JPH01260829A - 半導体製造装置 - 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】 〔概要〕 半導体製造装置、特に半導体装置の製造においてウェッ
トエツチングを行う製造装置に関し、一般にエツチング
レートがパターンの方向によらず、かつ、エツチングレ
ートのウェハ内分布の良いウェットエツチング装置を提
供することを目的とし、 エツチング液を用いて半導体基板、半導体基板上の金属
膜、半導体膜、絶縁膜などをエツチングするウェットエ
ツチング装置にして、エツチングする範囲とほぼ一致す
る範囲においてほぼ一様な方向と強さのエツチング液を
噴霧する噴霧口を有し、前記範囲のいずれの点でもその
線速度が該噴霧口から噴霧されたエツチング液の速度に
比べてより小さくなるように半導体基板を回転させる機
構を有することを特徴とする半導体製造装置を含み構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体製造装置、特に半導体装置の製造にお
いてウェットエツチングを行う製造装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体集積回路の規模は急速に増大しており、築
積度の向上が強く望まれている。そのためトランジスタ
に代表される能動素子のみならず、素子分離領域の微細
化が是非とも必要となっている。従来から用いられてい
る素子分離法は、シリコンＬＳＩの場合、シリコンの選
択酸化によって形成する５ｉＯｚを用いる誘電体分離法
である。しかしこの方法では、いわゆるバーズビーク（
ｂｉｒｄ’５ｂｅａｋ）による能動領域幅の減少や、Ｃ
ＭＯＳ構造のウェル分離におけるラッチアップ現象の問
題など、分離領域の幅を小さくすることに限界があった
。

そこで現在開発されつつあり、また一部実用化されてい
る技術としてトレンチ分離技術がある。

この方法は、第３図を参照すると、シリコン基板３１に
適当な深さの溝３２を形成し、この内部に誘電体ないし
誘電体と半導体の積層膜からなる充填材を埋め込んで素
子間を分離するものである。なお同図において、３３は
溝の側壁上に形成された５ｔ０２膜、３４と３５は溝の
エツチングのときにマスクとして用いる５ｉ０２Ｂ’Ａ
と窒化シリコン膜である。かかる溝を形成した後に例え
ばポリシリコン３６を例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法
で破線で示す位置まで成長し、次いでポリシリコンを矢
印方向にエツチングして実線で示すところでエツチング
を止め、溝３２をポリシリコン３６で埋め込む。そして
、このトレンチ内に充填材を埋め込む製造工程で、選択
性の良さ、ダメージが少ないことなどから、ウェア）エ
ッチを用いてエッチバックする方法が有力視されている
。

従来のウェットエツチング装置のうち、エッチバック工
程において要求されるウェハ内分布が良いこと、ウェハ
間の再現性が良いこと、エンドポイント検出が可能で急
速なエツチングの停止が可能であるなどの条件を満たす
のは、枚葉式のスピンエツチャーである。

第４図は従来のスピンエフチャーの構成図である。半導
体基板１を、ピン２と腕３および軸４がらな名チャック
で保持し、これを８０Ｏｒｐｍ程度の速度で回転させな
がら、噴霧口（ノズル）５からエツチング液６をスプレ
ーしてエツチングを行う。

なおこの図で、裏面に付着したポリシリコンを同時にエ
ツチングするためのノズルと、エンドポイント検出用の
光学系は省略した。

この構成のスピンエツチャーでは、ウェハ内のエツチン
グレートの均一性を確保するた゛めに、８００ｒｐｍ程
度の比較的高速の回転を必要とする。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置によるエツチング中には、ウェハ表面に半径
方向のエツチング液の流れを生じる。このためエッチバ
ックが完了した後、残渣がないよう若干のオーバーエッ
チを行う際、溝の方向が半径方向に対してほぼ平行なパ
ターンにおいて、その溝内のエツチングレートが他の部
分に比べて速く、エッチバックによる埋込み工程完了後
の基板表面の平坦性を損なうという問題があった。

