JP2928664B2 - 酸化珪素成膜方法およびこの方法に用いる成膜装置 - Google Patents

酸化珪素成膜方法およびこの方法に用いる成膜装置

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    • H01L21/67103Apparatus for thermal treatment mainly by conduction

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置や液晶など
の絶縁膜に用いられる酸化珪素の成膜方法に関するもの
で、とくに、低温で弗酸の酸化珪素過飽和溶液中から酸
化珪素膜を堆積する方法およびこの方法に用いる成膜装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化珪素膜(SiO2 )は、機械
的強度や絶縁性の優れているところから、様々な分野で
用いられている。とくに半導体装置では、層間絶縁膜、
キャパシタ酸化膜、不純物の拡散源、ゲ−ト酸化膜、保
護被膜などに用いられている。また、これ以外にも、例
えば、液晶表示パネルや太陽電池用基板ガラスにソ−ダ
ライムガラスや硼珪酸ガラス等のアルカリ含有ガラスを
用いる場合に、アルカリ成分の溶出を防止するためにガ
ラス表面を酸化珪素膜で被覆することがある。光ディス
クのプラスチック基板表面の保護膜として使われること
もある。
【0003】この酸化珪素膜は、従来より真空蒸着、ス
パッタリング、CVDあるいはシリコンを熱酸化する方
法で形成されており、最近では、弗酸の酸化珪素過飽和
溶液からの析出反応による方法が知られている(特公平
1−27574号公報および特願平2−418924号
参照)。この方法による酸化珪素膜は被覆性が高く、絶
縁耐圧も高い上、低温で形成することができるので、特
に半導体装置に適用して有用である。この膜は、通常、
SORD(Silicon Oxide Room temperature Depositio
n )膜もしくはSORDSiO膜あるいはLPD(Lq
uid Phase Deposition)膜と言われている。
【0004】基板上に酸化珪素(SiO)膜を形成す
る方法、特に弗酸の酸化珪素過飽和溶液析出反応による
方法が、工業製品の製造工程、とりわけ半導体製造工程
の一工程として使用されている。弗酸の酸化珪素過飽和
溶液析出反応による酸化珪素の形成方法は、次のような
手順で行われる。まず、例えば、弗酸に酸化珪素(シリ
カ)を飽和するまで加えて酸化珪素飽和溶液を形成す
る。酸化珪素は弗酸(HF)と反応して、HSiF
+2HO←→SiO+6HF と表される反応式の
ような飽和状態になっている。この弗酸の酸化珪素飽和
溶液にアルミニウムを添加する。アルミニウムは、弗酸
と反応して弗化アルミニウムと水素を発生する。前記の
反応式において、弗酸がアルミニウムと反応して消費す
ると、酸化珪素がこの溶液中では過剰になってしまい、
結局この溶液は、弗酸の酸化珪素過飽和溶液となる。そ
してこの中の酸化珪素が、半導体などの液中の基板の表
面に堆積する。この方法において、反応を促進させる手
段は、アルミニウムに限らず鉄のような金属や硼酸など
も可能である。また、弗酸にたいする酸化珪素の溶解度
は、温度が低い程大きくなるので、低温状態の酸化珪素
飽和溶液を高温状態にして放置しておいても溶液は過飽
和状態になり、酸化珪素が析出してくる。
【0005】前述の従来方法による酸化珪素成膜装置
を、図17を参照しながら説明する。成膜槽1とそれに
連なるオーバーフロー槽2の中には弗酸の酸化珪素過飽
和溶液(以下、成膜溶液という)3が満たされている。
成膜溶液3は、オーバーフロー槽2の底部より接続され
たパイプ4からポンプ5、フィルタ6を通過した後、再
び成膜槽1に流入することにより絶えず循環し、瀘過さ
れて、反応中あるいは輸送の過程で発生した析出粒子や
混入した塵が取り除かれ、清浄に保たれている。成膜槽
1内の成膜溶液3を過飽和溶液にするには、例えば、ア
ルミニウム板7を浸漬し、溶解させ、成膜溶液の平衡状
態を酸化珪素析出方向にずらすことにより得られる。過
飽和状態となった成膜溶液3中に浸漬した半導体基板な
どの被処理基板8表面には一定時間後に酸化珪素膜が形
成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この方法は、一般に使
われている気相成長法(CVD法)に比べ、真空装置や
高温反応装置を必要としないため低コストである点や、
密着性が高いので基板表面に段差が形成されていても均
