(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板の結晶欠陥の発生を抑えつつ、シリコン酸化膜の膜質を向上させることが可能なシリコン酸化膜の形成方法を提供する。【解決手段】スピンコーティング法により、過水素化シラザン重合体溶液を半導体基板１０１の表面上に塗布し、塗布された過水素化シラザン重合体溶液中の溶媒を加熱処理で揮発させることにより、半導体基板表面上の過水素化シラザン重合体をポリシラザン膜に変化させ、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気中において、ＵＶランプ１にＵＶ光を発光させることにより、雰囲気中にオゾン（Ｏ３）を発生させ、遮蔽板４によってポリシラザン膜をＵＶランプ１の熱で硬化させないようにした状態で、ポリシラザン膜の表面を発生したオゾンにより酸化し、ポリシラザン膜を水蒸気酸化することにより、ポリシラザン膜中の不純物を除去し、ポリシラザン膜をアニールすることにより、ポリシラザン膜をシリコン酸化膜に変化させる。【選択図】図２
2010171231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンコーティング法により、シリコンを含む溶液を半導体基板の表面上に塗布する工程と、
塗布された前記溶液中の溶媒を加熱処理で揮発させることにより、前記半導体基板の表面上にシリコンを含む膜を形成する工程と、
前記膜を前記ＵＶランプの熱で硬化させないようにした状態で、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気中において、ＵＶランプにＵＶ光を発光させることにより、前記雰囲気中にオゾン（Ｏ３）を発生させ、発生した前記オゾンにより前記膜の表面を酸化する工程と、
前記膜を水蒸気酸化することにより、前記膜中の不純物を除去する工程と、
前記水蒸気酸化後、前記膜をアニールすることにより、前記膜をシリコン酸化膜に変化させる工程と、を備える
ことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項２】
前記ＵＶランプと前記膜が形成された前記半導体基板の表面との間に、前記ＵＶランプがＵＶ光を発光するときに発生する熱を遮蔽する遮蔽板を配置する
ことを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項３】
前記ＵＶランプのＵＶ光の発光により発生した前記オゾンを、前記膜の表面近傍まで流動させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項４】
前記酸素を含む雰囲気は、大気であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【請求項５】
前記ＵＶランプにはＵＶ光の照射方向を決定するカバーが備えられ、前記ＵＶランプがＵＶ光を発光する場合には、前記カバーにより、前記ＵＶランプの照射方向を前記半導体基板の基板面と平行にすることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のシリコン酸化膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造工程におけるシリコン酸化膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細化の進んだＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）、ＰＭＤ（Ｐｒｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）等への絶縁膜埋め込み技術としては、複数の技術が挙げられる。例えば、スピンコーティング法で形成するＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）膜、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）膜等の流動性のある膜で埋め込みを行う技術や、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）−ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）シリコン酸化膜と前述の流動性のある膜とを組み合わせて埋め込む技術等が、有望になると考えられる。
【０００３】
