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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】エッチング方法および基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/306 20060101AFI20231206BHJP
H01L 21/308 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
H01L21/306 G
H01L21/308 D
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020061933
(22)【出願日】2020-03-31
(65)【公開番号】P2021163804
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2022-12-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000207551
【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】江本 哲也
(72)【発明者】
【氏名】岩▲崎▼ 晃久
【審査官】船越 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１０７１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０５６１７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０３５７７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０３８９５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０５５２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２７３４６７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６
Ｈ０１Ｌ ２１／３０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体と、ポリシリコン層と、を含む被処理物に対するエッチング方法であって、（ａ）物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理によって、前記積層体を部分的に除去する工程と、
（ｂ）第１エッチング液としての、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の混合水溶液、またはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液へ、前記被処理物をさらす工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、第２エッチング液としてのアンモニア水へ前記被処理物をさらす工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後、第３エッチング液としてのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液へ前記被処理物をさらすことによって、前記ポリシリコン層をエッチングする工程と、
を備えるエッチング方法。
【請求項2】
請求項１に記載のエッチング方法であって、前記第２エッチング液は、５０℃以上８０℃以下の温度を有する、エッチング方法。
【請求項3】
請求項１または２に記載のエッチング方法であって、前記第２エッチング液は、水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上１０倍以下の水に溶解されているアンモニア水である、エッチング方法。
【請求項4】
酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体を含み、エッチング残渣の発生を伴うエッチングによって前記積層体に形成された凹部を有している基板、に対する基板処理方法であって、前記凹部は、前記酸化シリコン層および前記ポリシリコン層を露出する内面を有しており、前記基板処理方法は、（ａ）除去液を前記凹部内に供給することによって、前記凹部の前記内面に付着した前記エッチング残渣を除去する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、アンモニア水溶液を前記凹部内に供給することによって、前記工程（ａ）またはそれ以前に前記ポリシリコン層に形成された表面酸化膜をエッチングする第１エッチング工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、第４級アンモニウム水酸化物溶液を前記凹部内に供給することによって、前記酸化シリコン層に比して前記ポリシリコン層を高いエッチング速度でエッチングする第２エッチング工程と、
を備える基板処理方法。
【請求項5】
酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体を含み、エッチング残渣の発生を伴うエッチングによって前記積層体に形成された凹部を有している基板、に対する基板処理方法であって、前記凹部は、前記酸化シリコン層および前記ポリシリコン層を露出する内面を有しており、前記基板処理方法は、（ａ）除去液を前記凹部内に供給することによって、前記凹部の前記内面に付着した前記エッチング残渣を除去する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、アンモニア水溶液を前記凹部内に供給することによって、前記工程（ａ）またはそれ以前に前記ポリシリコン層に形成された表面酸化膜をエッチングする第１エッチング工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記工程（ｂ）におけるアンモニア水溶液よりも高いアンモニア濃度を有するアンモニア水溶液を前記凹部内に供給することによって、前記酸化シリコン層に比して前記ポリシリコン層を高いエッチング速度でエッチングする第２エッチング工程と、
を備える基板処理方法。
【請求項6】
請求項４または５に記載の基板処理方法であって、前記工程（ａ）から（ｃ）は連続的に行われる、基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などの基板を処理するためのエッチング方法および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置およびその製造方法として、特開２０１８－１９５７１８号公報はフィン電界効果トランジスタ（ＦＩＮＦＥＴ：Fin Field Effect Transistor）およびその製造方法を開示している。ＦＩＮＦＥＴは、基板の上部に形成されたフィンを有している。その製造方法における一工程において、フィン上に、ダミーゲート電極およびサイドウォールと、それを覆う層間絶縁膜とが形成される。ダミーゲート電極、サイドウォールおよび層間絶縁膜として、例えば、ポリシリコン層、窒化シリコン層および酸化シリコン層が用いられる。続く工程において、ＣＭＰ(化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing)によって、ダミーゲート電極、サイドウォールおよび層間絶縁膜が露出された上面が形成される。この時点で基板上には、面内方向（上面に平行な方向）において互いに積層された酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体と、それに隣接するポリシリコン層とが存在している。なお上記ＣＭＰの作用（化学的作用および機械的作用）によって、前記積層体は部分的に除去されている。続く工程において、この積層体（すなわち窒化シリコン層および酸化シリコン層）を残しつつポリシリコン層を除去するウェットエッチングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－１９５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記ウェットエッチングには、高いエッチング選択性が求められる。具体的には、ポリシリコンを除去する際に、酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体がエッチングされる量、すなわちロス量、を抑制することが求められる。ロス量が大きいと積層体が大きく侵食されてしまい、その悪影響は半導体装置が集積化されているほど大きい。近年の集積化の進展にともなって、ロス量の低減が強く求められている。しかしながら、ＣＭＰ（より一般的に言えば、物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理）によって積層体を部分的に除去する工程の後、酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体とポリシリコン層とを含む被処理物からポリシリコンを選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、ロス量を十分に低減することは難しかった。
