JPS61148820A - 処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、処理技術、特に、被処理物の表面をエツチン
グ処理する技術に関し、例えば、半導体装置の製造にお
いて、ウェハの表面をエツチング作用により加工処理お
よび清浄化処理するのに利用して有効な技術に関する。

〔背景技術〕

半導体装置の製造において、ウェハの表面を清浄化する
処理技術として、ウェハ上の二酸化珪素および不純物の
薄膜を弗化水素酸で除去し、ついで、水または清浄液に
より洗浄処理した後、乾燥させる方法が、考えられる。

しかし、このようなウェハ表面の清浄化処理方法におい
ては、弗化水素酸処理によってエノチングされたウェハ
の珪素界面か活性化するため、その後の洗浄処理におい
て異物および汚染物が再付着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。

なお、ウェハ表面の清浄化処理技術を述べである例とし
ては、株式会社工業調査会発行「電子材料１９８１年１
１月号別冊」昭和５６年！１月ｌＯ日発行　Ｐ９５〜Ｐ
１０２、特開昭５５−４４７９８号公報、実公昭４８−
３１８８６号公報、特開昭５６−１６８０７２号公報、
特開昭５６−１６８０７８号公報、がある。

半導体装置の製造において、ウェハ上の二酸化珪素のＦ
ｉｌｔｌｉにエツチング処理を施す方法として、強酸に
よるウェットエツチング処理、または、ガスの化学反応
によるドライエツチング処理を用いる方法が、考えられ
る。

しかし、ウェットエツチング処理においては、液体の表
面張力と流れの悪さによって微細な部分の正確なエツチ
ングが困難であるという、また、ドライエツチング処理
においては、反応生成物によるｌη染が避けられないと
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。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、弗化水素酸処理後の水または清浄液処
理時における汚染を防止することができる清浄化処理技
術を提供することにある。

本発明の別の目的は、微細な部分の正値なエツチングが
可能で、しかも、反応生成物による汚染を回避すること
ができるエツチング処理技術を提供することにある。

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
。

〔発明の概要〕

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
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、被処理物を弗化水素と水と溶剤との混合蒸気
にさらすことにより、エツチングによる清浄化処理と蒸
気乾燥処理を同時に行い、弗化水素酸処理後の液洗浄を
省略してそれに伴うｌη染の発生を防止するようにした
ものである。

被処理物を弗化水素を含む処理蒸気にさらしてエツチン
グ処理を行うことにより、液体の表面張力や流れの悪さ
を避けるとともに、ガス中における反応生成物の付着現
象を避けつつ、所望のエツチング処理を行うようにした
ものである。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるウェハ表面の清浄化処
理方法に使用される装置を示す縦断面図である。

本実施例において、ウェハ表面の７ｕ浄化処理装置は、
被処理物としてのウェハｌを出し入れ自在に収容する処
理室２を備えており、処理室２は大気から遮断されるよ
うに気密に構成されている。

処理室２の天井壁にはウェハの出し入れ口３が開設され
ており、ウェハ出し入れ口３にはドア４が開閉するよう
に取り付けられている。

処理室２上には排気室５がウェハ出し入れ口３に隣接す
るように連設されており、排気室５は供給路６から供給
される窒素等のような不活性ガスを排出路７から排出す
ることにより出し入れ口３に沿って不活性ガスのカーテ
ンを形成するようになっている。排気室５は処理室２の
出し入れ口３から漏れる蒸気を排気し、かつ、排気量に
応じてガスを供給すべく不活性ガス量を制御されるよう
になっている。

排気室５上には第１予備室８が処理室２と対向するよう
に連設されており、両室５と８との隔壁には、開閉する
ドア１０を取り付けられた連絡口９が開設されている。

第１予備室８の片脇には第２予備室１１が連設されてお
り、両室８と１１との隔壁には、開閉するドア１３を取
り付けられた連絡口１２が開設されている。第２予備室
１１の一側壁には大気に連通ずる開口１４が開設されて
おり、開口１４にはドア１５が開閉するように取り付け
られている。第１および第２予備室８および１１には不
活性ガスを供給する供給路１６および１７がそれぞれ接
続されており、これにより、両室８．１１には不活性ガ
ス雰囲気が作り出されるようなっている。

