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JPH05508740A - 無湿気ｓｏｇ方法 - Google Patents

無湿気ｓｏｇ方法

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JPH05508740A
JPH05508740A JP91509686A JP50968691A JPH05508740A JP H05508740 A JPH05508740 A JP H05508740A JP 91509686 A JP91509686 A JP 91509686A JP 50968691 A JP50968691 A JP 50968691A JP H05508740 A JPH05508740 A JP H05508740A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に基板にスピングラスを塗布するための方法に関し、特に半導体 ウェハの平坦化のための方法に係わる。
本発明は、特に無機スピンオングラスを適応できる。
発明の背景 スピンオングラス（ＳＯＧ）は、多種の溶剤またはアルコールで希釈されたシロ キサンまたはシリケート系モノマーを含む専有の液状溶液である。これらは、半 導体ウェハの平坦化、例えば前記ウェハ上に堆積された相互結合通路間に形成さ れる溝の充填およびならしに使用される。スピンオングラスの被覆、硬化におい て、モノマーは縮合と水、溶剤およびアルコールの除去とにより高分子化される 。縮合された物質は、出発溶液と被覆および硬化方法に依存する機械的、化学的 および電気的性質を有する薄い固体フィルムである。
１００種以上のＳＯＧ溶液が一般に有用である。これらは、２つの主な群に分類 される： １）無機シリケート。
２）疑似無機シロキサン（メチルシロキサン、エチル−、フェニル−、ブチル− ）。
ＳＯＧ溶液（オリゴマー、溶剤混合物および残存水を含むシリコン）の種々の成 分は、液相で平衡である。被覆した後直ぐに、蒸発生成物（溶剤および水）は蒸 発し、かつ高分子化はンラノール、５ｉ−Ｈ，結合−の縮合による形成によっ゛ て生じる。これらは、次の反応によってより多く水を生成する。
高分子化は、隣接するシラノール基、Ｓ　Ｌ−ＯＨ，間が隔てるまで続行し、余 りにも大きいか、場合によっては余りにも多い水のような副生成物を生じ、縮合 反応を阻止する。加熱は、それからさらに緻密にするために要求される。
ＳＯＧ溶液の両方の群は、より高い密度、減少された水素量、より高い熱膨張係 数、より良好な柔軟性、およびより高い耐クラブキング性のようなフィルムの性 質を改善するためにボロンまたはリンの有機金属触媒を混ぜることができる。
ＳＯＧ溶液において、前記ボロンまたはリンの有機金属分子は、一般的にシリコ ン含有化合物と良好に結合されない。強い結合は、前記フィルムが比較的高い温 度に露出された時の固体状態で一般的に生じる。これらの有機金属分子は、それ にも拘らず被覆及び前記フィルムの縮合中で乏しい結合高分子を形成し、解離し かつ安定な高分子を形成するために前記溶液を高分子化することができる。例え ば日本のＳＯＧ溶液はリン有機金属分子、Ｐ　Ｏ（ＯＨ）　（ＱＣ２Ｈ５）工、 ｖｘ　７ を持つことが許容され、前記リンを機金属分子は動的に釣り合った水及びエタノ ール、Ｃ２Ｈ５０Ｈ，の溶液である：被覆及び溶剤蒸発中のように、前記エタノ ール（Ｃ２Ｈ５０Ｈ）、または水の濃度が突然に低下すると、前記平衡は壊され 、そして高い温度で前記リン有機金属分子は高分子化し、かつ多量の水及びエタ ノール、Ｃ２Ｈ５０Ｈの生成によって形成するＳｉＯＨフィルムと結合する：！ 　Ｙ 理論的には、前記リン原子は３つのＰｅＯ＊Ｓｉ結合を涛つＳ　ｉｏ　２網状組 織に結合する。これらの結合は、−ｐ−。
