(57)【要約】【課題】  クラックの発生を抑制することができるようにした絶縁膜の形成方法及び、絶縁膜の形成装置を提供する。【解決手段】  メタル配線が形成された半導体基板上にＴＥＯＳ膜を形成する方法であって、シリコンウエーハに一定の大きさ以上の反りが有るか無いかを検査し（ステップＳ１〜Ｓ３）、反りが有る場合には当該反りを強調する方向に応力が働くＴＥＯＳ膜をシリコンウエーハ上に形成し（ステップＳ４，５）、反りが無い場合には応力特性が中庸であるＴＥＯＳ膜をシリコンウエーハ上に形成する（ステップＳ６）。このような構成であれば、ＴＥＯＳ膜の応力はシリコンウエーハの反りを強調する方向に働くので、シリコンウエーハとＴＥＯＳ膜との間で作用し合う力を緩和することができる。【選択図】  図２
2006080430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタル配線が形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する方法であって、
前記半導体基板の反りを検査する工程と、
前記検査の結果に基づいて、前記反りを強調する方向に応力が働く前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成する工程と、を含むことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項２】
前記検査をする工程は、  
前記半導体基板に一定の大きさ以上の反りが有るか無いかを検査する工程であり、
前記絶縁膜を形成する工程は、
前記反りが有る場合には当該反りを強調する方向に応力が働く前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成し、前記反りが無い場合には応力特性が中庸である前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成する工程である、ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項３】
前記絶縁膜はＴＥＯＳ膜であり、
前記半導体基板上に前記ＴＥＯＳ膜を形成する工程では、当該半導体基板上に形成される該ＴＥＯＳ膜の応力特性をＴＥＯＳソースの流量を調整することによって、圧縮応力、引っ張り応力又は中庸の何れか一にすることを特徴とする請求項２に記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】
メタル配線が形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する装置であって、
前記半導体基板の反りを検査する反り検査手段と、
前記検査の結果に基づいて、前記反りを強調する方向に応力が働く前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成する絶縁膜形成手段と、を備えたことを特徴とする絶縁膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜の形成方法及び、絶縁膜の形成装置に関し、特に、クラックの発生しにくい層間絶縁膜やパッシベーション膜の形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の層間絶縁膜や、パッシベーション膜の形成方法として、特許文献１に開示されたものがある。即ち、この特許文献１にあっては、第１層アルミ配線と第２層アルミ配線との間の層間絶縁膜として、塗布焼成シリコン酸化膜及びプラズマシリコン酸化膜を形成する。また、第２層アルミ配線を覆うパッシベーション膜として、プラズマシリコン酸化膜及びプラズマシリコン窒化膜を形成する。プラズマシリコン酸化膜や、プラズマシリコン窒化膜は、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成する。
【０００３】
また、従来のプラズマＣＶＤ装置として、特許文献２に開示されたものがある。即ち、この特許文献２にあっては、プラズマＣＶＤ装置にレーザを用いたプローブ手段を備えることによって、この装置内で半導体ウエーハを加熱することによって生じる反り部分と反り量をインサイチュ（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）測定することができるようにしたものである。
【特許文献１】特開平５−１０２３２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１８９６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
