JPH0321023A - スピン・オン・ガラス膜の形成を含む製造法 - Google Patents

スピン・オン・ガラス膜の形成を含む製造法

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JPH0321023A
JPH0321023A JP2136887A JP13688790A JPH0321023A JP H0321023 A JPH0321023 A JP H0321023A JP 2136887 A JP2136887 A JP 2136887A JP 13688790 A JP13688790 A JP 13688790A JP H0321023 A JPH0321023 A JP H0321023A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、不活性化、すなわち、反射防止被覆や腐食
保護被覆(すなわち化学的#護被覆)として、半導体集
積回路,液晶,エレクトロクロミック表示またはエレク
トロルミネッセンス表示において有用なスピン・オン・
ガラスの誘電層の生戊、そのような層の製造法、および
1層以上のそのような層を備えた生産物に関する。
(従来の技術) スピン・オン・ガラス(SOG)は、集積回路のプレー
ナ化の目的のために使用できるものとして記載されてき
た。その固有の充填性とプレーナ化性のために、その使
用は、集積回路の寸法を小さくするときや、多重レベル
メタライゼーションが必要なときに、特に魅力的である
残念ながら、焼成されたSOGは、湿り空気中や水中で
は不安定であり、水を吸収してシラノール基(SiOH
)を形成する傾向があることが分かった。
SOGとその焼成法は、工一.シルツ(A. Shil
tz)著の「相互結合誘電体プレーナ化におけるスピン
・オン・ガラスの使用の効果J  (ADVANTAG
ES  OF  USING  SPIN一〇N−GL
ASS  LAYER  IN  INTERCONN
ECTION  DIEELECTRIC  PLAN
ARIZATION)と題する論文(Microele
ctronic  Engineering,5 (1
986)pp.413−421.Elsevier  
SciencePublishers  BV(Nor
th  Ho11and))と、二一.デー.ブザルス
(A.D.Butherus)等著の「プレーナ化のた
めの02プラズマ変換スピン・オン・ガラスJ  (O
PLASMA−CONVERTED  SPIN−ON
−GLASS  FOR  PLANARIZATIO
N)と題する論文(J.Vac.Sci.Techno
 l.B3 (5)pp.13521356,1985
午9月/10月)に記載されIこ。
ダブリュー.工一.プリスキン(W.A.P]iski
n)著の「種々の方法によって蒸着された誘電体膜の性
質の比較J  CCOMPAR I SON  OF 
 PROPERTIES  OF  DIELECTR
IC  FiLMS  DEPOSITED  BY 
 VARIOUS  METHODS)と題する論文(
J.Vac.Sc i.Techno1.14 (5)
pp.1065−1081.9月/10月1977年)
において、種々の誘電体薄膜におけるSiOHとH20
の戊分が記載された。
工−.タカマツ(A.Takama t su)等著の
「プラズマ酸化シリコン膜(P−SiO)の評価J  
(EVALUATIONS  OF  PLAS一】5 −16 MA  SILICON−OXIDE  FILM(P
−Sin))と題する論文(J.Electro.Ch
em.  Sac.  :Sol  id−State
Science  &  Technology,19
86年2月,pp.443−445)において、SiO
Hの存在と半導体装置の欠陥との関係が記載された。
(発明が解決しようとする課題) 明らかに、既知のSOG製造法は、SiOH,有機揮発
物、および、溶媒,アルコール,大有機金属分子および
大有機分子を含むH2Oを生産する。これが関連するの
は、SOGと接触しているメタライゼーション配線の腐
食、開口(v i a)の毒作用(poisoning
)を生じるメタライゼーションの間の脱ガス、脱ガスや
他のH2O,有機揮発物及びSiOHの効果による不良
付着、脱ガスに関連した圧力発生によるSOG上に蒸着
された膜のクラッキング,ピーリング及び剥げ落ち、S
OGとの誘電的組み合わせの低いブレークダウン電圧、
SOGとの誘電体結合の低いプレークダウン電圧、SO
Gとの損失のある誘電体結合、SOG内のH2OとSi
OHの存在による低密度誘電体、H20,有機揮発物及
びSiOHにより強調される加速寿命試験における破壊
の間の平均時間の減少、エッチバック法に用いるための
SOGのための条件、及び、SOGが必要な高品質誘電
体の戊分として使用できないという結果である。
SOGが半導体の表面をプレーナ化するために堆積され
た後で、エッチバック技法の使用が多重レベルプレーナ
化のために必要であり、凹部に最少のSOGのみを残す
ようにメタライゼーションの第1レベルのラインの上の
すべてのSOGを除去する。この結果、プロセスの制御
容易性が劣り、他のプロセスとの両立性が劣り、高価な
エッチパック装置の使用が必要になり、蒸着とエッチバ
ックに対する厳格な条件が必要になる。
水との接触は禁止される。湿った空気との接触は、イン
サイチュ(in−situ)な焼成サイクル、及び/又
は、湿気との接触の後の長い脱ガスサイクルの使用によ
り最少にされる。SiOH,有機揮発物及びH20の層
を除くには、非常に長い脱ガスサイクルの後でさえ若干
は残留するため、これは実際には十分でないことが分か
った。
残留したSiOH,有機揮発物及びH20は、開口を害
した。これは、この技法を大きな金属開口間隔に制限し
、従って、開口に隣接してのS○Gの使用は、小さい寸
法に関して実際に実用的でなかった。非常に長い背面ス
パッタステップと脱ガスステップが、吸収された水を脱
ガスするために必要であった。
実際、デバイスの信頼性が特に必要な用途(軍用など)
に対しては、半導体集積回路用にSOG技法を使用する
ことは禁止された。
+mレベルのメタライゼーションのための開口以外の場
