DE4018449C1 - Low temp. prodn. of anhydrous silicon di:oxide layer - comprises polymerising silicon-oxygen organic cpd. with oxygen or nitrogen oxide gas, depositing, converting to silicate etc. - Google Patents

Low temp. prodn. of anhydrous silicon di:oxide layer - comprises polymerising silicon-oxygen organic cpd. with oxygen or nitrogen oxide gas, depositing, converting to silicate etc.

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Abstract

Anhydrous SiO2 layer is produced, esp. as isolation layer in an IC having multi-layered wiring, for levelling out topographic roughness of circuit structures formed on a substrate of the integrated circuit. The process comprises a) photo-induced polymerization of a gaseous SiO-contg. organic cpd. together with an O2-contg. and/or an N2O-contg. gas to give gaseous polysiloxane (I); b) deposition of a polysiloxane layer on an underlying structure by condensing (I) on the structure; c) converting the polysiloxane layer into a silicate layer; and d) transforming the silicate layer into the anhydrous SiO2 layer by chemical reaction of H2O, chemically bound in the silicate layer, with silane, in a silane atmos. ADVANTAGE - High process temps. are avoided during the prodn. of the isolation layer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her­ stellen einer wasserfreien Siliziumdioxidschicht, die ins­ besondere als Isolationsschicht in einer integrierten Schal­ tung mit Mehrlagenverdrahtung zum Ausgleich topographischer Unebenheiten von auf einem Substrat der integrierten Schal­ tung ausgebildeten Schaltungsstrukturen dient, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus dem englischsprachigen Abstract der JP 63-76 335 A2 bekannt.The present invention relates to a method for manufacturing provide an anhydrous silicon dioxide layer that ins special as an insulation layer in an integrated scarf with multilayer wiring to compensate for topographical Bumps from on a substrate the integrated scarf device trained circuit structures, according to Preamble of claim 1. Such a method is known from the English-language abstract of JP 63-76 335 A2.

Innerhalb von integrierten Schaltungen bedient man sich einer Silikatschicht als sogenannte Zwischenoxidisolations­ schicht für die elektrische Isolation der Polysiliziumebene und der Diffusionsgebiete, die unterhalb der Zwischenoxid­ isolationsschicht liegen, und der oberhalb der Zwischenoxid­ isolationsschicht angeordneten Leiterbahnen, die beispiels­ weise aus Aluminium bestehen können. Eine derartige Zwi­ schenoxidisolationsschicht dient zum Vergleichmäßigen oder Verrunden von topographischen Unebenheiten der auf dem Sub­ strat bis zur Polysiliziumstrukturierung ausgebildeten Schaltungsstrukturen. Die Höhenstufen der Schaltungsstruk­ turen müssen durch die Zwischenoxidisolationsschicht verrun­ det und nach Möglichkeit ausgeglichen werden, da es anson­ sten bei der nachfolgenden Herstellung der Aluminiumleiter­ bahnen mittels eines Aluminium-Sputterprozesses zu Abschat­ tungseffekten kommen kann. Ferner können zu starke Stufen in der Unterlage zu Überhängen und Abrissen der Aluminium­ leiterbahnen führen. Diese Probleme werden mit zunehmender Integrationsdichte der integrierten Schaltung immer kriti­ scher, da aufgrund abnehmender lateraler Abmessungen mit zu­ nehmender Integrationsdichte bei gleichbleibender Schicht­ dicke der topographischen Stufen das Höhen-Breiten-Verhält­ nis dieser Stufen zunimmt. One uses one within integrated circuits a silicate layer as so-called intermediate oxide insulation layer for the electrical insulation of the polysilicon level and the diffusion areas below the intermediate oxide insulation layer, and that above the intermediate oxide insulation layer arranged conductor tracks, for example can consist of aluminum. Such an intermediate insulation layer is used for uniform or Rounding of topographical bumps on the sub strat trained to polysilicon structuring Circuit structures. The height levels of the circuit structure Doors must run through the intermediate oxide insulation layer det and be balanced if possible, because otherwise most in the subsequent production of the aluminum conductors traversing by means of an aluminum sputtering process effects can come. In addition, too strong levels in the underlay for overhanging and tearing off the aluminum lead conductor tracks. These problems are increasing Integration density of the integrated circuit always critical shear, because due to decreasing lateral dimensions with increasing integration density with the same layer thickness of the topographic steps the height-width ratio nis these levels increases.  

