JPS6377139A - 絶縁膜の形成方法 - 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】 （概要〕 半導体装置の製造に於いて用いられる絶縁膜の形成方法
であって、 基板上に樹脂膜を塗布後、該樹脂膜を真空中で加熱硬化
し、更にこの加熱硬化せる樹脂膜をプラズマ状のガスに
曝すことで、ガスプラズマのエネルギーで硬化させ、更
にプラズマＣＶＤ法でこの上に連続的に無機膜を形成す
る。

すなわち、加熱硬化した樹脂膜をガスプラズマに曝すこ
とで硬化した樹脂膜を更に安定な膜に硬化させ、その後
、直ちにその硬化せる樹脂膜の上に無機膜を連続的に形
成することで、簡潔な工程で短時間のうちに信頼性の高
い多層構造の絶縁膜の形成を可能とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体集積回路等に利用する絶縁膜の形成方法
に関する。

半導体集積回路の高集積化に伴い、配線の多層化は必須
のものと成ってきている。

多層配線を微細に、かつ高信頼度に行うためには、眉間
絶縁膜の表面の凹凸を如何に抑制するかと云うことが重
要なポイントとなる。このための技術の一つとしては、
ポリイミド等の樹脂を基板に回転塗布し、硬化させ眉間
絶縁膜とする方法が広く検討されている。

然しなから、有機膜のみで形成された絶縁膜は、ピンホ
ール等が存在し、また後の熱処理等の工程でクランクが
発生する等信頼性に欠け、絶縁不良を起こす等の問題が
ある。

このため、例えば有機膜で前記した基板の凹凸を埋め、
平坦にした後、その上に無機膜を形成し、二層構造とす
る等により、平坦であり、かつ信頼性のある絶縁膜が用
いられるように成ってきている。

〔従来の技術〕

このような二層構造の多層絶縁膜を形成する従来の方法
について第４図を用いて説明する。

例えば、半導体基板１に形成した半導体素子の電極２を
接続する第１層の配線層３を形成した後、その上にポリ
イミド樹脂のような樹脂膜４を所定の厚さにスピンコー
ド法を用いて塗布形成した後、窒素（Ｎ２）ガス等の不
活性ガスの雰囲気内でホットプレート、オーブン或いは
横型のベーキング炉等を用いて加熱硬化する。

更にこのように加熱硬化した樹脂膜を有する基板を反応
管内に導入後、該反応管内にシラン（ＳｉＨｔ）ガスと
一酸化窒素（ＮｔＯ）ガスとの混合ガスを導入し、該基
板を設置する基板設置台と、該基板設置台に対向する電
極間に高電圧を印加して導入された混合ガスをプラズマ
状態となし、該プラズマ状態の反応ガスの成分を基板上
に付着させて、Ｓｉ０ｇ膜より成る無機膜５を上記樹脂
膜４上に付着させる。

このようにして樹脂膜４と無機［５より成る多層構造の
絶縁膜を基板上に形成する。

更にこの多層構造の絶縁膜にコンタクトホールを開口し
た後、その上に第２層の配ｖＡ層６を形成後、この配線
層６を所定のパターンに形成して半導体装置を形成して
いた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然し、このような従来の方法では、樹脂膜を加熱硬化さ
せるのに長時間を必要とする。

また樹脂膜上に無機膜をプラズマＣＶＤ法により形成す
る際に、樹脂膜にクランクが入り易いという問題がある
。

更に樹脂膜を硬化させる場合はベーキング炉で行い、そ
の樹脂膜上に無機膜を形成する場合はプラズマＣＶＤ装
置を用いて行うため、工程が短時間に連続的に行うこと
が出来ないといった問題があった。

本発明は上記した問題点を解決し、前記した樹脂膜と無
機膜よりなる二層構造の絶縁膜を短時間で得るようにし
、かつこの形成された絶縁膜が高信頼度の膜となるよう
な絶縁膜の形成方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の絶縁膜の形成方法は、基板上に樹脂膜を塗布後
、真空中で前記樹脂膜を加熱硬化し、次いでプラズマ状
の不活性ガス、或いは反応ガスの雰囲気に前記加熱硬化
した樹脂膜を曝して更に該樹脂膜を硬化させ、次いで、
プラズマＣＶＤ法で前記樹脂膜の上に無機膜を形成する
工程を含む。

〔作用〕

本発明の絶縁膜の形成方法は、熱硬化した樹脂膜を形成
した基板をプラズマ状態の雰囲気内に曝して、樹脂膜を
硬化させて化学的に安定な膜となし、更に樹脂膜をプラ
ズマ処理した容器より取り出すことなく連続してその上
に無機膜をプラズマＣＶＤ法で形成することで、短時間
のうちに高信頼度の樹脂膜、無機膜より成る多層構造の
絶縁膜を形成するようにする。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。

まず第１図に示すように、ＧａＡｓ等の半導体基板１１
に、電極１２および第１Ｎの配線層１３を形成後、該基
板１１上にポリメチルシルセスキオキサン（ＰＭＳＳ）
樹脂よりなる樹脂膜１４をスピンコード法により塗布形
成する。