所でのSOGと金属の接触を防止するために、SOG層
は、2つの誘電層の間のサンドインチに置かれて希望の
厚さの完威した誘電的組み合わせを形成することが必要
であった。
使用されるSOGの量は、最少にする必要があり、アス
ペクト比は、誘電体とSOGの良い組み合わせをどこで
も得るために調整された。
SOGは、通常は、30分から2時間の間の期間に30
0゜Cと450゜Cの間の温度で窒素,アルゴン,酸素
,水又はその他の形成ガス(f o rming  g
as)中で熱的に焼成された。処理のためのウェハの格
納、装入、取り出しが、乾燥した大気雰囲気中で必要で
あった。
シルツとブザルスの論文において、バレルリアクタ中で
酸素プラズマにより有機SOGを焼成することが記載さ
れていた。残念ながら、ブザルスの第3図の赤外吸収ス
ペクトルに示され,1354頁左欄の最後の5行に記載
され,さらに,シルツの第6図に示されたように、Si
OHとH20の意味のある量が、活性酸素原子/分子に
よるメチルーCH.結合の酸化の結果として、その方法
を用いて得られていた。さらに、SOGの濃縮化が、揮
発性酸化炭素化合物の生産によって起こり、この化合物
は気化された。しかし、水はまた副産物として形成され
、SOG内に保持されていることがわかった。
−19一 20 本発明の目的は、安定で信頼性のあるスピン・オン・ガ
ラスの製造法とそれによる生産物を提供することである
(課題を解決するための手段) 本発明に係る半導体基板の上への絶縁層の製造法は、半
導体基板(シリコンウエ/りの上にスピン・オン・ガラ
ス(SOG)膜を回転塗布する工程、大部分のSOG溶
液を除去するのに充分な高温でSOG膜を予備焼成(p
recure)する工程、および、SOG膜に隣接して
自己バイアスRF放電を示す種類のプラズマリアクタの
中のプラズマの中で、大部分のSiOH,有機揮発物お
よびH2OをSOG膜層から除去するのに充分な期間に
SOG膜を焼成(c u r e)する工程からなる。
本発明に係る他の基板の上への絶縁層の製造法は、シリ
コンウェハの上にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を
回転塗布する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な
高温でSOG膜を予備焼成する工程、予め決定された膜
厚を有するSOG膜を形成するために上記の工程を繰り
返すこと、および、作動中に大部分のSiOH,有機揮
発物およびH2OをSOG膜の層から除去するのに充分
な期間にSOG中に電界を生じる種類のプラズマリアク
タの中のプラズマの中でSOG膜を焼成する工程からな
る。
本発明に係る集積回路製造法は、プレーナ化されるべき
ウェハ表面にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を回転
塗布する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な高温
でSOG膜を予備焼成する工程、作動中に大部分のSi
OH,有機揮発物およびH20をSOG層から除去する
のに充分な期間にSOG中に電界を生じる種類のプラズ
マリアクタの中のプラズマの中で200℃から4000
Cの間の温度でSOG膜を焼成する工程、および、SO
Gの焼成層と直接接触するように集積回路の表面に電気
伝導層を設ける工程とからなる。
本発明に係る他の集積回路製造法は、プレーナ化される
べきウェハ表面にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を
回転塗布する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な
高温でSOG膜を予備焼成する工程、作動中に大部分の
SiOH,有機揮発物およびH20をSOG層から除去
するのに充分な期間にSOG中に電界を生じる種類のプ
ラズマリアクタの中のプラズマの中で200℃から40
0℃の間の温度でSOG膜を焼成する工程、このSOG
の表面にフォトレジストの層を設け、区画する工程、こ
の区画されたフォトレジストをとおして集積回路をエッ
チなどの処理を行う工程、02プラズマ中でフォトレジ
ストをドライストリッピングする工程、及び、フォトレ
ジストがストリップされるSOGの表面に金属層を設け
る工程とからなる。
本発明に係る別の集積回路製造法は、絶縁されるべき伝
導性材料の表面にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を
回転塗布する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な
高温でSOG膜を予備焼成する工程、作動中に大部分の
SiOH,有機揮発物およびH20をSOG層から除去
するのlこ充分な期間にSOG中に電界を生じる種類の
プラズマリアクタの中のプラズマの内でSOG膜を焼成
する工程、および、焼成されたSOG層の表面の上に直
接に電気伝導性の層を設ける工程からなることを特徴と
する。
本発明に係る他の集積回路製造法は、絶縁されるべき下
側伝導性材料の表面の上にスピン・オン・ガラス(SO
C)膜を直接に回転塗布する工程、大部分の溶液を除去
するのに充分な高温でSOG膜を予備焼成する工程、作
動中に大部分のSiOH,有機揮発物およびH,○をS
OG層から除去するのに充分な期間にSOG中に電界を
生じる種類のプラズマリアクタの中のプラズマの中で2
00℃から400℃の間の温度でSOG膜を焼成する工
程、焼成されたSOG層の表面にフォトレジスト層を設
ける工程、フォトレジストの表面をマスクを通して光に
さらしてフォトレジストを区画し、伝導体を位置決めす
るための領域からフォトレジストを洗い去る工程、フォ
トレジストと露出したSOG層との上に上側伝導性材料
の層を堆積する工程、および、残りのフォトレジストを
除23 24 去して、上記の伝導体が形成される工程とを有し、焼成
されたSOGIIIが下側伝導性材料と上側伝導性材料
との間に絶縁性層を形成する。
本発明に係る半導体集積回路は、SiOH,有機揮発物
およびH.Oを実質的に欠いているプラズマ焼成スピン
