JP2003158126A - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

熱処理方法及び熱処理装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】基板上に形成されたポリシロキサン系の塗布膜
を熱処理して層間絶縁膜を形成するにあたり、低い熱処
理温度でも低誘電率の層間絶縁膜を得ること。 【解決手段】メチル基、フェニル基及びビニル基から選
ばれる官能基がシリコン原子と結合しているポリシロキ
サン系の薬液を塗布して得た塗布膜を対象とし、この塗
布膜が形成された基板をアンモニアガス雰囲気かつ３０
０〜４００℃の加熱雰囲気に置くことにより塗布膜を焼
成し、低誘電率の層間絶縁膜を得る。アンモニアガスの
みを供給した場合、反応容器内に微量に存在する水分と
アンモニアとが触媒となって焼成反応の活性化エネルギ
ーを低下させていると考えられる。なおアンモニアガス
に加えて外部から少量の水分を供給してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリシロキサン系
の塗布液を基板に塗布した後に塗布膜を熱処理して層間
絶縁膜を得るための熱処理方法及び熱処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス（半導体装置）の性能向
上の要請から、低抵抗でエレクトロマイグレーション耐
性（ＥＭ耐性）に優れている銅が配線材料として用いら
れるようになってきており、銅の多層配線を実現する方
法の一つとして、ダマシンプロセスと呼ばれる工程があ
る。この工程は絶縁膜に配線埋め込み用の凹部を形成
し、この凹部に銅を埋め込んだ後、この銅層の表面を研
磨して凹部以外の銅を取り除く手法であり、このような
工程を繰り返すことで多層構造を実現している。
【０００３】このような多層構造に含まれる層間絶縁膜
に対しては、デバイスの動作速度の高速化に対応するた
めに比誘電率を低くすることが要求され、低誘電率の層
間絶縁膜を形成する手法の一つとしてシリコンを含む有
機系の材料を半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）上
に塗布し、その塗布膜を焼成する方法が実施されてい
る。
【０００４】本発明者は、有機系の材料としてポリシロ
キサン系の薬液を用いることを検討しており、これをス
ピンコーティングによりウエハ上に塗布し、その塗布膜
を窒素（Ｎ2）ガス雰囲気下にて４００℃以上の焼成温
度で６０分以上焼成することにより低誘電率の層間絶縁
膜が得られることを確認している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方パターンの線幅が
０．１０μｍの世代以降においては、ｎ＋１層目の配線
とビアホール内の配線とを同時に埋め込むデュアルダマ
シンプロセスを用いて多層構造を得ることが有効である
と考えられている。ところで多層化が進むと、既に形成
された膜が、その後の熱プロセスにより熱履歴を繰り返
し受けてしまうので、その熱履歴をできるだけ低減する
ことが必要であるし、またトランジスタの不純物濃度の
プロファイルなどが変わってきてしまうおそれがあるの
で、プロセスの低温化および短時間化が要求される。し
かしながらプロセス温度を低くしてプロセス時間を短く
すると、絶縁膜について低い誘電率が得られにくいとい
う課題がある。この理由については次のように考えられ
る。即ち焼成工程（熱処理工程）は、塗布液を塗布した
状態で存在する（−ＳｉＯＨ）同士を反応させて（−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ−）を生成しようとするものであるが、塗
布膜に与える熱エネルギーが少ないと、塗布膜全体に亘
ってこの反応が十分に行き渡らず、このため（−ＳｉＯ
Ｈ）が膜中に多く残存し、低い誘電率が得られない。
【０００６】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、基板上に形成されたポリシロキサン系の
塗布膜を熱処理して層間絶縁膜を形成するにあたり、低
い熱処理温度でも低誘電率の層間絶縁膜を得ることので
