JPH1022282A - 酸化シリコン膜の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

酸化シリコン膜の製造方法およびその製造装置

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JPH1022282A
JPH1022282A JP17771896A JP17771896A JPH1022282A JP H1022282 A JPH1022282 A JP H1022282A JP 17771896 A JP17771896 A JP 17771896A JP 17771896 A JP17771896 A JP 17771896A JP H1022282 A JPH1022282 A JP H1022282A
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JP
Japan
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silicon oxide
substrate
heat treatment
oxide film
coating film
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JP17771896A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Maruyama
裕之 丸山
Tadashi Ohashi
直史 大橋
Hiroki Nezu
広樹 根津
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】スループットが高く、基板間の特性差が少ない
酸化シリコン膜の製造方法およびこれに用いる製造装置
を提供する。 【解決手段】酸化シリコン生成のための第2の熱処理
を、加熱プレートによる加熱と高光エネルギを有する電
磁波の照射を併用して行う。 【効果】基板を高温度に加熱することなしに、短時間に
酸化シリコンを生成することができる、スループットが
向上し、しかも、基板間の特性の差が減少して信頼性が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化シリコン膜の製
造方法およびそれに用いる製造装置に関し、詳しくは塗
布ガラス塗布膜の熱処理による酸化シリコン膜の製造方
法およびこれに用いる製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、酸化シリコン膜を製造す
る方法として、熱酸化法およびCVD(化学気相成長)
法の他に、塗布によって形成する方法が知られている。
塗布法によって酸化シリコン膜を形成する方法は、塗布
ガラスと呼ばれる液を基板表面上に塗布して塗布膜を形
成した後、熱処理を行なって上記塗布膜を酸化シリコン
膜にするものであり、表面に段差を有する基板上酸化シ
リコン膜を形成する場合に特に有効である。
【0003】上記塗布ガラスとしては、スピン・オン・
グラス(商品名;以下、SOGと記す)が広く用いられ
ており、通常、下記のように行なわれる。 (1)表面に酸化シリコン膜を形成すべき基板の温度を
一定に保ち、所定の温度および湿度に雰囲気が管理され
た塗布スピンコータに上記基板を搬送した後、所定量の
SOG液をこの基板の中心部に適下する。
【0004】(2)上記塗布スピンコータによって上記
基板を低速回転して、基板表面全体に上記SOG液を塗
布した後、高速回転して所定の膜厚および基板面内膜厚
均一性を得る。
【0005】(3)上記SOG液中に含まれる溶剤を除
去できる温度および雰囲気に保たれたプレート部に上記
基板を搬送して一定時間置き、上記溶剤を気散させて除
去する(第1の熱処理)。
【0006】(4)上記基板を石英ボートに移し、ベー
ク炉内に搬送して、上記石英ボートをドーム状の石英治
具で覆い、所定のガスを上記石英治具内に流して石英治
具内の雰囲気を制御した後、所定温度の最終熱処理を所
定時間行なって、上記SOG液中のOH基や水分を除去
して酸化シリコン膜を形成する(第2の熱処理)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法におい
ては、下記問題があった。すなわち、上記ベーク炉内に
