JPH03252139A

JPH03252139A - 半導体基板の平坦化方法

Info

Publication number: JPH03252139A
Application number: JP4983690A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Sato; 誠一佐藤; Ryuichiro Tanabe; 田辺　隆一郎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1991-11-11

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〕本発明はパターン形成を行った半導体基板面の平坦化方
法に関する。

ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置は集積化が益々進んでお
り、配線の最小幅はサブミクロン（Ｓｕｂ−ｍｉｃｒ。

ｎ）に達し、また、配線の多層化も進んでいる。

こ−で、配線パターンの形成は薄膜形成技術と写真蝕刻
技術（フォトリソグラフィ或いは電子線リソグラフィ）
により行われているが、多層化に当たって微細パターン
を精度よく形成するためには基板の平坦化が不可欠であ
る。

すなわち、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板を用いて
デバイス形成を行った後、気相成長法（略称ＣＶＤ法）
を用いて二酸化シリコン（５ｉＯｚ）や窒化硅素（５ｉ
Ｊｎ）などの絶縁層を膜形成し、更に、この上に配線パ
ターンの形成が行われているが、ＣＶＤ法で得られる膜
は高密度であり、また絶縁性能も優れているもの＼、被
処理基板に対し相位形に膜形成されることから、基板面
の凹凸を無くすることは困難であり、そのため別な平坦
化工程が必要となる。

こ−で、平坦化方法の一つとして有機溶剤に溶解させる
か、或いは分散させたシリコン化合物をスピンコード法
により凹凸を伴う被処理基板上に膜形成した後、加熱す
ることにより、有機化合物を分解させると共に縮合させ
て、−５ｉ−０−５ｉ−の連鎖を形成し、Ｓｉｎｇより
なる平坦な絶縁層（スピンオングラス、　Ｓｐｉｎ−ｏ
ｎ−ｇｌａｓｓ略称ＳＯＣ層）を形成することが行われ
ている。

この方法は極めて簡便であるために良く使用されている
が、パターン形成された基板上にＣＶＤ法で形成してあ
る絶縁層との濡れ性が必ずしも良くないことが問題で改
良が必要であった。

〔従来の技術〕

先に記したように、パターン形成されている半導体基板
を平坦化する方法として、プラズマＣＶＤによりＳｉＯ
□系の絶縁層を形成した後、この表面の凹凸を８００層
により平坦化が行われている。

こ−で、プラズマＣＶＤ法で作られる５ｉＣｈ系絶縁層
絶縁液体ソース（原料）を用いたものと、気体ソースを
用いたものとがあり、それぞれ用いられている。

液体ソース：テトラエトキシシラン（Ｓｉ　（ＯＣＪｓ
）　４　）テトラメトキシシラン（Ｓｉ　（ＯＣＨ３）
　４　）など、気体ソース：シラン（５ＩＨ４）など、
すなわち、液体ソースを用いて５ｉＯｚ層を形成する場
合は例えば、（Ｓｉ（ＯＣｚＨｓ）４）にアルゴン（＾
ｒ）ガスをキャリアとして送ってバブリング（Ｂｕｂｂ
ｌｉｎｇ）させ、このガスを反応炉に送って高周波放電
させてプラズマ化し、約４００℃に加熱されている半導
体基板上に供給することにより、Ｓｉ　（ＯＣＪｓ）　
ａは分解してＳｉ０ｇ構造をもつ絶縁層が形成される。

また、気体ソースを用いてＳｉＯ□層を形成する場合は
、５ｉＨａと亜酸化窒素（Ｎ、Ｏ）との混合ガスをプラ
ズマ化し、約４００℃に加熱されている半導体基板上に
供給することにより、５１ｇ４とＮｔＯとが反応して半
導体基板上にＳｉ０ｇ構造をもつ絶縁層が形成されてい
る。

然し両者を比較すると、液体ソースを用いてＳｉＯ！層
を形成したほうが段差被覆性（Ｃｏｖｅｒａｇｅ　）に
優れている。

一方、８００層の形成法についても、次に示すように有
機系の材料を用いる方法と、無機系の材料を用いる方法
とがある。

有機系ＳＯＣの形成法：テトラメトキシシラン（Ｓｔ（ＯＣＨ３）ａ　〕やトリ
メトキシシラン（Ｈ５ｉ　（ＯＣＨ３）　ｓ　）などの
有機シリコン化合物をブチルセロツブなどの溶剤を用い
て粘度調節し、スピンコードする。

無機系ＳＯＣの形成法：水酸化シリコン（Ｓｉ　（ＯＨ）　４：ｌをアルコール
に懸濁させて粘度調節し、スピンコードする。

その後、両方法とも塗膜を乾燥させた後、窒素（Ｎ２）
気流中で４５０″Ｃ程度の温度で加熱することによりＳ
ｉＯ□構造をした８００層が作られている。

然し、両者を比較すると、３０６層を薄く形成する場合
は何れの方法も用いても差支えないが、膜厚が厚くなる
と無機系の材料から作った８００層にはクラックが入る
と云う問題がある。

