基板處理方法和基板處理裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用處理液來處理基板的基板處理方法和基板處理裝置。作為處理對象的基板，例如包括:半導體晶片、液晶顯示裝置用玻璃基板、等離子體顯示器用基板、場致發(fā)射顯示器(Field Emiss1n Display，F(xiàn)ED)用基板、光盤用基板、磁盤用基板、光磁盤用基板、光掩模用基板、陶瓷基板、太陽能電池用基板等基板。
【背景技術】
[0002]在半導體裝置等的制造工序中，根據(jù)需要進行如下的蝕刻處理:向形成有氮化硅膜的基板表面供給作為蝕刻液的高溫磷酸水溶液，以除去氮化硅膜。在美國專利申請(申請?zhí)?2012/074102A1)中，公開了一種向保持在旋轉(zhuǎn)卡盤中的基板供給沸點附近的磷酸水溶液的葉片式基板處理裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]例如，在金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，MOSFET)型半導體裝置的制造過程中，有時會在形成于半導體晶片表面的由多晶硅構成的柵電極的側(cè)面形成氮化硅膜作為側(cè)壁膜，并且在柵電極和氮化硅膜上層疊氧化硅膜。這種情況下，半導體裝置的制造工序有時會包含從半導體晶片上蝕刻除去氮化硅膜和氧化硅膜的蝕刻工序。
[0004]通常，為了除去氧化硅膜，而使用氫氟酸水溶液作為蝕刻液。因此，在上述蝕刻工序中，首先，通過供給氫氟酸水溶液，從半導體晶片上除去氧化硅膜。隨著氧化硅膜的除去，露出柵電極和氮化硅膜。接著，通過向露出了柵電極和氮化硅膜的半導體晶片供給磷酸水溶液，從半導體晶片上除去氮化硅膜。這種情況下，向半導體晶片供給氫氟酸水溶液是使用不同于向半導體晶片供給磷酸水溶液的基板處理裝置來進行的。
[0005]即，在這樣的蝕刻工序中，需要使基板(半導體晶片)往來于氧化硅膜除去用基板處理裝置與氮化硅膜除去用基板處理裝置之間，因此，用于除去氧化硅膜和氮化硅膜的蝕刻處理需要長時間。希望在一個室內(nèi)進行這樣的蝕刻工序，以縮短處理時間。
[0006]另外，向噴嘴供給磷酸水溶液和水的混合液時，通過磷酸水溶液和水的互混，在噴嘴內(nèi)磷酸水溶液和水的混合液發(fā)生突沸，同時以含有水蒸氣的狀態(tài)進行流通。由于磷酸水溶液和水的混合液含有水蒸氣，所以從噴嘴噴出磷酸水溶液和水的混合液就變得不穩(wěn)定，有時會一下子從噴嘴向基板極強勁地噴出磷酸水溶液。由此，有可能對基板表面造成損傷。這樣的課題，不僅是向噴嘴供給磷酸水溶液和水的混合液時，就連向噴嘴供給第I液和第2液的混合液時，也廣泛共通性地存在。
[0007]本發(fā)明的目的之一在于提供一種基板處理方法，該方法在短時間內(nèi)進行從基板上除去氧化硅膜和氮化硅膜。
[0008]另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種基板處理裝置，該裝置能夠在I個室內(nèi)從基板上除去氧化硅膜和氮化硅膜。
[0009]另外，本發(fā)明的又一目的在于提供一種基板處理裝置，該裝置能夠從噴嘴內(nèi)除去因第I液與第2液的混合而在噴嘴內(nèi)產(chǎn)生的氣體，以穩(wěn)定地向基板供給第I液和第2液的混合液。
[0010]本發(fā)明的第I方面提供一種基板處理方法，該方法用于從在表面形成有第I氮化硅膜、并且在所述第I氮化硅膜上層疊有氧化硅膜的基板上除去所述第I氮化硅膜和所述氧化硅膜，其包括:第I磷酸處理工序，該第I磷酸處理工序向由基板保持單元保持的所述基板供給規(guī)定的第I濃度的磷酸水溶液，用該磷酸水溶液處理所述基板，以除去所述第I氮化硅膜；以及第2磷酸處理工序，該第2磷酸處理工序在所述第I磷酸處理工序后，接著向所述基板供給低于所述第I濃度的第2濃度的磷酸水溶液，用該磷酸水溶液處理所述基板，以除去所述氧化硅膜。
