JP3007498B2 - 塗膜形成方法 - Google Patents

塗膜形成方法

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JP3007498B2
JP3007498B2 JP4349776A JP34977692A JP3007498B2 JP 3007498 B2 JP3007498 B2 JP 3007498B2 JP 4349776 A JP4349776 A JP 4349776A JP 34977692 A JP34977692 A JP 34977692A JP 3007498 B2 JP3007498 B2 JP 3007498B2
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英也 小針
重美 藤山
弘樹 遠藤
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はSOG(Spin-On-Glas
s:珪素化合物を有機溶媒に溶解した溶液、及びこの溶
液を塗布・焼成することで形成される酸化珪素膜)等の
塗膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化、配線抵抗の
低減、配線レイアウトの自由度の増大更には処理速度の
高速化を図るため、図5に示すように半導体ウェハやガ
ラス基板100の表面にAl等からなる第1層目の配線
101を形成し、この第1層目の配線101上に絶縁膜
102を形成し、この絶縁膜102の上に第2層目の配
線103を形成し、これら第1層目101と第2層目の
配線103を絶縁膜102に形成したスルーホールを介
して接続するようにした多層配線構造がバイポーラデバ
イス等で行なわれている。
【0003】上述した絶縁膜102や第2層目の配線1
03はスパッタリングやCVD(化学蒸着)にて形成さ
れる。ここで、スパッタリングやCVDにあっては凸部
の側面に膜を形成しにくい特性があり、このため図5に
示すように第2層目の配線103に断線箇所が生じる等
の問題が生じる。
【0004】そこで、SOGを用いて平坦化する方法が
一般的に採用されている。この方法は先ず図6(a)に
示すように、半導体ウェハ100の表面にAl等からな
る第1層目の配線101を形成し、この第1層目の配線
101上にCVDによってヒロック防止膜(SiO2)1
04を形成し、このヒロック防止膜104上に回転塗布
装置にてSOG膜105を形成し、このSOG膜105
の上に前記と同様の絶縁膜102を形成し、次いで図6
(b)に示すようにエッチングによってスルーホール1
06を形成し、この後図6(c)に示すようにスパッタ
リング等によって第2層目の配線103を形成する。
【0005】上述したSOGによる平坦化を行なうこと
で、多層配線構造が可能になるが、スルーホール106
を形成すると、SOG膜105がスルーホール106の
一部に露出することになる。このようにSOG膜105
が露出した状態でスパッタリングを行なうと、スパッタ
リングは減圧雰囲気で行なうため、SOG膜105から
の脱ガスが発生し、この脱ガスによって図7に示すよう
に配線材料(Al)が付着していない接続不良箇所(Poi
soned Via)が生じやすい。
【0006】そこで、上記のSOGによる平坦化に加え
てエッチバックを行なう方法もある。このエッチバック
は図8(a)に示すように一旦絶縁膜102まで形成し
た後、エッチングによりヒロック防止膜104が露出す
る程度まで除去し、次いで、図8(b)に示すようにヒ
ロック防止膜104にスルーホール106を形成し、更
にスパッタリングにて第2層目の配線103を形成す
る。このようにすることで、スルーホール106にSO
G膜105が露出しないので、脱ガスが生じない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したようにSOG
膜を形成した後にエッチバックを行なえば、接続不良箇
所等のない多層配線構造を得ることができるが、エッチ
バック工程を付加しなければならず、またエッチバック
を行なうための装置を別途必要とする。また、一旦形成
したSOG膜を除去するのであるから材料的にも無駄が
生じる。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、回転カップ式の塗布装置を用いて半導体ウェハ
やガラス基板表面にSOG等の塗膜を形成するにあた
り、塗布装置のインナーカップ内の圧力が回転開始から
60秒以内で回転前より5Torr以上減圧、好ましく
は5〜30Torr減圧になるようにした。
【0009】
【作用】インナーカップの回転開始から60秒以内にイ
ンナーカップ内の圧力が例えば5〜30Torr減圧に
なるようにすることで、膜厚比(A/B)を0に近づけ
ることができる。ただし、Aは第1層目の配線表面から
