DE4013449C2 - Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf einem Halbleitersubstrat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf einem Halbleitersubstrat

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf einem Halbleitersub­ strat. Aus der Entgegenhaltung J. VAC. Sci. Technol., Band B3 (5) (1995) Seiten 1352-1356 ist ein Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf einem Halbleitersubstrat bekannt, bei welchem man
  • a) einen Film von Aufspinnglas (SOG) auf einem Halbleitersubstrat spinnt,
  • b) den SOG-Film bei erhöhter Temperatur, ausreichend, um die Masse an Lösungsmittel zu entfernen, vorhärtet und danach im Plasma eines Plasmareaktors härtet.
Im bekannten Fall wird der SOG-Film in einem O₂-Plasma in einem Plasmareaktor vom Tonnentyp mittels einer HF-Ladung zehn Minuten gehärtet.
Bei der Erfindung geht es um eine Passivierung dielektrischer Spinn-on-Glass-Schichten (SOG- Schichten), die an integrierten Halbleiterschaltkreisen, Flüssigkristallen, elektrochromen oder elektrolumineszenten Bildschirmen, als antireflektierende Überzüge, Korrosionsschutz- oder chemische Schutzüberzüge brauchbar sind, ein Verfahren zur Herstellung solcher Schichten und Produkte, die eine oder mehrere solcher Schichten aufweisen.
Spin-on-glass (SOG) wurde als brauchbar für die Verwendung zum Zwecke einer Planarisierung integrierter Schaltkreise beschrie­ ben. Wegen der ihm eigenen füllenden und planarisierenden Eigenschaften ist seine Verwendung besonders attraktiv, wenn die Größe integrierter Halbleiterschaltkreise abnimmt und wenn eine Metallisierung auf mehreren Ebenen erforderlich ist.
Leider erwies sich gehärtetes SOG in feuchter Luft und Wasser als instabil, indem es Wasser absorbiert und Silanolgruppen (SiOH) bildet.
SOG und die Methode zu seiner Härtung wurden in dem Artikel von A. Schiltz mit dem Titel "Advantages of Using Spin-on-Glass Layer in Interconnection Dielectric Planarization", veröffent­ licht in "Microelectronic Engineering" Bd. 5 (1986), Seiten 413 bis 421 von Elsevier Science Publishers BV (Northolland) und in dem Artikel "O₂ Plasma-Converted Spin-on-Glass for Planarization" von A. D. Butherus et al, September/Oktober 1985, J. Vac. Sci. Technol. Bd B3 (5), Seiten 1352 bis 1356 beschrieben.
In dem Artikel "Comparison of Properties of Dielectric Films Deposited by Varioius Methods" von W. A. Pliskin, J. Vac. Sci. Technol., Band 14, Nr. 5, September/Oktober 1977, Seiten 1064 bis 1081 ist der SiOH- und H₂O-Gehalt in verschiedenen dielektri­ schen dünnen Filmen beschrieben. In dem Artikel "Evaluations of Plasma Silicon-Oxide Film (P-SiO) by Infrared Absorption" von A. Takamatsu et al, J. Electro. Chem. Soc.: Solid-State Science & Technology, Bd. 133 Februar 1986, Seiten 443 bis 445 ist die Beziehung zwischen dem Vorhandensein von SiOH und dem Versagen von Halbleitereinrichtungen beschrieben.