第５図はウェハのエツチングを示す図で、本発明者は、
ウェハ４１にチップ４２ａ　、　４２ｂのレジストパタ
ーンを形成した。チップ４２ａは図に見てウニへの回転
中心４１ａの真下に、またチップ４２ｂは回転中心の左
に設けた。パターン４３は第３図の溝３２と同じ溝パタ
ーンであり、また４４は実験のために形成した溝と同じ
深さの円筒状の穴（円形パターン）で、溝と穴にはポリ
シリコン４５が埋め込まれている。かかるパターンを用
い、第４図のスピンエツチャーを用い８００　ｒｐｍの
回転速度でウェハ４１上に成長したポリシリコンをエツ
チングをしたところ、ウェハの下方のチップ４２ａでは
、ウェハの下方の断面図で示されるように溝４３内のポ
リシリコン４５はオーバーエツチングされ、左のチップ
４２ｂではポリシリコンはウェハの左の断面図に示され
るように溝４３の表面がウェハ面と同一平面にあるよう
にエツチングされた。また、双方のチップ４２ａ、　４
２ｂにおいて、穴４４ではポリシリコンがウェハ表面と
ほぼ同じ高さにエツチングされた。この現象から、本発
明者は、ウェハ４１が８０Ｏｒｐｍの回転速度で回転す
るとき、エツチング液は遠心力によっｔ図に白抜矢印で
示す方向に飛ばされ、そこで、エツチング液の飛ばされ
る方向と溝パターンの方向とが一致するところくチップ
４２ａ）ではエツチングが早く進み、溝パターン方向が
矢印方向と直交するところ（チップ４２ｂ）ではエツチ
ングが遅く進むであろう、と推論した。そして、穴のポ
リシリコンは双方のチップで同じ深さにエツチングされ
たことは、この推論を裏付けるものと思われる。

そこで本発明は、一般にエツチングレートがパターンの
方向に依らず、かつ、エツチングレートのウェハ内分布
の良いウェットエツチング装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、エツチング液のスプレーされたものが、ウ
ェハの全面においてその方向がほぼ平行かつ均一になる
ようなノズルを用いてスプレーし、ウェハの周辺部にお
いてもスプレーされたエツチング液の流れの速さよりも
遅くなるような速度でウェハを回転させてエツチングを
行う構成を採用する。

すなわち、ウェハの半径をｒとし、ウェハ回転の角速度
をω、スプレーされたエツチング液の流れの速度を■と
するとき、ｒ・ω〈Ｖの条件を満たすように回転させる
。

〔作用〕

本発明の方法によると、次のようにして前記問題点が解
決できる。

先ず、エツチングレートは、ウェハ各点におけるエツチ
ング液の供給量とその表面上での流れの速さによるが、
本発明の構成では、供給はノズル形状によってウェハ内
で均一性を確保し、表面上での流れの速さは、スプレー
された時点の流れが回転によってあまり乱されないため
、ウェハ内で均一となる。従ってウェハ内のエツチング
レートの均一性が確保できる。

次に、表面上での流れの方向が各瞬間ごとにはほぼ同一
であり、これに対してウェハが回るから、ウェハ上のど
の点でも、流れ方向の影響は平均化されて現れない。従
って、エッチレートのパターン依存性がない。

