KR970004448B1 - 산화 규소 성막 방법 및 이 방법을 이용하는 성막 장치 - Google Patents

Abstract

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Description

산화 규소 성막 방법 및 이 방법을 이용하는 성막 장치

제 1 도는 본 발명의 산화 규소 성막 장치의 성막부를 도시하는 단면도.

제 2 도는 본 발명의 산화 규소 성막 장치의 조정부를 도시하는 단면도.

제 3 도는 직경 1㎛ 이상인 입자수와 보관 온도(T_L)과의 관계를 도시하는 특성도.

제 4 도는 성막 속도와 평형 온도(T_H)와의 관계를 도시하는 특성도.

제 5 도는 직경 1㎛ 이상인 입자수와 성막 용액 두께와의 관계를 도시한 특성도.

제 6 도는 산화 규소 막두께와 평형 온도(T_H)와의 관계를 도시하는 특성도.

제 7 도는 산화 규소 막두께와 보관 온도(T_L)과의 관계를 도시하는 특성도.

제 8 도는 산화 규소 막두께와 성막 시간과의 관계를 도시하는 특성도.

제 9 도는 본 발명에 이용되는 피처리 기판과 지그의 단면도 및 평면도.

제 10 도는 본 발명에 이용되는 피처리 기판과 지그의 단면도 및 평면도.

제 11 도는 본 발명에 이용되는 피처리 기판과 지그의 평면도.

제 12 도는 본 발명에 이용되는 피처리 기판과 지그의 평면도.

제 13 도는 본 발명에 이용되는 피처리 기판과 지그의 평면도.

제 14 도는 본 발명에 관한 실시예에 있어서 반도체 장치의 단면도.

제 15 도는 본 발명에 관한 실시예에 있어서 포토 마스크의 단면도.

제 16 도는 본 발명에 관한 실시예에 있어서 배선 기판의 사시도.

제 17 도는 종래의 산화 규소 성막 장치의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 피처리 기판12 : 지그

13 : 덮개14 : 항온조

15 : 가진기구16 : 성막 용액

17 : 보관조18, 23, 28 : 파이프

19, 24 : 펌프20, 21, 25 : 필터

22 : 조정조26 : 온도 조절기

27 : 알루미늄판29 : 액체 주입관

30 : 간극31 : 실링

32 : 용기61 : 반도체 기판

62 : 절연막63 : 알루미늄 배선

64 : 플라즈마 CVD막65, 73, 83 : 산화 규소막

71 : 마스크 기판72 : Cr막

81 : 배선 기판82 : 노즐

84 : 배선121 : 연결부

본 발명은 반도체 장치나 액정 등의 절연막으로 이용되는 산화 규소의 성막(成膜)방법에 관한 것으로, 특히 저온에서 불산의 산화 규소 과포화 용액중에서 산화 규소막을 퇴적하는 방법 및 이 방법에 이용하는 성막 장치에 관한 것이다.

종래 산화 규소막(SiO₂)는 기계적 강도나 절연성이 우수해서 다양한 분야에서 이용되고 있고, 특히 반도체 장치에서는 층간 절연막, 캐패시터 산화막, 불순물의 확산원, 게이트 산화막, 보호 피막 등에 이용되며, 또 이외에도, 예를 들면 액정 표시 패널이나 태양 전지용 기판 글래스에 소다 라인 글래스나 붕규산 글래스 등의 알칼리 함유 글래스를 이용하는 경우에 알칼리 성분의 용출을 방지하기 위해 글래스 표면을 산화 규소막으로 피복하는 경우가 있고, 광 디스크의 플라스틱 기판 표면의 보호막으로서 사용되는 경우도 있다.

이러한 산화 규소막은 종래부터 진공 증착 스퍼터링, CVD 혹은 실리콘을 열산화하는 방법으로 형성되고, 최근에는 불산의 산화 규소 과포화 용액에서의 석출 반응에 따른 방법이 공지되어 있다(일본 특공소 1-27574호 공보 및 일본 특원평2-418924호 참조). 이러한 방법에 의한 산화 규소막은 피복성이 높고 절연 내압도 높으면서 저온에서 형성할 수 있어서, 특히 반도체 장치에 적용하기에 좋다. 이 막은 통상 SORD(Silcon Oxide Room Temperature Deposition)막 또는 SORD 산화 규소막 혹은 LPD(liguid phase deposition)막이라 한다.

기판상에 산화 규소(SiO₂)막을 형성하는 방법, 특히 불산의 산화 규소 과포화용액 석출 반응에 의한 방법이 공업 제품의 제조 공정 특히 반도체 제조 공정의 하나로서 사용되고 있다. 불산의 산화 규소 과포화 용액 석출 반응에 의한 산화 규소의 형성 방법은 다음과 같은 수순으로 행해진다. 먼저, 예를 들면 불산에 산화규소(실리카)를 포화할때까지 가해서 산화 규소 포화 용액을 형성한다. 산화 규소는 불산(HF)와 반응하여 H₂SiF₆+2H₂O↔SiO₂+6HF로 표시되는 반응식과 같은 포화 상태로 되어 있다. 이러한 불산의 산화 규소 포화 용액에 알루미늄을 첨가한다. 알루미늄은 불산과 반응하여 불화 알루미늄과 수소를 발생한다. 상기 반응식에 있어서, 불산이 알루미늄과 반응하여 소모되면 산화 규소가 이 용액중에서는 과잉으로 되어 버리고, 결국 용액은 불산의 산화 규소 과포화 용액으로 된다. 그래서 이중의 산화 규소가 반도체 등의 액중의 기판 표면에 퇴적한다.

