(57)【要約】【課題】光を用いて多層構造配線構造の材料をキュアする際に、キュア深さのばらつきを抑制し、所望のキュア層のみを選択的にキュアする。【解決手段】光キュアする絶縁膜上に材料膜と反射材３０４を順に積層し、基板３００方向から一定の入射角で照射したキュア光を反射材で反射して材料膜を通って絶縁膜にエバネセント波を照射することにより、光キュア時のエバネセント波の染み込み深さを制御することができるため、単層、積層構造に関係なく選択的にキュア膜厚を制御することが可能となる。そのため積層構造の光キュア時に発生する被キュア層の下層に位置する絶縁膜へのダメージ（過度の収縮、誘電率上昇、欠陥数増大）を抑制することができる。【選択図】図４
2007335688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光キュアされた１または複数の絶縁膜を構成要素として持つ半導体装置の製造方法であって、
前記光キュアを行う際に、
前記絶縁膜の上面に前記絶縁膜よりも屈折率の大きい材料を配置する工程と、
前記材料の上面に反射材を配置する工程と、
前記基板方向から所定の入射角で照射したキュア光を前記反射材で反射させて前記材料を通って前記絶縁膜に反射したキュア光を照射する工程と
を有し、前記入射角が所定の臨界角度より大きくなるようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記材料は前記絶縁膜の表面上にＰＶＤ法によって成膜されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記材料は前記絶縁膜の表面上以外で作成されており、前記光キュアを行う際に前記絶縁膜の表面上に接触させて配置することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記反射材は前記絶縁膜の表面上全面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記反射材は前記絶縁膜の表面上に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記反射材は前記絶縁膜の表面外周部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
入射される前記キュア光は前記基板の周囲から均一に照射されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記キュア光の光源が前記基板の周囲を回転して前記基板に前記キュア光を照射することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記キュア光の光源が前記基板に向かって１方向から前記キュア光を照射し、前記基板が自転することにより、前記基板の全周囲から前記キュア光が照射されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板が前記キュア光の光源の周りを公転することにより、前記基板の全周囲から前記キュア光が照射されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記キュア光の波長を変化させることによりキュア後の絶縁膜厚を制御することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記キュア光の入射角を変化させることによりキュア後の絶縁膜厚を制御することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁膜と前記材料との屈折率比を変化させることによりキュア後の絶縁膜厚を制御することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
１または複数の絶縁膜を光キュアする半導体装置の製造装置であって、
前記光キュアのために、
前記絶縁膜が形成された基板を保持する保持台と、
前記基板に前記キュア光を照射するキュア光源と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
前記基板保持台が傾斜角度を調整でき、回転機構を有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１６】
前記キュア光源がキュア光の照射角度を調整できることを特徴とする請求項１４または請求項１５のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜の低誘電率化、高強度化を行うために、光キュアプロセスを用いる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、絶縁膜に光キュアを用いることにより、絶縁膜の誘電率を下げる技術が採用されている。具体的には特許文献１に示されるような方法がある。以下図８を参照しながら従来のキュア方法について説明する。
【０００３】
図８は従来の半導体装置の製造方法における絶縁膜キュア工程を示す工程断面図である。
まず、図８（ａ）に示すように、基板１００上に絶縁膜１０１を形成する。
【０００４】
次に、図８（ｂ）に示すように、絶縁膜１０１の上方より光を照射し、絶縁膜１０１をキュアする。
続いて、図８（ｃ）に示すように、絶縁膜１０１上に絶縁膜１０２を形成する。
【０００５】
