JP3612353B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、吸湿性絶縁膜で覆れた半導体装置の製造方法及びこの製造方法が適用される基板処理装置及び絶縁膜の塗布方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の吸湿性絶縁膜の塗布装置及びその動作について図面を参照しながら説明する。図５は、従来の半導体装置の製造方法における吸湿性絶縁膜の塗布装置の概略を示す斜視図であり、図６は、回転塗布装置５３の概略を示す斜視図である。図５において、塗布装置５１は、半導体基板Ｗを塗布装置５１内に送る際に待機させておくウエハキャリア５２と、半導体基板Ｗの表面に塗布膜を回転塗布する回転塗布装置５３と、回転塗布装置５３で半導体基板Ｗの表面に形成された塗布膜に熱処理を行う半導体基板用のホットプレート５４と、半導体基板Ｗを高温処理するアニール炉５５と、塗布処理が終了した半導体基板Ｗを待機させておくウエハキャリア５６とを具備する。
【０００３】
図５の塗布装置５１において、ウエハキャリア５２に搭載された半導体基板Ｗは、不図示の搬送手段により回転塗布装置５３に搬送されて真空吸着により不図示の回転機構を有する回転板６０に固定される。そして、図６に示す回転塗布装置５３に設けられた塗布ノズル５７から塗布液５８が半導体基板Ｗ上に滴下され、回転機構により半導体基板Ｗを反時計回り５９に回転させて塗布液５８を半導体基板Ｗの表面に均一に塗布して半導体基板Ｗの表面に吸湿性絶縁膜などの塗布膜が形成される。この時、半導体基板Ｗの表面に塗布液５８を塗布しただけでは、半導体基板Ｗの表面にアルコールなどの揮発性物質が残存するため、不図示の搬送手段により塗布液５８を塗布した半導体基板Ｗをホットプレート５４に搬送してベーク処理を行って揮発性物質が除去される。しかる後、アニール炉５５で半導体基板Ｗに４５０℃程度のアニール処理が施され、不図示の搬送手段によりウエハキャリア５６に搬送されて次工程の処理が行われるまで放置される。
次に、従来の半導体装置の製造方法について図７を参照しながら説明する。図７は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【０００４】
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板２１上に選択的にアルミニウムなどの金属配線２２を形成した後、酸素とテトラエチルオルソシリケート（以下、ＴＥＯＳと記す）の混合ガスを用いた化学蒸着法により半導体基板２１及び金属配線２２上にシリコン酸化膜２３を形成する。
【０００５】
次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２３は段差被覆率が悪いため、図６に示すような回転塗布装置５３の回転板６０に半導体基板２１を配置してシラノールとリン化合物を含む塗布液５８を用いてスピンコートを行うことにより、シリコン酸化膜２３上にシリコン酸化膜２４を形成する。このシリコン酸化膜２４は、金属配線２２を形成する際に発生した段差を緩和し、半導体基板２１の表面を平坦化する。
【０００６】
しかし、シリコン酸化膜２４は、大気中の放置により表面に水分が吸着して水分を吸収する吸湿性絶縁膜であり、シリコン酸化膜２４に水分が吸収されると、シリコン酸化膜２４中のリン化合物が水と反応しリン酸が発生するとともに、シリコン酸化膜２４に応力が発生してその下層のシリコン酸化膜２３にひび割れ２７を引き起こす。そのため、このひび割れ２６からリン酸が侵入し、アルミニウムなどの金属配線２２と反応してクラックや腐食２７を発生させて金属配線２２の間でリーク電流が流れるなどのデバイスの諸特性を悪化させるという問題があった。
【０００７】
また、シリコン酸化膜２４を塗布法により形成する代わりに、オゾンとＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法によりシリコン酸化膜２４を形成する場合もあるが、この場合もシリコン酸化膜２４の吸湿性による水分の吸収に起因する応力が発生して、金属配線２２にヒロックや腐食が生じるという問題があった。
【０００８】
そこで、従来の製造方法では、図７（ｃ）に示すように、酸素とＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法により吸湿性のないシリコン酸化膜２５をシリコン酸化膜２４上に形成していた。
【０００９】
以上述べたように、従来の製造方法では、段差部を有する半導体装置の表面を平坦化するため、シリコン酸化膜２３、２４、２５からなる３層構造の膜を形成していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
塗布法により形成された吸湿性絶縁膜は、６００〜１０００℃以上の高温でアニール処理を行えば膜質が改善され吸湿性がなくなるが、この吸湿性絶縁膜は、図７に示すように、金属配線２２を覆っているので、金属配線２２がアルミニウムで形成されている場合は、アニール処理を４５０℃以下で行わないと金属配線２２が溶けたり、ヒロックが発生して配線の信頼性を大きく損なうという問題があった。
【００１１】