Es ist klar, daß das bekannte Verfahren zur Herstellung von SOG SiOH, organische flüchtige Stoffe sowie H₂O enthaltende Lösungs­ mittel, Alkohole, große metallorganische Moleküle und große organische Moleküle erzeugt, was mit Korrosion von Metallisie­ rungsleitungen in Berührung mit SOG Entgasen während der Metallisierung, was zu Durchgangsvergiftung führt, schlechter Anhaftung infolge der Entgasung und besonderer H₂O-Effekte, der Effekte organischer flüchtiger Stoffe und von SiOH-Effekten, Brechen, Abschälen und Abblättern von über SOG abgelagerten Filmen infolge eines durch das Entgasen entstehenden Druckauf­ baues, niedriger Durchschlagspannung dielektrischer Kombinatio­ nen mit SOG, mit Verlust behafteten dielektrischen Kombinationen mit SOG, Dielektrika niedriger Dichte infolge der Anwesenheit von H₂O und SiO₂ in SOG, vermindertem mittlerem Ausfallabstand bei Beanspruchung in beschleunigtem Lebensdauertest infolge des Vorhandenseins von H₂O, organischer flüchtiger Stoffe und von SiOH, dem Erfordernis für SOG, einem Rückätzverfahren unterzo­ gen zu werden, und dem Ergebnis, daß SOG nicht als Bestandteil eines Dielektrikums mit der erforderlichen hohen Qualität verwendet werden kann, verbunden ist.
Nachdem SOG abgelagert war, war, um die Oberfläche eines Halbleiters zu planarisieren, eine Rückätztechnik zur Verwendung bei Mehrebenenplanarisierung erforderlich, um das gesamte SOG über den Leitungen einer ersten Metallisierungsebene zu entfer­ nen, um so nur eine Mindestmenge von SOG in den Vertiefungen zu belassen. Dies führte zu schlechter Verfahrensflexibilität, schlechter Verfahrensverträglichkeit, zur Notwendigkeit, eine teure Rückätzanlage zu verwenden, und zur Notwendigkeit genauer Einhaltung der Vorschriften für die Ablagerungen und das Rückätzen.
Berührung mit Wasser war verboten. Berührung mit feuchter Luft mußte durch Verwendung einer in-situ-Härtung und/oder durch lange Entgasungszyklen nach Luftberührung auf ein Minimum herabgesetzt werden. Dies erwies sich jedoch nicht als wirklich geeignet, um die Schicht von SiOH, organischen flüchtigen Bestandteilen und H₂O zu befreien, da selbst nach sehr langen Entgasungszyklen etwas davon verbleibt. Das bleibende SiOH, die bleibenden organischen flüchtigen Stoffe und das bleibende Wasser ergaben Durchgangsvergiftung. Dies beschränkte die Technologie auf große Metalldurchgangsabstände, und somit war die Verwendung von SOG nahe Durchgängen nicht wirklich praktisch für kleine Abmessungen. Sehr lange Rücksputter- und Entgasungs­ stufen waren erforderlich, um das absorbierte Wasser als Gas zu entfernen.
Tatsächlich wurde für Anwendungen, wo die Zuverlässigkeit der Anlage besonders wichtig ist, wie für militärische Zwecke, die Verwendung der SOG-Technologie für integrierte Halbleiterschalt­ kreise verboten.
Um eine Berührung von SOG und Metall an anderen Stellen als den Durchgängen für eine Metallisierung in mehreren Ebenen zu vermeiden, mußte die SOG-Schicht in einem Sandwich zwischen zwei dielektrischen Schichten angeordnet werden, um eine vollständige dielektrische Kombination einer erwünschten Dicke zu bilden. Die verwendete SOG-Menge mußte auf ein Minimum gebracht werden, und das Längenverhältnis wurde so eingestellt, um überall eine gute Kombination von Dielektrikum und SOG zu bekommen. SOG wurde normalerweise thermisch in Stickstoff, Argon, Sauer­ stoff, Wasser oder Formgas bei Temperaturen zwischen 300 und 450 °C während einer Dauer zwischen 30 min und 2 h gehärtet. Eine Plättchenlagerung, ein Beladen und Entladung für das Verfahren war in einer trockenen Umgebung durchzuführen.
In dem Artikel von Schiltz und Butherus wurden Versuche be­ schrieben, organisches SOG mit Hilfe eines Sauerstoffplasmas in einem Tonnenreaktor zu härten. Leider werden, wie in dem Infrarotabsorptionsspektrum in Fig. 3 von Butherus ersichtlich ist und auf Seite 1354 in den fünf letzten Zeilen der linken Spalte beschrieben ist und wie in Fig. 6 von Schiltz gezeigt ist, wesentliche Mengen an SiOH und H₂O bei Anwendung jenes Verfahrens als Ergebnis der Oxidation der Methylgruppen (CH₃) durch die aktiven Sauerstoffatome/-moleküle erhalten. Außerdem tritt eine Verdichtung des SOG infolge der Bildung flüchtiger Kohlenoxidverbindungen auf, die zu verdampfen waren. Wasser wurde jedoch auch als Nebenprodukt gebildet, und man fand, daß es in dem SOG zurückgehalten wurde.
