JPH09283513A

JPH09283513A - 絶縁膜の形成方法

Info

Publication number: JPH09283513A
Application number: JP8666396A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hasegawa; 利昭長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JP3491439B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電率が低く耐熱性に優れる絶縁膜を、大口
径基板上へも良好な均一性と平坦化特性をもって形成す
る。【解決手段】高分子化合物を溶媒に溶解させた液状組
成物を貯液タンク１２から超音波ミスト化装置１３へ送
出してミスト化し、これをガスボンベ１１から供給され
るＮ₂ ガスに乗せてシャワーヘッド２へ輸送し、ここか
ら成膜チャンバ１内へ均一に放出させる。ここまでは、
該高分子化合物のガラス転移温度より低い第１の温度域
で行う。一方ウェハＷは、上記高分子化合物のガラス転
移温度以上，熱分解温度未満の第２の温度域に維持し、
ウェハ面上での高分子被膜の形成と同時進行で溶媒を揮
発させる。この方法により、耐熱性の発現に寄与する環
構造を備えたフッ素系樹脂膜を、微細なデザイン・ルー
ルにもとづく半導体装置の層間絶縁膜として形成するこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はたとえば半導体装置
の層間絶縁膜として用いられる低誘電率を有する絶縁膜
の形成方法に関し、特にその耐熱性を確保しながら膜厚
の面内均一性や微細な配線間スペースの埋め込み特性を
改善する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイス製造においては、
その高集積化，高機能化に伴い、基板上に層間絶縁膜を
介して配線膜を幾層にも積み上げる多層配線技術の採用
が必須となっている。多層配線を採用する場合、デザイ
ン・ルールの縮小と共に隣接配線同士あるいは上下配線
同士が接近してくると、比誘電率が約３．９と大きい従
来のＳｉＯｘ系層間絶縁膜では、配線間容量が大きくな
り過ぎる。そこで、特にデザイン・ルール０．２５μｍ
以降の世代では、比誘電率の低い層間絶縁膜（以下、低
誘電体膜と称する。）を用いて低電圧駆動，低消費電
力，高クロック周波数を実現することが検討されてい
る。

【０００３】低誘電体膜としては、まずデザイン・ルー
ル０．３５〜０．２５μｍの世代向けとしてＳｉＯＦ膜
（比誘電率３．７〜３．２）が提案されているが、デザ
イン・ルール０．１８μｍの世代向けには比誘電率がさ
らに低い有機低誘電体膜が有望視されている。この有機
低誘電体膜としては、テトラフルオロエチレン誘導体
（比誘電率２．１〜１．９），フッ化ポリアリルエーテ
ル（同２．６），フッ化ポリパラキシリレン（同２．
４）等のフッ素系樹脂の他、有機ＳＯＧ（比誘電率３．
５〜３．０）、ポリイミド系樹脂膜（同３．５〜３．
０）、ベンゾシクロブテン系樹脂膜（同２．６）が代表
的である。これらの材料においては、側鎖に立体障害の
大きいアルキル基が結合されていることによる膜密度の
低下、および分子骨格に直鎖構造が含まれていることに
よるイオン分極の発生場所の局在化が、低誘電率化に寄
与している。

【０００４】これらの有機低誘電体膜のいまひとつの重
要な特色は、半導体装置の構成材料として不可欠の耐熱
性を具備していることである。この耐熱性は、たとえば
有機ＳＯＧでは環状シロキサン骨格、ポリイミドではイ
ミド結合、ポリパラキシリレンにおいてはベンゼン環に
より付与されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の有機
低誘電体膜が半導体基板上で耐熱性を発揮するために
は、成膜後にもその複雑な環状構造が維持されていなけ
ればならない。半導体基板上へ有機材料膜を成膜するた
めの一般的な方法としては、ＣＶＤ法とスピンコート法
がある。

【０００６】ＣＶＤ法は、半導体装置の微細化や基板の
大口径化に伴って成膜工程にも高度な面内均一性が要求
されている近年の事情に照らすと有利な方法であり、実
際、フッ化ポリパラキシレンの成膜に利用されている。
しかし、有機高分子化合物のモノマーをＣＶＤ装置のチ
ャンバ内へ導入しているので、気相反応あるいは基板表
面反応だけで複雑な環状構造を構築し、十分に満足のゆ
くレベルで耐熱性を達成することは実際には困難であ
る。