また、従来の製造方法では、段差を緩和するシリコン酸化膜２４上に吸湿性がないシリコン酸化膜２５を形成して、シリコン酸化膜２４の吸水による問題を防止していた。しかし、この方法でも、シリコン酸化膜２４上にシリコン酸化膜２５を形成する待ち時間の間にシリコン酸化膜２４が水分を吸収してしまい、吸湿の防止が十分でないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、金属配線の信頼性を損なうことなくその上層に形成された吸湿性絶縁膜の吸湿を十分に防止できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法では、金属配線が形成された半導体基板に吸湿性絶縁膜を形成する工程と、前記吸湿性絶縁膜の表面に熱処理を行うことにより、前記吸湿性絶縁膜の表面を改質する工程と、前記吸湿性絶縁膜上に非吸湿性絶縁膜を形成する工程とを具備する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決するために、本発明の基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、前記揮発性物質が除去された基板を第１の温度でアニール処理するアニール炉と、アニール処理された前記基板の表面を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱装置と、前記加熱装置の処理室内に設けられ、前記基板の表面に対向するヒーターと、前記ヒーターと前記基板との間に設けられ、前記ヒーターからの輻射熱を遮るシャッターとを具備し、前記シャッターの開閉により前記基板の加熱時間を制御することを特徴とする。
本発明では、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、前記揮発性物質が除去された基板を第１の温度でアニール処理するアニール炉と、トンネル式の処理室が設けられ、アニール処理された前記基板の表面を前記処理室内で前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱装置と、前記処理室に設けられた一の開口部の近辺から該処理室内に潜り、前記一の開口部の反対側に設けられた他の開口部の近辺まで前記基板を搬送する搬送手段とを具備することを特徴とする。
本発明では、前記加熱装置の処理室内に、前記加熱装置内を不活性ガス雰囲気にするためのノズルが設けられたことを特徴とする。
本発明では、前記加熱装置での加熱は、前記基板の表面に７００〜８００℃に加熱された不活性ガスを吹きつけることでなされることを特徴とする。
本発明の他の基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、前記基板の表面を瞬間的に加熱する瞬間加熱装置とを具備し、前記瞬間加熱装置は、処理室内に、前記基板の表面に対向するように設けられたヒーターと、前記ヒーターと前記基板との間に設けられ、前記基板からの輻射熱を遮ることが可能であり、開閉により前記基板の瞬間的な加熱時間を制御するシャッターとを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１の観点に係る基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記塗布された絶縁膜の表面に対し、非酸化性雰囲気で加熱処理を施す加熱処理部と、少なくとも前記塗布処理部と前記加熱処理部との間で基板の搬送を行う搬送手段とを具備する。
【００１６】
本発明によれば、加熱処理部において非酸化性雰囲気で加熱処理することにより、当該絶縁膜の酸化を防止することができる。例えば、絶縁膜が吸湿性絶縁膜である場合には、当該吸湿性絶縁膜の内部の酸化を防止するとともに、吸湿性絶縁膜表面のみの酸化、すなわち表面のみを非吸湿性絶縁膜に改質できるので、下層の金属配線の信頼性に対する悪影響を防止できる。従って、その後の非吸湿性 絶縁膜を形成する工程までの待ち時間において吸湿性絶縁膜の水分吸収を防止できる。ここで、加熱処理の温度は４５０℃〜８００℃で行い、より好ましくは、７００℃〜８００℃で行う。
【００１７】
また、本発明による加熱処理部における加熱処理は枚葉処理により行う。枚葉処理とは、基板１枚ずつ処理を行うことをいう。
【００１８】
また、例えば吸湿性絶縁膜塗布後にべーク処理、アニール処理（キュア処理）等を行い、その後に前記加熱処理部による加熱処理を行い、この加熱処理終了後、水分の吸収を抑制するために非吸湿性絶縁膜を形成することが好ましい。ここで、この非吸湿性絶縁膜形成後は、再びべーク処理を行い、そして冷却処理を行うようにすることが好ましい。
【００１９】
本発明の一の形態によれば、前記非酸化性雰囲気は、不活性ガスを使用することにより形成される。例えば、不活性ガスとして、窒素、アルゴン又はフォーミングガス等を用いる。
【００２０】
本発明の一の形態によれば、前記塗布処理部で塗布する絶縁膜は、有機膜、無機膜、又は有機膜と無機膜との混合のうちいずれかを使用する。有機膜としては例えばメチル基等を含むＳＯＧ膜やポリイミド膜等を用い、無機膜としては例えばシラノールやリン化合物等を含むものを用いることができる。
【００２１】
本発明の第２の観点に係る基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する少なくとも２つの塗布処理部と、前記２つの塗布処理部で塗布された絶縁膜に対し、加熱処理を施す加熱処理部と、少なくとも前記２つの塗布処理部と加熱処理部との間で基板の搬送を行う搬送手段とを具備する。
【００２２】
本発明によれば、少なくとも２つの塗布処理部において例えば吸湿性の絶縁膜が塗布された基板を、搬送手段により瞬時に加熱処理部に搬送することができ、 非吸湿性絶縁膜を形成する工程までの待ち時間において吸湿性絶縁膜の水分吸収を防止できる。
【００２３】
ここで加熱処理部による加熱処理は、吸湿性の絶縁膜の表面を改質することにより、当該吸湿性の絶縁膜表面のみを非吸湿性に改質でき、例えば下層の金属配線等の信頼性に対する悪影響を防止できる。この表面の改質処理は、ヒーターによる放射熱、又は加熱された不活性ガスを前記吸湿性の絶縁膜表面に吹きつけることにより行うことができる。このときのヒーターの温度又は不活性ガスの加熱温度は、好ましくは７００℃〜８００℃である。また、不活性ガスとしてはアルゴン又は窒素を用いる。
【００２４】
本発明の第１の観点に係る絶縁膜の塗布方法は、基板上に絶縁膜を塗布する工程と、前記塗布された絶縁膜の表面に対し、非酸化性雰囲気で加熱処理する工程とを具備する。
【００２５】
