wa (see FIG. 2A).
次に、表面Wa上にエッチング液を供給し、エッチング液の浸食作用により絶縁材料IMの余分を除去する(ステップS03)。以下、エッチング液の供給による余分の除去を「エッチング」という。エッチングの継続により、少なくともトレンチWt外の絶縁材料IMを除去する。エッチング液の具体例としては、例えば水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液又はアンモニア過水等のアルカリ性の液体が挙げられる。アンモニア過水は、水酸化アンモニウム水溶液と過酸化水素水との混合物である。エッチング液の供給方法としては、水平に設置したウェハWを回転させながら、表面Wa上にエッチング液を供給することが挙げられる。 Next, an etching solution is supplied onto the surface Wa, and excess of the insulating material IM is removed by the erosion action of the etching solution (step S03). Hereinafter, excess removal by supplying the etching solution is referred to as “etching”. By continuing the etching, at least the insulating material IM outside the trench Wt is removed. Specific examples of the etching solution include an alkaline liquid such as an ammonium hydroxide aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or ammonia perwater. Ammonia hydrogen peroxide is a mixture of an aqueous ammonium hydroxide solution and a hydrogen peroxide solution. As a method for supplying the etching solution, an etching solution may be supplied onto the surface Wa while rotating the horizontally installed wafer W.
次に、表面Wa上にリンス液を供給し、エッチング液及びエッチング液による溶解物を洗い流す(ステップS04)。リンス液としては、純水又はDIW(Deionized Water)が挙げられる。リンス液の供給方法としては、水平に設置したウェハWを回転させながら、表面Wa上にリンス液を供給することが挙げられる。 Next, a rinsing liquid is supplied onto the surface Wa to wash away the etching liquid and the dissolved matter from the etching liquid (step S04). Examples of the rinsing liquid include pure water and DIW (Deionized Water). As a method for supplying the rinsing liquid, it is possible to supply the rinsing liquid on the surface Wa while rotating the wafer W placed horizontally.
次に、加熱によりリンス液を揮発させ、ウェハWを乾燥させる(ステップS02)。加熱条件としては、例えば80〜120℃の熱板上に20〜40分間載置することが挙げられる。 Next, the rinse liquid is volatilized by heating and the wafer W is dried (step S02). As heating conditions, for example, placing on a hot plate at 80 to 120 ° C. for 20 to 40 minutes can be mentioned.
乾燥後には、トレンチWt内のみに絶縁材料IMが残留した状態となる(図2(b)参照)。なお、エッチングにおいて、エッチング液がトレンチWt内の絶縁材料IMに到達した後には、トレンチWt内の中央部に比べ、トレンチWt内の周縁部において絶縁材料IMの溶解が早く進行する傾向がある。この性質を利用して、絶縁材料IMの表面Fの側縁部分F2が中央部分F1に比べ陥没した状態となるようにエッチングを行ってもよい。 After drying, the insulating material IM remains only in the trench Wt (see FIG. 2B). In the etching, after the etching solution reaches the insulating material IM in the trench Wt, the insulating material IM tends to dissolve faster in the peripheral portion in the trench Wt than in the central portion in the trench Wt. Using this property, etching may be performed so that the side edge portion F2 of the surface F of the insulating material IM is depressed as compared with the central portion F1.
次に、ウェハWを焼成炉内に入れて加熱し、絶縁材料IMを焼成する(ステップS06)。加熱条件としては、例えば200〜600℃の炉内に2〜5分間放置することが挙げられる。絶縁材料IMは、焼成により、シリコン酸化物(例えば2酸化ケイ素)を含有する絶縁体IB1となる。絶縁体IB1は、絶縁領域IAを構成する。以上で絶縁領域IAの形成が完了する。 Next, the wafer W is placed in a firing furnace and heated to fire the insulating material IM (step S06). As heating conditions, for example, leaving in a furnace at 200 to 600 ° C. for 2 to 5 minutes can be mentioned. The insulating material IM becomes an insulator IB1 containing silicon oxide (for example, silicon dioxide) by firing. The insulator IB1 forms an insulating region IA. This completes the formation of the insulating region IA.
仮に、エッチングを絶縁材料IMの焼成後に行う場合、トレンチWtの幅に応じて絶縁領域IAの高さに差異が生じる傾向がある。具体的には、幅が狭いトレンチWt内では、幅が広いトレンチWt内に比べ、絶縁領域IAの高さが低くなる傾向がある。この要因として、トレンチWtの幅が狭くなるのに応じて、焼成時に絶縁材料IMに生じる応力が大きくなり、エッチング液に対する絶縁体IB1の耐性が低下することが考えられる。 If the etching is performed after the insulating material IM is baked, the height of the insulating region IA tends to vary depending on the width of the trench Wt. Specifically, the height of the insulating region IA tends to be lower in the narrow trench Wt than in the wide trench Wt. As this factor, it is considered that as the width of the trench Wt becomes narrower, the stress generated in the insulating material IM at the time of firing increases, and the resistance of the insulator IB1 to the etching solution decreases.