そのひとつの手法として、過水素化シラザン重合体（ポリシラザン）溶液を半導体基板に形成されたＳＴＩ溝等に埋め込み、該半導体基板を拡散炉などにて水蒸気雰囲気で酸化することにより、該ＳＴＩ溝にシリコン酸化膜を形成する方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
ここで、塗布されたポリシラザン膜には、原料に含まれる窒素（Ｎ）、およびジブチルエーテル等の有機溶媒に含まれる炭素（Ｃ）が膜中に不純物として残留してしまう。このため、膜質のよいシリコン酸化膜にするためには、酸化量を多くして、これらの不純物を除去する必要がある。
【０００５】
ポリシラザン膜を良質なシリコン酸化膜への変換するために、例えば、水蒸気酸化により酸化したポリシラザン膜を緻密化するために、窒素などの不活性ガス雰囲気で、アニールを行う。
【０００６】
しかし、このアニールの際、ポリシラザン膜に膜収縮が起こる。この膜収縮により、下地（半導体基板）に応力が加わり、半導体基板に結晶欠陥等を発生させる原因となる。
【特許文献１】特開２００４−１７９６１４号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体基板の結晶欠陥の発生を抑えつつ、シリコン酸化膜の膜質を向上させることが可能なシリコン酸化膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るシリコン酸化膜の形成方法は、
スピンコーティング法により、シリコンを含む溶液を半導体基板の表面上に塗布する工程と、
塗布された前記溶液中の溶媒を加熱処理で揮発させることにより、前記半導体基板の表面上にシリコンを含む膜を形成する工程と、
前記膜を前記ＵＶランプの熱で硬化させないようにした状態で、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気中において、ＵＶランプにＵＶ光を発光させることにより、前記雰囲気中にオゾン（Ｏ３）を発生させ、発生した前記オゾンにより前記膜の表面を酸化する工程と、
前記膜を水蒸気酸化することにより、前記膜中の不純物を除去する工程と、
前記水蒸気酸化後、前記膜をアニールすることにより、前記膜をシリコン酸化膜に変化させる工程と、を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係るシリコン酸化膜の形成方法によれば、半導体基板の結晶欠陥の発生を抑えつつ、シリコン酸化膜の膜質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
既述の従来技術では、ポリシラザン膜を良質なシリコン酸化膜への変換するために、例えば、水蒸気酸化により酸化したポリシラザン膜を緻密化するために、窒素などの不活性ガス雰囲気で、アニールを行う。
【００１１】
既述のように、このアニールの際、ポリシラザン膜に膜収縮が起こる。このため、下地に応力が加わり、半導体基板に結晶欠陥等を発生させる原因となる。
【００１２】
ここで、例えば、ＵＶランプのＵＶ光の発光により発生するオゾン（Ｏ３）により、塗布されたポリシラザン膜の表面を酸化することにより、後のアニール時においてポリシラザン膜の膜収縮を抑制することができる。
【００１３】
しかし、ＵＶランプのＵＶ光の発光により生じる熱により、塗布されたポリシラザン膜が硬化する。
【００１４】
そして、本発明者らは、このポリシラザン膜の硬化が生じた場合に、後の水蒸気酸化、アニールを施しても、ポリシラザン膜が十分酸化されず、所望の特性を有するシリコン酸化膜を形成することができないことを、発見した。
【００１５】
そこで、本発明者らは、半導体基板の結晶欠陥の発生を抑えつつ、シリコン酸化膜の膜質を向上させるシリコン酸化膜の形成方法を提案する。
【００１６】
以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しながら説明する。なお、以下では、一例として、シリコンを含む溶液として、ポリシラザン溶液を用いた場合について説明する。この場合、該溶液の溶媒を揮発して得られたポリシラザン膜（シリコンを含む膜）を酸化処理することにより、シリコン酸化膜が形成される。
【００１７】
しかし、シリコンを含む溶液として、ポリシラン溶液またはヒドロシロキサン溶液等の溶液について適用してもよい。この場合、該溶液の溶媒を揮発して得られたシリコンを含む膜であるポリシラン膜またはヒドロシロキサン膜を酸化処理することにより、シリコン酸化膜が形成される。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では、特に、半導体基板上に形成されたＳＴＩ溝にシリコン酸化膜を埋め込む場合の一例について説明する。
【００１９】
