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JP2009094321A - Method of forming polysilazane film - Google Patents

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JP2009094321A
JP2009094321A JP2007264108A JP2007264108A JP2009094321A JP 2009094321 A JP2009094321 A JP 2009094321A JP 2007264108 A JP2007264108 A JP 2007264108A JP 2007264108 A JP2007264108 A JP 2007264108A JP 2009094321 A JP2009094321 A JP 2009094321A
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JP
Japan
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film
polysilazane
polysilazane film
water
wafer
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Application number
JP2007264108A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahisa Watanabe
将久 渡邊
Toshihiko Takahashi
敏彦 高橋
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a polysilazane film, which can reduce a change in processing rate of wet processing in a short time even after heat treatment is conducted at a low temperature. <P>SOLUTION: The method of forming a polysilazane film includes: a step (step 1) wherein a substrate with a coating film containing polysilazane formed on the front surface thereof is heat-treated at 150-600°C to reform the coating film into a polysilazane film; and a step (step 2) of bringing water into contact with the obtained polysilazane film. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板上にポリシラザン膜を形成するポリシラザン膜の形成方法に関する。   The present invention relates to a polysilazane film forming method for forming a polysilazane film on a substrate such as a semiconductor wafer.

STI(Shallow Trench Isolation)分離法で形成された半導体デバイスにて用いられる素子分離膜や層間絶縁膜等としては、従来からBPSG(boro phospho silicate glass)法や、オゾンTEOS(tetra ethyl ortho silicate)法、USG(undoped silicate glass)法、HDP(high density plasma enhanced chemical vapor deposition)法等により成膜されたSiO膜が用いられている。 As an element isolation film and an interlayer insulating film used in a semiconductor device formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method, a BPSG (borophosphosilicate glass) method or an ozone TEOS (tetraethyl orthosilicate) method has been conventionally used. In addition, a SiO 2 film formed by a USG (undoped silicate glass) method, a high density plasma enhanced deposition (HDP) method, or the like is used.

ところで、近時、半導体デバイスの高集積化に伴って微細化が進み、コンタクトホールやビアホール等の凹部のアスペクト比が非常に高くなっており、このアスペクト比の高い凹部を埋め込もうとすると、上述のBPSG法やオゾンTEOS法、HDP法等の手法で形成されたSiO2膜は、凹部の埋め込み性が非常に悪いという問題がある。   By the way, recently, the miniaturization has progressed along with the high integration of semiconductor devices, and the aspect ratio of the recesses such as contact holes and via holes has become very high. The SiO 2 film formed by the above-described method such as the BPSG method, the ozone TEOS method, or the HDP method has a problem that the recess filling property is very poor.

そこで前記アスペクト比の高い凹部への埋め込み性を向上させるために、被処理基板であるウエハにポリシラザンの塗布液を塗布し、次いで熱処理により改質して形成されるポリシラザン膜を上述のような素子分離膜や層間絶縁膜等として用いることが検討されている(例えば特許文献1等)。   Therefore, in order to improve the embedding property in the concave portion having a high aspect ratio, a polysilazane film formed by applying a polysilazane coating solution to a wafer as a substrate to be processed and then modifying it by heat treatment is formed as described above. Use as a separation film, an interlayer insulation film, etc. is examined (for example, patent document 1 etc.).

このようなポリシラザン膜の改質条件は、ターゲットデバイスや使用形態によって異なる。例えば、ポリシラザン膜をパターンの疎密に関わらず等速でエッチングする場合や、デバイスのサーマルバジェットなどの制限がある場合には低温で処理する必要がある。   Such reforming conditions of the polysilazane film vary depending on the target device and usage pattern. For example, when the polysilazane film is etched at a constant speed regardless of the density of the pattern, or when there is a limitation on the thermal budget of the device, it is necessary to process at a low temperature.

しかしながら、低温で処理したポリシラザン膜は、処理直後の膜質が安定しないため、その後にCMPを行い、さらにウエットエッチングでエッチバックするといったウエット処理を行うと、CMPのレートやウエットエッチングレートが変動する。特に、ウエハエッジ側での膜質変動が大きく、熱処理直後にウエットエッチング行うとウエハ面内のウエットエッチレート差が非常に大きくなってしまう。膜質が安定するまでには、1日程度の時間経過が必要であり、トータルの処理時間が長くなってしまう。
特開2005−116706号公報
However, the polysilazane film processed at a low temperature does not have a stable film quality immediately after the process. Therefore, when a wet process is performed such that CMP is performed and then etching back is performed by wet etching, the CMP rate and the wet etching rate vary. In particular, the film quality variation on the wafer edge side is large, and if wet etching is performed immediately after the heat treatment, the difference in wet etch rate within the wafer surface becomes very large. It takes about one day to stabilize the film quality, and the total processing time becomes long.
JP 2005-116706 A

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、低温での熱処理を行ってもその後短期間でウエット処理の処理レートの変動を小さくすることができるポリシラザン膜の形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is intended to provide a method for forming a polysilazane film that can reduce variation in the wet processing rate in a short period of time even after heat treatment at a low temperature. Objective.