そのため、眉間絶縁層の平坦化に使用するような用途に
対しては有機系ＳＯＧの使用が適している。

以上のことから、半導体基板の平坦化には液体ソースを
用いたプラズマＣＶＤにより段差被覆性の良い絶縁層を
形成した後、この凹凸を有機系ＳＯＧで平坦化するのが
理想的である。

然し、液体ソースを用いて形成したＣＶＤ層の表面は有
機系ＳＯＣ液を弾くと云う現象があることから、ＣＶＤ
層は気体ソースを用いて形成せざるを得ないと云う問題
があり、改良が必要であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上記したように、集積度の高い半導体集積回路素子の
形成に当たっては、導体線路などのパターン形成により
生ずる基板面の凹凸を絶縁層により平坦化することが必
要であり、この方法として、５ｉｆｔ系のＣＶＤ層を形
成した後に、この凹凸をＳＯＧで平坦化する方法が用い
られている。

然し、液体ソースを用いて形成したＣＶＤ層は有機系の
ＳＯＣ液を弾く性質がある。

そこで、有機系のＳＯＣ液がよく塗れるようにすること
が課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題はプラズマ気相成長法により、有機シリコン
化合物よりなる液体ソースを用いて絶縁層を形成してあ
る被処理基板面を平坦化する際に、この絶縁層の表面を
弗化炭素を含む酸素ガスのプラズマエツチングによるか
、或いは気体ソースを用いた酸化シリコン系絶縁膜の形
成により予め非極性化処理した後に、有機系のＳＯＣ液
を塗布し、加熱分解することを特徴として半導体基板の
平坦化方法を構成することにより解決することができる
。

〔作用〕

有機系ＳＯＣ膜の塗布性については、液体ソースを用い
て形成したＳｉｎ、系ＣＶＤ膜上に塗布する場合には弾
かれるが、気体ソースを用いて形成したＳｉｎｇ系ＣＶ
Ｄ膜には馴染みがよく弾かれないと云う特徴がある。

以下、眉間絶縁膜として一般に使用される燐硅酸ガラス
（略称ｐｓｃ）について説明する。

ＣＶＤ法により膜形成されるＰＳＧはＳｉｎ、に較べて
、（１）　　クランクが生じにくい。

（２）ナトリウム（Ｎａ）イオンの内部への拡散を防ぐ
ことができる。

（３）段差被覆性（カバーレンジ）が優れている。

などの理由から用いられている。

さて、液体ソースと気体ソースを構成する材料の一例を
挙げると次のようになる。

液体ソース：テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＪｓ）ｍ。

・・・　流量、約２００５ｅｃａ＋トリメトキシフオスフインＣＰ（ＯＣＨｓ）　ｓ。

・・・　流量、約３０　５ｃｃｓＯｔ　　　　　　　　　　・・・　　〃　約５００〃気
体ソース：シラン（ＳｉＨｇ）　　　　　”・　　流量、約３０　
　ｓｅｃｍフォスフイン（ＰＨ，）　　・・・　　〃　
約８００〃亜酸化窒素（ＮＺＯ）　　　・・・　　〃　
約８ｏｏ〃そして、これらのガスを１３．５６　ＭＨｚ
で放電している電極間を通すことによりプラズマ化し、
これを約４００℃に加熱されている被処理基板に供給す
ることによりＰＳＧ膜を成長させている。

こ−で、液体ソースを用いて形成したＰＳＧ膜はＳＯＣ
液に対する濡れ性が悪く、一方、気体ソースを用いて形
成したＰＳＧ膜が濡れ性のよい理由は明確にされてはい
ないが、発明者等は極性基の有無と密接な関係があると
考えている。

すなわち、赤外吸収スペクトルを用いて両者の表面状態
を調べると、液体ソース使用ＰＳＧ膜に存在する５ｉ−
ＯＨ結合の強度分布は気体ソース使用ＰＳＧに較べて格
段に大きく、従って極性が大きく、また吸湿性が大きい
。

一方、ＳＯＣにも有機系ＳＯＣと無機系ＳＯＣがあり、
有機系ＳＯＣ液はＳｉ　（ＯＣＨｓ）　ａやＳｔ　（Ｑ
Ｃ！Ｏ５）　ａのようにＯＨ基を持たない有機シリコン
化合物をブチルセロソルブのような溶剤に溶したもので
あって、熱分解して得たＳＯＣ膜のＯＨ基含有量は少な
く、従って極性が小さい。

一方、無機系のＳＯＧはＳｉ　（ＯＨ）　ａをアルコー
ルに懸濁したものであって、両者ともＯＨ基をもつもの
であることから、４５０°Ｃ程度の熱処理ではＳＯＧ膜
には未分解のＯＨ基が多く残存しており、従って極性が
大きいと考えられる。

そのため、液体ソース使用ＣＶＤ層（極性大）と有機系
ＳＯＧ　（極性小）とは馴染みが悪く、無機系ＳＯＧ　
（極性大）とは馴染みが良いと思われます。

そこで、液体ソース使用ＣＶＤ層（極性大）と有機系Ｓ
ＯＧ　（極性小）との馴染みをよくする方法として本発
明は、（１）液体ソース使用ＣＶＤ層の表面を微量の弗化炭素
を含む０．ガスでＲＩＥＬ、表面層を削ることにより、
５ｉ−ＯＨの分布を少なくする。

