JP2790163B2 - シリコン酸化膜の形成方法、半導体装置の製造方法及びフラットディスプレイ装置の製造方法 - Google Patents

シリコン酸化膜の形成方法、半導体装置の製造方法及びフラットディスプレイ装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン酸化膜の形成
方法に関する。本発明の方法により得られるシリコン酸
化膜は、有機溶剤に可溶の高分子材料を用いて形成する
ことができるため、下地段差を平坦化することが可能で
あり、半導体装置の製造工程で用いられる酸素プラズマ
処理によっても酸化を受けないため、従来用いられてい
たＣＶＤ膜に代えてあるいはＣＶＤ膜との組み合わせで
絶縁膜として使用可能である。また、無機ＳＯＧ材料に
比べて比較的厚膜で使用することが可能であり、下地段
差を充分に平坦化することが可能となる。
【０００２】
【従来の技術】近年においては、半導体集積回路の集積
度の向上に伴い、素子形成後の表面段差が大きくなると
ともに、配線の微細化による配線容量の低下を防ぐため
に配線を厚くする必要にせまられ、配線後の段差もより
大きくなる傾向がある。このため、半導体装置を製造す
る上で、優れた平坦性が得られる絶縁膜の形成方法が要
求されている。この要求に対して、層間絶縁膜に４官能
シロキサン単位からなる無機ＳＯＧや４官能シロキサン
単位と３官能シロキサン単位とからなる有機ＳＯＧが平
坦化材料として用いられている。しかし、無機ＳＯＧ
は、熱処理によりクラックを生じやすいため、０．１μ
ｍ以下の薄膜で使用されている。また、有機ＳＯＧは、
酸素プラズマ処理により酸化クラックを生じるため、エ
ッチバック工程を用いたＣＶＤ膜との組み合わせによる
サンドイッチ構造で使用されている。また、ポリシラザ
ンを熱処理し、シリコンオキシナイトライド膜として使
用する方法（特開昭６２−８８３２７）や水蒸気雰囲気
下で熱処理してシリコン酸化膜に変えて使用する方法
（特願平３−２７９６３３）が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した様に、従来に
おいてはＳＯＧ材料を用いた下地段差の平坦化が検討さ
れているけれども、しかし無機ＳＯＧでは、０．１μｍ
以下の薄膜でしか使用できないため、下地段差に対する
充分な平坦化性が得られないことが問題である。また、
有機ＳＯＧでは、０．５μｍ以上の比較的厚膜で使用し
た場合でも熱処理によるクラックの発生は見られない
が、しかし半導体装置の製造工程で用いられるＯ2 プラ
ズマ処理により酸化されてクラックを生じるため、スル
ーホール側面にＳＯＧ膜が露出されないような使用方
法、即ち、ＣＶＤ膜上にＳＯＧを塗布した後、全面をエ
ッチバックすることにより段差上にＳＯＧ膜が残らない
ようにする方法で用いられている。
【０００４】また、これまで報告されているポリシラザ
ンを用いて形成されたシリコンオキシナイトライド膜で
は、再加熱時にアミン系ガスの放出が見られる（図１）
という問題があり、水蒸気雰囲気下で熱処理する方法で
は配線材料に用いられるアルミの水蒸気あるいはアミン
系ガスによる腐食が見られるため、ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置など高価な装置を用いた耐水性の高い膜を保護膜
として用いなければならないという問題がある。
【０００５】本発明の目的は、これらの問題点を解消す
ることにあり、半導体装置の製造工程で用いられるＯ2
プラズマ処理により酸化を受けることがなく、配線材料
のアルミなどの腐食を伴わずに、有機ＳＯＧと同等以上
の比較的厚膜で使用可能な無機膜を形成することができ
る方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、シリコン酸化膜を形成するに際して、下
地上にポリシラザンを塗布し、得られたポリシラザン膜
を第一の熱処理又は紫外線照射に付して親水化し、この
ポリシラザン膜を次いで水洗し又は水に浸漬することに
より吸水処理し、続いて第二の熱処理に付してＳｉ−Ｎ
結合をＳｉＯ 2 に変換することにより前記ポリシラザン
膜をシリコン酸化膜に変成し、得られたシリコン酸化膜
上に上層の配線を形成することを特徴とするシリコン酸
化膜の形成方法を提供する。
【０００７】例えば、シリコン酸化膜を形成しようとす
る下地上にポリシラザンをスピンコートし、さらに熱処
理を施して溶融平坦化した後、ポリシラザンを酸化シリ
コンに変成してシリコン酸化膜とするのである。ポリシ
ラザン膜のシリコン酸化膜への変成に際しては、ポリシ
ラザン膜に、好ましくは３００℃以上の温度において、
所望ならば不活性ガス雰囲気下で、第一の熱処理を施
し、次いで熱湯に浸漬して吸水処理を施した後に、３５
０℃以上の温度で第２の熱処理を施すか、または高圧水
銀灯を用いて紫外線照射を行い、次いで水洗による吸水
処理を施した後に、３５０℃以上の熱処理を施すのがよ
い。
【０００８】本発明の方法において、吸水処理は、４０
％前後の湿度下に１週間以上放置することによっても可
能であるが、長時間を要し、実用的ではない。
【０００９】
【作用】本発明に係るシリコン酸化膜の形成方法によれ
ば、下地段差を平坦化する目的に有用な０．５μｍ以上
の比較的厚膜でシリコン酸化膜を形成することが可能で
