JP2000195855A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2000195855A JP2000195855A JP10368978A JP36897898A JP2000195855A JP 2000195855 A JP2000195855 A JP 2000195855A JP 10368978 A JP10368978 A JP 10368978A JP 36897898 A JP36897898 A JP 36897898A JP 2000195855 A JP2000195855 A JP 2000195855A
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 気泡性の低密度無機多孔質膜の製造方法で、
空間形成材を使用しない方法では、成膜後の基板上の膜
質と膜厚分布が悪化し易く、空間形成材を使用する方法
では、気泡形成後に空間形成材の有機化合物ポリマーを
除去する方法が確立されていない。 【解決手段】 シリコン系無機材料に空間形成材の有機
化合物ポリマーを添加したもので重合反応が終了してい
るものを用い、そのシリコン系無機材料を塗布してシリ
コン系無機材料膜を形成する「塗布工程」Ｓ１と、シリ
コン系無機材料膜の架橋反応を進める「第１のベーキン
グ工程」Ｓ２と、シリコン系無機材料膜中から有機化合
物ポリマーのみを熱分解して除去する「第２のベーキン
グ工程」Ｓ３と、シリコン系無機材料膜を焼成して無機
多孔質絶縁膜を形成する「第３のベーキング工程」Ｓ４
とを備えた半導体装置の製造方法である。
空間形成材を使用しない方法では、成膜後の基板上の膜
質と膜厚分布が悪化し易く、空間形成材を使用する方法
では、気泡形成後に空間形成材の有機化合物ポリマーを
除去する方法が確立されていない。 【解決手段】 シリコン系無機材料に空間形成材の有機
化合物ポリマーを添加したもので重合反応が終了してい
るものを用い、そのシリコン系無機材料を塗布してシリ
コン系無機材料膜を形成する「塗布工程」Ｓ１と、シリ
コン系無機材料膜の架橋反応を進める「第１のベーキン
グ工程」Ｓ２と、シリコン系無機材料膜中から有機化合
物ポリマーのみを熱分解して除去する「第２のベーキン
グ工程」Ｓ３と、シリコン系無機材料膜を焼成して無機
多孔質絶縁膜を形成する「第３のベーキング工程」Ｓ４
とを備えた半導体装置の製造方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、詳しくは無機多孔質絶縁膜の製造工程を備
えた半導体装置の製造方法に関する。
方法に関し、詳しくは無機多孔質絶縁膜の製造工程を備
えた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の層間絶縁膜には、従来、テ
トラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた化学的気相成
長（以下ＣＶＤという、ＣＶＤはChemical Vapor Depos
itionの略）法により成膜される酸化シリコン膜や、Ｓ
ＯＧ（Spin on glass ）を用いた塗布法により成膜され
た酸化シリコン膜が用いられてきた。これらの酸化シリ
コン膜は、比誘電率が４．２程度と比較的大きな比誘電
率を有している。
トラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いた化学的気相成
長（以下ＣＶＤという、ＣＶＤはChemical Vapor Depos
itionの略）法により成膜される酸化シリコン膜や、Ｓ
ＯＧ（Spin on glass ）を用いた塗布法により成膜され
た酸化シリコン膜が用いられてきた。これらの酸化シリ
コン膜は、比誘電率が４．２程度と比較的大きな比誘電
率を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
超ＬＳＩの高集積化にともない、配線が微細化し、超Ｌ
ＳＩの処理速度に影響を及ぼす配線容量の増加が問題と
なってきている。そのため、０．１３μｍのデザインル
ール以降のデバイスでは比誘電率が３．０以下の層間絶
縁膜が必要になってきている。
超ＬＳＩの高集積化にともない、配線が微細化し、超Ｌ
ＳＩの処理速度に影響を及ぼす配線容量の増加が問題と
なってきている。そのため、０．１３μｍのデザインル
ール以降のデバイスでは比誘電率が３．０以下の層間絶
縁膜が必要になってきている。
【０００４】上記条件を満たす材料の一つに無機の塗布
膜である気泡性低密度無機多孔質膜（例えばキセロゲ
ル）がある。このキセロゲルの主な成膜方法は、気泡形
成時に空間形成材を使用する方法と使用しない方法とが
ある。
膜である気泡性低密度無機多孔質膜（例えばキセロゲ
ル）がある。このキセロゲルの主な成膜方法は、気泡形
成時に空間形成材を使用する方法と使用しない方法とが
ある。
【０００５】空間形成材を使用しない方法（Mat.Res.So
c.SYMP.Proc.381 (1995) D.M.Smith,et al参照）では、
気泡形成時に母材の重合と架橋とを同時に行い、膜の主
骨格であるＳｉ−Ｏのネットワークを形成する。図４の
（１）のプロセスフローに示すように、溶液の塗布を行
う「回転塗布」の後で、架橋反応を進める「ベーキング
１」の前に、重合開始材を添加して重合と気泡形成とを
同時に行う「エージング」がある。しかしながら、エー
ジング工程では、重合開始材の導入と同時に重合反応が
