JP2747493B2 - 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 多層配線構造を有するIC,LSIなどの半導体装置の層間
絶縁膜の形成方法に関し、 層間絶縁膜（平坦化材）の焼成を適切に（焼成不足な
いし過剰とならないように）行なえる層間絶縁膜の形成
方法を提供することを目的とし、 層間絶縁膜の焼成を真空中で行ない、焼成時に発生す
るガスによる真空度変化をモニターし、発生ガスに起因
した真空度ピークを越えて真空度の減少変化速度が小さ
くなったときを焼成終了点として、焼成加熱を停止する
ように構成する。
絶縁膜の形成方法に関し、 層間絶縁膜（平坦化材）の焼成を適切に（焼成不足な
いし過剰とならないように）行なえる層間絶縁膜の形成
方法を提供することを目的とし、 層間絶縁膜の焼成を真空中で行ない、焼成時に発生す
るガスによる真空度変化をモニターし、発生ガスに起因
した真空度ピークを越えて真空度の減少変化速度が小さ
くなったときを焼成終了点として、焼成加熱を停止する
ように構成する。
本発明は、半導体装置の製造方法、より詳しくは、多
層配線構造を有するIC,LSIなどの半導体装置の層間絶縁
膜の形成方法に関する。
層配線構造を有するIC,LSIなどの半導体装置の層間絶縁
膜の形成方法に関する。
近年の集積回路の高集積化および高速化の要求に伴
い、微細加工技術ならびに多層配線技術の高度化が要求
されている。そのためには、平坦化技術が重要であり、
層間絶縁膜には平坦性がよく、配線およびコンタクトに
悪影響を及ぼさない材料の使用とそのための形成プロセ
スが必要である。
い、微細加工技術ならびに多層配線技術の高度化が要求
されている。そのためには、平坦化技術が重要であり、
層間絶縁膜には平坦性がよく、配線およびコンタクトに
悪影響を及ぼさない材料の使用とそのための形成プロセ
スが必要である。
多層配線技術では従来より平坦化に有効なものとし
て、塗布した後に焼成することによって固体の絶縁膜と
なる層間平坦化材が使用されている。このような材料と
しては無機の又は有機のスピンオングラスなどが知られ
ている。
て、塗布した後に焼成することによって固体の絶縁膜と
なる層間平坦化材が使用されている。このような材料と
しては無機の又は有機のスピンオングラスなどが知られ
ている。
ところが、焼成時間については定量的に把握されるこ
となく、経験によるところが大きく、一度設定した条件
に基づいていた。このように平坦化材料の性質、プロセ
ス条件について充分な理解がされているとは言い難い。
となく、経験によるところが大きく、一度設定した条件
に基づいていた。このように平坦化材料の性質、プロセ
ス条件について充分な理解がされているとは言い難い。
層間絶縁膜の平坦化材料の焼成時に、焼成不足あるい
は焼成過剰となってしまうことがあった。そのために、
下層配線と上層配線との導通部分（例えば、上層配線の
一部）を層間絶縁膜のコンタクトホール内に形成しよう
とするときに、焼成不足の場合には平坦化材料の未焼成
部分から水蒸気等のガスが発生して上層配線の下層配線
へのコンタクトを低下させ（最悪のときには、とれなく
し）、また、焼成過剰の場合に、有機系スピンオングラ
スではその分子構造に含む有機基（例えば、−CH3な
ど）が分解ガスとして発生するなどの問題が生じてい
た。
は焼成過剰となってしまうことがあった。そのために、
下層配線と上層配線との導通部分（例えば、上層配線の
一部）を層間絶縁膜のコンタクトホール内に形成しよう
とするときに、焼成不足の場合には平坦化材料の未焼成
部分から水蒸気等のガスが発生して上層配線の下層配線
へのコンタクトを低下させ（最悪のときには、とれなく
し）、また、焼成過剰の場合に、有機系スピンオングラ
スではその分子構造に含む有機基（例えば、−CH3な
ど）が分解ガスとして発生するなどの問題が生じてい
た。
本発明は、層間絶縁膜（平坦化材）の焼成を適切に
（焼成不足ないし過剰とならないように）行なえる層間
絶縁膜の形成方法を提供することを目的としている。す
なわち、平坦化材の適切な焼成終点を使用材料ごとに定
量的に把握し、焼成をコントロールして半導体装置を製
造する方法を提供することである。
（焼成不足ないし過剰とならないように）行なえる層間
絶縁膜の形成方法を提供することを目的としている。す
なわち、平坦化材の適切な焼成終点を使用材料ごとに定
量的に把握し、焼成をコントロールして半導体装置を製
造する方法を提供することである。
上述の目的が、層間絶縁膜の焼成時に発生するガスの