Es wurde gefunden, daß der Tonnenplasmareaktor, der nach dem Stand der Technik verwendet wird, nicht das ausreichende elektrische Feld im zu behandelnden SOG erzeugt. Im Gegensatz dazu erzeugt ein Parallelplattenreaktor das zu gewinnende erforderliche Feld (vorausgesetzt, daß das Plasma am stärksten positiv ist und daß das SOG tragende Substrat in elektrischer Berührung mit der Elektrode steht, wie dies bei Plasmabehandlung üblich ist).
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein SOG-Film erzeugt werden kann, der nach der Behandlung im wesentlichen frei von SiOH, organischen flüchtigen Stoffen und H₂O ist und der darüberhinaus nach der Behandlung in feuchter Luft und/oder Wasser stabil ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche 2-12.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein SOG-Film erzeugt, der nach der Behandlung im wesentlichen frei von SiOH, organischen flüchtigen Stoffen und H₂O ist. Der Film erwies sich als sehr stabil in feuchter Luft und/oder Wasser nach der Behandlung. So wird die anschließende Verarbeitung vereinfacht.
Wegen der Stabilität und da offensichtlich keine Bildung von SiOH, organischen flüchtigen Stoffen und H₂O auftritt, ist ein trockener Photoresiststreifen in O₂-Plasma machbar, wenn die Filme erst einmal plasmagehärtet wurden. Durchgangsvergiftung durch SiOH, organische flüchtige Stoffe und H₂O wird ausgeschal­ tet, wenn das gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete SOG Durchgänge bzw. Leitungswege berührt.
Nach dem Verfahren der Erfindung gebildete SOG-Filme können in feuchter Luft ziemlich lange Zeit ohne merkliche Wirkung auf den Film nach der Behandlung gelagert werden. Dies steht im Gegen­ satz zu der ständigen Kontrolle, die für SOG erforderlich ist, welches gemäß dem Stand der Technik gebildet wurde.
Es wurde gefunden, daß SOG, das in einem Plasma gehärtet wurde, welches ein elektrisches Feld in dem SOG-Film erzeugt, das durch eine Gleichstrom-Vorspannung in der HF-Entladung erzeugt werden kann, die sich nahe der Oberfläche des zu behandelnden Plätt­ chens oder Wafers entwickelt, im wesentlichen kein SiOH, keine organischen flüchtigen Stoffe und kein H₂O enthält und in der Tat in der gesamten SOG-Schicht gehärtet wird. Außerdem erwiesen sich SOG-Schichten, die vor dem Härten auf diese Weise H₂O ausgesetzt wurden und die somit etwas H₂O absorbiert haben, als im wesentlichen frei von H₂O nach einer anschließenden Härtung unter Verwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung. Die elektrischen Wirkungen, die ein elektrisches Feld in dem SOG erzeugen, sind von Hauptbedeutung bei der SOG-Härtung und Passivierungsbehandlung.
In der Tat kann das elektrische Feld verbessert werden, indem man ein äußeres Wechselstrom- oder Gleichstrom-Polarisationsfeld an das SOG (einschließlich des Substrates) anlegt, um dessen inneres elektrisches Feld zu steigern.
Es wurde gefunden, daß die Natur des verwendeten Gases nicht wesentlich für die Erfindung ist und daß viele Gase mit guten Ergebnissen verwendet werden konnten. Obwohl ein Sauerstoffplas­ magas verwendet werden konnte, ist es nicht das bevorzugte Gas aus den in Verbindung mit den Beispielen beschriebenen Gründen.