始まるため、添加開始と同時に均一な分布で開始材を導
入する必要がある。このため、従来の塗布方法や装置で
は、成膜後の基板上の膜質と膜厚分布に悪影響を及ぼし
易い。
c.SYMP.Proc.381 (1995) D.M.Smith,et al参照）では、
気泡形成時に母材の重合と架橋とを同時に行い、膜の主
骨格であるＳｉ−Ｏのネットワークを形成する。図４の
（１）のプロセスフローに示すように、溶液の塗布を行
う「回転塗布」の後で、架橋反応を進める「ベーキング
１」の前に、重合開始材を添加して重合と気泡形成とを
同時に行う「エージング」がある。しかしながら、エー
ジング工程では、重合開始材の導入と同時に重合反応が
始まるため、添加開始と同時に均一な分布で開始材を導
入する必要がある。このため、従来の塗布方法や装置で
は、成膜後の基板上の膜質と膜厚分布に悪影響を及ぼし
易い。
【０００６】一方、空間形成材を使用する方法では、図
４の（２）のプロセスフローに示すように、重合を完了
した溶液を塗布する「回転塗布」、架橋反応を進める
「ベーキング１」、塗布膜の焼成を行う「ベーキング
２」等を順に行う。そのため、膜厚分布は比較的良好と
なり、しかも従来の製造装置を用いて、従来の塗布方法
で成膜することができる。しかしながら、空間形成材に
使用する有機化合物のポリマーを気泡形成後に除去する
必要があり、その方法を確立することが望まれている。
なお、図４で示した製造方法は、一般的な従来例であ
り、温度と時間に関してはこれに限定されない。
４の（２）のプロセスフローに示すように、重合を完了
した溶液を塗布する「回転塗布」、架橋反応を進める
「ベーキング１」、塗布膜の焼成を行う「ベーキング
２」等を順に行う。そのため、膜厚分布は比較的良好と
なり、しかも従来の製造装置を用いて、従来の塗布方法
で成膜することができる。しかしながら、空間形成材に
使用する有機化合物のポリマーを気泡形成後に除去する
必要があり、その方法を確立することが望まれている。
なお、図４で示した製造方法は、一般的な従来例であ
り、温度と時間に関してはこれに限定されない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置の製造方法である。す
なわち、膜中に空間を形成するための空間形成材を添加
したシリコン系無機材料を用いて無機多孔質絶縁膜を形
成する工程を備えた半導体装置の製造方法において、空
間形成材に有機化合物ポリマーを用いる。
決するためになされた半導体装置の製造方法である。す
なわち、膜中に空間を形成するための空間形成材を添加
したシリコン系無機材料を用いて無機多孔質絶縁膜を形
成する工程を備えた半導体装置の製造方法において、空
間形成材に有機化合物ポリマーを用いる。
【０００８】上記無機多孔質絶縁膜を形成する工程は、
シリコン系無機材料に有機化合物ポリマーを添加したも
ので重合反応が終了しているものを用い、そのシリコン
系無機材料を塗布してシリコン系無機材料膜を形成する
塗布工程と、シリコン系無機材料膜をベーキングして無
機多孔質絶縁膜を形成するベーキング工程とからなり、
このベーキング工程は、シリコン系無機材料が架橋反応
を起こす温度以上有機化合物ポリマーが熱分解を起こす
温度未満の温度でシリコン系無機材料膜の架橋反応を進
める第１のベーキング工程と、シリコン系無機材料膜か
ら有機化合物ポリマーのみを分解して除去する第２のベ
ーキング工程と、シリコン系無機材料を焼成して無機多
孔質絶縁膜を形成する第３のベーキング工程とからな
る。
シリコン系無機材料に有機化合物ポリマーを添加したも
ので重合反応が終了しているものを用い、そのシリコン
系無機材料を塗布してシリコン系無機材料膜を形成する
塗布工程と、シリコン系無機材料膜をベーキングして無
機多孔質絶縁膜を形成するベーキング工程とからなり、
このベーキング工程は、シリコン系無機材料が架橋反応
を起こす温度以上有機化合物ポリマーが熱分解を起こす
温度未満の温度でシリコン系無機材料膜の架橋反応を進
める第１のベーキング工程と、シリコン系無機材料膜か
ら有機化合物ポリマーのみを分解して除去する第２のベ
ーキング工程と、シリコン系無機材料を焼成して無機多
孔質絶縁膜を形成する第３のベーキング工程とからな
る。
【０００９】上記半導体装置の製造方法では、膜中に空
間を形成するための空間形成材に有機化合物ポリマーを
用い、それを添加したシリコン系無機材料を用いて無機
多孔質絶縁膜を形成することから、ベーキング温度を選
択することにより、シリコン系無機材料に対して空間形
成材のみを除去することが可能になる。そのため、空間
を形成したことにより比誘電率が３．０以下となり、ま
た良好な面内膜厚均一性とを維持して、膜質を向上させ
た無機多孔質絶縁膜を形成することが可能になる。
間を形成するための空間形成材に有機化合物ポリマーを
用い、それを添加したシリコン系無機材料を用いて無機
多孔質絶縁膜を形成することから、ベーキング温度を選
択することにより、シリコン系無機材料に対して空間形
成材のみを除去することが可能になる。そのため、空間
を形成したことにより比誘電率が３．０以下となり、ま
た良好な面内膜厚均一性とを維持して、膜質を向上させ
た無機多孔質絶縁膜を形成することが可能になる。
【００１０】上記第１のベーキング工程は、シリコン系
無機材料膜が架橋反応を起こす温度以上有機化合物ポリ
マーが熱分解を起こす温度未満の温度でシリコン系無機
材料の架橋反応を進行させることから、有機化合物ポリ
マーが分解することなく、シリコン系無機材料膜の架橋