図１Ａないし図１Ｄは、本発明の実施例１に係るシリコン酸化膜の形成方法の各工程における断面図である。また、図２は、ＵＶ光によりオゾンを発生させて半導体基板上のポリシラザン膜の表面を酸化させる装置の一例を示す図である。また、図３は、ＵＶ光によりオゾンを発生させて半導体基板上のポリシラザン膜の表面を酸化させる装置の他の例を示す図である。
【００２０】
まず、半導体基板１０１上に、熱酸化法により熱酸化膜１０２を例えば、５ｎｍ程度形成する。そして、この熱酸化膜１０２上に、後のＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）の研磨ストッパ膜となるシリコン窒化膜１０３を、例えば、１５０ｎｍ程度形成する。
【００２１】
次に、半導体基板１０１の全面に、反応性イオンエッチングＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）のハードマスクとなるシリコン酸化膜等のマスク膜（図示せず）をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。更に、このマスク膜上にフォトレジスト膜（図示せず）を塗布する。
【００２２】
次に、通常のリソグラフィ技術により、該フォトレジスト膜を加工する。そして、該フォトレジスト膜をマスクとしてＲＩＥにより、該マスク膜を加工する。その後、該フォトレジスト膜を、アッシャー、及び硫酸過酸化水素水混合液のエッチングにより、除去する。
【００２３】
次に、該マスク膜をハードマスクとして、ＲＩＥにより、シリコン窒化膜１０３、熱酸化膜１０２、半導体基板１０１を順次加工して、半導体基板１０１にエッチング深さ３００ｎｍの溝を形成する。
【００２４】
次に、例えば、弗酸蒸気によって、該マスク膜を選択的に除去する。続いて、該溝内面を熱酸化して４ｎｍの熱酸化膜１０４を形成する。
【００２５】
これにより、半導体基板１０１にＳＴＩとなるＳＴＩ溝１０５が形成される（図１Ａ）。
【００２６】
次に、ＳＴＩ溝１０５を形成した半導体基板１０１の全面に、ポリシラザン膜１０６を形成する（図１Ｂ）。このポリシラザン膜１０６の形成は、詳細には、以下のように行う。
【００２７】
例えば、過水素化シラザン（パーハイドロシラザン）重合体［（ＳｉＨ２ＮＨ）ｎ］をキシレン、ジブチルエーテル等に分散して過水素化シラザン重合体溶液（ポリシラザン溶液）を生成する。スピンコーティング法により、この過水素化シラザン重合体溶液（シリコンを含む溶液）を、半導体基板１０１表面上に塗布する。
【００２８】
ここで、上述のように、過水素化シラザン重合体溶液を塗布することより、過水素化シラザン重合体が、高アスペクト比の溝内部に、ボイド（未充填）やシーム（継ぎ目状の未充填）を生じることなく、埋め込まれる。
【００２９】
そして、塗布された過水素化シラザン重合体溶液中の溶媒を加熱処理で揮発させることにより、半導体基板１０１の表面上の前記過水素化シラザン重合体からポリシラザン膜（シリコンを含む膜）を形成する。
【００３０】
すなわち、例えば、塗膜を形成した半導体基板をホットプレート上で例えば１５０℃以上に加熱し、数分間ベークする。これにより、過水素化シラザン重合体溶液中の溶媒を揮発させる。
【００３１】
以上により、半導体基板１０１上に、ポリシラザン膜１０６が形成される（図１Ｂ）。
【００３２】
次に、図２に示す装置により、支持部３で支持された半導体基板１０１に形成されたポリシラザン膜１０６をＵＶランプ１の熱で硬化させないようにした状態にする。この状態で、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気中において、ＵＶランプ１にＵＶ光を発光させることにより、該雰囲気中にオゾン（Ｏ３）を発生させる。そして、ポリシラザン膜１０６の表面を発生した該オゾンにより酸化する。
【００３３】
本実施例では、図２に示すように、ＵＶランプ１とポリシラザン膜１０６が形成された半導体基板１０１の表面との間に、ＵＶランプ１がＵＶ光を発光するときに発生する熱を遮蔽する遮蔽板４を配置する。これにより、ＵＶランプ１の熱が遮蔽板４により遮蔽され、ポリシラザン膜１０６をＵＶランプ１の熱で硬化しないようになっている。なお、ＵＶランプ１にはＵＶ光の照射方向を決定するカバー２が備えられており、ＵＶ光の照射方向は、遮蔽板４に向かっている。
【００３４】
また、図３に示すように、ＵＶランプ１がＵＶ光を発光する場合には、カバー２により、ＵＶランプの照射方向を半導体基板１０１の基板面と平行にするようにしもよい。これにより、ＵＶランプ１の熱がカバー２により遮蔽され、ポリシラザン膜１０６をＵＶランプ１の熱で硬化しないようにできる。
【００３５】
なお、ＵＶランプ１の熱によりポリシラザン膜１０６が硬化しないように、ＵＶランプ１を、半導体基板１０１との間に所定の距離を隔てて、配置するようにしてもよい。