【0005】
またこれと類似して、酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体にエッチングによって形成された凹部におけるウェットエッチングに、高いエッチング性が求められることがある。具体的には、ポリシリコンを除去する際に、酸化シリコン層がエッチングされる量、すなわちロス量、を抑制することが求められることがある。ロス量が大きいと酸化シリコン層が大きく侵食されてしまい、その悪影響は半導体装置が集積化されているほど大きい。近年の集積化の進展にともなって、ロス量の低減が強く求められている。しかしながら、エッチングによって酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体に凹部を形成する工程の後、凹部においてポリシリコンを選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、酸化シリコン層のロス量を十分に低減することは難しかった。
【0006】
そこで、本発明の一の目的は、酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体とポリシリコン層とを含む被処理物からポリシリコンを選択的に除去するウェットエッチングが、物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理によって積層体を部分的に除去する工程の後に行われる場合において、ウェットエッチングにおける積層体のロス量を抑制することができるエッチング方法を提供することである。
【0007】
また本発明の他の目的は、エッチングによって酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体に凹部を形成する工程の後、凹部においてポリシリコンを選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、酸化シリコン層のロス量を抑制することができる基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書に開示される第１の態様は、酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体と、ポリシリコン層と、を含む被処理物に対するエッチング方法であって、（ａ）物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理によって、前記積層体を部分的に除去する工程と、（ｂ）第１エッチング液としての、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の混合水溶液、またはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液へ、前記被処理物をさらす工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、第２エッチング液としてのアンモニア水へ前記被処理物をさらす工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）の後、第３エッチング液としてのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液へ前記被処理物をさらすことによって、前記ポリシリコン層をエッチングする工程と、を備える。
【0009】
本明細書に開示される第２の態様は、前記第１の態様のエッチング方法であって、前記第２エッチング液は、５０℃以上８０℃以下の温度を有する。
【0010】
本明細書に開示される第３の態様は、前記第１または第２の態様のエッチング方法であって、前記第２エッチング液は、水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上１０倍以下の水に溶解されているアンモニア水である。
【0011】
本明細書に開示される第４の態様は、酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体を含み、エッチング残渣の発生を伴うエッチングによって前記積層体に形成された凹部を有している基板、に対する基板処理方法であって、前記凹部は、前記酸化シリコン層および前記ポリシリコン層を露出する内面を有しており、前記基板処理方法は、（ａ）除去液を前記凹部内に供給することによって、前記凹部の前記内面に付着した前記エッチング残渣を除去する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後、アンモニア水溶液を前記凹部内に供給することによって、前記工程（ａ）またはそれ以前に前記ポリシリコン層に形成された表面酸化膜をエッチングする第１エッチング工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、第４級アンモニウム水酸化物溶液を前記凹部内に供給することによって、前記酸化シリコン層に比して前記ポリシリコン層を高いエッチング速度でエッチングする第２エッチング工程と、を備える。
【0012】
本明細書に開示される第５の態様は、酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体を含み、エッチング残渣の発生を伴うエッチングによって前記積層体に形成された凹部を有している基板、に対する基板処理方法であって、前記凹部は、前記酸化シリコン層および前記ポリシリコン層を露出する内面を有しており、前記基板処理方法は、（ａ）除去液を前記凹部内に供給することによって、前記凹部の前記内面に付着した前記エッチング残渣を除去する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後、アンモニア水溶液を前記凹部内に供給することによって、前記工程（ａ）またはそれ以前に前記ポリシリコン層に形成された表面酸化膜をエッチングする第１エッチング工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記工程（ｂ）におけるアンモニア水溶液よりも高いアンモニア濃度を有するアンモニア水溶液を前記凹部内に供給することによって、前記酸化シリコン層に比して前記ポリシリコン層を高いエッチング速度でエッチングする第２エッチング工程と、を備える。
【0013】
本明細書に開示される第６の態様は、前記第４または第５の態様の基板処理方法であって、前記工程（ａ）から（ｃ）は連続的に行われる。
【発明の効果】
【0014】
上記第１の態様のエッチング方法によれば、工程（ｄ）におけるポリシリコン層のエッチングに先立って行われる工程（ｂ）によって、物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理によって積層体が部分的に除去された際に生じた異物が除去される。さらに、工程（ｄ）におけるポリシリコン層のエッチングに先立って行われる工程（ｃ）によって、ポリシリコン層の自然酸化膜が除去される。自然酸化膜が除去されることによって、ポリシリコン層の除去が自然酸化膜によって阻害されなくなるので、ポリシリコン層のエッチングが効率的に進行する。よって積層体のロス量を抑えることができる。さらに、この工程（ｃ）の前に上記工程（ｂ）が行われていることによって、自然酸化膜の除去が上記異物によって阻害されないので、自然酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、工程（ｄ）においてエッチング液としてテトラメチルアンモニウムヒドロキシド溶液が用いられることによって、ポリシリコンが高い選択性でエッチングされる。よってロス量をさらに抑えることができる。以上から、酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体とポリシリコン層とを含む被処理物からポリシリコン層を選択的に除去するウェットエッチングが、物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理によって積層体を部分的に除去する工程の後に行われる場合において、ウェットエッチングにおける積層体のロス量を十分に抑制することができる。
【0015】
上記第２の態様のエッチング方法によれば、第２エッチング液は、５０℃以上８０℃以下の温度を有する。第２エッチング液が５０℃以上の温度を有することによって、上記工程（ｃ）によるポリシリコン層の自然酸化膜の除去が、量産において通常望まれる程度に短時間で行いやすい。第２エッチング液が８０℃以下の温度を有することによって、第２エッチング液の取り扱いを容易なものとすることができる。
