JPH07335639A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPH07335639A JPH07335639A JP12517394A JP12517394A JPH07335639A JP H07335639 A JPH07335639 A JP H07335639A JP 12517394 A JP12517394 A JP 12517394A JP 12517394 A JP12517394 A JP 12517394A JP H07335639 A JPH07335639 A JP H07335639A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- interlayer insulating
- atmosphere
- volume
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 エッチングレートや吸湿性が小さく、脱ガス
の少ない層間絶縁膜をアルミ配線を損傷することなく形
成する。 【構成】 Si-H結合を含むSiO2前駆体溶液をウエファ上
に塗布した後、400 ℃〜450 ℃の温度範囲で、酸素濃度
が0.001 体積% 〜5 体積% の雰囲気中でキュアして層間
絶縁膜を形成する。酸素濃度を0.001 体積% 以上とする
ことにより低温でSi-Hを酸化して高品質のSiO2層間絶縁
膜が得られる。キュア温度を450 ℃以下とするのでアル
ミ配線の損傷はない。
の少ない層間絶縁膜をアルミ配線を損傷することなく形
成する。 【構成】 Si-H結合を含むSiO2前駆体溶液をウエファ上
に塗布した後、400 ℃〜450 ℃の温度範囲で、酸素濃度
が0.001 体積% 〜5 体積% の雰囲気中でキュアして層間
絶縁膜を形成する。酸素濃度を0.001 体積% 以上とする
ことにより低温でSi-Hを酸化して高品質のSiO2層間絶縁
膜が得られる。キュア温度を450 ℃以下とするのでアル
ミ配線の損傷はない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、特に、脱ガス量が少なく、エッチングレートの小さ
い良質な層間絶縁膜を、より低い熱処理（キュア）温度
で形成する方法に関するものである。
法、特に、脱ガス量が少なく、エッチングレートの小さ
い良質な層間絶縁膜を、より低い熱処理（キュア）温度
で形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造において、配線の多層
化と金属配線層の断面アスペクト比の増大に伴い、配線
層間の段差をできるかぎり平坦化する必要性が高まって
きている。一方、配線に広く用いられているアルミニウ
ムの融点は低いので、層間絶縁膜は５００℃以下、望ま
しくは４５０℃以下の温度処理を行なうプロセスで形成
しなければならないという制約がある。
化と金属配線層の断面アスペクト比の増大に伴い、配線
層間の段差をできるかぎり平坦化する必要性が高まって
きている。一方、配線に広く用いられているアルミニウ
ムの融点は低いので、層間絶縁膜は５００℃以下、望ま
しくは４５０℃以下の温度処理を行なうプロセスで形成
しなければならないという制約がある。
【０００３】そこで、従来、層間絶縁膜の形成には、シ
ロキサン結合を有する有機ケイ素化合物のオリゴマーの
溶液を回転する基板上に塗布し、加熱縮重合して酸化ケ
イ素質の絶縁膜とする、いわゆるＳＯＧ(Spin-On-Glas
s) が用いられてきた。ＳＯＧは、溶液を用いるプロセ
スであるため、細かい隙間への埋込み性に優れている
が、表面の段差を被覆し、平坦化するためには、段差に
見合った厚さの膜とする必要があり、その結果として厚
膜化することになる。
ロキサン結合を有する有機ケイ素化合物のオリゴマーの
溶液を回転する基板上に塗布し、加熱縮重合して酸化ケ
イ素質の絶縁膜とする、いわゆるＳＯＧ(Spin-On-Glas
s) が用いられてきた。ＳＯＧは、溶液を用いるプロセ
スであるため、細かい隙間への埋込み性に優れている
が、表面の段差を被覆し、平坦化するためには、段差に
見合った厚さの膜とする必要があり、その結果として厚
膜化することになる。
【０００４】従来のＳＯＧは、無機ＳＯＧと有機ＳＯＧ
とに大別され、無機ＳＯＧは、平坦化に十分な膜厚を１
回の塗布では得ることができない欠点がある。また、縮
合による体積収縮が大きく、クラックが入りやすいとい
った問題もあった。一方、有機ＳＯＧはシロキサン結合
のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の一部を有機基で変成してこれら
の点を改良し、１回の塗布で厚塗が可能で、縮合による
収縮も少なくなったが、残留有機基が後工程の酸素プラ
ズマにより酸化され、その際の膜収縮により、クラック
が発生する、吸湿性が増大する、上下のＣＶＤ絶縁膜と