これに対し、上述した形成方法では、エッチングが絶縁材料IMの焼成前に行われる。このため、エッチング液に対する耐性のばらつきが抑制された状態で、絶縁材料IMの高さが調整される。これにより、エッチング後における絶縁材料IMの高さのばらつきが抑制され、焼成後における絶縁体IB1の高さのばらつきも抑制される。従って形成位置に応じた絶縁領域IAの高さのばらつきを抑制できる。 On the other hand, in the above-described forming method, etching is performed before firing the insulating material IM. For this reason, the height of the insulating material IM is adjusted in a state where variations in resistance to the etching solution are suppressed. Thereby, the variation in the height of the insulating material IM after etching is suppressed, and the variation in the height of the insulator IB1 after baking is also suppressed. Therefore, variation in the height of the insulating region IA according to the formation position can be suppressed.
上述したように、トレンチWt内に残った絶縁材料IMの表面Fの側縁部分F2が中央部分F1に比べ陥没した状態となるように、エッチングを行ってもよい。この場合、表面Fの側縁部分F2と中央部分F1とで高さが等しい場合(図2(b)中の2点鎖線参照)に比べ、トレンチWtの内面と絶縁材料IMとの接触面積が小さくなる。これにより、焼成時にトレンチWtの内面から絶縁材料IMに作用する力が低減されるので、焼成後の絶縁領域IAの強度を高めることができる。 As described above, the etching may be performed so that the side edge portion F2 of the surface F of the insulating material IM remaining in the trench Wt is depressed as compared with the central portion F1. In this case, the contact area between the inner surface of the trench Wt and the insulating material IM is larger than when the side edge portion F2 and the central portion F1 of the surface F are equal in height (see the two-dot chain line in FIG. 2B). Get smaller. Thereby, the force acting on the insulating material IM from the inner surface of the trench Wt during firing is reduced, so that the strength of the insulating region IA after firing can be increased.
(基板処理システム)
図3に示す基板処理システムは、上述した絶縁領域の形成方法を実行するシステムの一例であり、塗布・エッチング装置2と焼成炉3とを備える。焼成炉3は、上述した絶縁領域IAの形成方法における絶縁材料IMの焼成を行うための装置であり、ウェハWを収容して加熱する。
(Substrate processing system)
The substrate processing system shown in FIG. 3 is an example of a system that executes the above-described insulating region forming method, and includes a coating / etching apparatus 2 and a baking furnace 3. The firing furnace 3 is an apparatus for firing the insulating material IM in the method for forming the insulating region IA described above, and accommodates and heats the wafer W.
塗布・エッチング装置(基板処理装置)2は、上述した絶縁領域IAの形成方法における絶縁材料IMの焼成以外の全手順を行うための装置である。図4〜図6に示すように、塗布・エッチング装置(基板処理装置)2は、キャリアブロックP1と、処理ブロックP2とを備える。 The coating / etching apparatus (substrate processing apparatus) 2 is an apparatus for performing all procedures other than baking of the insulating material IM in the above-described method for forming the insulating region IA. As shown in FIGS. 4 to 6, the coating / etching apparatus (substrate processing apparatus) 2 includes a carrier block P <b> 1 and a processing block P <b> 2.
キャリアブロックP1は、キャリアステーション20と搬入・搬出部21とを有する。キャリアステーション20は、複数のキャリア10を支持する。キャリア10は、複数枚のウェハWを密封状態で収容し、ウェハWを出し入れするための開閉扉(不図示)を一側面10a側に有する。キャリア10は、側面10aが搬入・搬出部21側に面するように、キャリアステーション20上に設置される。 The carrier block P <b> 1 includes a carrier station 20 and a carry-in / carry-out unit 21. The carrier station 20 supports a plurality of carriers 10. The carrier 10 contains a plurality of wafers W in a sealed state, and has an open / close door (not shown) for taking in and out the wafers W on the side surface 10a side. The carrier 10 is installed on the carrier station 20 so that the side surface 10a faces the loading / unloading unit 21 side.
搬入・搬出部21は、キャリアステーション20に隣接している。搬入・搬出部21は、キャリアステーション20上のキャリア10にそれぞれ対応する複数の開閉扉21aを有する。側面10aの開閉扉と開閉扉21aとを同時に開放することで、キャリア10内と搬入・搬出部21内とが連通する。搬入・搬出部21はアームA1を内蔵している。アームA1は、キャリア10からウェハWを取り出して処理ブロックP2に渡し、処理ブロックP2からウェハWを受け取ってキャリア10内に戻す。 The loading / unloading unit 21 is adjacent to the carrier station 20. The carry-in / carry-out unit 21 has a plurality of opening / closing doors 21 a respectively corresponding to the carriers 10 on the carrier station 20. By opening the open / close door and the open / close door 21a of the side surface 10a at the same time, the inside of the carrier 10 and the inside of the carry-in / out unit 21 are communicated. The carry-in / carry-out unit 21 incorporates an arm A1. The arm A1 takes out the wafer W from the carrier 10 and passes it to the processing block P2, and receives the wafer W from the processing block P2 and returns it into the carrier 10.
