JP3158288B2 - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents
絶縁膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の絶縁膜の
形成方法に関し、特に表面が平坦な絶縁膜の形成方法に
関するものである。
形成方法に関し、特に表面が平坦な絶縁膜の形成方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化にともなって、多
層配線を行う必要が生じている。このため、ゲートと配
線との間または下層配線と上層配線との間等に形成する
絶縁膜の表面は平坦に形成することが要求される。上記
絶縁膜の表面を平坦に形成する技術としては、（１）オ
ゾン−ホウ素リンシリケートガラス（Ｏ3 −ＢＰＳＧ）
を形成した後にリフローを行う方法、（２）減圧下にお
ける化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により絶縁膜を堆積
して、その後エッチバックにより堆積した絶縁膜の表面
を平坦化する方法、または（３）減圧ＣＶＤ法により絶
縁膜を堆積し、その後ＳＯＧ（Spin On Glass ）を塗
布する方法等がある。特に上記（３）の方法は、他の二
つの方法と比較して、段差と段差との間隔が広い場合に
も比較的良好な平坦性を有する絶縁膜が得られる。
層配線を行う必要が生じている。このため、ゲートと配
線との間または下層配線と上層配線との間等に形成する
絶縁膜の表面は平坦に形成することが要求される。上記
絶縁膜の表面を平坦に形成する技術としては、（１）オ
ゾン−ホウ素リンシリケートガラス（Ｏ3 −ＢＰＳＧ）
を形成した後にリフローを行う方法、（２）減圧下にお
ける化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により絶縁膜を堆積
して、その後エッチバックにより堆積した絶縁膜の表面
を平坦化する方法、または（３）減圧ＣＶＤ法により絶
縁膜を堆積し、その後ＳＯＧ（Spin On Glass ）を塗
布する方法等がある。特に上記（３）の方法は、他の二
つの方法と比較して、段差と段差との間隔が広い場合に
も比較的良好な平坦性を有する絶縁膜が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術中で説明した（３）の方法により平坦性に優れ
た絶縁膜を形成するには、ＳＯＧを厚く塗布しなければ
ならない。通常、ＳＯＧには、金属アルコキシド（例え
ばテトラエトキシシラン）とアルコール（例えばエチル
アルコール）とによりなる無機ＳＯＧを用いる。この無
機ＳＯＧを一度の塗布によって厚く形成し、その後加熱
処理により塗布した無機ＳＯＧを固化した場合には、加
熱処理によって、初めにエチルアルコール（大気圧状態
での沸点が６５℃）が蒸発し、次に大気中より吸収した
水（大気圧状態での沸点が１００℃）が蒸発する。この
ように、表面張力が大きい水（表面張力の値が７２．８
×１０-3Ｎ／ｍ）が最後に蒸発するので、無機ＳＯＧよ
りなる膜の表層には大きな収縮力が働く。このとき無機
ＳＯＧよりなる膜の内部には収縮力が働かないので、表
層は内部より引っ張られて引張応力を受ける。この引張
応力が大きい場合には表層にクラックを生じる。このた
め、無機ＳＯＧの一度塗りによってクラックを発生しな
い厚い絶縁膜を形成することは困難である。
来の技術中で説明した（３）の方法により平坦性に優れ
た絶縁膜を形成するには、ＳＯＧを厚く塗布しなければ
ならない。通常、ＳＯＧには、金属アルコキシド（例え
ばテトラエトキシシラン）とアルコール（例えばエチル
アルコール）とによりなる無機ＳＯＧを用いる。この無
機ＳＯＧを一度の塗布によって厚く形成し、その後加熱
処理により塗布した無機ＳＯＧを固化した場合には、加
熱処理によって、初めにエチルアルコール（大気圧状態
での沸点が６５℃）が蒸発し、次に大気中より吸収した
水（大気圧状態での沸点が１００℃）が蒸発する。この
ように、表面張力が大きい水（表面張力の値が７２．８
×１０-3Ｎ／ｍ）が最後に蒸発するので、無機ＳＯＧよ
りなる膜の表層には大きな収縮力が働く。このとき無機
ＳＯＧよりなる膜の内部には収縮力が働かないので、表
層は内部より引っ張られて引張応力を受ける。この引張
応力が大きい場合には表層にクラックを生じる。このた
め、無機ＳＯＧの一度塗りによってクラックを発生しな
い厚い絶縁膜を形成することは困難である。
【０００４】そこでクラックを生じることなく平坦性に
優れた絶縁膜を無機ＳＯＧ膜で形成するには、無機ＳＯ