一な厚さで成膜できるいわゆる段差被膜性の良さの点で
優れている。しかしこの従来の成膜法では成膜速度が約
1000オングストロ−ム(A)/時間(H)と遅く、
例えば厚さ1μmの酸化珪素膜の形成に10時間も要し
てしまう(オングストロームは、以下、Aと略記す
る)。またこの方法では、酸化珪素成膜装置内に満たさ
れた成膜溶液3のいたるところで析出が起こるので、溶
液から析出した酸化珪素の全量のわずか1%程度しか基
板8上に堆積できず、大部分はフィルタ6で捕捉された
り成膜装置内壁上に堆積したり、またはフィルタ洗浄に
伴う交換廃液として廃棄されたりするので、原材料の利
用効率が非常に低いというのが現状である。さらに成膜
装置内壁に堆積した酸化珪素は、剥離してかたまりにな
り、基板8上にごみとして付着し、後の工程に悪影響を
与える。
【0007】この従来の方法でも、通常35℃に保たれ
ている成膜溶液3の液温をより高温にして析出反応を促
進させたり、あるいはアルミニウム板7の量を増やすこ
とで酸化珪素析出量を増加させて成膜速度を上げること
は可能である。しかし、これに伴いフィルタ6に捕捉さ
れる析出粒子量も増加し、フィルタ6は、短時間で目づ
まりを起こして基板8への酸化珪素膜形成に支障をきた
すようになる。従来では、酸化珪素膜形成に支障なく析
出反応を促進させて得ることのできる最高成膜速度はた
かだか1400A/H程度にすぎない。この場合でも依
然として析出した酸化珪素の利用効率は非常に低いまま
である。そればかりか上昇した成膜速度に応じて成膜装
置内壁にこれまで以上に酸化珪素膜が堆積し易くなる。
このような酸化珪素膜はしばしば剥離し、脱落して基板
8上に付着し、以後の微細パターン形成工程にさらに大
きな障害を及ぼす。一方、装置当たりの処理能力、すな
わちスループットに注目すると、この従来の方法でも成
膜槽1の容積を大きくして一度に大量の基板を処理する
ことでスループットを高めることは可能である。しか
し、LSIの製造工程のように工程数が膨大である場
合、一工程に要する絶対時間が長いことは好ましくない
し、受注生産品のように納期が短時間に限られている場
合には対応できなくなるので、これも十分な解決方法と
はいえない。
【0008】本発明はこのような事情によりなされたも
ので、成膜速度が大きく、且つ、原材料の利用効率が高
く、装置からの発塵が抑制される酸化珪素成膜装置を提
供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、低温に
保持していた成膜溶液を被処理基板の処理表面上に液厚
20mm以下で薄く保持し、これを加熱することにより
成膜溶液の過飽和状態を作り出して前記処理表面に酸化
珪素を成膜することにある。本発明の酸化珪素成膜方法
は、被処理基板の処理表面に低温状態の酸化珪素過飽和
溶液を20mm以下の厚さで保持する工程と、前記低温
状態の酸化珪素過飽和溶液を熱平衡に達するまで加熱す
る工程と、前記熱平衡に達した酸化珪素過飽和溶液を一
定時間、前記熱平衡に達した温度の前後の温度で放置し
て前記被処理基板の処理表面に酸化珪素膜を堆積させる
工程とを備えていることを特徴としている。前記低温状
態の酸化珪素過飽和溶液は、弗酸の酸化珪素過飽和溶液
を用いても良い。前記低温状態は、25℃以下であるよ
うにしても良い。前記熱平衡の温度が25℃を越え、7
0℃以下であるようにしても良い。前記熱平衡の温度が
50℃以上、60℃以下であるようにしても良い。前記
酸化珪素過飽和溶液の溶温を前記処理基板の処理表面に
保持する前に25℃以下に下げる工程を更に備えている
ようにしても良い。前記酸化珪素膜を堆積させる工程と
同時に前記被処理基板を振動させる工程を更に備えてい
るようにしても良い。前記酸化珪素過飽和溶液は、その
表面張力によって前記被処理基板の上に保持されている
ようにしても良い。前記酸化珪素過飽和溶液は、前記被
処理基板の上面に保持されているようにしても良い。前
記酸化珪素過飽和溶液は、前記被処理基板の下面に保持
されているようにしても良い。前記被処理基板は、その
処理表面に前記酸化珪素膜を堆積させる工程中におい
て、水平面より傾斜させるようにしても良い。前記酸化
珪素膜は、複数の前記被処理基板の列に同時に形成させ
るようにしても良い。本発明の酸化珪素成膜装置は、2
5℃以下の低温状態の弗酸の酸化珪素過飽和溶液を形成
して、この溶液を前記25℃以下の低温状態で保管する
調整部と、前記低温状態の弗酸の酸化珪素過飽和溶液及
び2枚以上の被処理基板とを収容する治具を有し、更に
この治具を加熱する手段を有する成膜部とを備え、前記
被処理基板の中の任意の被処理基板間に隙間が形成さ