【０００７】一方のスピンコート法は、液状組成物を基
板の中央部に一度に供給し、この基板を２０００〜５０
００ｒｐｍにて高速回転させることにより液状組成物を
基板上に均一に広げる方法であり、たとえばテトラフル
オロエチレン，フッ化ベンゾシクロブテン，フッ化ポリ
アリルエーテルの成膜に利用されている。この方法によ
れば、予め一般の化学合成法により完成された環状構造
を破壊することなく、基板上に液状組成物を塗布するこ
とができる。しかしながら、８インチあるいはそれ以上
に大口径化した近年の基板上では、単純に遠心力のみを
利用して面内均一性を確保することは困難である。ま
た、サブハーフミクロン・レベルの微細な配線間スペー
スにおけるボイドの発生も、顕著な問題となりつつあ
る。このボイドは、塗膜から溶媒が揮発する際に膜の体
積が減少するために生ずるものである。

【０００８】さらに、溶媒を揮発させるには基板加熱を
が要するが、このような有機低誘電体膜がＳｉＯｘ膜と
積層されるような場合には、熱処理により両膜に蓄積さ
れた応力の差により、該有機低誘電体膜にクラックや剥
離が生ずることがある。

【０００９】このように、従来の技術では優れた耐熱性
を有する有機低誘電体膜を大口径の基板上に均一に成膜
することは決して容易ではない。そこで本発明は、この
問題を解決し、低誘電率と耐熱性を確保しながら膜厚の
面内均一性や微細な配線間スペースの埋め込み特性を改
善することが可能な絶縁膜の形成方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに提案される本発明の絶縁膜の形成方法は、スピンコ
ート法に代表される液相プロセスの長所である分子構造
の保持と、ＣＶＤに代表される気相プロセスの長所であ
る面内均一性とを同時に達成するものである。すなわ
ち、耐熱性の発現に寄与する分子構造を有する高分子化
合物を溶媒に溶解させてなる液状組成物を該高分子化合
物のガラス転移温度より低い第１の温度域でミスト化す
る第１工程と、ミスト化された液状組成物を、その温度
を前記第１の温度域に維持しながら基板上へ輸送する第
２工程と、基板上に高分子化合物の被膜を形成する第３
工程とを有する。本明細書では以下、このような成膜の
方法または機構を「ミスト・デポジション」と称する。

【００１１】ここで、最終的に形成される被膜は高分子
化合物のみから成るので、上記液状組成物中の溶媒を適
当な時点で除去する何らかのプロセスが必要である。か
かる溶媒の除去は、成膜と同時、あるいは成膜後のいず
れかで行う。成膜と同時に行うには、上記第３工程にお
ける基板の温度を上記高分子化合物のガラス転移温度以
上，熱分解温度未満の第２の温度域に維持し、成膜後に
行う場合には、上記第３工程を終了した後、基板の温度
を上記第２の温度域に昇温させる。なお、成膜後に行う
場合には、昇温に先だって不活性ガスのプラズマを照射
し、被膜を改質しても良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の絶縁膜の形成方法では、
液体でありながら気体の様に広範囲かつ均一に基板上へ
供給できる物質の形態として、ミスト、すなわち分散質
が液体である様なエアロゾルを選択した。従来のスピン
コート法では、液状組成物を基板の中心部から遠心力に
より周辺部に広げるため、平坦化特性が基板上のパター
ンの粗密や形状に依存していたが、本発明ではミスト化
を行うことにより液状組成物が最初から基板の全面に向
けて供給されるので、このような問題は原理的に存在し
ない。

【００１３】液状組成物のミスト化は、超音波振動子を
用いれば比較的少ないエネルギーで行うことができ、高
分子化合物の環状構造を破壊する虞れが少ない。そこ
で、この超音波ミスト化装置を組み込んだ成膜システム
の構成例について、図１を参照しながら説明する。この
成膜システムは、平行平板型成膜装置１０と原料供給系
統とに大別される。前者の平行平板型成膜装置１０は、
成膜チャンバ１の内部にて、天井側のシャワーヘッド２
と、これに対面する形でウェハＷを載置する床面側のサ
セプタ３とが対向的に配されたものである。上記成膜チ
ャンバ１の内部空間は、その底面に開口される排気孔４
を通じて接続される真空排気系統（図示せず。）により
矢印Ａ方向に排気される一方で、上記シャワーヘッド２
を通じて後述のミストあるいはキャリヤ・ガスの供給を
受ける。上記サセプタ３には、ウェハＷを所望の温度に
加熱するためのヒータ５が内蔵されており、このヒータ
５は直流電源６（ＤＣ）に接続されている。