きる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の熱処理方法は、
メチル基、フェニル基及びビニル基から選ばれる官能基
がシリコン原子と結合しているポリシロキサン系の薬液
を塗布して塗布膜が形成された基板を反応容器内に搬入
する工程と、反応容器内にアンモニアガスを供給すると
共に反応容器内の処理雰囲気温度を３００〜４００℃に
維持し前記塗布膜を熱処理して層間絶縁膜を得る工程
と、を含むことを特徴とする。
【０００８】この発明によれば、３００〜４００℃とい
った低い熱処理温度で低誘電率の層間絶縁膜が得られ、
しかも例えば熱処理時間は５分以上と短くて済む。この
ように低い熱処理温度で低い誘電率が得られる理由は、
アンモニアと反応容器内の水蒸気とが触媒となって塗布
膜においてＳｉ−０−Ｓｉ結合化が十分に進むものと考
えられる。なお水蒸気としては反応容器内の微量な水蒸
気を利用してもよいが、外部から積極的に水蒸気を供給
してもよい。またアンモニアガスに加えてあるいはアン
モニアガス及び水蒸気に加えて窒素ガスなどの不活性ガ
スを反応容器内に供給するようにしてもよい。
【０００９】更に本発明に係る他の熱処理方法は、メチ
ル基、フェニル基及びビニル基から選ばれる官能基がシ
リコン原子と結合しているポリシロキサン系の薬液を塗
布して塗布膜が形成された基板を反応容器内に搬入する
工程と、反応容器内に酸化二窒素ガス及び水素ガスから
選ばれるガスを供給すると共に当該反応容器内の処理雰
囲気温度を４００℃以下に維持し、前記塗布膜を熱処理
して層間絶縁膜を得る工程と、を含むことを特徴とす
る。このような方法においては、酸化二窒素ガス及び水
素ガスから選ばれるガスに加えて不活性ガスを反応容器
内に供給するようにしてもよい。
【００１０】本発明は熱処理装置においても成立するも
のであり、具体的には本発明の熱処理装置は、上述の塗
布膜が形成された基板を反応容器内に搬入し、加熱手段
により反応容器内を加熱して塗布膜に対して熱処理を行
い層間絶縁膜を得るための熱処理装置において、反応容
器内にアンモニアガスを供給するためのアンモニアガス
供給部とこのアンモニアガス供給部を制御して反応容器
内にアンモニアガスを供給すると共に反応容器内の処理
雰囲気温度を３００〜４００℃に維持するように加熱手
段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】また本発明に係る他の熱処理装置は、メチ
ル基、フェニル基及びビニル基から選ばれる官能基がシ
リコン原子と結合しているポリシロキサン系の薬液を塗
布して塗布膜が形成された基板を反応容器内に搬入し、
加熱手段により反応容器内を加熱して塗布膜に対して熱
処理を行い層間絶縁膜を得るための熱処理装置におい
て、反応容器内に酸化二窒素ガス及び水素ガスから選ば
れるガスを供給するためのガス供給部とこのガス供給部
を制御して反応容器内に前記ガスを供給すると共に、反
応容器内の処理雰囲気温度を４００℃以下に維持するよ
うに加熱手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴
とする
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の熱処理方法を縦型
熱処理装置により実施する形態について説明する。先ず
図１を参照しながら縦型熱処理装置の構成について簡単
に述べておくと、この装置は両端が開口している内管１
ａ及び上端が閉塞している外管１ｂからなる石英製の二
重管構造の反応管１を備えている。反応管１の周囲には
筒状の断熱体２がベース体２１に固定して設けられ、こ
の断熱体２の内側には抵抗発熱体からなる加熱手段であ
るヒータ３が例えば上下に複数分割して（図１の例では
便宜上３段に分割して）設けられている。
【００１３】内管１ａ及び外管１ｂは下部側にて筒状の
マニホールド４の上に支持され、このマニホールド４に
は、内管１ａの内側の下部領域に供給口が開口するよう
に第１のガス供給管５及び第２のガス供給管６が設けら
れている。第１のガス供給管５は、流量調整部５１及び
バルブ５２を含む第１のガス供給制御部（アンモニアガ
ス供給制御部）５０を介してアンモニアガス供給源５３