処理ブロックP2は、上下に並ぶ塗布部22とエッチング部23とを有し、搬入・搬出部21に隣接している。塗布部22は、塗布ユニットU1と、熱処理ユニットU2と、これらのユニットにウェハWを搬送するアームA2とを内蔵している。塗布ユニットU1は、絶縁材料IMの溶液をウェハWの表面Wa上に塗布する。熱処理ユニットU2は、熱板及び冷却板を有する。熱板は、ウェハWに塗布された絶縁材料IMの溶液を乾燥させるためにウェハWを加熱する。冷却板は加熱後のウェハWを冷却する。 The processing block P <b> 2 has a coating part 22 and an etching part 23 arranged vertically, and is adjacent to the carry-in / carry-out part 21. The coating unit 22 includes a coating unit U1, a heat treatment unit U2, and an arm A2 for transporting the wafer W to these units. The coating unit U1 applies a solution of the insulating material IM onto the surface Wa of the wafer W. The heat treatment unit U2 includes a hot plate and a cooling plate. The hot plate heats the wafer W in order to dry the solution of the insulating material IM applied to the wafer W. The cooling plate cools the heated wafer W.
エッチング部23は、エッチングユニットU3と、熱処理ユニットU4と、これらのユニットにウェハWを搬送するアームA3とを内蔵している。エッチングユニットU3は、ウェハWの表面Wa上にエッチング液及びリンス液を順に供給する。熱処理ユニットU4は、熱板及び冷却板を有する。熱板は、リンス液を揮発させるためにウェハWを加熱する。冷却板は加熱後のウェハWを冷却する。 The etching unit 23 includes an etching unit U3, a heat treatment unit U4, and an arm A3 that transfers the wafer W to these units. The etching unit U3 sequentially supplies an etching solution and a rinsing solution onto the surface Wa of the wafer W. The heat treatment unit U4 has a hot plate and a cooling plate. The hot plate heats the wafer W in order to volatilize the rinse liquid. The cooling plate cools the heated wafer W.
処理ブロックP2内において、搬入・搬出部21側には棚ユニットU10が設けられている。棚ユニットU10は、床面から塗布部22に至るように設けられており、上下方向に並ぶ複数のセルに区画されている。棚ユニットU10の近傍には、アームA4が設けられている。アームA4は、棚ユニットU10の複数のセル間でウェハWを搬送する。 In the processing block P2, a shelf unit U10 is provided on the loading / unloading unit 21 side. The shelf unit U10 is provided from the floor surface to the application unit 22, and is partitioned into a plurality of cells arranged in the vertical direction. An arm A4 is provided in the vicinity of the shelf unit U10. The arm A4 transports the wafer W between the plurality of cells of the shelf unit U10.
このように、塗布・エッチング装置2は、表面WaにトレンチWtを有するウェハWにシリコン系の絶縁材料IMの溶液を塗布する塗布ユニットU1と、ウェハWに塗布された絶縁材料IMの溶液を乾燥させるための熱処理ユニットU2と、絶縁材料IMを焼成する前に、ウェハWにエッチング液を供給して絶縁材料IMの余分を除去するエッチングユニットU3と、を備える。 As described above, the coating / etching apparatus 2 dries the coating unit U1 that applies the solution of the silicon-based insulating material IM to the wafer W having the trench Wt on the surface Wa and the solution of the insulating material IM applied to the wafer W. And an etching unit U3 that supplies an etchant to the wafer W to remove excess of the insulating material IM before firing the insulating material IM.
塗布・エッチング装置2は、次のように用いられる。まず、複数のウェハWを収容したキャリア10が、側面10aを搬入・搬出部21側に向けた状態でキャリアステーション20上に設置される。キャリア10内のウェハWの表面Waには、予めトレンチWtが形成されている。次に、キャリア10の開閉扉と開閉扉21aとが共に開放され、アームA1により、キャリア10内のウェハWが取り出され、棚ユニットU10のいずれかのセルに順次搬送される。 The coating / etching apparatus 2 is used as follows. First, the carrier 10 containing a plurality of wafers W is installed on the carrier station 20 with the side surface 10a facing the loading / unloading unit 21 side. A trench Wt is formed in advance on the surface Wa of the wafer W in the carrier 10. Next, both the open / close door and the open / close door 21a of the carrier 10 are opened, and the wafer W in the carrier 10 is taken out by the arm A1 and sequentially transferred to any cell of the shelf unit U10.