【００１４】この平行平板型成膜装置１０の基本構成
は、図１から明らかなように、典型的なアノード・カッ
プル型の平行平板型プラズマＣＶＤ装置に準じている。
すなわち、上記シャワーヘッド２は上部電極、上記サセ
プタ３は下部電極として機能するものであり、シャワー
ヘッド２にはマッチング・ネットワーク７（Ｍ／Ｎ）を
介してＲＦ電源８が接続されている。ただし、本発明に
おける成膜機構はミスト・デポジションなので、プラズ
マ励起は成膜時には行われず、専ら膜改質等の後処理を
目的として成膜後に行われる。

【００１５】一方の原料供給系統は、キャリヤ・ガスを
貯蔵するガスボンベ１１、高分子化合物を溶媒に溶解し
てなる液状組成物を貯蔵する貯液タンク１２、この液状
組成物をミスト化させるための超音波ミスト化装置１３
を主たる構成要素とし、これらが配管で相互に接続され
ている。まず、上記ガスボンベ１１から導出される配管
は、途中で分岐され、バルブＶ１を介して貯液タンク１
２へ至る配管，バルブＶ２を介して超音波ミスト化装置
１３へ至る配管，バルブＶ３を介して平行平板型成膜装
置１０のシャワーヘッド２へ至る配管とされる。これら
各バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉操作を行うことによ
り、各々矢印Ｂ，Ｃ，Ｄ方向へキャリヤ・ガスの圧送ま
たは停止が制御されるようになされている。上記貯液タ
ンク１２からは、バルブＶ４を介して超音波ミスト化装
置１３に至る配管が導出され、ガスボンベ１１から供給
されるキャリヤ・ガスの圧力により押し出された液状組
成物を該超音波ミスト化装置１３に供給（矢印Ｅで表
示。）するようになされている。さらに、上記超音波ミ
スト化装置１３からは、バルブＶ５を介してシャワーヘ
ッド２へ至る配管が導出され、発生されたミストをガス
ボンベ１１から供給されるキャリヤ・ガスと混合した状
態で輸送し（矢印Ｆで表示。）、このシャワーヘッド２
から成膜チャンバ１内へミストが均一に放出（矢印Ｇで
表示。）するようになされている。

【００１６】なお、上記ガスボンベ１１からバルブＶ３
を介して直接シャワーヘッド２に至る配管は、キャリヤ
・ガスを用いて成膜チャンバ１内のパージを行ったり、
後述のアニール用の雰囲気を形成したり、あるいはキャ
リヤ・ガスのプラズマを励起させるために設けられてい
る。したがって、液体組成物の押し出しやミストの輸送
を行うキャリヤ・ガスとは別のガスを用いてパージ，雰
囲気調整，プラズマ励起を行いたい場合には、この配管
は別のガスボンベから導出されることになる。なお、液
状組成物のミスト化は、上述のような超音波ミスト化装
置を用いる以外の方法でも可能である。たとえば、液状
組成物が特に濃厚あるいは粘稠である場合は、送風口の
近傍に開口されたノズルから圧送により噴出された液状
組成物を板，網，プロペラ等の障害物に衝突させて微粒
化する様なミスト生成装置を用いることができる。

【００１７】ところで、本発明で用いる液状組成物は高
分子化合物を溶媒に分散させたものであるから、ミスト
が基板面に到達するまでの間は溶媒の揮発による高分子
化合物の固化を防止しなければならない。溶媒の揮発
は、高分子化合物の分子のブラウン運動が始まるガラス
転移温度、あるいはこれよりわずかに高い温度にて活発
化する。このため、ミスト化がどのような方法で行われ
るにせよ、上記システム中、少なくともミストが基板上
へ到達するまでの領域は、高分子化合物のガラス転移温
度より低い第１の温度域に維持されている必要がある。
このときの温度は、通常は室温（２５℃）程度とするこ
とができる。