処理室２にはパージ用の不活性カスを供給づるための供
給路１８が接続されてお９、また、排気８１９か排気室
５に１！征するように開設されている。

処理室２内には内筒２０が出し入れ目３に連接するよう
に縦に垂下されており、内筒２０内の上部には断熱壁部
２１が出し入れ口３を包囲するように敷設されている。

断熱壁部２Ｉの内部には、給水路２２により冷却水を通
水される冷却管２３が多重環状に配管されている。断熱
壁部２１および冷却管２３の下方位置には、せん頭円錐
筒形状に形成された整流板２４が末広りになるように設
置されている。

処理室２内の下部には、弗化水素と水と溶剤としてのア
ルコールとの混合蒸気を処理蒸気として供給するための
供給手段２５が設備されている。

すなわち、内筒２０の下にはソールリング２６を挟設さ
れて貯留槽２７が設置されており、貯留槽２７は混合薄
気２９を発生するための弗化水素と水とアルコールとの
混合液２８を適当な構造材料を用いて、混合液２８に腐
食されずに、しかも、混合液２８を汚染することなく貯
留し得るように形成されている。このような構造材ｔ４
としては、例えば、弗素樹脂、セラミ、り、金属の樹脂
コーティング材料、防腐処理された金属材料等が、考え
られる。

貯留槽２７の上方位置には混合液供給路３０が臨まされ
ており、貯留槽２７の底には混合液排出路３１が接続さ
れている。貯留槽２７の下には加熱手段としてのヒータ
３２が混合液２８を加熱し得るように設備されている。

次ぎに、前記構成にがかるウェハ表面清浄化処理装置を
使用した場合における本発明の一実施例であるウェハ清
浄化処理方法を説明する。

清浄化処理しようとするウェハ１は開口１４から第２予
備室１１に適当なハンドラ等（図示せず。

以下、移送について同じ、）により搬入される。

第２予備室Ｉｆおよび第工予偵室８が不活性ガス雰囲気
になると、ウェハｌは第１予備室８に移される。

第１予備室８に移されたウェハ１は排気室５を通して処
理室２へ搬入される。このとき、排気室５には出し入れ
口３に沿うように不活性ガスのカーテンが形成されてい
るため、第１予備室８および処理室２の雰囲気相互の入
れ換えは殆ど発生せず、処理室２は所定の雰囲気を維持
することになる。

一方、貯留槽２７に貯留された混合液２８はヒータ３２
で加熱されることにより混合蒸気２９を発生している。

加熱された混合薄気２９は上昇するが、冷却管２３まで
達すると、冷却されるため、コールドトラップされるこ
とになる。このとき、整流亭反２４はコールドトラップ
゛されてン良化した混合液を貯留Ｐ５２７に弓く、なお
、混合蒸気２９は窒素等の不活性ガスに比較してその比
重が大きいため、それ自身でも不活性ガスおよび空気等
の処理室２への侵入を阻止することになり、処理室２を
高清浄に保つことになる。

このようにして、処理室２の内部には混合蒸気２９の雰
囲気がきわめて純度高く形成されていることになるため
、処理室２へ搬入されたウェハｌは混合蒸気２９にさら
されることになる。そして、混合蒸気２９中の弗化水素
酸がウェハｌの表面に接触すると、弗化水素酸は強酸処
理等によってウェハ１の表面に形成されている二酸化珪
素と反応する。

−Ｃに、弗化水素酸中でこの反応が行われると、ウェハ
ｌの表面に形成された二酸化珪素膜はエツチングされる
ため、ウェハ１の表面には珪素界面が露出することにな
る。この珪素界面はきわめて活性であるため、ウェハ１
の表面は液中の異物や、炭素等のような不純物等が再付
着し易く、汚染が発生し易い。

この状態で、ウェハ１を水および水を基材とする清浄液
で洗浄すると、ウェハｌの周囲に残留していた異物や、
清浄液中の異物が露出−した珪素界面に付着するため、
汚染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。

さらに、珪素の活性な表面に再付着した異物や不純物は
その後の水や清浄液では除去しにくいこと、また、その
後の熱処理、例えば、酸化工程で形成される二酸化珪素
膜の欠陥原因にな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。

そこで、本実施例においては、ウェハｌを高清浄雰囲気
中で二酸化珪素をエツチング除去した後、ウェハ１を清
浄液で洗浄することなく、ヘキサフルオル珪酸をウェハ
ｌの表面から除去するようにしている。

すなわち、混合蒸気２９中のアルコール蒸気はウェハ１
に接触すると、冷却されて凝結し液化する。この液化し
たアルコールは、ウェハｌの表面においてへキサフルオ
ル珪酸および水と次第に置換することにより、ヘキサフ
ルオル珪酸および水を洗い流すようにして除去する。こ
のとき、ヘキサフルオル珪酸および水に混入している異
物も同時に洗い流すことになる。