Für die daher erforderliche Einebnung von strukturierten Oberflächen innerhalb von integrierten Schaltungen werden gegenwärtig vor allem zwei Verfahren eingesetzt, die nach­ folgend erläutert werden:For the necessary leveling of structured Surfaces within integrated circuits Currently two main methods are used, which are based on are explained as follows:

Gemäß dem ersten Verfahren wird eine Polysiloxanschicht in einem Schleuderverfahren auf die topologisch unebenen, auf einem Substrat ausgebildeten Schaltungsstrukturen aufge­ bracht. Die auf diese Weise aufgebrachten Polysiloxanschich­ ten werden auch als Spin-on-Gläser (SOG) bezeichnet. Die Polysiloxanschicht wird nach dem Aufbringen im Schleuderver­ fahren in einem nachfolgenden Temperprozeß in eine Silikat­ schicht bzw. SiO₂-Schicht umgewandelt. Bei diesem Verfahren kann die chemische Zusammensetzung der Polysiloxanschicht nicht variiert werden und das Fließverhalten bzw. die Visko­ sität der Polysiloxanschicht sowie deren Schichtdicke nur in engen Grenzen eingestellt werden. Die Herstellung von Spin-on-Gläsern ist z. B. in dem Artikel von Pai, Pei-Lin et. al. in J. Electrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Bd. 134, Nr. 11, S. 2829-2834, beschrieben. Bei dem Aufbringen von Polysiloxanschichten im Schleuderverfahren ist es technolo­ gisch sehr schwierig, dünne Schichten und Schichten mit ho­ mogener Dicke über große Scheibendurchmesser zu erzeugen. Ferner können die chemische Zusammensetzung und damit die Viskosität und die Fließeigenschaften von kommerziell er­ hältlichen Polysiloxanen nicht den Anforderungen einer spe­ ziellen Topographie der integrierten Schaltung angepaßt wer­ den, wie dies zum Beispiel zum Auffüllen eines Trenches nö­ tig sein kann, da die Anpassung der Zusammensetzung und der Fließeigenschaften der Polysiloxane nur über deren Herstel­ ler erfolgen kann.According to the first method, a polysiloxane layer in a spin process onto the topologically uneven ones circuit structures formed on a substrate brings. The polysiloxane layer applied in this way ten are also referred to as spin-on glasses (SOG). The After application, the polysiloxane layer is spin-coated drive into a silicate in a subsequent annealing process layer or SiO₂ layer converted. With this procedure can the chemical composition of the polysiloxane layer not be varied and the flow behavior or the viscosity quantity of the polysiloxane layer and its layer thickness only in narrow limits can be set. The production of Spin-on glasses are e.g. B. in the article by Pai, Pei-Lin et. al. in J. Electrochem. Soc .: Solid State Science and Technology, Vol. 134, No. 11, pp. 2829-2834. When applying Polysiloxane layers in a centrifugal process, it is technolo Very difficult, thin layers and layers with ho to produce a homogeneous thickness over large disk diameters. Furthermore, the chemical composition and thus the Viscosity and the flow properties of commercially he contained polysiloxanes do not meet the requirements of a specific zial topography of the integrated circuit who adapted the, like this for example for filling a trench may be necessary since the adjustment of the composition and the Flow properties of the polysiloxanes only through their manufacture can be done.