れ、且つ横置きに保持されている前記被処理基板上の弗
酸の酸化珪素過飽和溶液は、その表面張力によって保持
されていることを特徴としている。また、本発明の酸化
珪素成膜装置は、25℃以下の低温状態の弗酸の酸化珪
素過飽和溶液を形成して、この溶液を前記25℃以下の
低温状態で保管する調整部と、前記低温状態の弗酸の酸
化珪素過飽和溶液および2枚以上の被処理基板とを収容
する治具を有し、更にこの治具を加熱する手段を有する
成膜部とを備え、前記被処理基板の中の任意の被処理基
板間に隙間が形成され、且つ横置きに保持されている前
記被処理基板は、前記弗酸の酸化珪素過飽和溶液の上に
配置されていることを特徴としている。
【0010】
【作用】低温に保持していた成膜溶液を被処理基板の処
理表面上に液厚約20mm以下で薄く保持し、これを平
衡温度まで加熱することにより成膜溶液の過飽和状態を
作り出して前記処理表面に酸化珪素を成膜することによ
り、従来よりも高速で成膜され、原材料の利用効率も高
まる。また、成膜溶液を基板に薄く保持する手段として
の治具を用いる場合に、治具は、成膜終了のたびに何回
も洗浄が可能であることにより治具内に問題となるよう
な酸化珪素の堆積や剥離が起こらない。また、成膜溶液
自体の表面張力を利用すればこのような治具は使わない
ので、当然治具への酸化珪素の堆積や剥離を考慮する必
要もない。また、注入する成膜溶液は液温を上げること
により直ちに過飽和状態を作り出せるようあらかじめ調
整されており、さらに、成膜溶液は、保存期間中の温度
変化で酸化珪素が析出しないように25℃よりも低温に
保持されて保管される。成膜溶液および基板を加熱する
際は、成膜溶液の液温上昇に伴って発生する対流が成膜
に及ぼす悪影響を防ぐため、任意の方向に成膜溶液およ
び基板を振動させることのできる加振機構を備えること
で、均一な膜形成を実現している。
【0011】
【実施例】本発明に係る実施例を図面を参照して説明す
る。図1は、酸化珪素膜装置の成膜部の断面図である。
多数枚の例えばシリコン半導体基板のような被処理基板
11は、それぞれ治具12内に垂直に配置されており、
そして各基板11の端は、その垂直状態を保てるように
治具16内部で固定されている。基板11と治具12の
間隙には、25℃程度以下の低温に保持されている成膜
溶液16が各基板11全体を覆うまで満たされている。
この実施例では、成膜溶液の保管温度は、約0℃にして
いる。治具12の上端には、成膜溶液16の蒸発を防ぐ
ために蓋13が取り付けられている。このような被処理
基板および成膜溶液を収容した複数の治具16は、水平
方向に並べられ、恒温槽14の内部にまとめて格納され
る。恒温槽14内では、これらの治具および被処理基
板、成膜溶液が任意の温度まで加熱される。治具16が
載置されている基台の下には加振機構35が固定されて
いる。成膜溶液が周囲の温度と熱平衡になるまでの間、
成膜溶液中で発生する対流を均一化して被処理基板の表
面に形成される酸化珪素膜にムラが生じるのを防ぐた
め、治具、被処理基板および成膜溶液は、一体のまま加
振機構35により振動させられる。成膜溶液が熱平衡状
態になった後は、対流発生がなくなるので振動させる必
要はない。
【0012】図2は、成膜溶液の調整部の断面図であ
る。調整部は、低温に成膜溶液を保存することのできる
保管槽17が備えられ、あらかじめ液温を上昇させると
直ちに過飽和状態を作り出せるよう飽和状態に調整され
た成膜溶液16は、酸化珪素をほとんど析出することな
く保管されている。保管槽17は、保管する成膜溶液1
6が25℃以下の低温で保持するために低温槽になって
いる。保管槽17と保管していた成膜溶液16を供給す
る注液管32の間にはフィルタ47が連結され、保管槽
17中の塵や僅かに発生した析出粒子を除去できるよう
になっている。この成膜溶液16の清浄度を保つため
に、必要に応じ保管槽17からパイプ18を介して、ポ
ンプ19、フィルタ20を配列し、成膜溶液16の循環
ろ過を行う事もできる。保管槽17で保存する成膜溶液
16は別の装置で調整してもよいが、実施例のように調
整部内において保管槽17に連結させて調整槽22を設
け、この中に温度調節器26やアルミニウム板27を投
入して液調整を行うこともできる。調整槽22からパイ
プ23を介してポンプ24、フィルタ25を配列し、調
整中の成膜溶液16の循環ろ過を行えば、析出した酸化
珪素粒子のうち巨大なものを取り除くことができ、調整
中の成膜溶液16はより良い状態になる。成膜溶液16
は、調整終了後、パイプ28を通過して保管槽17に移
送されて保存される。この実施例の成膜溶液には、0.