に接続され、第２のガス供給管６は、流量調整部６１及
びバルブ６２を含む第２のガス供給制御部６０を介して
水蒸気供給源６３に接続されている。この例では第１の
ガス供給管５及び第１のガス供給制御部５０により第１
のガス供給部が構成され、第２のガス供給管６及び第２
のガス供給制御部６０により第２のガス供給部が構成さ
れている。
【００１４】またマニホールド４には、内管１ａ及び外
管１ｂの間から排気するように排気管７が設けられ、こ
の排気管７は、例えばバタフライバルブからなる圧力調
整部７１を介して真空ポンプ７２に接続されている。な
おこの例では内管１ａ、外管１ｂ及びマニホールド４に
より反応容器が構成されている。
【００１５】更にマニホールド４の下端開口部を塞ぐよ
うに蓋体２２が設けられており、この蓋体２２はボート
エレベータ２３の上に設けられている。蓋体２２の上に
は駆動部２４により回転する回転軸２５を介して回転台
２６が設けられ、この回転台２６の上には保温筒からな
る断熱ユニット２７を介して基板保持具であるウエハボ
ート２８が搭載されている。このウエハボート２８は多
数枚のウエハＷが棚状に保持されるように構成されてい
る。
【００１６】またこの縦型熱処理装置は制御部８を備え
ており、この制御部８は制御部８の一部であるメモリに
格納された所定のプログラムに従ってヒータ３、圧力調
整部７１、第１のガス供給制御部５０、第２のガス供給
制御部６０を制御する機能を備えている。
【００１７】次に上述の縦型熱処理装置を用いて基板に
対して熱処理を行う様子について説明するが、その前に
この基板に塗布される塗布膜について述べておく。この
塗布膜は、メチル基（−ＣＨ３）、フェニル基（−Ｃ６
Ｈ５）及びビニル基（−ＣＨ＝ＣＨ２）から選ばれる官
能基がシリコン原子と結合しているポリシロキサン系の
薬液を例えばスピンコーティングにより基板例えばウエ
ハ表面に塗布し乾燥して形成されたものである。
【００１８】ポリシロキサンは、加水分解性基を有する
シラン化合物を触媒の存在下または非存在下にて加水分
解し、縮合したものである。加水分解性基を有するシラ
ン化合物としては、トリメトキシシラン、トリエトキシ
シラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキ
シシラン、メチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、メチル
トリ−ｉｓｏ−プロポキシシラン、エチルトリメトキシ
シラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキ
シシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメ
トキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチル
ジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチ
ルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフ
ェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラ
ン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テ
トラ−ｎ−プロポキシシラン、テトラ−ｉｓｏ−プロポ
キシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトラ−ｓ
ｅｃ−ブトキシシラン、テトラ−ｔｅｒｔ−ブトキシシ
ラン、テトラフェノキシシランなどを好ましい例として
挙げることができる。加水分解の際使用できる触媒とし
ては酸、キレート化合物、アルカリなどが挙げられる
が、特にアンモニア、アルキルアミンなどのアルカリが
好ましい。ポリシロキサンの分子量は、ＧＰＣ法による
ポリスチレン換算の重量平均分子量で、１０万〜１，０
００万、好ましくは１０万〜９００万、さらに好ましく
は２０万〜８００万である。５万未満では、十分な誘電
率と弾性率が得られない場合があり、一方、１，０００
万より大きい場合は、塗膜の均一性が低下する場合があ
