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この項目の情報は公開日時点(1995年2月14日)のものです。
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図面 (10)

目的

半導体装置の製造工程で用いられるO2プラズマ処理により酸化を受けることがなく、配線材料アルミなどの腐食を伴わずに、有機SOGと同等以上の比較的厚膜使用可能な無機膜を形成することができる方法を提供する。

構成

シリコン酸化膜を形成するに際して、下地上にポリシラザンを塗布し、得られたポリシラザン膜をシリコン酸化膜に変成する。

概要

背景

近年においては、半導体集積回路集積度の向上に伴い、素子形成後の表面段差が大きくなるとともに、配線微細化による配線容量の低下を防ぐために配線を厚くする必要にせまられ、配線後の段差もより大きくなる傾向がある。このため、半導体装置を製造する上で、優れた平坦性が得られる絶縁膜形成方法が要求されている。この要求に対して、層間絶縁膜に4官能シロキサン単位からなる無機SOGや4官能シロキサン単位と3官能シロキサン単位とからなる有機SOGが平坦化材料として用いられている。しかし、無機SOGは、熱処理によりクラックを生じやすいため、0.1μm以下の薄膜で使用されている。また、有機SOGは、酸素プラズマ処理により酸化クラックを生じるため、エッチバック工程を用いたCVD膜との組み合わせによるサンドイッチ構造で使用されている。また、ポリシラザンを熱処理し、シリコンオキシナイトライド膜として使用する方法(特開昭62−88327)や水蒸気雰囲気下で熱処理してシリコン酸化膜に変えて使用する方法(特願平3−279633)が検討されている。

概要

半導体装置の製造工程で用いられるO2プラズマ処理により酸化を受けることがなく、配線材料アルミなどの腐食を伴わずに、有機SOGと同等以上の比較的厚膜使用可能な無機膜を形成することができる方法を提供する。

シリコン酸化膜を形成するに際して、下地上にポリシラザンを塗布し、得られたポリシラザン膜をシリコン酸化膜に変成する。

目的

本発明の目的は、これらの問題点を解消することにあり、半導体装置の製造工程で用いられるO2プラズマ処理により酸化を受けることがなく、配線材料のアルミなどの腐食を伴わずに、有機SOGと同等以上の比較的厚膜で使用可能な無機膜を形成することができる方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
6件

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請求項1

シリコン酸化膜を形成するに際して、下地上にポリシラザンを塗布し、得られたポリシラザン膜をシリコン酸化膜に変成することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法

請求項2

ポリシラザン膜のシリコン酸化膜への変成が、ポリシラザン膜に第一の熱処理を施した後に吸水処理を施し、続いて第二の熱処理を施すことにより行われる、請求項1記載の方法。

請求項3

ポリシラザン膜のシリコン酸化膜への変成が、ポリシラザン膜に紫外線照射を行った後に吸水処理を施し、続いて熱処理を施すことにより行われる、請求項1記載の方法。

請求項4

請求項1に記載の方法により得られたシリコン酸化膜を含む半導体装置

請求項5

請求項1に記載の方法により得られたシリコン酸化膜を含むフラットディスプレイ装置

技術分野

0001

本発明は、シリコン酸化膜形成方法に関する。本発明の方法により得られるシリコン酸化膜は、有機溶剤に可溶の高分子材料を用いて形成することができるため、下地段差平坦化することが可能であり、半導体装置の製造工程で用いられる酸素プラズマ処理によっても酸化を受けないため、従来用いられていたCVD膜に代えてあるいはCVD膜との組み合わせで絶縁膜として使用可能である。また、無機SOG材料に比べて比較的厚膜で使用することが可能であり、下地段差を充分に平坦化することが可能となる。