이 방법에 있어서, 반응을 촉진시키는 수단은 알루미늄에 한하지 않고, 철과 같은 금속이나 붕산 등도 가능하다.

또 불산에 대한 산화규소의 용해도는 온도가 낮을수록 커지므로 저온 상태의 산화 규소 포화 용액을 고온 상태로 하여 방치해 두어도 용액은 과포화 상태로 되어 산화 규소가 석출된다.

상기 종래 방법에 따른 산화 규소 성막 장치를, 제 17 도를 참조하면서 설명한다. 성막조(成膜糟)(1)과 그것에 연결되는 오버 플로우조(2) 중에는 불산의 산화 규소 과포화 용액(이하 성막 용액이라 한다)(3)이 충만되어 있다. 성막 용액(3)은 오버 플로우조(2)의 기저부에 접속된 파이프(4)에서 펌프(5), 필터(6)을 통과한 후 다시 성막조(1)로 유입함으로써 계속 순환하고, 여과되어, 반응중 혹은 수송과정에서 발생한 석출 입자나 혼입한 먼지가 제거되어 청정하게 보존된다. 성막조(1)내의 성막 용액(3)을 과포화 용액으로 하려면, 예를 들면, 알루미늄판(7)을 침지하여 용해시켜서 성막 용액의 평형 상태를 산화 규소 석출 방향으로 변이시킴으로써 얻어진다.

과포화 상태로 된 성막 용액(3)중에 첨지된 반도체 기판 등의 피처리 기판(8) 표면에는 일정 시간 후에 산화 규소막이 형성된다.

이 방법은 일반적으로 사용되고 있는 기상 성장법(CVD법)에 비해, 진공 장치나 고온 반응 장치를 필요로 하지 않기 때문에 비용이 싸고 밀착성이 양호하여, 기판 표면에 단차가 형성되어 있어도 균일한 막두께로 성막할 수 있는 이른바 단차 피막성에서 우수하다. 그러나 이러한 종래의 성막법에서는 성막 속도가 약 1000Å(A)/시간(H)로 느려서, 예를 들면 막두께 1㎛인 산화 규소막의 형성에 10시간이나 필요해 진다. 또 이러한 방법에서는, 산화 규소 성막 장치내에 채워진 성막 용액(3)이 도달하는 곳에서 석출이 일어나므로 용액에서 석출한 산화 규소 전량의 경우 1% 정도 밖에 기판(8)상에 퇴적할 수 없어서 대부분은 필터(6)에서 포착되거나, 성막 장치 내벽상에 퇴적되거나, 필터 세정에 수반하는 교환 폐액으로서 폐기되므로, 원재료의 이용 효율이 매우 낮아진다. 또 성막 장치 내벽에 퇴적한 산화 규소는 박리하여 응고해서, 기판(8)상에 먼지로 부착되어 차후 공정에 악영향을 준다.

이러한 종래의 방법에서도 통상 35℃로 유지되어 있는 성막 용액(3)의 온도를 보다 고온으로 하여 석출 반응을 촉진시키거나, 혹은 알루미늄판(7)의 양을 증가시켜서 산화 규소 석출량을 증가시켜 성막 속도를 높일 수는 있다. 그러나 이에 수반하여 필터(6)에 포착되는 석출 입자량도 증가하여 필터(6)은 단시간에 막혀, 기판(8)에서의 산화 규소막 형성에 지장을 초래한다. 종래에는 산화 규소막 형성에 지장을 주지 않고 석출 반응을 촉진시킬 수 있는 최고 성막 속도는 기껏해야 1400Å/H 정도에 불과하였다. 이러한 경우에도 당연히 석출한 산화 규소의 이용 효율은 대단히 낮은 상태이다. 그만큼 상승한 성막 속도에 따라 성막 장치 내벽에 지금까지 이상으로 산화 규소막이 퇴적하기 용이해진다. 이와 같은 산화 규소막은 빈번하게 박리하여 탈락해서, 기판(8)상에 부착하여 이후의 미세 패턴 형성 공정에 더욱 큰 장애를 끼친다. 한편 장치별 처리능력, 즉 처리량에 주목하면 종래의 방법에서도 성막조(1)의 용적을 크게 하여 한번에 대량의 기판을 처리함으로써 처리량을 높일 수 있다. 그러나 LSI 제조 공정과 같이 공정수가 많은 경우, 한 공정에 요하는 절대시간이 긴 것은 바람직하지 않고, 또 수주 생산품과 같이 납기가 단시간으로 한정되어 있는 경우에는 대응이 불가능하므로 이것도 충분한 해결 방법이라고는 할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 사정에 따라 이루어진 것으로 성막 속도가 빠르고, 원재료의 이용 효율이 높고, 장치에서의 먼지 발생이 억제되는 산화 규소 성막 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징은 저온으로 유지하고 있던 성막 용액을 피처리 기판의 처리 표면상에 액두께 20mm로 얇게 유지하고, 이것을 가열함으로써 성막 용액의 과포화 상태를 조성하여 상기 처리 표면에 산화 규소를 성막한다. 본 발명의 산화 규소 성막 방법은 피처리 기판의 처리 표면에 저온 상태의 불산의 산화 규소 과포화 용액을 20mm 이하의 두께로 유지하는 공정과, 상기 저온 상태 불산의 산화 규소 과포화 용액을 열평형에 이를 때까지 가열하는 공정과, 상기 열평형에 도달한 불산의 산화 규소 과포화 용액을 일정시간 동안, 상기 열평형에 도달한 온도 전후의 온도로 방치하여 상기 피처리 기판의 처리 표면에 산화 규소막을 퇴적시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 저온 상태는 25℃ 이하이고, 상기 열평형 온도는 25℃ 이상 70℃ 이하이다. 본 발명의 성막 장치는 25℃ 이하인 저온 상태 불산의 산화 규소 과포화 용액을 보관하는 조정부와, 상기 조정부로부터 공급되는 산화 규소 과포화 용액에 의해 20mm 이하의 막 두께로 피복된 피처리 기판을 지지하는 지그와, 상기 산화 규소 과포화 용액을 열평형 상태에 이를 때까지 가열하는 수단을 갖는 성막부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 피처리 기판은 상기 지그내에 세워두거나 또는 눕혀서 보존되고, 또 상기 지그내에 수직 또는 수평 상태에서 경사시키는 것을 특징으로 한다. 또 2장 이상의 피처리 기판을 수용하는 상기 지그에 있어서, 상기 피처리 기판은 세워서 보존하고, 상기 피처리 기판 간격은 0.3-0.8㎛의 범위인 것을 특징으로 한다. 2장 이상의 피처리 기판을 수용하는 상기 지그에 있어서, 상기 피처리 기판중의 임의의 피처리 기판 사이에 간극을 형성할 수 있다. 눕혀서 보존되어 있는 상기 피처리 기판상의 불산의 산화 규소과포화 용액은 그 표면 장력으로 지지될 수도 있다. 또 눕혀서 보존되어 있는 상기 퍼처리 기판은 상기 불산의 산화 규소 과포화 용액의 상부에 배치할 수도 있다. 또 상기 성막부는 산화 규소 성막중에 피처리 기판을 진동시키는 가진(加振) 기구를 구비할 수도 있다.