Bei dem zweiten bekannten Verfahren werden im chemischen Dampfabscheidungsverfahren aus der Gasphase (CVD) Bor-Phos­ phor-Silikat-Glas-Schichten als Zwischenisolationschichten erzeugt. Bei diesem Dampfabscheidungsverfahren werden als Ausgangsgase bevorzugt Silanverbindungen oder organische Siloxanverbindungen zusammen mit Dotiergasen, wie beispiels­ weise B2H6 bzw. PH3, sowie Sauerstoff (O2) verwendet. Diese Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Schichten können mittels einer rein thermischen Reaktion bei Atmosphärendruck oder im Nie­ derdruckbereich wie auch im Plasma abgeschieden werden. Die Herstellung von CVD-Gläsern ist in einem Artikel von Shioya, Y. und Maeda, M. in J. Electrochem. Soc.: Solid State Science and Technology, Bd. 133, Nr. 9, S. 1943-1950, die Ablagerung von SiO₂ aus der Gasphase aus TEOS in einem Artikel von Selamogly, N. et. al., in J. Vac. Sci. Technol. B 7 (6), November/ Dezmber 1989, S. 1345-1351, beschrieben. Die Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Schichten haben hohe Fließtempe­ raturen und führen somit zu einem hohen Temperaturbudget bei dem Gesamtherstellungsprozeß. Ferner müssen zum Verhindern einer Ausdiffusion von Bor oder Phosphor zusätzliche diffu­ sionshemmende Abdeckschichten, wie beispielsweise Silizium­ nitridschichten, verwendet werden, was den Gesamtherstel­ lungsprozeß belastet. Darüberhinaus sind Bor-Phosphor-Sili­ kat-Glas-Schichten aufgrund ihrer komplexen chemischen Struktur und Zusammensetzung bei nachfolgenden Prozeßschrit­ ten, wie beispielsweise dem Ätzen von Kontaktlöchern, schwierig zu handhaben.In the second known method, boron-phosphorus-silicate-glass layers are produced as intermediate insulation layers in the chemical vapor deposition process from the gas phase (CVD). In this vapor deposition process, the starting gases used are preferably silane compounds or organic siloxane compounds together with doping gases, such as, for example, B 2 H 6 or PH 3 , and also oxygen (O 2 ). These boron-phosphorus-silicate-glass layers can be deposited by means of a purely thermal reaction at atmospheric pressure or in the low pressure range, as well as in the plasma. The manufacture of CVD glasses is described in an article by Shioya, Y. and Maeda, M. in J. Electrochem. Soc .: Solid State Science and Technology, Vol. 133, No. 9, pp. 1943-1950, the deposition of SiO₂ from the gas phase from TEOS in an article by Selamogly, N. et. al., in J. Vac. Sci. Technol. B 7 (6), November / December 1989, pp. 1345-1351. The boron-phosphorus-silicate-glass layers have high flow temperatures and thus lead to a high temperature budget in the overall manufacturing process. Furthermore, additional diffusion-inhibiting cover layers, such as silicon nitride layers, must be used to prevent out-diffusion of boron or phosphorus, which impairs the overall manufacturing process. Furthermore, boron-phosphorus-silicate-glass layers are difficult to handle due to their complex chemical structure and composition in subsequent process steps, such as for example the etching of contact holes.

Die ältere, nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung der An­ melderin mit dem Aktenzeichen P 39 37 723.7-33 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer über große Flächen mit gleichmäßig bestimmbarer Schichtdicke herstellbaren Sili­ katschicht, die von einer in ihrem Fließverhalten frei ein­ stellbaren abgeschiedenen Polysiloxanschicht ausgeht, bei dem zunächst Polysiloxan ausgehend von einer SiO-haltigen organischen Verbindung zusammen mit einem O2-haltigen und/oder einem N2O-haltigen Gas photoinduziert polymerisiert wird, wobei dieser erste Polymerisationsschritt bei einer ersten Temperatur und einem ersten Druck durchgeführt wird, woraufhin anschließend die Polysiloxanschicht auf der inte­ grierten Schaltung abgeschieden wird, was bei einer zweiten, unterhalb der ersten Temperatur liegenden Temperatur und bei einem zweiten, unterhalb des ersten Druckes liegenden Druck durchgeführt wird, bevor die Polysiloxanschicht in die Sili­ katschicht umgewandelt wird.The older, not prepublished patent application to the applicant with the file number P 39 37 723.7-33 discloses a method for producing a silicate layer which can be produced over large areas with a uniformly determinable layer thickness and which assumes a freely adjustable, settable polysiloxane layer in terms of its flow behavior, in which polysiloxane is first polymerized photo-induced from an SiO-containing organic compound together with an O 2 -containing and / or an N 2 O-containing gas, this first polymerization step being carried out at a first temperature and a first pressure, followed by the polysiloxane layer is deposited on the integrated circuit, which is carried out at a second temperature below the first temperature and at a second pressure below the first pressure before the polysiloxane layer is converted into the silicate layer.