1〜0.2mol/lのアルミが添加されている。そし
て、この中に含まれているHSiFの含有量は、大
体37〜38wt%であるが、前記の酸化珪素成膜装置
においては、成膜溶液が循環中に、その含有量が34w
t%程度に減少する。しかし、成膜特性にはそれ程の変
化は生じない。
【0013】図3は、低温TL に保持していた成膜溶液
中で析出した直径1μm以上のパーティクルの数とTL
との関係を示す特性図、図4は、成膜溶液および基板を
平衡温度TH に達するまで加熱したときの成膜速度とT
H の関係の一例を示す特性図である。図3に示すよう
に、TL が25℃以上になると、成膜溶液中の1μm径
以上のパーティクル数が100個/cm以上に増加す
るので、成膜溶液16が保管槽17内で酸化珪素を析出
しないため、その保管温度を25℃以下に保持しなくて
はならない。さらに、効果的に高速成膜を行うためには
成膜溶液16は、できるだけ低温で保存することが望ま
しい。
【0014】図4に示すように、成膜速度は平衡温度T
H が高いほど大きくなることから、図2に示す恒温槽1
4の設定温度は、成膜液16がSiFとHFに分解、
蒸発しやすくなる70℃より低い範囲でなるべく高温に
することが望ましい。加熱中に成膜溶液16が分解、蒸
発すると、成膜溶液が不足したり液中に気泡ができたり
して酸化珪素の成膜に支障が生じるため、液温を70℃
より高温にすることは避けなくてはならない。また、液
温が高くなるほど成膜溶液中に巨大な酸化珪素粒子が析
出しやすくなり、これが被処理基板に付着してゴミにな
るので、実際には、成膜中の成膜溶液16の平衡温度は
50℃から60℃が適当であると思われる。この成膜速
度は、従来より著しく速く最大14000A/Hに達す
る。初期の低温状態の温度は約0℃にしているので、T
LとTH の差が大きいほど成膜速度が大きいことが分か
る。
【0015】図5は、本発明の方法で直径5インチのシ
リコンウエーハ上に膜厚5000Aの酸化珪素を成膜し
たときに、ウエーハに付着した1μm径以上のパーティ
クル数と成膜溶液16の液厚との関係を示す特性図であ
る。ところで、被処理基板に厚さ1μmの酸化珪素膜を
形成するために必要な成膜溶液16の液厚は、成膜溶液
の調整方法によっても異なるが、大体1mm程度あれば
よい。また、図に示すように被処理基板の処理表面を被
覆する成膜溶液の膜厚が20μmを越えると、被処理基
板であるウエ−ハに付着する1μm径以上のパ−テイク
ル数は、20個を越えてしまい、酸化珪素膜の特性が劣
化するので、成膜溶液16の液厚は20mm程度以下が
適当である。このようにして成膜溶液16が加熱されて
酸化珪素膜が被処理基板11の表面に形成される際、低
温から高温へ一気に移行することにより成膜溶液の過飽
和度は従来の方法における過飽和度よりも大幅に大きく
なり高速成膜が可能となる。また、大きな過飽和度を作
り出せることで原材料の利用効率も高まり、更に、治具
12は一回の成膜処理終了ごとに洗浄可能であるから清
浄に保つことができて治具からの発塵もない。一方、成
膜溶液16を循環ろ過することも可能であるが、液の利
用効率の点や循環中に液が冷えてしまい加熱がスムーズ
にいかない点などを考慮すればそれ程有利ではない。
【0016】図6を参照して成膜溶液に添加されるアル
ミニウムと酸化珪素膜厚との関わりを説明する。成膜溶
液は、HSiFの含有量が約37〜38wt%であ
り、アルミニウム濃度は、図のAが0.2mol/l、
Bが0.2mol/l、Cが0.1mol/lそして従
来例が0.18mol/lである。この成膜溶液の保管
温度TL を0℃とし、横軸に平衡温度THをとって、そ
のときの酸化珪素膜の膜厚を縦軸に求めた。被処理基板
となるシリコン半導体基板は、成膜溶液に垂直に配置さ
れて成膜される。成膜時間は、Aが1.5時間、Bが
0.5時間、Cが0.5時間そして従来例では、1時間
と0.5時間である。図に示すとうり、保管温度TL
平衡温度TH との差の大きい本発明の成膜速度は、従来
例よりはるかに大きく、また、アルミニウム濃度が濃い
程膜厚が大きくなる。
【0017】図7を参照して平衡温度を一定にしたとき
の保管温度TL と酸化珪素膜の成膜速度との関係を説明
する。図3〜図6では、被処理基板を成膜溶液に垂直に
立てて配置しているのに対し、この図では、被処理基板
は、成膜溶液に水平にねかせて配置している。成膜溶液
は、HSiFの濃度が37〜38wt%、アルミニ
ウムの添加量が0.1mol/lであり、形成してから
10日経過しているものを用いた。平衡温度TH をすべ
て50℃とし、30分後の膜厚を計測して縦軸に示す。
その結果、例えば、保管温度TL を0℃、5℃、25℃
にすると、その時の酸化珪素膜厚は、それぞれ、650
0A、5700Aおよび3000Aになる。このよう