・オン・ガラス(SOG)層と、このSOG層と直接に
接触する回路のための金属伝導層とを有する。本発明に
係る別の半導体集積回路では、SOG層は、不活性化膜
,ブレーナ化膜,バッファ膜である。
本発明に係る液晶表示、エレクトロクロミック表示又は
エレクトロルミネッセンス表示は、StOH,有機揮発
物およびH20を実質的に欠いているプラズマ焼成スビ
ン・オン・ガラス(SOG)層によって保護のために被
覆された前面を有する。
本発明に係る透明媒体上の反射防止被覆および対象物の
ための腐食保護被覆(すなわち化学的保護被覆)は、S
iOH,有機揮発物およびH,0を実質的に欠いている
プラズマ焼成スピン・オン・ガラス層によって保護のた
めに被覆された前面を?する。
(作用および発明の効果) 本発明によれば、適当な条件の下に、スピン・オン・ガ
ラス(SOG)膜を回転塗布し、予備焼成し、プラズマ
リアクタの中のプラズマの中でSOG膜を焼成すること
により、処理の後で実質的にSiOH,有機揮発物およ
びH2Oが存在しないスピン・オン・ガラス(SOG)
膜が生産される。このSOG膜は、処理の後で湿った空
気中で、及び/又は、水中で非常に安定であることが分
かった。こうして、その後の工程が簡単化される。
安定性と、SiOH,有機揮発物およびH20を明らか
に生威しないこととにより、SOG膜がプラズマで焼成
されると、0■プラズマ中でドライフォトレジストスト
リップが可能になる。本発明により形成されたSOGが
開口と接触するところで、SiOH.有機揮発物および
H20による開口の毒作用が除去される。
この発明に係る方法で形成されたSOG膜は、処理の後
の膜への何らかの効果を認めうろことなく、かなりの長
期間に湿った空気中に貯蔵できる。
これは、従来法により形成されたSOGに必要な厳格な
制御と対照的である。
SOG膜内に電界(処理すべきウェハの表面の近くに広
がるRF放電の中のDC自己バイアスによって発生させ
られ得る)を生じるプラズマ中で焼成されたSOGは、
実質的にSiOH,有機揮発物およびH2Oを含まず、
SOG層を通して本当に焼成されることが分かった。さ
らに、このように焼成の前にH20にさらされ、これに
より若干の水を吸収したSOG層は、本発明による方法
を用いた引き統いての焼成の後で実質的にH20を含ま
ないことが分かった。SOG内に電界を生じる電気的効
果は、SOG焼成処理と不活性化処理において第1の重
要性がある。
従来技術で使用されたバレルプラズマリアクタは、処理
されたSOG膜内に充分な必要な電界を生じないことが
分かった。対照的に、平行板リアクタは、(プラズマ処
理において通常であるように、プラズマが大部分正であ
り、SOGを載せた基板が電極と電気的に接触している
ことを仮定して)必要な電界を生じさせる。
実際に、電界は、SOGの内部電界を増加するためにS
OG (基板を含む)に外部ACまたはDC分極電界を
印加することにより増大できる。
使用したガスの性質は本発明に本質的でなく、多くのガ
スが良い結果を生じることが分かった。
酸素プラズマガスが使用できるけれども、以下の例に参
照して説明される理由により、酸素プラズマガスは好ま
しいガスではない。
大きな満足な厚さのSOGがクランキングや付着損失な
しに得られ、焼成されたSOGを、プレナ化媒体として
だけでなく、誘電層それ自身として(すなわち、半導体
表面及び/又はその上の金属層と接触して)使用可能に
した。本発明により処理されたSOGの誘電的性質は、
SiOH,有機揮発物およびH20の減少のため、従来
技術に記載されたSOG層に比べて良い。さらに、本発
明により形成されたSOGと接触する金属ラインまたは
他の膜の水,有機揮発物,SiOHによ27 28 る腐食は、実質的に減少し、除去される。
開口の毒作用は、水,有機揮発物,SiOHの減少のた
めに減少し、SOGの上の膜の付着は、水,有機揮発物
,SiOHの減少または除去による脱ガス挙動の改善の
ために改善される。本発明により生産されたSOGの上
の膜クラッキングは、水,有機揮発物およびSiOHの
減少または除去による脱ガス挙動の改善のために最小に
なるかまたは除去される。デバイスの信頼性も、同じ理
由により改善される。
ここに記載されたプラズマ処理は、種々の種類のSOG
,例えばシロキサン,ケイ酸塩,ドープされたケイ酸塩
や他のスピン・オン(spin−on)材料に対して有
効である。
(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。
本発明の実施例は、半導体基板(シリコンウェハ)の上
にスピン・オン・ガラ.7 (SOG)膜を回転塗布す
る工程、大部分のSOG溶液を除去するのに充分な高温
でSOG膜を予備焼成(precure)する工程、お
よび、SOG膜に隣接して自己バイアスRF放電を示す
種類のプラズマリアクタの中のプラズマの中で、大部分
のSiOH、有機揮発物およびH20をSOG膜層から
除去するのに充分な期間にSOG膜を焼成(cure)
する工程からなる半導体基板の上への絶縁層の製造法で
ある。
本発明によれば、リアクタは、その操作中にSOG内に
電界を生じる種類のものでなければならない。
この効果を生じることが分かっているリアクタは、たと
えばアプライド・マテリアルズ社によって生産されたA
M− 3 0 0 0のような平行板プラズマリアクタ
である。
本発明に係る他の実施例は、シリコンウェハの上にスピ
ン・オン・ガラス(SOG)膜を回転塗布する工程、大
部分の溶液を除去するのに充分な高温でSOG膜を予a
SSする工程、予め決定された膜厚を有するSOGII
I(を形成するために上記の工程を繰り返すこと、およ
び、作動中に大部分のSiOH,有機揮発物およびH2
0をSOG膜の層から除去するのに充分な期間にSOG
中に電界を生じる種類のプラズマリアクタの中のプラズ
マの中でSOG膜を焼成する工程からなる基板の上への
絶縁層の製造法である。
本発明に係る他の実施例は、プレーナ化されるべきウェ
ハ表面にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を回転塗布
する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な高温でS