Ｈまたは−Ｐ・ＯＣ２Ｈ５及び−Ｓｔ・ＯＨの縮合によって形成される。水及び エタノールは、副生成物として形成され、かつ水は逆加水分解を防ぐために直ぐ に除去されなければならない。
この逆加水分解は、水素の混合の要因になり、がっリン有機金属触媒の活性を抑 制するという理由で非常に好ましくない。
残存水素は、シラノール基、Ｓ　！　ＯＨを形成する。シラノール基は、除去す ることが非常に困難であり、重大な効率及び信頼性の問題をもたらす。この逆加 水分解が続行すると、多種の酸：次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）；メタ亜リン酸（Ｈ ＰＯ２）；ピロ亜リン酸（Ｈ４Ｐ２Ｏ７）；オル亜ソリン酸（Ｈ３Ｐ　０３　） 　；　”イボリン酸（Ｈ４Ｐ　２０６）　；メタリン酸（ＨＰＯ３）；ピロリン 酸（Ｈ４Ｐ２Ｏ７）；及びオルソリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を形成することによって 前記リンを全体的に離すことができる。例として、残存または周囲の湿気による 逆加水分解に伴うオルソリン酸、Ｈ３ＰＯ４、の形成は、 形成された酸は、アルミニウム相互結合を腐食する。しばしば、アルミニウム相 互結合を覆う平坦化にとって、最大温度が約４５０℃ぐらいに限られる場合、重 大な問題はフィルムの品質及び信頼性として遭遇される。
これらの効果は、非常に長い間隔のシラノール結合、５ｉ−ＯＨ，対のより完全 な熱的縮合によって非常に高い温度硬化（８００℃以上）を許容するポリシリコ ン、シリサイド及び耐熱金属のような耐熱材料を覆う誘電体の平坦化において観 察されない。耐熱材料を覆うこの主の平坦化は、比較的容易である。
アルミニウムのような低融点物質の平坦化のためのにシリケイトＳＯＧを使用す ることの困難さは、よく知られているように純粋無機シリケート（リンガラスを 含む）ＳＯＧを使用せず、かつ前記部材の代わりに疑似無機シロキサン群を使用 する傾向をもたらす。しかしながら、それらの電気的性質に関連する疑似熱ａｌ ｓＯＧの使用において重大な不利益があり、かつそれらの使用は進歩される応用 にとって不確かで疑問になる。
なお一層の問題は、硬化中の水の吸収によって生じる。ＳＯＧ、特にリン合金Ｓ ＯＧは非常に吸湿性の材料であり、硬化中に周囲の湿気を直ぐに吸収する。この 湿気吸い上げは、前述した逆反応を促進し、そして得られたＳＯＧフィルムは乏 しい特性及び信頼性を有する。
発明の概要 本発明の目的は、アルミニウムまたは高温処置を許容することができない他の材 料を覆うより高品質のＳＯＧフィルム、主に無機ＳＯＧフィルム、の入手をなす ことによって前述した問題を軽減することである。
本発明によれば、アルミニウムのような低融点、非耐熱材料を覆った基板にスピ ンオングラス（ＳＯＧ）を塗布する方法で、前記スピンオングラスは硬化中に逆 加水分解を最小限にする無湿気（ｍｏｉｓｊｕｒｅＪｒｅｅ）環境で前記基板に 塗布する改良を提供するものである。
発明の詳細 前記非耐熱材料は、例えばチタン、窒化チタン、チタン−タングステン、タング ステンまたはこれらの結合物であってもよい。
硬化処置から湿気を除去することによって、密度、低水素量、高い熱膨張係数、 柔軟性、耐クラブキング性及び無腐食のＳＯＧフィルムを生産されることができ る。
誘電体の第１層の堆積後、スピンオングラス被覆／硬化処置は委ねられたＳＯＧ プロセッサ、典型的にはいくつかの半導体ウェハの平坦化を参照して説明される 次の手法、によってなされることが好ましい。
ａ）前記ウェハは、送りカセットから被覆チャンバに搬送される。
ｂ）数ｍｌのＳＯＧ溶液は、平坦化されるべき前記ウェハの中心に分配される。