棚ユニットU10のいずれかのセルに搬送されたウェハWは、塗布部22に対応するセルにアームA4によって搬送される。このウェハWは、アームA2によって塗布ユニットU1に搬送される。塗布ユニットU1においては、ウェハWの表面Waに絶縁材料IMの溶液を塗布する塗布処理が行われる。塗布処理を施されたウェハWは、アームA2によって熱処理ユニットU2に搬送される。熱処理ユニットU2においては、ウェハWの加熱により絶縁材料IMの溶液を乾燥させ、加熱後のウェハWを冷却させる熱処理が行われる。熱処理を施されたウェハWは、アームA2によって棚ユニットU10のセルに戻される。 The wafer W transferred to any cell of the shelf unit U10 is transferred to the cell corresponding to the coating unit 22 by the arm A4. The wafer W is transferred to the coating unit U1 by the arm A2. In the coating unit U1, a coating process for coating the surface Wa of the wafer W with the solution of the insulating material IM is performed. The wafer W subjected to the coating process is transferred to the heat treatment unit U2 by the arm A2. In the heat treatment unit U2, a heat treatment for drying the solution of the insulating material IM by heating the wafer W and cooling the heated wafer W is performed. The heat-treated wafer W is returned to the cell of the shelf unit U10 by the arm A2.
棚ユニットU10のセルに戻されたウェハWは、エッチング部23に対応するセルにアームA4によって搬送される。このウェハWは、アームA3によってエッチングユニットU3に搬送される。エッチングユニットU3においては、ウェハWの表面Waにエッチング液を供給するエッチング処理と、表面Waにリンス液を供給するリンス処理とが順に行われる。エッチング処理及びリンス処理を施されたウェハWは、アームA3によって熱処理ユニットU4に搬送される。熱処理ユニットU4においては、ウェハWを加熱により乾燥させ、加熱後のウェハWを冷却させる熱処理が行われる。熱処理を施されたウェハWは、アームA3によって棚ユニットU10のセルに戻される。 The wafer W returned to the cell of the shelf unit U10 is transferred to the cell corresponding to the etching unit 23 by the arm A4. The wafer W is transferred to the etching unit U3 by the arm A3. In the etching unit U3, an etching process for supplying an etching liquid to the surface Wa of the wafer W and a rinsing process for supplying a rinsing liquid to the surface Wa are sequentially performed. The wafer W that has been subjected to the etching process and the rinsing process is transferred to the heat treatment unit U4 by the arm A3. In the heat treatment unit U4, heat treatment for drying the wafer W by heating and cooling the wafer W after heating is performed. The heat-treated wafer W is returned to the cell of the shelf unit U10 by the arm A3.
棚ユニットU10のセルに戻されたウェハWは、アームA1がアクセス可能なセルにアームA4によって搬送された後に、アームA1によってキャリア10内に戻される。 The wafer W returned to the cell of the shelf unit U10 is transferred to the cell accessible by the arm A1 by the arm A4 and then returned to the carrier 10 by the arm A1.
基板処理システム1によれば、絶縁材料IMの焼成の直前までの全ての工程を塗布・エッチング装置2のみで実行できる。このため、上述した絶縁領域IAの形成方法を高効率に実行できる。 According to the substrate processing system 1, all processes up to immediately before firing the insulating material IM can be executed only by the coating / etching apparatus 2. For this reason, the formation method of the insulating region IA described above can be executed with high efficiency.
なお、基板処理システム1の構成は一例に過ぎず、様々な変更が可能である。例えば、塗布・エッチング装置2の各ユニットのレイアウトは適宜変更可能である。また、塗布・エッチング装置2と焼成炉3とを一体化してもよいし、塗布・エッチング装置2の機能を複数の装置に分散させてもよい。 The configuration of the substrate processing system 1 is merely an example, and various changes can be made. For example, the layout of each unit of the coating / etching apparatus 2 can be changed as appropriate. Further, the coating / etching apparatus 2 and the baking furnace 3 may be integrated, or the functions of the coating / etching apparatus 2 may be distributed to a plurality of apparatuses.
〔第2実施形態〕
第2実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、ウェハWに付着した絶縁材料IMを研磨する工程を追加した点で、第1実施形態に係る絶縁領域の形成方法と異なる。
[Second Embodiment]
The insulating region forming method according to the second embodiment is different from the insulating region forming method according to the first embodiment in that a step of polishing the insulating material IM attached to the wafer W is added.