上記課題を解決するため、本発明は、ポリシラザンを含有する塗布膜が表面に形成された基板を150〜600℃で熱処理して前記塗布膜を改質してポリシラザン膜とする工程と、得られたポリシラザン膜に水を接触させる工程とを有することを特徴とするポリシラザン膜の形成方法を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a process of heat-treating a substrate on which a coating film containing polysilazane is formed at 150 to 600 ° C. to modify the coating film to form a polysilazane film. And a step of bringing water into contact with the polysilazane film.

本発明において、前記水を接触させる工程は、前記ポリシラザン膜の膜質安定化処理として行うことができる。また、前記ポリシラザン膜に水を接触させる工程は、ポリシラザン膜を有する基板を水に浸漬させることにより行うことが好ましい。前記ポリシラザン膜に水を接触させる工程は、1時間以上行うことが好ましい。前記改質する工程は、基板が配置された処理容器内に水蒸気を供給しながら熱処理を行うことが好ましい。   In the present invention, the step of bringing the water into contact can be performed as a film quality stabilization process of the polysilazane film. The step of bringing water into contact with the polysilazane film is preferably performed by immersing a substrate having a polysilazane film in water. The step of bringing water into contact with the polysilazane film is preferably performed for 1 hour or longer. In the modifying step, it is preferable to perform heat treatment while supplying water vapor into a processing vessel in which a substrate is disposed.

本発明によれば、ポリシラザンを含有する塗布膜が表面に形成された基板を150〜600℃の低温で熱処理して塗布膜を改質し、ポリシラザン膜とした後、得られたポリシラザン膜に水を接触させるので、従来長時間放置することにより実現されていた膜質の安定化を加速する効果が得られ、短時間の処理であっても、その後のウエット処理、典型的にはウエットエッチングの際のエッチ速度の変動を抑えることができ、ウエットエッチレートの面内均一性を高めることもできる。   According to the present invention, a substrate on which a coating film containing polysilazane is formed is heat-treated at a low temperature of 150 to 600 ° C. to modify the coating film to obtain a polysilazane film, and then water is added to the obtained polysilazane film. Therefore, the effect of accelerating the stabilization of the film quality that has been achieved by leaving it for a long time can be obtained. The variation in the etching rate can be suppressed, and the in-plane uniformity of the wet etch rate can be improved.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
まず、本発明のポリシラザン膜の形成方法が適用される処理の例について説明する。図1は、本発明のポリシラザン膜の形成方法が適用されるSTI(シャロートレンチアイソレーション)への素子分離膜形成処理を説明するための図である。まず、シリコン基板1上に熱酸化膜2を形成し、その上に後に行われるCMPのストッパとなるシリコン窒化膜3を形成する。そして、フォトリソグラフィ等により基板1にパターン形成を行い、形成されたパターンをマスクとしてRIEプロセスにより、シリコン窒化膜3、シリコン熱酸化膜2、シリコン基板1を順次エッチングし、シリコン基板1にシャロートレンチを形成する。次いで、不要な膜を除去した後、シャロートレンチの内側を熱酸化してシリコン熱酸化膜4を形成し、これにより、図1の(a)に示すような分離幅を有するアイソレーション溝5が形成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First, an example of processing to which the method for forming a polysilazane film of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining an element isolation film forming process to STI (shallow trench isolation) to which the polysilazane film forming method of the present invention is applied. First, a thermal oxide film 2 is formed on a silicon substrate 1, and a silicon nitride film 3 serving as a stopper for CMP performed later is formed thereon. Then, a pattern is formed on the substrate 1 by photolithography or the like, and the silicon nitride film 3, the silicon thermal oxide film 2, and the silicon substrate 1 are sequentially etched by the RIE process using the formed pattern as a mask, and the shallow trench is formed on the silicon substrate 1. Form. Next, after the unnecessary film is removed, the inside of the shallow trench is thermally oxidized to form a silicon thermal oxide film 4, whereby an isolation groove 5 having an isolation width as shown in FIG. It is formed.

シリコン基板1の全面にポリシラザンを含む塗布液を用いて、スピンコーティングによりポリシラザン膜6を形成する(図1の(b))。その後、後述のようにして膜の改質等の処理を行う。   A polysilazane film 6 is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 by spin coating using a coating liquid containing polysilazane (FIG. 1B). Thereafter, processing such as film modification is performed as described later.