저온으로 유지되고 있던 성막 용액을 피처리 기판의 처리 표면상에 액두께 약 20mm 이하로 얇게 보존하고, 이것을 평형 온도까지 가열함으로써 성막 용액의 과포화 상태를 형성하여, 상기 처리 표면에 산화 규소를 성막함으로써 종래보다도 고속으로 성막되어 원재료의 이용 효율도 높아진다. 또 성막 용액을 기판에 얇게 보존하는 수단으로서의 지그를 이용하는 경우에 지그는 성막 종료시 마다 몇번이고 세정이 가능해서 지그내에서 문제로 되는 산화 규소의 퇴적이나 박리가 일어나지 않는다. 또 성막 용액 자체의 표면 장력을 이용하여 이와 같은 지그를 사용하지 않으므로 당연히 지그로의 산화 규소의 퇴적이나 박리를 고려할 필요도 없다. 또 주입하는 성막 용액은 온도를 상승시킴으로써 즉시 과포화 상태로 될 수 있도록 미리 조정되어 있고, 또 성막 용액은 보존 기간중의 온도 변화로 산화 규소가 석출되지 않도록 25℃ 보다도 저온으로 보관된다. 성막 용액 및 기판을 가열할때는 성막 용액의 온도 상승에 따라 발생하는 대류가 성막에 미치는 악영향을 방지하기 위해 임의의 방향으로 성막 용액 및 기판을 진동시킬 수 있는 가진 기구를 구비함으로써 균일한 막 형성을 실현하고 있다.

본 발명에 관한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제 1 도는 산화 규소막 장치 성막부의 단면도이다. 예를 들면 여러장의 실리콘 반도체 기판과 같은 피처리 기판(11)은 각각 지그(12)내에 수직으로 배치되어 있고, 그리고 각 기판(11)의 끝은 그 수지 상태를 유지할 수 있도록 지그(12) 내부에서 고정되어 있다. 기판(11)과 지그(12)의 간극에는 25℃ 정도 이하의 저온으로 보존되어 있는 성막 용액(16)이 각 기판(11) 전체를 덮을 때까지 채워져 있다. 본 실시예에서는 성막 용액의 보관 온도는 약 0℃로 하고 있다. 지그(12)의 상단에는 성막 용액(16)의 증발을 방지하기 위해 덮개(13)가 씌워져 있다. 이와 같은 피처리 기판 및 성막 용액을 수용한 복수의 지그(12)는 수평 방향으로 나열되어 항온조(14) 내부에 일괄 격납된다. 항온조(14)내에서는 이들 지그, 피처리 기판 및 성막 용액이 임의의 온도까지 가열된다.

지그(12)가 탑재되어 있는 베이스의 아래에는 가진 기구(15)가 고정된다. 성막 용액이 주위 온도와 열평형이 될때까지 성막 용액중에서 발생하는 대류를 균일화하여 피처리 기판의 표면에 형성되는 산화 규소막에 불균일이 생기는 것을 방지하기 위해 지그, 피처리 기판 및 성막 용액은 일체가 된 상태로 가진 기구(15)에 의해 진동된다. 성막 용액이 열 평형 상태로 된 후에는 대류 발생이 없어지므로 진동시킬 필요는 없다.