【００１８】一方、上述のようにしてミストが生成さ
れ、これが基板上へ輸送された後は、溶媒を揮発させな
ければならない。本発明では、この溶媒の揮発を高分子
被膜の成膜と関連したどの段階で行わせるかにより、大
別して次のようなプロセスが可能である。（ａ）高分子被膜の成膜と同時（ｂ）高分子被膜の成膜終了後（ｂ−１）基板加熱を行って揮発させる（ｂ−２）プラズマ処理を経てから、基板加熱を行って
揮発させるいずれの場合も、溶媒の揮発の大部分は基板（ウェハ）
加熱により行う。この基板加熱は、前述のヒータ５を用
いて行い、このときの温度は高分子化合物のガラス転移
温度以上，熱分解温度未満の第２の温度域とする。

【００１９】ここで、上記プロセス（ａ）のごとく溶媒
の除去を成膜と同時に行う場合は、基板に到達したミス
ト粒子から順に溶媒が揮発して高分子化合物が硬化する
ごとく膜成長が進行するため、最終膜厚の大小に関わら
ず、ミスト・デポジションが終了した時点で既に膜には
溶媒が実質的に含まれていない。したがって、従来のス
ピンコート膜のような成膜後アニールは不要であり、ボ
イドの発生あるいはストレス変化によるクラックの発生
等の問題が原理的に生じない。また、スピンコートでは
液状組成物を基板の中心部から遠心力により周辺部に広
げるため、平坦化特性が基板上のパターンの粗密や形状
に依存していたが、本発明ではミスト化を行うことによ
り液状組成物が最初から基板の全面に向けて供給される
ので、このような問題も原理的に存在しない。しかも、
基板はガラス転移温度以上に加熱されているので、溶媒
が揮発する最中にも基板上でミスト粒子あるいはミスト
粒子同士の融合により形成された薄膜がフローすること
ができ、平坦化特性が向上する。

【００２０】一方、上記プロセス（ｂ）のごとく、溶媒
の除去を成膜後に行う場合には、（ｂ−１）のごとく基
板加熱だけを行うプロセスと、（ｂ−２）のごとくプラ
ズマ処理と基板加熱とを組み合わせるプロセスが可能で
ある。ただし、これらのプロセスでは、ミスト・デポジ
ションが終了した段階で均一性および平坦化特性は従来
より大幅に改善されているものの、膜に溶媒がまだ含ま
れているためにボイド発生やクラック発生の問題が完全
に回避されているわけではない。そこで、第２の温度域
への基板の昇温を前記第２の温度域内に少なくとも２段
階の到達温度を設定して段階的に行ったり、あるいは昇
温前に膜に不活性ガスのプラズマを照射することが有効
である。前者の段階的昇温には、溶媒の揮発速度を緩和
することで急激な膜の堆積変化を防止する効果がある。
また、後者のプラズマ照射には、イオン・スパッタ作用
による様々な効果が期待でき、一例として膜の高密度
化、膜表面にファンデルワールス力で結合している溶媒
の除去、膜表面の粗面化による上層側材料膜との密着性
の改善を行うことができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２２】実施例１本実施例では、上述のプロセス（ａ）にしたがい、基板
（ウェハ）を加熱しながら高分子被膜としてアモルファ
ス・テフロン膜を成膜した。このプロセスを図１と図
２、および図５ないし図７を参照しながら説明する。

【００２３】本実施例ではまず、図１のガスボンベ１１
にＮ₂ ガスを封入し、貯液タンク１２にはフルオロカー
ボン系溶媒（３Ｍ社製：商品名フロリナート）にアモル
ファス・ポリテトラフルオロエチレン（デュポン社製：
商品名テフロンＡＦ，以下、ａ−ＰＴＦＥと称する。）
を１０重量％の濃度に溶解した溶液を封入した。ここ
で、上記ａ−ＰＴＦＥの構造式は、次に示されるとおり
であり、ガラス転移温度は１６０℃，熱分解温度は４２
０℃である。

