专利名称：半导体器件的制造方法、湿式蚀刻处理装置及湿式蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及包括湿式蚀刻工序的半导体器件的制造方法。特别涉及 对蚀刻溶液中的氮气的发泡控制方法的改进。
背景技术：
作为半导体器件的制造工序之一的湿式蚀刻工序，被用于中间绝缘膜的开孔及PV膜的开孔等。在这样的湿式蚀刻工序中，药液(蚀刻溶液)的主成分氟化铵容易析出结晶，而且，因其析出物漂浮于药液，从 而有时附着于浸渍中的晶片表面的被蚀刻膜而阻碍蚀刻的进行。图l表示氟化铵的结晶析出物16附着于晶片10的表面的被蚀刻膜12的状况。 另外，在图1中，符号14表示抗蚀剂层。在日本特开平7-58078号公报中，通过在湿式蚀刻工序中，进行向 药液供给氮气的所谓"发泡(bubbling)",解除了上述问题，在日本特 开平7-58078号公报中被公开的湿式蚀刻装置，如图2所示，从一个氮 气用配管26,向蚀刻溶液20内供给氮气。而且，供给氮气的氮气供给 源22设置有一个计时器，从而能以一定的时间间隔进行氮气发泡。图2所示的湿式蚀刻装置，具有储存蚀刻溶液20的蚀刻药液槽18、 在氮气用配管26的管路上设置的过滤器25、测定氮气流量的流量计24、 和电磁阀门23。在蚀刻药液槽18内， 一次可处理多个半导体晶片19。 而且，在蚀刻药液槽18的底部附近，设置了使氮气成为细小气泡状的 起泡器21。专利文献l :日本特开平7-58078号公报在日本特开2004-198243号公报中，公开了包含湿式蚀刻工艺的3 轴加速度传感器的制造工序。对这样的3轴加速度传感器的制造工序， 可以应用日本特开平7-58078号公报公布的湿式蚀刻技术。专利文献2 :日本特开2004-198243号>^才艮。
然而，被专利文献1 (日本特开平7-58078号公报)公开的发明， 在不进行氮气发泡时(蚀刻处理本身停止时，或者停止了氮气的供给 时)，因为由电磁阀19完全切断了氮气的供给，因此蚀刻溶液进入了氮 气供给用配管16的前端。其结果，在氮气供给用配管16内，引起结晶 析出，使氮气发泡的本来功能(效果)不能充分发挥。
另一方面，在湿式蚀刻工序中，连续地(持续地)进行氮气发泡时， 如图3所示，侧蚀(钻蚀undercut) 38的量增大，抗蚀剂34的帽沿 状部位40变得容易折断，抗蚀剂34折断时，就会漂浮于蚀刻溶液，从 而产生附着于半导体晶片的被蚀刻膜这样的问题。而且，钻蚀的增大， 有时会使产品的尺寸精度降低，超出规格值。另外，对于图3，符号30 是表示硅衬底，32表示被蚀刻层。
在被蚀刻层较厚的MEMS产品等情况下，在蚀刻溶液里的浸渍时 间增长，钻蚀增大的问题就变得显著。
发明内容
本发明就是鉴于上述状况而做出的，其目的在于提供一种可有效 地抑制蚀刻溶液产生结晶析出物的湿式蚀刻装置。
本发明的其他目的在于提供一种通过有效地抑制蚀刻溶液产生结晶 析出物，可制造高质量的半导体器件的半导体器件的制造方法。
本发明的另一 目的在于提供一种通过在抑制抗蚀剂的钻蚀的同时，有 效地抑制蚀刻溶液产生结晶析出物，可制造高质量的半导体器件的半导体 器件的制造方法。
为了解决上述问题，本发明的第1方案的湿式蚀刻处理装置的特征 在于，具有蚀刻药液槽，储存湿式蚀刻用的蚀刻溶液，在其中对半导 体晶片进行湿式蚀刻处理；氮气供给部，在湿式蚀刻中，供给向上述蚀 刻药液槽内供给的氮气(N2);流量调整部，在上述湿式蚀刻中，把由上 述氮气供给部供给的上述氮气(N2)送入上述蚀刻药液槽，并且在不进行 上述湿式蚀刻的待机时，也把上述氮气持续送入上述蚀刻药液槽内；和 发泡部，在湿式蚀刻中，使由上述氮气供给部供给的上迷氮气(N2)在上 述蚀刻药液槽内成为气泡状。