次に、シリコン窒化膜3をストッパとしてCMPによりポリシラザン膜6を研磨紙、アイソレーション溝5の内部にのみポリシラザン膜6を残存させる(図1の(c))。   Next, the polysilazane film 6 is polished by CMP using the silicon nitride film 3 as a stopper, and the polysilazane film 6 is left only in the isolation groove 5 (FIG. 1C).

次に、1%希フッ酸を用いたウエットエッチングにより、次のHDPシリコン酸化膜の埋め込みに備えてポリシラザン膜6をエッチバックする(図1の(d))。   Next, the polysilazane film 6 is etched back in preparation for the next filling of the HDP silicon oxide film by wet etching using 1% diluted hydrofluoric acid ((d) in FIG. 1).

その後、HDPシリコン酸化膜の埋め込みおよび素子形成工程を経て所望の半導体デバイスが形成される。   Thereafter, a desired semiconductor device is formed through an HDP silicon oxide film filling process and an element forming process.

このような製造工程において、図1の(b)に示すポリシラザン膜6の形成工程は、ポリシラザン膜6を塗布したシリコン基板であるウエハを縦型炉に複数枚装入して熱処理することにより行われる。   In such a manufacturing process, the process of forming the polysilazane film 6 shown in FIG. 1B is performed by inserting a plurality of wafers, which are silicon substrates coated with the polysilazane film 6, into a vertical furnace and performing heat treatment. Is called.

図2はこのような熱処理を行う縦型熱処理装置を示す。この縦型熱処理装置10は、天井部を備えた筒状の断熱体12と、この断熱体12の内壁面に沿って設けられた加熱手段であるヒータ13とを有し、その下端部がベース14に固定された縦型の加熱炉11を備えている。ヒータ13は処理領域(熱処理雰囲気)を上下に複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に別個の加熱制御を行うことができるように構成されている。加熱炉11の中には、上端が閉じられ、その内部に熱処理雰囲気が形成される縦型の例えば石英よりなる反応容器である反応管16が設けられている。この反応管16は上記ベース14に固定されている。   FIG. 2 shows a vertical heat treatment apparatus for performing such heat treatment. The vertical heat treatment apparatus 10 includes a cylindrical heat insulator 12 having a ceiling portion and a heater 13 which is a heating means provided along the inner wall surface of the heat insulator 12, and a lower end portion of the vertical heat treatment device 10 is a base. A vertical heating furnace 11 fixed to 14 is provided. The heater 13 is configured so that the processing region (heat treatment atmosphere) is divided into a plurality of zones in the upper and lower directions and individual heating control can be performed for each zone. The heating furnace 11 is provided with a reaction tube 16 which is a vertical reaction vessel made of, for example, quartz, whose upper end is closed and in which a heat treatment atmosphere is formed. The reaction tube 16 is fixed to the base 14.

反応管16内には複数枚例えば100枚のウエハWを棚状に保持する保持具であるウエハボート17が下方から挿入可能となっており、このウエハボート17は断熱材である保温筒18およびターンテーブル19を介して蓋体20の上に載置された状態で反応管16内に挿入される。蓋体20は反応管16の下端の開口部を開閉するためのものであり、ボートエレベータ21に設けられている。またボートエレベータ21には回転機構22が設けられ、これによりウエハボート16がターンテーブル19とともに回転するようになっている。そしてボートエレベータ21を昇降することにより、反応管16に対するウエハボート17の搬入出が行われる。   A wafer boat 17 that is a holder for holding a plurality of, for example, 100 wafers W in a shelf shape can be inserted into the reaction tube 16 from below, and the wafer boat 17 includes a heat insulating cylinder 18 and a heat insulating material. It is inserted into the reaction tube 16 in a state of being placed on the lid 20 via the turntable 19. The lid 20 is for opening and closing the opening at the lower end of the reaction tube 16, and is provided in the boat elevator 21. Further, the boat elevator 21 is provided with a rotation mechanism 22 so that the wafer boat 16 rotates together with the turntable 19. The wafer boat 17 is carried in and out of the reaction tube 16 by moving the boat elevator 21 up and down.

