JPS59124729A - 絶縁膜形成方法 - Google Patents

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、半導体素子の製造工程において層間絶縁膜な
どの絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法に関するものであ
る。

従来のこの種の絶縁膜形成方法には、気相成長法として
、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法など
があるが、いずれの方法にも、良質な無機膜（Ｓｉｎ２
．　Ｓｉ、Ｎ４．　ＰＳＧなど）を形成できる反面、形
成温度が高いことや基板の結晶へ欠陥を生じさせやすい
こと、しかもまた基板表面の配線などによる凹凸上に直
接平坦な膜を形成できないので、膜形成後にり７トオ７
操作などの複雑なプロセス操作を行うことが平坦化のた
めに必要となるというような欠点があった。

特に、このようにして得られた膜を層間絶縁膜として用
いる場合、平坦化するために膜形成後に後に膜の表面に
凹凸があると、たとえば配線を形成するために金属を真
空蒸着等の手段で付着させた場合、段差部の側面で金属
膜が薄くなり、断線が生じやすくなり、ひいては歩留り
の低下を招きやすい。

このようなコストや歩留り等の問題を解決するべく、表
面のなだらかあるいは平坦な絶縁膜を容易に形成する方
法として、燐ガラスを１０００℃近くの高温処理で塑性
流動させる、いわゆるガラス７０−法やポリイミドなど
の有機系物質をスピンコードして熱硬化させる方法が知
られている。

しかし、ガラスフロー法には、その高温処理のため半導
体内の不純物の分布がぼやけたり、電極に高融点金属を
使う必要があるなど使用１ｌｉｉ′ｉ囲が強く限定され
てしまい、一般的には使用できないという欠点がある。

また、有機系物質を用いる場合、膜形成が湿式であるた
め、不純物が混入しやすいことや、ち密な膜が得られず
吸湿性に問題があり、ピンホールが生じやすいことや微
細加工性に問題があるなどの欠点がある。

本発明の目的は、上述した欠点を解決し、気相成長法で
基板表面の配線などの凹凸の上に直接に表面が平担にな
る良質の膜を、比較的低温で形成することのできる絶縁
膜形成方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明では、プラズ
マ重合の反応容器内に基板を配置し、その反応容器にモ
ノマを導入して、プラズマ重合法によって流動性の生成
物を基板上に形成し、その生成物に光照射や電子線照射
などの放射線照射、加熱処理あるいはこれらを組み合わ
せた処理を施すことＫより基板上に表面が平坦な絶縁膜
を形成する。

本発明を実施するだめの反応器としては、通常のプラズ
マＣＶＤ装置を使用でき、その放電形式。

電極構造等としては任意所望のものを用いることができ
、何ら制限されるものではない。モノマとしては、適当
な有機化合物を用いることができ、それにより、低基板
温度、低印加電力、高モノマ供給量、高圧力の条件で、
流動性の生成物を容易に形成することができる。次に、
この生成物に、放射線として、例えば紫外から真空紫外
領域の光を照射したり、電子線やＸ線などの放射線を照
射したり、あるいは／！；０−．２！；０℃程度の加熱
処理を施したり、あるいはまた、これらの処理を組み合
わせた処理を施すことによって、安定で下部の基板の凹
凸に比較して、表面がなだらかな絶縁膜・を形成するこ
とができる。

プラズマ重合にあたっては、モノマとしてほとんどあら
ゆる有機化合物を使用できるが、生成膜の耐熱性が必要
な場合には特にモノマとして有機シリコン化合物を用い
ることによって、耐熱性にすぐれた絶縁膜を形成するこ
とができる。このような有機シリコン化合物としては、
オクタメチルシロキサン、ヘキサメチルシロキサンなど
のシクロメチルシロキサンおよびその誘導体、ヘキサメ
チルジシロキサン、オクタメチルテトラシロキサ（、ｔ
） ンなどのメチルシロキサンおよびその誘導体、テトラメ
トキシシラン、テトラエトキシシランなどのアルコキシ
シランおよびその誘導体、ヘキサメチルシクロテトラシ
ラザン、ヘキサメチルジシラザンなどの環状および鎖状
のシラザンおよびその誘導体等を好適に用いることがで
きる。

さらに、形成した絶縁膜表面の凹凸をより小さくして平
坦にするためには、膜形成の際に１基板温度を（モノマ
の融点）＋１０℃なる温度より低くするのが好適であり
、そのような条件では表面の平坦な絶縁膜を本発明によ
って容易に形成することができる。

以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。

（実施例１）　′ プラズマ重合は通常のプラズマ（３ＶＤ装置を用いて行
い、その上下の平行平板電極に／３．！；Ａ　ＭＨｚの
高周波を印加して放電を行った。モノマをキャリアガス
（窒素）とともにプラズマＣＶＤ装置内に供給する。基
板は下部電極上に配置し、その基板温（６） 度は下部電極内に冷水あるいは熱水を通すことによって
制御した。