量変化をモニターし、測定（検出）のピークを越えて減
少変化速度が小さくなったときを焼成終点として焼成工
程を制御することによって達成される。
量変化をモニターし、測定（検出）のピークを越えて減
少変化速度が小さくなったときを焼成終点として焼成工
程を制御することによって達成される。
そのためには、層間絶縁膜の焼成を真空中で行ない、
焼成時に発生するガスによる真空度変化をモニターし、
発生ガスに起因した真空度ピークを越えて真空度の変化
速度が小さくなったときを焼成終了点として、焼成加熱
を停止することであり、あるいは、層間絶縁膜の焼成を
大気圧下で行ない、焼成時に発生するガスを含む焼成雰
囲気ガス中の発生ガス成分の量変化をモニターし、発生
アス成分の量ピークを越えて変化速度が小さくなったと
きを焼成終了点として、焼成加熱を停止することであ
る。
焼成時に発生するガスによる真空度変化をモニターし、
発生ガスに起因した真空度ピークを越えて真空度の変化
速度が小さくなったときを焼成終了点として、焼成加熱
を停止することであり、あるいは、層間絶縁膜の焼成を
大気圧下で行ない、焼成時に発生するガスを含む焼成雰
囲気ガス中の発生ガス成分の量変化をモニターし、発生
アス成分の量ピークを越えて変化速度が小さくなったと
きを焼成終了点として、焼成加熱を停止することであ
る。
塗布した層間絶縁膜の平坦化材を有する半導体基板を
加熱して焼成を行なうわけであり、平坦化材は焼成によ
りガス（例えば、H2O、溶媒の蒸気、分解生成ガスな
ど）を生じる。このようなガスの発生量は当然に焼成開
始から徐々に増大し、焼成が終了すると減少する。この
ガス量変化を継続してモニターすることによって、焼成
具合を察知でき、ピークを越えて減少変化速度が小さく
なったときを焼成終了時点と判定することができる。
加熱して焼成を行なうわけであり、平坦化材は焼成によ
りガス（例えば、H2O、溶媒の蒸気、分解生成ガスな
ど）を生じる。このようなガスの発生量は当然に焼成開
始から徐々に増大し、焼成が終了すると減少する。この
ガス量変化を継続してモニターすることによって、焼成
具合を察知でき、ピークを越えて減少変化速度が小さく
なったときを焼成終了時点と判定することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によ
って本発明を詳しく説明する。
って本発明を詳しく説明する。
第１図は、層間絶縁膜の平坦化材を塗布し、プリベー
クした半導体基板を焼成炉（電気炉）内へ入れて、該層
間絶縁膜を加熱焼成する焼成装置の概略断面図である。
クした半導体基板を焼成炉（電気炉）内へ入れて、該層
間絶縁膜を加熱焼成する焼成装置の概略断面図である。
焼成装置（第１図）は、加熱ヒータ１を備えた焼成炉
２と、焼成炉内を排気する粗引き用真空（ロータリー）
ポンプ３および高真空にするターボ分子ポンプ4a、メカ
ニカルブースターポンプ4bおよび補助ロータリーポンプ
4cの排気系とからなる。焼成炉２には、その中に所定ガ
ス（例えば、不活性ガスを供給するガス供給部５と、被
焼成物である平坦化材塗布・プリベークした半導体基板
６を装入・搬出する担持マニュピレータ部７と、密封扉
８とが備えられている。高真空度を測定するイオンゲー
ジ９および発生したガスの成分を検知するセンサ11（例
えば、大気圧イオン化質量分析器、水分計、ガスセンサ
など）が排気管12に取付けられ、圧力計13も取付けられ
ている。イオンゲージ９およびセンサ11は記録計14に接
続されている。大気逆流を防止するチェックバルブ15が
排気管12の分岐管16に取付けられている。そして、バル
ブ18,19,20,21がセンサ11、真空ポンプ３、高真空ポン
プ4a〜4cおよびチェックバルブ15のためにそれぞれ設置
され、ガス流量制御バルブ22がガス供給部５のために設
置されている。加えて、焼成装置の自動制御を行なうた
めにコントロール部（図示せず）が設けられて、イオン
ゲージ９又はセンサ11のモニター信号に応じて加熱ヒー
タ１の制御を行ない、マニュピレータ部７、バルブ18〜
22およびポンプ3,4a〜4cを制御して層間絶縁膜の平坦化
材焼成工程制御を行なうようにできる。
２と、焼成炉内を排気する粗引き用真空（ロータリー）
ポンプ３および高真空にするターボ分子ポンプ4a、メカ
ニカルブースターポンプ4bおよび補助ロータリーポンプ
4cの排気系とからなる。焼成炉２には、その中に所定ガ
ス（例えば、不活性ガスを供給するガス供給部５と、被
焼成物である平坦化材塗布・プリベークした半導体基板
