JP2510010B2 - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は,Spin On Glass（SOG:スピン・オン・グラ
ス）等の絶縁膜の形成方法に関し， 絶縁膜の膜質を制御し，安定した十分な強度を得るこ
とを目的とし， 真空中において，基板上に形成した絶縁膜形成材を加
熱により焼成し，発生するガス量を真空度の変化で測定
し，所定のガス量に達し時に焼成を停止するように構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は，絶縁膜の形成方法に関する。

SOGや低温成長CVD−PSGのような未分解ガス，溶剤，
水分を含む絶縁物形成材の焼成方法としては，ホットプ
レートや電気炉を使用して，大気中または窒素中で加熱
することが一般的であるが，真空中で加熱する方法が絶
縁膜の膜質を向上させる目的で使用されはじめている。

しかし，出来上がった絶縁膜の硬度や膜内に残留する
ガス量等にばらつきがあるため，焼成条件を厳しく規定
するなどの必要がある。

〔従来の技術〕

従来のSOG等の絶縁膜形成材の焼成装置（例えば電気
炉）においては，炉心管の開口による温度低下を短時間
で復帰させることや，温度分布のばらつきを出来るだけ
小さくするなどの方法で，焼成完了時の出来上った絶縁
膜の膜質を保証していた。

しかし，焼成中に温度を監視していても，絶縁物形成
材を被覆した基板自体の温度を測定している訳ではない
為，基板間の温度の掛り方にはばらつきが生じ，これに
起因して絶縁膜の膜圧にばらつきが生ずることがあっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って，出来上がった絶縁膜の膜質が基板間で不均一
のため，絶縁特性，エッチング特性に影響が出て，歩留
が低下するといった問題を生じていた。

本発明は，加熱を真空の雰囲気中で行い，焼成中に絶
縁膜から発生するガス量を処理室内の真空度を継続的に
モニタリングできる焼成装置で焼成することにより，絶
縁膜の膜質を制御し，安定した十分な強度を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図，第２図は処理室真空度
とSOG加熱時間の関係図である。

図において,1は基板,2はSOG等の絶縁膜形成材,3は絶
縁膜である。

第１図（ａ）に示すように，基板１上に絶縁膜形成材
２を塗布する。絶縁膜形成材２は塗布・焼成により半導
体装置の層間絶縁膜として用いられる膜であるが，塗布
された状態では，例えば,SOGを例にとれば，シラノール
（Si（OH）_４）中のOH基が大量に膜中に存在している。

第１図（ｂ）に示すように，この状態でSOG2に熱が加
わると，シラノール中のOH基どうしが脱水縮合してSiO₂
膜となる。

また,SOG中の溶剤が揮発すると，反応は低温でも促進
する現象がある。

そこで，溶剤をより低温で揮発させるためには，加熱
雰囲気を真空にし，電気炉による加熱時に見られる輻射
熱の影響を除くために，高周波や赤外線を基板１の加熱
源とする。

加熱処理中は，温度並びに真空度をモニタリングし，
温度に関しては例えばマイクロ波の出力にフィードバッ
クして，常に一定の処理温度になるように制御する。

〔作用〕

本発明では，加熱時にSOGから放出される水分や溶剤
は，本発明のようにマイクロ波等の加熱源により，基板
とその表面の絶縁物形成材だけが加熱される場合には，
真空度の変化（ガスの増加分）と見做すことができる。

従って，脱ガス量を，第２図に示すように，真空度を
加熱時間との関係においてプロットした曲線とベースラ
イン圧力が囲む面積で表すことにより，適当な面積を設
定し，その値を満たす処理を行うことによって，どのよ
うなSOGを塗布した基板でも同じ量のガスが出るまで処
理できるようにしている。

脱ガス量を管理することにより，加熱後に行う希弗酸
によるエッチングのレートを調べて，膜質を確認する作
業を行わなくても，膜質を保証できるため，基板間の膜
質のばらつきを解消できる。

〔実施例〕

第３図は，本発明の一実施例の装置構成図，第４図は
絶縁膜の膜厚とエッチング時間の関係図，第５図は脱ガ
スの状況を調べた，処理室の真空度と加熱時間の関係図
である。

図において,4はウエハー,5はSOG,6はウエハーホルダ
ー,7は処理室,8は前室,9はゲートバルブ,10は赤外線セ
ンサー,11はマグネトロン,12は導波管,13は電源,14はコ
ントローラー,15は測定器,16はターボポンプ,17はロー
タリーポンプ,18はロータリーポンプ,19は石英窓であ
る。