本発明によれば、非酸化性雰囲気で加熱処理することにより、例えば絶縁膜が吸湿性絶縁膜である場合には、基板の酸化を防止するとともに、吸湿性絶縁膜表面のみの酸化、すなわち表面のみを非吸湿性絶縁膜に改質できるので、下層の金属配線の信頼性に対する悪影響を防止できる。従って、その後の非吸湿性絶縁膜を形成する工程までの待ち時間において吸湿性絶縁膜の水分吸収を防止できる。
【００２６】
本発明の第２の観点に係る絶縁膜の塗布方法は、基板上に第１の絶縁膜を塗布する工程と、基板上に第２の絶縁膜を塗布する工程と、加熱処理部で前記塗布された第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜に対し加熱処理を施す工程とを具備する。
【００２７】
本発明の一の形態によれば、第１の絶縁膜として例えば吸湿性の絶縁膜が塗布し、例えばこの吸湿性の絶縁膜の表面を加熱処理し、第２の絶縁膜として非吸湿性の絶縁膜を塗布する。
【実施例】
以下、本発明の一実施例による塗布装置について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施例による吸湿性絶縁膜の塗布装置を示す斜視図であり、図２は、図１の瞬間加熱装置６の構造を示す概略縦断面図であり、図３は、図２の瞬間加熱装置６の概略側面図である。
【００２９】
図１において、塗布装置１は、半導体基板Ｗを塗布装置１内に送る際に待機させておくウエハキャリア２と、半導体基板Ｗの表面に塗布膜を回転塗布する回転塗布装置３と、回転塗布装置３で半導体基板Ｗの表面に形成された塗布膜に熱処理を行う半導体基板用のホットプレート４と、半導体基板Ｗを高温処理するアニール炉５と、半導体基板Ｗの表面のみを瞬間的に加熱する瞬間加熱装置６と、塗布処理が終了した半導体基板Ｗを待機させておくウエハキャリア７とを具備する。
【００３０】
ここで、瞬間加熱装置６は、図２に示すように、半導体基板Ｗの表面のみを瞬間的に加熱処理する際に使用するトンネル式の処理室１０と、処理室１０に設けられた開口部１１の近辺から処理室１０内に潜り開口部１１の反対側に設けられた開口部１２の近辺まで半導体基板Ｗを搬送する支持台を有する搬送手段８とによって構成される。処理室１０内には、半導体基板Ｗの表面に対向するように設けられたヒーター９と、処理室１０内を窒素雰囲気にするための窒素或いはアルゴンなどの不活性ガスを噴射する複数のノズル１３が設けられている。ノズル１３は、不図示の窒素ボンベにチューブを介して接続され、ヒーター９は、ニクロム線の埋め込まれているヒーター板によって構成され処理室１０内を６００〜９００℃程度に保つことが可能である。なお、ヒーター９の代わりに赤外ランプなどを用いてもよい。また、処理室１０の開口部１１、１２は、図３に示すように、処理室１０の左右の側面に設けられている。
【００３１】
次に、本発明の一実施例による塗布装置１の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１において、ウエハキャリア２に搭載された金属配線形成後の半導体基板Ｗは、不図示の搬送手段により回転塗布装置３に搬送されて真空吸着により不図示の回転機構を有する図６の回転板６０に固定される。そして、図１に示す回転塗布装置３に設けられた塗布ノズル５７から吸湿性の高い塗布液５８が半導体基板Ｗ上に滴下され、回転機構により半導体基板Ｗを反時計回り５９に回転させて塗布液５８を半導体基板Ｗの表面に均一に塗布して半導体基板Ｗの表面に吸湿性絶縁膜などの塗布膜が形成される。この時、半導体基板Ｗの表面に塗布液５８を塗布しただけでは、半導体基板Ｗの表面にアルコールなどの揮発性物質が残存するため、不図示の搬送手段により塗布液５８を塗布した半導体基板Ｗをホットプレート４に搬送してベーク処理を行って揮発性物質が除去される。しかる後、アニール炉５で半導体基板Ｗに４５０℃程度のアニール処理が施され、不図示の搬送手段によりウエハキャリア７に搬送される。そして、次工程の処理が行われるまでの所定の時間内に不図示の搬送手段により、瞬間加熱装置６における処理室１０の開口部１１の近辺に配置された搬送手段８の支持台まで搬送される。
【００３３】
次に、処理室１０内のヒーター９の温度を７００℃に保った状態で、半導体基板Ｗが搬送手段８により処理室１０の開口部１１から処理室１０内を潜り抜けて開口部１２に搬送される。このため、処理室１０内に半導体基板Ｗと対向するように設けられたヒーター９により半導体基板Ｗの表面が加熱処理され、吸湿性の高い塗布膜の表面に緻密な膜質層が形成され、この膜質層により塗布膜内部への水分の侵入が阻止される。なお、防湿を十分に行うため、アニール炉５によるアニール処理の直後に瞬間加熱装置６による処理を行うことが望ましい。また、処理室１０内における半導体基板Ｗの加熱時間の制御は、搬送手段８による半導体基板Ｗの搬送速度の制御又は処理室１０内におけるヒーター９の温度制御によって行ってもよく、さらに、ヒーター９と半導体基板Ｗとの間にヒーター９からの輻射熱を遮るシャターを設け、このシャターの開閉により半導体基板Ｗの加熱時間の制御を行うようにしてもよい。例えば、ヒーター９の温度を７００〜８００℃に設定した場合、半導体基板Ｗが処理室１０内を通過する時間を２０〜３０秒となるように、搬送手段８による半導体基板Ｗの搬送速度を制御すればよい。このようにすることにより、処理室１０内のヒーター９の温度を５００℃以上に設定しても塗布膜の表面部分のみが加熱され、塗布膜の内部の温度が上昇することを抑制できるので、塗布膜の下層に形成された金属配線を溶かすことを防止できる。
【００３４】