Die abgeschiedene Polysiloxanschicht enthält Ethoxygruppen (-OC₂H₅), welche sehr leicht über eine Hydrolysereaktion ab­ gespalten werden können. Dabei entsteht Ethanol (C2H5OH), welcher aus der Schicht diffundiert, und es entstehen ferner Silanolgruppen (Si-OH). Beim Voranschreiten dieser Hydro­ lysereaktion wird die Polysiloxanschicht nach und nach zu einer Silikatschicht umgewandelt, die keine Kohlenwasser­ stoffgruppen mehr enthält. Dafür enthält die Silikatschicht einen relativ hohen Anteil aus Wasser, das unterschiedlich stark im dreidimensionalen SiO2-Netzwerk eingebunden ist.The deposited polysiloxane layer contains ethoxy groups (-OC₂H₅), which can be split off very easily via a hydrolysis reaction. This creates ethanol (C 2 H 5 OH), which diffuses out of the layer, and silanol groups (Si-OH) also arise. As this hydro lysis reaction proceeds, the polysiloxane layer is gradually converted to a silicate layer that no longer contains any hydrocarbon groups. For this purpose, the silicate layer contains a relatively high proportion of water, which is integrated to different degrees in the three-dimensional SiO 2 network.

Während absorbiertes Wasser durch Tempern bis 400° Celsius desorbiert werden kann, liegt chemisch gebundenes Wasser als Silanol vor und kann daher innerhalb von Zeiten, die für die Prozeßtechnik in Betracht kommen, erst oberhalb von 700° Celsius entfernt werden. Dabei wird eine Kondensationsre­ aktion zwischen den Silanolgruppen genutzt, um das Wasser abzuspalten und um neue Siloxanbrücken zu bilden. Das Wasser diffundiert dann aus der Schicht heraus.During absorbed water by tempering up to 400 ° Celsius can be desorbed, is chemically bound water Silanol before and can therefore be used within times for the Process technology should be considered, only above 700 ° Celsius can be removed. A condensation re action between the silanol groups used the water split off and to form new siloxane bridges. The water then diffuses out of the layer.

Wenn jedoch Polysiloxanschichten als Dielektrikum bei einer integrierten Schaltung mit Mehrlagenverdrahtung eingesetzt werden, dürfen die Prozeßtemperaturen eine Temperaturgrenze von 450° Celsius nicht überschreiten. Unter dieser Tempera­ tur kann jedoch nicht die oben beschriebene Kondensations­ reaktion zwischen den Silanolgruppen zum Entfernen des Was­ sers durchgeführt werden. Damit bleibt in der Silikatschicht Wasser gebunden, das bei einem Alterungsprozeß der Silikat­ schicht freigesetzt werden kann, wodurch es zu einer Korro­ sion der Leiterbahnen kommen kann.However, if polysiloxane layers as a dielectric in a integrated circuit with multi-layer wiring the process temperatures may have a temperature limit of 450 ° Celsius. Under this tempera However, the condensation described above cannot reaction between the silanol groups to remove what be carried out. This stays in the silicate layer Water bound to the silicate during an aging process layer can be released, making it a corro sion of the conductor tracks can come.

Aus der JP 61-1 98 732 A ist die Reaktion von SiH-Gas mit an der Oberfläche eines Siliziumsubstrates absorbiertem Wasser zu SiO₂ bekannt.JP 61-1 98 732 A describes the reaction of SiH gas the surface of a silicon substrate absorbed water known to SiO₂.

Aus der JP 63-76 335 A ist die Herstellung eines wasser­ freien Isolierfilmes durch Bestrahlen eines OH-Gruppen enthaltenden SOG-Filmes mit Mikrowellen bekannt.From JP 63-76 335 A is the production of a water free insulating film by irradiating an OH group containing SOG film with microwaves known.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Er­ zeugen von wasserfreien Isolationsschichten anzugeben, die sich zum Ausgleichen topographischer Unebenheiten mit großem Höhen-Breiten-Verhältnis in integrierten Schaltungen eignen, wobei bei der Herstellung die­ ser Isolationsschicht hohe Prozeßtemperaturen vermieden werden sollen.Based on this state of the art, the present the invention has the object of a method for Er testify of anhydrous insulation layers to indicate the to compensate for topographical bumps with large Height-width ratio in integrated Circuits are suitable, the manufacture of the  water insulation layer high process temperatures avoided should be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method the preamble of claim 1 with the characterizing solved part of claim 1 specified features.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen definiert.Further developments of the method according to the invention are the Subclaims defined.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sowie Meßergebnisse zu den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schichten näher erläutert. Es zeigen:Below are with reference to the accompanying Drawings an apparatus for performing the inventions Process according to the invention and measurement results for the with the Layers produced according to the inventive method closer explained. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Prozeßkammer zum Durchführen des Verfahrens; Figure 1 is a schematic diagram of a process chamber for performing the method.