Große zufriedenstellende SOG-Dicken wurden ohne Brüche oder Anhaftverluste erhalten, was es gestattet, das gehärtete SOG als eine dielektrische Schicht selbst (d. h. in Berührung mit einer Halbleiteroberfläche und/oder darüber liegenden Metallschicht) und nicht nur als Planarisierungsmedium zu benutzen. Die dielektrischen Eigenschaften des nach der vorliegenden Erfindung behandelten SOG sind besser als nach dem Stand der Technik beschriebene SOG-Schichten wegen der Verminderung von Wasser, organischen flüchtigen Stoffen und SiOH. Außerdem wird eine Korrosion von Metalleitungen und anderen Filmen in Berührung mit dem nach der vorliegenden Erfindung gebildeten SOG durch das Wasser, die organischen flüchtigen Stoffe und das SiOH wesent­ lich vermindert oder ganz ausgeschaltet.
Wegen der Verminderung von Wasser, organischen flüchtigen Stoffen und SiOH wird die Durchgangs- oder Leitungsvergiftung vermindert und infolge des verbesserten Entgasungsverhaltens wegen der Verminderung oder Ausschaltung von Wasser, organischen flüchtigen Stoffen und SiOH die Anhaftung von Filmen über SOG verbessert. Filmbrüche über SOG, das gemäß der Erfindung erzeugt wurden, werden wegen verbesserten Entgasungsverhaltens durch die Verminderung des Wassers, der organischen flüchtigen Stoffe und des SiOH auf ein Minimum reduziert oder ausgeschaltet. Die Anlagenzuverlässigkeit wird auch aus dem gleichen Grund verbes­ sert.
Die hier beschriebene Plasmabehandlung ist wirksam für verschie­ dene Typen von SOG, wie von Siloxanen, Silicaten, dotierten Silicaten und andern spin-on-Materialien.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfah­ ren zur Erzeugung von Isolierschichten über einem Substrat, bei dem man einen Film von spin-on-glass bzw. Aufspinnglas (SOG) über einem Siliciumplättchen oder -wafer erzeugt, den SOG-Film bei ausreichend erhöhter Temperatur, um die Masse des Lösungs­ mittels des SOG zu entfernen, vorhärtet und den SOG-Film in einem Plasma in einem Reaktor eines Typs, der eine HF-Entladung mit automatischer Vorspannung in Nachbarschaft des SOG während ausreichender Zeitdauer, um die Masse von SiOH, organischen flüchtigen Stoffen und H₂O aus der Schicht auszuschließen, hat, härtet.
Gemäß der Erfindung sollte der Reaktor von einem solchen Typ sein, der ein elektrisches Feld in dem SOG während seines Betriebs erzeugt.
Ein Reaktor, bei dem man fand, daß er die obigen Wirkungen erzeugt, ist ein Parallelplatten-Plasmareaktor, wie ein solcher vom Typ AM-3300, der von der Applied Materials Inc. hergestellt wird.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Isolierschichten über einem Substrat, bei dem man einen Film von spin-on-glass bzw. Aufspinnglas (SOG) über dem Substrat spinnt, den SOG-Film bei ausreichend erhöhter Tempera­ tur, um die Lösungsmittelmasse zu entfernen, vorhärtet, die Spinn- und Vorhärtstufen wiederholt, um einen SOG-Film mit vorbestimmter Gesamtfilmdicke zu bilden, und die SOG-Schicht in einem Plasma in einem Plasmareaktor eines Typs härtet, der ein elektrisches Feld in dem SOG während seines Betriebes während ausreichender Zeitdauer erzeugt, um die Masse von SiOH, organi­ schen flüchtigen Stoffen und H₂O aus der Schicht auszuschließen.
Beispiel 1
Mit P-5-Phosphor dotiertes Silicat-SOG, bezogen von der Allied Chemical Corporation, wurde als Überzug unter Anwendung mehrerer Beschichtungen bis zu einer Gesamtdicke bis zu etwa 500 Nanome­ tern auf Siliciumhalbleiterwafern aufgebracht. Der SOG-Film wurden zwischen jeder Beschichtung bei 125°C während 60 sec. in feuchter Luft mit 40% relativer Feuchtigkeit und dann bei 200 °C während 60 sec in feuchter Luft mit 40% relativer Feuchtig­ keit auf einer Heizplatte vorgehärtet, um die Masses des das SOG enthaltenden Lösungsmittels aus den Filmen zu entfernen.