제 2 도는 성막 용액의 조정부 단면도이다. 조정부는 저온으로 성막 용액을 보존할 수 있는 보관조(17)가 구비되어 있어서, 미리 액의 온도를 상승시키면 즉시 과포화 상태를 형성할 수 있도록 포화 상태로 조정된 성막 용액(16)은 산화 규소를 거의 석출하지 않고 보관된다. 보관조(17)은 보관하는 성막 용액(16)이 25℃ 이하의 저온에서 보존하기 위한 저온조로 되어 있다. 보관조(17)가 보관되어 있던 성막 용액(16)을 공급하는 액체 주입관(29) 사이에는 필터(21)이 연결되어, 보관조(17)속의 먼지나 약간 발생한 석출 입자를 제거할 수 있도록 되어 있다. 이 성막 용액(16)의 청정도를 유지하기 위해 필요에 따라 보관조(17)에서 파이프(18)를 통해 펌프(19), 필터(20)을 배열하여 성막 용액(16)을 순환 여과할 수도 있다. 보관조(17)에서 보존하는 성막 용액(16)은 별도의 장치로 조정해도 좋으나, 실시예와 같이 조정부내에서 보관조(17)에 연결시켜서 조정조(22)를 설치하고 이중에 온도 조절기(26)이나 알루미늄판(27)을 투입하여 액 조정을 행할 수도 있다. 조정조(22)에서 파이프(23)을 통해 펌프(24), 필터(25)를 배열하여 조정중인 성막 용액(16)을 순환 여과하면, 석출된 산화 규소 입자중 거대한 것을 제거할 수 있어서 조정중인 성막 용액(16)은 보다 양호한 상태로 된다. 성막 용액(16)은 조정 종료후 파이프(28)을 통과하여 보관조(17)로 이송되어 보존된다. 본 실시예의 성막 용액에는 0.1-0.2mol/ℓ의 알루미늄이 첨가되어 있다. 그리고 이중에 포함되어 있는 H₂SiF₆의 함유량은 대략 37-38wt%이나, 상기 산화 규소 성막 장치에 있어서는 성막 용액이 순환중에 그 함유량은 34wt% 정도로 감소한다. 그러나 성막 특성에는 그다지 변화를 일으키지 않는다.

제 3 도는 저온(T_L)로 유지하고 있던 성막 용액중에서 석출된 직경 1㎛ 이상인 입자수와 T_L과의 관계를 도시하는 특성도, 제 4 도는 성막 용액 및 기판을 평형온도(T_H)에 도달할 때까지 가열했을 때의 성막 속도와 T_H와의 관계의 한 예를 도시하는 특성도이다. 제 3 도에 도시하는 바와 같이 T_L이 25℃ 이상으로 되면 성막 용액중의 직경 1㎛ 이상인 입자수가 100개/㎤ 이상으로 증가하므로 성막 용액(16)이 보관조(17)내에서 산화 규소를 석출하지 않기 때문에 그 보관 온도를 25℃ 이하로 보존해야 한다. 또 효과적인 고속 성막을 위해서는 성막 용액(16)을 가능한한 저온으로 유지하는 것이 좋다.

제 4 도에 도시하는 바와 같이 성막 속도는 평형 온도(T_H)가 높을수록 커지므로 제 2 도에 도시하는 항온조(14)의 설정 온도는 성막액(16)이 SiF₄와 HF로 분해, 증발하기 용이해지는 70℃ 보다 낮은 범위에서 가능한 한 고온으로 하는 것이 좋다.

가열중에 성막 용액(16)이 분해, 증발하면 성막 용액이 부족하거나 액중에 기포가 생겨서 산화 규소의 성막에 지장이 생기기 때문에 액의 온도를 70℃ 이상의 고온으로 하는 것은 피해야 한다. 또 액의 온도가 높아질수록 성막 용액 중에 거대한 산화 규소 입자가 석출되기 쉬워지고 이것이 피처리 기판에 부착되어 먼지로 되므로, 실제로는 성막중인 성막 용액(16)의 평균 온도는 50℃ 내지 60℃가 적당하다고 생각된다. 이 성막 속도는 종래보다 현저히 빠른 최대 1400A/H에 도달한다. 초기 저온 상태의 온도는 약 0℃로 하고 있으므로 T_L과 T_H의 차가 클수록 성막 속도가 큰 것을 알 수 있다.

제 5 도는 본 발명의 방법으로 직경 5인치인 실리콘 웨이퍼상에 막두께 5000Å인 산화 규소를 성막했을 때 웨이퍼에 부착한 직경 1㎛ 이상인 입자수와 성막용액(16)의 액의 두께와의 관계를 도시하는 특성도이다. 그런데 피처리 기판에 두께 1㎛인 산화 규소막을 형성하기 위해 필요한 성막 용액(16)의 약 두께는 성막 용액의 조정 방법에 따라서도 상이하지만 대략 1mm 정도면 된다. 또 도면에 도시하는 바와 같이, 피처리 기판의 처리 표면을 피복하는 성막 용액의 막 두께가 20㎛를 넘으면 피처리 기판인 웨이퍼에 부착되는 직경 1㎛ 이상인 입자 수는 20개를 넘어버려서 산화 규소막의 특성이 악화되므로 성막 용액(16)의 액 두께는 20mm 정도 이하가 적당하다. 이와 같이 성막 용액(16)이 가열되어 산화 규소막이 피처리 기판(11)의 표면에 형성될 때 저온에서 고온으로 한번에 이행함으로써 성막 용액의 과포화도는 종래 방법에 있어서 과포화도 보다 대폭 커져서 고속 성막이 가능해진다. 또 큰 과포화도를 형성함으로써 원재료의 이용 효율도 높이고 또 지그(12)는 1회의 성막 처리 종료마다 세정 가능하므로 청정을 유지할 수 있어서 지그에서 먼지가 나는 일도 없다. 한편 성막 용액(16)을 순환 여과할 수도 있으나 액의 이용 효율이나 순환중에 액이 냉각되어 버려서 가열이 잘 되지는 점 등을 고려하면 그렇게 유리하지는 않다.