Fig. 2 ein Spektraldiagramm zum Vergleichen von Schichten vor und nach der reaktiven Temperung zum Abschluß des Verfahrens; Fig. 2 is a spectrum diagram for comparing layers before and after the reactive heat treatment to conclude the method;

Fig. 3 die Amplitudenverläufe von SiH-Schwingungen in Ab­ hängigkeit von der Temperatur. Fig. 3 shows the amplitude curves of SiH vibrations as a function of temperature.

Zunächst wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens erläutert. Ein O2-haltiges und/oder N2O-haltiges Gas wird zusammen mit einer SiO-haltigen organischen Verbindung einem Reaktionsraum zugeführt. Bei dieser organischen Ver­ bindung handelt es sich vorzugsweise um Tetraethylortho­ silikat. Das Mischungsverhältnis der zugeführten Gase von beispielsweise Tetraethylorthosilikat: O2 : N2O liegt bei­ spielsweise bei 3 : 10 : 10 bei Normalbedingungen (1 bar, 300 K). Es wird eine Reaktionstemperatur von 120° bis 150° in einem Druckbereich zwischen 100 und 800 mbar Reaktionsdruck eingestellt. Die mit der Isolationsschicht zu versehende Si­ liziumscheibe wird derart vorgeheizt, daß ihre Temperatur zwischen 50° und 90° Celsius liegt. Durch Photoinduktion wird ein Polymerisieren von Polysiloxan ausgehend von den obigen Gasen durchgeführt und die Polysiloxanschicht auf der Siliziumscheibe mit den Schaltungsstrukturen der integrier­ ten Schaltung abgeschieden. In einem rein thermischen Tem­ perprozeß oder in einem photounterstützten Temperprozeß wird die Polysiloxanschicht in eine Silikatschicht umgewandelt.First, the implementation of the method according to the invention is explained. An O 2 -containing and / or N 2 O-containing gas is fed to a reaction space together with an SiO-containing organic compound. This organic compound is preferably tetraethyl ortho silicate. The mixing ratio of the supplied gases of, for example, tetraethyl orthosilicate: O 2 : N 2 O is, for example, 3: 10: 10 under normal conditions (1 bar, 300 K). A reaction temperature of 120 ° to 150 ° is set in a pressure range between 100 and 800 mbar reaction pressure. The silicon wafer to be provided with the insulation layer is preheated in such a way that its temperature is between 50 ° and 90 ° Celsius. Polymerization of polysiloxane is carried out from the above gases by photoinduction and the polysiloxane layer is deposited on the silicon wafer with the circuit structures of the integrated circuit. The polysiloxane layer is converted into a silicate layer in a purely thermal tempering process or in a photo-assisted tempering process.

Die Halbleiterscheibe mit der auf diese Weise erzeugten Si­ likatschicht wird nunmehr in die Fig. 1 gezeigte Prozeß­ kammer eingebracht, die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist und eine Widerstandsheizvorrichtung 2 aufweist, auf die die Siliziumhalbleiterscheibe 3 aufgelegt werden kann. Die Prozeßkammer ist mit einem Quarzfenster 4 abgeschlossen. Der Prozeßkammer 1 wird einerseits SiH4 über einen ersten Fluß­ regler 5 und andererseits N2 über einen zweiten Flußregler 6 zugeführt, denen ein Absperrventil 7 nachgeschaltet ist. Die Prozeßkammer 1 ist ausgangsseitig mit einer ein Druckregel­ ventil aufweisenden Evakuierungspumpe 8 verbunden.The semiconductor wafer with the Si layer produced in this way is now introduced into the process chamber shown in FIG. 1, which is designated by the reference numeral 1 and has a resistance heating device 2 , on which the silicon semiconductor wafer 3 can be placed. The process chamber is closed with a quartz window 4 . The process chamber 1 is supplied on the one hand SiH 4 via a first flow controller 5 and on the other hand N 2 via a second flow controller 6 , which is followed by a shut-off valve 7 . The process chamber 1 is connected on the output side to an evacuation pump 8 having a pressure control valve.