本发明的第2方案提供一种半导体器件的制造方法，其包括将半导 体晶片浸入蚀刻溶液进行湿式蚀刻的工序，其特征在于，在湿式蚀刻中， 向上述蚀刻溶液内供给氮气(N2)进行发泡，并且在不进行湿式蚀刻的待 机时，也把上述氮气持续供给到上述蚀刻溶液内。本发明的第3方案提供一种将半导体晶片浸入蚀刻溶液进行的湿式 蚀刻方法，其特征在于，在湿式蚀刻中，以规定的间隔间歇性地向上述 蚀刻溶液内供给氮气(N2)进行发泡，并且使湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液 内供给上述氮气的时间，为上述半导体晶片浸入上述蚀刻溶液的时间的 一半以下。本发明的第4方案提供一种半导体器件的制造方法，其包括将半导 体晶片浸入蚀刻溶液进行湿式蚀刻的工序，其特征在于，在湿式蚀刻中， 以规定的间隔间歇性地向上述蚀刻溶液中供给氮气(N2)进行发泡，并且 使湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，为上述半导体晶 片浸入上述蚀刻溶液的时间的一半以下。由于在不进行蚀刻处理的待机中也持续地把氮气供给到蚀刻药液 槽，因此蚀刻溶液不会进入氮气供给用配管的前端，其结果可防止氮气 供给用配管内发生结晶析出。另外，由于分多次间歇性地向蚀刻溶液中供给氮气，因此能减少被 蚀刻层的钻蚀。其结果可抑制抗蚀剂的折断。
图l是为了说明以往的湿式蚀刻法的问题点的剖视图。 图2是表示以往的湿式蚀刻装置的概略构成的说明图。 图3是为了说明以往的湿式蚀刻法的问题点的剖视图。 图4是表示本发明的实施例涉及的湿式蚀刻装置的概略构成的说明图。图5 (A)、 (B)是表示本发明的实施例涉及的包括湿式蚀刻工序的 MEMS器件(半导体器件)的制造工序的剖视图。图6 (C)、 (D)是表示本发明的实施例涉及的包括湿式蚀刻工序的
MEMS器件(半导体器件)的制造工序的剖视图。图7 (E)、 (F)是表示本发明的实施例涉及的包括湿式蚀刻工序的 MEMS器件(半导体器件)的制造工序的剖视图。符号说明118…蚀刻溶液槽；119…半导体晶片；120...蚀刻溶液；121.，，起泡器； 122…氮气供给源；123...电磁阀门；124a、 124b…流量计；126a…第1配 管；126b…第2配管；129…控制部具体实施方式
以下，参照图4-图7对实施发明的最佳方式进行详细说明。图4是 表示本发明的实施例涉及的湿式蚀刻装置的概略构成的说明图。本实施 例涉及的湿式蚀刻装置，具有储存蚀刻溶液118、对成为处理对象的多 个半导体晶片U9进行湿式蚀刻处理的蚀刻溶液槽118。作为蚀刻溶液 (蚀刻剂)120，可使用氟酸、氟化铵及乙酸的混合药液。在金属布线 工序以后的中间绝缘膜、氮化膜、氧化膜的蚀刻中可以采用湿式蚀刻。在蚀刻溶液槽118的底部附近，半导体晶片119的下方，配置了使 氮气成为细小气泡的起泡器121。本实施例涉及的湿式蚀刻装置，还具有供给发泡用的氮气的氮气供 给源122，和连接于氮气供给源122、将该氮气导入至起泡器121的第1 配管126a。在第1配管126a的管路上，具有电磁阀门123、流量计124a、过滤 器125a。电磁阀门123利用控制部129的控制对向第1配管126a的氮 气供给进行开关(ON、 OFF)控制。流量计124a测量流过第1配管 126a的氮气的流量。通过把流量计124a的计测值提供给控制部129， 可精密地控制流过第1配管126a的氮气的流量。过滤器125a除去流过 笫1配管126a的氮气中所含的异物，紧接在蚀刻溶液槽118之前。本实施例涉及的湿式蚀刻装置，还具有与第1配管126a并联连接设 置的第2配管126b。第2配管126b的输入端，连接于氮气供给源122 和电磁阀门123之间。而且，第2配管126b的输出端，连接于过滤器 125a和起泡器121之间。
在第2配管126b的管路上，连接有流量计124b和过滤器125b。流 量计124b计测流过第2配管126b的氮气的流量。通过将流量计124b 的计测值提供给控制部129，可精密地控制流过第2配管126b的氮气 的流量。过滤器125b除去流过第2配管126b的氮气中所含的异物，紧 接在蚀刻溶液槽118之前。