【0016】
上記第３の態様のエッチング方法によれば、第２エッチング液は、水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上１０倍以下の水に溶解されているアンモニア水である。水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上の水に溶解されていることによって、水酸化アンモニウムの濃度が過度であることに起因しての、上記工程（ｃ）における意図しないダメージを、抑制することができる。水酸化アンモニウムが質量比で１０倍以下の水に溶解されていることによって、上記工程（ｃ）によるポリシリコン層の自然酸化膜の除去が、量産において通常望まれる程度に短時間で行いやすい。
【0017】
上記第４の態様の基板処理方法によれば、工程（ｃ）におけるポリシリコン層のエッチングに先立って行われる工程（ａ）によって、エッチングによって生じたエッチング残渣が除去される。さらに、工程（ｃ）におけるポリシリコン層のエッチングに先立って行われる工程（ｂ）によって、ポリシリコン層の表面酸化膜が除去される。表面酸化膜が除去されることによって、ポリシリコン層の除去が表面酸化膜によって阻害されなくなるので、ポリシリコン層のエッチングが効率的に進行する。よって酸化シリコン層のロス量を抑えることができる。さらに、この工程（ｂ）の前に上記工程（ａ）が行われていることによって、表面酸化膜の除去がエッチング残渣によって阻害されないので、表面酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、工程（ｃ）においてエッチング液として第４級アンモニウム水酸化物溶液が用いられることによって、ポリシリコンが高い選択性でエッチングされる。よってロス量をさらに抑えることができる。以上から、エッチングによって酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体に凹部を形成する工程の後、凹部においてポリシリコンを選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、ウェットエッチングにおける酸化シリコン層のロス量を十分に抑制することができる。
【0018】
上記第５の態様の基板処理方法によれば、工程（ｃ）におけるポリシリコン層のエッチングに先立って行われる工程（ａ）によって、エッチングによって生じたエッチング残渣が除去される。さらに、工程（ｃ）におけるポリシリコン層のエッチングに先立って行われる工程（ｂ）によって、ポリシリコン層の表面酸化膜が除去される。表面酸化膜が除去されることによって、ポリシリコン層の除去が表面酸化膜によって阻害されなくなるので、ポリシリコン層のエッチングが効率的に進行する。よって酸化シリコン層のロス量を抑えることができる。さらに、この工程（ｂ）の前に上記工程（ａ）が行われていることによって、表面酸化膜の除去がエッチング残渣によって阻害されないので、表面酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、工程（ｃ）においてエッチング液として、上記工程（ｂ）におけるアンモニア水溶液よりも高いアンモニア濃度を有するアンモニア水溶液が用いられることによって、ポリシリコンが十分に効率的にエッチングされる。以上から、エッチングによって酸化シリコン層およびポリシリコン層の積層体に凹部を形成する工程の後、凹部においてポリシリコンを効率的かつ選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、ウェットエッチングにおける酸化シリコン層のロス量を十分に抑制することができる。
【0019】
上記第６の態様の基板処理方法によれば、工程（ａ）から（ｃ）が連続的に行われることによって、効率的に基板処理を行うことができる。このように工程（ａ）から（ｃ）が連続的に行われることから、工程間にリンス工程を介在させられないものの、工程（ａ）から（ｃ）はいずれもアンモニア系の処理液を使用してることから、工程間にリンス工程を介在させなくても、前工程から受ける悪影響は小さい。よって、上述したように効率的な基板処理が実現される。
【0020】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】実施の形態１における半導体装置の構成を概略的に示す部分平面図である。
【図8】アンモニア水によるポリシリコンのエッチング量と時間との関係を、水酸化アンモニウム：水＝１：５かつ温度６５℃の場合と、水酸化アンモニウム：水＝１：５かつ温度４０℃の場合と、水酸化アンモニウム：水＝１：１００かつ温度６５℃の場合と、水酸化アンモニウム：水＝１：１００かつ温度４０℃の場合とについて調べた実験結果を示すグラフ図である。
【図9】アンモニア水による、ポリシリコン（ｐ－Ｓｉ）、酸化シリコン（ＴＥＯＳ）および窒化シリコン（ＳｉＮ）のエッチング量と時間との関係について調べた実験結果を示すグラフ図である。
【図10】テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）溶液による、ポリシリコン（ｐ－Ｓｉ）、酸化シリコン（ＴＥＯＳ）および窒化シリコン（ＳｉＮ）のエッチング量と時間との関係について調べた実験結果を示すグラフ図である。
【図11】実施の形態２における基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図12】実施の形態２における基板処理方法が行われる前後の基板の構成を概略的に示す断面図である。
【図13】実施の形態２における基板処理方法について説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【0023】
＜実施の形態１＞
図１は実施の形態１におけるＦＩＮＦＥＴ１９０（半導体装置）の構成を概略的に示す部分平面図であり、図２は線ＩＩ－ＩＩ（図１）に沿う概略的な部分断面図である。ＦＩＮＦＥＴ１９０は、基部１１１およびフィン部１１２を有する基板１１０と、ゲート絶縁膜１３１およびゲート電極１３２を有する絶縁ゲート構造１３０と、層間絶縁膜としてのＴＥＯＳ層１５０（酸化シリコン層）と、絶縁ゲート構造１３０のサイドウォールとしてのＳｉＮ層１４０（窒化シリコン層）とを有している。
図１は実施の形態１におけるＦＩＮＦＥＴ１９０（半導体装置）の構成を概略的に示す部分平面図であり、図２は線ＩＩ－ＩＩ（図１）に沿う概略的な部分断面図である。ＦＩＮＦＥＴ１９０は、基部１１１およびフィン部１１２を有する基板１１０と、ゲート絶縁膜１３１およびゲート電極１３２を有する絶縁ゲート構造１３０と、層間絶縁膜としてのＴＥＯＳ層１５０（酸化シリコン層）と、絶縁ゲート構造１３０のサイドウォールとしてのＳｉＮ層１４０（窒化シリコン層）とを有している。
【0024】
フィン部１１２は基板１１０のうち基部１１１上のフィン状の部分である。具体的には、フィン部１１２は、基部１１１（図１）から厚み方向に沿って上方（図２における上方向）へと突出している。またフィン部１１２は面内方向（図１および図２における横方向）に延在している。フィン部１１２は、面内方向におおよそ平行な上面を、図２に示すように有していてよい。
【0025】
ゲート電極１３２は金属からなる。ゲート電極１３２は、図１に示すように、基板１１０上においてフィン部１１２と交差して延びている。この交差箇所において、ゲート電極は、フィン部１１２の上面だけでなく両側面も覆っている。ゲート電極１３２と基板１１０との間はゲート絶縁膜１３１によって隔てられている。
【0026】
ＳｉＮ層１４０（サイドウォール）は、ゲート電極１３２の両側に配置されている。ＳｉＮ層１４０とゲート電極１３２との間はゲート絶縁膜１３１によって隔てられていてよい。フィン部１１２の上面上において互いに隣り合うゲート電極１３２の間は、各ゲート電極１３２の側面に配置されたＳｉＮ層１４０に加えて、層間絶縁膜としてのＴＥＯＳ層１５０によって隔てられている。ＴＥＯＳ層は、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン）を原料ガスとして用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法）によって形成された酸化シリコン層である。
【0027】
フィン部１１２（図２）の上面には、ソース領域またはドレイン領域としての複数の不純物領域１２０が形成されている。不純物領域１２０の各々は、主部１２１と、エクステンション部１２２とを有している。主部１２１はＴＥＯＳ層１５０（層間絶縁膜）の底面に面しており、エクステンション部１２２はＳｉＮ層１４０（サイドウォール）の底面に面している。
【0028】
【0029】
図４を参照して、ステップＳ１１０（図３）にて、フィン部１１２上に、ダミーゲート電極としてのｐ－Ｓｉ層１６０（ポリシリコン層）が形成される。ｐ－Ｓｉ層１６０（ダミーゲート電極）の平面レイアウトは、絶縁ゲート構造１３０（図２）の平面レイアウトに対応している。なお絶縁ゲート構造１３０（図２）は、この時点では未だ形成されていない。