る。
【００１９】更にポリシロキサン系の薬液は、下記式を
満たすものであることがより好ましい。
【００２０】０．９≧Ｒ／Ｙ≧０．２（Ｒはポリシロキ
サン中のメチル基、フェニル基またはビニル基の原子数
を示し、ＹはＳｉの原子数を示す） ポリシロキサン系の薬液（塗布液）は、上記ポリシロキ
サンを有機溶媒に溶解したものであるが、この場合に用
いられる具体的な溶媒としては、例えばアルコール系溶
媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒およびエステル系溶媒
の群から選ばれた少なくとも１種が挙げられる。またこ
の塗布液には、ポリシロキサン以外にも界面活性剤、熱
分解性ポリマーなどの任意成分を必要に応じて添加して
もよい。
【００２１】上述のようにして塗布膜が形成されたウエ
ハＷは、ウエハボート２８に多数枚例えば１５０枚棚状
に保持され、エレベータ２３により上昇して反応管１及
びマニホールド４からなる反応容器内に搬入される。反
応容器内は例えばこれから行おうとする熱処理時のプロ
セス温度に予め維持されているが、ウエハボート２８の
搬入により一旦温度が低くなるので、プロセス温度に安
定されるまで待機する。このプロセス温度とは、製品と
なるウエハＷが載置される領域の温度であり、３００〜
４００℃の範囲、より好ましくは３００〜３８０℃の範
囲で設定される。また反応容器内の温度が安定化するま
での間に反応容器内を真空引きし、圧力調整部７１によ
り所定の減圧雰囲気にする。
【００２２】そして反応容器内がプロセス温度に安定
し、所定の減圧雰囲気になった後、第１のガス供給制御
部５０を介して即ちバルブ５２を開き流量調整部５１に
より所定の流量に調整してアンモニアガスを反応容器内
に供給すると共に、第２のガス供給制御部６０を介して
即ちバルブ６２を開き流量調整部６１により所定の流量
に調整して水蒸気を反応容器内に供給し、塗布膜の焼成
（熱処理）を行う。所定時間熱処理を行った後、反応容
器内に図示しない不活性ガス供給管から例えば窒素ガス
を供給して反応容器内を大気圧に戻し、しかる後に蓋体
２２を下降させてウエハボート２８を搬出する。このよ
うな一連の動作は、制御部８により所定のプログラムに
従って行われる。
【００２３】以上の熱処理においては、反応容器内に存
在する微量な水分（Ｈ2０）とアンモニア（ＮＨ3）とが
反応してＮＨ4＋とＯＨ−とが生成され、これらＮＨ4＋
とＯＨ−と未反応のＨ2０とが触媒となって、塗布膜中
の（−ＳｉＯＨ）同士が次のように反応して脱水縮重合
反応が起こり、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−になると考えられ
る。
【００２４】 −ＳｉＯＨ ＋ ＨＯＳｉ− → −Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ− この例では水蒸気を外部から供給しているが、実際には
反応容器内の大気を完全に排気できないことから反応容
器内に微量の水分が存在し、このため外部から水蒸気を
供給しなくても後述の実験例からも分かるように低誘電
率の層間絶縁膜が得られる。しかしながらウエハのバッ
チ処理枚数が多い場合には、水分が不足するおそれがあ
ることから、この実施の形態のように外部から水蒸気を
供給することが好ましいと考えられる。
【００２５】また水蒸気を供給する場合には、熱処理雰
囲気の温度が所定の温度になってから、先ず水蒸気のみ
を供給し、次にアンモニアガスを供給するようにしても
よい。水蒸気のみを供給する時間は例えば３０秒〜１０
分間、好ましくは１分間〜５分間に設定する。
【００２６】アンモニアガスの流量については、例えば
８インチサイズのウエハＷを最大搭載枚数（上下両端部
のダミーウエハも含めた枚数）が１７０枚であるウエハ
ボート２８に満載して処理を行う場合において、０．０
１slm〜５slmが好ましく、特に０．１slm〜２slmが好ま
しい。また水蒸気の流量については、アンモニアガス
０．１slmあたり液体換算の流量で０．００５sccm〜３s
ccmが好ましい。反応容器内の圧力については、０．１
５kPa〜９０kPaにて圧力を変えて熱処理を行い、層間絶
縁膜の誘電率に対する圧力の影響を調べたが、圧力によ