確かに、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ装置であれば、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ測定することによって、ヒータの温度をリアルタイムに制御することが可能であり、半導体ウエーハにおける反り量の増大を抑制することが可能である。
しかしながら、このような構成であっても、半導体ウエーハにおける反りの発生を完全に無くしてその反り量を０とすることは困難である。また、図５（Ａ）に示すように、プラズマシリコン酸化膜やプラズマシリコン窒化膜を形成する前の時点で、半導体ウエーハＷ´が既に反ってしまっている場合もあり、このように反ってしまった半導体ウエーハＷ´を元の曲がりのない状態に戻すことはほとんど不可能である。
【０００５】
そのような事情から、実際の工程では、図５（Ｂ）に示すように、半導体ウエーハＷ´が反った状態でその上に層間絶縁膜や、パッシベーション膜（以下、これらを「絶縁膜」と総称する。）９１が形成されてしまうことがある。ここで、半導体ウエーハＷ´の反りの方向と、絶縁膜９１の応力特性の向きとがぶつかり合う場合には、半導体ウエーハＷ´と絶縁膜９１との間で大きな力が作用し合い、その結果、図５（Ｃ）に示すように、絶縁膜９１にクラックが発生してしまうおそれがあった。
【０００６】
このようにして、例えばパッシベーション膜９１にクラックが入ってしまうと、バンプ（ｂｕｍｐ）形成工程でメッキ処理の下地となる金属膜（ｕｎｄｅｒ  ｂｕｍｐ  ｍｅｔａｌ）を除去する際に、このクラックにエッチャントが染み込んでしまい、パッシベーション膜９１下のメタル配線９２が溶かされてしまうおそれがあった。
そこで、この発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、クラックの発生を抑制することができるようにした絶縁膜の形成方法及び、絶縁膜の形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の絶縁膜の形成方法は、メタル配線が形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する方法であって、前記半導体基板の反りを検査する工程と、前記検査の結果に基づいて、前記反りを強調する方向に応力が働く前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
ここで、通常、半導体基板に反りが生じる場合には、半導体基板はそのメタル配線が形成された面を上にして断面視で凹状に反るか、又は断面視で凸状に反る。本発明では、半導体基板上に絶縁膜を形成する前に、この半導体基板が凹状に反っている場合には、この凹状の反りを強調する方向に応力が働く（即ち、応力特性が圧縮応力である）絶縁膜を形成する。また、半導体基板が凸状に沿っている場合には、この凸状の反りを強調する方向に応力が働く（即ち、応力特性が引っ張り応力である）絶縁膜を形成する。
【０００８】
発明１に係る絶縁膜の形成方法によれば、絶縁膜の応力は半導体基板の反りを強調する方向に働くので、半導体基板と絶縁膜との間で作用し合う力を緩和することができる。従って、絶縁膜におけるクラックの発生を抑制することができる。
【０００９】
〔発明２〕  発明２の絶縁膜の形成方法は、発明１の絶縁膜の形成方法において、前記検査をする工程は、前記半導体基板に一定の大きさ以上の反りが有るか無いかを検査する工程であり、前記絶縁膜を形成する工程は、前記反りが有る場合には当該反りを強調する方向に応力が働く前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成し、前記反りが無い場合には応力特性が中庸である前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成する工程である、ことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、応力特性が中庸である絶縁膜とは、その応力特性が圧縮応力側にも引っ張り応力側にも大きくは偏っていない膜のことである。従来の方法では、半導体基板に反りが有るか無いかに関係なく、応力特性が中庸である絶縁膜を半導体基板上に形成していた。
発明２に係る絶縁膜の形成方法によれば、半導体基板に反りが有る場合も無い場合も、半導体基板と絶縁膜との間で作用し合う力を低く抑えることができるので、絶縁膜におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００１１】