に、保管温度と平衡温度との差が大きいほど前述の様に
成膜速度が大きくなることが分かる。すなわち、成膜速
度は、成膜溶液の過飽和度に大きく左右される。
【0018】図8は、成膜時間と酸化珪素膜厚との関係
を示す特性図である。縦軸が、膜厚(A)、横軸が成膜
時間(時間、H)を表し、被処理基板は、成膜溶液に立
て置きにする。成膜溶液A、Bには、アルミニウムがど
ちらも0.2mol/l添加され、HSiFの濃度
は、それぞれ約38wt%、20wt%にしている。こ
の条件でシリコン半導体基板などの被処理基板に酸化珪
素膜を成長させたところ、図に示すような膜厚−成膜時
間の特性曲線A、Bが得られた。どちらの溶液でも、1
時間程度までは膜厚は増えるが、それ以上は何時間放置
しても酸化珪素の析出はなく、膜厚は殆ど増加しない。
また、図のように前記濃度によって厚さが決まるので、
成膜時間で、酸化珪素膜の厚みを制御することができる
が、HSiFの濃度によってもその厚みを調整する
ことができる。本発明における成膜溶液中のHSiF
の濃度は、20〜38wt%である。
【0019】図1に示した実施例では加熱手段として恒
温槽を用いているが、ウォーターバスまたはヒーターで
もよい。またこの実施例では治具16内に配置した多数
枚の基板11を水平方向に並べているが、基板の枚数は
一枚でもよいので少量生産に好適である。また基板11
は垂直に配置しているが、成膜すべき表面を上あるいは
下に向けた水平位置に配置しても良い。更に、基板11
は数枚ずつまとめて一つの治具に配置してもよいし、成
膜溶液の表面張力を利用して治具を使わずに配置しても
よい。以下に、治具および基板の配置に着目して他の実
施例を示す。
【0020】図9は、被処理基板及びそれを収納した治
具の断面図(a)及び平面図(b)である。治具12の
内部に基板11は垂直方向におかれ、基板11の端は基
板11が垂直に保てるように治具12内部で固定されて
いる。固定方法は、治具の内側壁面と内側底面に溝を形
成し、それぞれの溝に基板11の端部を嵌めて固定す
る。治具12は、複数個を一体としてその底面や側面の
一部または全部を連結部121で連結された構造となっ
ており、さらに治具と治具の間には隙間30が設定され
ている。この中には、水や空気が満たされているので効
果的に加熱をすることができる。、これらの治具12内
には、成膜溶液16が基板11全体が浸漬するように満
たされている。治具12の上部全体を覆うように蓋13
が設けてあり、これによって成膜溶液16の大量の蒸発
を防いでいる。隙間30を設けたことにより、基板11
を両面から均一に加熱することができる。
【0021】図10は、被処理基板およびそれを収納し
た治具の断面図(a)および平面図(b)である。治具
12の中に多数枚の基板11を垂直方向に固定して一度
に配置できる構造になっている。治具12の上部全体を
覆う蓋13により成膜溶液16の蒸発は抑えられる。こ
の実施例では、成膜溶液16の絶対量が大きいために成
膜溶液の加熱の際の昇温に長時間を要するものの、治具
の構造がきわめて簡単であるため、基板の設置や取扱い
が容易になる。また、治具は、多数の基板を一度に収容
できる構造になっているために、多数の基板の同時処理
が容易である。この図では各基板11は、垂直に保持さ
れているが、必ずしも垂直にする事はなく、45度程度
に傾けても良い。この場合でも立て置きという。垂直よ
り3度程傾けて処理表面を上向きにすることもある。こ
のようにすると成膜中の成膜溶液からの気泡が基板表面
から離れ易すくなるので、均一に成膜することができ
る。治具に1枚の基板が収容されている場合でも同じで
ある。また、横置きの場合でも幾分傾けると気泡は逃げ
やすい。
【0022】図11は、被処理基板およびその治具の平
面図であり、図9および図10で示したものを折衷した
構造になっている。治具12の中に多数の基板11を垂
直方向に固定して一度に配置する。基板11は、治具1
2の底面に形成した溝によって保持し固定されている。
そして、図に示すように、成膜溶液の流通を良くするた
めに、治具の内側面に溝を形成することはせずに基板1
1とは間隔を開けるようにしている。このため成膜溶液
16は一度に注入することができる。また、基板と基板
の間には隙間30が設けてあるので、成膜溶液16は、
図10で示した例と同程度の昇温時間で平衡温度に迅速
に達することが可能である。隙間30は各基板間に1つ
づつ設けなくとも良く、基板を2、3枚あるいはそれ以
上毎に1つを配置してもよい。図9〜図11に示した治
具の内部において、隙間の配置されていない被処理基板
の隣接する2枚の基板間隔は、0.1〜8.0mmが最
適である。このようにすると、5インチ径のシリコン半
導体ウエ−ハに付着する1μm以上の粒子数が2、3以