おける第2の熱処理の際には、SOG自体の化学反応に
よって酸化シリコンが生成される。しかし、SOG塗布
膜の熱処理によって形成される酸化シリコン膜は、主と
して層間絶縁膜として使用されるため、上記第2熱処理
の温度が高いと、SOG塗布膜の下に形成されている配
線の抵抗が高くなってしまい、動作速度の低下など好ま
しくない障害が発生する恐れがある。そのため、上記第
2の熱処理の温度をあまり高くすることができず、40
0℃前後としなければならないので、SOG膜から酸化
シリコン膜を形成するためには長時間(約60〜90
分)の熱処理を行なう必要があり、スループットが低か
った。
【0008】しかも、上記のように、第2の熱処理が他
の工程よりはるかに長時間を要するため、他の工程は枚
葉処理によって処理できるにもかかわらず、第2の熱処
理のみは枚葉処理を行なうことはできず、バッチ処理を
行なう他なかった。そのため、基板によって第1の熱処
理から第2の熱処理までの待ち時間に差が生じ、SOG
塗布膜の経時変化によって膜質の基板間変動が生ずる恐
れがあった。
【0009】このように、上記従来の方法では、第2の
熱処理工程の作業性が低く処理に長時間を必要とする、
および得られた酸化シリコン膜の膜質が基板間で変動す
る恐れがあるという問題があった。
【0010】本発明の目的は、従来の方法が有する上記
問題を解決し、所要時間が短く、しかも基板間における
膜質変動が小さい酸化シリコン膜の製造方法およびこれ
に用いる酸化シリコン膜の製造装置を提供することであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の酸化シリコン膜の製造方法は、基板の表面上
に塗布ガラス液を塗布して塗布膜を形成する工程と、第
1の熱処理を行って上記塗布膜中の水分を除去する工程
と、第2の熱処理を行って上記塗布膜中のOH基および
残った水分を除去して酸化シリコン膜を形成する工程を
含み、少なくとも上記第2の熱処理は、上記塗布膜に電
磁波を照射しながら行われることを特徴とする。
【0012】すなわち、本発明は、酸化シリコン膜を表
面上に形成すべき基板上に塗布ガラス液を塗布して塗布
膜を形成した後、第1の熱処理を行なってこの塗布膜中
の水分の大部分を除去し、さらに第2の熱処理を、電磁
波を照射しながら行なう。上記電磁波を照射することに
よって、上記第2の熱処理の温度を、著しく低くし、所
要時間を短縮することができる。
【0013】上記塗布膜は、上記塗布ガラス液を上記基
板の中心部近傍に滴下した後、上記基板を面内方向に回
転することによって行われる。回転数と時間を制御する
ことによって、所望膜厚を容易に得ることができる。
【0014】上記第1の熱処理は、50℃〜300℃の
範囲内の温度で行われ、塗布膜中の水分の大部分は容易
に除去される。
【0015】また、上記第2の熱処理は200℃〜50
0℃の範囲内の温度で行われる。電磁波を照射しながら
第2の熱処理が行なわれるので、電磁波を照射しない場
合にくらべてはるかに低い温度で塗布膜を酸化シリコン
膜とすることができ、所要時間も短縮される。
【0016】上記第1の熱処理は、不活性ガス雰囲気中
で行われる。
【0017】上記第2の熱処理において照射される電磁
波としては、エキシマレーザ、色素レーザ、N2レー
ザ、水銀ランプおよび重水素ランプからなる群から選択
されたものを使用することができ、いずれを用いても好
ましい結果が得られる。
【0018】上記第2の熱処理のみではなく、上記第1
の熱処理も、上記塗布膜に電磁波を照射して行ってもよ
い。電磁波の照射が、第1の熱処理の温度の低下および
所要時間の短縮に有効であることは第2の熱処理の場合
と同じである。
【0019】上記電磁波を照射しながら熱処理を行なう
装置としては、反応容器内の所定の位置に配置された、
その表面上に酸化シリコン膜を形成すべき基板を所定の
温度に加熱するための加熱手段と、この加熱手段の上方
に配置された、上記基板に電磁波を照射する光源と、上
記反応容器内に所定のガスを供給する手段を少なくとも
具備した加熱部を有する酸化シリコン膜製造装置を用い
ることができる。
【0020】上記加熱手段としては加熱プレートを用い
ることができ、この加熱プレートと上記光源の間に、開
閉可能な遮光板を設けることによって、上記電磁波の照
射を、極めて容易に制御することができ、さらに、上記