〔発明３〕  発明３の絶縁膜の形成方法は、発明２の絶縁膜の形成方法において、前記絶縁膜はＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜であり、前記半導体基板上に前記ＴＥＯＳ膜を形成する工程では、当該半導体基板上に形成される該ＴＥＯＳ膜の応力特性をＴＥＯＳソースの流量を調整することによって、圧縮応力、引っ張り応力又は中庸の何れか一にすることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、ＴＥＯＳソースとは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）をＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成する際に用いる液体ソースのことである。例えば、常圧ＣＶＤでは、オゾン（Ｏ３）とＴＥＯＳソースとを用いてシリコン酸化膜を形成する。また、減圧ＣＶＤでは、酸素（Ｏ２）とＴＥＯＳソースとを用いて、或いはＴＥＯＳソース単独でシリコン酸化膜を形成する。さらに、プラズマＣＶＤでは、酸素とＴＥＯＳソースとを用いてシリコン酸化膜を形成する。
【００１３】
また、ＴＥＯＳ膜とは、ＴＥＯＳソースを用いたＣＶＤによって形成されるシリコン酸化膜のことである。応力特性が中庸であるＴＥＯＳ膜を形成する場合と比べて、オゾン又は酸素に対するＴＥＯＳソースの流量比を小さくすることで、応力特性が圧縮応力であるＴＥＯＳ膜を形成することができる。さらに、オゾン又は酸素に対するＴＥＯＳソースの流量比を大きくすることで、応力特性が引っ張り応力であるＴＥＯＳ膜を形成することができる。
【００１４】
発明３の絶縁膜の形成方法によれば、ＴＥＯＳ膜の応力は半導体基板の反りを強調する方向に働くので、半導体基板とＴＥＯＳ膜との間で作用し合う力を緩和することができる。従って、ＴＥＯＳ膜におけるクラックの発生を抑制することができる。
【００１５】
〔発明４〕  発明４の絶縁膜の形成装置は、メタル配線が形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する装置であって、前記半導体基板の反りを検査する反り検査手段と、前記検査の結果に基づいて、前記反りを強調する方向に応力が働く前記絶縁膜を前記半導体基板上に形成する絶縁膜形成手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
このような構成であれば、絶縁膜の応力は半導体基板の反りを強調する方向に働くので、半導体基板と絶縁膜との間で作用し合う力を緩和することができる。従来の装置と比べて、クラックの発生しにくい絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る絶縁膜の形成方法及び、絶縁膜の形成装置について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るＣＶＤ装置１００の構成例を示す概念図である。このＣＶＤ装置１００は、例えばプラズマＣＶＤ装置であり、メタル配線が形成されたシリコンウエーハＷの上方全面に層間絶縁膜としてＴＥＯＳ膜を形成する装置である。
【００１８】
図１に示すように、このＣＶＤ装置１００は、ＴＥＯＳ膜を成膜するための４つのチャンバ２１〜２４と、これら４つのチャンバにそれぞれ面した搬送室２５と、この搬送室２５内に設けられて４つのチャンバ２１〜２４にそれぞれシリコンウエーハＷを出し入れ可能な搬送系（図示せず）と、搬送室２５内でＴＥＯＳ膜を形成する前のシリコンウエーハＷの反り量を検出する非接触式の反り量検出装置３０と、制御部５０及び記憶部６０とを有する。
【００１９】
これらの中で、４つのチャンバ２１〜２４は、それぞれ搬送室２５との間にシャッタ（図示せず）を備え、このシャッタを閉じることで密閉することが可能な構造となっている。４つのチャンバ２１〜２４には、それぞれＴＥＯＳソースの供給系や酸素の供給系、排気系とが接続されており、プラズマＣＶＤによってシリコンウエーハＷの上方全面にＴＥＯＳ膜を形成するようになっている。このＣＶＤ装置１００では、例えばチャンバ２１は応力特性が圧縮応力であるＴＥＯＳ膜を形成するための専用チャンバであり、チャンバ２２及び２３では応力特性が中庸なＴＥＯＳ膜を形成するための専用チャンバであり、チャンバ２４では応力特性が引っ張り応力であるＴＥＯＳ膜を形成するための専用チャンバとなっている。
【００２０】