下に押さえられるので、特性の良い酸化珪素膜が得られ
る上、治具に基板を多数搭載できるので、量産性が上が
る。また、加熱もしやすくなる。図1、9、10、11
の実施例ではウェハーの下端は治具の底に接している
が、ウェハーは治具の途中で底に接しないように固定し
てもよい。
【0023】図12は被処理基板を水平に配置した治具
の断面図を示した3つの例である。基板11の成膜すべ
き処理表面は、下を向いており、基板11と治具12の
間には成膜溶液16が隙間なく充填されている。基板1
1が多数の場合は、治具を成膜溶液と共に垂直方向に積
み重ねたり、水平方向に並べたりして一度に加熱処理を
することができる。またこの方法では基板の片側のみに
成膜溶液が接触するので、基板の片側に成膜したいとき
に有用である(図12(a))。図12(b)は、同じ
く被処理基板を水平に配置した治具の断面図である。基
板11の処理表面を上に向けて基板を水平にし、基板1
1と治具12の間には成膜溶液16がシールリング13
により密閉されて充填されている。基板11が多数ある
場合には図7と同様に、一体とした基板11及び治具1
2、成膜溶液16を垂直方向に積み重ねたり、水平方向
に並べたりして一度に加熱処理する。また、成膜溶液1
6中に気泡が発生した場合でも、気泡は上方に抜けて基
板11に付着することはなくなる。図12(c)は、被
処理基板を水平に配置した治具の断面図である。処理表
面を上に向けて基板11を水平に置き、その上に成膜溶
液を、液自体の表面張力で保持できる液厚でのせる。成
膜溶液の液受けとして基板11の下に治具12を配置し
てもよい。この方法では直接成膜溶液に接する治具が存
在しないので酸化珪素の堆積や剥離による発塵は殆ど認
められない。基板表面の1部に成膜したいときに都合の
良い治具である。
【0024】図13は、被処理基板を水平に配置した治
具の断面図であり、治具12は、複数個を一体とし、そ
の側面の一部を連結部121であらかじめ連結された構
造となっている。これらの治具12の中で、基板11
は、処理表面を上に向けて水平に置かれ、基板11上部
の治具12内部には、成膜溶液16が満たされている。
成膜溶液16が、加熱中に蒸発するのを最小限に抑える
ために、これらの治具12、基板11及び成膜溶液16
は、容器32の中に格納されている。治具12が積層構
造となっているので、多数の基板を同時に処理するのに
適している。また基板11上部に満たす成膜溶液の量を
少なくして液自体の表面張力で保持できるようにすれ
ば、図12で示した構造を積層した型となり、酸化珪素
の堆積や剥離による発塵はあまり認められない。
【0025】次に、本発明の方法を具体的な用途に適用
した実施例を説明する。本発明の方法による酸化珪素
膜、すなわち、SORD膜は、電気的機械的特性に優
れ、しかも半導体基板に対する密着性も他の絶縁膜に比
較して格段に優れているので、とくに図14に示す半導
体基板上の層間絶縁膜に用いて有用である。しかし、成
膜溶液はアルミニウムを弗酸と反応させて酸化珪素を析
出するものであるから、アルミニウム配線が直接接触し
ないようにしなければならないので、この配線が存在す
る平面にはまずTEOSを材料とするプラズマCVDS
iO膜を薄く形成してからSORD膜を形成する必要
がある。図14は活性領域を含む半導体基板61の断面
図を示している。この半導体基板61の表面は、CVD
SiO膜やBPSG膜もしくはそれらの積層膜65に
よって被覆されている。アルミニウム配線66は、その
上に形成されている。アルミニウム配線66は、前記の
プラズマCVDSiO膜67が形成される。ついで、
1μm程度のSORD膜68が積層されて、層間絶縁膜
が形成される。
【0026】図15を参照して、露光装置に用いられる
フォトマスクに適用した実施例を説明する。例えば、ガ
ラス基板71にCrなどのマスクパタ−ン72を形成し
てなるフォトマスクの場合、マスクパタ−ンの端部にお
ける入射光の位相がずれて正確なレジストパタ−ン形成
ができないことがあるが、その端部に2000A厚程度
のSORD膜73を設けて位相を正しくシフトさせる。
【0027】つぎに、図16を参照して本発明の方法を
基板上の配線に適用した実施例を説明する。図は、プリ
ント基板などの上の成膜溶液とそれにより形成された酸
化珪素膜の斜視図である。現在、LSIなどの半導体チ
ップを基板に配線する方法として、金属ペ−ストを利用
する方法があるが、金属ペ−ストを基板に平行で、均一
に塗布することは、かなり難しい。微細化した配線パタ
−ンでは、配線同志がショ−トすることが起こりがちで
ある。そこで、図に示すように、成膜溶液(いわゆるS
ORD処理液)16をノズル82から微量ずつ取り出し
て配線基板81配線形成予定領域の両側に塗布する。そ