（２）液体ソース使用ＣＶＤ層の表面に気体ソース使用
のＣＶＤ層を薄く形成する。

の何れかの方法をとるものである。

このようにすると、ＣＶＤ層の極性が減少するので、極
性が小さい有機系ＳＯＧとの馴染みがよくなり、従って
製造歩留まり良く基板の平坦化を行うことができる。

〔実施例〕

実施例１：　（請求項２対応）ＳｉＯ！絶縁膜を形成したＳｉ基板１の上に高周波スパ
ッタ法により銅（Ｃｕ）を１％含むアルミニウム（ＡＩ
ｌ）膜を約８０００人の厚さに膜形成し、ＲＩＥを用い
る写真蝕刻技術（フォトリソグラフィ）により、１．２
μ蒙幅の導体線路２を備えた配線パターンを形成した。

　　（以上第１図Ａ）次に、このＳｉ基板１をプラズマ
ＣＶＤ装置に位置決めし、排気系を動作させて装置内を
真空排気すると共にＳｉ基板１を３９０℃に加熱した状
態で、液体ソースより、Ｓｉ　（ＯＣｚＨｓ）　４　　　　　・・・　流量２０
０　ｓｃｃｍＰ（ＯＣＲｓ）ｘ　　　　　　・・・　〃
３０＃０□　　　　　　　　・・・　〃５００〃の混合
ガスを供給し、装置内を３　ｔｏｒｒに保ちながら電極
間に２００Ｗの高周波電力を供給してプラズマ化させ、
Ｓｉ基板１の上に厚さが約１ＤＩｌｌの２３０層３を形
成した。（以上、同図Ｂ）次に、このＳｉ基板１をＲＩＥ装置に移し、フレオン（
ＣＦ、）を０．５％含む０□ガスを供給してＲＩＥを行
い、２３０層３の全面を約１００人削った。

（以上、同図Ｃ）次に、この２３０層３の上に有機系のＳＯＧ液（品名、
ＯＣｏ　７Ｆ１１５．東京応化■製）をスピンコードし
、２５０℃でベーキングした後、エッチバック処理し、
４５０℃で加熱した結果、平坦な５００層４を形成する
ことができた。（以上同図Ｄ）実施例２（請求項３対応
）実施例１と全く同様にしてＳｉ基板１の上に１゜２μ−
幅の導体線路２を備えた配線パターンを形成した。（以
上、第２図Ａ）次に、実施例１と同様にＳｉ基板１の上に厚さが約１μ
−の２３０層３を形成した。

（以上、同図Ｂ）次に、この基板１をプラズマＣＶＤ装置に位置決めし、
排気系を動作させて装置内を真空排気すると共にＳｉ基
板１を３９０°Ｃに加熱した状態で、液体ソースより、５ｉＨａ　　　　　　　　・・°　流量３０　　ｓｃｃ
ｍＰＨｓ　　　　　　　　　・・・　〃８００〃Ｎ、Ｏ
・・・　〃８００〃の混合ガスを供給し、装置内を３　ｔｏｒｒに保ちなが
ら電極間に２００Ｗの高周波電力を供給してプラズ次に
、この第２のＰＳＧ膜５の上に有機系のＳＯＧ液（品名
、ＯＣｏ　７Ｆ１１５．東京応化■製）をスピンコード
し、２５０°Ｃでベーキングした後、工・ンチバック処
理し、４５０°Ｃで加熱した結果、平坦な３００層６を
形成することができた。

（以上同図Ｄ）〔発明の効果〕以上記したように本発明の実施により、段差被覆性の良
い液体ソースを用いてＰ２Ｏ層を作り、この上に密着性
の良い有機系の３０６層を形成して平坦化することがで
きるので、これにより製造歩留まり及び品質の向上が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する断面図、第２図は本発
明の別の実施例を説明する断面図、である。図において、１はＳｉ基板、　　　　　　　２は導体線路、３はＰ２
Ｏ層、　　　　　４と６はＳＯＣ層、５は第２のＰＳＧ
Ｉ！、である。本全８月の大力色Ｊ’ｌをりだ日月４６断面図第　　１
　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマ気相成長法により、有機シリコン化合物
よりなる液体ソースを用いて絶縁層を、形成してある被
処理基板面を平坦化する際に、前記絶縁層の表面を予め
非極性化処理した後に有機系のスピンオングラス液を塗
布し、加熱分解することを特徴とする半導体基板の平坦
化方法。
（２）前記絶縁層の非極性性化処理が弗化炭素を含む酸
素ガスのプラズマエッチングによることを特徴とする請
求項１記載の半導体基板の平坦化方法。
（３）前記絶縁層の非極性化処理が気体ソースを用いた
酸化シリコン系絶縁膜の形成によることを特徴とする請
求項１記載の半導体基板の平坦化方法。