JPH04320032A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板上に、配
線層の層間膜等として用いられるＳＯＧ膜を形成するよ
うにした半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＬＳＩ技術では、高集積化のため
多層配線構造が採用されている。多層配線構造の半導体
装置では、上層側の配線層のステップカバレージを改善
するために配線層間にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａ
ｓｓ）　膜等の平坦化膜を形成するようにしている。

【０００３】従来、配線層が形成されたシリコンウエハ
等の半導体基板上にＳＯＧ膜を形成する場合、シラノー
ルすなわちＳｉ（ＯＨ）４　を主成分としたケイ素化合
物を有機溶剤に溶解した溶液（ＳＯＧ溶液）を、ウエハ
上にスピンコーターを用いて回転塗布し、そのウエハを
プレート上で数回ベークする。

【０００４】その後、図６に示すように、ウエハ１を石
英ボート２上に設置させた状態で、横型加熱炉の石英チ
ュ−ブ３内に収容する。そして、窒素ガス等の不活性ガ
スを窒素ボンベ４から一定の流量で石英チュ−ブ３内に
流し込む。こうして、石英チュ−ブ３内を窒素ガス雰囲
気に保ちながら、ヒータ５によりウエハ１を所定の温度
で所定時間加熱する。この加熱処理によって、有機溶剤
の蒸発およびケイ素化合物の脱水・重合反応を進行させ
て、ＳｉＯ２　膜、つまりＳＯＧ膜を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置の製造方法では、ＳＯＧ溶液中のシラノール
を、加熱処理によって完全にＳｉＯ２　化することがで
きず、ＳＯＧ膜中に部分的にＯＨ基が残ってしまう。Ｓ
ＯＧ膜のうちＯＨ基が残存した領域は、完全にＳｉＯ２
　化された領域よりも、フッ酸等のエッチャントに溶解
しやすいため、ＯＨ基が残存していると、ＳＯＧ膜のエ
ッチング・レートが部分的に異なり、エッチング・レー
トが不安定になるという問題があった。

【０００６】この発明は、上記従来技術の問題を解消し
、ＳＯＧ膜のエッチング・レートを安定させることがで
きる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、非金属配線
層が形成された半導体基板上にＳＯＧ溶液を塗布した後
、不活性ガス雰囲気中で加熱してＳＯＧ膜を形成するよ
うにした半導体装置の製造方法であって、上記目的を達
成するため、前記不活性ガス中に、その不活性ガスに対
し酸素ガスを０．１〜１０体積％混入している。

【０００８】

【作用】この発明の半導体装置の製造方法においては、
酸素ガスを０．１〜１０体積％混入した不活性ガス雰囲
気中で、ＳＯＧ溶液を加熱するようにしているため、Ｓ
ＯＧ溶液中のシラノール等のケイ素化合物が加熱により
ＳｉＯ２　化する際に、残存しようとするＯＨ基が除去
される。

【０００９】この場合、酸素ガスの混入量が不活性ガス
に対し０．１体積％未満であると、ＯＨ基の除去効果が
不十分となる。また、酸素ガスの混入量が１０体積％を
越えると、半導体基板に必要以上の酸化が生じるおそれ
がある。

【００１０】

【実施例】次に、この発明の半導体装置の製造方法の実
施例について説明する。この実施例では、シリコンウエ
ハ等の半導体基板上にポリシリコンによりなる非金属配
線層を形成する工程と、その後図１のフローチャートに
示すように、ＳＯＧ溶液を塗布する工程（ステップＳ１
）と、２回のベークを行なう工程（ステップＳ２，Ｓ３
）と、さらに加熱処理を行なう工程（ステップＳ４）と
が実行されるが、以下ではそれらについて順に説明する
。

【００１１】この実施例の製造方法において、まず、図
４（ａ）に示すように、所定の活性領域（図示せず）が
内部に形成されたウエハ状態の半導体基板１１を作成す
る。次にこの半導体基板１１の１主面上にポリシリコン
を堆積させ、それをパターニングすることにより配線層
（非金属配線層）１２を形成する。つづいて、図４（ｂ
）に示すように、配線層１２を覆うパッシベーション膜
１３を半導体基板１１の主面上に形成する。

【００１２】次に、このようにしてパッシベーション膜
１３を形成した多数の半導体基板１１を、図２に示すよ
うにカセット２１に収容し、そのカセット２１をＳＯＧ
溶液塗布／ベーク装置２０の搬入位置２２にセットする
。このＳＯＧ溶液塗布／ベーク装置２０は、スピンコー
ター３０、ベルトコンベア４０、第１および第２ベーク
装置５０，６０等を有しており、半導体基板１１へのＳ
ＯＧ溶液の塗布や半導体基板１１のベークを行なう機能
を有している。なお、ＳＯＧ溶液塗布／ベーク装置２０
の搬出位置２３に、半導体基板１１が収容されていない
空のカセット２４を配置しておく。