Ｃ）前記ウェハは、前記溶液を均一に広げ、かつ蒸発化合物の蒸発およびフィル ム固化をなすために所定のＲＰＭで回転される。
ｄ）ＳＯＧ硬化のために、前記ウェハはしばしばおおよそ８０〜２５０℃の温度 に温度制御されるインラインホットプレートに搬送される。
ｅ）前記ウェハは、用がない場所で僅かに冷却される。
ｆ）前記ウェハは、受はカセットに収納され、かつ冷却される。
ｇ）全ての前記ウェハは周囲の露出された受けカセットに受け取られる時、それ らは２回目の被覆（ａ　−ｆの工程が繰り返される）のために全て一緒に前記送 りカセットに搬送される。全ての前記ウェハは、受はカセットに受け取られる時 、それらは３回目の被覆（ａ　−ｆの工程が繰り返される）のために全て一緒に 前記送りカセットに搬送される。
ｉ　ｈ）充分な被覆が塗布された場合、前記ウェハは次の処置工程のための場所 に搬送される。
４　工程ａ）〜ｇ）の間、操作は約２時間で続き、前記ウェハは周囲雰囲気に露 出されず、従来と異なり、無湿気環境に維持される。その結果、前記ＳＯＧフィ ルム、特にリン合金化ＳＯＧフィルムはそこで周囲の湿気を吸収できず、非常に 高品質のフィルムが作られる。
本発明は、またアルミニウムのような低融点、非耐熱材料を覆った基板にスピン オングラス（ＳＯＧ）を塗布する装置に係わり、硬化中に逆加水分解を最小限に する前記スピンオングラスの塗布のための無湿気環境を提供するものである。
１　実施例 本発明は、関連する図面： 図１ａ及び１ｂはそれぞれ本発明に係わる方法をなすためのＳＯＧ平坦化装置の 平面図及び側面図；および図２は相対湿度に対して表示されたＳＯＧフィルム中 のストレスの図 を参照して例示によってさらに詳細に説明される。
ＳＯＧフィルムの被覆およびインライン硬化のためのＳ。
Ｇ処置装置は、比較的新しい。従来のＳＯＧプロセッサは連続的に制御された周 囲場所下でウェハの巧みな取扱い、ＳＯＧ被覆、インライン硬化、冷却および収 納を許容しない。
現在、実質的にインライン周囲制御場所は図１に示すようにＳＯＧプロセッサに 供される。さて図１を参照すると、前記ＳＯＧプロセッサは多数の工程場所に区 画している主ユニット１を備える。前記ユニットは、送りカセット４、搬送機構 ２、インライン硬化プレート６（９と並んで）、および受けカセット７を含む。
前記ユニット１は、さらに被覆領域５および冷却領域３を有する。
特に、前記ＳＯＧプロセッサは次のような要素を備える。
ｌ）処置されるべき前記ウェハを収納する１つまたはそれ以上の送りカセット４ ゜ ２）前記ウェハを前記送りカセットから前記被覆領域に一つ一つ搬送する搬送機 構２゜ ３）ＳＯＧ被覆およびウェハ回転がなされる被覆領域５゜４）前記被覆されたウ ェハを前記被覆領域から第１インライン温度制御ホットプレートに搬送する搬送 機構２゜５）第１インライン温度制御ホットプレート領域８゜６）前記ウェハを あるインラインホットプレートから次のインラインホットプレートに搬送する搬 送機構２゜７）最終インラインホットプレート領域９゜８）前記ウェハを最終イ ンラインホットプレート領域からウェハ冷却領域に搬送する搬送機構。
９）ウェハ冷却領域７゜ １０）前記ウェハを前記ウェハ冷却領域から受けカセット領域に搬送する搬送機 構。
１１）前記第１ＳＯＧ被覆を受けた前記ウェハを収納する１つまたはそれ以上の 受けカセット７゜前記全体のプロセッサは、不活性環境に供される。不活性ガス 雰囲気は、場所１〜１１で前記ウェハを保護する。不活性ガスは、典型的には窒 素であるが、アルゴンまたは任意の他の希ガスまたは任意の他の非反応性無湿気 ガスであることが可能である。このガスは、逆加水分解を防ぎ、かつ十分に改善 された特性を持つフィルムの生成をなす。