光源と上記遮光板の間には石英板を設けることができ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】上記第1の熱処理は、SOG塗布
膜から大部分の水分を除去するために行われるのであ
り、その温度範囲は50℃〜300℃とするのが好まし
く、所要時間は30秒〜300秒である。
【0022】また、上記第2の熱処理は、SOG塗布膜
からOH基や残った水分などを除去するとともに、SO
G塗布膜を酸化シリコン膜に変えるために行われるので
あり、その温度範囲は200℃〜500℃とするのが好
ましい。この場合の所要時間は60秒〜600秒の範囲
内である。
【0023】上記第1の熱処理は不活性ガス雰囲気中で
行われ、例えば窒素、アルゴンまたはヘリウムなどの単
独または混合ガス雰囲気中で行うことができる。また、
上記第2の熱処理は、任意のガス雰囲気中で行ってSO
G塗布膜を酸化し、酸化シリコン膜を形成する。その雰
囲気としては、例えば窒素、酸素または酸素+水蒸気と
することができる。
【0024】上記第2の熱処理の際における電磁波の照
射は、エキシマランプ、水銀ランプ、または重水素ラン
プを用いて行うことができる。
【0025】
【実施例】
〈実施例1〉図1を用いて本発明の実施例を説明する。
図1は本実施例における最終熱処理に用いられる加熱部
を示す断面図である。
【0026】まず、半導体(シリコン)基板上に、段差
0.9μmの配線パターンを形成した後、周知のCVD
法(化学気相成長法)によって厚さ0.5μmの酸化シ
リコン膜を全面に形成した。
【0027】次に、上記基板を、SOG液の塗布と熱処
理を一貫して行なうことができる装置に移し、基板間に
おけるSOG膜厚および面内膜厚分布均一性の変動を抑
制するため、20℃に保たれたプレート上に1分間放置
して、基板温度を一定にした。
【0028】スピンコータ(回転塗布機)に上記基板を
セットして、SOG液を上記基板の中心近傍に滴下した
後、スピンコータを動作させて上記基板を面内方向に回
転し、SOG塗布膜を形成した。この際の基板の回転数
は、SOG塗布膜の所望膜厚によって適宜選択すること
ができ、本実施例では1500rpm、1分間の回転処
理を行なって、厚さ0.5μmのSOG塗布膜を形成し
た。
【0029】次に、窒素雰囲気中で第1の熱処理を行な
って、上記SOG塗布膜中に含まれる溶媒の大部分を除
去した。この第1の熱処理は、窒素雰囲気中において、
3段階の温度(約100℃、約150℃および約250
℃)に保ったプレート部を、低温の方から順次動かして
行なった。各プレートは密室構造を有しており、各プレ
ート部上における上記基板の滞留時間は、それぞれ約2
00秒とした。
【0030】第1の熱処理の終った上記基板を、図1に
示した加熱部に移して第2の熱処理を行ない、上記SO
G塗布膜中に含まれるOH基および水分の大部分を除去
して、酸化シリコン膜を生成した。
【0031】すなわち、シャッタ5を開いて、あらかじ
め窒素雰囲気とされた加熱部内に上記基板4を搬送し、
加熱プレート1上に置いてシャッタ5を閉じた。上記加
熱プレート1は、あらかじめヒータ10に通電して30
0℃に保たれている。
【0032】次に、遮光板3を開くとともに、配線7に
通電してエキシマランプ2を動作させて、エキシマラン
プ2から発生した高エネルギの電磁波を、上記基板4の
表面に照射した。この状態を200秒続けて、上記基板
4の表面上に形成された上記SOG塗布膜を酸化シリコ
ン膜に変化させた。
【0033】本実施例によれば、SOG液の塗布から酸
化シリコン膜の形成までに要する時間は、従来の方法の
1/2以下に短縮された。また、第1および第2の熱処
理の所要時間の差がなくなり、各基板の処理時間がほと
んど同一になったため、得られた酸化シリコン膜の特性
の基板間差は極めて少なくなり、信頼性は著しく向上し
た。
【0034】なお、図1において、符号8は上記エキシ
マランプ2を保持するためのステンレス板、6は石英
板、9は加熱プレート10を保持するためのステンレス
台を、それぞれ示す。
【0035】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、SOG膜の形成から酸化シリコン膜の形成まで
に要する時間が、従来の方法の1/2以下に短縮するこ
とができる。しかも、高エネルギの電磁波照射が加熱と