の密着が悪く剥がれるなどの問題があった。
とに大別され、無機ＳＯＧは、平坦化に十分な膜厚を１
回の塗布では得ることができない欠点がある。また、縮
合による体積収縮が大きく、クラックが入りやすいとい
った問題もあった。一方、有機ＳＯＧはシロキサン結合
のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の一部を有機基で変成してこれら
の点を改良し、１回の塗布で厚塗が可能で、縮合による
収縮も少なくなったが、残留有機基が後工程の酸素プラ
ズマにより酸化され、その際の膜収縮により、クラック
が発生する、吸湿性が増大する、上下のＣＶＤ絶縁膜と
の密着が悪く剥がれるなどの問題があった。
【０００５】これらの従来のＳＯＧに対し、アメリカ特
許第4,999,397 号明細書には、準安定なシラン加水分解
生成物（ＲＳｉ（ＯＨ）X Ｏ（３−ｘ）／２）n で表さ
れ、ｎ＞８，ｘ＝０〜２，Ｒ：Ｈ，ＣＨ3 の構成式によ
り表されるもの）の溶液をＳＯＧと同様に用いることに
よって層間絶縁膜を形成する技術が開示されている。こ
のようなシラン加水分解生成物溶液を用いるときは、そ
の塗布後のキュア工程において、Ｓｉ−ＨがＳｉ−Ｏに
転換するときに、体積膨張し、縮合の体積収縮と相殺さ
れるため全体の体積変化が小さく抑えられるので厚膜化
が可能となる。しかも、有機基が残留しないので、後工
程でのプラズマダメージによるクラックの発生、吸湿性
の増大などを回避でき、エッチバックによる除去や、上
下のＣＶＤ絶縁膜による保護を必要とせず、ＳＯＧのみ
で層間絶縁膜を形成できる可能性がある。
許第4,999,397 号明細書には、準安定なシラン加水分解
生成物（ＲＳｉ（ＯＨ）X Ｏ（３−ｘ）／２）n で表さ
れ、ｎ＞８，ｘ＝０〜２，Ｒ：Ｈ，ＣＨ3 の構成式によ
り表されるもの）の溶液をＳＯＧと同様に用いることに
よって層間絶縁膜を形成する技術が開示されている。こ
のようなシラン加水分解生成物溶液を用いるときは、そ
の塗布後のキュア工程において、Ｓｉ−ＨがＳｉ−Ｏに
転換するときに、体積膨張し、縮合の体積収縮と相殺さ
れるため全体の体積変化が小さく抑えられるので厚膜化
が可能となる。しかも、有機基が残留しないので、後工
程でのプラズマダメージによるクラックの発生、吸湿性
の増大などを回避でき、エッチバックによる除去や、上
下のＣＶＤ絶縁膜による保護を必要とせず、ＳＯＧのみ
で層間絶縁膜を形成できる可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが実際には、Ｎ
2 雰囲気で４００℃未満の温度でキュアした場合には、
０．５％フッ酸によるエッチングレートの高い、粗な絶
縁膜しか形成されない欠点があることを確かめた。ま
た、同じく窒素雰囲気中で４５０℃を越える温度でキュ
アした場合には、エッチングレートが比較的小さい良質
な絶縁膜が得られるが、キュア温度として４５０℃を越
える温度は金属配線や、他の絶縁膜を劣化させるため実
用的ではない。また、大気雰囲気中において４５０℃を
越える温度でキュアした場合には、絶縁膜中にＳｉ−Ｏ
Ｈが発生し、吸湿性や、ガスの吸着性が増加する問題が
ある。
2 雰囲気で４００℃未満の温度でキュアした場合には、
０．５％フッ酸によるエッチングレートの高い、粗な絶
縁膜しか形成されない欠点があることを確かめた。ま
た、同じく窒素雰囲気中で４５０℃を越える温度でキュ
アした場合には、エッチングレートが比較的小さい良質
な絶縁膜が得られるが、キュア温度として４５０℃を越
える温度は金属配線や、他の絶縁膜を劣化させるため実
用的ではない。また、大気雰囲気中において４５０℃を
越える温度でキュアした場合には、絶縁膜中にＳｉ−Ｏ
Ｈが発生し、吸湿性や、ガスの吸着性が増加する問題が
ある。
【０００７】本発明は、上述した準安定なシラン加水分
解生成物溶液などの、Ｓｉ−Ｈ結合をその分子構造に含
有するＳｉＯ2 前駆体塗布液を用い、低い温度でキュア
処理してもエッチングレートや吸湿性が小さく、ガスの
吸着も少ない良質な絶縁膜を形成することができる方法
を提供しようとするものである。
解生成物溶液などの、Ｓｉ−Ｈ結合をその分子構造に含
有するＳｉＯ2 前駆体塗布液を用い、低い温度でキュア
処理してもエッチングレートや吸湿性が小さく、ガスの
吸着も少ない良質な絶縁膜を形成することができる方法
を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明者らは、キュアの温度と雰囲気について種
々検討を行い、以下の知見を得た。 （１）キュア温度が４００℃未満の場合、雰囲気中の酸
素濃度を増すと、エッチングレートが低下し、膜質が向
上する傾向にあるが、酸素濃度を最大限に増しても、十
分低いエッチングレートは得られない。 （２）キュア温度が４５０℃を越える場合、雰囲気に酸
素が含有されなくても、十分低いエッチングレートを得