Nach dem Testen des Endüberzuges und seiner geeigneten Vorhär­ tung wurden die Wafer bei 400°C in einem Sauerstoffplasma in dem Parallelplattenplasmareaktor AM-3300 während 60 min bei 0,25 Torr beim Betreiben mit 650 Watt und 115 kHz gehärtet.
Der Parallelplattenplasmareaktor erzeugte ein elektrisches Feld nahe dem SOG und in ihm. Nach der Behandlung wurden die Wafer oder Plättchen in Berührung mit feuchter Umgebungsluft gebracht, und Infrarotspektren wurden aufgezeichnet.
Es wurde festgestellt, daß der Wassergehalt wie auch der Gehalt an organischen Stoffen und SiOH im wesentlichen herabgesetzt war und wesentlich kleiner war als der einer Vergleichsprobe von thermisch mit Stickstoff bei 400 bis 450°C behandelten Filmen ohne Plasmabehandlung.
Im Falle dieser Sauerstoffplasmabehandlung wurden anstelle von SiOH-Gruppen SiH-Gruppen festgestellt (diese SiH-Gruppenbildung läßt sich nicht im Falle von nichtoxidierenden Plasmabehandlun­ gen feststellen).
Es wurde auch gefunden, daß die Behandlung zu einer Dicken­ schrumpfung der Filme um etwa 15% führte (wie von Butherus und Schiltz berichtet wurde), doch im Gegensatz zu Butherus und Schiltz war das Ausgangsaufspinnglas, P-5, von anorganischem Typ, und die Oxidation der Methylgruppen Si-CH₃ konnte die Schrumpfung nicht erklären.
Es wurde gefolgert, daß die Plasmabehandlung gemäß der vorlie­ genden Erfindung sehr wirksam für die dichte Bindung, die Entfernung von SiOH, organischer flüchtiger Stoffe und H₂O war, und zwar im Gegensatz zu dem von Butherus und Schiltz beschrie­ benen Verfahren, welches das Verbleiben wesentlicher Mengen von SiOH und H₂O zeigt.
Die behandelten Filme wurden in Berührung mit entionisiertem Wasser während einer Zeitdauer von 1 h nach der Plasmabehandlung gebracht. Das mit Sauerstoffplasma behandelte SOG ergab SOG- Filme, die viel beständiger als die thermisch mit Stickstoff gehärteten Kontrollfilme waren, welches Verfahren die SOG-Filme nicht gegen Wasser passivieren konnte. Es wurde jedoch gefunden, daß in dem sauerstoffplasmabehandelten Film etwas der SiH- Bindungen verbraucht wurde, um etwa SiOH und H₂O zu ergeben. Daher ging man davon aus, daß die Sauerstoffplasmabehandlung, die Filme ergab, welche wenig oder kein SiOH und H₂O enthielten, keine beständige Passivierung gegen Wasser lieferte, so daß Sauerstoffplasma kein bevorzugtes Plasmagas ist.
Beispiel 2
Siliciumwafer wurden mit 600 bis 675 Nanometern Dicke Methylsi­ loxan-SOG Nr. 106 (organisches SOG), das von der Allied Chemical Corporation bezogen worden war, beschichtet. Die Wafer wurden bei 125°C während 60 sec. in feuchter Luft mit 40% relativer Feuchtigkeit und dann bei 200°C während 60 sec. in feuchter Luft mit 40% relativer Feuchtigkeit auf einer Heizplatte vorgehär­ tet, um die Masse der das SOG tragenden Lösungsmittel zu entfernen.