して、SiOを成長させて、SiO膜83による土
手を形成する。この土手をガイドとして金属ペ−ストを
塗布し、加熱処理を行えばショ−トの心配をせずに配線
84を形成することができる。
【0028】つぎに、図1で示した成膜装置に取り付け
た加振機構について説明する。この加振機構15は、上
下方向に振動する。被処理基板は、いずれも垂直に固定
されているので、この基板は、厚み方向とは直角に振動
することになる。この機構に周波数50Hz〜40kH
zの振動を与えると、被処理基板に均一にSiOが成
膜する。振動を被処理基板の厚み方向に与えると、周波
数が高くなるほどSiOが被着しにくかった。
【0029】前述した酸化珪素成膜装置に用いる治具
は、材料の選択肢は広いが、成膜溶液から析出する酸化
珪素膜を考慮して、SiCや石英のように、酸化珪素が
付着したらなかなか剥れないものか、Crのように殆ど
付着しないものを用いるのがよく、テフロンや塩化ビニ
−ルのように、付着してもすぐ酸化珪素粒子となって成
膜上に堆積するような材料は避けなければならない。
【0030】以上、実施例では酸化珪素成膜装置の要部
のみを述べたが、被処理基板の前処理や後処理、治具洗
浄の便宜を図るため、水洗−乾燥機構や洗浄機構を装置
内に設置することもできる。更に、被処理基板や治具な
どの移動や搬送のために自動搬送システムを設けて人手
を省くことも可能である。
【0031】熱平衡に達したときの成膜溶液の温度を5
0℃に設定した場合、本発明の装置では成膜速度は、従
来の装置による成膜速度約1000A/H(成膜温度約
35℃)より5〜15倍程度も上昇する。この成膜速度
の具体的な値は、成膜溶液の調整の仕方により異なる
が、大体5000〜15000A/Hである。また、図
3に示した治具を用いて成膜を行った場合、この成膜溶
液に溶解している酸化珪素の40%を基板上に堆積させ
ることができ、原材料の利用効率も従来の装置の約1%
より飛躍的に高まる。また基板表面を電子顕微鏡で観察
したところ、成膜溶液中で析出し、基板に付着した酸化
珪素粒子である直径0.5μm以下のドーム状酸化珪素
隆起が多少は認められるものの、成膜装置が起因となる
塵は認められなかった。このように、本発明に係わる酸
化珪素成膜装置によれば、成膜速度が大きくなり、原材
料の利用効率も非常に高まり、成膜装置からの発塵も抑
制される。
【0032】
【発明の効果】本発明は、以上のような構成を備えるこ
とにより、従来の酸化珪素成膜方法より格段に早い成膜
速度を得ることができる。また、装置から発生する塵を
効果的に無くすことができるので、特性の優れた酸化珪
素膜がえられ、さらに、酸化珪素を被処理基板以外に付
着させることが少ないので原材料の利用効率を従来より
著しく上げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸化珪素成膜装置の成膜部を示す断面
図。
【図2】本発明の酸化珪素成膜装置の調整部を示す断面
図。
【図3】直径1μm以上のパーティクル数と保管温度T
L との関係を示す特性図。
【図4】成膜速度と平衡温度TH との関係を示す特性
図。
【図5】直径1μm以上のパーティクル数と成膜溶液厚
との関係を示す特性図。
【図6】酸化珪素膜厚と平衡温度TH との関係を示す特
性図。
【図7】酸化珪素膜厚と保管温度TL との関係を示す特
性図。
【図8】酸化珪素膜厚と成膜時間との関係を示す特性
図。
【図9】本発明に用いる被処理基板と治具の断面図およ
び平面図。
【図10】本発明に用いる被処理基板と治具の断面図お
よび平面図。
【図11】本発明に用いる被処理基板と治具の平面図。
【図12】本発明に用いる被処理基板と治具の断面図。
【図13】本発明に用いる被処理基板と治具の断面図。
【図14】本発明に係る実施例における半導体装置の断
面図。
【図15】本発明に係る実施例におけるフォトマスクの
断面図。
【図16】本発明に係る実施例における配線基板の斜視
図。
【図17】従来の酸化珪素成膜装置の断面図。
【符号の説明】
11 被処理基板 12 治具 13 蓋 14 恒温槽 15 加振機構 16 成膜溶液 17 保管槽 18 パイプ 19 ポンプ 20 フィルタ 21 フィルタ 22 調整槽 23 パイプ 24 ポンプ 25 フィルタ 26 温度調節器 27 アルミニウム板 28 パイプ 29 注液菅 30 隙間 31 シ−ルリング 32 容器 61 半導体基板 62 絶縁膜 63 アルミニウム配線 64 プラズマCVD膜 65 酸化珪素膜 71 マスク基板 72 Cr膜 73 酸化珪素膜 81 配線基板 82 ノズル 83 酸化珪素膜 84 配線 121 連結部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三島 志朗 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝 堀川町工場内 (56)参考文献 特開 平3−112806(JP,A) 特開 平4−139015(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/316 C01B 33/12