次に、本発明の一実施例による半導体装置の製造方法について図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンなどの半導体基板２１上に選択的にアルミニウムなどの金属配線２２を形成した後、酸素とＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法により半導体基板２１及び金属配線２２上にシリコン酸化膜２３を形成する。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２３は段差被覆率が悪いため、図１に示すような回転塗布装置３の回転板６０に半導体基板２１を配置してシラノールとリン化合物を含む塗布液５８を用いてスピンコートを行い、不図示の搬送手段により塗布液５８を塗布した半導体基板Ｗをホットプレート４に搬送してベーク処理を行って揮発性物質を除去する。しかる後、アニール炉５で半導体基板Ｗに４５０℃程度のアニール処理を施すことにより、シリコン酸化膜２３上に吸湿性シリコン酸化膜２４を形成する。この吸湿性シリコン酸化膜２４は、金属配線２２を形成する際に発生した段差を緩和し、半導体基板２１の表面を平坦化する。なお、吸湿性シリコン酸化膜２４は、オゾンとＴＥＯＳとの混合ガスを用いた化学蒸着法により形成してもよい。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、吸湿性シリコン酸化膜２４が形成された半導体基板２１は、不図示の搬送手段により、図１の瞬間加熱装置６における処理室１０の開口部１１の近辺に配置された搬送手段８の支持台まで搬送される。そして、処理室１０内のヒーター９の温度を７００℃に保った状態で、半導体基板Ｗが搬送手段８により処理室１０の開口部１１から処理室１０内を潜り抜けて開口部１２に搬送される。このため、処理室１０内に半導体基板Ｗと対向するように設けられたヒーター９からの放射熱により半導体基板Ｗに形成された吸湿性シリコン酸化膜２４の表面が加熱処理され、吸湿性シリコン酸化膜２４の表面に緻密な改質層２４ａが形成され、この改質層２４ａにより吸湿性シリコン酸化膜２４の内部への水分の侵入が阻止される。ここで、吸湿性シリコン酸化膜２４の表面を加熱処理する方法として、半導体基板２１に対向して配置されたヒーター９からの放射熱を利用する方法の他、吸湿性シリコン酸化膜２４の表面に７００〜８００℃程度に加熱されたアルゴンや窒素などの不活性ガスを吹き付けるようにしてもよい。
【００３８】
なお、防湿を十分に行うため、アニール炉５によるアニール処理の直後に瞬間加熱装置６による処理を行うことが望ましい。また、処理室１０内に半導体基板２１を潜らせる時間は、３０秒程度となるように搬送手段８の速度を調節する。さらに、処理室１０内に配置された図２のノズル１３により窒素ガス又は還元ガス或いはフォーミングガス（水素と窒素との混合ガス）を噴射して、窒素雰囲気中又は還元雰囲気中或いはフォーミングガス雰囲気中で熱処理を行ってもよい。
【００３９】
次に、図４（ｄ）に示すように、酸素とＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法により非吸湿性シリコン酸化膜２５を改質層２４ａを有する吸湿性シリコン酸化膜２４上に形成する。
【００４０】
以上の製造方法により、吸湿性シリコン酸化膜２４の内部への水分の侵入が阻止されるので、下層の金属配線２２にヒロックや腐食が発生することを防止できる。なお、以上の実施例では、吸湿性シリコン酸化膜２４として、シラノールやリン化合物を含む塗布膜或いはオゾンとＴＥＯＳとの混合ガスを用いて化学蒸着法により形成した酸化膜を使用した例について説明したが、シラノールの水素がメチル基などに置き代わった有機ＳＯＧ膜やポリイミド膜などの吸湿性の高い膜を使用してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置の信頼性を損なうことなく表面の平坦化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による吸湿性絶縁膜の塗布装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による瞬間加熱装置の構造を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施例による瞬間加熱装置の構造を示す概略側面図である。
【図４】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】従来の吸湿性絶縁膜の塗布装置を示す斜視図である。
【図６】回転塗布装置の構造を示す斜視図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 塗布装置
２、７ ウエハキャリア
３ 回転塗布装置
４ ホットプレート
５ アニール炉
６ 瞬間加熱装置
８ 搬送手段
９ ヒーター
１０ 処理室
１１、１２ 開口部
１３ ノズル
２１ 半導体基板
２２ 金属配線
２３ シリコン酸化膜
２４ 吸湿性シリコン酸化膜
２４ａ 改質層
２５ 非吸湿性シリコン酸化膜
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、吸湿性絶縁膜で覆れた半導体装置の製造方法及びこの製造方法が適用される基板処理装置及び絶縁膜の塗布方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の吸湿性絶縁膜の塗布装置及びその動作について図面を参照しながら説明する。図５は、従来の半導体装置の製造方法における吸湿性絶縁膜の塗布装置の概略を示す斜視図であり、図６は、回転塗布装置５３の概略を示す斜視図である。図５において、塗布装置５１は、半導体基板Ｗを塗布装置５１内に送る際に待機させておくウエハキャリア５２と、半導体基板Ｗの表面に塗布膜を回転塗布する回転塗布装置５３と、回転塗布装置５３で半導体基板Ｗの表面に形成された塗布膜に熱処理を行う半導体基板用のホットプレート５４と、半導体基板Ｗを高温処理するアニール炉５５と、塗布処理が終了した半導体基板Ｗを待機させておくウエハキャリア５６とを具備する。
【０００３】