ウェハ１の表面がアルコール液だけになると、アルコー
ル液とへキサフルオル酸や水とが置換されたことにより
、ウェハ１は乾燥されることになる。同時に、ウェハ１
の表面にはアルコールによる吸着層が形成されるため、
ウェハ表面は安定的に保持されることになる。

なお、このような作用を奏するアルコールとしては、イ
ソプロピルアルコール、エタノール等を挙げることがで
き、これと同等な作用を奏する溶剤として、フレオン等
が考えられる。

また、混合謂気２９の濃度は、弗化水素酸によるエツチ
ング処理の度合、アルコールによる除去作用の進行状況
、アルコールによるウェハの乾燥速度等のような変動す
る各種条件に応して適正に制御することが望ましい。

このようにして、清浄化処理されたウェハｌは処理室２
から排気室５を通して第１予備室８に移され、さらに、
第２予備室１１を経由して外部に搬出される。

第２図は混合蒸気のエツチング性能を二酸化珪素をエツ
チング処理する場合につき各７店度毎に示す線図である
。

第２図において、縦軸にはエツチング量（人）が、横軸
には時間（分）がそれぞれ取られている。

直線Ａは濃度が弗化水素１００ｃｃ、水１００　ｃｃ、
イソプロピルアルコール２ｅである場合を、直線Ｂは濃
度が弗化水素５０ｃｃ、水５０ｃｃ、イソプロピルアル
コール２１である場合を、直＆％Ｃは濃度が弗化水素１
００ｃｃ、水３００　ｃｃ、イソプロピルアルコール２
１である場合を、それぞれ示している。

第３図は本実施例による清浄化効果を他の清浄化方法に
よる場合との比較において示す線図である。

第３図において、縦軸には直径１２５１１のウェハ上に
付着している０、５μｍ以上の異物の個数が、横軸には
処理工程がそれぞれ取られている。

実線Ｍは本実施例による清浄効果を示しており、ウェハ
を強酸処理し、純水で洗浄した後、この−次洗浄で形成
された二酸化珪素および不純物の薄膜を第２・図に直Ｍ
ＡＢで示されている濃度の混合蒸気を使用して除去し、
同時に蒸気乾燥した場合の実施例である。

破線Ｎは比較対象としての一般的な見本例を示すもので
、ウェハを強酸処理し、純水で洗浄した後、この−次洗
浄で形成された二酸化珪素膜を７震度の低い弗化水素酸
により除去し、さらに純水により洗浄処理し、ついでア
ルコールにより蒸気乾燥させた場合における異物の増減
が示されている。

実線Ｍと破線Ｎとの比較から明らかなように、本実施例
によれば、強酸処理後におけるｌη染を確実に防止する
ことができる。

第４図は幅に比べて深さが深い溝に対する本実施例によ
る清浄化効果を他の７ｒＹ浄化方法による場合との比較
において示す線図である。

第４図において、縦軸には累積彼壊時間が５０％に達す
る破壊時間（秒）が、横軸にはストレス電界（Ｍ　Ｖ　
／　ｃＪＲ）がそれぞれ取られている。

実線Ｐは第３図で述べた処理による本実施例における場
合を、破線Ｑは第３図で述べた処理による見本例におけ
る場合をそれぞれ示している。

実線Ｐと破線Ｑとの比較から明らかなように、本実施例
によれば、見本例に比較して破１に省令が約０．５桁改
善されていることがｖＰ解される。

このように破壊寿命が改善される゛理由は、見本例のよ
うに薄い弗化水素酸を用いて洗浄した場合には、液の表
面張力や流れにくさにより深い溝の底が洗浄されずに異
物が残るのに対して、本実施例においては、混合蒸気が
深い溝の底まで到達することにより、深い溝の底も確実
に清浄化することができるためと、考えられる。

なお、このような幅に比べて深さの深い膚は、半導体装
置においてキャパシタとして使用されることがある。

〔実施例２〕 次に、第１図に示されている処理装置を使用した場合に
おける本発明の他の実施例であるウェハのエツチング処
理方法を説明する。

本実施例において、エツチング処理を施される表面はウ
ェハに形成された二酸化珪素の薄膜であり、エツチング
が施される以外の表面は二酸化珪素以外の物質によりマ
スキングされているごとになる。