流过第1配管126a的氮气的流量i更定得比流过第2配管126b的氮 气的流量大。例如，在导入用于进行发泡的氮气的第1配管126a中流 过150ml/min的氮气。另一方面，在第2配管126b中流过10ml/min的 氮气。最好是，使流过第2配管126b的氮气的流量是流过第1配管126a 的氮气的流量的10%以下。
第2配管126b不导入发泡用的气体，为了使蚀刻溶液不进入连接于 起泡器121的配管的前端，使配管内部为正压，没有必要导入大量气体。 为了使第2配管126b的内部为正压，要考虑蚀刻溶液槽118的容积等 来决定导入的氮气的流量。
在本实施例中，在湿式蚀刻中，由氮气供给源122供给的氮气(N2)， 通过第1配管126a被送入蚀刻药液槽118。而且，从第2配管126b也 供给少量的气体。
通过第1配管126a进行的氮气供给是间歇性地进行的。在此，通过 第1配管126a进行的氮气供给的时间，理想的是把半导体晶片119浸 入蚀刻药液槽118内的蚀刻溶液120的时间的一半以下。更理想的是， 通过第1配管126a进行的氮气供给的时间，是把半导体晶片119浸入 蚀刻药液槽118内的蚀刻溶液120的时间的1~3%。
例如，在把半导体晶片119浸入蚀刻药液槽118内的蚀刻溶液120 中30分钟来进行湿式蚀刻时，以5分钟间隔进行5 10秒的发泡。
在不进行湿式蚀刻的待机时，电磁阀门123关闭，不向第l配管126a 供给氮气。另一方面，向第2配管126b持续供给连续少量(10ml/min) 的氮气。
接下来，参照图5~图7简单地说明应用了本发明的湿式蚀刻法的 半导体器件(MEMS构造的3轴加速度传感器)的制造工序。在对SOI 晶片表面(有源层)侧进行了规定的处理后，在该表面施行抗蚀剂保护
涂层。这样做是为了防止在加工晶片的背面侧时，表面侧因与输送系统 接触而划伤。其后，使半导体晶片的表面和背面反转，利用在SOI晶片的背面形 成的平衡氧化膜(144)，在后工序的Gap-Si蚀刻中，通过光刻技术形 成作为掩模使用的Gap图形。接着，为了修复晶片表面的抗蚀剂的损 伤，在晶片表面再次形成抗蚀剂涂层。其后，通过烘干处理使抗蚀剂干接着，如图5(A)所示，在晶片背面使抗蚀剂146图形化。在此， 符号140表示SOI的支撑衬底，142是BOX层，144是平衡氧化膜。其次，如图5(B)所示，以先前说明过的本发明的条件，对平衡氧 化膜选择性地进行湿式蚀刻。蚀刻结束后，除去(剥离)抗蚀剂146。 在此，选择性地残留下来的氧化膜144，用作后工序的背面Gap-Si蚀刻 时的掩模。本发明涉及的湿式蚀刻方法，如图5(B)所示，适用于蚀 刻工序。其次，为了应对有源层面(表面侧)的损伤，对晶片表面(有源层) 再次实施抗蚀剂保护涂层(未图示)。在晶片的背面，在形成加速度传 感器的锤之前，如图6 (C)所示，进行抗蚀剂150的图形化。其次，如图6 (D)所示，把抗蚀剂150作为掩模，用D-RIE装置 进行硅衬底(SOI支撑衬底)140的蚀刻。之后除去(剥离)抗蚀剂150。其次，以选择性地残留的氧化膜144作为掩模，利用D-RIE装置， 进行硅衬底(SOI支撑衬底)140的蚀刻，如图7 ( E )所示，把与氧化 膜144对应的区域以外的区域形成为Gap区域。其后，利用湿式蚀刻 除去氧化膜144。其次，在晶片背面粘贴PYREX(注册商标)玻璃152，以谋求提高 传感器自身的强度。其后，如图7(F)所示，再次使表面和背面反转。以后通过众所周知的方法，经过晶片清洗和梁(beam)形成等工序， 完成3轴加速度传感器。(产业可利用性) 本发明也可适用于MEMS以外的半导体器件的制造。而且，关于 发泡的条件(间隔、发泡时间等)，可根据所使用的蚀刻溶液、蚀刻药 液槽的容量、同时蚀刻的晶片的数目等进行适当的变更。