Die Wafer wurden bei 400°C in einem Stickstoffplasma in einem Parallelplattenreaktor gehärtet, der eine automatische Vorspann­ wirkung ergab, indem er nahe dem SOG in der HF-Entladung ein Feld erzeugte und somit ein elektrisches Feld in dem SOG ergab. Die Ladung erfolgte während 60 min bei 0,25 Torr in einem Betrieb mit 650 Watt und 115 kHz.
Es wurde gefunden, daß der Wassergehalt in dem SOG 0 war. Kohlenstoff in der Form von Si-CH₃ wurde gefunden. Es wurde auch ermittelt, daß die mit Stickstoffplasma behandelten Filme etwas dichter als thermisch gehärtete Kontrollwafer waren.
Die Filme auf den Wafern wurden in Berührung mit entionisiertem siedendem Wasser während 1 h gebracht. Dann wurde ein weiteres Infrarotspektrum aufgenommen.
Es wurde absolut kein Wasser und absolut kein SiOH festgestellt. Unerwünschte SiH-Gruppen wurden nicht erzeugt, obwohl sie bei der Sauerstoffplasmabehandlung erzeugt wurden. Der Film erschien durch die einstündige Berührung mit siedendem entionisiertem Wasser (was etwa wirkungsäquivalent einer fünftägigen Berührung mit 40% relativer Feuchtigkeit bei 21°C ist) buchstäblich unbeeinflußt.
Die Plasmahärtung in einem Stickstoffplasma scheint nahezu ideal zu sein.
Beispiel 3
Sehr dickes (<1,2 µm Dicke) Methylsiloxan-SOG Nr. 106, das von der Allied Chemical Corporation erhalten worden war, wurde mit mehreren Überzügen als Film auf Siliciumwafern beschichtet. Eine solche Dicke ist mehr als ausreichend für ein intermetallisches Dielektrikum.
Die Filme wurden bei 125°C während 60 sec. in feuchter Luft bei 40% relativer Feuchtigkeit und dann bei 200°C während 60 sec. in feuchter Luft bei 40% relativer Feuchtigkeit auf einer Heizplatte vorgehärtet. Der vorgehärtete Film auf dem Substrat wurde 60 min in Berührung mit siedendem entionisiertem Wasser gebracht, um seinen Wassergehalt zu steigern.
Der Film wurde dann in einem Stickstoffplasma in einem Parallel­ plattenplasmareaktor, wie er in den vorausgehenden Beispielen beschrieben ist, aber nur 30 min bei 400°C unter Betriebsbedin­ gungen von 650 Watt und 115 kHz gehärtet.
Es wurde beobachtet, daß Wasserabsorption durch Berührung mit entionisiertem Wasser nach der Vorhärtungsstufe und vor der Plasmahärtungsstufe während der Plasmahärtung umgekehrt wurde. Das Wasser erschien nicht mehr nach der Härtung.
Die Stickstoffplasmahärtung passivierte den SOG-Film, und nach der Plasmahärtung und der resultierenden Passivierung trat nach anschließender Berührung mit feuchter Luft und/oder siedendem Wasser fast keine weitere Wasserabsorption mehr auf. Dies steht im Gegensatz zu den berichteten Ergebnissen bei thermischer SOG- Härtung.
Es zeigte sich, daß trockenes Photoresistabstreifen fast keine Wirkung auf den SOG-Film hatte. Dies steht im Gegensatz zu berichteten Ergebnissen thermischer Härtung dieses organischen SOG.
Es wurde festgestellt, daß sehr dicke SOG-Filme ohne Brüche und ohne Abschälen während des Härtens, und zwar im Gegensatz zu berichteten Ergebnissen mit thermischer SOG-Härtung als Überzug aufgebracht werden können. Die N₂-Härtung führte zu keinem Wassergehalt in dem SOG-Film.