Ｇを薄く塗布して固化する工程を繰り返す、いわゆる２
度塗りまたは３度塗りを行う必要がある。このため、工
程が複雑になるので、絶縁膜を形成するのに時間とコス
トがかかる。
優れた絶縁膜を無機ＳＯＧ膜で形成するには、無機ＳＯ
Ｇを薄く塗布して固化する工程を繰り返す、いわゆる２
度塗りまたは３度塗りを行う必要がある。このため、工
程が複雑になるので、絶縁膜を形成するのに時間とコス
トがかかる。
【０００５】本発明は、クラックを発生しない平坦性に
優れた厚い絶縁膜を、１回の塗布工程のみで容易に形成
する絶縁膜の形成方法を提供することを目的とする。
優れた厚い絶縁膜を、１回の塗布工程のみで容易に形成
する絶縁膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた絶縁膜の形成方法である。すなわ
ち、段差を有する基板の段差側の面に、アルコールと水
とに相溶性を有しかつ水よりも沸点が高くて表面張力の
値が４０×１０-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属アルコキシド
とアルコールとよりなる溶液を当該溶液の表面がほぼ平
坦になる状態に塗布する塗布工程と、前記塗布した溶液
中に前記溶質を残した状態にして前記アルコールと水と
を選択的に蒸発させる第１の加熱処理工程と、前記第１
の加熱処理工程後に前記溶質を蒸発させることで前記塗
布した溶液を固化して絶縁膜を形成する第２の加熱処理
工程とを備えている。
成するためになされた絶縁膜の形成方法である。すなわ
ち、段差を有する基板の段差側の面に、アルコールと水
とに相溶性を有しかつ水よりも沸点が高くて表面張力の
値が４０×１０-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属アルコキシド
とアルコールとよりなる溶液を当該溶液の表面がほぼ平
坦になる状態に塗布する塗布工程と、前記塗布した溶液
中に前記溶質を残した状態にして前記アルコールと水と
を選択的に蒸発させる第１の加熱処理工程と、前記第１
の加熱処理工程後に前記溶質を蒸発させることで前記塗
布した溶液を固化して絶縁膜を形成する第２の加熱処理
工程とを備えている。
【０００７】
【作用】上記絶縁膜の形成方法では、アルコールと水と
に相溶性を有しかつ水よりも沸点が高くて表面張力の値
が４０×１０-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属アルコキシドと
アルコールとよりなる溶液を塗布する。このため、塗布
した溶液が大気中の水分を吸収して、金属アルコキシド
が加水分解して重合する。そして塗布した溶液は湿潤ゲ
ル化する。この湿潤ゲル化した溶液が加熱処理によって
固化するには、第１の加熱処理工程で、塗布した溶液中
に添加した溶質を残した状態で、初めにアルコールが蒸
発し、次に吸収した水が蒸発する。そして第２の加熱処
理工程で、添加した溶質が蒸発して、湿潤ゲル化した溶
液は乾燥ゲル化して固化する。したがって、水が蒸発す
るときには、塗布した溶液中に添加した溶質が残ってい
るので、塗布した溶液は湿潤ゲル化した状態になってい
る。このため塗布した溶液の表層に水の表面張力による
収縮力は働かない。したがって、湿潤ゲル化した溶液の
表層にクラックは生じない。また添加した溶質が蒸発す
るときには添加した溶質の表面張力の値が４０×１０-3
Ｎ／ｍ以下なので、湿潤ゲル化した溶液の表層に作用す
る表面張力は小さい。このため湿潤ゲル化した溶液の表
層に作用する収縮力も小さい。このため加熱処理によっ
て、湿潤ゲル化した溶液が固化してなる絶縁膜には、ク
ラックは生じない。
に相溶性を有しかつ水よりも沸点が高くて表面張力の値
が４０×１０-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属アルコキシドと
アルコールとよりなる溶液を塗布する。このため、塗布
した溶液が大気中の水分を吸収して、金属アルコキシド
が加水分解して重合する。そして塗布した溶液は湿潤ゲ
ル化する。この湿潤ゲル化した溶液が加熱処理によって
固化するには、第１の加熱処理工程で、塗布した溶液中
に添加した溶質を残した状態で、初めにアルコールが蒸
発し、次に吸収した水が蒸発する。そして第２の加熱処
理工程で、添加した溶質が蒸発して、湿潤ゲル化した溶
液は乾燥ゲル化して固化する。したがって、水が蒸発す
るときには、塗布した溶液中に添加した溶質が残ってい
るので、塗布した溶液は湿潤ゲル化した状態になってい
る。このため塗布した溶液の表層に水の表面張力による
収縮力は働かない。したがって、湿潤ゲル化した溶液の
表層にクラックは生じない。また添加した溶質が蒸発す