り誘電率に実質差異は見られず、従って減圧雰囲気、常
圧雰囲気、加圧雰囲気のいずれであってもよいと考えら
れる。また反応容器内にアンモニアガスを供給するとき
に同時に窒素ガスなどの不活性ガスを供給してもよく、
反応容器内に酸素などの酸化成分が多く残存するおそれ
のある場合には酸化雰囲気を抑制し、塗布膜の酸化を抑
えて酸化雰囲気による悪影響を避けることができるなど
の利点があるが、後述の実験例からも分かるようにアン
モニアガスと同時に不活性ガスを供給しなくても実験レ
ベルでは問題がないことから、不活性ガスの供給は絶対
的な要件ではない。また熱処理の時間は、後述の実験例
からも分かるように例えば３５０℃であれば５分以上で
あればよいが、あまり長く行うと下層側の膜に対する熱
履歴が懸念されることから６０分以内であることが望ま
しい。
【００２７】このような実施の形態によれば、ポリシロ
キサン系の塗布膜を焼成して層間絶縁膜を形成するにあ
たり、アンモニア及び水分（反応容器内に供給した水蒸
気あるいは反応容器内に残存している水分）が触媒効果
を発揮し、焼成反応に必要な活性化エネルギーを低下さ
せることで、熱処理温度が低くても、また熱処理時間
（焼成時間）が短くても、焼成反応が十分に進行し、こ
のため低誘電率の層間絶縁膜を得ることができる。従っ
てパターンの線幅が０．１０μｍになる世代のデバイス
の例えばデュアルダマシン構造に要求される層間絶縁膜
の物性を得ることができ、しかも既に形成されているデ
バイス構造に熱による悪影響を与えるおそれがない。
【００２８】なお上述の縦型熱処理装置は二重管構造の
反応管を用いたが、例えば上部から排気する構成である
単管の反応管を用いてもよい。また第１のガス供給管５
から反応管１内に供給するガスとしては、アンモニアガ
スに代えて酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）ガスまたは水素（Ｈ2）
ガスを用いるようにしてもよく、後述の実験例からも分
かるようにアンモニアガスを用いたときと同様の低誘電
率の層間絶縁膜を得ることができる。酸化二窒素ガスを
用いた場合には酸系である二酸化窒素ガス自体が触媒と
なり、また水素ガスを用いた場合には酸系である水素ガ
ス自体が触媒となって、既述の脱水縮重合反応が起こる
ものと思われる。そしてこの反応を行うことで、層間絶
縁膜を得るために必要な活性エネルギーを低下させるこ
とができるため、焼成温度が低くても、また焼成時間が
短くても十分に焼成反応を進行させることができる。
【００２９】また酸化二窒素ガスまたは水素ガスを用い
た場合における熱処理の条件は、例えば焼成温度につい
ては４００℃以下、特に３８０℃以下が好ましく、焼成
時間については５分〜６０分、特に１０分〜３０分が好
ましく、焼成時における反応管１内の圧力については０
〜１０１．３kPa、特に０．１５〜９０kPaが好ましい。
そして熱処理時にはこれらの条件のうち、少なくとも一
つを満たすと共に、酸化二窒素ガスを用いた場合には流
量を０．０１slm〜５slm、特に０．１slm〜２slmとする
ことが好ましく、水素ガスを用いた場合には０．０１sl
m〜６slm、特に０．１slm〜２slmとすることが好まし
い。更に、酸化二窒素ガス及び水素ガスは、同時に供給
するようにしてもよい。
【００３０】更にまた塗布膜の焼成（熱処理）を上記の
例と同様の条件（温度、時間、圧力）下で行うとき、Ｎ
2ＯガスまたはＨ2ガス（両者を併用する場合を含む）と
共に、窒素（Ｎ2）ガスまたは他の不活性ガスを供給す
るようにしてもよい。
【００３１】
【実施例】（実施例１）単管からなる反応管を備えた縦
型熱処理装置を用い、ウエハボート２８に熱処理の対象
となる２０枚のウエハＷを搭載し、反応容器内の圧力を
１３．３kPaに設定すると共にアンモニアガスを２slmの
流量で供給し、熱処理温度を３００℃、３３０℃、３４
０℃、３５０℃、３８０℃、４２０℃の６通りに設定し
て、いずれの場合にも３０分間熱処理（焼成）を行っ
た。第２のガス供給管６からの水蒸気の供給は行わなか
った。各ウエハＷに塗布された薬液（塗布液）中のポリ
スチレン換算重量平均分子量は８２万であり、ポリシロ
キサン中のシリコンの原子数に対するメチル基の原子数