[0011]根據(jù)該方法，進行向基板供給濃度較高的第I濃度的磷酸水溶液的第I磷酸處理工序，接著，進行向基板供給濃度較低的第2濃度的磷酸水溶液的第2磷酸處理工序。
[0012]在沸點使用磷酸水溶液時，隨著磷酸水溶液的溫度上升，蝕刻選擇比(氮化硅膜的蝕刻量/氧化硅膜的蝕刻量)成反比例地降低。即，高濃度的磷酸水溶液不僅可用于氮化硅膜的蝕刻，還可用于氧化硅膜的蝕刻。因此，在第I磷酸處理工序中，通過向基板供給高濃度的磷酸水溶液，能夠從該基板上良好地除去氧化硅膜。另外，在第2磷酸處理工序中，通過向基板供給低濃度的磷酸水溶液，能夠除去第I氮化硅膜。
[0013]由于第I和第2磷酸處理工序均是使用磷酸水溶液的工序，所以能夠在I個室內(nèi)進行第I和第2磷酸處理工序。這種情況下，在蝕刻過程中不需要將基板在多個室間轉(zhuǎn)換。由此，能夠提供一種能夠在短時間內(nèi)進行氧化硅膜和第I氮化硅膜的除去的基板處理方法。
[0014]另外，還能夠連續(xù)進行均為使用磷酸水溶液的工序的第I和第2磷酸處理工序，這種情況下，能夠在短時間內(nèi)進行包括第I和第2磷酸處理工序在內(nèi)的一系列的處理。由此，能夠在更短的時間內(nèi)進行包括第I和第2磷酸處理工序在內(nèi)的一系列的處理。
[0015]在本發(fā)明的一個實施方式中，所述由基板保持單元保持的所述基板是如下的半導體基板，該半導體基板形成有由硅構成的柵電極，在所述柵電極的側(cè)面形成有第I氮化硅膜作為側(cè)壁膜，并且在所述柵電極和所述第I氮化硅膜上層疊有氧化硅膜。
[0016]這種情況下，若向由硅構成的柵電極供給高濃度的磷酸水溶液，則柵電極有可能受到損傷。但是，在本發(fā)明中，在第2磷酸處理工序中，由于是使用低濃度的磷酸水溶液來除去第I氮化硅膜，所以不會給柵電極帶來損傷，并能夠除去第I氮化硅膜。由此，能夠從半導體基板表面除去第I氮化硅膜和氧化硅膜，而不給柵電極帶來損傷。
[0017]另外，當基板還具有層疊于所述氧化硅膜上的第2氮化硅膜時，為了除去所述第2氮化硅膜，所述方法在所述第I磷酸處理工序之前可以還包含如下的高濃度磷酸處理工序:向所述基板供給濃度高于所述第2濃度的磷酸水溶液，用該磷酸水溶液處理所述基板。
[0018]根據(jù)該方法，在第I磷酸處理工序之前，進行向基板供給高濃度的磷酸水溶液的高濃度磷酸處理工序。由此，能夠從基板上良好地除去第2氮化硅膜。在高濃度磷酸處理工序結束時，露出氧化硅膜的表面。
[0019]由于第I和第2磷酸處理工序以及高濃度磷酸處理工序均是使用磷酸水溶液的工序，所以能夠在I個室內(nèi)進行第I和第2磷酸處理工序以及高濃度磷酸處理工序。由此，能夠在短時間內(nèi)進行氧化硅膜以及第I和第2氮化硅膜的去除。
[0020]另外，由于第I和第2磷酸處理工序以及高濃度磷酸處理工序均是使用磷酸水溶液的工序，所以還能夠連續(xù)進行各工序，這種情況下，能夠在更短時間內(nèi)進行包括第I和第2磷酸處理工序以及高濃度磷酸處理工序在內(nèi)的一系列的處理。
[0021]另外，與低濃度的磷酸水溶液相比，高濃度的磷酸水溶液對氮化硅膜具有高蝕刻速度。因此，在高濃度磷酸處理工序中，與采用低濃度的磷酸處理時相比，能夠縮短其處理時間。
[0022]另外，當所述基板還具有層疊于所述氧化硅膜上的第2氮化硅膜時，為了除去所述第2氮化硅膜，所述方法在所述第I磷酸處理工序之前，可以還包含如下的低濃度磷酸處理工序:向所述基板供給濃度低于所述第I濃度的磷酸水溶液，用該磷酸水溶液處理所述基板。