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理基板の処理表面に低温状態の酸化
    珪素過飽和溶液を20mm以下の厚さで保持する工程
    と、 前記低温状態の酸化珪素過飽和溶液を熱平衡に達するま
    で加熱する工程と、 前記熱平衡に達した酸化珪素過飽和溶液を一定時間、前
    記熱平衡に達した温度の前後の温度で放置して前記被処
    理基板の処理表面に酸化珪素膜を堆積させる工程とを備
    えていることを特徴とする酸化珪素成膜方法。
  2. 【請求項2】 前記低温状態の酸化珪素過飽和溶液は、
    弗酸の酸化珪素過飽和溶液からなることを特徴とする請
    求項1に記載の酸化珪素成膜方法。
  3. 【請求項3】 前記低温状態は、25℃以下であること
    を特徴とする請求項2に記載の酸化珪素成膜方法。
  4. 【請求項4】 前記熱平衡の温度が25℃を越え、70
    ℃以下であることを特徴とする請求項2又は請求項3に
    記載の酸化珪素成膜方法。
  5. 【請求項5】 前記熱平衡の温度が50℃以上、60℃
    以下であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記
    載の酸化珪素成膜方法。
  6. 【請求項6】 前記酸化珪素過飽和溶液の溶温を前記処
    理基板の処理表面に保持する前に25℃以下に下げる工
    程をさらに備えていることを特徴とする請求項2乃至請
    求項5のいづれかに記載の酸化珪素成膜方法。
  7. 【請求項7】 前記酸化珪素膜を堆積させる工程と同時
    に前記被処理基板を振動させる工程をさらに備えている
    ことを特徴とする請求項2乃至請求項6のいづれかに記
    載の酸化珪素成膜方法。
  8. 【請求項8】 前記酸化珪素過飽和溶液は、その表面張
    力によって前記被処理基板の上に保持されていることを
    特徴とする請求項2乃至請求項7のいづれかに記載の酸
    化珪素成膜方法。
  9. 【請求項9】 前記酸化珪素過飽和溶液は、前記被処理
    基板の上面に保持されていることを特徴とする請求項2
    乃至請求項8のいづれかに記載の酸化珪素成膜方法。
  10. 【請求項10】 前記酸化珪素過飽和溶液は、前記被処
    理基板の下面に保持されていることを特徴とする請求項
    2乃至請求項9のいづれかに記載の酸化珪素成膜方法。
  11. 【請求項11】 前記被処理基板は、その処理表面に前
    記酸化珪素膜を堆積させる工程中において、水平面より
    傾斜させることを特徴とする請求項2乃至請求項10の
    いづれかに記載の酸化珪素成膜方法。
  12. 【請求項12】 前記酸化珪素膜は、複数の前記被処理
    基板の列に同時に形成させることを特徴とする請求項2
    乃至請求項11のいづれかに記載の酸化珪素成膜方法。
  13. 【請求項13】 25℃以下の低温状態の弗酸の酸化珪
    素過飽和溶液を形成して、この溶液を前記25℃以下の
    低温状態で保管する調整部と、前記低温状態の弗酸の酸
    化珪素過飽和溶液および2枚以上の被処理基板とを収容
    する治具を有し、さらにこの治具を加熱する手段を有す
    る成膜部とを備え、前記被処理基板の中の任意の被処理
    基板間に隙間が形成され、且つ横置きに保持されている
    前記被処理基板上の弗酸の酸化珪素過飽和溶液は、その
    表面張力によって保持されていることを特徴とする酸化
    珪素成膜装置。
  14. 【請求項14】 25℃以下の低温状態の弗酸の酸化珪
    素過飽和溶液を形成して、この溶液を前記25℃以下の
    低温状態で保管する調整部と、前記低温状態の弗酸の酸
    化珪素過飽和溶液および2枚以上の被処理基板とを収容
    する治具を有し、さらにこの治具を加熱する手段を有す
    る成膜部とを備え、前記被処理基板の中の任意の被処理
    基板間に隙間が形成され、且つ横置きに保持されている
    前記被処理基板は、前記弗酸の酸化珪素過飽和溶液の上
    に配置されていることを特徴とする酸化珪素成膜装置。
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