【００２４】

【化１】

【００２５】この構造式において、−（ＣＦ₂ −ＣＦ
₂ ）n −の直鎖部分はイオン分極の発生部位を局在化さ
せる効果があり、ｎの値が大きくなるほど比誘電率εは
低下する。かかる長い直鎖構造は、架橋の進みやすいプ
ラズマＣＶＤでは作成することができず、したがってこ
の直鎖構造が利用できることは、液状組成物を用いるプ
ロセスの重要なメリットである。また、ポリエーテル環
は耐熱性の発現に寄与しており、ｍの値が大きくなるほ
ど比誘電率εは低下する。

【００２６】ミスト・デポジションの条件は以下の通り
である。まず、図１中の一点鎖線で囲んだ領域Ｉを、第
１の温度域に維持した。ここでは、領域Ｉの温度を室温
（ここでは２５℃）とした。ミスト化装置１３では、振
動数１００ｋＨｚの超音波振動子を用い、エネルギー密
度１Ｗ／ｃｍ² にて上記の液状組成物をミスト化させ
た。生成したミストは、流量１ＳＬＭ（＝１リットル／
分）で供給されるキャリヤ・ガスに乗せてシャワーヘッ
ド２へ輸送した。一方の平行平板型成膜装置１０につい
ては、成膜チャンバ１の内部を図示されない真空排気系
統により排気し、ウェハＷ近傍の圧力を約０．５気圧と
した。また、サセプタ３はヒータ５に通電することによ
り２００℃に加熱した。この加熱温度は、ａ−ＰＴＦＥ
のガラス転移温度（１６０℃）より高く、熱分解温度
（４２０℃）よりも低い。

【００２７】かかる成膜装置に搬入したウェハＷの構成
は、図５に示したとおりである。この状態を完成させる
までのプロセスは、概略以下の通りである。すなわちま
ず、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯｘ膜２２をたとえば５００
ｎｍの膜厚に成膜し、Ａｌ−１％Ｓｉ薄膜のスパッタ成
膜，レジスト・パターニング，ドライエッチングの各工
程を経て配線パターン２３を形成した。ここで、上記Ｓ
ｉＯｘ膜２２は、たとえばＳｉＨ₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを用
いたＬＰＣＶＤ、あるいはＴＥＯＳ／Ｏ₂ 混合ガスを用
いたプラズマＣＶＤ等の、従来公知の方法により成膜す
る。また、上記配線パターン２３は０．２５μｍのライ
ン・アンド・スペース・パターンにしたがって形成され
ており、その厚さは約６００ｎｍである。かかる基体の
全面には、ＳｉＨ₄ ／Ｏ₂ 混合ガスを用いたＬＰＣＶＤ
により膜厚約１００ｎｍの下層側ＳｉＯｘ膜２４を成膜
した。ただし、この膜厚は面積の広い平坦部上の値であ
り、図示されるような狭い配線間スペースでは１００ｎ
ｍよりも薄くなされている。

【００２８】かかるウェハＷに対して上述のような条件
でミスト・デポジションを行った結果、図６に示される
ように、ほぼ平坦な高分子被膜２５が形成された。

【００２９】続いて図２に示されるように、Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ４，Ｖ５をいずれも閉じて成膜チャンバ１内への
ミスト供給を停止すると共に、バルブＶ３を開いてＮ₂
ガスを供給した。このＮ₂ ガスは、アニール雰囲気を形
成するためのガスである。成膜チャンバ１に接続される
排気系統（図示せず。）の排気能力は成膜時よりも低下
させ、成膜チャンバ１内をほぼ大気圧（１ａｔｍ）とし
た。なお、上記のミスト供給停止に際し、図２ではバル
ブＶ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５をすべて閉じているが、特に
危険や不都合が無ければバルブＶ５以外の開閉状態は任
意としても良い。この状態で、直流電源６をＯＮとして
ヒータ５に通電し、４００℃，３０分間のアニールを行
った。上記のアニールはプロセスの最高温度であり、こ
れを経ることにより後工程で行われる熱処理時の脱ガス
を防止することができる。このようにして形成された高
分子被膜２５は比誘電率ε＝１．９〜２．１の絶縁膜で
あり、ボイドやクラックを発生しておらず、膜厚の面内
均一性や微細な配線間スペースの埋め込み特性に優れて
いた。