６を装入・搬出する担持マニュピレータ部７と、密封扉
８とが備えられている。高真空度を測定するイオンゲー
ジ９および発生したガスの成分を検知するセンサ11（例
えば、大気圧イオン化質量分析器、水分計、ガスセンサ
など）が排気管12に取付けられ、圧力計13も取付けられ
ている。イオンゲージ９およびセンサ11は記録計14に接
続されている。大気逆流を防止するチェックバルブ15が
排気管12の分岐管16に取付けられている。そして、バル
ブ18,19,20,21がセンサ11、真空ポンプ３、高真空ポン
プ4a〜4cおよびチェックバルブ15のためにそれぞれ設置
され、ガス流量制御バルブ22がガス供給部５のために設
置されている。加えて、焼成装置の自動制御を行なうた
めにコントロール部（図示せず）が設けられて、イオン
ゲージ９又はセンサ11のモニター信号に応じて加熱ヒー
タ１の制御を行ない、マニュピレータ部７、バルブ18〜
22およびポンプ3,4a〜4cを制御して層間絶縁膜の平坦化
材焼成工程制御を行なうようにできる。
上述した焼成装置を用いて下記例１および例２にて説
明するように平坦化材（層間絶縁膜）の焼成が行なえ
る。
明するように平坦化材（層間絶縁膜）の焼成が行なえ
る。
例１（真空中にて焼成を行なう場合） まず、下層配線を形成した半導体基板９上にSiO2,PSG
などの層間絶縁膜を形成し、その上にスピンコート法に
よって平坦化材（例えば、ゾルゲル法により合成された
有機系スピンオングラス）を塗布する。塗布した平坦化
材をプリベーク（例えば、100〜150℃にて２分）処理し
てから、マニュピレータ部７によって半導体基板９を焼
成炉２内に装入する。密封扉８を密閉してから、粗引き
真空ポンプ（ロータリーポンプ）３を起動させると同時
にバルブ19を開いて焼成炉２内を排気する。次に、バル
ブ19を閉じ、バルブ20を開いてターボ分子ポンプ4a、メ
カニカルブースターポンプ4bおよび補助ロータリーポン
プ4cによって焼成炉２内をより高真空に維持する。な
お、バルブ18および22は閉じたままである。炉内圧力が
イオンゲージ９で２×10-6Torrになったならば、半導体
基板６を加熱ヒータ１に移動することにより加熱を開始
する。これにより平坦化材からガスが発生する。ガスが
発生すると真空度が低下し、その真空度変化をイオンゲ
ージ９にて検知し、検知信号を記録計14およびコントロ
ーラ部に信達して記録計14に経時変化を記録する。ガス
発生は焼成が進行するにつれて増大し、真空度も低下
し、しばらくすると、真空度が上昇するようになり、２
×10-6Torrの値近くまで徐々に上昇することが記録計14
からわかる。すなわち、真空度のピーク点が現われ、こ
れは焼成によるガス発生がおさまったことを意味してお
り、焼成はほとんど完了している。このようなピークに
対応する最大ガス発生時に完全に焼成が完了しないで、
一部まだ焼成が進行してガス発生することがありうるの
で、また、高真空ポンプ4a〜4cで排気しているもののす
ぐ発生ガスを排出できないので、ピーク後にも真空度が
変化する。そして、この真空度変化速度が小さくなった
ときを焼成終了点と判定して、加熱ヒータ１から半導体
基板６をヒータ１のない部分へ移動することにより加熱
を停止する。このような判定と加熱停止とはコントロー
ラ部によって制御できる。焼成終了後に、バルブ11を閉
じ、同時にガス流量制御バルブ22を徐々に開いて、ガス
供給部５より窒素ガス（N2）を焼成炉２内に導入し、該
バルブ22を大気圧より少し高い圧力に設定する。密封扉
８を開いて、焼成炉２内をN2ガスで満たして大気パージ
状態で半導体基板６を焼成炉２より取り出す。
などの層間絶縁膜を形成し、その上にスピンコート法に
よって平坦化材（例えば、ゾルゲル法により合成された
有機系スピンオングラス）を塗布する。塗布した平坦化
材をプリベーク（例えば、100〜150℃にて２分）処理し
てから、マニュピレータ部７によって半導体基板９を焼
成炉２内に装入する。密封扉８を密閉してから、粗引き
真空ポンプ（ロータリーポンプ）３を起動させると同時
にバルブ19を開いて焼成炉２内を排気する。次に、バル
ブ19を閉じ、バルブ20を開いてターボ分子ポンプ4a、メ
カニカルブースターポンプ4bおよび補助ロータリーポン
プ4cによって焼成炉２内をより高真空に維持する。な
お、バルブ18および22は閉じたままである。炉内圧力が
イオンゲージ９で２×10-6Torrになったならば、半導体
基板６を加熱ヒータ１に移動することにより加熱を開始
する。これにより平坦化材からガスが発生する。ガスが