が進行し、有機化合物ポリマーの周囲にシリコン系無機
材料膜中のシリコンが配置される。その際、有機化合物
ポリマーが熱分解を生じることがないので、膜特性には
影響がない。
無機材料膜が架橋反応を起こす温度以上有機化合物ポリ
マーが熱分解を起こす温度未満の温度でシリコン系無機
材料の架橋反応を進行させることから、有機化合物ポリ
マーが分解することなく、シリコン系無機材料膜の架橋
が進行し、有機化合物ポリマーの周囲にシリコン系無機
材料膜中のシリコンが配置される。その際、有機化合物
ポリマーが熱分解を生じることがないので、膜特性には
影響がない。
【００１１】また、第２のベーキング工程では、シリコ
ン系無機材料膜中の有機化合物ポリマーのみを熱分解し
て除去する。例えば有機化合物ポリマーのみが熱分解す
る温度でベーキングを行い、シリコン系無機材料膜中よ
り有機化合物ポリマーのみを除去することから、シリコ
ン系無機材料膜の主鎖であるＳｉ−Ｏ結合に影響は及ば
ない。そのため、有機化合物ポリマーの周囲に配置され
たシリコンが残り、有機化合物ポリマーの抜けた部分に
空間が形成される。
ン系無機材料膜中の有機化合物ポリマーのみを熱分解し
て除去する。例えば有機化合物ポリマーのみが熱分解す
る温度でベーキングを行い、シリコン系無機材料膜中よ
り有機化合物ポリマーのみを除去することから、シリコ
ン系無機材料膜の主鎖であるＳｉ−Ｏ結合に影響は及ば
ない。そのため、有機化合物ポリマーの周囲に配置され
たシリコンが残り、有機化合物ポリマーの抜けた部分に
空間が形成される。
【００１２】さらに、第３のベーキング工程では、シリ
コン系無機材料膜を焼成することから、膜中に空間が形
成された状態でシリコン系無機材料膜が焼成されるので
無機多孔質絶縁膜が形成される。
コン系無機材料膜を焼成することから、膜中に空間が形
成された状態でシリコン系無機材料膜が焼成されるので
無機多孔質絶縁膜が形成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法に
係わる実施の形態の一例を、図１のフローチャートによ
って説明する。
係わる実施の形態の一例を、図１のフローチャートによ
って説明する。
【００１４】図１に示すように、「塗布工程」Ｓ１を行
う。この塗布工程では、膜中に空間（気泡）を形成する
ための空間形成材を添加したシリコン系無機材料を用い
てシリコン系無機材料膜を形成する。上記シリコン系無
機材料には、有機化合物ポリマーを添加したもので重合
反応が終了しているものを用い、母材にシリカエアロゲ
ルのような、例えばナノポーラスシリカを用いる。また
上記空間形成材には、上記シリコン系無機材料が架橋反
応を起こす温度よりも高い熱分解温度を有する有機化合
物ポリマーを用いる。この有機化合物ポリマーは熱可逆
性樹脂からなり、例えば低密度ポリエチレン（例えば分
子量が５０００程度の低密度ポリエチレン）やポリメチ
ルメタクリレートのような鎖式有機化合物を用いる。
う。この塗布工程では、膜中に空間（気泡）を形成する
ための空間形成材を添加したシリコン系無機材料を用い
てシリコン系無機材料膜を形成する。上記シリコン系無
機材料には、有機化合物ポリマーを添加したもので重合
反応が終了しているものを用い、母材にシリカエアロゲ
ルのような、例えばナノポーラスシリカを用いる。また
上記空間形成材には、上記シリコン系無機材料が架橋反
応を起こす温度よりも高い熱分解温度を有する有機化合
物ポリマーを用いる。この有機化合物ポリマーは熱可逆
性樹脂からなり、例えば低密度ポリエチレン（例えば分
子量が５０００程度の低密度ポリエチレン）やポリメチ
ルメタクリレートのような鎖式有機化合物を用いる。
【００１５】次いで「第１のベーキング工程」Ｓ２を行
う。この第１のベーキング工程では、上記シリコン系無
機材料が架橋反応を起こす温度以上、上記有機化合物ポ
リマーが熱分解を起こす温度未満の温度で、「塗布工
程」Ｓ１で形成したシリコン系無機材料膜の架橋反応を
進行させる。この第１のベーキング工程のベーキング温
度は、シリコン系無機材料膜の種類にもよるが例えば８
０℃〜１２０℃、ナノポーラスシリカの場合には例えば
１００℃程度に設定し、ベーキング時間を例えば１０分
間とした。このベーキング時間はシリコン系無機材料膜
の種類、ベーキング温度によって適宜変更を行う。
う。この第１のベーキング工程では、上記シリコン系無
機材料が架橋反応を起こす温度以上、上記有機化合物ポ
リマーが熱分解を起こす温度未満の温度で、「塗布工
程」Ｓ１で形成したシリコン系無機材料膜の架橋反応を
進行させる。この第１のベーキング工程のベーキング温
度は、シリコン系無機材料膜の種類にもよるが例えば８
０℃〜１２０℃、ナノポーラスシリカの場合には例えば
１００℃程度に設定し、ベーキング時間を例えば１０分
間とした。このベーキング時間はシリコン系無機材料膜
の種類、ベーキング温度によって適宜変更を行う。
【００１６】続いて「第２のベーキング工程」Ｓ３を行
う。この第２のベーキング工程では、「第１のベーキン
グ工程」Ｓ２で架橋させたシリコン系無機材料膜を、上
記有機化合物ポリマーのみが熱分解する温度でベーキン
グを行って、シリコン系無機材料膜中から有機化合物ポ
リマーのみを分解して除去する。この第２のベーキング
工程のベーキング温度は、有機化合物ポリマーの種類に
もよるが例えば１５０℃〜２００℃、例えば低密度ポリ
エチレンやポリメチルメタクリレートの場合には２００
℃程度に設定し、ベーキング時間を例えば１０分間とす
る。このベーキング時間は有機化合物ポリマーの種類、