背景技術

0002

近年においては、半導体集積回路集積度の向上に伴い、素子形成後の表面段差が大きくなるとともに、配線微細化による配線容量の低下を防ぐために配線を厚くする必要にせまられ、配線後の段差もより大きくなる傾向がある。このため、半導体装置を製造する上で、優れた平坦性が得られる絶縁膜の形成方法が要求されている。この要求に対して、層間絶縁膜に4官能シロキサン単位からなる無機SOGや4官能シロキサン単位と3官能シロキサン単位とからなる有機SOGが平坦化材料として用いられている。しかし、無機SOGは、熱処理によりクラックを生じやすいため、0.1μm以下の薄膜で使用されている。また、有機SOGは、酸素プラズマ処理により酸化クラックを生じるため、エッチバック工程を用いたCVD膜との組み合わせによるサンドイッチ構造で使用されている。また、ポリシラザンを熱処理し、シリコンオキシナイトライド膜として使用する方法(特開昭62−88327)や水蒸気雰囲気下で熱処理してシリコン酸化膜に変えて使用する方法(特願平3−279633)が検討されている。

発明が解決しようとする課題

0003

上記した様に、従来においてはSOG材料を用いた下地段差の平坦化が検討されているけれども、しかし無機SOGでは、0.1μm以下の薄膜でしか使用できないため、下地段差に対する充分な平坦化性が得られないことが問題である。また、有機SOGでは、0.5μm以上の比較的厚膜で使用した場合でも熱処理によるクラックの発生は見られないが、しかし半導体装置の製造工程で用いられるO2プラズマ処理により酸化されてクラックを生じるため、スルーホール側面にSOG膜露出されないような使用方法、即ち、CVD膜上にSOGを塗布した後、全面をエッチバックすることにより段差上にSOG膜が残らないようにする方法で用いられている。

0004

また、これまで報告されているポリシラザンを用いて形成されたシリコンオキシナイトライド膜では、再加熱時にアミン系ガスの放出が見られる(図1)という問題があり、水蒸気雰囲気下で熱処理する方法では配線材料に用いられるアルミ水蒸気あるいはアミン系ガスによる腐食が見られるため、ECRプラズマCVD装置など高価な装置を用いた耐水性の高い膜を保護膜として用いなければならないという問題がある。

0005

本発明の目的は、これらの問題点を解消することにあり、半導体装置の製造工程で用いられるO2プラズマ処理により酸化を受けることがなく、配線材料のアルミなどの腐食を伴わずに、有機SOGと同等以上の比較的厚膜で使用可能な無機膜を形成することができる方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するため、本発明は、シリコン酸化膜を形成するに際して、下地上にポリシラザンを塗布し、得られたポリシラザン膜をシリコン酸化膜に変成することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法を提供する。本発明の方法において、ポリシラザン膜のシリコン酸化膜への変成は、ポリシラザン膜に第一の熱処理を施した後に吸水処理を施し、続いて第二の熱処理を施すことにより行われるか、あるいはポリシラザン膜に紫外線照射を行った後に吸水処理を施し、続いて熱処理を施すことにより行われる。

0007

例えば、シリコン酸化膜を形成しようとする下地上にポリシラザンをスピンコートし、さらに熱処理を施して溶融平坦化した後、ポリシラザンを酸化シリコンに変成してシリコン酸化膜とするのである。ポリシラザン膜のシリコン酸化膜への変成に際しては、ポリシラザン膜に、好ましくは300℃以上の温度において、所望ならば不活性ガス雰囲気下で、第一の熱処理を施し、次いで熱湯に浸漬して吸水処理を施した後に、350℃以上の温度で第2の熱処理を施すか、または高圧水銀灯を用いて紫外線照射を行い、次いで水洗による吸水処理を施した後に、350℃以上の熱処理を施すのがよい。

0008

本発明の方法において、吸水処理は、40%前後の湿度下に1週間以上放置することによっても可能であるが、長時間を要し、実用的ではない。

0009

本発明に係るシリコン酸化膜の形成方法によれば、下地段差を平坦化する目的に有用な0.5μm以上の比較的厚膜でシリコン酸化膜を形成することが可能である。また、本発明の方法により形成される膜は、シリコン酸化膜であるため、半導体製造工程で用いられる酸素プラズマ処理による酸化を受けないことから、エッチバックなど複雑な工程を用いることなく絶縁膜として使用可能である。