の膜厚、Bは板状被処理物表面(配線のない部分)から
の膜厚である。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図1は本発明方法の実施に用いる回
転カップ式塗布装置の開状態の断面図、図2は同回転カ
ップ式塗布装置の閉状態の断面図である。
【0011】回転カップ式塗布装置はベースプレートに
固定した環状のアウターカップ1内にインナーカップ2
を配置し、このインナーカップ2をスピンナー装置3の
軸に取り付け、インナーカップ2を高速で回転せしめる
ようにしている。このインナーカップ2の底部中央には
板状被処理物としての半導体ウェハWを吸着固定する真
空チャック4を設け、インナーカップ2の側面にはアウ
ターカップに形成した回収通路5内に臨むドレインパイ
プ6を取り付けている。
【0012】前記アウターカップ1及びインナーカップ
2の上方にはアーム7を配置している。アーム7は直線
動、回転動、上下動或いはこれらを合成した動きが可能
で先端には下方に伸びる軸8を取り付け、この軸8には
ノズル孔9を穿設し、このノズル孔9をジョイント及び
アーム7内を通るホースを介してチッ素ガス供給源及び
洗浄液供給源につなげている。
【0013】また、前記軸8にはベアリング及び磁気シ
ールを介してボス部10を回転自在に嵌合し、このボス
部10にインナーカップ2の上面開口を閉塞するための
円板状をなすアルミニウム製の蓋体11を取り付けてい
る。また、この蓋体11の上方のアーム7の先端下面に
はアウターカップ1の上面開口を閉塞するための蓋体1
2を固着している。
【0014】蓋体12はアーム7の先端下面に取り付け
た筒体13の外周にリング状のスライド部材14を介し
て上下摺動自在に保持され、また蓋体12の内周縁には
テフロン製の軸受15を取り付け、この軸受15に筒体
13に植設したガイドポスト16を係合している。而し
て、図1に示すようにアーム7が上昇している場合に
は、蓋体12に形成した受け孔17に蓋体11に固着し
たピン18が係合して蓋体11の位置決めを行ない、ま
た図2に示すようにアーム7が降りて蓋体11,12が
それぞれインナーカップ2及びアウターカップ1の開口
を閉塞する場合には、蓋体12はガイドポスト16に沿
って上昇し、受け孔17からピン18が抜け出る。ま
た、蓋体11の下面にはビス19によってインナーカッ
プ2内の乱流を防止する整流板20を取り付けている。
【0015】以上において、半導体ウェハW表面にSO
G液を均一に塗布するには、カップ1,2の上面を開放
して真空チャック4上に固着している半導体ウェハWの
表面にSOG液を滴下し、次いで図1に示すようにイン
ナーカップ2及びアウターカップ1上にアーム7を回動
させて蓋体11、12を臨ませ、次いで図2に示すよう
に、アーム7を下降することで蓋体11によりインナー
カップ2の上面を閉塞し、蓋体12によりアウターカッ
プ1の上面開口を閉塞したならば、スピンナーによって
真空チャック4とインナーカップ2を一体的に回転せし
め、遠心力によりSOG液を半導体ウェハWの表面に塗
布する。
【0016】また、上記したようにインナーカップ2が
真空チャック4とともに高速回転すると、ドレインパイ
プ6からインナーカップ2内のガス(空気)が外部(回
収通路)に排出され、インナーカップ2内は減圧され
る。
【0017】ここで、本発明にあってはインナーカップ
2内の圧力は回転の開始後60秒以内に回転前より5T
orr以上減圧、好ましくは5〜30Torr減圧にな
るようにする。このような条件で塗布を行なえるように
するには、高速回転可能(1,000rpm以上)なス
ピンナーを用いなければならないが、これよりもインナ
ーカップ2の形状をできるだけ扁平にすることが重要で
ある。扁平形状にすることで、インナーカップ2内の容
積を小さくできるので、短時間のうちに所望の減圧とす
ることができ、且つ作用する遠心力を最大限に利用する
ことができる。また、回転前より30Torr以上減圧
するためには、更に構造を複雑にしなければならず好ま
しくない。
【0018】図3(a)は本発明方法を適用した半導体
ウェハWの断面図であり、半導体ウェハWの表面には第
1層目の配線21が形成され、この第1層目の配線21
上にCVDによってヒロック防止膜(SiO2)22が
形成され、このヒロック防止膜22の上に上記の塗布条
件によってSOG膜23が形成されている。ここで、A
を第1層目のヒロック防止膜22表面からのSOG膜2
3の膜厚、Bを配線21のない部分からのSOG膜23
の膜厚とすると、本発明方法によって形成されたSOG
膜23の膜厚比(A/B)は0に近いことが分る。本発
明の塗布条件下でSOG液を塗布すると、凹凸形状を有
するヒロック防止膜上の凸部に塗布されたSOG液は凹
部に移動し、凹部が埋まったら過剰のSOG液が、その
SOG液中の溶剤の揮発が十分でないために遠心力で振
り切られることにもなり、結果としてA/B≒0とな