るときには添加した溶質の表面張力の値が４０×１０-3
Ｎ／ｍ以下なので、湿潤ゲル化した溶液の表層に作用す
る表面張力は小さい。このため湿潤ゲル化した溶液の表
層に作用する収縮力も小さい。このため加熱処理によっ
て、湿潤ゲル化した溶液が固化してなる絶縁膜には、ク
ラックは生じない。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例を図１に示す形成工程図によ
り説明する。図では一例として、ゲート電極上の層間絶
縁膜を形成する場合を説明する。図１の（１）に示すよ
うに、素子分離領域１１を設けた半導体ウエハ１２上に
は複数のゲート電極１３を形成する。通常、低圧ＣＶＤ
により各ゲート電極１３を覆う状態に酸化シリコン膜
（または窒化シリコン膜）１４を堆積した後、プラズマ
ＣＶＤにより酸化シリコン膜〔またはリンシリケートガ
ラス（ＰＳＧ）膜〕１５を形成する。上記の如くに形成
した基板１６にはゲート電極１３の両側に大きな段差を
生じる。
り説明する。図では一例として、ゲート電極上の層間絶
縁膜を形成する場合を説明する。図１の（１）に示すよ
うに、素子分離領域１１を設けた半導体ウエハ１２上に
は複数のゲート電極１３を形成する。通常、低圧ＣＶＤ
により各ゲート電極１３を覆う状態に酸化シリコン膜
（または窒化シリコン膜）１４を堆積した後、プラズマ
ＣＶＤにより酸化シリコン膜〔またはリンシリケートガ
ラス（ＰＳＧ）膜〕１５を形成する。上記の如くに形成
した基板１６にはゲート電極１３の両側に大きな段差を
生じる。
【０００９】次いで図１の（２）に示すように、まず塗
布工程を行う。この工程では、通常の回転塗布により、
酸化シリコン膜１５の上面を覆ってかつ表面がほぼ平坦
になる状態に溶液１７を塗布する。上記溶液１７には、
アルコール（例えばエチルアルコール）に金属アルコキ
シド（例えばテトラエトキシシラン）を５ｗｔ％添加
し、さらにエチルアルコールと水とに相溶性を有しかつ
水よりも沸点が高くて表面張力の値が４０×１０-3Ｎ／
ｍ以下の溶質としてジメチルホルムアミド（沸点が１５
３℃，表面張力が３６．８×１０-3Ｎ／ｍ）を０．５ｗ
ｔ％添加したものを用いる。上記塗布した溶液１７は大
気中の水分を通常０．５ｗｔ％程度吸収する。
布工程を行う。この工程では、通常の回転塗布により、
酸化シリコン膜１５の上面を覆ってかつ表面がほぼ平坦
になる状態に溶液１７を塗布する。上記溶液１７には、
アルコール（例えばエチルアルコール）に金属アルコキ
シド（例えばテトラエトキシシラン）を５ｗｔ％添加
し、さらにエチルアルコールと水とに相溶性を有しかつ
水よりも沸点が高くて表面張力の値が４０×１０-3Ｎ／
ｍ以下の溶質としてジメチルホルムアミド（沸点が１５
３℃，表面張力が３６．８×１０-3Ｎ／ｍ）を０．５ｗ
ｔ％添加したものを用いる。上記塗布した溶液１７は大
気中の水分を通常０．５ｗｔ％程度吸収する。
【００１０】その後図１の（３）に示すように、加熱処
理工程を行う。この工程では、塗布した溶液１７中のテ
トラエトキシシランと吸収した水とが反応し、テトラエ
トキシシランが加水分解して重合し、塗布した溶液１７
は湿潤ゲル化する。そして、塗布した溶液１７中のエチ
ルアルコール（沸点が６５℃），水（沸点が１００
℃），ジメチルホルムアミド（沸点が１５３℃）を順に
蒸発させて、湿潤ゲル化した溶液１７を固化する。その
結果、表面がほぼ平坦化された絶縁膜１８が形成され
る。上記加熱処理の一例としては、塗布した溶液１７中
のジメチルホルムアミドを残した状態でエチルアルコー
ルと水とを選択的に蒸発させるために１３０℃で１５分
間の第１の加熱処理工程を行い、その後ジメチルホルム
アミドを蒸発させるために１８０℃で１５分間の第２の
加熱処理工程を行う。
理工程を行う。この工程では、塗布した溶液１７中のテ
トラエトキシシランと吸収した水とが反応し、テトラエ
トキシシランが加水分解して重合し、塗布した溶液１７
は湿潤ゲル化する。そして、塗布した溶液１７中のエチ
ルアルコール（沸点が６５℃），水（沸点が１００
℃），ジメチルホルムアミド（沸点が１５３℃）を順に
蒸発させて、湿潤ゲル化した溶液１７を固化する。その
結果、表面がほぼ平坦化された絶縁膜１８が形成され
る。上記加熱処理の一例としては、塗布した溶液１７中
のジメチルホルムアミドを残した状態でエチルアルコー
ルと水とを選択的に蒸発させるために１３０℃で１５分
間の第１の加熱処理工程を行い、その後ジメチルホルム
アミドを蒸発させるために１８０℃で１５分間の第２の
加熱処理工程を行う。
【００１１】上記方法では、エチルアルコールが蒸発す
るときには塗布した溶液１７中に水とジメチルホルムア