ここで、各専用チャンバの違いは、成膜プロセス中に供給されるＴＥＯＳソースの設定流量だけである。各専用チャンバ間でＯ２の設定流量や、ＲＦパワー等は微調整の範囲でそれぞれ異なった値に設定されていることもあるが、基本的には同じ値に設定されている。このＣＶＤ装置１００では、チャンバ２１に供給されるＴＥＯＳソースの設定流量をａ１、チャンバ２２及び２３に供給されるＴＥＯＳソースの設定流量をａ２、チャンバ２４に供給されるＴＥＯＳソースの設定流量をａ３としたとき、ａ１〜ａ３の大小関係は、ａ１＜ａ２＜ａ３である。
【００２１】
図１に示すように、非接触式の反り量検出装置３０は搬送室２５内に設けられている。この反り量検出装置３０は、例えば、ＴＥＯＳ膜形成前のシリコンウエーハＷにレーザ光を照射して、レーザ光の光源とシリコンウエーハＷと間の距離を測定する。そして、このような距離の測定をシリコンウエーハＷの数箇所について行うことで、シリコンウエーハＷにおける反り量の大きさを測定する。また、測定した大きさと測定箇所とから、反り量の分布を演算して算出するものである。例えば、図１の矢印で示すように、シリコンウエーハＷの一端からその中心部を通って他端まで、シリコンウエーハＷを横断するようにレーザ光を走査させることで、反り量の横断的な分布を求めるようになっている。
【００２２】
図１に示すように、制御部５０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）からなるものであり、図示しない搬送系と、反り量検出装置３０と、記憶部６０とにそれぞれ有線又は無線を介して相互にデータ授受可能に接続されている。また、記憶部６０は、例えばハードディスク（ＨＤＤ）であり、反り量検出装置３０や搬送系等の制御プログラムや、反り量の大きさに関する基準データ等を格納している。
【００２３】
このＣＶＤ装置１００の動作例は、以下の通りである。即ち、まず始めに、記憶部６０に格納されている制御プログラムに基づいて、制御部５０が反り量検出装置３０に測定開始の信号を送る。すると、反り量検出装置３０は、図１の矢印で示したように、レーザ光を走査させて反り量の大きさを測定し、さらに、その横断的な分布を算出する。そして、この反り量の大きさとその横断的な分布を含む実データは制御部５０に送られる。制御部５０は、この送られてきた実データと、記憶部６０に格納された基準データとを比較して、シリコンウエーハＷをチャンバ２１に送るか、又はチャンバ２２，２３のどちらか一方に送るか、それともチャンバ２４に送るかを判断する。そして、制御部５０はこの判断を行ったのち、この判断結果を反映した制御信号を搬送系に送る。この制御信号を受けて、搬送系は、これら４つのチャンバ２１〜２４のうちの１つにシリコンウエーハＷを搬送する。
【００２４】
次に、上述したＣＶＤ装置１００を用いて、メタル配線が形成されたシリコンウエーハＷ上にＴＥＯＳ膜を形成する方法について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係るＴＥＯＳ膜の形成方法を示すフローチャートである。まず始めに、図２のステップＳ１で、シリコンウエーハＷの反り量の分布を求める。即ち、メタル配線形成後のシリコンウエーハＷを図１に示したＣＶＤ装置１００のローダ部から搬送室２５内に入れる。次に、この搬送室２５内で、図３（Ａ）の矢印で示すように、レーザ光を走査させて、シリコンウエーハＷの反り量の大きさと、その分布を求める。次に、図２のステップＳ２へ進む。
【００２５】
図２のステップＳ２では、シリコンウエーハＷの反り量の大きさが一定以上か否かを判断する。即ち、このステップＳ２では、図１に示した制御部５０が、実データに含まれる反り量の大きさと、記憶部６０に格納されている基準データとを比較して、反り量の大きさが一定以上か否かを判断する。反り量の大きさが一定以上の場合には、図２のステップＳ３へ進む。また、反り量の大きさが一定未満の場合には、図２のステップＳ６へ進む。ここでは、反り量の大きさが一定以上の場合を想定し、ステップＳ３へ進む。
【００２６】
ステップＳ３では、シリコンウエーハＷの反りが凹状か、それとも凸状であるかを判断する。即ち、このステップＳ３では、シリコンウエーハＷのメタル配線を形成した面を上にした状態で、シリコンウエーハＷが断面視で凹状に反っているのか、それとも凸状に反っているのかを判断する。この判断は、反り量検出装置３０によって算出された反り量の分布に基づいて、制御部５０が行う。
【００２７】
図３（Ａ）に示すように、シリコンウエーハＷが凹状に反っている場合には、図２のステップＳ４へ進む。また、図４（Ａ）に示すように、シリコンウエーハＷが凸状に反っている場合には、図２のステップＳ５へ進む。