【００３６】
また、酸素を含む該雰囲気は、少なくとも酸素（Ｏ２）が含まれていればよく、例えば、大気や、この大気よりも酸素濃度が高い雰囲気等であってもよい。
【００３７】
また、例えば、半導体基板１０１付近を減圧することにより、ＵＶランプ１のＵＶ光の発光により発生した該オゾンを、ポリシラザン膜１０６の表面近傍まで流動させるようにしもよい。これにより、より効率よくポリシラザン膜１０６の表面を酸化することができる。
【００３８】
次に、例えば、拡散炉により、ポリシラザン膜１０６を水蒸気酸化することにより、ポリシラザン膜中の不純物を除去する。
【００３９】
次に、膜の緻密化を目的として、ポリシラザン膜１０６をアニールする。このアニールの条件は、例えば、乾燥酸素中で、加熱温度９００℃、３０分である。これにより、ポリシラザン膜１０６をシリコン酸化膜１０６ａに変化（改質）させる（図１Ｃ）。
【００４０】
次に、ＣＭＰ技術により、シリコン窒化膜１０３をストッパとして、シリコン酸化膜１０６ａを研磨する。これにより、シリコン酸化膜１０６ａを、ＳＴＩ溝１０５内部にのみ残存させる（図１Ｄ）。
【００４１】
以降は、例えば、ホット燐酸中でシリコン窒化膜１０３を除去し、トランジスタ等の素子を形成する工程等が続くことになる。
【００４２】
以上の工程により、半導体基板の結晶欠陥の発生を抑えつつ、ＳＴＩ溝に形成するシリコン酸化膜の膜質を向上させることができる。
【００４３】
以上のように、本実施例に係るシリコン酸化膜の形成方法によれば、半導体基板の結晶欠陥の発生を抑えつつ、シリコン酸化膜の膜質を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記実施例１では、ＳＴＩ溝に埋めるシリコン酸化膜を形成する場合について説明した。しかし、本発明は、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する場合についても適用してもよい。
【００４５】
また、上記実施例１では、埋め込み膜として、ポリシラザン膜を単独で用いた例を示した。しかし、例えば、ＣＶＤ法によりＳＴＩ溝に形成したシリコン酸化膜を形成し、その後、スピンコーティング法によりポリシラザン膜を形成するようにしても、同様の作用効果を奏することができる。
【００４６】
また、既述のように、本実施例では、シリコンを含む溶液として、ポリシラザン溶液を用いた場合について説明した。この場合、該溶液の溶媒を揮発して得られたポリシラザン膜（シリコンを含む膜）を酸化処理することにより、シリコン酸化膜が形成された。
【００４７】
しかし、シリコンを含む溶液として、ポリシラン溶液またはヒドロシロキサン溶液等の溶液について適用してもよい。この場合も、該溶液の溶媒を揮発して得られたシリコンを含む膜であるポリシラン膜またはヒドロシロキサン膜を酸化処理する。これにより、シリコン酸化膜が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明の実施例１に係るシリコン酸化膜の形成方法の工程における断面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例１に係るシリコン酸化膜の形成方法の、図１Ａに続く工程における断面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施例１に係るシリコン酸化膜の形成方法の、図１Ｂに続く工程における断面図である。
【図１Ｄ】本発明の実施例１に係るシリコン酸化膜の形成方法の、図１Ｃに続く工程における断面図である。
【図２】ＵＶ光によりオゾンを発生させて半導体基板上のポリシラザン膜の表面を酸化させる装置の一例を示す図である。
【図３】ＵＶ光によりオゾンを発生させて半導体基板上のポリシラザン膜の表面を酸化させる装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ＵＶランプ
２  カバー
３  支持部
４  遮蔽板
１０１  半導体基板
１０２  熱酸化膜
１０３  シリコン窒化膜
１０４  熱酸化膜
１０５  ＳＴＩ溝
１０６  ポリシラザン膜
１０６ａ  シリコン酸化膜
【図１Ａ】
2010171231.tif 000003
【図１Ｂ】
2010171231.tif 000004
【図１Ｃ】
2010171231.tif 000005
【図１Ｄ】
2010171231.tif 000006
【図２】
2010171231.tif 000007
【図３】
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