Wesentliche Stufen des letzten Beispiels können somit in einer äußerst flexiblen, hochqualifizierten SOG-Nichtrückätztechnolo­ gie verwendet werden, wo das SOG als solches als ein Dielektri­ kum in Berührung mit einer Halbleiteroberfläche, in Berührung mit Leitungswegen oder anderen Metalleitern, als ein Isolator zwischen zwei Metallschichten, ohne Vergiftungswirkung und mit guter Anhaftung an den darunterliegenden und darüberliegenden Schichten verwendet werden konnte. Natürlich kann es auch in Kombination mit einem anderen Dielektrikum benutzt werden. Die Rückätz- und Sandwichtechniken, die erforderlich sind, um SOG nach dem Stand der Technik zu verwenden, brauchen nicht benutzt zu werden, um Produkte herzustellen, wenn die Stufen nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Demnach schließt die vorliegende Erfindung Strukturen ein, die eine SOG-Schicht enthalten, die frei von SiOH, organischen flüchtigen Stoffen und H₂O ist und die als Dielektrikum, Isolator usw. benutzt wird.
Es sei festgestellt, daß der SOG-Film in vielen Überzügen aufgebracht werden kann, um die Planarisierung zu verbessern. In diesem Fall wird ein erster Überzug auf dem Substrat aufgespon­ nen, der vorgehärtet werden sollte. Ein zweiter Überzug wird auf dem darunterliegenden vorgehärteten Überzug aufgesponnen und ebenfalls vorgehärtet. Ein dritter Überzug wird über dem darunterliegenden vorgehärteten Überzug aufgesponnen und auch vorgehärtet usw., wonach die gesamte vorgehärtete Mehrüberzugs­ schicht in dem Plasma, wie oben beschrieben, gehärtet wird.
Die Filmtypen, die plasmagehärtet werden können, sind nicht auf SOG-Materialien vom Siliciumoxidtyp beschränkt. Beispielsweise können spin-on- bzw. Aufspinnüberzugstypen unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gehärtet werden, die auf Aufspinn- Boroxid, -Phosphoroxid, -Arsenoxid, -Aluminiumoxid, -Zinkoxid, -Goldoxid, -Platinoxid, -Antimonoxid, -Indiumoxid, -Tantaloxid, -Caesiumoxid, -Eisenoxid oder irgendeiner Kombination hiervon beruhen.
Außerdem könnten in ähnlicher Weise auch Aufspinnüberzugstypen von Materialien gehärtet und verwendet werden, die von Nitriden und Oxynitriden von Bor, Phosphor, Arsen, Aluminium, Zink, Gold, Platin, Antimon, Indium, Tantal, Caesium und Eisen gebildet werden.
Das spin-on-glass bzw. Aufspinnglas kann aus undotierten oder in bekannter Weise mit Phosphor, Arsen, Aluminium, Zink, Gold, Platin, Antimon, Indium, Tantal, Caesium oder Eisen dotierten Silicaten oder undotierten oder mit den obigen Elementen dotierten Methylsiloxanen, undotierten oder mit den obigen Elementen dotierten Ethylsiloxanen, undotierten oder mit den obigen Elementen dotierten Butylsiloxanen, undotierten oder mit den obigen Elementen dotierten Phenylsiloxanen oder Kombinatio­ nen der obigen Siloxane bestehen.
Gemäß der Erfindung plasmagehärtete Filme brauchen nicht auf Zwischenschichtdielektrika beschränkt zu sein. Einige Anwendun­ gen und Strukturen von ihnen sind die als eine Diffusionsquelle zum Dotieren von Substraten, als Passivierungsfilm, als Planari­ sierungsfilm, als ein Pufferfilm, als Film zur Verhinderung des Auflösens von Alkalimetallen (z. B. für Bildschirme, wie Flüssigkristalle, elektrochrome oder elektrolumineszente Verbindungen), als antireflektierende Überzüge und andere Substanzen, die für selektive Photonenabsorption, erhöhte chemische Beständigkeit, Reibungsverminderung, Korrosionsschutz, erhöhte Haftung usw., verwendet werden.
Für verschiedene Anwendungen kann eine Optimierung des Verfah­ rens einschließen, daß der Abstand zwischen der Plasmaglühkatho­ de und dem zu behandelnden Film variiert wird, daß ein äußeres Polarisierungsfeld (das entweder Gleichstrom oder Wechselstrom sein kann) an das Substrat oder den Substrathalter angelegt wird, um das Verfahren durch Steigerung der inneren elektrischen Felder in dem SOG-Film zu verbessern, daß Druck, Stromstärke, Frequenz, Gas, Gasgemisch, Massenfluß, Filmtemperatur und Behandlungszeit usw. gesteigert werden.