図５の塗布装置５１において、ウエハキャリア５２に搭載された半導体基板Ｗは、不図示の搬送手段により回転塗布装置５３に搬送されて真空吸着により不図示の回転機構を有する回転板６０に固定される。そして、図６に示す回転塗布装置５３に設けられた塗布ノズル５７から塗布液５８が半導体基板Ｗ上に滴下され、回転機構により半導体基板Ｗを反時計回り５９に回転させて塗布液５８を半導体基板Ｗの表面に均一に塗布して半導体基板Ｗの表面に吸湿性絶縁膜などの塗布膜が形成される。この時、半導体基板Ｗの表面に塗布液５８を塗布しただけでは、半導体基板Ｗの表面にアルコールなどの揮発性物質が残存するため、不図示の搬送手段により塗布液５８を塗布した半導体基板Ｗをホットプレート５４に搬送してベーク処理を行って揮発性物質が除去される。しかる後、アニール炉５５で半導体基板Ｗに４５０℃程度のアニール処理が施され、不図示の搬送手段によりウエハキャリア５６に搬送されて次工程の処理が行われるまで放置される。
次に、従来の半導体装置の製造方法について図７を参照しながら説明する。図７は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【０００４】
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板２１上に選択的にアルミニウムなどの金属配線２２を形成した後、酸素とテトラエチルオルソシリケート（以下、ＴＥＯＳと記す）の混合ガスを用いた化学蒸着法により半導体基板２１及び金属配線２２上にシリコン酸化膜２３を形成する。
【０００５】
次に、図７（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２３は段差被覆率が悪いため、図６に示すような回転塗布装置５３の回転板６０に半導体基板２１を配置してシラノールとリン化合物を含む塗布液５８を用いてスピンコートを行うことにより、シリコン酸化膜２３上にシリコン酸化膜２４を形成する。このシリコン酸化膜２４は、金属配線２２を形成する際に発生した段差を緩和し、半導体基板２１の表面を平坦化する。
【０００６】
しかし、シリコン酸化膜２４は、大気中の放置により表面に水分が吸着して水分を吸収する吸湿性絶縁膜であり、シリコン酸化膜２４に水分が吸収されると、シリコン酸化膜２４中のリン化合物が水と反応しリン酸が発生するとともに、シリコン酸化膜２４に応力が発生してその下層のシリコン酸化膜２３にひび割れ２７を引き起こす。そのため、このひび割れ２６からリン酸が侵入し、アルミニウムなどの金属配線２２と反応してクラックや腐食２７を発生させて金属配線２２の間でリーク電流が流れるなどのデバイスの諸特性を悪化させるという問題があった。
【０００７】
また、シリコン酸化膜２４を塗布法により形成する代わりに、オゾンとＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法によりシリコン酸化膜２４を形成する場合もあるが、この場合もシリコン酸化膜２４の吸湿性による水分の吸収に起因する応力が発生して、金属配線２２にヒロックや腐食が生じるという問題があった。
【０００８】
そこで、従来の製造方法では、図７（ｃ）に示すように、酸素とＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法により吸湿性のないシリコン酸化膜２５をシリコン酸化膜２４上に形成していた。
【０００９】
以上述べたように、従来の製造方法では、段差部を有する半導体装置の表面を平坦化するため、シリコン酸化膜２３、２４、２５からなる３層構造の膜を形成していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
塗布法により形成された吸湿性絶縁膜は、６００〜１０００℃以上の高温でアニール処理を行えば膜質が改善され吸湿性がなくなるが、この吸湿性絶縁膜は、図７に示すように、金属配線２２を覆っているので、金属配線２２がアルミニウムで形成されている場合は、アニール処理を４５０℃以下で行わないと金属配線２２が溶けたり、ヒロックが発生して配線の信頼性を大きく損なうという問題があった。
【００１１】
また、従来の製造方法では、段差を緩和するシリコン酸化膜２４上に吸湿性がないシリコン酸化膜２５を形成して、シリコン酸化膜２４の吸水による問題を防止していた。しかし、この方法でも、シリコン酸化膜２４上にシリコン酸化膜２５を形成する待ち時間の間にシリコン酸化膜２４が水分を吸収してしまい、吸湿の防止が十分でないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、金属配線の信頼性を損なうことなくその上層に形成された吸湿性絶縁膜の吸湿を十分に防止できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法では、金属配線が形成された半導体基板に吸湿性絶縁膜を形成する工程と、前記吸湿性絶縁膜の表面に熱処理を行うことにより、前記吸湿性絶縁膜の表面を改質する工程と、前記吸湿性絶縁膜上に非吸湿性絶縁膜を形成する工程とを具備する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した問題を解決するために、本発明の基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、前記揮発性物質が除去された基板を第１の温度でアニール処理するアニール炉と、アニール処理された前記基板の表面を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱装置と、前記加熱装置の処理室内に設けられ、前記基板の表面に対向するヒーターと、前記ヒーターと前記基板との間に設けられ、前記ヒーターからの輻射熱を遮るシャッターとを具備し、前記シャッターの開閉により前記基板の加熱時間を制御することを特徴とする。