Innerhalb der Prozeßkammer 1 ist die Widerstandsheizvorrich­ tung 2 mit einem derartigen Abstand zu der Innenseite des Quarzfensters 4 angeordnet, daß die lichte Weite zwischen der Oberfläche der Siliziumhalbleiterscheibe und der Innen­ seite des Quarzfensters etwa 1 mm beträgt. Die Flußregler werden auf einen Silanfluß von 20 sccm eingestellt. Die Flußregler 5, 6 sind derart ausgebildet, daß der Druck und der Fluß mittels eines Druckregelventiles und eines Massen­ durchflußsteuergerätes unabhängig voneinander einstellbar sind.Within the process chamber 1, the device 2 Widerstandsheizvorrich is arranged at such a distance to the inside of the quartz window 4 that the clearance between the surface of the silicon wafer and the inner side of the quartz window is about 1 mm. The flow regulators are set to a silane flow of 20 sccm. The flow regulators 5 , 6 are designed such that the pressure and the flow can be set independently of one another by means of a pressure control valve and a mass flow control device.

Die Prozeßkammer 1 wird durch das Quarzfenster 4 von oben mit einer Niederdruckquecksilberdampflampe (nicht gezeigt) belichtet.The process chamber 1 is exposed through the quartz window 4 from above with a low-pressure mercury vapor lamp (not shown).

Die Widerstandsheizvorrichtung 2 wird auf eine Temperatur zwischen 100 und 450° Celsius eingestellt. Innerhalb der reaktiven Silanatmosphäre wird die wasserhaltige Silikat­ schicht zu wasserfreiem SiO2 transformiert.The resistance heating device 2 is set to a temperature between 100 and 450 ° Celsius. Within the reactive silane atmosphere, the water-containing silicate layer is transformed into anhydrous SiO 2 .

Fig. 2 zeigt Spektraldiagramme zur Verdeutlichung des Ergebnisses der reaktiven Temperung anhand der Peaklage und der relativen Peakhöhe, und zwar im Falle der Fig. 2a bei einer Silikatschicht vor der Temperung, im Falle der Fig. 2b bei einer Silikatschicht nach der Temperung, im Falle der Fig. 2c bei einer Siloxanschicht vor der Temperung und im Falle der Fig. 2d bei einer Siloxanschicht nach der Temperung. In beiden Fällen wurde sowohl das absorbierte als auch das chemisch gebundene Wasser bei ungefähr 3500 cm-1 fast vollständig entfernt. Im Beispielsfall erfolgte die Temperung bei 250°C und bei einem SiH4-Druck von 200 mbar. Die Reaktion erfolgt mit dem Wasser in der Schicht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die relativ empfindlichen Ethoxygruppen größtenteils erhalten werden. FIG. 2 shows spectral diagrams to illustrate the result of the reactive tempering on the basis of the peak position and the relative peak height, in the case of FIG. 2a with a silicate layer before the tempering, in the case of FIG. 2b with a silicate layer after the tempering, in the case Fig. 2c at a siloxane layer before annealing and in the case of Fig. 2d at a siloxane layer after annealing. In both cases, both the absorbed and chemically bound water was almost completely removed at about 3500 cm -1 . In the example, the tempering was carried out at 250 ° C. and at an SiH 4 pressure of 200 mbar. The reaction takes place with the water in the layer. Most of the relatively sensitive ethoxy groups can be obtained in the process according to the invention.

Der Einsatz von ultraviolettem Licht läßt die Reaktion be­ reits bei niedrigeren Temperaturen ablaufen, als dies ohne ultraviolettes Licht der Fall ist.The use of ultraviolet light leaves the reaction already run at lower temperatures than this without ultraviolet light is the case.