제 6 도를 참조하여 성막 용액에 첨가되는 알루미늄과 산화 규소막 두께와의 관계를 설명한다. 성막 용액은 H₂SiF₆의 함유량이 약 37-38wt%이고 알루미늄 농도는 도면의 A가 0.2mol/ℓ, B가 0.2mol/ℓ, C가 0.1mol/ℓ 그리고 종래예가 0.18mol/ℓ이다. 이러한 성막 용액의 보관 온도(T_L)을 0℃로 하고, 가로축에 평형 온도(T_H)를 취하여 그때의 산화 규소막의 두께를 세로축에서 구했다. 피처리 기판으로 되는 실리콘 반도체 기판은 성막 용액에 수직으로 배치되어 성막된다. 성막 시간은 A가 1.5시간, B가 0.5시간, C가 0.5시간 그리고 종래예에서는 1시간과 0.5시간이다. 도시하는 바와 같이 보관 온도(T_L)과 평형 온도(T_H)와의 차가 큰 본 발명의 성막 온도는 종래예보다 훨씬 크고 또 알루미늄 농도가 높을수록 막두께가 두꺼워진다.

제 7 도를 참조하여 평형 온도를 일정하게 했을 때의 보관 온도(T_L)과 산화 규소막의 성막 속도와의 관계를 설명한다. 제 3 도 내지 제 6 도는 피처리 기판을 성막용액에 수직으로 세워서 배치하고 있는데 비해 이 도면에서는 피처리 기판은 성막 용액에 수평으로 눕혀서 배치하고 있다. 성막 용액은 H₂SiF₆의 농도가 37-38wt%, 알루미늄의 첨가량이 0.1mol/ℓ이고 형성한 후 10일이 경과한 것을 이용했다.

평형 온도(T_H)를 모두 50℃로 하고, 30분 후의 막두께를 계측하여 세로축에 도시한다. 그 결과 예를 들면 보관 온도 T_L을 0℃, 5℃ 및 25℃로 하면, 그때의 산화 규소막 두께는 각각 6500Å, 5700Å 및 3000Å로 된다. 이와 같이 보관 온도와 평형 온도와의 차가 클수록 상기와 같이 성막 온도가 커지는 것을 알 수 있다. 즉 성막 속도는 성막 용액의 과포화도에 크게 좌우된다.

제 8 도는 성막 시간과 산화 규소막 두께와의 관계를 도시하는 특성도로, 세로축이 막두께(A), 가로축이 성막 시간(시간 H)를 나타내고, 피처리 기판은 성막 용액에 세워서 놓는다. 성막 용액 A, B에는 알루미늄이 어느쪽도 0.2mol/ℓ 첨가되고, H₂SiF₆의 농도는 각각 약 38wt%, 20wt%로 하고 있다. 이러한 조건에서 실리콘 반도체 기판 등의 피처리 기판에 산화 규소막을 성장시켰더니, 도시하는 바와 같은 막두께-성막 시간의 특성 곡선 A, B가 얻어졌다. 어느쪽의 용액에서도 1시간 정도까지는 막두께가 증가하나 그 이상은 몇시간 방치해도 산화 규소의 석출은 없고, 막두께도 거의 두꺼워지지 않는다. 또 도시한 바와 같이 상기 농도에 따라 막두께가 결정되므로 성막 시간으로 산화 규소막의 두께를 제어할 수 있으나, H₂SiF₆의 농도에 의해서도 그 두께를 조정할 수 있다. 본 발명에 있어서 성막 용액중의 H₂SiF₆의 농도에 의해서도 그 두께를 조정할 수 있다. 본 발명에 있어서 성막 용액중의 H₂SiF₆의 농도는 20-38wt%이다.

제 1 도에 도시한 실시예에서는 가열 수단으로서 항온조를 이용하고 있으나, 수조(water bath) 또는 히터라도 좋다. 또 본 실시예에서는 지그(16)내에 배치한 여러장의 기판(11)을 수평 방향으로 나열하고 있으나, 기판수는 1장이라도 되므로 소량 생산에 적당하다. 또 기판(11)은 수직으로 배치하고 있으나, 성막할 표면을 위 또는 아래로 한 수평 위치에 배치해도 된다. 또 기판(11)은 몇장씩 묶어서 하나의 지그에 배치해도 좋고, 성막 용액의 표면 장력을 이용해서 지그를 사용하지 않고 배치해도 좋다. 이하에 지그 및 기판 배치에 장력을 이용해서 지그를 사용하지 않고 배치해도 좋다. 이하에 지그 및 기판 배치에 착안하여 다른 실시예를 설명한다.