の比（ＣＨ3／Ｓｉ）は０．５である。得られた絶縁膜
（実際の製品ウエハでは層間絶縁膜となる膜）について
比誘電率を測定したところ、熱処理温度と比誘電率との
関係は図２の△で示すプロットとなった。
【００３２】比誘電率の測定に関しては、得られた絶縁
膜に対してアルミニウム電極パターンを形成してサンプ
ルを形成し、このサンプルを１００ｋＨｚの周波数で、
横河・ヒューレットパッカード社（株）製のＨＰ１６４
５１Ｂ電極及びＨＰ４２８４ＡプレシジョンＬＣＲメー
タを用いてＣＶ法により当該絶縁膜の比誘電率を測定し
た。
【００３３】（比較例１）アンモニアガスを供給する代
わりに窒素（Ｎ2）ガスを１０slmの流量で供給し、熱処
理温度を３００℃、３８０℃、４２０℃の３通りに設定
して、３００℃、３８０℃のときには３０分間、また４
２０℃のときには６０分間夫々熱処理（焼成）を行っ
た。他の条件は実施例１と同様である。得られた絶縁膜
について同様にして比誘電率を測定したところ、熱処理
温度と比誘電率との関係は図２の○で示すプロットとな
った。
【００３４】（考察）本発明者は層間絶縁膜の比誘電率
が２．３以下であれば十分動作速度の高速化に対応でき
ると考えているが、本発明方法によれば、３００℃もの
低い温度であっても予定としている比誘電率を確保でき
る。また比誘電率だけに着目すれば４２０℃の熱処理温
度において比誘電率が可成り低くなり良好な絶縁膜が得
られるが、あまり高い温度であると、既に形成されたデ
バイス構造に悪影響を与え、例えばデュアルダマシンを
用いた多層構造のデバイスの製造に対応できなくなるの
で４００℃以下の熱処理温度であることが必要である。
そしてアンモニアガスを用いた場合には、従来のように
窒素ガスを用いた場合と比較して、同じ熱処理温度であ
っても３８０℃以下では絶縁膜の比誘電率が可成り小さ
くなっている。また窒素ガスを用いた場合には、２．３
以下の比誘電率を確保しようとすると、４００℃程度以
上の熱処理温度としなければならず、こうした結果から
本発明方法は、熱処理温度の低温度化を図れ、窒素ガス
を用いた場合に比べて格段に優れていることが分かる。
【００３５】（実施例２）実施例１と同様にして熱処理
温度を３００℃に設定すると共に熱処理時間を３０分
間、６０分間の２通りに設定して熱処理を行い、夫々得
られた絶縁膜の比誘電率を測定した。結果は図３の○で
示すプロットである。
【００３６】（実施例３）実施例１と同様にして熱処理
温度を３５０℃に設定すると共に熱処理時間を１０分
間、２０分間、３０分間の３通りに設定して熱処理を行
い、夫々得られた絶縁膜の比誘電率を測定した。結果は
図３の■で示すプロットである。
【００３７】（実施例４）実施例１と同様にして熱処理
温度を３８０℃に設定すると共に熱処理時間を１０分
間、３０分間の２通りに設定して熱処理を行い、夫々得
られた絶縁膜の比誘電率を測定した。結果は図３の△で
示すプロットである。
【００３８】（考察）図３から分かるように熱処理時間
が同じでも熱処理温度の高い方が絶縁膜の比誘電率が低
くなっており、３５０℃であれば熱処理時間が１０分間
であっても比誘電率は２．２５と十分に低い値が得られ
る。また３００℃では３０分間で比誘電率が２．２９で
あり、予定とする比誘電率とするためには３５０℃の場
合に比べて熱処理時間を長くしなければならないと予測
されるが、温度が低いことから層間絶縁膜の下側のデバ
イス構造に対して与える熱の影響は極めて小さいものと
考えられる。
【００３９】（実施例５）アンモニアガスと同時に水蒸
気を０．０００１slm（０．１sccm）の流量で供給し、
熱処理温度を３８０℃に設定した他は、実施例１と同様
にして熱処理を行ったところ、得られた絶縁膜の比誘電
率は２．２５であった。この例からアンモニアガスに対
して少量の水蒸気を供給することも有効であることが分
かる。
【００４０】（実施例６）実施例１と同様の縦型熱処理
装置を用い、同様の薬液（塗布液）の塗布が行われた２
０枚のウエハＷをウエハボート２８に搭載し、アンモニ
アガスに代えて酸化二窒素ガスを用いる場合と、同じく
水素ガスを用いる場合とで夫々熱処理（焼成）を行っ
た。処理条件については、酸化二窒素ガス及び水素ガス
のいずれを用いた場合にも反応容器内の圧力を１３．３