ることができ、酸素濃度を増すと、かえって若干エッチ
ングレートが上昇し、膜質が低下する傾向が得られた。
また、酸素濃度を増すと、膜中にＳｉ−ＯＨが発生し、
その量は、酸素濃度とともに増大した。 （３）キュア温度が４００℃以上，４５０℃以下の場
合、雰囲気中の酸素濃度を増していくと、一旦エッチン
グレートが低下する点が５体積％以下に存在し、その点
を越えてさらに酸素濃度を増大させると、エッチングレ
ートが再び上昇する傾向が得られた。膜中のＳｉ−ＯＨ
の量は、酸素濃度とともに増大した。また、酸素濃度を
０．００１体積％未満とすると、エッチングレートの低
減が十分に行われないことを見出した。
めに、本発明者らは、キュアの温度と雰囲気について種
々検討を行い、以下の知見を得た。 （１）キュア温度が４００℃未満の場合、雰囲気中の酸
素濃度を増すと、エッチングレートが低下し、膜質が向
上する傾向にあるが、酸素濃度を最大限に増しても、十
分低いエッチングレートは得られない。 （２）キュア温度が４５０℃を越える場合、雰囲気に酸
素が含有されなくても、十分低いエッチングレートを得
ることができ、酸素濃度を増すと、かえって若干エッチ
ングレートが上昇し、膜質が低下する傾向が得られた。
また、酸素濃度を増すと、膜中にＳｉ−ＯＨが発生し、
その量は、酸素濃度とともに増大した。 （３）キュア温度が４００℃以上，４５０℃以下の場
合、雰囲気中の酸素濃度を増していくと、一旦エッチン
グレートが低下する点が５体積％以下に存在し、その点
を越えてさらに酸素濃度を増大させると、エッチングレ
ートが再び上昇する傾向が得られた。膜中のＳｉ−ＯＨ
の量は、酸素濃度とともに増大した。また、酸素濃度を
０．００１体積％未満とすると、エッチングレートの低
減が十分に行われないことを見出した。
【０００９】以上の知見から、準加水分解生成物溶液を
塗布した後、４５０℃以下の低い温度でキュアしてもエ
ッチングレートおよび吸湿性の小さい良質な膜を形成す
るために、本発明においては、キュア雰囲気の酸素濃度
を０．００１体積％以上で５体積％以下とする。キュア
雰囲気中の酸素以外の成分としては、Ｎ2,Ａr,Ｈe など
の非酸化性のガスを使用する。本発明による半導体装置
の製造方法の好適実施例においては、キュア温度を４１
０〜４２５℃とし、酸素濃度を０．００３〜３体積％と
する。また、準安定なシラン加水分解生成物は、分子構
造中にＳｉ−Ｈ結合を持つことを特徴とする化合物であ
るが、本発明の方法では、分子構造中にＳｉ−Ｈ結合を
含有するＳｉＯ2 前駆体塗布液全般を適用できることが
容易に想像される。
塗布した後、４５０℃以下の低い温度でキュアしてもエ
ッチングレートおよび吸湿性の小さい良質な膜を形成す
るために、本発明においては、キュア雰囲気の酸素濃度
を０．００１体積％以上で５体積％以下とする。キュア
雰囲気中の酸素以外の成分としては、Ｎ2,Ａr,Ｈe など
の非酸化性のガスを使用する。本発明による半導体装置
の製造方法の好適実施例においては、キュア温度を４１
０〜４２５℃とし、酸素濃度を０．００３〜３体積％と
する。また、準安定なシラン加水分解生成物は、分子構
造中にＳｉ−Ｈ結合を持つことを特徴とする化合物であ
るが、本発明の方法では、分子構造中にＳｉ−Ｈ結合を
含有するＳｉＯ2 前駆体塗布液全般を適用できることが
容易に想像される。
【００１０】
【作用】本発明の方法においては、キュア雰囲気の酸素
濃度が０．００１体積％以上であるので、低温でもＳｉ
−ＯＨの発生が抑制され、Ｓｉ−ＯＨの吸着作用による
水やガスの吸脱着が抑止される。
濃度が０．００１体積％以上であるので、低温でもＳｉ
−ＯＨの発生が抑制され、Ｓｉ−ＯＨの吸着作用による
水やガスの吸脱着が抑止される。
【００１１】
【実施例】以下に実施例によって本発明をさらに詳細に
説明する。分子構造中にＳｉ−Ｈ結合を含有するＳｉＯ
2 前駆体塗布液として、「ＤＯＷＣＯＲＮＩＮＧ ＦＬ
ＯＷＡＢＬＥ ＯＸＩＤＥ ＦＯｘ−１７」なる商品名
で市販されている準安定なシラン加水分解生成物溶液
を、直径６インチのシリコン基板上にスピンコーターで
塗布し、２００℃で乾燥後、表１に示す温度および雰囲
気条件でキュアして層間絶縁膜を形成した。このときの
雰囲気の残部は純窒素を用いた。スピンコーターの回転
速度は、乾燥後の膜厚が７０００Åとなるように調節し
た。キュアにより硬化した層間絶縁膜について、以下の
方法に従ってウエットエッチングレートを測定し、水お
よびガスの吸脱着性を評価した。
説明する。分子構造中にＳｉ−Ｈ結合を含有するＳｉＯ
2 前駆体塗布液として、「ＤＯＷＣＯＲＮＩＮＧ ＦＬ
ＯＷＡＢＬＥ ＯＸＩＤＥ ＦＯｘ−１７」なる商品名
で市販されている準安定なシラン加水分解生成物溶液
を、直径６インチのシリコン基板上にスピンコーターで
塗布し、２００℃で乾燥後、表１に示す温度および雰囲
気条件でキュアして層間絶縁膜を形成した。このときの
雰囲気の残部は純窒素を用いた。スピンコーターの回転