その後、図８（ｄ）に示すように、絶縁膜１０２の上方より光を照射し絶縁膜１０２をキュアし、図８（ｅ）に示すように、基板１００とキュアされた絶縁膜１０１および絶縁膜１０２による多層構造を形成する。
【特許文献１】特開平８−４５９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来方法によると、積層した絶縁膜を全層キュアするため、所望の膜のみならず、下にある絶縁膜にまでのキュアが及んでしまうという問題点があった。
図９を用いて従来のキュア方法における問題点の具体的な説明を行う。
【０００７】
図９は従来の半導体装置の製造方法における絶縁膜にダメージを及ぼす絶縁膜キュア工程を説明する工程断面図である。
まず、図９（ａ）に示すように、基板２００上に絶縁膜２０１を形成する。
【０００８】
次に、図９（ｂ）に示すように、絶縁膜２０１の上方より光を照射し、絶縁膜２０１をキュアする。
続いて、図９（ｃ）に示すように、絶縁膜２０１上に絶縁膜２０２を形成する。
【０００９】
その後、図９（ｄ）に示すように、絶縁膜２０２の上方より光を照射し絶縁膜２０２のキュアを行うが、このときキュア光が絶縁膜２０１にも達してしまい、所望の絶縁膜２０２だけでなく絶縁膜２０１もキュアされる。
【００１０】
その結果、図９（ｅ）に示すように、絶縁膜２０２をキュアする光によって、絶縁膜２０２の下層に位置する絶縁膜２０１へのダメージ（過度の収縮、誘電率上昇、欠陥数増大）が発生するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、複数のキュアされた絶縁膜を備える半導体装置を製造する際に、上層の絶縁膜に対するキュアによって下層の絶縁膜に及ぼすダメージを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の半導体装置の製造方法は、光キュアされた１または複数の絶縁膜を構成要素として持つ半導体装置の製造方法であって、前記光キュアを行う際に、前記絶縁膜の上面に前記絶縁膜よりも屈折率の大きい材料を配置する工程と、前記材料の上面に反射材を配置する工程と、前記基板方向から所定の入射角で照射したキュア光を前記反射材で反射させて前記材料を通って前記絶縁膜に反射したキュア光を照射する工程とを有し、前記入射角が所定の臨界角度より大きくなるようにすることを特徴とする。
【００１３】
この方法により、材料の屈折率とキュア光の波長と入射角によりキュア光のエバネセント波（染み出し光）の染み込み深さを制御することができるため、キュア深さを制御でき、所望する膜厚のみをキュアすることができる。よって光キュアによる被キュア層の下層に位置する絶縁膜へのダメージを抑制することができる。
【００１４】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記材料は前記絶縁膜の表面上にＰＶＤ法によって成膜されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記材料は前記絶縁膜の表面上以外で作成されており、前記光キュアを行う際に前記絶縁膜の表面上に接触させて配置することを特徴とする。
【００１６】
これにより、絶縁膜と材料の境界面を確実に安定して形成することができる。
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記反射材は前記絶縁膜の表面上全面に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、絶縁膜の全面を均一にキュアすることができる。
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記反射材は前記絶縁膜の表面上に等間隔で配置されていることを特徴とする。
【００１８】
これにより、絶縁膜の全面を均一にキュアでき、さらに部分的にキュアを調整することができる。
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記反射材は前記絶縁膜の表面外周部に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、絶縁膜の全面を均一にキュアでき、さらに、キュア光の発熱によるアニール効果を低減できる。
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、入射される前記キュア光は前記基板の周囲から均一に照射されることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キュア光の光源が前記基板の周囲を回転して前記基板に前記キュア光を照射することを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キュア光の光源が前記基板に向かって１方向から前記キュア光を照射し、前記基板が自転することにより、前記基板の全周囲から前記キュア光が照射されることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記基板が前記キュア光の光源の周りを公転することにより、前記基板の全周囲から前記キュア光が照射されることを特徴とする。
【００２３】
これらにより、絶縁膜を均一にキュアすることができる。
請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キュア光の波長を変化させることによりキュア後の絶縁膜厚を制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記キュア光の入射角を変化させることによりキュア後の絶縁膜厚を制御することを特徴とする。
