JP3391575B2 - 多層ｓｏｇ膜の硬化方法 - Google Patents
多層ｓｏｇ膜の硬化方法Info
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Description
で用いられるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜
形成するためのＳＯＧ膜の硬化方法に関する。
面の平坦化あるいは層間絶縁等に、ＳＯＧ膜が用いられ
る。
ず、シラノールを酢酸メチルなどの有機溶媒に溶かして
おき、この溶液をウエハ表面に回転塗布する。その後、
塗布膜を、約８０〜２２０℃でベーキングして半硬化さ
せ、次いで４００℃以上で再加熱して硬化させる。ま
た、ＳＯＧ膜の硬化工程の時間を短縮し、比較的低温で
行うものとして、塗布膜に、オゾン存在下で波長が４０
０ｎｍ以下の紫外線を照射して硬化する技術が開発され
ている（特開平１−２４８５２８号公報）。
の硬化方法では、パターンの微細化に伴って発生した配
線パターン間の微小な隙間部分（例えば、スペース０．
６μｍ以下）に形成されたＳＯＧ膜の硬化が充分に行わ
れないという問題がある。このように硬化が不十分なＳ
ＯＧ膜は、例えば、その後のフッ酸を含む洗浄液での洗
浄工程で取り除かれてしまい、平坦化が充分に行われな
い部分が形成されるので、ＳＯＧ膜上の上層配線が断線
する等の不良が発生する。そして、これは半導体装置の
歩留まりおよび信頼性を低下させ、大きな問題となる。
また、オゾン存在下紫外線を照射しながら硬化する方法
では従来より比較的低温の３００〜４００℃程度で硬化
できるものの、ＳＯＧ膜を完全に硬化しようとすると変
質してしまうという問題がある。
線が密な場所や段差が大きな場所ではＳＯＧ膜が厚く形
成されるため、残存水分や溶媒が多く含まれ、かつ吸湿
も進みやすい。この場合、ＳＯＧ膜形成以降の工程で、
残存有機物の分解および吸湿による膜質劣化が発生し、
上層、下層およびＳＯＧ膜自身の膜応力によりクラック
が発生する。よって、配線間絶縁不良、クラックからの
脱ガスによるメタル配線腐食が発生するという問題があ
る。
密にパターニングされた配線を被覆するように多層に形
成されるＳＯＧ膜を十分にかつ効果的に硬化することが
できる多層ＳＯＧ膜の硬化方法を提供することにある。
発明の第１の態様は、配線層、絶縁層およびＳＯＧ膜を
複数積層した半導体装置における多層ＳＯＧ膜の硬化方
法において、塗布したＳＯＧ膜を予備熱処理して半硬化
する工程と、予備熱処理したＳＯＧ膜にオゾン存在下で
紫外線を照射してその上層部を改質する工程と、改質し
たＳＯＧ膜を本熱処理して当該ＳＯＧ膜を硬化する工程
とを含むことを特徴とする多層ＳＯＧ膜の硬化方法にあ
る。
と、この前熱処理より温度の高い後熱処理とからなり、
具体的には前熱処理は４００〜４５０℃の温度下で、後
熱処理は７００〜１０００℃の温度下で行われる。
は、７０〜３００℃の温度下で行われる。
に溶媒や水分が一部残存した状態で硬化（半硬化）する
ことをいう。
射して上層部を改質する（オゾン／紫外線処理という）
とは、半硬化したＳＯＧ膜の上層部のＯ−Ｈ結合、Ｓｉ
−ＯＨ結合および残留有機物の化学結合を切断除去する
ことにより改質することをいう。このオゾン／紫外線処
理は３００℃以上で行うとＳＯＧ膜が完全に硬化しかつ
変質してしまうのでそれより低い温度、好ましくは７０
〜３００℃、より好ましくは１００〜２５０℃の温度で
行うのがよい。なお、オゾン濃度および紫外線の強度
は、上述した作用が得られる範囲で適宜選択すればよ
い。
外線処理したＳＯＧ膜を完全に硬化させるための処理で
あり、完全に硬化するような条件であればよい。この本
熱処理は、例えば、大気圧下、窒素あるいは酸素雰囲気
中、４００℃〜１０００℃の範囲で１０〜６０分程度行
えばよい。この本熱処理は、条件が緩やかな前熱処理
と、条件がそれより厳しい後熱処理とに分けて行うのが
好ましい。前熱処理および後熱処理は、別の加熱炉を用
いて別工程としてもよいが、同一の加熱炉で連続的に行
ってもよい。
例を表１に示す。
外線処理することにより、ラジカル酸素でＳＯＧ膜上層
部のＯ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合等を切断して改質し、
かつこれを本熱処理で硬化することにより、微細な間隙
のＳＯＧ膜も十分に硬化できる。また、本熱処理は、は
じめは緩やかな条件で行うと、さらに十分な硬化が行え
る。
る模式的断面図である。
常の技術で、熱酸化膜からなる絶縁膜２を形成し、この
絶縁膜２上に、通常の技術により、リンドープポリシリ
コン（Ｐｏｌｙ Ｓｉ）で形成され、密にパターニング
された配線３を形成し、さらに、通常技術により、配線
３上にリンドープシリコン酸化膜であるＰＳＧ（Ｐｈｏ
ｓｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）からなる第１
絶縁膜４を形成する（図１(a) ）。ここで配線３のパタ
ーン間隔の密な部分は、０．１μｍ〜０．６μｍ程度で
ある。