OG膜を予備焼成する工程、作動中に大部分のSiOH
,有機揮発物およびH20をSOG層から除去するのに
充分な期間にSOG中に電界を生じる種類のプラズマリ
アクタの中のプラズマの中で200℃から400℃の間
の温度でSOG膜を焼成する工程、および、SOGの焼
成層と直接接触するように集積回路の表面に電気伝導層
を設ける工程とからなる集積回路製造法である。
本発明に係る他の集積回路製造法は、プレーナ化される
べきウェハ表面にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を
回転塗布する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な
高温でSOG膜を予備焼成する工程、作動中に犬部分の
SiOH,有機揮発物およびH20をSOG層から除去
するのに充分な期間にSOG中に電界を生じる種類のプ
ラズマリアクタの中のプラズマの中で200℃から40
0℃の間の温度でSOG膜を焼成する工程、このSOG
の表面にフォトレジストの層を設け、区画する工程、こ
の区画されたフォトレジストをとおして集積回路をエッ
チなどの処理を行う工程、02プラズマ中でフォトレジ
ストをドライストリッピングする工程、及び、フォトレ
ジストがストリップされるSOGの表面に金属層を設け
る工程とからなる。
本発明に係る他の実施例は、絶縁されるべき伝導性材料
の表面にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を回転塗布
する工程、大部分の溶液を除去するのに充分な高温でS
OGIを予備焼成する工程、作動中に大部分のSin’
}{,有機揮発物およびH20をSOG層から除去する
のに充分な期間にSOG中に電界を生じる種類のプラズ
マリアクタの=31 一32 中のプラズマの中でSOG膜を焼成する工程、および、
焼成されたSOG層の表面の上に直接に電気伝導性の層
を設ける工程からなることを特徴とする集積回路製造法
である。この設けられた電気伝導性の層は、金属伝導体
であってもよく、さらに、金属伝導体にフォトレジスト
を塗布し、マスクを通して光に露出することによりフォ
トレジストを区画し、希望でない領域からフォトレジス
トを洗いだし、露出した金属伝導体をエッチし、残った
フォトレジストを除去し、集積回路の表面をクリーンに
し、SOG層と直接接触する集積回路の上に金属層を重
ねるステップが利用できる。
本発明に係る別の実施例は、絶縁されるべき下側伝導性
材料の表面の上にスピン・オン・ガラス(SOG)膜を
直接に回転塗布する工程、大部分の溶液を除去するのに
充分な高温でSOG膜を予備焼成する工程、作動中に大
部分のSiOH,有機揮発物およびH20tl−SOG
層から除去するのに充分な期間にSOG中に電界を生じ
る種類のプラズマリアクタの中のプラズマの中で200
6Cから400℃の間の温度でSOG膜を焼成する工程
、焼成されたSOG層の表面にフォトレジスト層を設け
る工程、フォトレジストの表面をマスクを通して光にさ
らしてフォトレジストを区画し、伝導体を位置決めする
ための領域からフォトレジストを洗い去る工程、フォト
レジストと露出したSOG層との上に上側伝導性材料の
層を堆積する工程、および、残りのフォトレジストを除
去して、上記の伝導体が形成される工程とを有し、焼成
されたSOG層が下側伝導性材料と上側伝導性材料との
間に絶縁性層を形成する。さらに、上記の表面をクリー
ンにし、次に、露出されたSOG表面と伝導体との上に
絶縁体層を堆積させる工程を採ることができる集積回路
製造法である。
本発明に係る他の実施例は、SiOH,有機揮発物およ
びH20を実質的1こ欠いているプラズマ焼成スビン・
オン・ガラス(SOG)層と、このSOG層と直接に接
触する回路のための金属伝導層とを有する半導体集積四
路である。本発明の別の半導体集積回路では、SOG層
は、不活性化膜,ブレーナ化膜,バッファ膜である。
本発明に係る別の実施例は、SiOH,有機揮発物およ
びH.Oを実質的に欠いているプラズマ焼成スピン・オ
ン・ガラス(S O G)層によって保護のために被覆
された前面を有する液晶表示、エレクトロクロミック表
示又はエレクトロルミネッセンス表示である。焼成され
たSOG膜は、アルカリ金属の溶解により汚染から表示
を保護する。
本発明に係る他の実施例は、SiOH,有機揮発物およ
びH20を実質的に欠いているプラズマ焼成スピン・オ
ン・ガラス層によって保護のために被覆された前面を有
する透明媒体上の反射防止被覆および対象物のための腐
食保護被覆(すなわち化学的保護被覆)である。
例1 アライド・ケミカル・一−ブ.から購入されたP−5リ
ンドープケイ酸堪スピン・オン・ガラス(SOG)は、
スピンナーを用いた回転塗布(Spinning)によ
りシリコン半導体ウェハの上にスピンナーを用いて回転
塗布し約500nmの全厚さになるように多重被覆を用
いて被覆された。このSOG膜は、40%相対湿度の湿
った空気中で60秒間125℃で予備焼成(precu
re)されて、各被覆の間に、SOGを含む大部分の溶
媒がSOG膜から除去された。多重被覆は、回転塗布と
予備焼成を繰り返して行われた。
最後の被覆の試験とその適当な予備焼成の後で、ウェハ
は、650ワットと115kHzで操作されるAM− 
3 0 0 0平行板プラズマリアクタの中の酸素プラ
ズマの中で400℃で60分間0.25Torrで焼成
(c u r e)された。
平行板プラズマリアクタは、SOGの近くとS○Gの内
部に電界を発生した。処理の後で、ウェハは、湿った大
気と接触しておかれ、赤外線スペクトルが記録された。
有機戊分とSiOH威分とともに水戊分も著しく減少し
たことが測定され、水戒分は、400℃から450゜C
で窒素で熱的に処理されたがプラズマ処理されていない
膜のη照例より著しく少なかった。
35一 36一 この酸素プラズマ処理の場合、SiOH結合の代わりに
、SiH結合が検出された。(このSiH結合形成は非
酸化性プラズマ処理の場合には見られなかった。) また、この処理は、(ブザルスとシルツによって報告さ
れたように)約15%の膜厚の収縮を生じることが分か
った。しかし、ブザルスとシルツと対照的に、出発材料