【００３０】この高分子被膜２５の上にはさらに、図７
に示されるような上層側ＳｉＯｘ膜２６を約５００ｎｍ
の厚さに成膜した。この上層側ＳｉＯｘ膜２６の成膜条
件は、下層側ＳｉＯＦ膜４と同じとすることができる。
このようにして、上記下層側ＳｉＯｘ膜２４，高分子被
膜２５，上層側ＳｉＯＦ膜２６の３層の膜からなる層間
絶縁膜２７を形成した。

【００３１】実施例２本実施例では、上述のプロセス（ｂ−１）にしたがい、
まずウェハ加熱を行わずにアモルファス・テフロン膜を
成膜した後、同じ成膜チャンバ内で２段階のアニールを
経ることによりこの膜から溶媒を除去した。このプロセ
スを図３および図２を参照しながら説明する。

【００３２】本実施例で用いるキャリヤ・ガスと液状組
成物は、実施例１で上述したものと同じである。ただ
し、本実施例ではまずウェハ加熱を行わない状態で高分
子被膜を成膜するため、図３に示されるように、二点鎖
線で囲んだ領域IIが室温（２５℃）に維持されることに
なる。この状態で前掲の図６に示されるような高分子被
膜２５を形成する。

【００３３】続いて前掲の図２に示されるように、成膜
チャンバ１内へのミスト供給を停止すると共に、Ｎ₂ ガ
スを供給した。この状態で、直流電源６をＯＮとしてヒ
ータ５によるウェハＷの加熱を行った。このときの加熱
は、２段階で行った。すなわち、まず第１段階としてウ
ェハＷの温度を３５℃／分の昇温速度で５分間かけて２
００℃まで上昇させ、この温度に５分間保持した。次
に、第２段階として４００℃，３０分間のアニールを行
った。かかる２段階アニールにより、高分子被膜２５か
ら溶媒が除去されたが、急激な体積変化やストレスの蓄
積が防止されるため、膜にボイドやクラックは発生しな
かった。

【００３４】実施例３本実施例では、上述のプロセス（ｂ−１）と（ｂ−２）
とを組み合わせ、まずウェハ加熱を行わずにアモルファ
ス・テフロン膜を成膜した後、Ｎ₂ プラズマ照射と２段
階アニールとを経て溶媒を除去した。このプロセスを、
図３，図４および図２を参照しながら説明する。

【００３５】本実施例ではまず、成膜システムを前掲の
図３に示した状態で使用することにより、高分子被膜２
５を成膜する。続いて、図４に示されるように、バルブ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５をいずれも閉じてミスト供給を
停止すると共に、バルブＶ３を開いて成膜チャンバ１内
へＮ₂ ガスを供給し、また真空排気系統（図示せず。）
の排気能力を増大させた。ヒータ５には通電しないの
で、二点鎖線で囲んだ領域IIが室温（２５℃）に維持さ
れることになる。

【００３６】ここで、シャワーヘッド２に接続されるＲ
Ｆ電源８をＯＮとし、アノードカップル型の容量結合方
式によるプラズマ放電を行い、高分子被膜２５に対して
Ｎ₂プラズマ処理を施した。このときのプラズマ処理条
件は、たとえばＮ₂ 流量５００ＳＣＣＭ圧力５０ＰａＲＦパワー２００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）放電時間５分とした。この処理により、高分子被膜２５が緻密化さ
れ、また表面が粗面化されると共に、膜表面に吸着され
ている溶媒が除去された。

【００３７】なお、上記のプラズマ照射時にはウェハＷ
温度が室温よりも上昇するが、第１の温度域を超えなけ
れば構わない。もし第１の温度域を超えそうな場合に
は、サセプタ３にたとえばプラズマ・エッチング装置で
公知の冷却系統を内蔵させておき、これを使用してウェ
ハＷの昇温を抑えるようにしても良い。

【００３８】続いて、成膜装置の状態を前掲の図２に示
される状態とし、実施例２で上述した２段階アニールを
行って、膜中の溶媒を除去した。本実施例においても、
ボイドやクラックの発生を防止しながら低誘電率で耐熱
性に優れる絶縁膜をウェハＷ上に均一に成膜することが
できた。