Als Maß für die Umsetzung von Silan mit Wasser kann das Auf­ treten von SiH-Schwingungen (885 cm-1) im Infrarotspektrum dienen. Fig. 3 zeigt die Stärke der SiH-Schwingungen von 2 isochron getemperten Silikatschichten einmal mit und einmal ohne ultraviolettes Licht. Während mit ultraviolettem Licht das Maximum der SiH-Schwingungen bereits bei 150 bis 200°C Celsius erreicht wird, trifft dies bei der Temperung ohne ultraviolettes Licht erst bei 350 bis 400°C zu.The occurrence of SiH vibrations (885 cm -1 ) in the infrared spectrum can serve as a measure of the reaction of silane with water. Fig. 3 shows the strength of the vibrations of SiH 2 isochronous tempered silicate layers once with and once without ultraviolet light. While the maximum of the SiH vibrations is already reached at 150 to 200 ° C with ultraviolet light, this only applies to tempering without ultraviolet light at 350 to 400 ° C.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer wasserfreien Silizium­ dioxidschicht
insbesondere als Isolationsschicht in einer integrierten Schaltung mit Mehrlagenverdrahtung zum Ausgleichen topo­ graphischer Unebenheiten von auf einem Substrat der inte­ grierten Schaltung ausgebildeten Schaltungsstrukturen,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - photoinduziertes Polymerisieren von einer gasförmigen SiO-haltigen organischen Verbindung zusammen mit einem O2-haltigen und/oder einem N2O-haltigen Gas zu gasförmigem Polysiloxan;
  • - Abscheiden einer Polysiloxanschicht auf einer darun­ terliegenden Struktur durch Kondensation des gasför­ migen Polysiloxans auf besagter Struktur;
  • - Umwandeln der Polysiloxanschicht in eine Silikat­ schicht; und
  • - Transformieren der Silikatschicht in die wasserfreie Siliziumdioxidschicht durch chemische Reaktion des in der Silikatschicht chemisch gebundenen Wassers mit Silan in einer Silanatmosphäre.
1. Method for producing an anhydrous silicon dioxide layer
in particular as an insulation layer in an integrated circuit with multilayer wiring to compensate for topographical unevenness of circuit structures formed on a substrate of the integrated circuit,
characterized by the following process steps:
  • - Photo-induced polymerization of a gaseous SiO-containing organic compound together with an O 2 -containing and / or an N 2 O-containing gas to form gaseous polysiloxane;
  • - Deposition of a polysiloxane layer on an underlying structure by condensation of the gaseous polysiloxane on said structure;
  • - converting the polysiloxane layer into a silicate layer; and
  • - Transforming the silicate layer into the anhydrous silicon dioxide layer by chemical reaction of the water chemically bound in the silicate layer with silane in a silane atmosphere.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Silanatmosphäre zwischen 10 und 300 mbar liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that that the pressure of the silane atmosphere is between 10 and 300 mbar lies. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Silikatschicht während der chemischen Reaktion des chemisch gebundenen Wassers mit dem Silan mit ultra­ violettem Licht belichtet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized net,  that the silicate layer during the chemical reaction of chemically bound water with the silane with ultra violet light is exposed. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ultraviolette Licht durch eine Niederdruckqueck­ silberdampflampe erzeugt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the ultraviolet light through a low pressure mercury steam lamp is generated. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Silikatschicht auf eine Temperatur zwischen 100°C und 450°C während der chemischen Reaktion des chemisch gebundenen Wassers mit dem Silan aufgeheizt wird.5. The method according to any one of claims 1-4, characterized ge features that the silicate layer to a temperature between 100 ° C and 450 ° C during the chemical reaction of the chemically bound water heated with the silane becomes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993015443A1 (en) * 1992-01-30 1993-08-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method of applying a lacquer film sensitive to uv and/or electron-beam radiation

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Butherus, A.D. et.al.: O¶2¶ plasmaconverted Spin-on-glass for planarization. In: J. Vac. Sci. Technol, B 3 (5), Sept/Okt. 1985, S. 1352-1356 *
Chen, J.Y. u. Henderson, R.C.: Photo-CVD for VLSI Isolation. In: J. Elektrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Bd. 131, Nr. 9, Sept. 1984, S. 2146-2151 *
JP 61-198732 (A). In: Patents Abstracts of Japan, *
Pai, P.-L. et.al.: Material Characteristics of Spin-On Glosses for Dielectric Applications. In: J. Elektrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Bd. 134, Nr. 11, Nov. 1987, S. 2829-2834 *
Selamoglu, N. et.al.: Silicon oxide deposition... In: J. Vac. Sci. Technol B 7 (6), Nov/Dez. 1986, S. 1345-1351 *
Shioya, y. et.al.: Comparison of... In: J. Elektrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, Bd. 133, Nr. 9, Sept. 1986, S. 1943-1950 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993015443A1 (en) * 1992-01-30 1993-08-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method of applying a lacquer film sensitive to uv and/or electron-beam radiation

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