図7に示すように、第2実施形態に係る絶縁領域の形成方法では、まず、第1実施形態のステップS01,S02と同様に、ウェハWの表面Waにシリコン系の絶縁材料の溶液を塗布し(ステップS11)、その溶液を乾燥させる(ステップS12)。これにより、ウェハWの表面Wa上に絶縁材料IMの膜が形成される(図8(a)参照)。 As shown in FIG. 7, in the insulating region forming method according to the second embodiment, first, a solution of a silicon-based insulating material is applied to the surface Wa of the wafer W in the same manner as in steps S01 and S02 of the first embodiment. (Step S11), and the solution is dried (Step S12). As a result, a film of the insulating material IM is formed on the surface Wa of the wafer W (see FIG. 8A).
次に、ウェハWの表面Wa上に付着した絶縁材料IMを、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)により研磨する(ステップS13)。これにより、絶縁材料IMの膜の表面が平滑化される(図8(b)参照)。なお、CMPには公知の手法を利用可能である。 Next, the insulating material IM adhered on the surface Wa of the wafer W is polished by, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing) (step S13). Thereby, the surface of the film of the insulating material IM is smoothed (see FIG. 8B). A known method can be used for CMP.
次に、第1実施形態のステップS03〜S05と同様に、エッチング液の供給(ステップS14)、リンス液の供給(ステップS15)、ウェハWの乾燥(ステップS16)を行う。これにより、トレンチWt内のみに絶縁材料IMが残留した状態となる(図8(c)参照)。 Next, similarly to steps S03 to S05 of the first embodiment, the etching solution is supplied (step S14), the rinse solution is supplied (step S15), and the wafer W is dried (step S16). As a result, the insulating material IM remains only in the trench Wt (see FIG. 8C).
次に、第1実施形態のステップS06と同様に、絶縁材料IMの焼成を行う(ステップS17)。これにより、シリコン酸化物を含有する絶縁体IB1がトレンチWt内に形成される(図8(d)参照)。絶縁体IB1は、絶縁領域IAを構成する。 Next, as in step S06 of the first embodiment, the insulating material IM is baked (step S17). Thereby, the insulator IB1 containing silicon oxide is formed in the trench Wt (see FIG. 8D). The insulator IB1 forms an insulating region IA.
このように、第2実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、ウェハWに塗布された絶縁材料IMの溶液を乾燥させた後、ウェハWにエッチング液を供給する前に、ウェハWに付着した絶縁材料を研磨することを更に含む。 As described above, the insulating region forming method according to the second embodiment adheres to the wafer W after the solution of the insulating material IM applied to the wafer W is dried and before the etching solution is supplied to the wafer W. It further includes polishing the insulating material.
第2実施形態に係る絶縁領域の形成方法では、エッチング液を供給する前に、絶縁材料IMの表面を研磨によって平滑化することで、焼成前における絶縁材料IMの高さのばらつきが更に抑制される。従って、形成位置に応じた絶縁領域IAの高さのばらつきを更に抑制できる。 In the method for forming an insulating region according to the second embodiment, the surface of the insulating material IM is smoothed by polishing before supplying the etching solution, thereby further suppressing the variation in the height of the insulating material IM before firing. The Therefore, the variation in the height of the insulating region IA according to the formation position can be further suppressed.
なお、第2実施形態に係る絶縁領域の形成方法を実行する基板処理システムとしては、例えば、基板処理システム1において、CMPを行うための公知のCMPユニットU5を塗布・エッチング装置2の塗布部22に追加したものが挙げられる(図9参照)。CMPユニットU5をエッチング部23に追加してもよい。 In addition, as a substrate processing system that executes the insulating region forming method according to the second embodiment, for example, in the substrate processing system 1, a known CMP unit U 5 for performing CMP is used as the coating unit 22 of the coating / etching apparatus 2. (See FIG. 9). The CMP unit U5 may be added to the etching unit 23.
〔第3実施形態〕
第3実施形態に係る絶縁領域の形成方法は、トレンチWt内に形成された絶縁体IB1の上に、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)により絶縁体を積層する工程を追加した点で、第1実施形態に係る絶縁領域の形成方法と異なる。
[Third Embodiment]
The method for forming an insulating region according to the third embodiment is that a step of laminating an insulator by CVD (Chemical Vapor Deposition) on the insulator IB1 formed in the trench Wt is added. This is different from the insulating region forming method according to the first embodiment.