权利要求
1.一种湿式蚀刻处理装置，其特征在于，具有蚀刻药液槽，储存湿式蚀刻用的蚀刻溶液，在其中对半导体晶片进行湿式蚀刻处理；氮气供给部，在湿式蚀刻中，供给向上述蚀刻药液槽内供给的氮气；流量调整部，在湿式蚀刻中，把由上述氮气供给部供给的上述氮气送入上述蚀刻药液槽内，并且在不进行上述湿式蚀刻的待机时，也把上述氮气持续送入上述蚀刻药液槽内；以及发泡部，在湿式蚀刻中，使由上述氮气供给部供给的上述氮气在上述蚀刻药液槽内成为气泡状。
2. 根据权利要求l所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，上述 流量调整部具有在湿式蚀刻中向上述蚀刻药液槽内导入上述氮气的第1配管；和 在湿式蚀刻中及上述待机时向上述蚀刻药液槽内导入上述氮气的 第2配管。
3. 根据权利要求2所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，上述 第l配管是向上述蚀刻药液槽内导入比上述第2配管大的量的氮气的结 构。
4. 根据权利要求3所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，上述 第2配管是向上述蚀刻药液槽内导入上述第1配管的10。/。以下的量的氮 气的结构。
5. 根据权利要求1、 2、 3或4所述的湿式蚀刻处理装置，其特征 在于，还具有阀门，该阀门可阻断和开放通过上述第1配管进行的上述 氮气的供给。
6. 根据权利要求5所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，利用 上述阀门的开关，在湿式蚀刻中通过上述第1配管以规定的间隔间歇性 性地向上述蚀刻药液槽内供给上述氮气。
7. 根据权利要求6所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，在湿 式蚀刻中通过上述第l配管向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，是 把上述半导体晶片浸入上述蚀刻药液槽内的蚀刻溶液的时间的 一半以 下。
8. 根据权利要求7所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，在湿 式蚀刻中通过上述第1配管向上述蚀刻药液槽内供给上述氮气的时间，是把半导体晶片浸入上述蚀刻药液槽内的蚀刻溶液的时间的1~ 3%。
9. 根据权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7或8所述的湿式蚀刻处理 装置，其特征在于，上述蚀刻溶液含有氟化铵。
10. 根据权利要求9所述的湿式蚀刻处理装置，其特征在于，上述 蚀刻溶液还含有氟酸及乙酸。
11. 一种半导体器件的制造方法，包括把半导体晶片浸入蚀刻溶液 进行湿式蚀刻的工序，其特征在于，在湿式蚀刻中，向上述蚀刻溶液内供给氮气，进行发泡，并且在不 进行湿式蚀刻的待机时，也向上述蚀刻溶液内持续供给上述氮气。
12. 根据权利要求ll所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 在上述待机时，向上述蚀刻溶液内供给比湿式蚀刻中少的量的氮气。
13. 根据权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 上述待机时的氮气供给量为湿式蚀刻中的氮气供给量的10%以下。
14. 根据权利要求11、 12或13所述的半导体器件的制造方法，其 特征在于，在湿式蚀刻中以规定的间隔间歇性地向上述蚀刻溶液内供给 上述氮气。