ある。また、本発明の方法により形成される膜は、シリ
コン酸化膜であるため、半導体製造工程で用いられる酸
素プラズマ処理による酸化を受けないことから、エッチ
バックなど複雑な工程を用いることなく絶縁膜として使
用可能である。
【００１０】また、本発明の方法は、ポリシラザンを用
いた絶縁膜形成方法として提案されている従来方法に比
べて、再加熱によるアミン系ガス放出を抑制することが
可能であり、また水蒸気あるいはアミン系ガスによるア
ルミ配線の腐食を防止できるという特徴を有する。さら
に、本発明の方法によるシリコン酸化膜は、従来から用
いられているＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜やＣＶＤ−ＰＳＧ膜と
組み合わせて絶縁膜を形成した場合においても、かかる
ＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜もしくはＰＳＧ膜とのフッ素プラズ
マによるエッチングレートが同等となるため、上下配線
の導通をはかるためのスルーホールの形成においてテー
パー形状を付与することが可能であり、従って配線の優
れたカバレッジが得られる。
【００１１】このように、本発明の方法によるシリコン
酸化膜を絶縁膜として用いることによって、下地段差を
平坦化することができ、信頼性の高い半導体集積回路の
多層配線が可能となり、またこのシリコン酸化膜をフラ
ットディスプレイ装置における平坦化膜として用いるこ
ともできる。
【００１２】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。 実施例１ シリコン平板上にポリシラザンをスピンコートにより塗
布し、得られたポリシラザン膜を、酸素気流下に、下記
の表１に示す条件で熱処理した。得られた処理基板上に
水滴を乗せ、基板と水との接触角を測定することにより
膜の表面状態を評価した。表１に、熱処理条件と接触角
との関係を示す。
【００１３】
【表１】 表１から、２５０〜３５０℃の間の熱処理により接触角
が小さくなり、膜表面が親水性に変化していることがわ
かる。 実施例２ シリコン平板上にポリシラザンをスピンコートにより塗
布し、得られたポリシラザン膜を、高圧水銀灯（１kW）
を用いて紫外線照射を行いながら空気中で、下記の表２
に示す条件で熱処理した。得られた処理基板上に水滴を
乗せ、基板と水との接触角を測定することにより膜の表
面状態を評価した。表２に、熱処理条件と接触角との関
係を示す。
【００１４】
【表２】 表２において、１５０℃と比較的低い基板温度領域でも
紫外線照射による膜の親水化がみられる。また、接触角
の値は一般に低く、２５０℃以上の基板温度において接
触角１０°以下の親水性の高い膜が得られることがわか
る。さらに、基板温度を３５０℃とすると、１分間の処
理でも親水性の高い膜が得られる。 実施例３ シリコン平板上にポリシラザンをスピンコートにより塗
布し、得られたポリシラザン膜を酸素気流下に４５０℃
で３０分間熱処理した（処理１）。また、同様にして得
られたポリシラザン膜を、空気中３５０℃で３分間熱処
理し、次いで熱湯に５分間浸漬した後、窒素ガス中４５
０℃で３０分間熱処理し（処理２）、または高圧水銀灯
（１kW）を用いて紫外線照射を行いながら空気中２５０
℃で３分間処理し、次いで５分間水洗した後、窒素ガス
中４５０℃で３０分間熱処理した（処理３）。次に、得
られた膜のそれぞれについて、加熱昇温脱ガス分析を行
った。結果を図１〜図３に示す。これらの図から、従来
方法（処理１）では、再加熱によりアミン系ガスが多量
に放出されることがわかる（図１）。一方、本発明の方
法（処理２および処理３）を用いると再加熱時にもほと
んどアミン系ガスの放出が見られない膜が得られる（図
２および図３）。 実施例４ 配線厚８０００Åのアルミ配線を施した基板上にプラズ
マＳｉＯＮ膜を３０００Åの厚さで成膜し、続いてポリ
シラザンをスピンコートにより塗布し、水蒸気雰囲気下
に４５０℃で３０分間熱処理した（処理４）。また、同
様にして得られたポリシラザン膜を、不活性ガス雰囲気
下に３５０℃で３分間熱処理し、次いで８０℃の温水に
５分間浸漬した後、窒素ガス中４５０℃で３０分間熱処
理し（処理５）、または高圧水銀灯（１kW）を用いて３
分間紫外線照射を行い、次いで５分間水洗した後、窒素
ガス中４５０℃で３０分間熱処理した（処理６）。得ら
れたそれぞれの膜の状態を図４〜図６に示す。これらの
図から、水蒸気雰囲気での熱処理（処理４、図４）で見
られるアルミ配線の腐食が本発明の方法により形成され
た膜では見られないことがわかる（処理５、図５および
処理６、図６）。 実施例５ 素子形成およびＡ１配線（第一層）を施したＳｉ基板上
に、プラズマＣＶＤ−ＳｉＯＮ膜を０．３μｍの厚さで
形成し、続いてポリシラザンの溶液をスピンコート法に
より、シリコン基板上で０．５μｍの厚さに塗布可能な
条件下に、塗布し、３５０℃で３分間熱処理し（処理
７）、続いて８０℃の温水に３分間浸漬して吸水処理
（処理８）後、４５０℃で３０分間の熱処理を施し（処
理９）、シリコン酸化膜を得た（各処理工程での赤外吸
収スペクトル変化を図７〜図９に示す）。このときの第
一層配線によって生じた段差は０．２μｍ以下に平坦化
されていた。次に、０．５μｍ厚のノボラック系ポジレ