【0030】
次に、ｐ－Ｓｉ層１６０をマスクとして用いた第１イオン注入によって、不純物領域１２０のエクステンション部１２２が形成される。次にｐ－Ｓｉ層１６０の両側にＳｉＮ層１４０（サイドウォール）が形成される。次に、両側にＳｉＮ層１４０（サイドウォール）が設けられたｐ－Ｓｉ層１６０をマスクとして用いた第２イオン注入によって、不純物領域１２０の主部１２１が形成される。第２イオン注入は第１イオン注入によりも深く行われる。これにより、第１イオン注入によって形成されていたエクステンション部１２２はその両端部のみが残り、その中央部は、より大きな深さを有する主部１２１とされる。
【0031】
次に、ステップＳ１２０（図３）にて、不純物領域１２０を活性化するアニールが行われる。アニール温度は、例えば１０００℃程度の高温である。なお、ダミーゲート電極としてのｐ－Ｓｉ層１６０は、金属からなるゲート電極１３２（図２）とは異なりポリシリコンからなるため、アニール温度に対して十分な耐熱性を有する。
【0032】
図５を参照して、ステップＳ１３０（図３）にて、その両側にＳｉＮ層１４０（サイドウォール）が設けられたｐ－Ｓｉ層１６０（ダミーゲート電極）を覆うように、ＴＥＯＳ層１５０（層間絶縁膜）が形成される。具体的には、ＴＥＯＳを原料ガスとして用いたＣＶＤ法による成膜が行われる。図５において、ＳｉＮ層１４０とＴＥＯＳ層１５０とがＸ方向において積層されている。言い換えれば、ＴＥＯＳ層１５０およびＳｉＮ層１４０の積層体が形成されている。この積層体と、ｐ－Ｓｉ層１６０とを、以下において、被処理物とも称する。この時点で被処理物は、ＴＥＯＳ層１５０からなる上面Ｓ１を有している。この被処理物に対して、後に説明する工程においてエッチング処理が行われる。
【0033】
次に、ステップＳ１４０（図３）にて、スラリーを用いたＣＭＰ処理によって被処理物の上面が処理される。スラリー中の砥粒による機械的作用（言い換えれば、物理的作用）と、スラリー中の薬剤による化学的作用とが、被処理物の上面へ及ぶことによって、当該上面が上面Ｓ１（図５）から上面Ｓ２（図６）へと削られる。具体的には、積層体（ＴＥＯＳ層１５０およびＳｉＮ層１４０）が部分的に除去され、また同時に、ＴＥＯＳ層１５０（層間絶縁膜）が部分的に除去される。
【0034】
次に、ステップＳ１５０（図３）にて、ダミーゲート電極としてのｐ－Ｓｉ層１６０（図６）が、図７に示すように除去される。具体的には、以下のように、ステップＳ１５１～Ｓ１５３のそれぞれにて第１～第３ウェットエッチングが行われる。
【0035】
まず、ステップＳ１５１（図３）にて、被処理物を第１エッチング液へさらすことによって第１ウェットエッチングが行われる。例えば、被処理物へ第１エッチング液がシャワーノズルから吐出される。第１エッチング液としては、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）および過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の混合水溶液（ＳＣ１）、または、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）溶液が用いられる。ＳＣ１の成分は、通常用いられる成分であってよい。ＴＭＡＨ溶液の溶媒は水（Ｈ２Ｏ）であってよく、例えば、ＴＭＡＨが質量比で４倍程度の水に溶解される。
【0036】
次に、ステップＳ１５２（図３）にて、被処理物を第２エッチング液へさらすことによって第２ウェットエッチングが行われる。例えば、被処理物へ第２エッチング液がシャワーノズルから吐出される。第２エッチング液としては、希釈アンモニア水（ｄＮＨ４ＯＨ）が用いられる。なお、第２エッチング液は第１エッチング液の成分とは異なる成分を有している。よって第２エッチング液は、ＳＣ１ではなく、過酸化水素は実質的に含有していない。第２エッチング液は、５０℃以上８０℃以下の温度を有することが好ましい。また第２エッチング液は、水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上１０倍以下の水に溶解されているアンモニア水であることが好ましい。
【0037】
処理効率上、上記ステップＳ１５１とステップＳ１５２との間においては、リンス処理（洗浄処理）は行われないことが、好ましい。言い換えれば、被処理物が第１エッチング液へさらされた後、他の液にさらされることなく第２エッチング液へさらされることが好ましい。このようにリンス処理が省略されても、第１エッチング液および第２エッチング液は共にアンモニア系のエッチング液であることから、化学反応上の大きな問題は実質的に生じない。また、ステップＳ１５２が枚葉式の場合（被処理物へ第２エッチング液を吐出することによって行われる場合）は、バッチ式の場合（被処理物をエッチング槽中の第２エッチング液へ浸漬することによって行われる場合）とは異なり、第２エッチング液のエッチング槽へ第１エッチング液が混入する問題も生じない。
【0038】
次に、ステップＳ１５３（図３）にて、被処理物を第３エッチング液へさらすことによって第３ウェットエッチングが行われる。例えば、被処理物へ第３エッチング液がシャワーノズルから吐出される。これによってｐ－Ｓｉ層１６０がエッチングされる。第３エッチング液としては、ＴＭＡＨ溶液が用いられる。ＴＭＡＨ溶液の溶媒は水（Ｈ２Ｏ）であってよく、例えば、ＴＭＡＨが質量比で４倍程度の水に溶解される。
【0039】
処理効率上、上記ステップＳ１５２とステップＳ１５３との間においては、リンス処理（洗浄処理）は行われないことが好ましい。言い換えれば、被処理物が第２エッチング液へさらされた後、他の液にさらされることなく第３エッチング液へさらされることが好ましい。このようにリンス処理が省略されても、第２エッチング液および第３エッチング液は共にアンモニア系のエッチング液であることから、化学反応上の大きな問題は生じない。また、ステップＳ１５３が枚葉式の場合は、バッチ式の場合とは異なり、第３エッチング液のエッチング槽へ第２エッチング液が混入する問題も生じない。
【0040】
次に、ステップＳ１６０（図３）にて、ダミーゲート電極としてのｐ－Ｓｉ層１６０（図６）が図７に示すように除去されることによって形成された凹部に、絶縁ゲート構造１３０（図２）が形成される。これによりＦＩＮＦＥＴ１９０が得られる。
【0041】
前述したステップＳ１４０（図３）にて、スラリーを用いたＣＭＰによってＴＥＯＳ層１５０およびＳｉＮ層１４０の積層体が部分的に除去される際に（図５および図６参照）、上面Ｓ２（図６）上において、ｐ－Ｓｉ層１６０を覆うスラリー残渣（異物）が形成されやすい。本実施の形態によれば、この異物が、第３ウェットエッチング（ステップＳ１５３：図３）におけるｐ－Ｓｉ層１６０のエッチングに先立って行われる第１ウェットエッチング（ステップＳ１５１：図３）によって除去される。さらに、第３ウェットエッチングにおけるｐ－Ｓｉ層１６０のエッチングに先立って行われる第２ウェットエッチング（ステップＳ１５２：図３）によって、上面Ｓ２（図６）上におけるｐ－Ｓｉ層１６０の自然酸化膜が除去される。自然酸化膜が除去されることによって、ｐ－Ｓｉ層１６０の除去が自然酸化膜によって阻害されなくなるので、ｐ－Ｓｉ層１６０のエッチングが効率的に進行する。よって積層体のロス量を抑えることができる。さらに、この第２ウェットエッチングの前に第１ウェットエッチングが行われていることによって、自然酸化膜の除去が上記異物によって阻害されないので、自然酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、第３ウェットエッチングにおいてエッチング液としてＴＭＡＨ溶液が用いられることによって、ｐ－Ｓｉ層１６０が高い選択性でエッチングされる。よってロス量をさらに抑えることができる。以上から、ＴＥＯＳ層１５０およびＳｉＮ層１４０の積層体とｐ－Ｓｉ層１６０とを含む被処理物からｐ－Ｓｉ層１６０を選択的に除去するウェットエッチングが、ＣＭＰ処理によって積層体を部分的に除去する工程の後に行われる場合において、ウェットエッチングにおける積層体のロス量を十分に抑制することができる。
【0042】
第２エッチング液は、５０℃以上８０℃以下の温度を有することが好ましい。第２エッチング液が５０℃以上の温度を有することによって、第２ウェットエッチングによるｐ－Ｓｉ層１６０の自然酸化膜の除去が、量産において通常望まれる程度に短時間で行いやすい。第２エッチング液が８０℃以下の温度を有することによって、第２エッチング液の取り扱いを容易なものとすることができる。
【0043】
第２エッチング液は、水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上１０倍以下の水に溶解されているアンモニア水であることが好ましい。水酸化アンモニウムが質量比で３倍以上の水に溶解されていることによって、水酸化アンモニウムの濃度が過度であることに起因しての、第２ウェットエッチングにおける意図しないダメージを、抑制することができる。具体的には、エッチングに起因した面荒れを抑制することができる。また、被処理物以外の箇所への過剰なダメージを抑制しやすい。また第２エッチング液のコストを抑制することができる。水酸化アンモニウムが質量比で１０倍以下の水に溶解されていることによって、第２ウェットエッチングによるｐ－Ｓｉ層１６０の自然酸化膜の除去が、量産において通常望まれる程度に短時間で行いやすい。