本発明では、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、前記揮発性物質が除去された基板を第１の温度でアニール処理するアニール炉と、トンネル式の処理室が設けられ、アニール処理された前記基板の表面を前記処理室内で前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱装置と、前記処理室に設けられた一の開口部の近辺から該処理室内に潜り、前記一の開口部の反対側に設けられた他の開口部の近辺まで前記基板を搬送する搬送手段とを具備することを特徴とする。
本発明では、前記加熱装置の処理室内に、前記加熱装置内を不活性ガス雰囲気にするためのノズルが設けられたことを特徴とする。
本発明では、前記加熱装置での加熱は、前記基板の表面に７００〜８００℃に加熱された不活性ガスを吹きつけることでなされることを特徴とする。
本発明の他の基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、前記基板の表面を瞬間的に加熱する瞬間加熱装置とを具備し、前記瞬間加熱装置は、処理室内に、前記基板の表面に対向するように設けられたヒーターと、前記ヒーターと前記基板との間に設けられ、前記基板からの輻射熱を遮ることが可能であり、開閉により前記基板の瞬間的な加熱時間を制御するシャッターとを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１の観点に係る基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、前記塗布された絶縁膜の表面に対し、非酸化性雰囲気で加熱処理を施す加熱処理部と、少なくとも前記塗布処理部と前記加熱処理部との間で基板の搬送を行う搬送手段とを具備する。
【００１６】
本発明によれば、加熱処理部において非酸化性雰囲気で加熱処理することにより、当該絶縁膜の酸化を防止することができる。例えば、絶縁膜が吸湿性絶縁膜である場合には、当該吸湿性絶縁膜の内部の酸化を防止するとともに、吸湿性絶縁膜表面のみの酸化、すなわち表面のみを非吸湿性絶縁膜に改質できるので、下層の金属配線の信頼性に対する悪影響を防止できる。従って、その後の非吸湿性 絶縁膜を形成する工程までの待ち時間において吸湿性絶縁膜の水分吸収を防止できる。ここで、加熱処理の温度は４５０℃〜８００℃で行い、より好ましくは、７００℃〜８００℃で行う。
【００１７】
また、本発明による加熱処理部における加熱処理は枚葉処理により行う。枚葉処理とは、基板１枚ずつ処理を行うことをいう。
【００１８】
また、例えば吸湿性絶縁膜塗布後にべーク処理、アニール処理（キュア処理）等を行い、その後に前記加熱処理部による加熱処理を行い、この加熱処理終了後、水分の吸収を抑制するために非吸湿性絶縁膜を形成することが好ましい。ここで、この非吸湿性絶縁膜形成後は、再びべーク処理を行い、そして冷却処理を行うようにすることが好ましい。
【００１９】
本発明の一の形態によれば、前記非酸化性雰囲気は、不活性ガスを使用することにより形成される。例えば、不活性ガスとして、窒素、アルゴン又はフォーミングガス等を用いる。
【００２０】
本発明の一の形態によれば、前記塗布処理部で塗布する絶縁膜は、有機膜、無機膜、又は有機膜と無機膜との混合のうちいずれかを使用する。有機膜としては例えばメチル基等を含むＳＯＧ膜やポリイミド膜等を用い、無機膜としては例えばシラノールやリン化合物等を含むものを用いることができる。
【００２１】
本発明の第２の観点に係る基板処理装置は、基板上に絶縁膜を塗布する少なくとも２つの塗布処理部と、前記２つの塗布処理部で塗布された絶縁膜に対し、加熱処理を施す加熱処理部と、少なくとも前記２つの塗布処理部と加熱処理部との間で基板の搬送を行う搬送手段とを具備する。
【００２２】
本発明によれば、少なくとも２つの塗布処理部において例えば吸湿性の絶縁膜が塗布された基板を、搬送手段により瞬時に加熱処理部に搬送することができ、 非吸湿性絶縁膜を形成する工程までの待ち時間において吸湿性絶縁膜の水分吸収を防止できる。
【００２３】
ここで加熱処理部による加熱処理は、吸湿性の絶縁膜の表面を改質することにより、当該吸湿性の絶縁膜表面のみを非吸湿性に改質でき、例えば下層の金属配線等の信頼性に対する悪影響を防止できる。この表面の改質処理は、ヒーターによる放射熱、又は加熱された不活性ガスを前記吸湿性の絶縁膜表面に吹きつけることにより行うことができる。このときのヒーターの温度又は不活性ガスの加熱温度は、好ましくは７００℃〜８００℃である。また、不活性ガスとしてはアルゴン又は窒素を用いる。
【００２４】
本発明の第１の観点に係る絶縁膜の塗布方法は、基板上に絶縁膜を塗布する工程と、前記塗布された絶縁膜の表面に対し、非酸化性雰囲気で加熱処理する工程とを具備する。
【００２５】
本発明によれば、非酸化性雰囲気で加熱処理することにより、例えば絶縁膜が吸湿性絶縁膜である場合には、基板の酸化を防止するとともに、吸湿性絶縁膜表面のみの酸化、すなわち表面のみを非吸湿性絶縁膜に改質できるので、下層の金属配線の信頼性に対する悪影響を防止できる。従って、その後の非吸湿性絶縁膜を形成する工程までの待ち時間において吸湿性絶縁膜の水分吸収を防止できる。
【００２６】
本発明の第２の観点に係る絶縁膜の塗布方法は、基板上に第１の絶縁膜を塗布する工程と、基板上に第２の絶縁膜を塗布する工程と、加熱処理部で前記塗布された第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜に対し加熱処理を施す工程とを具備する。
【００２７】
本発明の一の形態によれば、第１の絶縁膜として例えば吸湿性の絶縁膜が塗布し、例えばこの吸湿性の絶縁膜の表面を加熱処理し、第２の絶縁膜として非吸湿性の絶縁膜を塗布する。
【実施例】
以下、本発明の一実施例による塗布装置について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施例による吸湿性絶縁膜の塗布装置を示す斜視図であり、図２は、図１の瞬間加熱装置６の構造を示す概略縦断面図であり、図３は、図２の瞬間加熱装置６の概略側面図である。
【００２９】