のSOG,すなわちP−5,の種類は、無機型であり、
メチル結合Si−CH,の酸化は縮みによって説明でき
なかった。
結論として、本発明によるプラズマ処理は、SiOHと
H20の著しい残留を示すブザルスとシルツによって記
載された方法と対照的に、堅い結合や、SiOH,有機
揮発物およびH.Oの除去に非常に有効であった。
プラズマ処理の後に、この処理された膜は、脱イオン水
に1時間接触された。酸素プラズマによって処理された
SOGは、対照の窒素焼成膜よりもはるかに安定なSO
G膜を生産した。後者の窒素による方法は、SOG膜を
水に対して不活性化できなかった。しかし、酸素プラズ
マで処理された膜では、若干のSiH結合が若干のSi
OHとH20を作るために消費されることが分かった。
従って、SiOHとH20をほとんど又は全く含まない
膜を作る酸素プラズマ処理は、安定な不活性化を与えな
いことが観察され、従って、酸素プラズマは好ましいプ
ラズマガスではない。
例2 シリコンウェハは、アライド・ケミカル・コープ.から
購入された106メチルシロキサンSOG(有機SOG
)で、スピンナーを用いて回転塗布し、600から67
5nmの厚さで回転塗布により被覆された。ウェハは、
SOGを含む大部分の溶媒を除くために、40%相対湿
度の湿った空気中で125℃で60秒、次に、40%相
対湿度の湿った空気中で200°0で60秒、ホットプ
レートの上で予備焼成されI;。予備焼成の温度は、大
部分の溶液を除去するのに充分な高温であった。
ウェハは、RF放電中isOGの近くの電界、従って、
SoG内の電界を生じることによる自己バイアス効果を
生じる平行板リアクタ内の窒素プラズマの中で、60分
間0.25Torrで650ワットと1 15kHzで
作動され400℃で焼成された。焼成期間は、大部分の
SiOH,有機揮発物およびH20をスピン・オン・ガ
ラス膜層から除去するのに充分な期間であった。
SOG中の水或分は存在しないことが分かった。
S i−CH3の形の炭素が検出された。また、窒素プ
ラズマで処理された膜のほうが対照の焼成ウェハよりも
ほんのわずか密度が大きいことが分かっtこ。
ウェハ上の膜は、沸騰脱イオン水と1時間接触された。
別の赤外線スペクトルが測定された。
水は絶対的に検出されなかった。SiOHも絶対的に検
出されなかった。好ましくないSiH結合は、酸素プラ
ズマ処理では生じたけれども、この例2では生じなかっ
た。膜は、沸騰脱イオン水との1時間の接触(実質的に
21℃で相対湿度40%で5日間の接触に相当する)に
よって文字どうり影響をうけなかった。
窒素プラズマ中でのプラズマ焼成は、事実上理想的であ
ると思われる。
胆 アライド・ケミカル・コープ.から得られた非常に厚い
(l.2ミクロンより大きい厚さ)106メチルシロキ
サンSOGが、シリコンウェハ上の1つの膜として多重
被覆を用いて被覆された。
そのような厚さは、金属間誘電体にとって十分以上であ
る。多重被覆は、回転塗布と予備焼成を繰り返して行わ
れた。
それらの膜は、回転塗布の後に、40%相対湿度の湿っ
た空気中で125℃で60秒、次に、40%相対湿度の
湿った空気中で200℃で60秒、ホットプレートの上
で予備焼成された。基板上の予備焼成された膜は、水戒
分を増加するために、沸騰脱イオン水と60分間接触さ
れた。
その膜は、次に、前の例で説明された平行板プラズマリ
アクタ内で、650ワットと115kHzで作動して、
しかし30分間だけ400℃で焼成された。
39一 4〇一 予備焼成ステップの後で、また、焼成ステップの前に脱
イオン水と接触して吸収された水は、プラズマ焼成の間
に脱けることが分かった。水は、焼成の後で存在しなか
った。
窒素プラズマ焼成は、SOG膜を不活性化し、プラズマ
焼成に統き、不活性化を生じて、湿った空気及び/又は
沸騰水との引き続く接触の後で追加の水の吸収はほとん
ど起こらなかった。これは、SOG焼成について従来報
告された結果と対照的である。
非常に厚いSOG膜が、焼成の間のクラッキングとビー
リング無しに被覆できることが分かった。
これは、SOG焼成膜について従来報告された結果と対
照的である。N2焼成は、SOG膜中に水戒分を含まな
かった。
また、集積回路に例3のプラズマ焼成SOG膜を設け、
その表面にフォトレジスト層を設け、フォトリングによ
り区画し、閥口を設け、次に、金属層を設け、フォトリ
ングラフィによりこの区画されたフォトレジストを通し
てエッチなどの処理を行い、02プラズマ中でフォトレ
ジストをドライストリップし、次に、フォトレジストが
ストリップされたスピン・オン・ガラスの表面にメタラ
イゼーション配線を設けた。
また、プラズマ焼成スピン・オン・ガラス膜の上に誘電
体層を堆積した後に、上記のフォトレジスト層を形成し
たが、誘電体層の性質の劣化はなかった。
フォトレジストドライストリップは、SOG膜にほとん
ど影響がないことを示した。すなわち、02プラズマ中
のフォトレジストドライストリップが可能であり、開口
の毒作用はなかった。これは、この有機SOGの焼成に
ついて従来報告された結果と対照的である。
こうして、この例の本質的ステップは、エッチバックを
使わない,高度に柔軟性があり,高品質のSOC技術に
使用できる。
例えば、さらに、プラズマ焼成SOG膜の上に直接に金
属層を設け、この金属伝導体の表面にフォトレジストを
設け、フォトレジストをマスクを通して光にさらしてフ
ォトレジストを区画し、不要な領域からフォトレジスト
を洗い去り、露出された金属伝導体をエッチし、残りの
フォトレジストを除去し、回路の表面をクリーンにし、
スピン・オン・ガラス層と直接接触する回路の頂部に絶
縁体層を設けることができた。
さらに、絶縁されるべき下側伝導性材料の表面の上にス
ピン・オン・ガラス(SOG)膜を直接に回転塗布し、
大部分の溶液を除去するのに充分な高温でSOG膜を予
備焼成し、作動中に大部分のSiOH,有機揮発物およ
びH20をSOG層から除去するのに充分な期間にSO
G中に電界を生じる種類のプラズマリアクタの中のプラ
ズマの中で2 0 0℃から4 0 0″Cの間の温度
でSOG膜を焼成し、焼成されたSOG層の表面にフォ
トレジスト層を設け、フォトレジストの表面をマスクを
通して光にさらしてフォトレジストを区画し、伝導体を