ベーキング温度によって適宜変更を行う。
う。この第２のベーキング工程では、「第１のベーキン
グ工程」Ｓ２で架橋させたシリコン系無機材料膜を、上
記有機化合物ポリマーのみが熱分解する温度でベーキン
グを行って、シリコン系無機材料膜中から有機化合物ポ
リマーのみを分解して除去する。この第２のベーキング
工程のベーキング温度は、有機化合物ポリマーの種類に
もよるが例えば１５０℃〜２００℃、例えば低密度ポリ
エチレンやポリメチルメタクリレートの場合には２００
℃程度に設定し、ベーキング時間を例えば１０分間とす
る。このベーキング時間は有機化合物ポリマーの種類、
ベーキング温度によって適宜変更を行う。
【００１７】そして「第３のベーキング工程」Ｓ４を行
う。この第３のベーキング工程では、第２のベーキング
工程で有機化合物ポリマーを除去したシリコン系無機材
料膜を焼成して、無機多孔質絶縁膜を形成する。この第
３のベーキング工程のベーキング温度は、シリコン系無
機材料膜の種類にもよるが例えば３００℃〜４５０℃、
ナノポーラスシリカの場合には例えば４００℃程度に設
定し、ベーキング時間を例えば６０分間とした。このベ
ーキング時間はシリコン系無機材料膜の種類、ベーキン
グ温度によって適宜変更を行う。
う。この第３のベーキング工程では、第２のベーキング
工程で有機化合物ポリマーを除去したシリコン系無機材
料膜を焼成して、無機多孔質絶縁膜を形成する。この第
３のベーキング工程のベーキング温度は、シリコン系無
機材料膜の種類にもよるが例えば３００℃〜４５０℃、
ナノポーラスシリカの場合には例えば４００℃程度に設
定し、ベーキング時間を例えば６０分間とした。このベ
ーキング時間はシリコン系無機材料膜の種類、ベーキン
グ温度によって適宜変更を行う。
【００１８】その後、「疎水化処理」Ｓ５を行う。この
処理では、上記第３のベーキング工程を終了した無機多
孔質絶縁膜を疎水化する。
処理では、上記第３のベーキング工程を終了した無機多
孔質絶縁膜を疎水化する。
【００１９】上記半導体装置の製造方法では、膜中に空
間を形成するための空間形成材に有機化合物ポリマーを
用い、それを添加したシリコン系無機材料を用いて無機
多孔質絶縁膜を形成することから、ベーキング温度を選
択することにより、シリコン系無機材料に対して空間形
成材のみを除去することが可能になる。すなわち、シリ
コン系無機材料の架橋反応を行う「第１のベーキング工
程」Ｓ２の後で、シリコン系無機材料が焼成される「第
３のベーキング工程」Ｓ４の前に、シリコン系無機材料
膜中の有機化合物ポリマーのみを分解して除去する「第
２のベーキング工程」Ｓ３を行うことを特徴としてい
る。そのため、無機多孔質絶縁膜は、膜中に空間が形成
されたことにより比誘電率３．０以下の低い誘電率を有
するようになり、しかも良好な面内膜厚均一性を維持し
て、膜質を向上させることが可能になる。
間を形成するための空間形成材に有機化合物ポリマーを
用い、それを添加したシリコン系無機材料を用いて無機
多孔質絶縁膜を形成することから、ベーキング温度を選
択することにより、シリコン系無機材料に対して空間形
成材のみを除去することが可能になる。すなわち、シリ
コン系無機材料の架橋反応を行う「第１のベーキング工
程」Ｓ２の後で、シリコン系無機材料が焼成される「第
３のベーキング工程」Ｓ４の前に、シリコン系無機材料
膜中の有機化合物ポリマーのみを分解して除去する「第
２のベーキング工程」Ｓ３を行うことを特徴としてい
る。そのため、無機多孔質絶縁膜は、膜中に空間が形成
されたことにより比誘電率３．０以下の低い誘電率を有
するようになり、しかも良好な面内膜厚均一性を維持し
て、膜質を向上させることが可能になる。
【００２０】上記「第１のベーキング工程」Ｓ２では、
シリコン系無機材料膜が架橋反応を起こす温度以上有機
化合物ポリマーが熱分解を起こす温度未満の温度でシリ
コン系無機材料の架橋反応を進行させることから、有機
化合物ポリマーが分解することなく、シリコン系無機材
料膜の架橋が進行し、有機化合物ポリマーの周囲にシリ
コン系無機材料膜中のシリコンが配置される。その際、
有機化合物ポリマーが熱分解を生じることがないので、
膜特性には影響がない。
シリコン系無機材料膜が架橋反応を起こす温度以上有機
化合物ポリマーが熱分解を起こす温度未満の温度でシリ
コン系無機材料の架橋反応を進行させることから、有機
化合物ポリマーが分解することなく、シリコン系無機材
料膜の架橋が進行し、有機化合物ポリマーの周囲にシリ
コン系無機材料膜中のシリコンが配置される。その際、
有機化合物ポリマーが熱分解を生じることがないので、
膜特性には影響がない。
【００２１】また、「第２のベーキング工程」Ｓ３で
は、シリコン系無機材料膜中の有機化合物ポリマーのみ
を分解して除去する。例えば有機化合物ポリマーのみが
熱分解する１５０℃〜２００℃でベーキングを行い、シ
リコン系無機材料膜中より有機化合物ポリマーのみを除
去することから、シリコン系無機材料膜の主鎖であるＳ
ｉ−Ｏ結合に影響は及ばない。そのため、有機化合物ポ
リマーの周囲に配置されたシリコンが残り、有機化合物
ポリマーの抜けた部分に空間が形成される。
は、シリコン系無機材料膜中の有機化合物ポリマーのみ
を分解して除去する。例えば有機化合物ポリマーのみが
熱分解する１５０℃〜２００℃でベーキングを行い、シ
リコン系無機材料膜中より有機化合物ポリマーのみを除
去することから、シリコン系無機材料膜の主鎖であるＳ
ｉ−Ｏ結合に影響は及ばない。そのため、有機化合物ポ