図10に示すように、第3実施形態に係る絶縁領域の形成方法では、まず、第1実施形態のステップS01〜S06と同様に、絶縁材料の溶液の塗布(ステップS21)、溶液の乾燥(ステップS22)、エッチング液の供給(ステップS23)、リンス液の供給(ステップS24)、ウェハWの乾燥(ステップS25)及び絶縁材料IMの焼成(ステップS26)を行う。これにより、シリコン酸化物を含有する絶縁体IB1がトレンチWt内に形成される(図11(a)〜(c)参照)。次に、CVD処理を行い(ステップS27)、絶縁体IB1の上に絶縁体IB2を積層させる(図11(d)参照)。なお、CVDには、例えば公知の高密度プラズマ(High Density Plasma:HDP)CVDを利用可能である。また、CVDにより積層される絶縁体IB2としては、絶縁体IB1と同様にシリコン酸化物(例えば2酸化ケイ素)を含有するものが挙げられる。絶縁体IB1と絶縁体IB2とは一体化して絶縁領域IAを構成する。 As shown in FIG. 10, in the method for forming an insulating region according to the third embodiment, first, as in steps S01 to S06 of the first embodiment, application of a solution of an insulating material (step S21), and drying of the solution ( Step S22), supplying an etching solution (Step S23), supplying a rinsing solution (Step S24), drying the wafer W (Step S25), and baking the insulating material IM (Step S26). Thereby, the insulator IB1 containing silicon oxide is formed in the trench Wt (see FIGS. 11A to 11C). Next, a CVD process is performed (step S27), and the insulator IB2 is stacked on the insulator IB1 (see FIG. 11D). For the CVD, for example, a known high density plasma (HDP) CVD can be used. Further, as the insulator IB2 stacked by CVD, a material containing silicon oxide (for example, silicon dioxide) can be used as in the case of the insulator IB1. The insulator IB1 and the insulator IB2 are integrated to form the insulating region IA.
CVDにより積層される絶縁体IB2の強度は、絶縁材料IMの焼成により形成される絶縁体IB1の強度に比べ高くなる傾向がある。一方、CVDでは、絶縁材料IMを塗布して焼成するのに比べ、トレンチWtの底面側に絶縁体を充填し難い傾向がある。絶縁材料IMの焼成とCVDとを組み合わせることにより、絶縁領域IAの充填性と強度との両立を図ることができる。 The strength of the insulator IB2 stacked by CVD tends to be higher than the strength of the insulator IB1 formed by firing the insulating material IM. On the other hand, in the CVD, it is difficult to fill the insulator on the bottom surface side of the trench Wt as compared with the case where the insulating material IM is applied and baked. By combining the baking of the insulating material IM and the CVD, it is possible to achieve both the filling property and strength of the insulating region IA.
なお、第3実施形態に係る絶縁領域の形成方法を実行する基板処理システムとしては、例えば図12に示すように、塗布・エッチング装置2及び焼成炉3に加え、CVDを行うための公知のCVD装置4を更に備える基板処理システム1Aが挙げられる。 As a substrate processing system for executing the insulating region forming method according to the third embodiment, as shown in FIG. 12, for example, a known CVD for performing CVD in addition to the coating / etching apparatus 2 and the baking furnace 3. An example of the substrate processing system 1 </ b> A further includes the apparatus 4.
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した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様々な変更が可能である。例えば、絶縁材料は、焼成によりシリコン酸化物を構成するものであればよく、ポリシラザンに限定されない。また、エッチング液は、シリコン系の絶縁材料を溶解可能なものであればよく、水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カリウム水溶液又はアンモニア過水に限定されない。 Although the embodiment has been described above, the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the insulating material is not limited to polysilazane as long as it forms silicon oxide by firing. The etching solution is not limited to an aqueous ammonium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, or ammonia overwater as long as it can dissolve a silicon-based insulating material.
以下、実施例及び比較例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example are explained, the present invention is not limited to these.
〔サンプルの作製〕
(実施例1)
互いに幅が異なる複数種類のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。各トレンチの深さは約300nmである。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約350nmであった。次に、アンモニアを約29%の濃度で含む水酸化アンモニウム水溶液を20分間供給し、ポリシラザンの余分を除去した。次に、約300℃の炉内に約2分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、トレンチ内にシリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。
[Preparation of sample]
Example 1
A wafer was prepared in which a plurality of types of trenches having different widths were formed on the surface. The depth of each trench is about 300 nm. A polysilazane solution was applied to the surface of the wafer and dried. The thickness of the polysilazane adhering to the wafer after drying was about 350 nm based on the bottom of the trench. Next, an aqueous ammonium hydroxide solution containing ammonia at a concentration of about 29% was supplied for 20 minutes to remove excess polysilazane. Next, the polysilazane was baked by leaving the wafer in a furnace at about 300 ° C. for about 2 minutes to form an insulator containing silicon oxide in the trench.
(実施例2)
幅約80nm、深さ約300nmの複数のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約350nmであった。次に、アンモニアを約29%の濃度で含む水酸化アンモニウム水溶液を用いてエッチングを行い、ポリシラザンの余分を除去した。エッチングにおいては、トレンチ内に残った絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるように、エッチング液の供給時間を調整した。エッチング液の供給時間は約30秒であった。次に、約300℃の炉内に約2分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、トレンチ内にシリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。
(Example 2)
A wafer having a plurality of trenches with a width of about 80 nm and a depth of about 300 nm formed on the surface was prepared. A polysilazane solution was applied to the surface of the wafer and dried. The thickness of the polysilazane adhering to the wafer after drying was about 350 nm based on the bottom of the trench. Next, etching was performed using an aqueous ammonium hydroxide solution containing ammonia at a concentration of about 29% to remove excess polysilazane. In the etching, the supply time of the etching solution was adjusted so that the side edge portion of the surface of the insulating material remaining in the trench was depressed as compared with the central portion. The supply time of the etching solution was about 30 seconds. Next, the polysilazane was baked by leaving the wafer in a furnace at about 300 ° C. for about 2 minutes to form an insulator containing silicon oxide in the trench.