速度は、乾燥後の膜厚が７０００Åとなるように調節し
た。キュアにより硬化した層間絶縁膜について、以下の
方法に従ってウエットエッチングレートを測定し、水お
よびガスの吸脱着性を評価した。
【００１２】ウエットエッチレート シリコンウエファを０．５重量％のフッ酸に浸漬し、浸
漬前後の層間絶縁膜の膜厚差を浸漬時間で除した値をウ
エットエッチレートとして求めた。 水およびガスの吸脱着性 シリコンウエファを６００℃まで加熱し、昇温脱離ガス
分析（ＴＤＳ）法で、脱離ガス種とその量を測定した。
脱ガス種は主にＨ2 Ｏであった。量については４００℃
で、Ｎ2 雰囲気中でのキュアの場合の量を１として規格
化して表に示した。
漬前後の層間絶縁膜の膜厚差を浸漬時間で除した値をウ
エットエッチレートとして求めた。 水およびガスの吸脱着性 シリコンウエファを６００℃まで加熱し、昇温脱離ガス
分析（ＴＤＳ）法で、脱離ガス種とその量を測定した。
脱ガス種は主にＨ2 Ｏであった。量については４００℃
で、Ｎ2 雰囲気中でのキュアの場合の量を１として規格
化して表に示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】表から明らかなように、本発明によって形
成した層間絶縁膜は、いずれもエッチングレートが２５
００Å／分以下と低く、水およびガスの吸脱着性も４０
０℃、Ｎ2 雰囲気でのキュアとほぼ同等の高品質な層間
絶縁膜であった。
成した層間絶縁膜は、いずれもエッチングレートが２５
００Å／分以下と低く、水およびガスの吸脱着性も４０
０℃、Ｎ2 雰囲気でのキュアとほぼ同等の高品質な層間
絶縁膜であった。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、エッチングレートが低
く、水およびガスの吸脱着の少ない層間絶縁膜を形成す
ることができる。そのため、本発明によって形成される
層間絶縁膜は、近年ますます高密度化する半導体装置に
有効に適用できる信頼性の高い平坦化膜としてその工業
的利用価値は非常に大きなものである。
く、水およびガスの吸脱着の少ない層間絶縁膜を形成す
ることができる。そのため、本発明によって形成される
層間絶縁膜は、近年ますます高密度化する半導体装置に
有効に適用できる信頼性の高い平坦化膜としてその工業
的利用価値は非常に大きなものである。
フロントページの続き (72)発明者 中野 正 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 太田 与洋 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｉ−Ｈ結合を含むＳｉＯ2 前駆体の溶
液を基板上に塗布した後、酸素含有量が０．００１体積
％以上で５体積％以下の雰囲気中で、４００℃以上、４
５０℃以下の温度で熱処理して層間絶縁膜を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12517394A JPH07335639A (ja) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12517394A JPH07335639A (ja) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335639A true JPH07335639A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14903703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12517394A Pending JPH07335639A (ja) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335639A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10313002A (ja) * | 1997-05-12 | 1998-11-24 | Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd | ＳｉＯ２被膜の形成方法 |
-
1994
- 1994-06-07 JP JP12517394A patent/JPH07335639A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10313002A (ja) * | 1997-05-12 | 1998-11-24 | Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd | ＳｉＯ２被膜の形成方法 |
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