るＯＣＤ−ＴＹＰＥ２（東京応化工業（株）製）をスピ
ンコートしてＳＯＧ塗布膜５Ａを形成し（図１(b) ）、
直ちに、ＳＯＧ塗布膜５Ａに予備加熱処理を施してＳＯ
Ｇ半硬化膜５Ｂとする（図１(c) ）。ここで、予備加
熱は、大気圧下、８０℃で、４分間実施した。
℃に保持しながら、オゾン存在下で紫外線を照射し、Ｓ
ＯＧ改質膜５Ｃを得た（図１(d) ）。ここで、オゾン濃
度は１０５ｍｇ／ｍ3 とし、紫外線照射は、４００ｎｍ
以下の波長の光を、照射強度１３０Ｗ／ｃｍ2 で、１．
５分間行った。これにより、ＳＯＧ半硬化膜５Ｂは、照
射されたラジカル酸素により、その上層部（表面近傍）
が、Ｏ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＯＨ結合および残留有機物の化
学結合が切断除去されることにより改質され、ＳＯＧ改
質膜５Ｃとなる。
処理を施し、ＳＯＧ膜５とした（図１(e) ）。本実施例
ではこの本熱処理を、ＳＯＧ改質膜５Ｃの内部を徐々に
硬化させる前熱処理と、その後完全に硬化させる後熱処
理とに分けて行った。ここで、前熱処理は、大気圧下、
４００℃で３０分間、後熱処理は、大気圧下、８００
℃、１０分間の条件で行った。
によりアルミニウムで形成され、密にパターニングされ
た第２配線６を形成し、さらに、通常技術により第２配
線６上にプラズマ酸化膜からなる第２絶縁膜７を形成し
た（図１(f) ）。ここで、第２配線６のパターン間隔の
密な部分は、０．１μｍ〜０．６μｍ程度である。
ＳＯＧ膜５と同様な要領で、予備加熱処理、オゾン／紫
外線処理、本熱処理にて形成した（図１(f) ）。なお、
ここでの本熱処理は、後熱処理を省いて前熱処理のみと
し、４２０℃で、３０分とした。
膜からなる第３絶縁膜９を形成した（図１(f) ）。
含むものであるため、第２ＳＯＧ膜８の本熱処理を前処
理のみで行ったが、第２配線６を、例えばポリシリコン
などの金属を含まない層で形成した場合には、第２ＳＯ
Ｇ膜８の本熱処理は前熱処理および後熱処理で行う。
置の、密にパターニングされた配線間の断面形状を、Ｓ
ＥＭ（走査電子顕微鏡；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察およびＦＩＢ（Ｆ
ｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）観察で評価したとこ
ろ、ＳＯＧ膜は十分に硬化されていた。
に半導体装置を製造して同様に評価したところ、予備加
熱およびオゾン／紫外線処理は、それぞれ２００℃以下
で行い、かつオゾン／紫外線照射を１．５分以上とする
と、０．１μｍ程度の間隔で密にパターニングされた配
線間のＳＯＧ膜も十分に硬化されていることが確認され
た。また、本熱処理は、上述した実施例と同様に前熱処
理および後熱処理によって行った方が顕著な効果が得ら
れることが確認された。
験の例を示す。ここで、実施例２および比較例１〜７
は、上述した実施例１と同様に行ったものである。な
お、表２に示すエッチングレイトは、ＳＯＧ膜を十分に
硬化するという本発明の効果を間接的に確かめるもの
で、平坦部に形成したＳＯＧ膜のエッチング性で硬化の
度合いを評価するものである。この結果より、本発明の
範囲で行った実施例２のＳＯＧ膜だけが十分に硬化され
ているのがわかる。
膜を予備熱処理した後、オゾン／紫外線処理し、その後
本熱処理するので、微細にパターニングされた配線間の
ＳＯＧ膜も十分にかつ効果的に硬化できるという効果を
奏する。
示す模式的断面図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 配線層、絶縁層およびＳＯＧ膜を複数積
層した半導体装置における多層ＳＯＧ膜の硬化方法にお
いて、塗布したＳＯＧ膜を予備熱処理して半硬化する工
程と、予備熱処理したＳＯＧ膜にオゾン存在下で紫外線
を照射してその上層部を改質する工程と、改質したＳＯ
Ｇ膜を比較的緩やかな前熱処理と、この前熱処理より温
度の高い後熱処理とからなる本熱処理して当該ＳＯＧ膜
を硬化する工程とを含むことを特徴とする多層ＳＯＧ膜
の硬化方法。 - 【請求項２】 前記本熱処理工程において、前熱処理を
４００〜４５０℃の温度下で、後熱処理を７００〜１０
００℃の温度下で行う請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記オゾン存在下で紫外線を照射する工
程を、７０〜３００℃の温度下で行う請求項１に記載の
方法。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26570694A JP3391575B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 多層ｓｏｇ膜の硬化方法 |
Publications (2)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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