位置決めするための領域からフォトレジストを洗い去り
、フォトレジストと露出したSOG層との上に上側伝導
性社料の層を堆積し、残りのフォトレジストを除去する
。これにより、上記の伝導体が形成され、焼成されたS
OG層が下側伝導性材料と上側伝導性材料との間に絶縁
性層を形成できた。さらに、上記の表面をクリーンにし
、次に、露出されたSOG表面と伝導体との上に絶縁体
層を堆積させることができた。
このような、エッチバックを使わない,高度に柔軟性が
あり,高品質のSOG技術において、SOGは、半導体
表面と接触して、開口や他の金属伝導体と接触して、2
つの金属層の間の誘電体として、毒作用なしに、上また
は下の層と良く付着して、誘電体それ自身として使用で
きる。もちろん、他の誘電体と組み合わせても使用でき
る。従来技術によるSOGを使用するために必要なエッ
チバック技法とサンドイッチ技法は、本発明によるステ
ップを使用するときには、製品を生産するために用いる
必要はない。従って、本発明は、Si OH,有機揮発
物および水が存在しないSOG層を備え、誘電体,絶縁
体等として使用される構造を含む。
43 44 SOG膜が多くの被覆においてプレーナ化を改善するた
めに使用できることに留意するべきである。この場合、
第lの被覆は、基板の上にスピン被覆され、予備焼成さ
れる。第2の被覆は、下側の予備焼成された被覆の上方
にスピン被覆され、予備焼成される。第3の被覆は、下
側の予備焼成された被覆の上方にスピン被覆され、予備
焼成される。以下、同様である。その後で、全体の予備
焼成された層が、前に説明したようにプラズマ中で焼成
される。
プラズマ焼成できる膜の種類は、酸化シリコンのSOG
に限定されない。例え、ば、スピン・オン(spin−
on)酸化ボロン,酸化リン,酸化ひ素,酸化アルミニ
ウム,酸化亜鉛,酸化金,酸化白金.酸化アンチモン,
酸化インジウム,酸化タンタル,酸化セシウム.酸化鉄
,または、それらの組み合わせに基づいt;各種のスピ
ン・オン被覆が、本発明を用いて焼處できる。
さらに、ボロン,リン,ひ素,アルミニウム,亜鉛,金
,白金,アンチモン,インジウム,タンタル,セシウム
および鉄の窒化物と酸窒化物から形成されるスピン・オ
ン被覆型の材料が同様に焼成でき、使用できる。
SOGは、また、ドープされない、又は、公知のリン,
ひ素,アルミニウム,亜鉛,金,白金,アンチモン,イ
ンジウム,タンタルおよび鉄のいずれかでドープされた
ケイ酸塩、ドープされない、または、上記の元素でドー
プされたメチルシロキサン、ドーブされない、または、
上記の元素でドープされたプチノレシロキサン、ドープ
されない、または、上記の元素でドープされたフエニル
シロキサン、または、これらのシロキサンの組み合わせ
のいずれかであっても良い。
本発明によるプラズマ焼成膜は、層間絶縁体に限定され
る必要は無い。その若干の応用と構造は、基板のドープ
のための拡散源として、不活性化膜として、バッファ膜
として、アルカリ金属の溶解防止膜(例えば、液晶,−
r.レクトロクロミツク化合物、エレクトロルミ不ツセ
ンス物質などの表示のため)として、反射防止膜として
なされ、また、選択的7才トン吸収,化学抵抗増大,摩
擦減少,腐食保護,付着増犬などのために使用される他
の材料である。
種々の応用のため、この方法の最適化は、プラズマグロ
ーと処理するべき膜との間隔の変化、SOG膜の内部電
界を増加することによりこの方法の効果を増大するため
の外部分極電界(DCとACのどちらでもよい)の基板
または基板保持部への印加、圧力,電力,周波数,ガス
2ガス混合物,マス7ロー,膜温度,処理時間の変化な
どを含む。
ここに説明された方法によって生産された膜は、集積回
路,エミッションダイオードデバイス,液晶,エレクト
ロクロミック表示,エレクトロルミネッセンス表示,光
検知素子、太陽電池などの上に、又は、その1部として
使用できる。この膜は、また、光フィルタ、反射防止体
,保護すべき対象物の上の不活性化膜,腐食保護層,付
着促進体,摩擦減少体,機械分野の応用などに応用でき
る。

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)半導体基板の上にスピン・オン・ガラス膜
    を回転塗布する工程、 (b)大部分の溶液を除去するのに充分な高温でスピン
    ・オン・ガラス膜を予備焼成する工程、および、 (c)スピン・オン・ガラス膜に隣接して自己バイアス
    RF放電を示す種類のプラズマリアクタの中で、プラズ
    マの中で大部分のSiOH、有機揮発物およびH_2O
    をスピン・オン・ガラス膜層から除去するのに充分な期
    間にスピン・オン・ガラス膜を焼成する工程からなる半
    導体基板上の絶縁層の製造法。
  2. (2)上記のリアクタが平行板プラズマリアクタである
    ことを特徴とする請求項1に記載された製造法。
  3. (3)上記のプラズマが非酸化性プラズマであることを
    特徴とする請求項1に記載された製造法。
  4. (4)上記のプラズマが窒素プラズマであることを特徴
    とする請求項1に記載された製造法。
  5. (5)約115kHz、約0.2ワット/cm^2の電
    力密度、約0.25Torrの圧力、750SCCMの
    質量流量、上記のリアクタのカソードを通る約0.4m
    A/cm^2の電流密度の下で、約30分から60分ま
    での焼成期間にプラズマ中のRF電界を用いることを含
    み、ここに、上記の基板が約400℃の温度に達するこ
    とを特徴とする請求項4に記載された製造法。
  6. (6)上記のスピン・オン・ガラス中に内部電界を増加
    するために外部分極電界を印加する工程を含むことを特
    徴とする請求項2に記載された製造法。
  7. (7)上記のスピン・オン・ガラスが、2酸化シリコン
    、酸化ボロン、酸化リン、酸化ひ素、酸化アルミニウム
    、酸化亜鉛、酸化金、酸化白金、酸化アンチモン、酸化
    インジウム、酸化タンタル。 酸化セシウムおよび酸化鉄からなる1群から選択された
    1種、またはそれらの任意の組み合わせからなることを
    特徴とする請求項2から請求項6までのいずれか1項に