【0044】
次に、上記実施の形態に想到するまでに本発明者らが行った実験の結果について、以下に説明する。
【0045】
図８は、希釈アンモニア水（ｄＮＨ４ＯＨ）によるポリシリコン（ｐ－Ｓｉ）のエッチング量（ｎｍ）と時間（ｓ）との関係を、質量比ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：５かつ温度６５℃の場合と、質量比ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：５かつ温度４０℃の場合と、質量比ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１００かつ温度６５℃の場合と、質量比ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１００かつ温度４０℃の場合とについて調べた実験結果を示すグラフ図である。この結果から、ｄＮＨ４ＯＨが比較的高濃度（１：５）かつ比較的高温（６５℃）の条件を有する場合、ｐ－Ｓｉ層が高速でエッチングされることがわかる。なお、当該条件においても最初の１０秒間はエッチングがほとんど進行しておらず、この期間はｐ－Ｓｉのエッチングがｐ－Ｓｉの自然酸化膜によって阻害されていると考えられる。
【0046】
図９は、上述した条件を有する希釈アンモニア水（ｄＮＨ４ＯＨ）による、ｐ－Ｓｉ層、ＴＥＯＳ層およびＳｉＮ層のエッチング量と時間との関係について調べた実験結果を示すグラフ図である。また図１０は、質量比ＴＭＡＨ：Ｈ２Ｏ＝１：４かつ温度８０℃のＴＭＡＨ水溶液による、ｐ－Ｓｉ層、ＴＥＯＳ層およびＳｉＮ層のエッチング量と時間との関係について調べた実験結果を示すグラフ図である。図９および図１０の比較から、ｐ－Ｓｉ層を効率的にエッチングしつつＴＥＯＳ層およびＳｉＮ層のロス量を極力抑制するには、ｄＮＨ４ＯＨよりもＴＭＡＨ溶液の方が好ましいことがわかる。よって、ｐ－Ｓｉ層上の自然酸化膜および異物が除去された後、ｐ－Ｓｉ層のエッチングが実際に進行している際には、エッチング液としてｄＮＨ４ＯＨよりもＴＭＡＨ溶液の方が好ましいことがわかる。ここで、自然酸化膜が残存している時点でエッチング液としてＴＭＡＨ溶液が用いられると、自然酸化膜によってエッチングの進行が阻害されてしまう。よって、ＴＭＡＨ溶液でのウェットエッチングに先立って、ｄＮＨ４ＯＨでのウェットエッチングが行われることが好ましいことがわかる。本発明者らは、この知見等に鑑みて、前述した実施の形態に想到したものである。
【0047】
なお上記においては、積層体において酸化シリコン層および窒化シリコン層が基板の面内方向（図２におけるＸ方向）に積層されている場合について説明したが、酸化シリコン層および窒化シリコン層が基板の厚み方向（図２におけるＺ方向）に積層されていてもよい。この場合においても、ポリシリコン層をエッチングするためのエッチング液に積層体の酸化シリコン層および窒化シリコン層の各々がさらされる限り、上記と同様の効果が得られる。
【0048】
また、酸化シリコン層および窒化シリコン層の積層体が部分的に除去される処理（図５および図６参照）がＣＭＰによって行われる場合について説明したが、当該処理は、ＣＭＰに限定されるものではなく、物理的作用および化学的作用の少なくともいずれかを有する処理であればよい。例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）は、物理的作用と化学的作用との両方を有する点においてＣＭＰと共通した特徴を有しており、ＣＭＰにおいてスラリー残差が問題となるのと同様に、ＲＩＥにおける被処理物への付着物が問題となる。この付着物の問題は、上記においてＣＭＰのスラリー残差の問題が解消されたのと同様に解消される。
【0049】
＜実施の形態２＞
図１１は、実施の形態２における基板処理装置２の構成を概略的に示す断面図である。
図１１は、実施の形態２における基板処理装置２の構成を概略的に示す断面図である。
【0050】
基板処理装置２は、内部空間を有する箱型のチャンバー４と、チャンバー４内で１枚の基板Ｗを水平に保持しながら基板Ｗの中央部を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに回転させるスピンチャック１０と、回転軸線Ａ１まわりにスピンチャック１０を取り囲む筒状の処理カップ２３とを含む。
【0051】
チャンバー４は、基板Ｗが通過する搬入搬出口６ｂが設けられた箱型の隔壁６と、搬入搬出口６ｂを開閉するシャッター７とを含む。チャンバー４は、さらに、隔壁６の天井面で開口する送風口６ａの下方に配置された整流板８を含む。クリーンエアー（フィルターによってろ過された空気）を送るＦＦＵ５（ファン・フィルター・ユニット）は、送風口６ａの上に配置されている。チャンバー４内の気体を排出する排気ダクト９は、処理カップ２３に接続されている。送風口６ａは、チャンバー４の上端部に設けられており、排気ダクト９は、チャンバー４の下端部に配置されている。排気ダクト９の一部は、チャンバー４の外に配置されている。整流板８は、隔壁６の内部空間を整流板８の上方の上空間Ｓｕと整流板８の下方の下空間ＳＬとに仕切っている。隔壁６の天井面と整流板８の上面との間の上空間Ｓｕは、クリーンエアーが拡散する拡散空間である。整流板８の下面と隔壁６の床面との間の下空間ＳＬは、基板Ｗの処理が行われる処理空間である。スピンチャック１０や処理カップ２３は、下空間ＳＬに配置されている。隔壁６の床面から整流板８の下面までの鉛直方向の距離は、整流板８の上面から隔壁６の天井面までの鉛直方向の距離よりも長い。ＦＦＵ５は、送風口６ａを介して上空間Ｓｕにクリーンエアーを送る。上空間Ｓｕに供給されたクリーンエアーは、整流板８に当たって上空間Ｓｕを拡散する。上空間Ｓｕ内のクリーンエアーは、整流板８を上下に貫通する複数の貫通孔を通過し、整流板８の全域から下方に流れる。下空間ＳＬに供給されたクリーンエアーは、処理カップ２３内に吸い込まれ、排気ダクト９を通じてチャンバー４の下端部から排出される。これにより、整流板８から下方に流れる均一なクリーンエアーの下降流（ダウンフロー）が、下空間ＳＬに形成される。基板Ｗの処理は、クリーンエアーの下降流が形成されている状態で行われる。
【0052】
スピンチャック１０は、水平な姿勢で保持された円板状のスピンベース１２と、スピンベース１２の上方で基板Ｗを水平な姿勢で保持する複数のチャックピン１１と、スピンベース１２の中央部から下方に延びるスピン軸１３と、スピン軸１３を回転させることによりスピンベース１２および複数のチャックピン１１を回転させるスピンモータ１４とを含む。スピンチャック１０は、複数のチャックピン１１を基板Ｗの外周面に接触させる挟持式のチャックに限らず、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）をスピンベース１２の上面１２ｕに吸着させることにより基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。スピンベース１２は、基板Ｗの下方に配置される上面１２ｕを含む。スピンベース１２の上面１２ｕは、基板Ｗの下面と平行である。スピンベース１２の上面１２ｕは、基板Ｗの下面に対向する対向面である。スピンベース１２の上面１２ｕは、回転軸線Ａ１を取り囲む円環状である。スピンベース１２の上面１２ｕの外径は、基板Ｗの外径よりも大きい。チャックピン１１は、スピンベース１２の上面１２ｕの外周部から上方に突出している。チャックピン１１は、スピンベース１２に保持されている。基板Ｗは、基板Ｗの下面がスピンベース１２の上面１２ｕから離れた状態で複数のチャックピン１１に保持される。
【0053】
基板処理装置２は、基板Ｗの下面中央部に向けて処理液を吐出する下面ノズル１５を含む。下面ノズル１５は、スピンベース１２の上面１２ｕと基板Ｗの下面との間に配置されたノズル円板部と、ノズル円板部から下方に延びるノズル筒状部とを含む。下面ノズル１５の液吐出口１５ｐは、ノズル円板部の上面中央部で開口している。基板Ｗがスピンチャック１０に保持されている状態では、下面ノズル１５の液吐出口１５ｐが、基板Ｗの下面中央部に上下に対向する。基板処理装置２は、下面ノズル１５にリンス液を案内する下リンス液配管１６と、下リンス液配管１６に介装された下リンス液バルブ１７とを含む。下リンス液バルブ１７が開かれると、下リンス液配管１６によって案内されたリンス液が、下面ノズル１５から上方に吐出され、基板Ｗの下面中央部に供給される。下面ノズル１５に供給されるリンス液は、純水（脱イオン水：ＤＩＷ（Ｄeionized Ｗater））である。下面ノズル１５に供給されるリンス液は、純水に限らず、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水、および希釈濃度（たとえば、１～１００ｐｐｍ程度）の塩酸水のいずれかであってもよい。図示はしないが、下リンス液バルブ１７は、液体が流れる内部流路と内部流路を取り囲む環状の弁座とが設けられたバルブボディと、弁座に対して移動可能な弁体と、弁体が弁座に接触する閉位置と弁体が弁座から離れた開位置との間で弁体を移動させるアクチュエータとを含む。他のバルブについても同様である。アクチュエータは、空圧アクチュエータまたは電動アクチュエータであってもよいし、これら以外のアクチュエータであってもよい。制御装置３は、アクチュエータを制御することにより、下リンス液バルブ１７を開閉させる。