発生すると真空度が低下し、その真空度変化をイオンゲ
ージ９にて検知し、検知信号を記録計14およびコントロ
ーラ部に信達して記録計14に経時変化を記録する。ガス
発生は焼成が進行するにつれて増大し、真空度も低下
し、しばらくすると、真空度が上昇するようになり、２
×10-6Torrの値近くまで徐々に上昇することが記録計14
からわかる。すなわち、真空度のピーク点が現われ、こ
れは焼成によるガス発生がおさまったことを意味してお
り、焼成はほとんど完了している。このようなピークに
対応する最大ガス発生時に完全に焼成が完了しないで、
一部まだ焼成が進行してガス発生することがありうるの
で、また、高真空ポンプ4a〜4cで排気しているもののす
ぐ発生ガスを排出できないので、ピーク後にも真空度が
変化する。そして、この真空度変化速度が小さくなった
ときを焼成終了点と判定して、加熱ヒータ１から半導体
基板６をヒータ１のない部分へ移動することにより加熱
を停止する。このような判定と加熱停止とはコントロー
ラ部によって制御できる。焼成終了後に、バルブ11を閉
じ、同時にガス流量制御バルブ22を徐々に開いて、ガス
供給部５より窒素ガス（N2）を焼成炉２内に導入し、該
バルブ22を大気圧より少し高い圧力に設定する。密封扉
８を開いて、焼成炉２内をN2ガスで満たして大気パージ
状態で半導体基板６を焼成炉２より取り出す。
例２（大気圧下で焼成を行なう場合） 例１と同様に平坦化材を塗布しプリペークした半導体
基板９をマニュピレータ部７によって焼成炉２内に装入
する。密封扉８を密閉してから、バルブ19を開いて粗引
き真空ポンプ３で排気し、次に、バルブ19を閉じ、バル
ブ20を開いてターボ分子ポンプ4a、メカニカルブースタ
ーポンプ4bおよび補助ロータリーポンプ4cによって焼成
炉２内を高真空状態にする。そして、バルブ20を閉じ、
ガス流量調整バルブ22を開いて不活性ガス（N2ガス）を
ガス供給部５より導入し、焼成炉２内を大気圧よりも少
し高い圧力にする。圧力計13にて大気圧より高いことを
確認してから、バルブ21を開いて不活性ガスを分岐管16
から流出させる。チェッルバルブ15は大気が焼成炉２内
に逆流することのないように設定してある。バルブ21は
大気内をわずかに上回わると（＋0.05kg/cm2）、自動的
に開くバルブでもよい。大気圧不活性雰囲気となったと
ころで、加熱ヒータ１による半導体基板６の加熱を開始
し、同時にバルブ18を開いてセンサー（例えば、水分
計、酸素検知器、イオン化ガス質量分析計）11によって
焼成雰囲気成分をモニターする。このようにして焼成に
よって平坦化材から発生している特定ガス成分（例え
ば、H2O,CO2など）を検知してその濃度変化（すなわ
ち、発生量変化）を記録計14に記録し、コントローラ部
へも検出信号を送る。例１と同様なピークを有するガス
成分量変化が記録でき、ピーク後のガス成分量変化速度
が小さくなったときを焼成終了点と判定して、加熱ヒー
タ１による加熱を停止する。焼成終了後に、バルブ21お
よび18を閉じると同時に密封扉８を開いて、焼成炉２内
を不活性ガスで満たして大気パージ状態で半導体基板６
を取り出す。
基板９をマニュピレータ部７によって焼成炉２内に装入
する。密封扉８を密閉してから、バルブ19を開いて粗引
き真空ポンプ３で排気し、次に、バルブ19を閉じ、バル
ブ20を開いてターボ分子ポンプ4a、メカニカルブースタ
ーポンプ4bおよび補助ロータリーポンプ4cによって焼成
炉２内を高真空状態にする。そして、バルブ20を閉じ、
ガス流量調整バルブ22を開いて不活性ガス（N2ガス）を
ガス供給部５より導入し、焼成炉２内を大気圧よりも少
し高い圧力にする。圧力計13にて大気圧より高いことを
確認してから、バルブ21を開いて不活性ガスを分岐管16
から流出させる。チェッルバルブ15は大気が焼成炉２内
に逆流することのないように設定してある。バルブ21は
大気内をわずかに上回わると（＋0.05kg/cm2）、自動的
に開くバルブでもよい。大気圧不活性雰囲気となったと
ころで、加熱ヒータ１による半導体基板６の加熱を開始
し、同時にバルブ18を開いてセンサー（例えば、水分
計、酸素検知器、イオン化ガス質量分析計）11によって
焼成雰囲気成分をモニターする。このようにして焼成に
よって平坦化材から発生している特定ガス成分（例え
ば、H2O,CO2など）を検知してその濃度変化（すなわ
ち、発生量変化）を記録計14に記録し、コントローラ部
へも検出信号を送る。例１と同様なピークを有するガス