0010

また、本発明の方法は、ポリシラザンを用いた絶縁膜形成方法として提案されている従来方法に比べて、再加熱によるアミン系ガス放出を抑制することが可能であり、また水蒸気あるいはアミン系ガスによるアルミ配線の腐食を防止できるという特徴を有する。さらに、本発明の方法によるシリコン酸化膜は、従来から用いられているCVD−SiO2 膜やCVD−PSG膜と組み合わせて絶縁膜を形成した場合においても、かかるCVD−SiO2 膜もしくはPSG膜とのフッ素プラズマによるエッチングレートが同等となるため、上下配線導通をはかるためのスルーホールの形成においてテーパー形状を付与することが可能であり、従って配線の優れたカバレッジが得られる。

0011

このように、本発明の方法によるシリコン酸化膜を絶縁膜として用いることによって、下地段差を平坦化することができ、信頼性の高い半導体集積回路の多層配線が可能となり、またこのシリコン酸化膜をフラットディスプレイ装置における平坦化膜として用いることもできる。

0012

以下、実施例により本発明をさらに説明する。
実施例1
シリコン平板上にポリシラザンをスピンコートにより塗布し、得られたポリシラザン膜を、酸素気流下に、下記の表1に示す条件で熱処理した。得られた処理基板上に水滴を乗せ、基板と水との接触角を測定することにより膜の表面状態を評価した。表1に、熱処理条件と接触角との関係を示す。

0013

ID=000003HE=055 WI=072 LX=1140 LY=0300
表1から、250〜350℃の間の熱処理により接触角が小さくなり、膜表面が親水性に変化していることがわかる。
実施例2
シリコン平板上にポリシラザンをスピンコートにより塗布し、得られたポリシラザン膜を、高圧水銀灯(1kW)を用いて紫外線照射を行いながら空気中で、下記の表2に示す条件で熱処理した。得られた処理基板上に水滴を乗せ、基板と水との接触角を測定することにより膜の表面状態を評価した。表2に、熱処理条件と接触角との関係を示す。