フィルム特性に対する湿気の影響を決定することによって、異なるＳＯＧフィル ムは図１に示される装置を用いて調製される。それらの結果は、図２に示される 。フィルムストレスは、制御されない大気雰囲気下で処置されたフィルムに対し て調査され、かつフィルム特性に対するその影響を示す相対湿度に相関されてい た。
湿気取り込みおよび逆加水分解は、より縮小の５ｉ−０−５ｉからシラノール、 Ｓ　ｉ−ＯＨｓ対の形成によって相互の容積拡大の理由でＳＯＧフィルムストレ スを圧縮（少ない引張り）方向に押し出す。
水取り込み効果は、図２に示され、その図は平衡ＳＯＧ機械的ストレスが主に相 対湿度によって制御されることを示している。シラノール対の形成による圧縮ス トレス効果は、より高い相対湿度でより低い引張りストレスを有効に観測される 。
露点のような周囲条件、相対湿度、周囲露出期間は、ウェハ問および日毎に一定 ではないので、得られたフィルム特性は変動し、かつ製造することが困難になる 。
本発明は、主に無機ＳＯＧに適用できると同時に、疑似無機ＳＯＧを塗布できる ことに成功した。いずれの種類は、リン、ボロン、砒素または錫で合金されるか 、それらなしで合金される。本発明の有益さは、合金されたＳＯＧでより顕著で あるけれども、非合金ＳＯＧもまた非常に吸湿性であるので、前記技術は合金さ れないＳＯＧにも適用する。
被覆数は、変更できる。より高い被覆数はより良好な最終結果になると一般に言 われている。
インライン高温ホットプレートは、無湿気ガスで硬化をなすためにインラインオ ーブン、インラインプラズマ硬化装置、インラインマイクロ波装置、またはイン ラインオゾン装置、またはインラインＵＶオゾン装置によって置換えることがで きる。
不活性ガスは、典型的には窒素であるが、アルゴンまたは任意の他の希ガス、任 意の他の無湿気ガスまたはそれらの混合物であることが可能である。それは、加 熱されても室温でもよい。
前記不活性ガス雰囲気は、同様に無湿気環境である真空によっても置換えること ができる。前記ガスはイオン化（プラズマ）されてもされていなくてもよい。
説明された装置は、インライン枚様プロセッサであるが、本発明は前記ＳＯＧが 回転被覆、浸漬、噴射によって塗布されることができるか、または制御された環 境で基板にＳＯＧフィルムを塗布するために用いられる他の技術の個所を単一ウ ェハまたはバッチシステムに代えてもよい。
本発明は、半導体平坦化技術に関連して説明されるだけでなく、 ａ）ＩＣの製造における他の工程として・拡散源 ・誘電体層 ・拡散バリア φカプセル封止 ・接着層 Ｏバフフッ層 ・反射防止層 ・腐食保護層 他の半導体装置として ・発光ダイオード ・液晶表示装置 ・エレクトロクロミック表示装置 ・光検出器 ・ソーラ電池 φセンサ 他の分野として 拳先ファイバ ・腐食保護 ・接着促進剤 ・摩擦減衰 ・光／熱反射率調整器 のような他の操作に応用することができる。
Ｆ［Ｇ、Ｉａ Ｆ［Ｇ、［ｂ ０　２０　４０　６０　８０　＋００ 相対湿度　（％） 要　約　書 方法は、アルミニウムのような低融点、非耐熱材料を覆った基板にスピンオング ラス（ＳＯＧ）を塗布することが開示される。前記スピングラスは、硬化中に逆 加水分解を最小限にする無湿気環境で前記基板に塗布される。これは、特に無機 ＳＯＧからより高品質フィルムの形成をもたらす。
補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年１１月３０日

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. １．アルミニウムのような低融点、非耐熱材料を覆った基板にスピンオングラス （ＳＯＧ）を塗布する方法において、前記スピンオングラスは硬化中に逆加水分 解を最小限にする無湿気環境で前記基板に塗布される。
  2. ２．特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記無湿気環境は不活性ガスを 備える。