図１において、塗布装置１は、半導体基板Ｗを塗布装置１内に送る際に待機させておくウエハキャリア２と、半導体基板Ｗの表面に塗布膜を回転塗布する回転塗布装置３と、回転塗布装置３で半導体基板Ｗの表面に形成された塗布膜に熱処理を行う半導体基板用のホットプレート４と、半導体基板Ｗを高温処理するアニール炉５と、半導体基板Ｗの表面のみを瞬間的に加熱する瞬間加熱装置６と、塗布処理が終了した半導体基板Ｗを待機させておくウエハキャリア７とを具備する。
【００３０】
ここで、瞬間加熱装置６は、図２に示すように、半導体基板Ｗの表面のみを瞬間的に加熱処理する際に使用するトンネル式の処理室１０と、処理室１０に設けられた開口部１１の近辺から処理室１０内に潜り開口部１１の反対側に設けられた開口部１２の近辺まで半導体基板Ｗを搬送する支持台を有する搬送手段８とによって構成される。処理室１０内には、半導体基板Ｗの表面に対向するように設けられたヒーター９と、処理室１０内を窒素雰囲気にするための窒素或いはアルゴンなどの不活性ガスを噴射する複数のノズル１３が設けられている。ノズル１３は、不図示の窒素ボンベにチューブを介して接続され、ヒーター９は、ニクロム線の埋め込まれているヒーター板によって構成され処理室１０内を６００〜９００℃程度に保つことが可能である。なお、ヒーター９の代わりに赤外ランプなどを用いてもよい。また、処理室１０の開口部１１、１２は、図３に示すように、処理室１０の左右の側面に設けられている。
【００３１】
次に、本発明の一実施例による塗布装置１の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１において、ウエハキャリア２に搭載された金属配線形成後の半導体基板Ｗは、不図示の搬送手段により回転塗布装置３に搬送されて真空吸着により不図示の回転機構を有する図６の回転板６０に固定される。そして、図１に示す回転塗布装置３に設けられた塗布ノズル５７から吸湿性の高い塗布液５８が半導体基板Ｗ上に滴下され、回転機構により半導体基板Ｗを反時計回り５９に回転させて塗布液５８を半導体基板Ｗの表面に均一に塗布して半導体基板Ｗの表面に吸湿性絶縁膜などの塗布膜が形成される。この時、半導体基板Ｗの表面に塗布液５８を塗布しただけでは、半導体基板Ｗの表面にアルコールなどの揮発性物質が残存するため、不図示の搬送手段により塗布液５８を塗布した半導体基板Ｗをホットプレート４に搬送してベーク処理を行って揮発性物質が除去される。しかる後、アニール炉５で半導体基板Ｗに４５０℃程度のアニール処理が施され、不図示の搬送手段によりウエハキャリア７に搬送される。そして、次工程の処理が行われるまでの所定の時間内に不図示の搬送手段により、瞬間加熱装置６における処理室１０の開口部１１の近辺に配置された搬送手段８の支持台まで搬送される。
【００３３】
次に、処理室１０内のヒーター９の温度を７００℃に保った状態で、半導体基板Ｗが搬送手段８により処理室１０の開口部１１から処理室１０内を潜り抜けて開口部１２に搬送される。このため、処理室１０内に半導体基板Ｗと対向するように設けられたヒーター９により半導体基板Ｗの表面が加熱処理され、吸湿性の高い塗布膜の表面に緻密な膜質層が形成され、この膜質層により塗布膜内部への水分の侵入が阻止される。なお、防湿を十分に行うため、アニール炉５によるアニール処理の直後に瞬間加熱装置６による処理を行うことが望ましい。また、処理室１０内における半導体基板Ｗの加熱時間の制御は、搬送手段８による半導体基板Ｗの搬送速度の制御又は処理室１０内におけるヒーター９の温度制御によって行ってもよく、さらに、ヒーター９と半導体基板Ｗとの間にヒーター９からの輻射熱を遮るシャターを設け、このシャターの開閉により半導体基板Ｗの加熱時間の制御を行うようにしてもよい。例えば、ヒーター９の温度を７００〜８００℃に設定した場合、半導体基板Ｗが処理室１０内を通過する時間を２０〜３０秒となるように、搬送手段８による半導体基板Ｗの搬送速度を制御すればよい。このようにすることにより、処理室１０内のヒーター９の温度を５００℃以上に設定しても塗布膜の表面部分のみが加熱され、塗布膜の内部の温度が上昇することを抑制できるので、塗布膜の下層に形成された金属配線を溶かすことを防止できる。
【００３４】
次に、本発明の一実施例による半導体装置の製造方法について図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンなどの半導体基板２１上に選択的にアルミニウムなどの金属配線２２を形成した後、酸素とＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法により半導体基板２１及び金属配線２２上にシリコン酸化膜２３を形成する。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２３は段差被覆率が悪いため、図１に示すような回転塗布装置３の回転板６０に半導体基板２１を配置してシラノールとリン化合物を含む塗布液５８を用いてスピンコートを行い、不図示の搬送手段により塗布液５８を塗布した半導体基板Ｗをホットプレート４に搬送してベーク処理を行って揮発性物質を除去する。しかる後、アニール炉５で半導体基板Ｗに４５０℃程度のアニール処理を施すことにより、シリコン酸化膜２３上に吸湿性シリコン酸化膜２４を形成する。この吸湿性シリコン酸化膜２４は、金属配線２２を形成する際に発生した段差を緩和し、半導体基板２１の表面を平坦化する。なお、吸湿性シリコン酸化膜２４は、オゾンとＴＥＯＳとの混合ガスを用いた化学蒸着法により形成してもよい。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、吸湿性シリコン酸化膜２４が形成された半導体基板２１は、不図示の搬送手段により、図１の瞬間加熱装置６における処理室１０の開口部１１の近辺に配置された搬送手段８の支持台まで搬送される。そして、処理室１０内のヒーター９の温度を７００℃に保った状態で、半導体基板Ｗが搬送手段８により処理室１０の開口部１１から処理室１０内を潜り抜けて開口部１２に搬送される。このため、処理室１０内に半導体基板Ｗと対向するように設けられたヒーター９からの放射熱により半導体基板Ｗに形成された吸湿性シリコン酸化膜２４の表面が加熱処理され、吸湿性シリコン酸化膜２４の表面に緻密な改質層２４ａが形成され、この改質層２４ａにより吸湿性シリコン酸化膜２４の内部への水分の侵入が阻止される。ここで、吸湿性シリコン酸化膜２４の表面を加熱処理する方法として、半導体基板２１に対向して配置されたヒーター９からの放射熱を利用する方法の他、吸湿性シリコン酸化膜２４の表面に７００〜８００℃程度に加熱されたアルゴンや窒素などの不活性ガスを吹き付けるようにしてもよい。