リマーの周囲に配置されたシリコンが残り、有機化合物
ポリマーの抜けた部分に空間が形成される。
【００２２】さらに、「第３のベーキング工程」Ｓ４で
は、シリコン系無機材料膜を焼成することから、膜中に
空間が形成された状態でシリコン系無機材料膜が焼成さ
れるので無機多孔質絶縁膜が形成される。
は、シリコン系無機材料膜を焼成することから、膜中に
空間が形成された状態でシリコン系無機材料膜が焼成さ
れるので無機多孔質絶縁膜が形成される。
【００２３】なお、有機化合物ポリマーには、既存の鎖
式有機化合物より所望の特性を持つものを十分に選択す
ることが可能である。さらにガラス転移温度が１５０℃
から２００℃の範囲内の鎖式有機化合物ならば第２のベ
ーキング工程におけるベーキング温度を１５０℃から２
００℃（ただし大気中）として十分に有機化合物ポリマ
ーを分解することが可能となる。
式有機化合物より所望の特性を持つものを十分に選択す
ることが可能である。さらにガラス転移温度が１５０℃
から２００℃の範囲内の鎖式有機化合物ならば第２のベ
ーキング工程におけるベーキング温度を１５０℃から２
００℃（ただし大気中）として十分に有機化合物ポリマ
ーを分解することが可能となる。
【００２４】次に上記実施の形態の詳細な例を以下に説
明する。以下に示す第１の例は、半導体基板上に例えば
プラズマエンハンスメントＣＶＤ法により酸化シリコン
膜を成膜した基体上に絶縁膜を形成する場合であって、
半導体基板にはアルミニウム配線が形成されている。
明する。以下に示す第１の例は、半導体基板上に例えば
プラズマエンハンスメントＣＶＤ法により酸化シリコン
膜を成膜した基体上に絶縁膜を形成する場合であって、
半導体基板にはアルミニウム配線が形成されている。
【００２５】まず図２によって第１の例を説明する。図
２の（１）に示すように、半導体基板１１上には酸化シ
リコン等からなる層間絶縁膜１２が形成されている。上
記半導体基板１１には、図示はしないが、半導体素子が
形成され、また上記層間絶縁膜１２中には図示はしない
がアルミニウム系金属配線が形成されている。
２の（１）に示すように、半導体基板１１上には酸化シ
リコン等からなる層間絶縁膜１２が形成されている。上
記半導体基板１１には、図示はしないが、半導体素子が
形成され、また上記層間絶縁膜１２中には図示はしない
がアルミニウム系金属配線が形成されている。
【００２６】次いで図２の（２）に示すように、回転塗
布法によって、上記基体１０の層間絶縁膜１２上に、膜
中に空間を形成するための空間形成材を添加したシリコ
ン系無機材料を用いて無機多孔質絶縁膜１３を形成す
る。
布法によって、上記基体１０の層間絶縁膜１２上に、膜
中に空間を形成するための空間形成材を添加したシリコ
ン系無機材料を用いて無機多孔質絶縁膜１３を形成す
る。
【００２７】ここでは一例として、上記シリコン系無機
材料にはナノポーラスシリカ（ナノガラス社製）を用い
た。また上記空間形成材には、上記シリコン系無機材料
が架橋反応を起こす温度よりも高くかつシリコン系無機
材料の焼成温度よりも低い温度の熱分解温度（例えば昇
華温度）を持つ有機化合物ポリマーとして、例えば低密
度ポリエチレン〔例えば平均分子量が５０００程度の低
密度ポリエチレン（溶解温度＝１３０℃〜１４５℃）〕
を用いた。そして重合が完了している上記ナノポーラス
シリカと上記低密度ポリエチレンとを重量比で２：１に
なるように混合して塗布液を作製した。
材料にはナノポーラスシリカ（ナノガラス社製）を用い
た。また上記空間形成材には、上記シリコン系無機材料
が架橋反応を起こす温度よりも高くかつシリコン系無機
材料の焼成温度よりも低い温度の熱分解温度（例えば昇
華温度）を持つ有機化合物ポリマーとして、例えば低密
度ポリエチレン〔例えば平均分子量が５０００程度の低
密度ポリエチレン（溶解温度＝１３０℃〜１４５℃）〕
を用いた。そして重合が完了している上記ナノポーラス
シリカと上記低密度ポリエチレンとを重量比で２：１に
なるように混合して塗布液を作製した。
【００２８】また、上記回転塗布条件としては、例え
ば、塗布液を滴下するときは、回転速度を５０ｒｐｍ、
塗布雰囲気を室温の大気とし、滴下時間を１０秒間とし
た。また塗布工程は、回転速度を１０００ｒｐｍ、塗布
雰囲気を室温の大気とし、回転時間を２０秒間とした。
ば、塗布液を滴下するときは、回転速度を５０ｒｐｍ、
塗布雰囲気を室温の大気とし、滴下時間を１０秒間とし
た。また塗布工程は、回転速度を１０００ｒｐｍ、塗布
雰囲気を室温の大気とし、回転時間を２０秒間とした。
【００２９】次いで、ナノポーラスシリカが架橋反応を
起こす温度以上、有機化合物ポリマー（低密度ポリエチ
レン）が熱分解（例えば昇華）を起こす温度よりも低い
温度で第１のベーキング工程を行う。この第１のベーキ
ング工程では、例えば１００℃の大気雰囲気で１０分間
のベーキングを行うことにより、低密度ポリエチレンに
熱的影響を与えることなく上記塗布膜の架橋反応を促進
させる。
起こす温度以上、有機化合物ポリマー（低密度ポリエチ
レン）が熱分解（例えば昇華）を起こす温度よりも低い
温度で第１のベーキング工程を行う。この第１のベーキ
ング工程では、例えば１００℃の大気雰囲気で１０分間
のベーキングを行うことにより、低密度ポリエチレンに
熱的影響を与えることなく上記塗布膜の架橋反応を促進
させる。
【００３０】続いて低密度ポリエチレンが熱分解を起こ
す温度（例えば昇華温度）で第２ベーキング工程を行
う。この第２ベーキング工程では、例えば２００℃の大
気雰囲気で１０分間のベーキングを行うことにより、上