【００３９】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上述の各実施例では高分子被
膜がａ−ＰＴＦＥである場合について説明したが、同様
のプロセスはパーフルオロシクロアルキル基を含むフッ
素系樹脂（旭硝子社製：商品名サイトップ），パーフル
オロビフェニル基を含むフッ素系樹脂（アライドシグナ
ル社製：商品名フレアー），有機ＳＯＧ，ポリイミド樹
脂を用いても可能である。さらに、本明細書では高分子
化合物が有機化合物である場合を中心に説明を行ってき
たが、本発明は無機ＳＯＧ膜についても同様に適用する
ことができる。成膜後に溶媒を揮発させるための基板加
熱は、前述のような抵抗加熱ではなく、ランプ加熱やレ
ーザ加熱により行うこともできる。さらに、膜改質のた
めの不活性ガスのプラズマとしては、上述のようなＮ₂
プラズマの他、Ａｒガスその他の希ガスのプラズマを用
いることができる。

【００４０】この他、成膜システムの構成，サンプル・
ウェハの構成，デザイン・ルール，成膜条件，プラズマ
処理条件，アニール条件等の細部は適宜変更あるいは選
択が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の絶縁膜の形成方法によれば、誘電率が低く耐熱性に
優れる絶縁膜を、大口径基板上へも優れた均一性と平坦
化特性をもって形成することが可能となる。本発明はか
かる絶縁膜の改良を通じて、半導体装置の高集積化，高
性能化，高信頼化に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いられる成膜システムについて、ウ
ェハを加熱しながら高分子被膜を成膜する工程における
使用状態を示す模式的断面図である。

【図２】本発明で用いられる成膜システムについて、ミ
スト供給を停止してウェハを加熱する工程における使用
状態を示す模式的断面図である。

【図３】本発明で用いられる成膜システムについて、ウ
ェハを加熱せずに高分子被膜を成膜する工程における使
用状態を示す模式的断面図である。

【図４】本発明で用いられる成膜システムについて、ミ
スト供給を停止して高分子被膜にプラズマ照射を行う工
程における使用状態を示す模式的断面図である。

【図５】本発明を半導体装置の層間絶縁膜の形成に適用
したプロセス例において、配線パターンを下層側ＳｉＯ
ｘ膜で被覆した状態を示す模式的断面図である。

【図６】図５の基体の表面を高分子被膜で略平坦化した
状態を示す模式的断面図である。

【図７】図６の基体の表面をさらに上層側ＳｉＯｘ膜で
被覆して層間絶縁膜を完成させた状態を示す模式的断面
図である。

【符号の説明】

１成膜チャンバ２シャワーヘッド３サセプタ
５ヒータ６直流電源８ＲＦ電源１０平
行平板型成膜装置１１ガスボンベ１２貯液タン
ク１３超音波ミスト化装置Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ
４，Ｖ５バルブ２１Ｓｉ基板２２ＳｉＯｘ膜
２３配線パターン２４下層側ＳｉＯｘ膜２５
高分子被膜２６上層側ＳｉＯｘ膜２７層間絶縁
膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性の発現に寄与する分子構造を有す
る高分子化合物を溶媒に溶解させてなる液状組成物を該
高分子化合物のガラス転移温度より低い第１の温度域で
ミスト化する第１工程と、前記ミスト化された液状組成物を、その温度を前記第１
の温度域に維持しながら基板上へ輸送する第２工程と、前記基板上に前記高分子化合物の被膜を形成する第３工
程とを有する絶縁膜の形成方法。
【請求項２】前記第１工程では、前記ミスト化を超音
波振動子を用いて行う請求項１記載の絶縁膜の形成方
法。
【請求項３】前記第３工程では、前記基板を前記高分
子化合物のガラス転移温度以上，熱分解温度未満の第２
の温度域に維持する請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】前記第３工程を前記第１の温度域で終了
した後、前記基板を前記高分子化合物のガラス転移温度
以上，熱分解温度未満の第２の温度域に昇温させる請求
項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項５】前記昇温を、前記第２の温度域内に少な
くとも２段階の到達温度を設定して段階的に行う請求項
４記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項６】前記基板を前記第２の温度域に昇温させ
る前に、前記高分子化合物の被膜に不活性ガスのプラズ
マを照射する請求項４記載の絶縁膜の形成方法。