【００３８】
なお、防湿を十分に行うため、アニール炉５によるアニール処理の直後に瞬間加熱装置６による処理を行うことが望ましい。また、処理室１０内に半導体基板２１を潜らせる時間は、３０秒程度となるように搬送手段８の速度を調節する。さらに、処理室１０内に配置された図２のノズル１３により窒素ガス又は還元ガス或いはフォーミングガス（水素と窒素との混合ガス）を噴射して、窒素雰囲気中又は還元雰囲気中或いはフォーミングガス雰囲気中で熱処理を行ってもよい。
【００３９】
次に、図４（ｄ）に示すように、酸素とＴＥＯＳの混合ガスを用いた化学蒸着法により非吸湿性シリコン酸化膜２５を改質層２４ａを有する吸湿性シリコン酸化膜２４上に形成する。
【００４０】
以上の製造方法により、吸湿性シリコン酸化膜２４の内部への水分の侵入が阻止されるので、下層の金属配線２２にヒロックや腐食が発生することを防止できる。なお、以上の実施例では、吸湿性シリコン酸化膜２４として、シラノールやリン化合物を含む塗布膜或いはオゾンとＴＥＯＳとの混合ガスを用いて化学蒸着法により形成した酸化膜を使用した例について説明したが、シラノールの水素がメチル基などに置き代わった有機ＳＯＧ膜やポリイミド膜などの吸湿性の高い膜を使用してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置の信頼性を損なうことなく表面の平坦化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による吸湿性絶縁膜の塗布装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による瞬間加熱装置の構造を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の一実施例による瞬間加熱装置の構造を示す概略側面図である。
【図４】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】従来の吸湿性絶縁膜の塗布装置を示す斜視図である。
【図６】回転塗布装置の構造を示す斜視図である。
【図７】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 塗布装置
２、７ ウエハキャリア
３ 回転塗布装置
４ ホットプレート
５ アニール炉
６ 瞬間加熱装置
８ 搬送手段
９ ヒーター
１０ 処理室
１１、１２ 開口部
１３ ノズル
２１ 半導体基板
２２ 金属配線
２３ シリコン酸化膜
２４ 吸湿性シリコン酸化膜
２４ａ 改質層
２５ 非吸湿性シリコン酸化膜
Claims (5)
- 基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、
前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、
前記揮発性物質が除去された基板を第１の温度でアニール処理するアニール炉と、
アニール処理された前記基板の表面を前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱装置と、
前記加熱装置の処理室内に設けられ、前記基板の表面に対向するヒーターと、
前記ヒーターと前記基板との間に設けられ、前記ヒーターからの輻射熱を遮るシャッターとを具備し、
前記シャッターの開閉により前記基板の加熱時間を制御することを特徴とする基板処理装置。 - 基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、
前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、
前記揮発性物質が除去された基板を第１の温度でアニール処理するアニール炉と、
トンネル式の処理室が設けられ、アニール処理された前記基板の表面を前記処理室内で前記第１の温度よりも高い第２の温度で加熱する加熱装置と、
前記処理室に設けられた一の開口部の近辺から該処理室内に潜り、前記一の開口部の反対側に設けられた他の開口部の近辺まで前記基板を搬送する搬送手段と
を具備することを特徴とする基板処理装置。 - 前記加熱装置の処理室内に、前記加熱装置内を不活性ガス雰囲気にするためのノズルが設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
- 前記加熱装置での加熱は、前記基板の表面に７００〜８００℃に加熱された不活性ガスを吹きつけることでなされることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の基板処理装置。
- 基板上に絶縁膜を塗布する塗布処理部と、
前記絶縁膜が塗布された基板を加熱し、前記絶縁膜の表面に残存する揮発性物質を除去するホットプレートと、
前記基板の表面を瞬間的に加熱する瞬間加熱装置とを具備し、
前記瞬間加熱装置は、処理室内に、前記基板の表面に対向するように設けられたヒーターと、前記ヒーターと前記基板との間に設けられ、前記基板からの輻射熱を遮ることが可能であり、開閉により前記基板の瞬間的な加熱時間を制御するシャッターとを有することを特徴とする基板処理装置。
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