    記載された製造法。
  8. (8)上記のスピン・オン・ガラスが、ボロン、リン、
    ひ素、アルミニウム、亜鉛、金、白金、アンチモン、イ
    ンジウム、タンタル、セシウム及び鉄の酸化物、窒化物
    、または酸窒化物からなる1群から選択された1種、ま
    たはそれらの任意の組み合わせからなることを特徴とす
    る請求項2から請求項6までのいずれか1項に記載され
    た製造法。
  9. (9)上記のスピン・オン・ガラスの種類が、有機スピ
    ン・オン・ガラス溶液と無機(シロキサン)スピン・オ
    ン・ガラス溶液のいずれかから得られた酸化シリコンで
    あることを特徴とする請求項2から請求項6までのいず
    れか1項に記載された製造法。
  10. (10)(a)半導体基板の上にスピン・オン・ガラス
    膜を回転塗布する工程、 (b)大部分の溶液を除去するのに充分な高温でスピン
    ・オン・ガラス膜を予備焼成する工程、(c)予め決定
    された膜厚を有するスピン・オン・ガラス膜を形成する
    ために工程(a)と(b)を繰り返すこと、および、 (d)作動中にスピン・オン・ガラス中に電界を生じる
    種類のプラズマリアクタの中で、大部分のSiOH、有
    機揮発物およびH_2Oをスピン・オン・ガラス膜の層
    から除去するのに充分な期間にプラズマの中でスピン・
    オン・ガラス膜を焼成する工程からなる、基板上の絶縁
    層の製造法。
  11. (11)スピン・オン・ガラス膜の内部電界を増加する
    ためにスピン・オン・ガラス膜と基板とに外部分極電界
    を印加する工程を含むことを特徴とする請求項10に記
    載された製造法。
  12. (12)上記のリアクタが平行板プラズマリアクタであ
    ることを特徴とする請求項10に記載された製造法。
  13. (13)焼成の前に上記のスピン・オン・ガラス膜の表
    面を湿気または水分と接触させる工程を含むことを特徴
    とする請求項12に記載された製造法。
  14. (14)上記のスピン・オン・ガラスがドープされた又
    はドープされていないケイ酸塩、および、ドープされた
    又はドープされていないメチルシロキサン、エチルシロ
    キサン、ブチルシロキサンおよびフェニルシロキサン(
    ここに、ドーパントは、ボロン、リン、ひ素、アルミニ
    ウム、亜鉛、金、白金、アンチモン、インジウム、タン
    タル、セシウムおよび鉄からなる1群から選択される)
    からなる1群から選択されることを特徴とする請求項2
    、請求項3又は請求項10に記載された製造法。
  15. (15)上記のスピン・オン・ガラスが、リンでドープ
    されたケイ酸塩またはシロキサン材料であることを特徴
    とする請求項2、請求項5又は請求項10に記載された
    製造法。
  16. (16)(a)プレーナ化されるべきウェハ表面にスピ
    ン・オン・ガラス膜を回転塗布する工程、(b)大部分
    の溶液を除去するのに充分な高温でスピン・オン・ガラ
    ス膜を予備焼成する工程、(c)作動中にスピン・オン
    ・ガラス中に電界を生じる種類のプラズマリアクタの中
    で、大部分のSiOH、有機揮発物およびH_2Oをス
    ピン・オン・ガラス層から除去するのに充分な期間にプ
    ラズマの中で200℃から400℃の間の温度でスピン
    ・オン・ガラス膜を焼成する工程、および、 (d)スピン・オン・ガラスの焼成層と直接接触するよ
    うに集積回路の表面に電気伝導層を設ける工程からなる
    集積回路の製造法。
  17. (17)上記のリアクタが平行板プラズマリアクタであ
    ることを特徴とする請求項14に記載された製造法。
  18. (18)上記のスピン・オン・ガラスが、2酸化シリコ
    ン、酸化ボロン、酸化リン、酸化ひ素、酸化アルミニウ
    ム、酸化亜鉛、酸化金、酸化白金、酸化アンチモン、酸
    化インジウム、酸化タンタル、酸化セシウム及び酸化鉄
    からなる1群から選択された1種、またはそれらの任意
    の組み合わせからなることを特徴とする請求項17に記
    載された製造法。
  19. (19)上記のスピン・オン・ガラスが、ボロン、リン
    、ひ素、アルミニウム、亜鉛、金、白金、アンチモン、
    インジウム、タンタル、セシウム及び鉄の酸化物、窒化
    物または酸窒化物からなる1群から選択された1種、ま
    たはそれらの任意の組み合わせからなることを特徴とす
    る請求項17に記載された製造法。
  20. (20)(a)プレーナ化されるべきウェハ表面にスピ
    ン・オン・ガラス膜を回転塗布する工程、(b)大部分
    の溶液を除去するのに充分な高温でスピン・オン・ガラ
    ス膜を予備焼成する工程、(c)作動中にスピン・オン
    ・ガラス中に電界を生じる種類のプラズマリアクタの中
    で、大部分のSiOH、有機揮発物およびH_2Oをス
    ピン・オン・ガラス層から除去するのに充分な期間にプ
    ラズマの中で200℃から400℃の間の温度でスピン
    ・オン・ガラス膜を焼成する工程、(d)このスピン・
    オン・ガラスの表面にフォトレジストの層を設け、区画
    する工程、 (e)この区画されたフォトレジストを通して集積回路
    のエッチなどの処理を行う工程、 (f)O_2プラズマ中でフォトレジストをドライスト
    リッピングする工程、及び、 (g)フォトレジストがストリップされるスピン・オン
    ・ガラスの表面に金属伝導体層を設ける工程からなる集
    積回路製造法。
  21. (21)焼成工程の後に、フォトレジスト層の形成工程
    の前に、スピン・オン・ガラスの焼成膜の上に誘電体層
    を堆積する工程を有することを特徴とする請求項20に
    記載された製造法。
  22. (22)(a)絶縁されるべき伝導性材料の表面にスピ
    ン・オン・ガラス膜を回転塗布する工程、(b)大部分
    の溶液を除去するのに充分な高温でスピン・オン・ガラ
    ス膜を予備焼成する工程、(c)作動中にスピン・オン