kPa、ガス流量を２slm、焼成時間を３０分とした。また
いずれの場合にも加熱温度は３５０℃に設定しており、
不活性ガスの供給は行わなかった。そして得られた絶縁
膜（実際の製品ウエハでは層間絶縁膜となる膜）につい
て比誘電率を測定したところ、夫々の熱処理温度と比誘
電率との関係は図４の◇（酸化二窒素ガス）、◆（水素
ガス）で示すプロットとなった。なお比誘電率の測定は
実施例１と同様の手法により、かつ同様の装置を用いて
行っており、また比較のため、図４には比較例１におい
て説明した窒素ガスを用いて熱処理を行った場合の熱処
理温度と比誘電率との関係（図中○にて図示）をプロッ
トしている。
【００４１】（考察）図４に示されるように焼成時にお
いて反応容器内に供給するガス（焼成反応促進用のガ
ス）として酸化二窒素ガスまたは水素ガスを用いると、
３５０℃という低い焼成温度であっても窒素ガスを用い
て熱処理を行った場合よりもウエハＷに形成された絶縁
膜の比誘電率が低くなることが分かる。また、この焼成
温度における前記絶縁膜の比誘電率は、酸化二窒素ガス
において２．２８、水素ガスにおいて２．２７であり、
上述した既に形成されたデバイス構造への影響を考慮し
たときに好ましいとされる焼成温度４００℃以下の状況
下で、いずれの場合も２．３以下というかなり低い比誘
電率となっていることが分かる。
【００４２】焼成温度を変化させた場合については図示
していないが、図２にて示したように焼成反応促進用の
ガスが窒素ガス、アンモニアガスのいずれであっても、
焼成温度の上昇に伴って前記絶縁膜の比誘電率は下がっ
ており、このことから前記ガスとして酸化二窒素ガスま
たは水素ガスを用いた場合にも焼成温度の上昇に伴って
比誘電率の値は右下がりとなるものと思われる。従って
熱処理時に反応容器内に供給するガスとして酸化二窒素
ガスまたは水素ガスを用いた場合にも、窒素ガスを用い
たときと比べて絶縁膜の比誘電率を下げることができ、
更には熱処理温度の低温度化をも図ることができること
が分かる。
【００４３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上に
形成されたポリシロキサン系の塗布膜を熱処理して層間
絶縁膜を形成するにあたり、低い熱処理温度でも低誘電
率の層間絶縁膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理方法を実施する縦型熱処理装置
を示す縦断側面図である。
【図２】塗布膜の焼成温度と得られた層間絶縁膜の誘電
率との関係を示す特性図である。
【図３】塗布膜の焼成時間と得られた層間絶縁膜の誘電
率との関係を示す特性図である。
【図４】塗布膜の焼成温度と得られた層間絶縁膜の誘電
率との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 反応管 ２ 断熱体 ２２ 蓋体 ２８ ウエハボート ３ 加熱手段であるヒータ ４ マニホールド ５ 第１のガス供給管 ５０ 第１のガス供給制御部 ６ 第２のガス供給管 ６０ 第２のガス供給制御部 ７ 排気管 ７１ 圧力調整部 ８ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 哲哉 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 関口 学 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 三田 倫広 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Ｆターム(参考） 5F033 RR23 SS22 WW04 XX24 5F058 BA20 BC02 BF46 BG02 BH01 BH02 BH03 BH05 BJ02

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 メチル基、フェニル基及びビニル基から
    選ばれる官能基がシリコン原子と結合しているポリシロ
    キサン系の薬液を塗布して塗布膜が形成された基板を反
    応容器内に搬入する工程と、 反応容器内にアンモニアガスを供給すると共に当該反応