(比較例1)
互いに幅が異なる複数種類のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。各トレンチの深さは約300nmである。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約350nmであった。次に、約300℃の炉内に約2分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、シリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。次に、フッ酸を主成分とするエッチング液を約30秒間供給し、絶縁体の余分を除去した。
(Comparative Example 1)
A wafer was prepared in which a plurality of types of trenches having different widths were formed on the surface. The depth of each trench is about 300 nm. A polysilazane solution was applied to the surface of the wafer and dried. The thickness of the polysilazane adhering to the wafer after drying was about 350 nm based on the bottom of the trench. Next, the polysilazane was baked by leaving the wafer in a furnace at about 300 ° C. for about 2 minutes to form an insulator containing silicon oxide. Next, an etching solution containing hydrofluoric acid as a main component was supplied for about 30 seconds to remove excess of the insulator.
(比較例2)
幅約80nm、深さ約300nmの複数のトレンチが表面に形成されたウェハを準備した。このウェハの表面にポリシラザンの溶液を塗布し、乾燥させた。乾燥後にウェハに付着したポリシラザンの厚さは、トレンチの底面を基準にして約350nmであった。次に、約300℃の炉内に約2分間ウェハを放置してポリシラザンを焼成し、シリコン酸化物を含有する絶縁体を形成した。次に、フッ酸を主成分とするエッチング液を供給してエッチングを行い、絶縁体の余分を除去した。エッチングにおいては、トレンチ内に残る絶縁体の高さが、実施例2により形成される絶縁体の高さと同等になるようにエッチング液の供給時間を調整した。エッチング液の供給時間は約30秒であった。
(Comparative Example 2)
A wafer having a plurality of trenches with a width of about 80 nm and a depth of about 300 nm formed on the surface was prepared. A polysilazane solution was applied to the surface of the wafer and dried. The thickness of the polysilazane adhering to the wafer after drying was about 350 nm based on the bottom of the trench. Next, the polysilazane was baked by leaving the wafer in a furnace at about 300 ° C. for about 2 minutes to form an insulator containing silicon oxide. Next, etching was performed by supplying an etchant containing hydrofluoric acid as a main component, and excess of the insulator was removed. In etching, the supply time of the etching solution was adjusted so that the height of the insulator remaining in the trench was equal to the height of the insulator formed in Example 2. The supply time of the etching solution was about 30 seconds.
〔絶縁領域の高さの比較〕
実施例1及び比較例1のそれぞれについて、トレンチ内に形成された絶縁領域の高さを測定した。比較例1については、図13に示すように、幅約200nmのトレンチWt1内に形成された絶縁領域IA1の高さは約310nmであり、幅約150nmのトレンチWt2内に形成された絶縁領域IA2の高さは約280nmであり、幅約100nmのトレンチWt3内に形成された絶縁領域IA3の高さは約150nmであった。すなわち、トレンチの幅が狭くなるのに応じて絶縁領域の高さが低くなる傾向が明らかであった。
[Comparison of insulation area height]
For each of Example 1 and Comparative Example 1, the height of the insulating region formed in the trench was measured. In Comparative Example 1, as shown in FIG. 13, the height of the insulating region IA1 formed in the trench Wt1 having a width of about 200 nm is about 310 nm, and the insulating region IA2 formed in the trench Wt2 having a width of about 150 nm. Was about 280 nm, and the height of the insulating region IA3 formed in the trench Wt3 having a width of about 100 nm was about 150 nm. That is, it was clear that the height of the insulating region was decreased as the width of the trench was reduced.
