(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の平坦化特性を得るためのスピンオングラス膜の形成方法において、
ウェーハ上にスピンオングラス膜を塗布する第１の段階と、
前記ウェーハを含む密閉された容器内にエーテル系の物質であるスピンオングラス溶剤を噴射し、前記容器内に前記溶剤の蒸気が飽和されるようにし、前記ウェーハを回転させて前記スピンオングラス膜が再溶解するようにして、前記スピンオングラス膜の表面を平坦化させる第２の段階と
を含むことを特徴とするスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項２】
前記第１の段階及び前記第２の段階は、密閉された空間内で実施されることを特徴とする請求項１に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項３】
前記スピンオングラス溶剤の噴射は、前記スピンオングラス膜の塗布と同時に塗布前又は塗布後に実施することを特徴とする請求項1に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項４】
前記スピンオングラス溶剤は、プロピレングリコールジメチルエーテルであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項５】
前記第２の段階後、前記スピンオングラス膜を３００℃乃至５００℃の温度で硬化させる第３の段階を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項６】
前記スピンオングラスは、側鎖がCxH2x+1(xは自然数）の結合構造を有する有機シリコン系のスピンオングラスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項７】
第２絶縁膜として前記スピンオングラス膜を形成する前に、前記ウェーハ上に第１絶縁膜を形成する段階と、選択的に前記スピンオングラス膜の上に第３絶縁膜を形成する段階とを含み、第２絶縁膜の前記スピンオングラス膜は、前記第１絶縁膜上に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項８】
前記第１及び第３絶縁膜は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項７に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【請求項９】
前記第１及び第３絶縁膜は、シリコンオキシナイトライド膜であることを特徴とする請求項７に記載のスピンオングラス膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に層間絶縁及び平坦化のためのスピンオングラス（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）膜（ＳＯＧ膜）の平坦化特性及び生産性をより向上させることができるスピンオングラス膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常的なＳＯＧ膜の形成は、シロキサン（ｓｉｌｏｘａｎｅ）またはシリケート（ｓｉｌｉｃａｔｅ）を溶剤（ｓｏｌｖｅｎｔ）に混合させてＳＯＧ溶液を形成し、ノズル（ｎｏｚｚｌｅ）を通じてウェーハ上にＳＯＧ溶液を噴射させて回転塗布（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）を実施した後、脱水（ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ）及び凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）のためにベーク（ｂａｋｅ）又はキュリング（ｃｕｒｉｎｇ）の工程を実施する。
【０００３】
図１は、従来の密閉されていないＳＯＧ膜の形成容器を示す断面図で、ＳＯＧ膜の形成容器１０の内にウェーハ３０の支持台２０が装着されて、ウェーハ３０の支持台２０に連結された支持板上にウェーハ３０が固定されている。上述したような密閉されていない形成容器を使用する場合には常圧の状態でＳＯＧ溶液の塗布が行われる。
【０００４】
半導体素子の高集積化によって要求される多層の金属構造における段差は、さらに深刻さを増しているのが実情である。ＳＯＧ溶液の固有の流動性によってビア（ｖｉａ）の埋めたて（ｆｉｌｌｉｎｇ）と段差による問題は、ある程度解消することができるが、ＳＯＧ溶液の塗布後にも段差は依然として存在している。
【０００５】