成分量変化が記録でき、ピーク後のガス成分量変化速度
が小さくなったときを焼成終了点と判定して、加熱ヒー
タ１による加熱を停止する。焼成終了後に、バルブ21お
よび18を閉じると同時に密封扉８を開いて、焼成炉２内
を不活性ガスで満たして大気パージ状態で半導体基板６
を取り出す。
上述したように、本発明によれば、層間絶縁膜の平坦
化材を焼成不充分や焼成過剰とならずに焼成することが
できる。したがって、焼成不充分や過剰に起因する不都
合・不利益（上層配線のコンタクト不良など）を回避す
ることができ、歩留り向上および信頼性向上が図れる。
さらに、種々の平坦化材を用いても、それぞれ焼成過程
をモニターしながら焼成終了点を決定するので、用いる
平坦化材に応じた適切な焼成を確実に行なうことができ
る。
化材を焼成不充分や焼成過剰とならずに焼成することが
できる。したがって、焼成不充分や過剰に起因する不都
合・不利益（上層配線のコンタクト不良など）を回避す
ることができ、歩留り向上および信頼性向上が図れる。
さらに、種々の平坦化材を用いても、それぞれ焼成過程
をモニターしながら焼成終了点を決定するので、用いる
平坦化材に応じた適切な焼成を確実に行なうことができ
る。
第１図は、本発明に係る層間膜形成方法を実施するため
の焼成装置の概略図である。 １……加熱ヒーター、２……焼成炉、３……真空ポン
プ、4a〜4c……真空ポンプ、６……層間絶縁膜を有する
半導体基板、９……イオンゲージ、11……センサ、14…
…記録計、16……分枝管、18〜22……バルブ。
の焼成装置の概略図である。 １……加熱ヒーター、２……焼成炉、３……真空ポン
プ、4a〜4c……真空ポンプ、６……層間絶縁膜を有する
半導体基板、９……イオンゲージ、11……センサ、14…
…記録計、16……分枝管、18〜22……バルブ。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体装置の層間絶縁膜の焼成を真空中で
行ない、焼成時に発生するガスによる真空度変化をモニ
ターし、発生ガスに起因した真空度ピークを越えて真空
度の減少変化速度が小さくなったときを焼成終了点とし
て、焼成加熱を停止することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項２】半導体装置の層間絶縁膜の焼成を大気圧下
で行ない、焼成時に発生するガスを含む焼成雰囲気ガス
中の発生ガス成分の量変化をモニターし、発生ガス成分
の量ピークを越えて減少変化速度が小さくなったときを
焼成終了点として、焼成加熱を停止することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17299089A JP2747493B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17299089A JP2747493B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0338829A JPH0338829A (ja) | 1991-02-19 |
| JP2747493B2 true JP2747493B2 (ja) | 1998-05-06 |
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ID=15952135
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17299089A Expired - Fee Related JP2747493B2 (ja) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2747493B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4564650B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2010-10-20 | 東京エレクトロン株式会社 | 被処理体の熱処理装置及び熱処理方法 |
-
1989
- 1989-07-06 JP JP17299089A patent/JP2747493B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0338829A (ja) | 1991-02-19 |
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