【００２５】
請求項１３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁膜と前記材料との屈折率比を変化させることによりキュア後の絶縁膜厚を制御することを特徴とする。
【００２６】
これらにより、絶縁膜のキュア膜厚を制御することができる。
請求項１４記載の半導体装置の製造装置は、１または複数の絶縁膜を光キュアする半導体装置の製造装置であって、前記光キュアのために、前記絶縁膜が形成された基板を保持する保持台と、前記基板に前記キュア光を照射するキュア光源とを有することを特徴とする。
【００２７】
請求項１５記載の半導体装置の製造装置は、請求項１４に記載の半導体装置の製造装置において、前記基板保持台が傾斜角度を調整でき、回転機構を有することを特徴とする。
請求項１６記載の半導体装置の製造装置は、請求項１４または請求項１５のいずれかに記載の半導体装置の製造装置において、前記キュア光源がキュア光の照射角度を調整できることを特徴とする。
【００２８】
この製造装置により、材料の屈折率とキュア光の波長と入射角によりキュア光のエバネセント波（染み出し光）の染み込み深さを制御することができるため、キュア深さを制御でき、所望する膜厚のみをキュアすることができる。よって光キュアによる被キュア層の下層に位置する絶縁膜へのダメージを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置は、光キュアする絶縁膜上に材料膜と反射材を順に積層し、基板方向から一定の入射角で照射したキュア光を反射材で反射して材料膜を通って絶縁膜にエバネセント波を照射することにより、光キュア時のエバネセント波の染み込み深さを制御することができるため、単層、積層構造に関係なく選択的にキュア膜厚を制御することが可能となる。そのため積層構造の光キュア時に発生する被キュア層の下層に位置する絶縁膜へのダメージ（過度の収縮、誘電率上昇、欠陥数増大）を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の半導体装置の製造方法における絶縁膜キュア工程を示す工程断面図、図２は本発明の半導体装置の製造方法におけるキュア光照射の様子を示す概念図である。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、基板３００上に絶縁膜３０１と絶縁膜であるＳｉＯＣＨ膜３０２とを形成する。
続いて、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯＣＨ膜３０２上にＳｉＯＣＨ膜３０２より屈折率が大きな材料３０３を配置する。このとき、ＳｉＯＣＨ膜３０２の屈折率が１．３５であるため、材料３０３としてはＧｅ（屈折率４．０）、Ｓｉ（屈折率３．４）、ＺｎＳｉ（屈折率２．４）、サファイア（屈折率１．８）などを用いる。また、材料３０３の配置方法として、ＳｉＯＣＨ膜３０２上にＰＶＤ法（物理的気相蒸着）によって成膜すると、ＳｉＯＣＨ膜３０２と材料３０３の界面が確実に安定して形成できる。また、あらかじめＳｉＯＣＨ膜３０２表面上以外で作成した材料３０３を、光キュアの際にＳｉＯＣＨ膜３０２に載置して保持することによって、後の材料３０３の除去が容易に行える。
【００３２】
その後、図１（ｃ）に示すように、材料３０３上に反射材３０４を配置する。
次に、基板３００方向から所定の入射角で反射材３０４にキュア光を照射し、反射材３０４で反射したキュア光を材料３０３を通してＳｉＯＣＨ膜３０２に照射する。この時、入射角を臨界角θより大きな角度になるように材料３０３に照射する。ここが本発明の特徴となる工程である。
【００３３】
臨界角θは図２に示すように、絶縁膜３０２、材料３０３の屈折率と関係があり、臨界角以上の光を材料３０３に照射すると光は絶縁膜３０２上で全反射するが、一部絶縁膜３０２への染み出し現象を起こす（エバネセント光）。このエバネセント光の染み込み深さＬｄｐはスネルの法則により絶縁膜３０２と材料３０３の屈折率比とキュア光の波長λと入射角度θに依存しているため、いずれかのパラメータを制御することによりキュア深さを制御することができる。
【００３４】
ここで、エバネセント光の染み込み深さＬｄｐ、および臨界角θ’は次式で示される。  
【００３５】
【数１】
2007335688.tif 000003
【００３６】
【数２】
2007335688.tif 000004
実際のキュア膜厚制御方法としてはキュア光の入射角θを制御する方法と、キュア光の波長を制御する方法と、ＳｉＯＣＨ膜３０２と材料３０３の屈折率比を制御する方法がある。
【００３７】
以下に具体例について、図を用いて説明する。
図３はキュア光の照射条件に対するキュア深さの関係を示す図である。
例えば、図３（ａ）に示すように、キュア光の入射角とキュア深さの関係から、材料３０３としてＧｅを用いてＳｉＯＣＨ膜３０２の光キュアを行った場合、キュア光（波長＝４００ｎｍ）の入射角を１５〜６０°で可変することにより、ＳｉＯＣＨ表層より１５〜３０ｎｍキュアできる。
【００３８】
また、図３（ａ）に示すように、キュア光の波長とキュア深さの関係から、材料３０３としてＧｅを用いてＳｉＯＣＨ膜３０２の光キュアを行った場合、キュア光（入射角を１５°）の波長＝１〜１０００ｎｍで可変することにより、ＳｉＯＣＨ表層より０．１〜７５ｎｍキュアできる。