エツチング処理を施す二酸化珪素の薄Ｈ２を形成されて
いるウェハ１は第１および第２予備室８．１１を経て処
理室２に搬入される。

一方、貯留室２７に貯留された混合：ａ２８はヒータ３
２で加熱されることにより、エツチング処理蒸気として
の混合蒸気２９を発生している。このエツチング処理の
ための混合蒸気２９は二酸化珪素ＦｊｔＰＩｉのエツチ
ングが最適に行われるように弗化水素蒸気の濃度が制御
されている。

具体的制御手段としては、混合液２８における弗化水素
の混合率を大きくすること等が考えられる。また、使用
する濃度としては、第２図における直線Ａのようなエツ
チング性能を発揮する程度のもの等が、考えられる。

処理室２へ搬入されたウェハｌは弗化水素の濃度が高い
混合蒸気２９にさらされることになる。

そして、混合蒸気２９中の弗化水素酸がウェハ１の表面
に接触すると、弗化水素酸はウェハ１上に露出されてい
るエツチングすべき二酸化珪素の薄膜と反応することに
より、エツチングすることになる。

このとき、エツチングを行う弗化水素酸は蒸気の形態を
とっているため、弗化水素酸液の場合のように表面張力
や流れにくさの悪影響がなく、エツチングすべき二酸化
珪素の薄膜が微細に露出されているパターン部分であっ
ても全体にわたって均等に接触することができ、確実に
エツチングを施すことになる。

また、処理仄気はプラズマ等を用いた反応ガスでないた
め、反応生成物をウェハ１の表面に飛散したり、残留さ
せたりすることもないため、反応生成物による汚染を回
避することができる。特に、混合蒸気中にアルコール蒸
気が含まれていると、アルコール蒸気は被処理物に接触
した時に冷却されて凝結し液化するため、反応生成物を
洗い流すようにして除去することになり、反応生成物に
よる汚染を一層効果的に防止することができる。

このようにして、エツチング処理されたウェハ１は処理
室２から排気室５を通して第１１−備室８？＋１ヶ　七
　拍　　　七　−ぎ　　　ｈα　０５己ｈＩ當　「　　
１　九イ・ｌ山　Ｖ　ブカｊ部に搬出される。

〔実施例３〕 第５Ｍは本発明にかかる処理方法に使用され得る処理装
置を示す縦断面図である。

本処理装置が前記実施例１の処理装置と異なる点は、混
合蒸気の供給手段２５Ａが、アルコール液３３を貯留す
る槽３４と、アルコール液３３を加熱するヒータ３５と
、加熱されたアルコール液３３中に弗化水素酸を供給す
る供給路３６とを備えてなる点にある。

この処理装置において、弗化水素と水とアルコールとの
混合蒸気２９は、槽３４において加熱されたアルコール
！３３中に弗化水素酸を滴下または流入させることによ
り発生される。

この処理装置によれば、混合蒸気２９の濃度の制御を実
施し易いという利点等が得られる。

〔実施例４〕 第６図は本発明かかる処理方法に使用され得る処理装置
を示す縦断面図である。

木々几ｆｑ！′！２石が陥＝己Ｔ鳥祐４’Ａ　Ｉの々几
理契着と異なる点は、混合蒸気の供給手段２５Ｂが、処
理室２に弗化水素酸の蒸気を供給する供給路３７と、処
理室２にアルコール蒸気を供給する供給路３８とを備え
てなる点にある。

この処理装置において、弗化水素と水とアルコールとの
混合蒸気２９は、供給路３７から供給された弗化水素酸
の蒸気と、供給路３８から供給されたアルコール蒸気と
が処理室２において混合することにより発生される。

この処理装置によれば、混合蒸気２９の濃度の制御を実
施し易いという利点等が得られる。

〔効果〕

（１１被処理物を弗化水素と水と溶剤との混合蒸気にさ
らすことにより、弗化水素酸処理後のａ洗浄を省略する
ことができるため、それに伴う汚染の発生を防止するこ
とができる。

（２）　　被処理物を弗化水素と水と／８荊との混合蒸
気にさらすことにより、エツチング処理と乾燥とを一工
程で完遂することができるため、生産性を高めることが
できる。

（３）被処理物を弗化水素と水と溶剤との混合突気にさ
らすことにより、被処理物が処理雰囲気以外の物質に接
触するのを防止することができるため、真に必要な処理
のみを惹起させることができる。

