JP2005116706A - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 凹部への埋め込み性が良好で高密度な、絶縁膜として良好な電気的特性や誘電率を有するポリシラザン膜を形成すること。
【解決手段】 ポリシラザンの塗布膜が形成されたウエハWに対して、水蒸気雰囲気、減圧雰囲気の下、200℃の温度で熱処理を行って(予備処理)塗布膜に含まれる溶媒成分を除去する。次いで水蒸気雰囲気、減圧雰囲気の下、390℃以上410℃以下の温度でウエハに対して第1の熱処理を行って、ポリシラザン膜の骨格を形成する。次に水蒸気雰囲気、減圧雰囲気の下、600℃以上800℃以下の温度でウエハに対して第2の熱処理を行って、ポリシラザン膜に含まれるOH基に由来する成分を除去する。このようにして形成されたポリシラザン膜は、凹部への埋め込み性が良好で高密度であり、かつ誘電率が低く、電気的特性が良好であって、例えば半導体デバイスの絶縁膜として良好な特性を有する。
【選択図】 図2
Description
処理領域の温度が390℃以上410℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱する第1の熱処理工程と、
次いで処理領域の温度が600℃以上800℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱する第2の熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
酸素ガス及び水素ガスを触媒の存在下で反応させ、生成された水蒸気を反応容器内に供給するための水蒸気発生手段と、
処理領域の温度が390℃以上410℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱して第1の熱処理を行ない、次いで処理領域の温度が600℃以上800℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱して第2の熱処理を行うように、前記加熱手段と水蒸気発生手段と、を制御するための制御手段と、を備えることを特徴とする熱処理装置にて実施される。
(実施例1)
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWに対して、前記熱処理装置において、種々の熱処理条件にて焼成して得られたポリシラザン膜に対して、「製品名Quantox」という非接触CV測定器を用いて電気的特性(Vfb:フラットバンドボルテージ)を測定した。この結果を図6に示すが、図中縦軸はVfb、横軸はポリシラザン膜の膜厚を夫々示している。この際、熱処理条件は、以下のとおりとした。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWに対して、前記熱処理装置において、種々の熱処理条件にて焼成して得られたポリシラザン膜に対して、アルミニウム/カッパー電極パターンを形成したサンプルを作成してCV法により誘電率を測定した。この結果を図7に示すが、図中縦軸は誘電率、横軸はポリシラザン膜の熱処理条件を夫々示している。この際、熱処理条件は、以下のとおりとした。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWに対して、前記熱処理装置において、種々の熱処理条件にて焼成して得られたポリシラザン膜に対して、FT−IR(フーリエ変換赤外分光法)のスペクトルを測定した。この測定結果のOH基に起因するピーク近傍のスペクトルを図8に示す。この際、熱処理条件は、以下のとおりとした。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWに対して、前記熱処理装置において、種々の熱処理条件にて焼成して得られたポリシラザン膜に対して、FT−IRのスペクトルを測定し、図9に示すSi−O結合に起因する3つのピークの面積を求めた。この結果を図10に示すが、この際、Si−O結合(I)は、波数983〜1320cm−1までの面積、Si−O結合(II)は、波数750〜900cm−1までの面積、Si−O結合(III)は、波数403〜520cm−1までの面積を夫々求めている。ここで、熱処理条件は、以下のとおりとした。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWに対して、前記熱処理装置において、種々の熱処理条件にて焼成して得られたポリシラザン膜に対して、SIMS分析を行った。この結果を膜中のC濃度については図11、H濃度については図12、N濃度については図13に夫々示し、図11〜13中、横軸は膜の深さ、縦軸は夫々C濃度、H濃度、N濃度を示している。ここで熱処理条件は、以下のとおりとした。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWと共にベアシリコンウエハを反応容器内に搬入し、前記熱処理装置においてポリシラザン膜の焼成処理を行い、ベアシリコンウエハに対して処理前後でのパーティクル付着数を「製品名Surface Scan」という表面欠陥検査装置を用いて評価することにより、熱処理時の圧力条件によるパーティクル付着数への影響を確認した。パーティクルは粒径が0.16μm以上の大きさのものを測定対象とし、ウエハ全面について測定した。また熱処理条件は次のとおりである。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWと共にベアシリコンウエハを反応容器内に搬入し、前記熱処理装置においてポリシラザン膜の焼成処理を行い、ベアシリコンウエハに対して処理前後でのパーティクル付着数を前記「製品名Surface Scan」よりなる検査装置を用いて評価することにより、ウエハを反応容器に搬入するときの炉内雰囲気によるパーティクル付着数への影響を確認した。パーティクルは粒径が0.16μm以上の大きさのものを測定対象とし、ウエハ全面について測定した。また熱処理条件は次のとおりである。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWと共にベアシリコンウエハを反応容器内に搬入し、前記熱処理装置においてポリシラザン膜の焼成処理を行い、ベアシリコンウエハに対して処理前後でのパーティクル付着数を前記「製品名Surface Scan」よりなる検査装置を用いて評価することにより、ウエハを反応容器に搬入するときの炉内温度によるパーティクル付着数への影響を確認した。パーティクルは粒径が0.16μm以上の大きさのものを測定対象とし、ウエハ全面について測定した。また熱処理条件は次のとおりである。