[0023]根據(jù)該方法，在第I磷酸處理工序之前，進行向基板供給低濃度的磷酸水溶液的低濃度磷酸處理工序。由此，能夠從基板上良好地除去第2氮化硅膜。當?shù)蜐舛攘姿崽幚砉ば蚪Y束時，露出氧化硅膜的表面。
[0024]由于第I和第2磷酸處理工序以及低濃度磷酸處理工序均是使用磷酸水溶液的工序，所以能夠在I個室內(nèi)進行第I和第2磷酸處理工序以及低濃度磷酸處理工序。由此，能夠在短時間內(nèi)進行氧化硅膜以及第I和第2氮化硅膜的去除。
[0025]另外，由于第I和第2磷酸處理工序以及低濃度磷酸處理工序均是使用磷酸水溶液的工序，所以還能夠連續(xù)進行各工序，這種情況下，能夠在更短時間內(nèi)進行包括第I和第2磷酸處理工序以及低濃度磷酸處理工序在內(nèi)的一系列的處理。
[0026]本發(fā)明的第2方面提供一種基板處理裝置，該裝置用于從在表面形成有第I氮化硅膜、并且在所述第I氮化硅膜上層疊有氧化硅膜的基板上除去所述第I氮化硅膜和所述氧化硅膜，其包括:室；基板保持單元，該基板保持單元收納在所述室內(nèi)，以保持所述基板；磷酸供給單元，該磷酸供給單元用于向保持在所述基板保持單元內(nèi)的所述基板供給磷酸水溶液；供給濃度調(diào)整單元，該供給濃度調(diào)整單元用于調(diào)整向所述基板供給的磷酸水溶液的濃度；以及控制單元，該控制單元控制所述磷酸供給單元和所述供給濃度調(diào)整單元，并實行如下的處理工序:第I磷酸處理工序，該第I磷酸處理工序向由所述基板保持單元保持的所述基板供給規(guī)定的第I濃度的磷酸水溶液，用該磷酸水溶液處理所述基板，以除去所述第I氮化硅膜；以及第2磷酸處理工序，該第2磷酸處理工序在所述第I磷酸處理工序之后，接著向所述基板供給低于所述第I濃度的第2濃度的磷酸水溶液，用該磷酸水溶液處理所述基板，以除去所述氧化硅膜。
[0027]根據(jù)該構成，進行向基板供給濃度較高的第I濃度的磷酸水溶液的第I磷酸處理工序，接著，進行向基板供給濃度較低的第2濃度的磷酸水溶液的第2磷酸處理工序。
[0028]在沸點使用磷酸水溶液時，隨著磷酸水溶液的溫度上升，蝕刻選擇比(氮化硅膜的蝕刻量/氧化硅膜的蝕刻量)成反比例地降低。即，高濃度的磷酸水溶液不僅可用于氮化硅膜的蝕刻，還可用于氧化硅膜的蝕刻。因此，在第I磷酸處理工序中，通過向基板供給高濃度的磷酸水溶液，能夠從該基板上良好地除去氧化硅膜。另外，在第2磷酸處理工序中，由于是通過向基板供給低濃度的磷酸水溶液來除去第I氮化硅膜，所以能夠除去第I氮化硅膜，而不會給柵電極帶來損傷。
[0029]由于第I和第2磷酸處理工序均是使用磷酸水溶液的工序，所以能夠在I個室內(nèi)進行第I和第2磷酸處理工序。由此，能夠提供可以在I個室內(nèi)除去氧化硅膜和第I氮化硅膜的基板處理裝置。
[0030]另外，還能夠連續(xù)進行均為使用磷酸水溶液的工序的第I和第2磷酸處理工序，這種情況下，能夠在短時間內(nèi)進行包括第I和第2磷酸處理工序在內(nèi)的一系列的處理。由此，能夠在短時間內(nèi)進行包括第I和第2磷酸處理工序在內(nèi)的一系列的處理。
[0031]在本發(fā)明的一個實施方式中，由所述基板保持單元保持的所述基板是如下的半導體基板，該半導體基板形成有由硅構成的柵電極，在所述柵電極的側(cè)面形成有第I氮化硅膜作為側(cè)壁膜，并且在所述柵電極和所述第I氮化硅膜上層疊有氧化硅膜。
[0032]這種情況下，若向由硅構成的柵電極供給高濃度的磷酸水溶液，則柵電極有可能受到損傷。但是，在本發(fā)明中，在第2磷酸處理工序中，由于是使用低濃度的磷酸水溶液來除去第I氮化硅膜，所以不會給柵電極帶來損傷，而能夠除去第I氮化硅膜。由此，能夠從半導體基板表面除去第I氮化硅膜和氧化硅膜，而不給柵電極帶來損傷。