【0054】
下面ノズル１５の外周面とスピンベース１２の内周面は、上下に延びる下筒状通路１９を形成している。下筒状通路１９は、スピンベース１２の上面１２ｕの中央部で開口する下中央開口１８を含む。下中央開口１８は、下面ノズル１５のノズル円板部の下方に配置されている。基板処理装置２は、下筒状通路１９を介して下中央開口１８に供給される不活性ガスを案内する下ガス配管２０と、下ガス配管２０に介装された下ガスバルブ２１と、下ガス配管２０から下筒状通路１９に供給される不活性ガスの流量を変更する下ガス流量調整バルブ２２とを備えている。下ガス配管２０から下筒状通路１９に供給される不活性ガスは、窒素ガスである。不活性ガスは、窒素ガスに限らず、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの他の不活性ガスであってもよい。これらの不活性ガスは、空気中の酸素濃度（約２１ｖｏｌ％）よりも低い酸素濃度を有する低酸素ガスである。下ガスバルブ２１が開かれると、下ガス配管２０から下筒状通路１９に供給された窒素ガスが、下ガス流量調整バルブ２２の開度に対応する流量で、下中央開口１８から上方に吐出される。その後、窒素ガスは、基板Ｗの下面とスピンベース１２の上面１２ｕとの間の空間をあらゆる方向に放射状に流れる。これにより、基板Ｗとスピンベース１２との間の空間が窒素ガスで満たされ、雰囲気中の酸素濃度が低減される。基板Ｗとスピンベース１２との間の空間の酸素濃度は、下ガスバルブ２１および下ガス流量調整バルブ２２の開度に応じて変更される。下ガスバルブ２１および下ガス流量調整バルブ２２は、基板Ｗに接する雰囲気中の酸素濃度を変更する雰囲気酸素濃度変更ユニットに含まれる。
【0055】
処理カップ２３は、基板Ｗから外方に排出された液体を受け止める複数のガード２５と、複数のガード２５によって下方に案内された液体を受け止める複数のカップ２６と、複数のガード２５と複数のカップ２６とを取り囲む円筒状の外壁部材２４とを含む。図１１は、２つのガード２５と２つのカップ２６とが設けられている例を示している。ガード２５は、スピンチャック１０を取り囲む円筒状のガード筒状部２５ｂと、ガード筒状部２５ｂの上端部から回転軸線Ａ１に向かって斜め上に延びる円環状のガード天井部２５ａとを含む。複数のガード天井部２５ａは、上下に重なっており、複数のガード筒状部２５ｂは、同心円状に配置されている。複数のカップ２６は、それぞれ、複数のガード筒状部２５ｂの下方に配置されている。カップ２６は、上向きに開いた環状の受液溝を形成している。基板処理装置２は、複数のガード２５を個別に昇降させるガード昇降ユニット２７を含む。ガード昇降ユニット２７は、上位置から下位置までの任意の位置にガード２５を位置させる。上位置は、ガード２５の上端２５ｕがスピンチャック１０に保持されている基板Ｗが配置される保持位置よりも上方に配置される位置である。下位置は、ガード２５の上端２５ｕが保持位置よりも下方に配置される位置である。ガード天井部２５ａの円環状の上端は、ガード２５の上端２５ｕに相当する。ガード２５の上端２５ｕは、平面視で基板Ｗおよびスピンベース１２を取り囲んでいる。スピンチャック１０が基板Ｗを回転させている状態で、処理液が基板Ｗに供給されると、基板Ｗに供給された処理液が基板Ｗから振り切られる。処理液が基板Ｗに供給されるとき、少なくとも一つのガード２５の上端２５ｕが、基板Ｗよりも上方に配置される。したがって、基板Ｗから排出された薬液やリンス液などの処理液は、いずれかのガード２５に受け止められ、このガード２５に対応するカップ２６に案内される。
【0056】
中心ノズル４５は、液体を吐出する液吐出口を有している。中心ノズル４５は、液バルブ５３を介して液準備ユニット５２から供給される液を吐出する開口を、下端に有している。液バルブ５３が開かれると、液準備ユニット５２で準備された液が、中心ノズル４５から下方に吐出されることによって基板Ｗの上面に供給される。液準備ユニット５２には、バルブ５１Ｔ、バルブ５１Ｎ、バルブ５１Ｈ、およびバルブ５１Ｄのそれぞれを介して、ＴＭＡＨ溶液供給源、ＮＨ４ＯＨ水溶液（アンモニア水溶液）供給源、Ｈ２Ｏ２供給源、およびＤＩＷ供給源が接続されている。液準備ユニット５２は、バルブ５１Ｔを開くことによってＴＭＡＨ溶液を準備することができ、その際、バルブ５１Ｄの開度を調整することによって溶液の濃度を調整することができる。また液準備ユニット５２は、バルブ５１Ｎを開くことによってＮＨ４ＯＨ水溶液を準備することができ、その際、バルブ５１Ｄの開度を調整することによって、希釈アンモニア水としてのＮＨ４ＯＨ水溶液の濃度を調整することができる。また液準備ユニット５２は、バルブ５１Ｎおよびバルブ５１Ｈを開くことによってＳＣ１（ＮＨ４ＯＨおよびＨ２Ｏ２の混合水溶液）を準備することができ、その際、バルブ５１Ｄの開度を調整することによって溶液の濃度を調整することができる。また液準備ユニット５２は、バルブ５１Ｄを開くことによって、リンス液としてのＤＩＷを準備することができる。
【0057】
図１２は、本実施の形態２における基板処理方法が行われる前後の基板Ｗの構成を概略的に示す断面図である。図１２の左側は、図１３に示す処理（エッチング）が行われる前の基板Ｗの断面を示しており、図１２の右側は、図１３に示す処理（エッチング）が行われた後の基板Ｗの断面を示している。図１２の右側に示すように、基板Ｗがエッチングされると、基板Ｗの面方向（基板Ｗの厚み方向Ｄｔに直交する方向）に凹んだ複数のリセスＲ１が凹部９２の内面９２ｓ（側面）に形成される。
【0058】
図１２に示すように、基板Ｗは、シリコンウエハなどの母材の上に形成された積層体９１を有している。積層体９１は、複数のポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３と複数の酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３とを含む。複数のポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３および複数の酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３は、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３と酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３とが交互に入れ替わるように基板Ｗの厚み方向Ｄｔに積層されている。ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３は、基板Ｗ上にポリシリコンを堆積させる堆積工程と、堆積したポリシリコンを加熱する熱処理工程と、が行われた薄膜である（図１３参照）。なお熱処理工程は省略されてもよい。
【0059】
積層体９１は、基板Ｗの最表面Ｗｓから基板Ｗの厚み方向Ｄｔ（基板Ｗの母材の表面に直交する方向）に凹んだ凹部９２を有している。凹部９２は、複数のポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３および複数の酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３を基板Ｗの厚み方向Ｄｔに貫通している。ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３および酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３の側面は、凹部９２の内面９２ｓで露出している。凹部９２は、トレンチ、ビアホール、およびコンタクトホールのいずれかであってもよいし、これら以外であってもよい。凹部９２は、ドライエッチング（図１３参照）によって形成されている。ドライエッチングは、エッチング残渣の発生を伴う。ここで、凹部９２を形成するための、エッチング残渣の発生を伴うエッチングは、ドライエッチングに限定されるものではなく、例えば、液体によるエッチングも含まれる。
【0060】