  3. ３．特許請求の範囲第２項記載の方法において、前記不活性ガスは窒素、アルゴ ンまたは他の希ガスからなる群から選ばれる。
  4. ４．特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記無湿気環境は真空を備える 。
  5. ５．特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記スピンオングラスは無機ス ピンオングラスである。
  6. ６．特許請求の範囲第５項記載の方法において、前記スピンオングラスはリン合 金スピンオングラスである。
  7. ７．特許請求の範囲第１項記載の方法において、次の工程を前記無湿気環境でな される： １）処置されるべき基板を送りカセットに配置する工程；２）前記基板を前記送 りカセットから被覆および回転する領域に一つ一つ搬送する工程； ３）数ｍｌのＳＯＧ溶液を前記基板の中心に分配し、そして前記基板を回転する 工程； ４）前記被覆された基板を前記被覆および回転するゾーンから第１インライン温 度制御ホットプレートに搬送する工程；５）前記基板を前記第１インライン温度 制御ホットプレートから最終インラインホットプレートまで次々に搬送する工程 ； ６）前記基板を前記最終インラインホットプレートから基板冷却ゾーンに搬送す る工程； ７）前記基板を前記基板冷却ゾーンから前記受けカセットゾーンに搬送する工程 ； ８）第１ＳＯＧ被覆を受けた前記基板を受けカセットに収納する工程；および ９）工程１〜８を必要とされる多数回繰り返す工程。
  8. ８．特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記基板は前記スピンオングラ スで平坦化される半導体ウエハである。
  9. ９．アルミニウムのような低融点、非耐熱材料を覆った基板にスピンオングラス （ＳＯＧ）を塗布する装置において、前記装置は硬化中に逆加水分解を最小限に する前記スピンオングラスの塗布のための無湿気環境を供するチャンバを備える 。
  10. １０．特許請求の範囲第９項記載の装置において、前記チャンバは真空チャンバ である。
  11. １１．特許請求の範囲第９項記載の装置において、前記装置は ａ）処置されるべき基板を収納する送りカセット；ｂ）前記基板を前記送りカセ ットから前記被覆領域に一つ一つ搬送する搬送機構； ｃ）前記ＳＯＧ被覆および基板回転がなされる箇所の被覆ゾーン； ｄ）前記被覆されれた基板を前記被覆ゾーンから第１インセイン温度制御ホット プレートに搬送する搬送機構；ｅ）前記基板をあるインラインホットプレートか ら次のインラインホットプレートに搬送する搬送機構；ｆ）前記基板を最終イン ラインホットプレートから基板冷却ゾーンに搬送する搬送機構領域； ｇ）基板冷却ゾーン； ｈ）前記基板を前記基板冷却ゾーンから受けカセットゾーンに搬送する搬送機構 領域； ｉ）第１ＳＯＧ被覆を受けた前記基板を収納する受けカセット； ｊ）前記基板を前記受けカセット領域から前記送りカセットゾーンに搬送する搬 送装置；および ｈ）前記基板を前記受けカセット領域からなお一層の処置工程をなすためのゾー ンに搬送する搬送装置を備える。
  12. １２．特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記材料はチタン、窒化チタ ン、チタン−タングステン、またはそれらの結合物からなる群から選ばれる。
  13. １３．特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記スピンオングラスは疑似 無機スピンオングラスである。
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