    容器内の処理雰囲気温度を３００〜４００℃に維持し、
    前記塗布膜を熱処理して層間絶縁膜を得る工程と、を含
    むことを特徴とする熱処理方法。
  2. 【請求項２】 反応容器内にアンモニアガスに加えて水
    蒸気及び不活性ガスの少なくとも一方を供給することを
    特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
  3. 【請求項３】 メチル基、フェニル基及びビニル基から
    選ばれる官能基がシリコン原子と結合しているポリシロ
    キサン系の薬液を塗布して塗布膜が形成された基板を反
    応容器内に搬入する工程と、 反応容器内に酸化二窒素ガス及び水素ガスから選ばれる
    ガスを供給すると共に当該反応容器内の処理雰囲気温度
    を４００℃以下に維持し、前記塗布膜を熱処理して層間
    絶縁膜を得る工程と、を含むことを特徴とする熱処理方
    法。
  4. 【請求項４】 反応容器内に酸化二窒素ガス及び水素ガ
    スから選ばれるガスに加えて不活性ガスを供給すること
    を特徴とする請求項３記載の熱処理方法。
  5. 【請求項５】 薬液の中のポリシロキサンがポリスチレ
    ン換算重量平均分子量で１０万以上であることを特徴と
    する請求項１ないし４のいずれかに記載の熱処理方法。
  6. 【請求項６】 ポリシロキサンが下記式を満たすもので
    あることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記
    載の熱処理方法。 ０．９≧Ｒ／Ｙ≧０．２（Ｒはポリシロキサン中のメチ
    ル基、フェニル基またはビニル基の原子数を示し、Ｙは
    Ｓｉの原子数を示す）
  7. 【請求項７】 メチル基、フェニル基及びビニル基から
    選ばれる官能基がシリコン原子と結合しているポリシロ
    キサン系の薬液を塗布して塗布膜が形成された基板を反
    応容器内に搬入し、加熱手段により反応容器内を加熱し
    て塗布膜に対して熱処理を行い層間絶縁膜を得るための
    熱処理装置において、 反応容器内にアンモニアガスを供給するためのアンモニ
    アガス供給部とこのアンモニアガス供給部を制御して反
    応容器内にアンモニアガスを供給すると共に反応容器内
    の処理雰囲気温度を３００〜４００℃に維持するように
    加熱手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とす
    る熱処理装置。
  8. 【請求項８】 反応容器内に水蒸気及び不活性ガスの少
    なくとも一方を供給するためのガス供給部を備え、制御
    部はこのガス供給部を制御して反応容器内にアンモニア
    ガスに加えて水蒸気及び不活性ガスの少なくとも一方を
    供給するように制御することを特徴とする請求項７記載
    の熱処理装置。
  9. 【請求項９】 メチル基、フェニル基及びビニル基から
    選ばれる官能基がシリコン原子と結合しているポリシロ
    キサン系の薬液を塗布して塗布膜が形成された基板を反
    応容器内に搬入し、加熱手段により反応容器内を加熱し
    て塗布膜に対して熱処理を行い層間絶縁膜を得るための
    熱処理装置において、 反応容器内に酸化二窒素ガス及び水素ガスから選ばれる
    ガスを供給するためのガス供給部とこのガス供給部を制
    御して反応容器内に前記ガスを供給すると共に、反応容
    器内の処理雰囲気温度を４００℃以下に維持するように
    加熱手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とす
    る熱処理装置。
  10. 【請求項１０】 反応容器内に不活性ガスを供給するた
    めの不活性ガス供給部を備え、制御部はこの不活性ガス
    供給部を制御して反応容器内に酸化二窒素ガス及び水素
    ガスから選ばれるガスに加えて不活性ガスを供給するよ
    うに制御することを特徴とする請求項９記載の熱処理装
    置。
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