記低密度ポリエチレンを昇華させて、ナノポーラスシリ
カのシリコン系無機材料膜の内部より完全に除去する。
その際に、膜中に空間（気泡）を形成する。
す温度（例えば昇華温度）で第２ベーキング工程を行
う。この第２ベーキング工程では、例えば２００℃の大
気雰囲気で１０分間のベーキングを行うことにより、上
記低密度ポリエチレンを昇華させて、ナノポーラスシリ
カのシリコン系無機材料膜の内部より完全に除去する。
その際に、膜中に空間（気泡）を形成する。
【００３１】そして、シリコン系無機材料膜を焼成する
第３のベーキング工程を行い、無機多孔質絶縁膜１３を
形成する。
第３のベーキング工程を行い、無機多孔質絶縁膜１３を
形成する。
【００３２】その後、昇温脱離分析装置〔ＴＤＳ(Therm
al Desorption Spectroscopy) 〕によって無機多孔質絶
縁膜１３の分析を行った。その結果、４５０℃まで有機
物に起因する脱ガスがないことが判明し、４００℃まで
の他のプロセスにも十分に対応できることが判明した。
また比誘電率は２．２が得られ、面内均一性も良好なも
のとなっていた。
al Desorption Spectroscopy) 〕によって無機多孔質絶
縁膜１３の分析を行った。その結果、４５０℃まで有機
物に起因する脱ガスがないことが判明し、４００℃まで
の他のプロセスにも十分に対応できることが判明した。
また比誘電率は２．２が得られ、面内均一性も良好なも
のとなっていた。
【００３３】次に上記実施の形態に係わる第２の例を以
下に説明する。この第２の例では、上記第１の例におい
て、有機化合物ポリマーに低密度ポリエチレンに変えて
ポリメチルメタクリレート（溶解温度＝１８０℃）を用
いた。その他の材料およびプロセスは前記第１の例と同
様である。有機化合物ポリマーにポリメチルメタクリレ
ートを用いて無機多孔質絶縁膜１３を形成し、昇温脱離
分析装置によって、その膜の分析を行った。その結果、
４５０℃まで有機物に起因する脱ガスがないことが判明
し、４００℃までの他のプロセスにも十分に対応できる
ことが判明した。また比誘電率は２．２が得られ、面内
均一性も良好なものとなっていた。
下に説明する。この第２の例では、上記第１の例におい
て、有機化合物ポリマーに低密度ポリエチレンに変えて
ポリメチルメタクリレート（溶解温度＝１８０℃）を用
いた。その他の材料およびプロセスは前記第１の例と同
様である。有機化合物ポリマーにポリメチルメタクリレ
ートを用いて無機多孔質絶縁膜１３を形成し、昇温脱離
分析装置によって、その膜の分析を行った。その結果、
４５０℃まで有機物に起因する脱ガスがないことが判明
し、４００℃までの他のプロセスにも十分に対応できる
ことが判明した。また比誘電率は２．２が得られ、面内
均一性も良好なものとなっていた。
【００３４】上記第１、第２の例では、有機化合物ポリ
マーに低密度ポリエチレンやポリメチルメタクリレート
を用いたが、この有機化合物ポリマーには、１５０℃〜
２００℃程度のベーキングにより熱分解される熱可逆性
樹脂、例えば鎖式有機化合物を用いることが可能であ
る。
マーに低密度ポリエチレンやポリメチルメタクリレート
を用いたが、この有機化合物ポリマーには、１５０℃〜
２００℃程度のベーキングにより熱分解される熱可逆性
樹脂、例えば鎖式有機化合物を用いることが可能であ
る。
【００３５】次に、上記半導体装置の製造方法を実施す
る際に用いる装置の一例を、図３に示す概略構成断面図
によって説明する。
る際に用いる装置の一例を、図３に示す概略構成断面図
によって説明する。
【００３６】図３に示すように、「塗布工程」Ｓ１を行
う回転塗布装置２１を（１）に示し、第１，第２のベー
キングを行うベーキング装置３１を（２）に示し、第３
のベーキングを行うベーキング装置４１を（３）に示
す。
う回転塗布装置２１を（１）に示し、第１，第２のベー
キングを行うベーキング装置３１を（２）に示し、第３
のベーキングを行うベーキング装置４１を（３）に示
す。
【００３７】上記回転塗布装置２１は以下のような構成
となっている。すなわち、塗布室２２が備えられ、その
内部には成膜を行う基体１０を載置固定して回動させる
スピンチャック２３が設置されている。このスピンチャ
ック２３は回動軸２４を介して回動装置（図示せず）に
接続されている。一方、スピンチャック２３の基体載置
面２３Ａに対向する位置には塗布液を供給するノズル２
５が設置されている。このノズル２５には、図示はしな
いが、塗布液の供給部が接続されている。
となっている。すなわち、塗布室２２が備えられ、その
内部には成膜を行う基体１０を載置固定して回動させる
スピンチャック２３が設置されている。このスピンチャ
ック２３は回動軸２４を介して回動装置（図示せず）に
接続されている。一方、スピンチャック２３の基体載置
面２３Ａに対向する位置には塗布液を供給するノズル２
５が設置されている。このノズル２５には、図示はしな
いが、塗布液の供給部が接続されている。
【００３８】次に、上記第１，第２のベーキングを行う
ベーキング装置３１を説明する。このベーキング装置３
１は、ベーキング炉３２の内部に基体１０を載置するス
テージ３３が設置され、このステージ３３の内部には基
体１０を加熱するヒーター３４が設けられている。この
ステージ３３の基体載置面３３Ａに対向する位置にはベ
ーキング炉３２の内部にベーキング雰囲気を作るガスを
供給するノズル３５が設置されている。このノズル３５
は、基体１０の面内にほぼ均一にガスが供給されるよう