【００３９】
さらに、図３（ｂ）に示すように、材料３０３の屈折率とキュア深さの関係から、キュア光（波長＝４００ｎｍ、入射角＝４５°）を用いて、材料３０３としてＧｅ、ＺｎＳｉ、サファイアを用いて、ＳｉＯＣＨ膜の光キュアを行うことにより、ＳｉＯＣＨ表層より７０〜２５０ｎｍキュアできる。
【００４０】
なお、安定なキュアを行うためにはランプ照度の最適値としては１３ｍＷ／ｃｍ２（下限値＝８ｍＷ／ｃｍ２、上限値＝１８ｍＷ／ｃｍ２）、最適な照射時間としては６００ｓｅｃ（下限値＝３０ｓｅｃ、上限値＝１２００sec）を要する。
【００４１】
また、本発明を用いた光キュアでは、反射材３０４の配置、キュア光の当て方によりキュアの面内均一性向上、キュア光の熱によるアニール効果を低減できる。
次に、反射材３０４の配置の具体例について、図を用いて説明する。
【００４２】
図４は本発明の半導体装置の製造方法における反射材の構成を例示する図、図５は本発明の半導体装置の製造方法におけるＳｉＯＣＨ膜の表面外周部に配置した反射材の構成を示す図である。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、反射材３０４をＳｉＯＣＨ膜３０２上に全面に配置し、本発明のキュアをすることにより、均一の条件で反射光を照射できるため、面内均一性を向上できる。
【００４４】
また、図４（ｂ）に示すように、反射材３０４の小片をＳｉＯＣＨ膜３０２上に等間隔で配置し、本発明のキュアをすることにより面内均一性を向上し、小片ごとに膜厚や配置位置等の微調整することができるため、面内均一性の部分調整ができる。
【００４５】
さらに、図５に示すように、反射材３０４をＳｉＯＣＨ膜３０２表面外周部に配置し、本発明のキュアをすることにより面内均一性の向上に加え、反射材３０４と材料３０３間で発生するキュア光由来の発熱接触面積が低減するため、キュア光の発熱成分によるアニール効果を低減することができる。
【００４６】
次に、キュア光の当て方の具体例について、図を用いて説明する。
図６は本発明におけるキュア光照射方法を例示する図、図７は本発明におけるキュア光源の周囲を基板が公転してキュア光を照射する構成を示す図である。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、ＳｉＯＣＨ膜３０２と材料３０３からなる基板周囲からキュア光を照射してキュアすることにより面内均一性を向上できる。
また、図６（ｂ）に示すように、キュア光を保持台一方側面に照射しつつ、ＳｉＯＣＨ膜３０２と材料３０３からなる基板を保持する保持台を自転させて本発明のキュアをすることにより面内均一性を向上できる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、ＳｉＯＣＨ膜３０２と材料３０３からなる基板を保持する保持台をキュア光源３０５の周囲で公転させて本発明のキュアをすることにより面内均一性を向上できる。
【００４９】
加えて、キュア光の入射角度を調整するために、保持台の傾斜角度を調整できる機構を設けても良いし、キュア光源の照射角度を調整できる機構を設けても良い。
ここでは、本発明を上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは言うまでもない。
【００５０】
また、絶縁膜としてＳｉＯＣＨ膜３０２を用いて説明したが、その他の絶縁膜を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、複数のキュアされた絶縁膜を備える半導体装置を製造する際に、上層の絶縁膜に対するキュアによって下層の絶縁膜に及ぼすダメージを抑制することができ、絶縁膜の低誘電率化、高強度化を行うために、光キュアプロセスを用いる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法における絶縁膜キュア工程を示す工程断面図
【図２】本発明の半導体装置の製造方法におけるキュア光照射の様子を示す概念図
【図３】キュア光の照射条件に対するキュア深さの関係を示す図
【図４】本発明の半導体装置の製造方法における反射材の構成を例示する図
【図５】本発明の半導体装置の製造方法におけるＳｉＯＣＨ膜の表面外周部に配置した反射材の構成を示す図
【図６】本発明におけるキュア光照射方法を例示する図
【図７】本発明におけるキュア光源の周囲を基板が公転してキュア光を照射する構成を示す図
【図８】従来の半導体装置の製造方法における絶縁膜キュア工程を示す工程断面図
【図９】従来の半導体装置の製造方法における絶縁膜にダメージを及ぼす絶縁膜キュア工程を説明する工程断面図
【符号の説明】
【００５３】
１００…基板
１０１…絶縁膜
１０２…絶縁膜
２００…基板
２０１…絶縁膜
２０２…絶縁膜
３００…基板
３０１…絶縁膜
３０２…ＳｉＯＣＨ膜
３０３…材料
３０４…反射材
３０５…キュア光源
【図１】
2007335688.tif 000005
【図２】
2007335688.tif 000006
【図３】
2007335688.tif 000007
【図４】
2007335688.tif 000008
【図５】
2007335688.tif 000009
【図６】
2007335688.tif 000010
【図７】
2007335688.tif 000011
【図８】
2007335688.tif 000012
【図９】
2007335688.tif 000013