本発明の原理を示す第２図を参照すると、チップ４２が
形成されるウェハ４１は、半径ｒとしたとき、角速度が
ωであれば、チップの周辺ではｒ・ωの矢印で示す線速
度が発生する。このウェハ４１に向けてＶの速度でエツ
チング液がスプレーされたとき、ｒ・ω＞Ｖであれば第
５図を参照して説明した現象が発生するのであるが、ｒ
・ωくｖとするときには、ウェハ４１が矢印■の方向に
回転しても、エツチング液は常に破線矢印の方向に流れ
、１１［１ｉ１のチップについていうと、あるときはエ
ツチング液の流れ方向が溝パターンと平行であり、次の
時点ではエツチング液の流れ方向は溝パターンと直交す
る。すなわち、各チップの溝パターンとエツチング液の
流れ方向とは、すべてのチップについて平均的に変化す
るので、総体的にみると両者は均一化し、すべての溝内
のポリシリコンが平均的にエツチングされることになる
。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例の説明図である。同図［ａ）
はノズルの正面図であり、楕円形の面内に面密度が一定
であるように孔１７を開けたものである。

ここで、楕円の長径ａはウェハの直径ｄ以上とし、短径
すはノズルの角度をθとするとき、ｂ＝ａ・ｓｉｎθを
満たすようにする。また番孔１７からの噴出量が一定で
あるように番孔１７に至る圧力損がほぼ等しくなるよう
に側面形状を整える。

同図（′ｂ）は全体の構成図である。ウェハ１１をピン
１２、腕１３、軸１４よりなるチャックにより保持、回
転しながら、上記ノズル１５よりエツチング液１６を噴
霧してエツチングを行う。このとき、エツチング液１６
の流れはウェハ上のどの点においてもほぼ一定になり、
回転速度を適当な速度としておくことによりパターン方
向依存性は解消される。

なお、エツチング液の流量およびウェハ回転速度は、ノ
ズルの孔の形や数などによって実験的に決める必要があ
る。なおそのとき、ノズルの角度θはエツチング液の流
速Ｖに影響するから（θ＝０とθ＝９０°のときウェハ
上のエツチング液の速度はＶと０となる）、ノズルの角
度も考慮しなければならない。

この実施例では楕円形のノズルに一定の密度で同じ大き
さの孔を設けたが、流体力学的に孔の密度や大きさを変
化させて一様性を確保してもよい。

また、この実施例ではノズルは楕円形であったが、直線
状に並んだ孔を用いてもノズル角度をうまく選べば同様
な結果が得られる。また、この実施例では示さなかった
が、エンドポイントの検出機構や裏面の同時エツチング
を並置してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、パターンの方向に依存す
ることなくウェハ内で均一なエツチングレートを有する
エツチング装置が得られ、従って、本発明の装置を用い
れば高精度なエツチングが可能となり、半導体の製造歩
留りおよび信頼性が向上する。なお、上記の例ではポリ
シリコンのエツチングについて説明したが、本発明の通
用範囲はその場合に限定されるものでなく、半導体基板
、半導体基板上の金属膜、半導体膜、絶縁膜などをエツ
チングする場合にも及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の説明図で、その（ａ）はノズル
正面図、（ｂ）は全体の構成図、 第２図は本発明の詳細な説明する図、 第３図は半導体基板に形成された溝の断面図、第４図は
従来のスピンエラチャの構成図、第５図はウェハのエツ
チングを示す図 である。 図中、 １１はウェハ、 １２はピン、 １３は腕、 １４は軸、 １５はノズル、 １６はエツチング液、 １７は孔、 を示す。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　久木元　　　彰 不昶朗ね１列４猥朗加 第１図 不蒋朗＾脅理を誂ヨ恥るｍ 第２図 勺り乎−ズビ〉工・７ケイ／ｌ木匙さ」８第４図 ７；バーｒ、ｆンγモ示１０ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エッチング液を用いて半導体基板、半導体基板上の金
   属膜、半導体膜、絶縁膜などをエッチングするウェット
   エッチング装置にして、 エッチングする範囲とほぼ一致する範囲においてほぼ一
   様な方向と強さのエッチング液を噴霧する噴霧口（１５
   ）を有し、前記範囲のいずれの点でもその線速度が該噴
   霧口（１５）から噴霧されたエッチング液（１６）の速
   度に比べてより小になるように半導体基板を回転させる
   機構を有することを特徴とする半導体製造装置。