図１３に示す処理（エッチング）が開始される前は、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３および酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３の表層に、通常、表面酸化膜としての自然酸化膜が形成されている。またポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３および酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３の表層に、通常、凹部９２を形成する際に生じたエッチング残渣が付着している。図１２の左側の二点鎖線は、これら表面酸化膜およびエッチング残渣の輪郭を模式的に示している。
【0061】
【0062】
基板処理装置２によって基板Ｗが処理されるときは、チャンバー４内に基板Ｗを搬入する搬入工程が行われる（図１３のステップＳ１１）。具体的には、全てのガード２５が下位置に位置している状態で、センターロボット（不図示）のハンド（不図示）が、基板Ｗを支持しつつチャンバー４内に進入させる。そしてセンターロボットは、基板Ｗの表面が上に向けられた状態でハンド上の基板Ｗを複数のチャックピン１１の上に置く。その後、複数のチャックピン１１が基板Ｗの外周面に押し付けられ、基板Ｗが把持される。センターロボットは、基板Ｗをスピンチャック１０の上に置いた後、ハンドをチャンバー４の内部から退避させる。
【0063】
次に、下ガスバルブ２１が開かれることで、スピンベース１２の下中央開口１８が窒素ガスの吐出を開始する。これにより、基板Ｗに接する雰囲気中の酸素濃度が低減される。さらに、ガード昇降ユニット２７がいずれかのガード２５を下位置から上位置に上昇させる。その後、スピンモータ１４が駆動され、基板Ｗの回転が開始される（図１３のステップＳ１２）。
【0064】
次に、除去液を基板Ｗの上面に供給する工程が行われる（図１３のステップＳ１３）。これにより除去液が凹部９２に供給され、それによって凹部の内面９２ｓに付着したエッチング残渣が除去される。除去液としては、ＴＭＡＨ溶液またはＳＣ１が用いられてよい。具体的には、中心ノズル４５から吐出された除去液は、基板Ｗの上面中央部に衝突した後、回転している基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。これにより、基板Ｗの上面全域を覆う除去液の液膜が形成され、基板Ｗの上面全域に除去液が供給される。所定時間が経過すると、除去液の吐出が停止される。なお、このステップＳ１３に起因して、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の表層に表面酸化膜が、新たにまたは追加で形成されることがある。なお除去液としての、ＴＭＡＨ溶液またはＳＣ１は、ステップＳ１５１（図３：実施の形態１）の場合と同様のものが用いられてよい。
【0065】
次に、第１エッチング液としての希釈アンモニア水（アンモニア水溶液）を基板Ｗの上面に供給する第１エッチング工程が行われる（図１３のステップＳ１４）。これによりアンモニア水溶液が凹部９２に供給され、それによって、ステップＳ１３またはそれ以前にポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３に形成された表面酸化膜がエッチングされる。具体的には、中心ノズル４５から吐出されたアンモニア水溶液は、基板Ｗの上面中央部に衝突した後、回転している基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。これにより、基板Ｗの上面全域を覆うアンモニア水溶液の液膜が形成され、基板Ｗの上面全域にアンモニア水溶液が供給される。所定時間が経過すると、アンモニア水溶液の吐出が停止される。なお希釈アンモニア水としては、ステップＳ１５２（図３：実施の形態１）の場合と同様のものが用いられてよい。
【0066】
次に、第２エッチング液としてのＴＭＡＨ溶液を基板Ｗの上面に供給する第２エッチング工程が行われる（図１３のステップＳ１５）。これによりＴＭＡＨ溶液が凹部９２に供給され、それによって、酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３に比してポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３が高いエッチング速度でエッチングされる。言い換えれば、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３が選択的にエッチングされる。具体的には、中心ノズル４５から吐出されたＴＭＡＨ溶液は、基板Ｗの上面中央部に衝突した後、回転している基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。これにより、基板Ｗの上面全域を覆うＴＭＡＨ溶液の液膜が形成され、基板Ｗの上面全域にＴＭＡＨ溶液が供給される。第２エッチング液の吐出が開始される前に、ガード昇降ユニット２７は、基板Ｗから排出された液体を受け止めるガード２５を切り替えるために、少なくとも一つのガード２５を鉛直に移動させてもよい。所定時間が経過すると、ＴＭＡＨ溶液の吐出が停止される。なおＴＭＡＨ溶液としては、ステップＳ１５３（図３：実施の形態１）の場合と同様のものが用いられてよい。
【0067】
次に、リンス液としてのＤＩＷを基板Ｗの上面に供給するリンス液供給工程が行われる（図１３のステップＳ１６）。具体的には、中心ノズル４５から吐出されたＤＩＷは、基板Ｗの上面中央部に衝突した後、回転している基板Ｗの上面に沿って外方に流れる。基板Ｗ上の第２エッチング液は、中心ノズル４５から吐出されたＤＩＷによって洗い流される。これにより、基板Ｗの上面全域を覆うＤＩＷの液膜が形成される。所定時間が経過すると、ＤＩＷの吐出が停止される。
【0068】
次に、基板Ｗの回転によって基板Ｗを乾燥させる乾燥工程が行われる（図１３のステップＳ１７）。具体的には、スピンモータ１４が基板Ｗを回転方向に加速させ、ステップＳ１３～Ｓ１５までの期間における基板Ｗの回転速度よりも大きい高回転速度（たとえば数千ｒｐｍ）で基板Ｗを回転させる。これにより、液体が基板Ｗから除去され、基板Ｗが乾燥する。基板Ｗの高速回転が開始されてから所定時間が経過すると、スピンモータ１４が回転を停止する。これにより、基板Ｗの回転が停止される（図１３のステップＳ１８）。
【0069】
次に、基板Ｗをチャンバー４から搬出する搬出工程が行われる（図１３のステップＳ１９）。具体的には、ガード昇降ユニット２７が全てのガード２５を下位置まで下降させる。さらに、下ガスバルブ２１が閉じられることで、スピンベース１２の下中央開口１８が窒素ガスの吐出を停止する。その後、センターロボット（不図示）がハンド（不図示）をチャンバー４内に進入させる。センターロボットは、複数のチャックピン１１が基板Ｗの把持を解除した後、スピンチャック１０上の基板Ｗをハンドで支持する。その後、センターロボットは、基板Ｗをハンドで支持しながら、ハンドをチャンバー４の内部から退避させる。これにより、処理済みの基板Ｗがチャンバー４から搬出される。
【0070】
本実施の形態によれば、ステップＳ１５におけるポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングに先立って行われるステップＳ１３によって、ドライエッチングによって生じたエッチング残渣が除去される。さらに、ステップＳ１５におけるポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングに先立って行われるステップＳ１４によって、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の表面酸化膜が除去される。表面酸化膜が除去されることによって、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の除去が表面酸化膜によって阻害されなくなるので、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングが効率的に進行する。よって酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３のロス量を抑えることができる。さらに、このステップＳ１４の前に上記ステップＳ１３が行われていることによって、表面酸化膜の除去がエッチング残渣によって阻害されないので、表面酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、ステップＳ１５においてエッチング液としてＴＭＡＨ溶液が用いられることによって、ポリシリコンが高い選択性でエッチングされる。よってロス量をさらに抑えることができる。以上から、ドライエッチングによって酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３およびポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の積層体９１に凹部９２を形成する工程の後、凹部９２においてポリシリコンを選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、ウェットエッチングにおける酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３のロス量を十分に抑制することができる。