に、例えばシャワーノズルからなる。なお、図中の矢印
はノズル３５から供給されるガスを示している。一方、
ベーキング炉３２の下部には例えば図示はしないが排気
管および排気装置からなる排気系が設けられている。
ベーキング装置３１を説明する。このベーキング装置３
１は、ベーキング炉３２の内部に基体１０を載置するス
テージ３３が設置され、このステージ３３の内部には基
体１０を加熱するヒーター３４が設けられている。この
ステージ３３の基体載置面３３Ａに対向する位置にはベ
ーキング炉３２の内部にベーキング雰囲気を作るガスを
供給するノズル３５が設置されている。このノズル３５
は、基体１０の面内にほぼ均一にガスが供給されるよう
に、例えばシャワーノズルからなる。なお、図中の矢印
はノズル３５から供給されるガスを示している。一方、
ベーキング炉３２の下部には例えば図示はしないが排気
管および排気装置からなる排気系が設けられている。
【００３９】次に第３のベーキングを行うベーキング装
置４１を説明する。このベーキング装置４１は、いわゆ
る縦型炉であり、ベーキング炉４２の内部には複数の基
体１０を収納するボート４３はベーキング炉４２内に対
して搬入搬出自在に設置されている。またベーキング炉
４２の側周にはヒーター４４が設置され、例えばベーキ
ング炉４２の上部にはベーキング雰囲気を作るガスをベ
ーキング炉４２の内部に供給するノズル４５が設置され
ている。一方、ベーキング炉４２の下部には例えば図示
はしないが排気管および排気装置からなる排気系が設け
られている。なお、図中の矢印は排気を示している。
置４１を説明する。このベーキング装置４１は、いわゆ
る縦型炉であり、ベーキング炉４２の内部には複数の基
体１０を収納するボート４３はベーキング炉４２内に対
して搬入搬出自在に設置されている。またベーキング炉
４２の側周にはヒーター４４が設置され、例えばベーキ
ング炉４２の上部にはベーキング雰囲気を作るガスをベ
ーキング炉４２の内部に供給するノズル４５が設置され
ている。一方、ベーキング炉４２の下部には例えば図示
はしないが排気管および排気装置からなる排気系が設け
られている。なお、図中の矢印は排気を示している。
【００４０】上記説明したような構成の製造装置を用い
ることによって、塗布工程、各ベーキング工程を円滑に
行うことが可能になる。すなわち、上記説明した製造方
法では、塗布工程は１分程度で完了し、第１，第２のベ
ーキング工程は各１０分程度で完了するため、塗布工程
を行う塗布装置２１および第１，第２のベーキング工程
を行うベーキング装置３１は枚葉式の装置を用いてい
る。一方、第３のベーキング工程は６０分程度かかるた
め、バッチ式のベーキング装置４１を用いることによ
り、一枚当たりの処理時間の短縮を図ることが可能にな
る。さらに処理時間を短縮する場合には、第１，第２の
ベーキング工程を複数台のベーキング装置３１を用いて
行えばよい。
ることによって、塗布工程、各ベーキング工程を円滑に
行うことが可能になる。すなわち、上記説明した製造方
法では、塗布工程は１分程度で完了し、第１，第２のベ
ーキング工程は各１０分程度で完了するため、塗布工程
を行う塗布装置２１および第１，第２のベーキング工程
を行うベーキング装置３１は枚葉式の装置を用いてい
る。一方、第３のベーキング工程は６０分程度かかるた
め、バッチ式のベーキング装置４１を用いることによ
り、一枚当たりの処理時間の短縮を図ることが可能にな
る。さらに処理時間を短縮する場合には、第１，第２の
ベーキング工程を複数台のベーキング装置３１を用いて
行えばよい。
【００４１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
膜中に空間を形成するための空間形成材に有機化合物ポ
リマーを用い、それを添加したシリコン系無機材料を用
いて無機多孔質絶縁膜を形成するので、ベーキング温度
を選択することにより、シリコン系無機材料に対して空
間形成材のみを除去できる。すなわち、第２のベーキン
グ工程を行うので、シリコン系無機材料膜中の有機化合
物ポリマーのみを熱分解して除去することができる。よ
って、無機多孔質絶縁膜を形成することが可能になり、
空間を形成したことにより比誘電率が３．０以下の絶縁
膜を形成することができる。また従来の技術のようにエ
ージングを行わないので面内膜厚均一性は良好な状態に
維持することが可能になり、しかも膜質の向上が可能に
なる。
膜中に空間を形成するための空間形成材に有機化合物ポ
リマーを用い、それを添加したシリコン系無機材料を用
いて無機多孔質絶縁膜を形成するので、ベーキング温度
を選択することにより、シリコン系無機材料に対して空
間形成材のみを除去できる。すなわち、第２のベーキン
グ工程を行うので、シリコン系無機材料膜中の有機化合
物ポリマーのみを熱分解して除去することができる。よ
って、無機多孔質絶縁膜を形成することが可能になり、
空間を形成したことにより比誘電率が３．０以下の絶縁
膜を形成することができる。また従来の技術のようにエ
ージングを行わないので面内膜厚均一性は良好な状態に
維持することが可能になり、しかも膜質の向上が可能に
なる。
【図１】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の
形態の一例を示すフローチャートである。
形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態の詳細な第１の例を示す製造工程図
である。
である。
【図３】実施の形態を実施する製造装置の一例を示す概