本例ではモノマとしては、オクタメチルシクロテトラシ
ロキサンを用いた。このモノマの融点は１６〜７７℃で
あるが、基板温度はモノマの融点／６〜／７℃に十／θ
℃を加えた２６〜１℃より低温の７０〜９℃に定める。

モノマ供給計をおよそ／３■／分、キ　。

ヤリアガス（窒素）流計を３θＣＣＺ分、全圧力を２Ｔ
ｏｒｒ　％印加電力をＳＷとした条件でシリコン基板上
に５分間にわたって膜を形成したところ、流動性の大き
な液体状の生成物が得られた。この生成物に低圧水銀灯
で、およそｌ×／θ−２Ｗ／σ２の照射光量で７００分
間以上にわたって光啜射することによって、膜厚へ３μ
ｍの安定でかつ基板への密着性のよい絶縁膜が得られた
。その嘆の体積抵抗率はｌθ１６Ωα以上の良好な絶縁
性を示した。

また、窒素中においてｐｏｏ℃、３０分間の加熱処理を
施しても、重量減少やクラックは観測されず、良好な耐
熱性を示した。なお、窒素中での熱重量分析の結果を第
１図に示す。ここで、曲線工は本発明により得られた光
硬化性膜の場合を示し、曲線■は比較のために通常の熱
重合物ポリジメチルシロキサンの場合を示す。両回線Ｉ
と■とを比較すると、本発明により形成された膜の良好
な耐熱性が示唆される。

また、基板として、多結晶シリコンで高さ００５μｍの
凹凸があらかじめ形成されているシリコン基板を用いて
、上述の条件で絶縁膜を形成して被覆性を調べたところ
、第２図に示すように表面が平坦となって良好な被覆を
形成していることがわかった。第２図において、／は基
板、コは基板ｌ上にあらかじめ形成した凹凸状の表面配
線、３は本実施例によって形成した絶縁膜である。

なお上述のように流動性の大きい膜を形成する場合、基
板温度を（モノマ融点）＋／θ℃の温度より低温に冷却
することによって、その形成が容易になることが明らか
にされた。

（実施例２） 実施例１で述べたプラズマ０ＶＤ装置を用い、モノマと
してヘキサメチルシクロトリシラザン（融点−７０℃）
を用い、そのキャリアガスとして窒素を用いた。モノマ
流量を３θ〜／分、キャリアガス流量を３０ｃｃ／分、
全圧力を八、ｔ　Ｔ　Ｏｒｒ　％印加電力をｊＷ１基板
温度を０℃として、シリコン基板上に５分間にわたって
膜を形成したところ、流動性の大きな生成物が得られた
。この生成物に低圧水銀灯で約／Ｘ／θ−２Ｗ／ｃｍ２
の照射光量で２００分間以上にわたって光照射すること
によって、膜厚へｊμｍの安定な絶縁膜が得られた。こ
の膜の体積抵抗率はｌθ１６Ω湿以上であり、窒素中に
おいてａＯＯ℃、３０分間の加熱処理を施してもクラッ
クは観測されず、良好な耐熱特性を示した。また、高さ
Ｏ，Ｓμｍの凹凸状の表面配線があらかじめ形成されて
いるシリコン基板を用いた場合、第２図に示すように表
面が平坦であって良好な被覆性を示した。

以上説明したように、本発明によれば、気相成長で直接
に表面の平坦性が良好で、かつ耐熱性にすぐれた薄膜を
低温のプロセスで容易に形成でき。

従って、多層配線が必要とされる超ＬＳＩにおける（９
） 層間絶縁膜の製造にあたって本発明を有効に用いること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって形成した平坦膜の射熱性試験結
果を示す温度−重量残存率特性曲線図、第２図は本発明
により形成した絶縁膜の表面被覆性を示す断面図である
。 ｌ・・・絶縁膜、 コ・・・表面配線、 ３・・・下部基板。 特許出願人　日本電信電話公社 （１０） ■　（光４史化膜　） 温　魔　　（Ｃ） 第２図 Ｈｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プラズマ重合の反応容器内に基板を配置し、前記反
   応容器にモノマを導入し、 プラズマ重合によって流動性の生成物を前記基板上に形
   成し、 該生成物に放射線照射および加熱処理のいずれか一方あ
   るいは放射線照射および加熱処理を組み合わせた処理を
   施して、前記基板上に表面が平坦な絶縁膜を形成するこ
   とを特徴とする絶縁膜形成方法。 ２）前記モノマは有機シリコン化合物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁膜形成方法。 ３）前記基板の温度を、前記モノマの融点に＋７０℃を
   加えた温度よりも低湿度とすることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項捷たは第２項に記載の絶縁膜形成方法。 ４）前記放射線照射は、光照射、電子線照射、あるいは
   Ｘ線放射であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかの項に記載の絶縁膜形成方法。