제 9 도는 피처리 기판 및 그것을 수납한 지그의 단면도(a) 및 평면도(b)이다. 지그(12) 내부에서 기판(11)은 수직 방향으로 놓이고, 기판(11)의 끝은 기판(11)이 수직으로 유지하도록 지그(12) 내부에서 고정되어 있다. 고정 방법은 지그의 내측 벽면과 내측 기저면에 홈을 형성해서 각각의 홈에 기판(11)의 단부를 끼워서 고정한다. 지그(12)는 복수개를 일체로 하여 그 기저면이나 측면의 일부 또는 전부를 연결부(121)로 연결한 구조이고, 또 지그와 지그 사이에는 간극(30)이 설정되어 있다.

이 속에는 물이나 공기가 채워져 있으므로 효과적인 가열이 가능하다. 이들 지그(12) 내에는 성막 용액(16)이 기판(11) 전체가 침지하도록 채워져 있다. 지그(12)의 상부 전체를 덮도록 덮개(13)이 설치되고, 이것은 성막 용액(16)의 대량 증발을 방지한다. 간극(30)을 둠으로써 기판(11)을 양면에서 균일하게 가열할 수 있다.

제 10 도는 피처리 기판 및 그것을 수납한 지그의 단면도(a) 및 평면도(b)이다. 지그(12) 중에 여러장의 기판(11)을 수직 방향으로 고정하여 한번에 배치할 수 있는 구조로 되어 있다. 지그(12)의 상부 전체를 덮는 덮개(13)에 의해 성막용액(16)의 증발이 억제된다. 본 실시예에서는 성막 용액(16)의 절대량이 크기 때문에 성막 용액의 가열시 온도를 높이는데 장시간이 필요하나, 지그의 구조가 매우 간단하기 때문에 기판의 설치나 취급이 용이해진다. 또 지그는 다수의 기판을 한번에 수용할 수 있는 구조로 되어 있기 때문에 다수의 기판을 동시에 처리하기 용이하다.

이 도면에서는 각 기판(11)은 수직으로 유지되어 있으나 반드시 수직으로 할 필요없이 45도 정도 기울여도 좋다. 이 경우도 세워 놓는 것이라고 한다. 수직에서 3도 정도 경사지게 처리 표면을 상향으로 할 수도 있다. 이와 같이 하면 성막중인 성막용액에서의 기포가 기판 표면에서 떨어지기 쉬워지므로 균일한 성막이 가능하다. 지그에 한장의 기판이 수용되어 있는 경우에도 동일하다. 또 눕혀 놓는 경우에도 어느 정도 기울이면 기포를 피하기 용이하다.

제 11 도는 피처리 기판 및 그 지그의 평면도이고, 제 9 도 및 제 10 도에서 도시한 것을 절충한 구조로 되어 있다. 지그(12)중에 다수의 기판(11)을 수직 방향으로 고정하여 한번에 배치한다. 기판(11)은 지그(12)의 기저면에 형성한 홈에 의해 지지 고정되어 있다. 그리고 도면에 도시하는 바와 같이 성막 용액의 유통을 좋게 하기 위해 지그의 내표면에 홈을 형성하지 않고 기판(11)과는 간격을 두도록 하고 있다. 따라서 성막 용액(16)을 한번에 주입할 수 있다. 또 기판과 기판 사이에는 간극(30)이 있어서 성막 용액(16)은 제 10 도에 도시한 예와 같은 정도의 온도 상승 시간 평형 온도에 신속히 도달할 수 있다. 간극(30)은 각 기판사이에 하나씩 설치하지 않아도 좋고, 기판을 2, 3장 혹은 그 이상마다 하나씩 배치해도 좋다. 제 9 도 내지 제 11 도에 도시한 지그의 내부에서, 간극이 없는 피처리 기판의 인접하는 2장의 기판 간격은 0.1-8.0mm가 가장 적당하다. 이렇게 하면 직경 5인치 지름의 실리콘 반도체 웨이퍼에 부착되는 1㎛ 이상인 입자수가 2, 3개 이하로 억제되므로 특성이 좋은 산화 규소막이 얻어지고, 지그에 기판을 다수 탑재할 수 있으므로 양산성이 좋고, 가열도 용이해진다. 제 1, 제 9, 제 10 및 제 11 도의 실시예에서 웨이퍼의 하단은 지그의 기저에 접하고 있으나, 웨이퍼는 지그의 도중에서 바닥에 접하지 않도록 고정해도 좋다.