また、塗布工程の間に塗布されたＳＯＧ膜は流動性を喪失するために１回の回転塗布を実施して形成することができるＳＯＧ膜の厚さには限界があり、シロキサン系列のＳＯＧでは１回の塗布工程でＳＯＧ膜を２０００Åの厚さの以上に形成することが難しいために、図２（ａ）に図示したように、金属配線４０が形成されたウェーハ３０上に塗布の工程を実施して第１のＳＯＧ膜５１を形成して、図２（ｂ）に図示したように、再塗布の工程を実施して第１のＳＯＧ膜５１上に第２のＳＯＧ膜５２を形成するというように、ＳＯＧ膜の厚さによって塗布の工程回数を増加しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、所望の厚さのＳＯＧ膜を形成するためには、回転塗布の工程を多数回実施すべきであるので、同一の工程の繰り返しによって生産性が低下されて、完全な平坦化を実現することができなかった。そこで、金属配線上には他の部分よりＳＯＧ膜がより厚く形成されて、後続の工程であるビア（ｖｉａ）形成で、ビア側壁に蝕刻の残余物によるバウイング（ｂｏｗｉｎｇ）が発生するという問題がある。
【０００７】
また、通常的な回転塗布ではエッジビード（ｅｄｇｅ  ｂｅａｄ）が発生し、このエッジビードが後続工程で割れてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、平坦化の特性を向上させることができるスピンオングラス膜の形成方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明は、平坦化特性を向上させることによってスピン塗布により生成するエッジビードを最大限に抑制し、スピンオングラス膜の蝕刻時に生成されるビアバウイング現象を抑制することができるスピンオングラス膜の形成方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、平坦化特性の向上とともに、従来の形成方法よりも厚いＳＯＧ膜を形成することができるので一回の工程で所望の厚さのＳＯＧ膜を形成することができるというスピンオングラス膜の形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明は、半導体素子の平坦化特性を得るためのスピンオングラス膜の形成方法において、ウェーハ上にスピンオングラス膜を塗布する第１の段階と、前記ウェーハを含む密閉された容器内にエーテル系の物質であるスピンオングラス溶剤を噴射し、前記容器内に前記溶剤の蒸気が飽和されるようにし、前記ウェーハを回転させて前記スピンオングラス膜が再溶解するようにして、前記スピンオングラス膜の表面を平坦化させる第２の段階とを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によるＳＯＧ膜の形成方法によれば、ウェーハ上にＳＯＧ膜を回転塗布して、ＳＯＧ溶剤をウェーハを含む密閉された容器内に噴射し、溶剤の蒸気が飽和されるようにするので、ＳＯＧ膜の厚さを増加させて平坦化の程度を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１４】
本発明の属する技術分野において、通常の知識を有する者が本発明の技術的な思想を容易に実施できる程度に詳細に説明するために、本発明の望ましい実施例を添付した図３及び図４を参照にして説明する。
【００１５】
図３は、本発明のスピンオングラス膜の形成方法の一実施例にかかる工程の断面図で、内部容器１０Ａ内にウェーハの支持台１１０が装着され、ウェーハの支持台１１０に連結された支持板上にウェーハ１２０が固定されている。内部容器１０Ａ上には、内部蓋１０Ｂが設けられていて、ウェーハ１２０を密閉した空間に位置するように構成されている。内部容器１０Ａは外部容器２０Ａ内に位置し、外部容器２０Ａ上には、外部蓋２０Ｂが設けられていて、外部容器２０Ａと外部蓋２０Ｂが、内部容器１０Ａと内部蓋１０Ｂを取り囲むように構成されている。
【００１６】
図３に図示したように、ウェーハの支持台１１０上にウェーハ１２０を固定させて、ノズル（図示せず）を通じてＳＯＧ溶液をウェーハ１２０上に噴射させた後、回転塗布の工程を実施して、ノズルを通じて溶剤（ｓｏｌｖｅｎｔ）を噴射させて内部容器１０Ａ及び内部蓋１０Ｂとの間の密閉された空間内に溶剤の蒸気３００が飽和されるようにする。この際、内部容器１０Ａにより形成される空間に飽和される溶剤の噴射は、ＳＯＧ溶液の塗布と同時に、塗布前又は塗布後に実施することができる。
【００１７】
また、第１絶縁膜をウェーハ１２０上に形成して、その上に第２絶縁膜としてＳＯＧ膜を塗布することができる。また、ＳＯＧ膜上に第３絶縁膜を形成することもできる。この際、第１絶縁膜及び第３絶縁膜は、酸化シリコン、シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライドのような通常の絶縁膜を使用することができる。
【００１８】
ＳＯＧは、望ましくは側鎖（ｓｉｄｅ  ｃｈａｉｎ）がＣｘＨ２ｘ＋１（ｘは自然数）の結合構造を有する有機シリコン系であり、また、溶剤は、望ましくはエーテル（ｅｔｈｅｒ）系列の溶剤であり、本発明の一実施例ではプロピレングリコールジメチルエーテル（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｇｌｙｃｏｌ  ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｅｔｈｅｒ）を使用する。しかし、エーテル系溶剤より性能は良くないがアルコール系の溶剤も本発明で使用することができる。溶剤の蒸気が内部容器１０Ａ及び内部蓋１０Ｂとの間の密閉された空間に飽和されることによりＳＯＧ溶剤によってＳＯＧ膜が再溶解される。この再溶解は流動性を失わないため継続的な塗布が可能である。したがって、塗布されるＳＯＧ膜の厚さを増加されることもできる。