る。
【0019】したがって、図3(b)に示すように、エ
ッチバックを行なうことなく、SOG膜23の上に低温
CVDで絶縁膜24を成長させ、エッチングによってス
ルーホール25を形成し、このスルーホール25を介し
てスパッタリング等によって形成した第2層目の配線2
6と第1層目の配線21とを接続して多層配線構造が完
成する。
【0020】図4は膜厚比(A/B)とインナーカップ
内の回転前と回転後60秒後における圧力差の関係を示
すグラフであり、回転前よりも5Torr以上減圧する
と、膜厚比(A/B)は限りなく0に近づくことが分
る。
【0021】尚、図4の結果を得るために用いたSOG
液はOCDType7(東京応化工業製)であり、このSO
G液の粘度は5cP以下とし、溶剤の沸点は200℃以
下とし、配線の高さは1μm、幅は1〜10μm、隣接
する配線との間隔は1〜10μmとした。このように粘
度を5cP以下とするのは、ヒロック防止膜の凸部から
凹部にSOG液が流れ込み易くなるからであり、沸点を
200℃以下とするのはインナーカップ内で溶剤飽和状
態を生成し易くするためである。
【0022】また、本発明方法の効果つまりエッチバッ
クが必要でない程度まで膜厚比(A/B)を小さくでき
る配線の高さは3μm以下、幅は0.3μm〜100μ
m、更に隣接する配線との間隔は0.3μm〜100μ
mである。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
回転カップ式の塗布装置を用いて半導体ウェハやガラス
基板表面にSOG等の塗膜を形成するにあたり、塗布装
置のインナーカップ内の圧力が塗布液を滴下した後に6
0秒以内で回転前よりも5〜30Torr減圧になるよ
うにしたので、膜厚比(A/B)を0に近づけることが
でき、エッチバック等の工程を省略して多層配線構造の
デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の実施に用いる回転カップ式塗布装
置の開状態の断面図
【図2】同回転カップ式塗布装置の閉状態の断面図
【図3】(a)は本発明方法によって塗膜を形成した板
状被処理物の断面図、(b)は(a)の工程に続いて多
層配線構造とした板状被処理物の断面図
【図4】膜厚比とインナーカップ内の回転前と回転後6
0秒後における圧力差との関係を示すグラフ
【図5】単純な多層配線構造とした場合の不利を説明し
た断面図
【図6】(a)はSOGを形成した状態の図、(b)は
(a)の工程に続いてスルーホールを形成した状態の
図、(c)は(b)の工程に続いて2層目の配線を形成
した状態の図
【図7】SOGからのガスによって接続不良を生じてい
る状態を示す図
【図8】(a)及び(b)はエッチバック法を説明した
【符号の説明】
1…アウターカップ、2…インナーカップ、4…真空チ
ャック、5…回収通路、6…ドレインパイプ、21…第
1層目の配線、22…ヒロック防止膜22、23…SO
G膜、24…絶縁膜、25…スルーホール、26…第2
層目の配線、W…板状被処理物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 弘樹 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東京応化工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−272130(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B05D 1/40 B05D 7/00 H01L 21/31 H05K 3/46

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アウターカップ内にスピンナーによって
    回転せしめられるインナーカップを配置し、このインナ
    ーカップ内に板状被処理物をセットし、この板状被処理
    物表面に塗布液を滴下し、インナーカップの回転によっ
    てインナーカップ内を減圧した状態で塗布液を遠心力に
    よって板状被処理物表面に拡散せしめるようにした塗膜
    形成方法において、前記塗布液は沸点が200℃以下の
    溶剤を用い、且つ塗布液の粘度は5cP以下とし、更に
    前記インナーカップ内の圧力は回転開始から60秒以内
    で回転前より5Torr以上減圧になるようにしたこと
    を特徴とする塗膜形成方法。
  2. 【請求項2】前記板状被処理物表面には配線が形成さ
    れ、この配線は高さが3μm以下で、幅は0.3μm乃
    至100μmで、更に隣接する配線との間隔は0.3μ
    m乃至100μmであることを特徴とする請求項1に記
    載の塗膜形成方法。
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