15. 根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 在湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，是把上述半导体 晶片浸入上述蚀刻溶液的时间的 一半以下。
16. 根据权利要求15所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 在湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，是把上述半导体 晶片浸入上述蚀刻溶液的时间的1~3%。
17. 根据权利要求ll、 12、 13、 14、 15或16所述的半导体器件的 制造方法，其特征在于，上述蚀刻溶液含有氟化铵。
18. 根据权利要求17所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 上述蚀刻溶液还含有氟酸及乙酸。
19. 根据权利要求ll、 12、 13、 14、 15、 16、 17或18所述的半导 体器件的制造方法，其特征在于，上述半导体器件是MEMS构造的3 轴加速度传感器。
20. —种把半导体晶片浸入蚀刻溶液进行的湿式蚀刻方法，其特征 在于，包括在湿式蚀刻中，以规定的间隔间歇性地向上述蚀刻溶液中供 给氮气，进行发泡的工序，使湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，为把上述半 导体晶片浸入上述蚀刻溶液的时间的 一半以下.
21. 根据权利要求20所述的湿式蚀刻方法，其特征在于，在湿式 蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，是把上述半导体晶片浸 入上述蚀刻溶液的时间的1~3%。
22. 根据权利要求20或21所述的湿式蚀刻方法，其特征在于，上 述蚀刻溶液含有氟化铵。
23. 根据权利要求22所述的湿式蚀刻方法，其特征在于，上述蚀 刻溶液还含有氟酸及乙酸。
24. —种半导体器件的制造方法，包括把半导体晶片浸入蚀刻溶液 进行湿式蚀刻的工序，其特征在于，包含在湿式蚀刻中，以规定的间隔 间歇性地向上述蚀刻溶液内供给氮气，进行发泡的工序，在湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，是把上述半 导体晶片浸入上述蚀刻溶液的时间的 一半以下。
25. 根据权利要求24所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 在湿式蚀刻中向上述蚀刻溶液内供给上述氮气的时间，是把上述半导体 晶片浸入上述蚀刻溶液的时间的1 ~ 3%。
26. 根据权利要求24或25所述的半导体器件的制造方法，其特征 在于，上述蚀刻溶液含有氟化铵。
27. 根据权利要求26所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 上述蚀刻溶液还含有氟酸及乙酸。
28. 根据权利要求24、 25、 26或27所述的半导体器件的制造方法， 其特征在于，上述半导体器件是MEMS构造的3轴加速度传感器。
全文摘要
本发明提供一种半导体器件的制造方法、湿式蚀刻处理装置及湿式蚀刻方法，可有效地抑制蚀刻液产生结晶析出物。本发明的湿式蚀刻处理装置具有蚀刻药液槽，储存湿式蚀刻用的蚀刻溶液，在其中对半导体晶片进行湿式蚀刻处理；氮气供给部，在湿式蚀刻中，向上述蚀刻药液槽内供给氮气(N2)；流量调整部，在上述湿式蚀刻中，把由上述氮气供给部供给的上述氮气(N2)送入上述蚀刻药液槽内，并且在不进行上述湿式蚀刻的待机时，也把上述氮气持续送入上述蚀刻药液槽内。
文档编号H01L21/306GK101154581SQ20071013036
公开日2008年4月2日 申请日期2007年7月18日 优先权日2006年9月26日
发明者吉野和盛 申请人:冲电气工业株式会社