略構成断面図である。
略構成断面図である。
【図４】従来のシリコン系無機多孔質膜の製造方法を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
Ｓ２…第１のベーキング工程、Ｓ３…第２のベーキング
工程、Ｓ４…第３のベーキング工程
工程、Ｓ４…第３のベーキング工程
Claims (7)
- 【請求項１】 膜中に空間を形成するための空間形成材
を添加したシリコン系無機材料を用いて無機多孔質絶縁
膜を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法におい
て、 前記空間形成材は有機化合物ポリマーからなることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記無機多孔質絶縁膜を形成する工程
は、 前記シリコン系無機材料に有機化合物ポリマーを添加し
たもので重合反応が終了しているものを用い、そのシリ
コン系無機材料を塗布してシリコン系無機材料膜を形成
する塗布工程と、 前記シリコン系無機材料膜をベーキングして前記無機多
孔質絶縁膜を形成するベーキング工程とからなり、 前記ベーキング工程は、 前記シリコン系無機材料膜の架橋反応を進める第１のベ
ーキング工程と、 前記シリコン系無機材料膜中から前記有機化合物ポリマ
ーのみを分解して除去する第２のベーキング工程と、 前記シリコン系無機材料膜を焼成して無機多孔質絶縁膜
を形成する第３のベーキング工程とを備えたことを特徴
とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記有機化合物ポリマーは熱可逆性樹脂
からなることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項４】 前記熱可逆性樹脂は鎖式有機化合物から
なることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項５】 前記第１のベーキング工程は、前記シリ
コン系無機材料膜が架橋反応を起こす温度以上前記有機
化合物ポリマーが熱分解を起こす温度未満の温度で前記
シリコン系無機材料膜の架橋反応を進行させる工程であ
り、 前記第２のベーキング工程は、前記有機化合物ポリマー
のみが熱分解する温度で前記シリコン系無機材料膜中よ
り前記有機化合物ポリマーを除去する工程であることを
特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記有機化合物ポリマーは熱可逆性樹脂
からなることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項７】 前記熱可逆性樹脂は鎖式有機化合物から
なることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10368978A JP2000195855A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10368978A JP2000195855A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000195855A true JP2000195855A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18493254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10368978A Abandoned JP2000195855A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000195855A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002289607A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Nec Corp | 絶縁膜の形成方法 |
| KR100531466B1 (ko) * | 1999-12-17 | 2005-11-28 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 다층 층간절연막 형성 방법 |
| JP2015043367A (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP10368978A patent/JP2000195855A/ja not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100531466B1 (ko) * | 1999-12-17 | 2005-11-28 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 다층 층간절연막 형성 방법 |
| JP2002289607A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Nec Corp | 絶縁膜の形成方法 |
| JP2015043367A (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050727 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20070628 |