Die nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Filme können auf integrierten Schaltkreisen, Emissionsdiodeneinrich­ tungen, Flüssigkristallen, elektrochromen und elektrolumineszen­ ten Bildschirmen, Photodetektoren, Solarbatterien usw. oder als Teil derselben verwendet werden. Sie können auf optischen Filtern, Antireflektoren, als ein Passivierungsfilm auf zu schützenden Gegenständen, als eine Korrosionsschutzschicht, als Adhäsionspromotor, als Reibungsverminderer, in mechanischen Feldanwendungen usw. Verwendung finden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierschichten auf einem Halbleitersubstrat, bei dem man
  • - einen Film von Aufspinnglas (SOG) auf einem Halbleitersubstrat spinnt,
  • - den SOG-Film bei erhöhter Temperatur, ausreichend, um die Masse an Lösungsmittel zu entfernen, vorhärtet
  • - danach den SOG-Film in einem Parallelplatten-Reaktor mit einem nichtoxidieren­ den Plasma aushärtet, indem man in dem SOG-Film ein elektrisches Feld vorgegebener Stärke durch Einbringen in die Vorspannung der HF-Ladung für eine ausreichend lange Zeit, um SiOH, organische flüchtige Stoffe und H₂O aus dem Film auszutreiben, erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Plasma ein Stickstoffplasma verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein HF-Feld in dem Plasma mit etwa 115 kHz, einer Leistungsdichte von etwa 0,2 Watt/cm², einem Druck von etwa 0,33 mbar, einer Massenflußgeschwindigkeit von 750 cm³/min, einer Stromdichte von etwa 0,4 mA/cm² durch die Kathode des Reaktors und einer Härtungszeit zwischen etwa 30 und 60 min verwendet, wobei das Halbleitersubstrat eine Temperatur von etwa 400°C erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein äußeres Polarisationsfeld an das Halbleitersubstrat anlegt, um das innere elektrische Feld in dem SOG-Film zu steigern.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für den SOG-Film ein Material aus der Gruppe Siliciumdioxid, Boroxid, Phosphoroxid, Arsenoxid, Aluminiumoxid, Zinkoxid, Goldoxid, Platinoxid, Antimonoxid, Indiumoxid, Tantaloxid, Caesiumoxid, Eisenoxid oder einer Kombination hiervon auswählt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für den SOG-Film ein Material aus der Gruppe der Oxide, Nitride oder Oxynitride von Bor, Phosphor, Arsen, Aluminium, Zinn, Gold, Platin, Antimon, Indium, Tantal, Caesium und Eisen oder Kombinationen hiervon auswählt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man für den SOG-Film ein Material vom Siliciumoxidtyp verwendet, das aus einer organischen SOG- Lösung oder einer anorganischen SOG-Lösung (Siloxan) erhalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfahrensstufen des Spinnens des Filmes und des Vorhärtens unter Bildung eines SOG-Filmes mit einer vorbestimmten Gesamtfilmdicke wiederholt und anschließend den Gesamtfilm härtet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des SOG- Film es vor dem Härten mit Feuchtigkeit oder Wasser in Berührung bringt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8, 9, dadurch gekennzeichnet, daß man für den SOG-Film ein Material aus der Gruppe der undotierten oder dotierten Silicate und der dotierten oder undotierten Methyl-, Ethyl-, Butyl- und Phenylsiloxane auswählt, wobei diese im Falle einer Dotierung mit Bor, Phosphor, Arsen, Aluminium, Zink, Gold, Platin, Antimon, Indium, Tantal, Caesium und/oder Eisen dotiert sind.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man für den SOG-Film ein Silicat oder Siloxanmaterial verwendet, das mit Phosphor dotiert ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man den SOG-Film bei einer Temperatur zwischen 200°C und 400°C härtet.
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