【００１３】カセット２１をセットした後、ＳＯＧ溶液
塗布／ベーク装置２０の動作を開始させると、図示しな
いハンドリングアームによって、カセット２１内から半
導体基板１１が１枚抜き取られて、スピンコーター３０
の回転台３１上に載置される。つづいて、回転台３１の
外周に配置されたカバー３２が上昇して、図２の実線に
示す状態から想像線に示す状態に移る。その後、シラノ
ールすなわちＳｉ（ＯＨ）４　を主成分としたケイ素化
合物を有機溶剤に溶解した溶液（ＳＯＧ溶液）が、パイ
プ３３から回転台３１上の半導体基板１１に向けて滴下
されるとともに、回転台３１が回転する。これにより、
図４（ｃ）に示すように、半導体基板１１上にＳＯＧ溶
液１４が回転塗布される（図１のステップＳ１）。この
ＳＯＧ溶液１４の成分は化１のようになっている。

【００１４】

【化１】

【００１５】ＳＯＧ溶液１４が塗布された後、カバー３
２が図２の実線位置まで降下して、ハンドリングアーム
により、回転台３１上の半導体基板１１がベルトコンベ
ア２０まで送り込まれる。さらに、半導体基板１１はベ
ルトコンベア２０により第１ベーク装置５０の近傍位置
まで搬送される。

【００１６】第１ベーク装置５０の近傍まで搬送された
半導体基板１１は、ハンドリングアームによりプレート
５１上に移載され、そこで図１のステップＳ２に示すよ
うに、窒素雰囲気中において１００℃で１分間ベークさ
れる。

【００１７】１回目のベーク処理が完了すると、半導体
基板１１がハンドリングアームにより第１ベーク装置５
０のプレート５１上から第２ベーク装置６０のプレート
６１上に移されて、そこで図１のステップＳ３に示すよ
うに、窒素雰囲気中において３００℃でさらに１分間ベ
ークされる。

【００１８】これらのベークによって有機溶剤が気化す
るとともにＳＯＧ溶液内のシラノールに脱水重合反応が
生じ、シラノール中のＯＨ基は除去されるが、その除去
は完全ではなく、化２に示すように部分的にＯＨ基が残
存している状態となっている。

【００１９】

【化２】

【００２０】２回目のベーク処理が完了すると、半導体
基板１１がハンドリングアームによりカセット２４内に
収容される。

【００２１】このような動作が、カセット２１内に収容
された多数の半導体基板１１に対して順次行われ、ステ
ップＳ１〜Ｓ３の処理が完了した半導体基板１１が順次
カセット２４内に収容される。

【００２２】図３は、半導体基板１１の次の熱処理工程
で使用される加熱装置７０の概念図である。この加熱装
置７０は横型拡散炉として知られている構造を有するが
、この実施例では不純物の熱拡散処理ではなく、ＳＯＧ
膜の形成のための基板１１の加熱に使用される。この加
熱装置７０には、石英チュ−ブ７１が設けられ、石英チ
ュ−ブ７１のガス流入口７２に接続されたガス流入管７
３が二方向に分岐されて、それぞれ窒素ボンベ７４およ
び酸素ボンベ７５に接続される。さらに、ガス流入管７
３の２つの分岐路にはそれぞれ流量可変のテーパ管７６
，７７が取り付けられており、このテーパ管７６，７７
を操作することにより、窒素ガスおよび酸素ガスをそれ
ぞれ所望の流量で石英チュ−ブ７１内に流入できる。 また、石英チュ−ブ７１の外周にはヒータ７８が配置さ
れ、このヒータ７８により石英チュ−ブ７１内を所望の
温度に設定できる。