제 12 도는 피처리 기판을 수평으로 배치한 지그의 단면도를 도시한 3가지 예이다. 기판(11)의 성막될 처리 표면은 하향이고, 기판(11)과 지그(12) 사이에는 성막용액(16)이 간극 없이 충전되어 있다. 기판(11)이 다수인 경우는 지그를 성막 용액과 함께 수직 방향으로 적층하거나, 수평 방향으로 나열하여 한번에 가열처리할 수 있다. 또 이러한 방법에서는 기판의 한쪽면에만 성막용액이 접촉하므로 기판의 한쪽면에 성막하고자 할때에 유용하다[제 12 도 (a)]. 제 12 도 (b)는 마찬가지로 피처리기판을 수평으로 배치한 지그의 단면도이다. 기판(11)의 처리 표면을 상향으로 하여 기판을 수평하게 하고, 기판(11)과 지그(12) 사이에서는 성막용액(16)이 실링(13)에 의해 밀폐되어 충전되어 있다. 기판(11)이 다수인 경우에는 제 7 도와 마찬가지로 일체로 된 기판(11), 지그(12), 및 성막용액(16)을 수직 방향으로 적층하거나 수평 방향으로 나열해서 한번에 가열 처리한다. 또 성막 용액(16) 중에 기포가 발생한 경우에도 기포가 상방으로 빠져서 기판(11)에 부착되는 일은 없어진다. 제 12 도 (c)는 피처리 기판을 수평으로 배치한 지그의 단면도이다. 처리 표면을 위로해서 기판(11)을 수평으로 놓고, 그 위에 성막 용액을 액 자체의 표면 장력으로 유지할 수 있는 액 두께로 한다. 성막 용액을 수용하기 위해 기판(11) 아래에 지그(12)를 배치해도 좋다. 이 방법에서는 직접 성막 용액에 접하는 지그가 존재하지 않으므로 산화 규소의 퇴적이나 박리에 따른 먼지의 발생이 거의 없다. 기판 표면의 일부에 성막하고 싶은 때에 유용한 지그이다.

제 13 도는 피처리 기판을 수평으로 배치한 지그의 단면도이고, 지그(12)는 복수개를 일체로 하여 그 측면의 일부를 연결부(121)에서 미리 연결된 구조로 되어 있다. 이들 지그(12) 중에서 기판(11)은 처리 표면을 위로해서 수평으로 놓이고, 기판(11) 상부의 지그(12) 내부에는 성막 용액(16)이 채워져 있다. 성막 용액(16)이 가열중에 증발하는 것을 최소한으로 억제하기 위해 이들의 지그(12), 기판(11) 및 성막 용액(16)은 용액(32) 중에 격납되어 있다. 지그(12)가 적층구조로 되어 있으므로 다수의 기판을 동시에 처리하는데 적합하다. 또 기판(11) 상부에 채우는 성막용액의 양을 적게 하여 액 자체의 표면 장력으로 유지할 수 있도록 하면 제 12 도에서 도시한 구조를 적층한 형으로 되어 산화 규소의 퇴적이나 박리에 따른 먼지 발생이 거의 인식되지 않았다.

다음에 본 발명의 방법을 구체적인 용도에 적용한 실시예를 설명한다. 본 발명의 방법에 따른 산화 규소막, 즉 SORD막은 전기적, 기계적 특성이 우수하고, 특히 반도체 기판에 대한 밀착성도 다른 절연막과 비교하여 매우 우수하므로, 특히 제 14 도에 도시하는 반도체 기판상의 층간 절연막에 이용하면 좋다. 그러나 성막용액은 알루미늄을 불산과 반응시켜서 산화 규소를 석출하는 것이므로 알루미늄 배선이 직접 접촉하지 않도록 해야 하므로 배선이 존재하는 평면에는 먼저 TEOS를 재료로 하는 플라즈마 CVD 산화 규소막을 얇게 형성한 후 SORD막을 형성할 필요가 있다. 제 14 도는 활성 영역을 포함하는 반도체 기판(61)의 단면도이다. 반도체 기판(61)의 표면은 CVD 산화 규소막이나 BPSG막 또는 그들의 적층막(65)에 의해 피복되어 있고, 알루미늄 배선(66)은 그 위에 형성되어 있다. 알루미늄 배선(66)에는 상기 플라즈마 CVD 산화 규소막(67)이 형성된다. 이어서 1㎛ 정도의 SORD막(68)이 적층되어 층간 절연막이 형성된다.

제 15 도를 참조하면, 노광 장치에 이용되는 포토 마스크에 적용한 실시예를 설명한다. 예를 들면 글래스기판(71)에 크롬 등의 마스크 패턴(72)를 형성하여 이루어지는 포토마스크인 경우, 마스크 패턴의 단부에 있어서 입사광의 위상이 어긋나서 정확한 레지스터 패턴을 형성할 수 없는 경우가 있으나, 그 단부에 2000Å 정도의 SORD막(73)을 설치하여 위상을 바르게 편이시킨다.

다음에 제 16 도를 참조하여, 본 발명의 방법을 기판상의 배선에 적용한 실시예를 설명한다. 도면은 프린트 기판 등의 위에 성막용액과 그것에 의해 형성된 산화 규소막의 사시도이다. 현재 LSI 등의 반도체 칩을 기판에 배선하는 방법으로서 금속 페이스트(paste)를 이용하는 방법이 있으나, 금속 페이스트를 기판에 평행으로 균일하게 도포하기는 매우 어렵다. 미세화한 배선 패턴에서는 배선끼리 쇼트되는 경우가 많기 때문이다. 그래서 도면에 도시하는 바와 같이 성막용액(이른바 SORD 처리액)(16)을 노즐(82)에서 미량씩 추출하여 배선 기판(81) 배선 형성 예정 영역의 양측에 도포한다. 그래서 산화 규소를 성장시켜 산화 규소막(83)에 의한 제방을 형성한다. 이 제방을 가이드로 해서 금속 페이스트를 도포하여 가열 처리하면 쇼트의 염려가 없는 배선(84)를 형성할 수 있다.