【００１９】
その後、３００℃乃至５００℃温度でＳＯＧ膜を硬化させることが望ましい。
【００２０】
図４は、前述と同様の過程でウェーハ上に形成されたＳＯＧ膜１４０を示す断面図で、一回の回転塗布の工程で従来より厚い厚さｄを得ることができるだけでなく、平坦化の程度が向上されることを示している。
【００２１】
図５（ａ）は、アルコール系の溶剤を使用してＳＯＧ膜を形成した後、ウェーハ全面のＳＯＧ膜の厚さの変化を示す測定図で、図５（ｂ）はエーテル系の溶剤を使用してＳＯＧ膜を形成した後、ウェーハの全面のＳＯＧ膜の厚さの変化の結果を示す測定図である。
【００２２】
次に示す表１は、図５（ａ）及び図５（ｂ）測定結果によってアルコール系の溶剤を使用した場合と、エーテル系の溶剤を使用した場合の膜の厚さ及び厚さの均一性を比較して表にしたものである。ここで、使用されたアルコール系の溶剤はイソプロピルアルコールであり、使用されたエーテル系の溶剤はプロピレングリコールジメチルエーテルである。ＳＯＧ物質は、ＡＧ−２１１（ポリメチルシロキサン系物質の商品名−Ａｌｌｉｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  ｃｏ．，  米国−）である。
【００２３】
【表１】
0003554686.tif 000002
【００２４】
表１で厚さの均一性は、次式から得られ、その結果は、厚さの均一性が小さいほど平坦化の程度が大きいことを意味している。
【００２５】
厚さの均一性（％）＝｛（膜の厚さの最大値−膜の厚さの最小値）／（２×膜の平均厚さ）｝×１００                    ・・・（式）
表１に示した結果は、２つの場合とも、一回の回転塗布の工程で、より厚いＳＯＧ膜を得ることができることを示しており、特に、アルコール系の溶剤を使用した場合よりエーテル系の溶剤を使用した場合のほうが膜が厚く形成され、厚さの均一性も向上していることが分かる。
【００２６】
このように、上述した実施例及び添付された図面により限定されるものではなく、本発明の技術的な思想を抜け出さない範囲の内で種々の置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者あれば十分に理解することができることである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ウェーハ上にスピンオングラス膜を塗布する第１の段階と、ウェーハを含む密閉された容器内にエーテル系の物質であるスピンオングラス溶剤を噴射し、容器内に前記溶剤の蒸気が飽和されるようにし、ウェーハを回転させてスピンオングラス膜が再溶解するようにして、スピンオングラス膜の表面を平坦化させる第２の段階とを含むので、従来の形成方法よりも厚さの厚いＳＯＧ膜を形成することができて、また、生産性を向上させることができるばかりでなく、微細な線の幅を有する半導体素子の製造工程で埋めたての特性を向上させることができる。
【００２８】
さらに、回転塗布により発生するエッジビードの厚さも減少させることができるとともに、後続の工程でエッジビード部分の壊れを防止することができ、平坦化特性の向上によって金属の配線上にＳＯＧ膜が他の部分より厚く形成されることを防止できるので、ＳＯＧ膜の蝕刻の時に、残存する炭素基らによるビアバウイング現象を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスピンオングラス膜を形成するための形成容器の断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、従来のスピンオングラス膜の形成方法において、２回の回転塗布の方法で形成されたスピンオングラス膜を示す断面図である。
【図３】本発明におけるスピンオングラス膜の形成方法の一実施例のよる形成容器の断面図である。
【図４】本発明の形成方法によって形成されたスピンオングラス膜を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、アルコール系の溶剤を使用してスピンオングラス膜を形成した後、ウェーハ全面のスピンオングラス膜の厚さの変化を示す測定図で、（ｂ）は、エーテル系の溶剤を使用してスピンオングラス膜を形成した後、ウェーハ全面のスピンオングラス膜の厚さの変化の結果を示す測定図である。
【符号の説明】
１０  ＳＯＧの形成容器
２０  ウェーハ支持台
３０，１２０  ウェーハ
４０  金属配線
５１  第１のＳＯＧ膜
５２  第２のＳＯＧ膜
１０Ａ  内部容器
１０Ｂ  内部蓋
２０Ａ  外部容器
２０Ｂ  外部蓋
１４０  ＳＯＧ膜
３００  溶剤の蒸気
【図１】
0003554686.tif 000003
【図２】
0003554686.tif 000004
【図３】
0003554686.tif 000005
【図４】
0003554686.tif 000006
【図５】
0003554686.tif 000007