【００２３】図２の装置２０での処理を終った半導体基
板１１は所定数のロットごとに図３に示すように石英ボ
ート７９に収容され、その石英ボート７９が石英チュ−
ブ７１内に挿入される。つづいて、窒素ガスを窒素ボン
ベ７４から石英チュ−ブ７１内に流入させるとともに、
酸素ガスを酸素ボンベ７５から石英チュ−ブ７１内に流
入させる。これらのガス供給において、窒素ガスに対す
る酸素ガスの混入割合は、０．１〜１０体積％の中から
選択された値とする。このため、たとえば窒素ガスの流
量を８（リットル／分）とした場合には、酸素ガスの流
量は０．００８〜０．８（リットル／分）の中から選択
される。そして、このようにして酸素ガスが混入された
窒素ガスを流入しつつ、ヒータ７８により石英チュ−ブ
７１内を加熱して、半導体基板１１を９５０℃で３０分
〜１時間加熱する（図１のステップＳ４）。このとき、
石英チュ−ブ７１内には酸素ガスが混入されているため
、化３および図４（ｄ）に示すように、残存ＯＨ基が酸
素ガスによって酸化されて完全に除去され、実質的にＳ
ｉＯ２　のみからなるＳＯＧ膜１５が形成される。

【００２４】

【化３】

【００２５】その結果、ＳＯＧ膜１５の全域が均一なＳ
ｉＯ２　となる。このため、そのＳＯＧ膜１５をフッ酸
等のエッチャントを用いてエッチングした場合、エッチ
ング・レートがＳＯＧ膜１５の全域に渡って等しくなり
、エッチング・レートが安定する。

【００２６】図５は、酸素ガスの混入濃度（窒素ガスに
対する体積％）とエッチング・レート（オングストロー
ム／分）との関係を実験的に求めた結果を表すグラフで
ある。同グラフに示すように、酸素ガスの混入濃度が多
くなるにしたがって、エッチング・レートは遅くなって
いるのが判る。エッチング・レートが遅くなるというこ
とは、ＳＯＧ膜内においてＳｉＯ２　が密に配列してい
ることを示しており、上記プロセスによってＯＨ基の除
去が進むと理解される。また、酸素ガスの混入濃度を変
えることにより、エッチング・レートをコントロールす
ることもできる。

【００２７】図５からわかるように酸素ガスの混入量が
窒素ガスに対し０．１体積％未満であると、ＯＨ基の除
去効果が不十分となる。また、酸素ガスの混入量が１０
体積％を越えると、半導体基板に必要以上の酸化が生じ
るおそれがある。

【００２８】なお、上記実施例では、酸素ガスを混入さ
せる対象として窒素ガスを用いているが、窒素ガス以外
の不活性ガスを用いるようにしてもよい。

【００２９】また、上記実施例では、ＳＯＧ膜を層間膜
として利用する場合について説明したが、それだけに限
られず、ＳＯＧ膜を不純物拡散用の不純物源として利用
する場合にもこの発明を適用することができる。

【００３０】ところで、この発明の製造方法は、ポリシ
リコン等で構成される非金属配線層１２が半導体基板上
に形成される半導体装置を対象としている。一方、半導
体基板上にＡｌ配線層等の金属配線層が形成されている
場合に、たとえば１０体積％の比較的高い濃度の酸素ガ
スを窒素ガスに混入するとその酸素ガスによってＡｌ等
の金属が酸化され、その結果としてアルミナ等の金属の
酸化物が形成される。そしてこのような金属酸化物が配
線層に生成されると配線層に導通不良が生じてしまう。 したがってこの発明のように比較的高い濃度までの範囲
を含んだ割合で酸素ガスを混入することは、非金属配線
層上のＳＯＧ膜を対象としているという固有の事情を反
映したものとなっている。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置の
製造方法によれば、酸素ガスを０．１〜１０体積％混入
した不活性ガス雰囲気中でＳＯＧ溶液を加熱するように
しているため、シラノール等のケイ素化合物が加熱によ
りＳｉＯ２　化する際に、残存しているＯＨ基が除去さ
れて、ＳＯＧ膜全域でＳｉＯ２　化が図られてエッチン
グ・レートが安定するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の半導体装置の製造方法を説
明するためのフローチャートである。

【図２】上記実施例方法に用いられたＳＯＧ溶液塗布／
ベーク装置を示す模式図である。

【図３】上記実施例方法に用いられた加熱炉を示す模式
断面図である。

【図４】上記実施例方法を説明するための断面図である
。

【図５】酸素ガスの混入濃度とエッチング・レートとの
関係を表すグラフである。

【図６】従来の半導体装置の製造方法に用いられる加熱
炉の模式断面図である。

【符号の説明】

１１　　　　半導体基板 １２　　　　配線層 １４　　　　ＳＯＧ溶液 １５　　　　ＳＯＧ膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　非金属配線層が形成された半導体基板
   上にＳＯＧ溶液を塗布した後、不活性ガス雰囲気中で加
   熱してＳＯＧ膜を形成するようにした半導体装置の製造
   方法において、前記不活性ガス中に、その不活性ガスに
   対し酸素ガスを０．１〜１０体積％混入したことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。