ジストを用いてフッソ系プラズマによりエッチングを行
い、スルーホールを形成した。この時、最小スルーホー
ル径は、０．３μｍ角であった。スルーホールを形成
後、スルーホール部へのＡｌ埋め込みおよび第二層目Ａ
ｌ配線を行い、保護層として１．３μｍ厚のりんガラス
層を形成した後、電極取り出し用窓あけを行って半導体
装置を得た。 実施例６ 素子形成およびＡ１配線（第一層）を施したＳｉ基板上
に、プラズマＣＶＤ−ＳｉＯＮ膜を０．３μｍの厚さで
形成し、続いてポリシラザンの溶液をスピンコート法に
より、シリコン基板上で０．５μｍの厚さに塗布可能な
条件下に、塗布し、１５０℃で１５分間の熱処理を施し
た後、紫外線照射を行った（処理１０）。続いて、８０
℃の温水に３分間浸漬して吸水処理（処理１１）後、４
５０℃で３０分間の熱処理を施し（処理１２）、または
５分間水洗した（処理１３）後、４５０℃で３０分間の
熱処理を施し（処理１４）、シリコン酸化膜を得た（各
処理工程での赤外吸収スペクトル変化を図７〜図９に示
す）。このときの第一層配線によって生じた段差は０．
２μｍ以下に平坦化されていた。次に、０．５μｍ厚の
ノボラック系ポジレジストを用いてフッソ系プラズマに
よりエッチングを行い、スルーホールを形成した。この
時、最小スルーホール径は、０．３μｍφであった。ス
ルーホールを形成後、スルーホール部へのＡｌ埋め込み
および第二層目Ａｌ配線を行い、保護層として１．３μ
ｍ厚のりんガラス層を形成したのち、電極取り出し用窓
あけを行って半導体装置を得た。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の方法により形成されるシリコン酸化膜は、下地に凹凸
を有する基板を平坦化することが可能であり、成膜過程
での配線材料に対するダメージを抑えることができる。
従って、半導体装置あるいはフラットディスプレイ装置
における絶縁あるいは平坦化膜として有用となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で得られたシリコン酸化膜の加熱昇温脱
ガス分析の結果を示す図。
【図２】実施例で得られたシリコン酸化膜の加熱昇温脱
ガス分析の結果を示す図。
【図３】実施例で得られたシリコン酸化膜の加熱昇温脱
ガス分析の結果を示す図。
【図４】実施例で得られたアルミ配線上のシリコン酸化
膜の状態を示す図。
【図５】実施例で得られたアルミ配線上のシリコン酸化
膜の状態を示す図。
【図６】実施例で得られたアルミ配線上のシリコン酸化
膜の状態を示す図。
【図７】実施例における各処理工程での赤外吸収スペク
トル変化を示す図。
【図８】実施例における各処理工程での赤外吸収スペク
トル変化を示す図。
【図９】実施例における各処理工程での赤外吸収スペク
トル変化を示す図。
フロントページの続き (72)発明者 申 大▲堤▼ 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 小松 由希 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−32410（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−119307（ＪＰ，Ａ) 国際公開93／2472（ＷＯ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/312 G02F 1/1333 505 H01L 21/768

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン酸化膜を形成するに際して、下
    地上にポリシラザンを塗布し、得られたポリシラザン膜
    を第一の熱処理又は紫外線照射に付して親水化し、この
    ポリシラザン膜を次いで水洗し又は水に浸漬することに
    より吸水処理し、続いて第二の熱処理に付してＳｉ−Ｎ
    結合をＳｉＯ 2 に変換することにより前記ポリシラザン
    膜をシリコン酸化膜に変成し、得られたシリコン酸化膜
    上に上層の配線を形成することを特徴とするシリコン酸
    化膜の形成方法。
  2. 【請求項２】 前記第一の熱処理が３００℃以上の温度
    で行われる、請求項１記載のシリコン酸化膜の形成方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第二の熱処理が３５０℃以上の温度
    で行われる、請求項１または２記載のシリコン酸化膜の
    形成方法 。
  4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載のシリコン酸
    化膜の形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程を
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１、２又は３に記載のシリコン酸
    化膜の形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程を
    含むことを特徴とするフラットディスプレイ装置の製造
    方法。
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