다음에 제 1 도에서 도시한 성막 장치에 설치한 가진 기구에 대하여 설명한다. 가진 기구(15)는 상하로 진동하고, 피처리 기판은 모두 수직으로 고정되어 있으므로 기판은 두께 방향과는 직각으로 진동하게 된다. 이 기구에 주파수 50-40kHz의 진동을 주면 피처리 기판에 균일하게 산화 규소가 성막된다. 진동을 피처리 기판의 두께 방향으로 주면 주파수가 높아질수록 산화 규소의 피착이 어려웠다.

상기 산화 규소 성막 장치에 이용하는 지그는 재료의 선택 범위가 넓으나 성막 용액에서 석출하는 산화 규소막을 고려하여 탄화 규소(SiC)나 석영과 같이 산화 규소가 부착하면 잘 박리되지 않거나 크롬과 같이 거의 부착하지 않는 것을 이용하는 것이 좋고, 테프론이나 염화 비닐과 같이 부착해도 곧 산화 규소 입자로 되어 성막상에 퇴적하는 재료는 피해야 한다.

이상 실시예에서는 산화 규소 성막 장치의 주요부만을 서술했으나 피처리 기판의 전·후후처리, 지그 세정의 편의를 도모하기 위해 수세-건조 기구나 세정 기구를 장치내에 설치할 수도 있다. 또 피처리 기판이나 지그 등의 이동이나 반송을 자동 반송 시스템을 설치해야 일손을 덜수도 있다.

열 평형에 도달했을 때의 성막 용액의 온도를 50℃로 설정한 경우 본 발명의 장치에서는 성막 속도는 종래의 장치에 의한 성막 속도 약 1000Å/H(성막 온도 약 35℃)보다 5-15배 정도나 상승한다. 성막 속도의 구체적인 값은 성막 용액의 조정 방법에 따라 다르나 대개 5000-15000Å/H이다. 또 제 3 도에 도시한 지그를 이용하여 성막한 경우 용액에 용해되어 있는 산화 규소의 40%를 기판상에 퇴적시킬 수 있어서 원재료의 이용 효율도 종래 장치의 약 1% 보다 비약적으로 높아진다. 또 기판 표면을 전자 현미경으로 관찰한 바, 성막 용액중에서 석출하여 기판에 부착한 산화 규소 입자인 직경 0.5㎛ 이하인 돔(dome)형 산화 규소 융기가 다소 발견되나 성막 장치로 기인한 먼지는 발견되지 않았다. 이와 같이 본 발명에 관한 산화 규소 성막 장치에 따르면 성막 속도가 커지고, 원재료의 이용 효율로 매우 높아지고, 성막 장치에서의 먼지 발생도 억제된다.

또, 본원 청구범위의 각 구성 요건에 병기하 도면 참조 번호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 본 실시예로 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 이상과 같이 구성함으로써 종래의 산화 규소 성막 방법보다 훨씬 빠른 성막 속도를 얻을 수 있다. 또 장치에서 발생하는 먼지를 효과적으로 없앨 수 있어서, 특성이 우수한 산화 규소막을 얻을 수 있고, 또 산화 규소를 피처리 기판 이외에 부착시키는 것이 적기 때문에 원재료의 이용 효율을 종래보다 현저히 상승시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 피처리 기판의 처리표면에 저온 상태인 불산의 산화 규소 과포화 용액을 20mm 이하의 두께로 유지하는 공정, 상기 저온 상태인 불산의 산화 규소 과포화 용액을 열평형에 도달할때까지 가열하는 공정, 및 상기 열평형에 도달한 불산의 산화 규소 과포화 용액을 일정 시간, 상기 열평형에 도달한 온도 전후에 방치하여 상기 피처리 기판의 처리 표면에 산화 규소막을 퇴적시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 저온 상태는 25℃ 이하인 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열평형 온도는 25℃ 이상 70℃ 이하인 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 방법.
4. 25℃ 이하의 저온 상태로 불산의 산화 그러나소 과포화 용액을 보관하는 보정부와, 상기 조정부로부터 공급되는 산화 규소 과포화 용액에 의해 20mm 이하의 막 두께로 피복된 피처리 기판(11)을 지지하는 지그(12)와, 상기 산화 규소 과포화 용액을 열평형 상태에 이를 때까지 가열하는 수단(14)을 갖는 성막부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 지그내에 세워두거나 또는 눕혀서 보존되는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 피처리 기판은 상기 지그내에 수직 또는 수평 상태에서 경사시키는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
7. 제4항에 있어서, 2장 이상의 피처리 기판을 수용하는 상기 지그에 있어서, 상기 피처리 기판을 세워서 보존하고, 상기 피처리 기판 간격은 0.1mm-8.0mm 범위인 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
8. 제4항에 있어서, 2장 이상의 피처리 기판을 수용하는 상기 지그에 있어서, 상기 피처리 기판중의 임의의 피처리 기판 사이에 간극(30)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
9. 제8항에 있어서, 눕혀서 보존되어 있는 상기 피처리 기판상의 불산의 산화 규소 과포화 용액은 그 표면 장력에 의해 유지되고 있는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
10. 제8항에 있어서, 눕혀서 보존되어 있는 상기 피처리 기판은 상기 불산의 산화 규소 과포화 용액의 상부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.
11. 제4항에 있어서, 상기 성막부에는 산화 규소 성막중에 피처리 기판을 진동시키는 가진 기구(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 산화 규소 성막 장치.