【0071】
ステップＳ１３～Ｓ１５が連続的に行われることによって、効率的に基板処理を行うことができる。このようにステップＳ１３～Ｓ１５が連続的に行われることから、ステップＳ１６のようなリンス工程をステップＳ１３～Ｓ１５の間に介在させられないものの、ステップＳ１３～Ｓ１５はいずれもアンモニア系の処理液を使用してることから、工程間にリンス工程を介在させなくても、前工程から受ける悪影響は小さい。よって、上述したように効率的な基板処理が実現される。
【0072】
＜変形例１＞
なお上記においては、ステップＳ１５における好適なエッチング液としてＴＭＡＨ溶液が用いられるが、ステップＳ１５におけるエッチング液はＴＭＡＨ溶液に限定されるものではなく、第４級アンモニウム水酸化物溶液であればよい。第４級アンモニウム水酸化物溶液の溶媒はは水（Ｈ２Ｏ）であってよい。第４級アンモニウム水酸化物は、ＴＭＡＨ、ＴＢＡＨ（テトラブチルアンモニウムヒドロキシド）、ＴＰｅＡＨ（テトラペンチルアンモニウムヒドロキシド）、ＴＨＡＨ（テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド）、ＴＥＡＨ（テトラエチルアンモニウムヒドロキシド）、およびＴＰＡＨ（テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド）の少なくとも一つであってもよいし、これら以外であってもよい。これらはいずれも有機アルカリに含まれる。
なお上記においては、ステップＳ１５における好適なエッチング液としてＴＭＡＨ溶液が用いられるが、ステップＳ１５におけるエッチング液はＴＭＡＨ溶液に限定されるものではなく、第４級アンモニウム水酸化物溶液であればよい。第４級アンモニウム水酸化物溶液の溶媒はは水（Ｈ２Ｏ）であってよい。第４級アンモニウム水酸化物は、ＴＭＡＨ、ＴＢＡＨ（テトラブチルアンモニウムヒドロキシド）、ＴＰｅＡＨ（テトラペンチルアンモニウムヒドロキシド）、ＴＨＡＨ（テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド）、ＴＥＡＨ（テトラエチルアンモニウムヒドロキシド）、およびＴＰＡＨ（テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド）の少なくとも一つであってもよいし、これら以外であってもよい。これらはいずれも有機アルカリに含まれる。
【0073】
＜変形例２＞
本変形例においては、第２エッチング液（ステップＳ１５（図１３））として、第１エッチング液（ステップＳ１４（図１３））としての希釈アンモニア水（アンモニア水溶液）よりも高いアンモニア濃度を有する希釈アンモニア水が用いられる。本変形例によれば、ステップＳ１５におけるポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングに先立って行われるステップＳ１３によって、ドライエッチングによって生じたエッチング残渣が除去される。さらに、ステップＳ１５におけるポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングに先立って行われるステップＳ１４によって、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の表面酸化膜が除去される。表面酸化膜が除去されることによって、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の除去が表面酸化膜によって阻害されなくなるので、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングが効率的に進行する。よって酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３のロス量を抑えることができる。さらに、このステップＳ１４の前に上記ステップＳ１３が行われていることによって、表面酸化膜の除去がエッチング残渣によって阻害されないので、表面酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、ステップＳ１５においてエッチング液として、上記ステップＳ１４における希釈アンモニア水よりも高いアンモニア濃度を有する希釈アンモニア水が用いられることによって、ポリシリコンが十分に効率的にエッチングされる。以上から、ドライエッチングによって酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３およびポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の積層体９１に凹部９２を形成する工程の後、凹部９２においてポリシリコンを効率的かつ選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、ウェットエッチングにおける酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３のロス量を十分に抑制することができる。
本変形例においては、第２エッチング液（ステップＳ１５（図１３））として、第１エッチング液（ステップＳ１４（図１３））としての希釈アンモニア水（アンモニア水溶液）よりも高いアンモニア濃度を有する希釈アンモニア水が用いられる。本変形例によれば、ステップＳ１５におけるポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングに先立って行われるステップＳ１３によって、ドライエッチングによって生じたエッチング残渣が除去される。さらに、ステップＳ１５におけるポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングに先立って行われるステップＳ１４によって、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の表面酸化膜が除去される。表面酸化膜が除去されることによって、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の除去が表面酸化膜によって阻害されなくなるので、ポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３のエッチングが効率的に進行する。よって酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３のロス量を抑えることができる。さらに、このステップＳ１４の前に上記ステップＳ１３が行われていることによって、表面酸化膜の除去がエッチング残渣によって阻害されないので、表面酸化膜が除去されるまでのエッチングが効率的に進行する。よってロス量をさらに抑えることができる。さらに、ステップＳ１５においてエッチング液として、上記ステップＳ１４における希釈アンモニア水よりも高いアンモニア濃度を有する希釈アンモニア水が用いられることによって、ポリシリコンが十分に効率的にエッチングされる。以上から、ドライエッチングによって酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３およびポリシリコン層Ｐ１～Ｐ３の積層体９１に凹部９２を形成する工程の後、凹部９２においてポリシリコンを効率的かつ選択的に除去するウェットエッチングが行われる場合において、ウェットエッチングにおける酸化シリコン層Ｏ１～Ｏ３のロス量を十分に抑制することができる。
【0074】
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施の形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【0075】
Ｏ１～Ｏ３ ：酸化シリコン層
Ｐ１～Ｐ３ ：ポリシリコン層
Ｒ１ ：リセス
Ｓ１ ：上面
Ｓ２ ：上面
２ ：基板処理装置
９１ ：積層体
９２ ：凹部
９２ｓ ：内面
１１０ ：基板
１１１ ：基部
１１２ ：フィン部
１２０ ：不純物領域
１２１ ：主部
１２２ ：エクステンション部
１３０ ：絶縁ゲート構造
１３１ ：ゲート絶縁膜
１３２ ：ゲート電極
１４０ ：ＳｉＮ層（窒化シリコン層）
１５０ ：ＴＥＯＳ層（酸化シリコン層）
１６０ ：ｐ－Ｓｉ層（ポリシリコン層）
Ｐ１～Ｐ３ ：ポリシリコン層
Ｒ１ ：リセス
Ｓ１ ：上面
Ｓ２ ：上面
２ ：基板処理装置
９１ ：積層体
９２ ：凹部
９２ｓ ：内面
１１０ ：基板
１１１ ：基部
１１２ ：フィン部
１２０ ：不純物領域
１２１ ：主部
１２２ ：エクステンション部
１３０ ：絶縁ゲート構造
１３１ ：ゲート絶縁膜
１３２ ：ゲート電極
１４０ ：ＳｉＮ層（窒化シリコン層）
１５０ ：ＴＥＯＳ層（酸化シリコン層）
１６０ ：ｐ－Ｓｉ層（ポリシリコン層）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】