ミドが残っている。また水が蒸発するときには塗布した
溶液１７中にジメチルホルムアミドが残っているので、
塗布した溶液１７は湿潤ゲル状態になっている。そして
ジメチルホルムアミドが蒸発して、湿潤ゲル状態の溶液
１７が固化するときには、蒸発するジメチルホルムアミ
ドの表面張力の値（３６．８×１０-3Ｎ／ｍ）が水の表
面張力の値のおよそ半分なので、湿潤ゲル状態の溶液１
７の表面には大きな収縮力が働かない。よって、形成さ
れる絶縁膜１８にはクラックが生じない。また溶液１７
を厚く塗布することができるので、段差と別の段差との
間隔が長い領域上にも平坦もしくはほぼ平坦な絶縁膜１
８を形成することができる。
るときには塗布した溶液１７中に水とジメチルホルムア
ミドが残っている。また水が蒸発するときには塗布した
溶液１７中にジメチルホルムアミドが残っているので、
塗布した溶液１７は湿潤ゲル状態になっている。そして
ジメチルホルムアミドが蒸発して、湿潤ゲル状態の溶液
１７が固化するときには、蒸発するジメチルホルムアミ
ドの表面張力の値（３６．８×１０-3Ｎ／ｍ）が水の表
面張力の値のおよそ半分なので、湿潤ゲル状態の溶液１
７の表面には大きな収縮力が働かない。よって、形成さ
れる絶縁膜１８にはクラックが生じない。また溶液１７
を厚く塗布することができるので、段差と別の段差との
間隔が長い領域上にも平坦もしくはほぼ平坦な絶縁膜１
８を形成することができる。
【００１２】上記実施例では、ジメチルホルムアミドを
用いたが、ジメチルホルムアミドの代わりに酢酸を０．
１％ないし５％の範囲内で適宜添加することも可能であ
る。また金属アルコキシドにシリコン系アルコキシドの
テトラエトキシシランを用いたが、他のシリコン系アル
コキシド（例えばテトラメトキシシラン），アルミニウ
ム系アルコキシドまたはゲルマニウム系アルコキシド等
を用いてもよい。上記金属アルコキシドの添加量は、ア
ルコールに対して３ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の範囲で
適宜選択される。そして添加量が多い場合には溶液１７
の粘度が高くなり、少ない場合には溶液１７の粘度が低
くなるので、金属アルコキシドの添加量は絶縁膜１８の
膜厚に応じて決定される。さらにアルコールとして、エ
チルアルコールの他に金属アルコキシドと水とが共に溶
けるメチルアルコール，ブチルアルコールまたはイソプ
ロピルアルコール等を用いることも可能である。
用いたが、ジメチルホルムアミドの代わりに酢酸を０．
１％ないし５％の範囲内で適宜添加することも可能であ
る。また金属アルコキシドにシリコン系アルコキシドの
テトラエトキシシランを用いたが、他のシリコン系アル
コキシド（例えばテトラメトキシシラン），アルミニウ
ム系アルコキシドまたはゲルマニウム系アルコキシド等
を用いてもよい。上記金属アルコキシドの添加量は、ア
ルコールに対して３ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の範囲で
適宜選択される。そして添加量が多い場合には溶液１７
の粘度が高くなり、少ない場合には溶液１７の粘度が低
くなるので、金属アルコキシドの添加量は絶縁膜１８の
膜厚に応じて決定される。さらにアルコールとして、エ
チルアルコールの他に金属アルコキシドと水とが共に溶
けるメチルアルコール，ブチルアルコールまたはイソプ
ロピルアルコール等を用いることも可能である。
【００１３】また溶液１７を塗布する前にシリコン酸化
膜１４，１５を形成しないで、直接半導体ウエハ１２上
に溶液１７を塗布し、その後加熱処理を行って絶縁膜１
８を形成することも可能である。さらに上記絶縁膜１８
は多層配線の層間絶縁膜として用いることも可能であ
る。
膜１４，１５を形成しないで、直接半導体ウエハ１２上
に溶液１７を塗布し、その後加熱処理を行って絶縁膜１
８を形成することも可能である。さらに上記絶縁膜１８
は多層配線の層間絶縁膜として用いることも可能であ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
絶縁膜を形成するのに、アルコールと水とに相溶性を有
しかつ水よりも沸点が高くて表面張力の値が４０×１０
-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属アルコキシドとアルコールと
よりなる溶液を用い、第１の加熱処理工程で選択的にア
ルコールと水とを蒸発させた後に第２の加熱処理工程を
行って溶液中に残っている溶質を蒸発させるので、溶液
より最後に蒸発する物質は表面張力の値が小さい溶質に
なる。そのため、絶縁膜の表層は溶質の蒸発によって生