[0033]另外，所述磷酸供給單元包含輸出磷酸水溶液的磷酸噴嘴，所述供給濃度調(diào)整單元可以包含調(diào)整從所述磷酸噴嘴輸出的磷酸水溶液的濃度的輸出濃度調(diào)整單元。
[0034]這種情況下，所述磷酸供給單元包含:供給磷酸水溶液的磷酸配管；供給水的供水配管；以及與所述磷酸配管和所述供水配管連接、且混合來自所述磷酸配管的磷酸水溶液和來自所述供水配管的水的混合部。通過所述混合部混合的磷酸水溶液從所述磷酸噴嘴輸出，所述輸出濃度調(diào)整單元優(yōu)選包含混合比調(diào)整單元，所述混合比調(diào)整單元調(diào)整所述混合部的來自所述磷酸配管的磷酸水溶液與來自所述供水配管的水的混合比。
[0035]根據(jù)該構成，可以通過混合比調(diào)整單元調(diào)整混合部的來自磷酸配管的磷酸水溶液與來自供水配管的水的混合比。通過調(diào)整該混合比，能夠調(diào)整從磷酸噴嘴輸出的磷酸水溶液的濃度，由此，能夠通過簡單的構成改變從磷酸噴嘴輸出的磷酸水溶液的濃度。
[0036]另外，所述磷酸供給單元包含:輸出磷酸水溶液的磷酸噴嘴、用于向所述磷酸噴嘴供給所述第I濃度的磷酸水溶液的第I磷酸供給單元、用于向所述磷酸噴嘴供給所述第2濃度的磷酸水溶液的第2磷酸供給單元。所述供給濃度調(diào)整單元可以包含切換單元，所述切換單元在所述第I磷酸供給單元和所述第2磷酸供給單元之間切換向所述磷酸噴嘴供給的所述磷酸水溶液的供給源。
[0037]根據(jù)該構成，向磷酸噴嘴供給的磷酸水溶液的供給源在第I磷酸供給單元和第2磷酸供給單元之間進行切換。由此，可以通過簡單的構成改變從磷酸噴嘴輸出的磷酸水溶液的濃度。
[0038]另外，所述磷酸供給單元可以包含噴嘴和氣體導出配管。所述噴嘴具有:液體導入口，該液體導入口導入磷酸水溶液和水；液體導出口，該液體導出口配置在所述液體導入口上方，向保持在所述基板保持單元的基板輸出磷酸水溶液和水的混合液；內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間包括貯存從所述液體導入口流入的磷酸水溶液和水并且將它們導向所述液體導出口的貯存空間；以及氣體導出口，該氣體導出口從所述內(nèi)部空間內(nèi)導出所述氣體。所述氣體導出配管與所述噴嘴相連，將通過磷酸水溶液與水的互混而在所述內(nèi)部空間產(chǎn)生的氣體經(jīng)由所述氣體導出口導出所述噴嘴外。
[0039]這種情況下，由于磷酸水溶液和水的混合液貯存在貯存空間，所以與未設貯存空間時相比，能夠確保磷酸水溶液和水的混合液在內(nèi)部空間中的滯留時間長。因此，能夠良好地除去磷酸水溶液和水的混合液中所含的氣體，其結果，能夠從液體導出口輸出氣體含量減少了的狀態(tài)的磷酸水溶液和水的混合液。由此，能夠穩(wěn)定地進行向基板供給磷酸水溶液和水的混合液。
[0040]本發(fā)明的第3方面提供基板處理裝置，該裝置包括:保持基板的基板保持單元、噴嘴和氣體導出配管。所述噴嘴具有:液體導入口，該液體導入口導入第I液和通過與所述第I液互混而產(chǎn)生氣體的第2液；液體導出口，該液體導出口配置在所述液體導入口上方，向保持在所述基板保持單元的基板輸出第I液與所述第2液的混合液；內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間包括貯存從所述液體導入口流入的第I液和第2液并且將它們導向所述液體導出口的貯存空間；以及氣體導出口，該氣體導出口從所述內(nèi)部空間內(nèi)導出所述氣體。所述氣體導出配管與所述噴嘴相連，將通過第I液與第2液的互混而在所述內(nèi)部空間產(chǎn)生的所述氣體經(jīng)由所述氣體導出口導出所述噴嘴外。