    ・ガラス中に電界を生じる種類のプラズマリアクタの中
    で、大部分のSiOH、有機揮発物およびH_2Oをス
    ピン・オン・ガラス層から除去するのに充分な期間にプ
    ラズマの中でスピン・オン・ガラス膜を焼成する工程、
    および、 (d)焼成されたスピン・オン・ガラス層の表面の上に
    直接に電気伝導性層を設ける工程からなる集積回路製造
    法。
  23. (23)上記のリアクタが平行板プラズマリアクタであ
    ることを特徴とする請求項22に記載された製造法。
  24. (24)上記のスピン・オン・ガラスの種類が酸化シリ
    コンであることを特徴とする請求項23に記載された製
    造法。
  25. (25)工程(d)で設けられた伝導性層が金属伝導体
    であり、 さらに、金属伝導体の表面にフォトレジストを設ける工
    程、フォトレジストをマスクを通して光にさらしてフォ
    トレジストを区画し、不要な領域からフォトレジストを
    洗い去る工程、露出された金属伝導体をエッチする工程
    、残りのフォトレジストを除去する工程、回路の表面を
    クリーンにする工程、及び、スピン・オン・ガラス層と
    直接接触する回路の頂部に絶縁体層を設ける工程を含む
    ことを特徴とする請求項22、請求項23又は請求項2
    4に記載された製造法。
  26. (26)(a)絶縁されるべき下側伝導性材料の表面の
    上にスピン・オン・ガラス膜を直接に回転塗布する工程
    、 (b)大部分の溶液を除去するのに充分な高温でスピン
    ・オン・ガラス膜を予備焼成する工程、(c)作動中に
    スピン・オン・ガラス中に電界を生じる種類のプラズマ
    リアクタの中で、大部分のSiOH、有機揮発物および
    H_2Oをスピン・オン・ガラス層から除去するのに充
    分な期間にプラズマの中で200℃から400℃の間の
    温度でスピン・オン・ガラス膜を焼成する工程、(d)
    焼成されたスピン・オン・ガラス層の表面にフォトレジ
    スト層を設ける工程、 (e)フォトレジストの表面をマスクを通して光にさら
    してフォトレジストを区画し、伝導体を位置決めするた
    めの領域からフォトレジストを洗い去る工程、 (f)フォトレジストと露出されたスピン・オン・ガラ
    ス層との上に上側伝導性材料層を堆積する工程、および
    、 (g)残りのフォトレジストを除去して、上記の伝導体
    が形成される工程を有し、 焼成されたスピン・オン・ガラス層が下側伝導性材料と
    上側伝導性材料との間に絶縁性層を形成する集積回路製
    造法。
  27. (27)上記の表面をクリーンにし、次に、露出された
    スピン・オン・ガラス表面と伝導体との上に絶縁体層を
    堆積させる工程をさらに有することを特徴とする請求項
    26に記載された製造法。
  28. (28)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層と、 このスピン・オン・ガラス層と直接に接触する回路のた
    めの金属伝導層とを備える半導体集積回路。
  29. (29)請求項22から請求項27までのいずれかの方
    法によって部分的に形成されたことを特徴とする請求項
    28に記載された集積回路。
  30. (30)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層を不
    活性化膜として備える半導体集積回路。
  31. (31)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層をプ
    レーナ化膜として備える半導体集積回路。
  32. (32)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層をバ
    ッファ膜として備える半導体集積回路。
  33. (33)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層によ
    って保護のために被覆された前面を備える液晶表示、エ
    レクトロクロミック表示又はエレクトロルミネッセンス
    表示。
  34. (34)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層によ
    って保護のために被覆された前面を備える透明媒体上の
    反射防止被覆。
  35. (35)SiOH、有機揮発物およびH_2Oを実質的
    に欠いているプラズマ焼成スピン・オン・ガラス層によ
    って保護のために被覆された前面を備える、対象物のた
    めの化学的保護被覆。
  36. (36)請求項1、請求項7、請求項8、請求項9、請
    求項22及び請求項23のいずれかの項に記載された方
    法を用いて形成されたスピン・オン・ガラス層を備える
    ことを特徴とする集積回路。
  37. (37)請求項10から請求項13までのいずれかの項
    に記載された方法を用いて形成されたプラズマ焼成スピ
    ン・オン・ガラス層によって保護のために被覆された前
    面を備えることを特徴とする液晶表示、エレクトロクロ
    ミック表示又はエレクトロルミネッセンス表示。
  38. (38)請求項10から請求項13までのいずれかの項
    に記載された方法を用いて形成されたスピン・オン・ガ
    ラスからなることを特徴とする対象物の被覆。
  39. (39)プラズマリアクタにおいて使用されるガスが非
    酸化性ガスであることを特徴とする請求項17に記載さ
    れた製造法。
  40. (40)プラズマリアクタ内で使用されるガスが窒素で
    あることを特徴とする請求項17に記載された製造法。
  41. (41)上記のスピン・オン・ガラス層が少なくとも0
    .5ミクロンの厚さであることを特徴とする請求項28
    に記載された集積回路。
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