じる収縮力の影響をほとんど受けない。この結果、絶縁
膜にクラックは発生しない。よって、膜厚が厚く平坦性
に優れた絶縁膜を一度の塗布工程と第１、第２の加熱処
理工程とで形成できるので、絶縁膜を形成するのにかか
る時間とコストとが低減できる。
絶縁膜を形成するのに、アルコールと水とに相溶性を有
しかつ水よりも沸点が高くて表面張力の値が４０×１０
-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属アルコキシドとアルコールと
よりなる溶液を用い、第１の加熱処理工程で選択的にア
ルコールと水とを蒸発させた後に第２の加熱処理工程を
行って溶液中に残っている溶質を蒸発させるので、溶液
より最後に蒸発する物質は表面張力の値が小さい溶質に
なる。そのため、絶縁膜の表層は溶質の蒸発によって生
じる収縮力の影響をほとんど受けない。この結果、絶縁
膜にクラックは発生しない。よって、膜厚が厚く平坦性
に優れた絶縁膜を一度の塗布工程と第１、第２の加熱処
理工程とで形成できるので、絶縁膜を形成するのにかか
る時間とコストとが低減できる。
【図１】実施例の絶縁膜の形成工程図である。
１６ 基板 １７ 溶液 １８ 絶縁膜
Claims (1)
- 【請求項１】 段差を有する基板の段差側の面に、アル
コールと水とに相溶性を有しかつ水よりも沸点が高くて
表面張力の値が４０×１０-3Ｎ／ｍ以下の溶質と金属ア
ルコキシドとアルコールとよりなる溶液を当該溶液の表
面がほぼ平坦になる状態に塗布する塗布工程と、 前記塗布した溶液中に前記溶質を残した状態にして前記
アルコールと水とを選択的に蒸発させることにより湿潤
ゲルを得る第１の加熱処理工程と、 前記第１の加熱処理工程後に前記溶質を蒸発させること
で前記塗布した溶液を固化して絶縁膜を形成する第２の
加熱処理工程とを備えたことを特徴とする絶縁膜の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14258391A JP3158288B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14258391A JP3158288B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 絶縁膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342135A JPH04342135A (ja) | 1992-11-27 |
| JP3158288B2 true JP3158288B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=15318688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14258391A Expired - Fee Related JP3158288B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3158288B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8629055B2 (en) | 2007-03-29 | 2014-01-14 | Fujitsu Semiconductor Limited | Manufacturing method of semiconductor device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100044087A (ko) * | 2008-10-20 | 2010-04-29 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트용 전극 조성물, 이를 사용하여 제조된 전극 및 이차 전지 |
-
1991
- 1991-05-17 JP JP14258391A patent/JP3158288B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8629055B2 (en) | 2007-03-29 | 2014-01-14 | Fujitsu Semiconductor Limited | Manufacturing method of semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04342135A (ja) | 1992-11-27 |
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