0014

ID=000004HE=055 WI=072 LX=1140 LY=1500
表2において、150℃と比較的低い基板温度領域でも紫外線照射による膜の親水化がみられる。また、接触角の値は一般に低く、250℃以上の基板温度において接触角10°以下の親水性の高い膜が得られることがわかる。さらに、基板温度を350℃とすると、1分間の処理でも親水性の高い膜が得られる。
実施例3
シリコン平板上にポリシラザンをスピンコートにより塗布し、得られたポリシラザン膜を酸素気流下に450℃で30分間熱処理した(処理1)。また、同様にして得られたポリシラザン膜を、空気中350℃で3分間熱処理し、次いで熱湯に5分間浸漬した後、窒素ガス中450℃で30分間熱処理し(処理2)、または高圧水銀灯(1kW)を用いて紫外線照射を行いながら空気中250℃で3分間処理し、次いで5分間水洗した後、窒素ガス中450℃で30分間熱処理した(処理3)。次に、得られた膜のそれぞれについて、加熱昇温脱ガス分析を行った。結果を図1図3に示す。これらの図から、従来方法(処理1)では、再加熱によりアミン系ガスが多量に放出されることがわかる(図1)。一方、本発明の方法(処理2および処理3)を用いると再加熱時にもほとんどアミン系ガスの放出が見られない膜が得られる(図2および図3)。
実施例4
配線厚8000Åのアルミ配線を施した基板上にプラズマSiON膜を3000Åの厚さで成膜し、続いてポリシラザンをスピンコートにより塗布し、水蒸気雰囲気下に450℃で30分間熱処理した(処理4)。また、同様にして得られたポリシラザン膜を、不活性ガス雰囲気下に350℃で3分間熱処理し、次いで80℃の温水に5分間浸漬した後、窒素ガス中450℃で30分間熱処理し(処理5)、または高圧水銀灯(1kW)を用いて3分間紫外線照射を行い、次いで5分間水洗した後、窒素ガス中450℃で30分間熱処理した(処理6)。得られたそれぞれの膜の状態を図4図6に示す。これらの図から、水蒸気雰囲気での熱処理(処理4、図4)で見られるアルミ配線の腐食が本発明の方法により形成された膜では見られないことがわかる(処理5、図5および処理6、図6)。
実施例5
素子形成およびA1配線(第一層)を施したSi基板上に、プラズマCVDSiON膜を0.3μmの厚さで形成し、続いてポリシラザンの溶液スピンコート法により、シリコン基板上で0.5μmの厚さに塗布可能な条件下に、塗布し、350℃で3分間熱処理し(処理7)、続いて80℃の温水に3分間浸漬して吸水処理(処理8)後、450℃で30分間の熱処理を施し(処理9)、シリコン酸化膜を得た(各処理工程での赤外吸収スペクトル変化を図7図9に示す)。このときの第一層配線によって生じた段差は0.2μm以下に平坦化されていた。次に、0.5μm厚のノボラック系ポジレジストを用いてフッソ系プラズマによりエッチングを行い、スルーホールを形成した。この時、最小スルーホール径は、0.3μm角であった。スルーホールを形成後、スルーホール部へのAl埋め込みおよび第二層Al配線を行い、保護層として1.3μm厚のりんガラス層を形成した後、電極取り出し用窓あけを行って半導体装置を得た。
実施例6
素子形成およびA1配線(第一層)を施したSi基板上に、プラズマCVD−SiON膜を0.3μmの厚さで形成し、続いてポリシラザンの溶液をスピンコート法により、シリコン基板上で0.5μmの厚さに塗布可能な条件下に、塗布し、150℃で15分間の熱処理を施した後、紫外線照射を行った(処理10)。続いて、80℃の温水に3分間浸漬して吸水処理(処理11)後、450℃で30分間の熱処理を施し(処理12)、または5分間水洗した(処理13)後、450℃で30分間の熱処理を施し(処理14)、シリコン酸化膜を得た(各処理工程での赤外吸収スペクトル変化を図7図9に示す)。このときの第一層配線によって生じた段差は0.2μm以下に平坦化されていた。次に、0.5μm厚のノボラック系ポジレジストを用いてフッソ系プラズマによりエッチングを行い、スルーホールを形成した。この時、最小スルーホール径は、0.3μmφであった。スルーホールを形成後、スルーホール部へのAl埋め込みおよび第二層目Al配線を行い、保護層として1.3μm厚のりんガラス層を形成したのち、電極取り出し用窓あけを行って半導体装置を得た。

発明の効果

0015

以上の説明から明らかなように、本発明の方法により形成されるシリコン酸化膜は、下地に凹凸を有する基板を平坦化することが可能であり、成膜過程での配線材料に対するダメージを抑えることができる。従って、半導体装置あるいはフラットディスプレイ装置における絶縁あるいは平坦化膜として有用となる。

図面の簡単な説明

0016

図1実施例で得られたシリコン酸化膜の加熱昇温脱ガス分析の結果を示す図。
図2実施例で得られたシリコン酸化膜の加熱昇温脱ガス分析の結果を示す図。
図3実施例で得られたシリコン酸化膜の加熱昇温脱ガス分析の結果を示す図。
図4実施例で得られたアルミ配線上のシリコン酸化膜の状態を示す図。
図5実施例で得られたアルミ配線上のシリコン酸化膜の状態を示す図。
図6実施例で得られたアルミ配線上のシリコン酸化膜の状態を示す図。
図7実施例における各処理工程での赤外吸収スペクトル変化を示す図。
図8実施例における各処理工程での赤外吸収スペクトル変化を示す図。
図9実施例における各処理工程での赤外吸収スペクトル変化を示す図。

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