実施例では，装置の処理室７に一枚毎に処理する枚葉
式を用い，装置材はステンレス等のマイクロ波によって
加熱されない材質を用いた。

SOG5を4,000Åの厚さに塗布したウエハー４を先ず，
前室８に入れ，処理室７の真空度に近い領域までロータ
リーポンプ18で排気した後，ゲートバルブ９を開いて，
ウエハー４を処理室７のウエハーホルダー６の上にセッ
トする。

ロータリーポンプ17及びターボポンプ16を運転して，
処理室７の真空度が目標の真空度，例えば１×10^-6Torr
になったら，マグネトロン11の電源13を入れて，処理室
７に2.45GHzのマイクロ波を導波管12及び石英窓19を通
って，ウエハー４に導入する 200Wattのマイクロ波出力によりウエハー４が250℃に
加熱され，その熱によってSOGの脱水縮合反応が進む。
ウエハー４の温度は裏面より，赤外センサー10を通じ
て，測定器15により測定し，設定温度になるよう，マイ
クロ波の出力をコントローラー14により制御する。

脱水・縮合による水分ならびに揮発したSOGの溶剤は
処理室の圧力を上昇させる。この際の真空度を随時測定
して，実験的に定められた一定の脱ガスが進むまで処理
を続行する。

一定の脱ガス量に達したら，マグネトロン11の電源を
切り，ウエハー４を処理室より取り出して，一連の処理
を終了する。

出来上がった酸化膜の膜質を従来例のものと比較する
ため,SOGの膜厚と0.5％弗酸水溶液によるエッチング時
間の関係を第４図に示す。

（Ａ）は本発明の真空中，マイクロ波で250℃に基板
加熱を行った場合で，膜厚の減少分は僅かに200Åでエ
ッチングレートも遅く，水分が抜けて緻密な絶縁膜とな
っており，膜質のばらつきは，基板間で２％程度と小さ
い。

これに対し，従来の窒素中で電気炉加熱を行った
（Ｂ）の場合は，エッチングレートが本発明のものより
も早く，膜質のバラツキも10％程度と大きい。

更に，空気中で焼成を行った（Ｃ）の場合には，酸素
の影響で膜が未成熟となりエッチングレートが著しく早
く，不完全な膜となっている。

又，焼成による脱水状況を比較するため，真空度と加
熱時間の関係を第５図に示す。

加熱は赤外線でウエハーを300℃に上昇させて，処理
室の真空度の時間との関係を調べた。

絶縁膜形成材を塗布したのみの場合は，当然，加熱に
よりガスが発生し，真空度が１桁悪くなるが，一旦焼成
を行った絶縁膜でも，本発明の真空中加熱の場合（Ａ）
は余り脱ガスが起こらないのに対して，窒素中加熱の場
合（ｂ）はガスの発生が曲線（Ａ）と（Ｂ）の差の面積
部だけ多く，発生曲線も未焼成のSOGの脱ガスに類似し
ており，半焼成で，表面は脱水しても，内部に未脱水の
部分が多くあることを示している。

更に，多層配線のAl電極のコンタクト抵抗を１μｍの
コンタクトパターン100,000個を直列抵抗としたテスト
パターンで比較測定した場合，従来100kΩがあったもの
が，本発明の方法による層間絶縁膜を使用した場合には
10kΩと１桁向上している。

上述の実施例では,SOGの焼成ついて説明したが，膜中
に未分解のガスや水分を含む低温成長のCVD−PSG等の熱
処理にも利用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に，本発明によればSOGを低温で加熱
をしながら膜質を制御することが出来,SOGの膜質の安定
化に寄与するところが大きい。

特に，層間絶縁膜の膜質のばらつきが少なくなり，十
分な強度が得られて，後の工程での熱処理等においても
安定性を示し，クラック等の発生が起こらない。

従来方法である，電気炉によるSOGの膜質のばらつき
は希弗酸によるエッチングレートのばらつき等のために
10％程度あったが，本発明の方法によって，ばらつきが
２％まで減少することが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図， 第２図は処理室真空度とSOG加熱時間の関係図， 第３図は本発明の一実施例の装置構成図， 第４図はSOG膜厚とエッチング時間の関係図， 第５図は真空度と加熱時間の関係図 である。 図において， １は基板,2は絶縁膜形成材， ３は絶縁膜,4はウエハー， ５はSOG,6はウエハーホルダー， ７は処理室,8は前室， ９はゲートバルブ,10はIRセンサー， 11はマグネトロン,12は導波管， 13は電源,14はコントローラー， 15は測定器,16はターボポンプ， 17はロータリーポンプ， 18はロータリーポンプ である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空中において，基板上に形成した絶縁膜
   形成材を加熱により焼成し，発生するガス量を真空度の
   変化で測定し，所定のガス量に達し時に焼成を停止する
   ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。