（４）　　被処理物を弗化水素と水と溶剤との混合英気
にさらすことにより、高清浄雰囲気下におけるエツチン
グ乾燥処理が可能となり、被処理物を高清浄に保つこと
ができる。

（５）混合蒸気を使用することにより、輻に比較して深
さが深い溝の隅々まで処理薬を接触させることができる
ため、深い溝についてもその奥まで確実に清浄化するこ
とができる。

（６）被処理物を少なくとも弗化水素を含む処理蒸気に
さらしてエツチング処理を行うことにより、弗化水素酸
液の場合のように表面張力や流れにくさの悪影響がなく
、エツチングすべき二酸化珪素の薄膜が微細に露出され
ているパターン部分であっても全体にわたって均等に接
触することができ、確実にエツチングを施すことになる
。

（７）　　処理蒸気は反応ガスでないため、反応生成物
を被処理物の表面に飛散したり、残留させたりすること
もないため、反応生成物によるｌη染を回避することが
できる。

（８）処理蒸気中にアルコール等のような溶剤の蒸気が
含まれていると、溶剤蒸気は被処理物に接触した時に冷
却されて凝結し液化するため、反応生成物を洗い流すよ
うにして除去することになり、反応生成物による汚染を
一層効果的に防止することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
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。

例えば、エツチング処理を行う処理蒸気は、弗化水素と
水と溶剤との混合蒸気に限らず、弗化水素と水との混合
蒸気、弗化水素と溶剤との混合蒸気、弗化水素だけの蒸
気であってもよい。

本発明にかかる処理方法は前記実施例に示されアいスに
１部鈷暦んノ古田吋・スフ！囮１１ヂ　ノ由小ｂｎ血４
士直により実施することができる。

〔利用分野〕

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ウェハ表面の処理に
適用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなく、他の被処理物についてのエツチング処理等
にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるウェハ表面の清浄化処
理装置を示す縦断面図、 第２図は混合蒸気の工シチング性能を二酸化珪素をエツ
チング処理する場合につき各ン農度毎に示す線図、 第３図は本実施例による清浄化効果を他の？？ｊ浄化方
法による場合との比較において示す線図、第４図は輻に
比べて深さが深い溝に対する本実施例による清浄化効果
を他の清浄化方法による場合との比較において示す線図
、 第５図は本発明にかかる処理方法に使用され得る処理装
置を示ずキ（Ｉ断面図、 第６図は本発明かかる処理方法に使用され得る処理装置
を示す縦断面図である。 ■・・・ウェハ（被処理物）、２・・・処理室、３・・
・出し入れ口、４．１０．１３．１５・・・ドア、５・
・・排気室、６．１６．１７．１８・・・不活性ガス供
給路、７．１９・・・排気路、８・・・第１予備室、９
．１２・・・連絡口、１１・・・第２予備室、２０・・
・内筒、２Ｉ・・・断熱壁部、２２・・・給水路、２３
・・・冷却管、　２４　・　・　・　整流牟反、　２５
　、２５Ａ　、　２５Ｂ　　・・・混合蒸気供給手段、
２６・・・シールリング、２７・・・貯留槽、２８・・
・混合液、２９・・・混合蒸気、３０・・・混合液供給
路、３１・・・混合？＆排出路、３２・・・ヒータ（加
熱手段）、３３・・・アルコール液、３４・・・貯留槽
、３５・・・ヒータ、３６・・・弗化水素酸供給路、３
７・・・弗化水素ｌ１２蒸気供給路、３８・・・アルコ
ール蒸気供給路。 丈−／ 第　　４　　図 ７￥し２窟手（’ｕＴ／―）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物を少なくとも弗化水素を含む処理蒸気にさ
   らすことにより、エッチング処理を行うようにしたこと
   を特徴とする処理方法。 ２、処理蒸気が、弗化水素と水と溶剤とを含む混合蒸気
   により構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の処理方法。 ３、処理蒸気が、弗化水素の濃度が比較的高くなるよう
   に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の処理方法。 ４、被処理物を弗化水素と水と溶剤との混合蒸気にさら
   すことにより、エッチングによる清浄化処理と蒸気乾燥
   処理とを一工程において行うようにしたことを特徴とす
   る処理方法。 ５、溶剤が、アルコール等の水溶性溶剤であることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の処理方法。 ６、溶剤がフレオン等の非水溶性溶剤であることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の処理方法。 ７、混合蒸気の濃度が、処理の度合、進行状況に応じて
   調整制御されることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載の処理方法。