実施例1については、図14に示すように、幅約70nmのトレンチWt4内に形成された絶縁領域IA4の高さは約190nmであり、幅約80nmのトレンチWt5内に形成された絶縁領域IA5の高さは約185nmであった。すなわち、幅70nm,80nmのトレンチ内にそれぞれ形成された絶縁領域の高さの差はほとんどなかった。更に、これらのトレンチWt4,Wt5の幅に比べ大きい幅約700nmのトレンチWt6内に形成されたに形成された絶縁領域IA6の高さは約131nmであり、トレンチWt4,Wt5内に形成された絶縁領域IA4,IA5の高さに比べ低かった。これらのことから、トレンチの幅が狭くなるのに応じて絶縁領域の高さが低くなる傾向はなかった。この結果から、エッチングを絶縁材料の焼成前に行うことにより、形成位置に応じた絶縁領域の高さのばらつきを抑制できることが推定される。 For Example 1, as shown in FIG. 14, the height of the insulating region IA4 formed in the trench Wt4 having a width of about 70 nm is about 190 nm, and the insulating region IA5 formed in the trench Wt5 having a width of about 80 nm. The height of was about 185 nm. That is, there was almost no difference in the height of the insulating regions formed in the trenches having a width of 70 nm and 80 nm, respectively. Further, the height of the insulating region IA6 formed in the trench Wt6 having a width of about 700 nm, which is larger than the width of the trenches Wt4 and Wt5, is about 131 nm, and the insulation formed in the trenches Wt4 and Wt5. It was lower than the height of areas IA4 and IA5. From these facts, there was no tendency for the height of the insulating region to decrease as the width of the trench narrowed. From this result, it is estimated that the variation in the height of the insulating region according to the formation position can be suppressed by performing the etching before firing the insulating material.
〔絶縁領域の耐性の比較〕
実施例2の絶縁体及び比較例2の絶縁体のそれぞれに、フッ酸を主成分とするエッチング液を同じ時間に亘って供給し、トレンチ内に残留した絶縁領域の状態を確認した。図15に示すように、比較例2のトレンチWt7内に残留した絶縁領域IA7の高さの平均値は約120nmであるのに対し、実施例2のトレンチWt8内に残留した絶縁領域IA8の高さの平均値は約150nmであった。すなわち、絶縁領域IA7の残留量に比べ絶縁領域IA8の残留量が多かった。また、絶縁領域IA7の高さにはトレンチごとのばらつきがあるのに対し、絶縁領域IA8の高さにはトレンチごとのばらつきがほとんどなかった。これらのことから、エッチングを絶縁材料の焼成前に行うのに加え、トレンチ内に残った絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるようにエッチングを行うことにより、絶縁領域の強度を高められることが確認された。更に、形成位置に応じた絶縁領域の強度のばらつきを抑制できることも確認された。
[Comparison of insulation area resistance]
An etching solution containing hydrofluoric acid as a main component was supplied to each of the insulator of Example 2 and the insulator of Comparative Example 2 over the same time, and the state of the insulating region remaining in the trench was confirmed. As shown in FIG. 15, the average value of the height of the insulating region IA7 remaining in the trench Wt7 of Comparative Example 2 is about 120 nm, whereas the average value of the insulating region IA8 remaining in the trench Wt8 of Example 2 is high. The average value was about 150 nm. That is, the residual amount of the insulating region IA8 is larger than the residual amount of the insulating region IA7. In addition, the height of the insulating region IA7 varies from trench to trench, whereas the height of the insulating region IA8 hardly varies from trench to trench. Therefore, in addition to performing the etching before firing the insulating material, the etching is performed so that the side edge portion of the surface of the insulating material remaining in the trench is depressed compared to the central portion. It was confirmed that the strength of the region could be increased. Furthermore, it was confirmed that variation in the strength of the insulating region according to the formation position can be suppressed.
F…表面、F1…中央部分、F2…側縁部分、IA…絶縁領域、IB1…絶縁体、IB2…絶縁体、IM…絶縁材料、W…ウェハ、Wa…表面、Wt…トレンチ。 F ... surface, F1 ... center portion, F2 ... side edge portion, IA ... insulating region, IB1 ... insulator, IB2 ... insulator, IM ... insulating material, W ... wafer, Wa ... surface, Wt ... trench.
Claims (6)
前記基板に塗布された前記絶縁材料の溶液を乾燥させること、
前記絶縁材料の溶液を乾燥させた後に、前記基板にエッチング液を供給して前記絶縁材料の余分を除去すること、
前記絶縁材料の余分を除去した後に、前記基板に残った前記絶縁材料を焼成することで、シリコン酸化物を含有する絶縁体を前記凹部内に形成すること、を含み、
前記凹部内に残った前記絶縁材料の表面の側縁部分が中央部分に比べ陥没した状態となるように、前記エッチング液による前記絶縁材料の除去を行い、当該状態にて前記絶縁材料を焼成する、絶縁領域の形成方法。 Applying a solution of a silicon-based insulating material to a substrate having a recess on the surface;
Drying the solution of the insulating material applied to the substrate;
After drying the solution of the insulating material, supplying an etchant to the substrate to remove excess of the insulating material;
After removing the excess of said insulating material, by firing the insulating material remaining on the substrate, forming an insulator containing silicon oxide in the recess, only including,
The insulating material is removed with the etchant so that the side edge portion of the surface of the insulating material remaining in the recess is depressed as compared with the central portion, and the insulating material is baked in this state. And a method of forming an insulating region.
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