併用されるので、熱処理温度をあまり高くする必要がな
い。そのため、酸化シリコンを短時間で生成できるばか
りでなく、酸化シリコン生成の際に配線の粒子が成長す
ることがなく、高い信頼性を持った半導体装置が形成で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸化シリコン膜の製造装置の加熱部の
構造を説明するための図。
【符号の説明】
1…加熱プレート、2…エキシマランプ、3…遮光板、
4…基板、5…シャッタ、6…石英板、7…配線、8…
ステンレス板、 9…ステンレス台、10…ヒータ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の表面上に塗布ガラス液を塗布して塗
    布膜を形成する工程と、第1の熱処理を行って上記塗布
    膜中の水分を除去する工程と、第2の熱処理を行って上
    記塗布膜中のOH基および残った水分を除去して酸化シ
    リコン膜を形成する工程を含み、少なくとも上記第2の
    熱処理は、上記塗布膜に電磁波を照射しながら行われる
    ことを特徴とする酸化シリコン膜の製造方法。
  2. 【請求項2】上記塗布膜を形成する工程は、上記塗布ガ
    ラス液を上記基板の中心部近傍に滴下した後、上記基板
    を面内方向に回転することによって行われることを特徴
    とする請求項1に記載の酸化シリコン膜の製造方法。
  3. 【請求項3】上記第1の熱処理は50℃〜300℃の範
    囲内の温度で行われることを特徴とする請求項1若しく
    は2に記載の酸化シリコン膜の製造方法。
  4. 【請求項4】上記第2の熱処理は200℃〜500℃の
    範囲内の温度で行われることを特徴とする請求項1から
    3のいずれか一に記載の酸化シリコン膜の製造方法。
  5. 【請求項5】上記第1の熱処理は不活性ガス雰囲気中で
    行われることを特徴とする請求項1から4のいずれか一
    に記載の酸化シリコン膜の製造方法。
  6. 【請求項6】上記電磁波は、エキシマレーザ、色素レー
    ザ、N2レーザ、水銀ランプおよび重水素ランプからな
    る群から選択されることを特徴とする請求項1から5の
    いずれか一に記載の酸化シリコン膜の製造方法。
  7. 【請求項7】上記第1の熱処理は、上記塗布膜に電磁波
    を照射して行われることを特徴とする請求項1から6の
    いずれか一に記載の酸化シリコン膜の製造方法。
  8. 【請求項8】反応容器内の所定の位置に配置された、そ
    の表面上に酸化シリコン膜を形成すべき基板を所定の温
    度に加熱するための手段と、当該加熱するための手段の
    上方に配置された、上記基板に電磁波を照射する光源
    と、上記反応容器内に所定のガスを供給する手段を少な
    くとも具備した加熱部を有することを特徴とする酸化シ
    リコン膜製造装置。
  9. 【請求項9】上記加熱手段は加熱プレートであり、当該
    加熱プレートと上記光源の間には開閉可能な遮光板が設
    けられてあることを特徴とする請求項8に記載の酸化シ
    リコン膜製造装置。
  10. 【請求項10】上記光源と上記遮光板の間には石英板が
    設けられてあることを特徴とする請求項9に記載の酸化
    シリコン膜製造装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0962965A2 (en) * 1998-05-26 1999-12-08 Eaton Corporation Treatment of dielectric materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0962965A2 (en) * 1998-05-26 1999-12-08 Eaton Corporation Treatment of dielectric materials
EP0962965A3 (en) * 1998-05-26 2002-01-23 Axcelis Technologies, Inc. Treatment of dielectric materials

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