ポリシラザンの塗布膜が形成され、150℃で3分間ベーク処理が行われたウエハWに対して、前記熱処理装置において所定の熱処理条件にて焼成処理を行い、第1の熱処理工程と第2の熱処理工程と第3の熱処理工程とを常圧雰囲気下で行った場合と、減圧雰囲気下で行った場合とについて、形成されたポリシラザン膜の膜質を誘電率を測定することにより比較した。ここで熱処理条件は、以下のとおりとした。
10 素子分離膜
12 第1の層間絶縁膜
16 第2の層間絶縁膜
19 第3の層間絶縁膜
2 加熱炉
22 ヒータ
25 真空ポンプ
3 反応管
31 ウエハボート
4 ガス供給管
45 酸素ガス供給源
46 水素ガス供給源
47 窒素ガス供給源
5 水蒸気発生装置
Claims (12)
- ポリシラザンの塗布膜が表面に形成された基板を熱処理して、ポリシラザン膜を焼成する熱処理方法において、
処理領域の温度が390℃以上410℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱する第1の熱処理工程と、
次いで処理領域の温度が600℃以上800℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱する第2の熱処理工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 前記第1の熱処理工程の前に、処理領域の温度が第1の熱処理工程の温度よりも低い温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱する予備処理工程と、を含むことを特徴とする請求項1記載の熱処理方法。
- 前記第2の熱処理工程の後に、処理領域の温度が第2の熱処理工程の温度より高い、800℃以上1000℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気の反応容器内への供給を停止して、前記基板を加熱する第3の熱処理工程と、を含むことを特徴とする請求項1または2記載の熱処理方法。
- 前記予備処理工程と、第1の熱処理工程と、第2の熱処理工程と、第3の熱処理工程は、前記反応容器の処理領域を減圧しながら行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の熱処理方法。
- 前記反応容器内に供給される水蒸気は、酸素ガス及び水素ガスを触媒の存在下で反応させて生成されたものであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の熱処理方法。
- 前記水蒸気の代わりにオゾンあるいは水素ガスと酸素ガスとを別々に反応容器内に供給することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の熱処理方法。
- ポリシラザンの塗布膜が表面に形成された基板を熱処理して、ポリシラザン膜を焼成する熱処理方法において、
処理領域が所定温度に設定された反応容器内にて、反応容器の処理領域を減圧しながら前記基板を加熱する工程を含むことを特徴とする熱処理方法。 - ポリシラザンの塗布膜が表面に形成された基板を熱処理して、ポリシラザン膜を焼成する熱処理方法において、
処理領域が酸素雰囲気に設定された反応容器内に前記基板を搬入する工程と、
次いで処理領域が所定温度に設定された反応容器内にて前記基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - ポリシラザンの塗布膜が表面に形成された基板を熱処理して、ポリシラザン膜を焼成する熱処理方法において、
処理領域が200℃以下の温度に設定された反応容器内に前記基板を搬入する工程と、
次いで処理領域が所定温度に設定された反応容器内にて前記基板を加熱する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 基板を保持具に搭載して反応容器内に搬入し、反応容器の外部に設けられた加熱手段により反応容器内の処理領域を処理温度まで昇温させ、ポリシラザンの塗布膜が表面に形成された基板を熱処理して、ポリシラザン膜を焼成する熱処理装置において、
酸素ガス及び水素ガスを触媒の存在下で反応させ、生成された水蒸気を反応容器内に供給するための水蒸気発生手段と、
処理領域の温度が390℃以上410℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱して第1の熱処理を行ない、次いで処理領域の温度が600℃以上800℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱して第2の熱処理を行うように、前記加熱手段と水蒸気発生手段と、を制御するための制御手段と、を備えることを特徴とする熱処理装置。 - 前記制御手段は、前記第1の熱処理の前に、処理領域の温度が第1の熱処理の温度よりも低い温度に設定された反応容器内にて、水蒸気を反応容器内に供給しながら、前記基板を加熱する予備処理を行うように、前記加熱手段と水蒸気発生手段と、を制御することを特徴とする請求項10記載の熱処理装置。
- 前記制御手段は、前記第2の熱処理の後に、処理領域の温度が第2の熱処理工程の温度より高い、800℃以上1000℃以下の温度に設定された反応容器内にて、水蒸気の反応容器内への供給を停止して、前記基板を加熱する第3の熱処理を行うように、前記加熱手段と水蒸気発生手段と、を制御することを特徴とする請求項10又は11記載の熱処理装置。
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