次いで該基板１１を第２図に示すような反応容器２１内
に導入後、基板設置台２２上に設置する。

次いで、該容器内を１０”’ｔｏｒｒ程度の真空度にな
る迄、排気バルブ２３を介して排気した後、第３図の温
度プロフィールの曲線３１に示すように３０分後に３５
０℃の温度になるように基板設置台２２に設けであるヒ
ータ（図示せず）を加熱して該樹脂膜１４を段階的に加
熱硬化する。

この状態で基板を反応容器２１内に導入してから、曲線
３１でＡの時間まで、この状態を維持する。

このように段階的に基板の温度を上昇させ、溶剤を充分
乾燥させた後、樹脂を硬化させる。

次いで排気ガスバルブ２３を半開きにし、ガス導入バル
ブ２５を開放にして、窒素（Ｎ２）ガス、或いはアルゴ
ン（Ａｒ）ガスを反応容器２１内に０．０１〜１０ｔｏ
ｒｒの真空度になる迄導入する。

次いで反応容器２１内に導入されたガスの圧力を曲線３
１のＢの時間まで掛かって調整し、安定化させる。

その後、基板設置台２２とこれに対向する電極２４間に
周波数１３．５６ＭＨｚ、出力２００　Ｗの高周波電力
を印加し、容器２１内に導入されたガスをプラズマ状態
にする。

そしてこのプラズマ状態のガスの雰囲気内に基板を２５
分間、即ち曲線３１の点Ｃの時間迄、基板を曝すことで
、基板上の樹脂を更に加熱硬化させる。

このようにプラズマ状態のガスに樹脂膜を曝すことで、
短時間で樹脂膜が化学的に安定な硬化膜となる。

次いでこの曲線３１のＣの時間で、反応容器２１内のガ
スの導入を停止した後、窒素ガスの他に、シラン（Ｓｉ
Ｈａ　）ガス、−酸化窒素ガス（Ｎｚ　Ｏ）を導入し、
導入ガス圧を０．０１〜１０ｔｏｒｒの真空度になるま
で導入し、そして曲線３１の点りに敗る時間の間ガス圧
を調整した後、再び基板設置台２２と電極２３間に高周
波電力を２００Ｗ、１３．５６ＭＩＩｚの条件で導入さ
れた反応ガスをプラズマ状態となし、ＳｉＯ□膜を樹脂
膜上に無機膜１５として形成する。

更に５分間程度、即ち曲線３１の点已に到達した時、高
周波電力の印加を停止した後、反応容器内にＮ２ガスを
導入して基板を室温まで冷却して反応装置内の基板を取
り出す。

その後、この無機膜１５にコンタクトホールを形成後、
第２Ｎの配線層を蒸着法、ホトリソグラフィ法等を用い
て所定のパターンに形成する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の方法によれば、樹脂膜を短
時間に硬化させることができる。

更に樹脂膜を硬化した後、同一反応容器内で有機膜の上
部にプラズマＣＶＤ法による無機膜を一貫して連続的に
形成することができる。

従って基板を外気に曝すことなく、簡単な工程により短
時間に二層構造を持つ多層構造の信頼性の高い絶縁膜の
形成が可能となり、このような方法で形成した絶縁膜を
用いて半導体装置を形成すれば、高信頬度の半導体装置
が得られる効果がある。

尚、本実施例では化合物半導体基板より成る半導体装置
に例を用いて述べたが、本発明の方法はＳｉ基板を用い
た他の半導体装置にも適用できるのは無論である。

また本実施例で用いた樹脂膜としてのポリメチルシル省
スキオキサンの他に、シリコーン樹脂系のプロス（ＰＬ
Ｏ３）膜、ポリイミド樹脂膜を用いて形成しても良い。

また無機膜としては５ｉＯｚ膜の他に窒化Ｓｉ膜のよう
な無機膜を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いる基板の断面図、第２図は
本発明の方法に用いる装置の模式図、第３図は本発明の
方法に於ける絶縁膜の加熱硬化工程を示す図、 第４図は従来の方法で形成した多層絶縁膜を有する半導
体装置の断面図である。 図に於いて、 １１は基板、１２は電極、１３は第１層の配線層、１４
は樹脂膜、１５は無機膜、１６は第２層の配線層、２１
は反応容器、２２は基板設置台、２３は排気パルプ、２
４は電極、２５はガス導入バルブ、３１は絶縁膜の加熱
硬化曲線を示す。 ≧トイン１σＩ、ｌこ占φう４１５４胃）Ｅ＼゛ズ「ｊ
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第１図 ↓　↑ オ亮明のλ５ゑＩ：王１・津１ｍｌ歇俗ｍ第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体装置の製造に用いる絶縁膜の形成方法であって、 基板（１１）上に樹脂膜（１４）を塗布後、真空中で前
   記樹脂膜（１４）を加熱硬化し、次いでプラズマ状の不
   活性ガス、或いは反応ガスの雰囲気に前記加熱硬化した
   樹脂膜（１４）を曝して更に該樹脂膜（１４）を硬化さ
   せ、次いで、、プラズマＣＶＤ法で前記樹脂膜（１４）
   の上に無機膜（１５）を形成する工程を含むことを特徴
   とする絶縁膜の形成方法。