[0041]根據(jù)該構成，第I液和第2液通過液體導入口而供給到內(nèi)部空間，積存在貯存空間內(nèi)。由于通過第I液與第2液的混合而產(chǎn)生氣體，所以第I液和第2液的混合液(以下，有時只稱作“混合液”。)以與氣體互混的狀態(tài)流過內(nèi)部空間。另外，由于噴嘴上連接有氣體導出配管，所以通過第I液與第2液的混合而產(chǎn)生的氣體經(jīng)由氣體導出配管排放到噴嘴外。
[0042]由于混合液貯存在貯存空間，所以與未設貯存空間時相比，能夠確?；旌弦涸趦?nèi)部空間中的滯留時間長。因此，能夠良好地除去混合液中所含的氣體，其結果，能夠從液體導出口輸出氣體含量減少了的狀態(tài)的混合液。由此，能夠向基板穩(wěn)定地供給混合液。
[0043]所述貯存空間可以以達到所述液體導出口的高度的液位為上限來貯存所述混合液。
[0044]在本發(fā)明的一個實施方式中，在所述內(nèi)部空間設有流出限制部，限制第I液和第2液向所述氣體導出配管內(nèi)的流出。
[0045]另外，所述氣體導出口配置在所述液體導出口的上方，所述流出限制部可以包含隔墻，所述隔墻將所述內(nèi)部空間沿上下分隔成包含所述液體導入口和所述貯存空間的下空間、以及與該下空間連通且包含所述氣體導出口的上空間。
[0046]根據(jù)該構成，包含貯存空間的下空間和包含氣體導出口的上空間被隔墻上下分隔，所以能夠抑制或防止流過內(nèi)部空間內(nèi)的混合液經(jīng)由氣體導出口流出到氣體導出配管內(nèi)。
[0047]所述貯存空間的容積和從所述液體導入口流入貯存空間的第I液和第2液的流量可以設定成:流過所述內(nèi)部空間的第I液和第2液在所述貯存空間滯留0.1秒以上的容積和流量。
[0048]根據(jù)該構成，由于混合液在貯存空間內(nèi)滯留較長時間，所以能夠從混合液中除去更多量的氣體。由此，能夠從噴嘴輸出基本上除去了氣體的混合液。
[0049]所述基板處理裝置還包含:混合第I液和第2液的混合部、以及將由所述混合部混合的混合液供給到所述噴嘴的混合液配管，所述液體導入口可以包含連接在所述混合液配管上的混合液導入口。
[0050]這種情況下，在所述混合液配管上可以連接吸引所述混合液配管的內(nèi)部的吸引配管。殘留在混合液配管內(nèi)的混合液，通過吸引，使混合液配管內(nèi)的混合液的頂端面后退，所以在停止從噴嘴輸出混合液之后，能夠防止混合液進入噴嘴內(nèi)。由此，能夠可靠地防止在未預測的時間從噴嘴滴下混合液。
[0051]另外，所述液體導入口可以包含導入第I液的第I液導入口和導入第2液的第2液導入口，所述第2液導入口與所述第I液導入口分開設置。
[0052]作為所述第I液和第2液的組合，所述第I液可以是磷酸水溶液，所述第2液可以是水。這種情況下，所述液體導出口包含第I液導出口和設置在所述第I液導出口上方的第2液導出口，所述基板處理裝置還可以包含貯存空間切換單元，所述貯存空間切換單元通過開關所述第I液導出口而在第I貯存空間和第2貯存空間之間切換所述貯存空間，所述第I貯存空間貯存從所述液體導入口流入的磷酸水溶液和水，并且將它們導向所述第I液導出口，所述第2貯存空間設置成大于所述第I貯存空間的容量，貯存從所述液體導入口流入的磷酸水溶液和水，并且將它們導向所述第2液導出口。
[0053]根據(jù)該構成，在從液體導入口導入規(guī)定的流量的磷酸水溶液和水的情況下，當貯存空間是第2貯存空間時，與貯存空間是第I貯存空間時相比，供給到內(nèi)部空間的磷酸水溶液和水的滯留時間長，因此，從積存在貯存空間的磷酸水溶液和水中蒸發(fā)的水分蒸發(fā)量多。即，當貯存空間是第2貯存空間時，與貯存空間是第I貯存空間時相比，積存在貯存空間的磷酸水溶液和水的混合液的磷酸濃度變高。因此，通過在第I和第2貯存空間之間選擇性地切換貯存空間，能夠改變從噴嘴輸出的磷酸水溶液的濃度。
[0054]由此，能夠向基板供給符合處