図２のステップＳ４では、シリコンウエーハＷを図１に示したチャンバ２１内に搬送する。そして、図３（Ｂ）に示すように、この凹状に反ったシリコンウエーハＷ上に応力特性が圧縮応力であるＴＥＯＳ膜１ａを形成する。このようにして、図２に示したフローチャートを終了する。
【００２８】
一方、図２においてステップＳ５に進んだ場合には、シリコンウエーハＷを図１に示したチャンバ２４内に搬送する。そして、図４（Ｂ）に示すように、この凸状に反ったシリコンウエーハＷ上に応力特性が引っ張り応力であるＴＥＯＳ膜１ｂを形成する。
さらに、図２においてステップＳ６に進んだ場合には、シリコンウエーハＷを図１に示したチャンバ２２内又は２３内のどちらか一方に搬送する。そして、反りの大きさが一定未満である（即ち、反っていない）シリコンウエーハＷ上に応力特性が中庸であるＴＥＯＳ膜を形成する。
【００２９】
このように、本発明の実施形態に係るＴＥＯＳ膜の形成方法によれば、ＴＥＯＳ膜１ａ又は１ｂのいずれを形成した場合も、その応力はシリコンウエーハの反りを強調する方向に働くので、シリコンウエーハＷとＴＥＯＳ膜１ａ、又はシリコンウエーハＷとＴＥＯＳ膜１ｂとの間で作用し合う力を緩和することができる。
従って、ＴＥＯＳ膜１ａ，１ｂにおけるクラックの発生を抑制することができ、その防湿性を信頼性高く確保することができる。これにより、ＴＥＯＳ膜１ａ又は１ｂを形成した後のウエットエッチング工程で、メタル配線２の意図しない溶解を防ぐことができる。また、シリコンウエーハＷの反りによるメタル配線２のストレスマイグレーションを防止することができるので、メタル配線２の細線化に有利である。
【００３０】
この実施形態では、シリコンウエーハＷが本発明の半導体基板に対応し、ＴＥＯＳ膜１ａ，１ｂが本発明の反りを強調する方向に応力が働く絶縁膜に対応している。また、ＣＶＤ装置１００が本発明の絶縁膜の形成装置に対応し、反り量検出装置３０と制御部５０と記憶部６０とが本発明の反り検査手段に対応している。さらに、制御部５０と記憶部６０とチャンバ２１〜２４とが本発明の絶縁膜形成手段に対応している。
【００３１】
なお、この実施形態では、絶縁膜としてＴＥＯＳ膜を適用した場合について説明したが、適用可能な絶縁膜はこれに限られることはなく、例えばパッシベーション膜等であっても良い。パッシベーション膜としては、例えば下層がシリコン酸化膜、上層がシリコン窒化膜からなる積層構造のものがある。
また、この実施形態では、ＣＶＤ装置１００において、中庸なＴＥＯＳ膜を形成するためのチャンバを２つ用意しているが、これは、通常の工程では、シリコンウエーハＷに一定の大きさ以上の問題となるような反りが生じている場合は少なく、それゆえ、中庸なＴＥＯＳ膜を形成する機会が一番多いからである。つまり、応力特性毎のＴＥＯＳ膜の形成頻度に基づいて、チャンバを振り分けている。
【００３２】
従って、何らかの原因によって、例えばシリコンウエーハＷが凹状に反ってしまうようなケースが多発したような場合には、中庸なＴＥＯＳ膜を形成するためのチャンバ２２，２３のうち、例えばチャンバ２３を圧縮応力を形成するための専用チャンバに変更しても良い。これにより、ＣＶＤ装置１００のスループットを高く維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るＣＶＤ装置１００の構成例を示す概念図。
【図２】本発明の実施形態に係るＴＥＯＳ膜の形成方法を示すフローチャート。
【図３】シリコンウエーハＷが凹状に反った場合のＴＥＯＳ膜１ａの形成方法を示す工程図。
【図４】シリコンウエーハＷが凸状に反った場合のＴＥＯＳ膜１ｂの形成方法を示す工程図。
【図５】従来例の問題点を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１ａ，１ｂ  ＴＥＯＳ膜、２  メタル配線、２１  （応力特性が圧縮応力であるＴＥＯＳ膜形成用の）チャンバ、２２，２３  （応力特性が中庸であるＴＥＯＳ膜形成用の）チャンバ、２４  （応力特性が引っ張り応力であるＴＥＯＳ膜形成用の）チャンバ、２５  搬送室、３０  反り量検出装置、５０  制御部、６０  記憶部、１００  ＣＶＤ装置、Ｗ  シリコンウエーハ
【図１】
2006080430.tif 000003
【図２】
2006080430.tif 000004
【図３】
2006080430.tif 000005
【図４】
2006080430.tif 000006
【図５】
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