反応管16の側壁の底部近傍においては、外部から内部へ延びるようにガス供給管24が配管され、このガス供給管24は例えば反応管17内にて垂直上方に延び、その先端部は反応管17の上端部の中心部近傍で天井部に向けて処理ガスを吹き付けるように屈曲している。ガス供給管24の反応管17外部の上流側は、第1のガス供給管25および第2のガス供給管26に分岐しており、第1のガス供給管25には水蒸気発生装置27が設けられている。第1のガス供給管25における水蒸気発生装置27よりも上流側は酸素(O)ガス供給管28および水素(H)ガス供給管29に分岐されており、酸素ガス供給管28の基端側はバルブ30およびマスフローコントローラ等の流量制御器31を介して酸素ガス供給源32に接続され、水素ガス供給管29の基端側はバルブ33およびマスフローコントローラ等の流量制御器34を介して水素ガス供給源35に接続されている。また上記第2のガス供給管26の基端側はバルブ36およびマスフローコントローラ等の流量制御器37を介して不活性ガス供給源である窒素ガス供給源38に接続されている。 In the vicinity of the bottom of the side wall of the reaction tube 16, a gas supply pipe 24 is provided so as to extend from the outside to the inside. For example, the gas supply pipe 24 extends vertically upward in the reaction tube 17, and the tip thereof is the reaction tube. In the vicinity of the center of the upper end portion of 17, it is bent so as to blow process gas toward the ceiling. An upstream side of the gas supply pipe 24 outside the reaction pipe 17 is branched into a first gas supply pipe 25 and a second gas supply pipe 26, and a steam generator 27 is provided in the first gas supply pipe 25. It has been. The upstream side of the water vapor generator 27 in the first gas supply pipe 25 is branched into an oxygen (O 2 ) gas supply pipe 28 and a hydrogen (H 2 ) gas supply pipe 29, and the proximal end of the oxygen gas supply pipe 28 The side is connected to an oxygen gas supply source 32 via a flow rate controller 31 such as a valve 30 and a mass flow controller, and the proximal end side of the hydrogen gas supply pipe 29 is hydrogen via a flow rate controller 34 such as a valve 33 and a mass flow controller. The gas supply source 35 is connected. The proximal end side of the second gas supply pipe 26 is connected to a nitrogen gas supply source 38 which is an inert gas supply source via a valve 36 and a flow rate controller 37 such as a mass flow controller.

第1のガス供給管25における水蒸気発生装置27の下流側にはバルブ42が設けられ、第1のガス供給管25およびガス供給管24の水蒸気発生装置27から反応管16に至るまでの部分には、水蒸気が結露しないように加熱するための加熱手段であるヒータ例えばテープヒータ43が巻装されている。水蒸気発生装置27は、その中を通過するガスを加熱する加熱手段を備えるとともに、ガスの流路に例えば白金などの触媒が設けられており、酸素ガスおよび水素ガスを例えば500℃以下の所定温度に加熱しながら触媒に接触させ、触媒下における酸素ガスおよび水素ガスの反応により水蒸気を発生させるように構成されている。この水蒸気発生装置27によれば、例えば減圧された反応管16内において水蒸気および酸素ガスに対する水蒸気の濃度を1〜90%程度の濃度にすることができる。   A valve 42 is provided on the downstream side of the water vapor generator 27 in the first gas supply pipe 25, and the first gas supply pipe 25 and the part of the gas supply pipe 24 from the water vapor generator 27 to the reaction tube 16 are provided. A heater, for example a tape heater 43, is wound as a heating means for heating so that water vapor is not condensed. The steam generator 27 is provided with a heating means for heating the gas passing through it, and a catalyst such as platinum is provided in the gas flow path, and oxygen gas and hydrogen gas are heated to a predetermined temperature of, for example, 500 ° C. or lower. The catalyst is brought into contact with the catalyst while being heated, and water vapor is generated by the reaction of oxygen gas and hydrogen gas under the catalyst. According to the water vapor generator 27, for example, the concentration of water vapor with respect to water vapor and oxygen gas can be set to a concentration of about 1 to 90% in the decompressed reaction tube 16.

さらに反応管16の側壁の底部近傍には例えば口径が3インチの排気管44が接続されており、この排気管44の基端側には減圧手段である真空ポンプ45が接続されている。またこの排気管44には圧力調整機構46が設けられている。圧力調整機構46は、バタフライバルブなどの圧力を調整する機器の他に排気管44の開閉を行うメインバルブなども含む。   Further, an exhaust pipe 44 having a diameter of, for example, 3 inches is connected to the vicinity of the bottom of the side wall of the reaction tube 16, and a vacuum pump 45 serving as a decompression unit is connected to the base end side of the exhaust pipe 44. The exhaust pipe 44 is provided with a pressure adjusting mechanism 46. The pressure adjusting mechanism 46 includes a main valve that opens and closes the exhaust pipe 44 in addition to a device that adjusts the pressure, such as a butterfly valve.

この縦型熱処理装置10は、その各構成部、例えばバルブ類、マスフローコントローラ、ヒータ電源、ボートエレベータ等の駆動機構を制御するコンピュータを有する制御部50を備えている。バルブ30,33,36およびマスフローコントローラ31,34,37は各ガスの給断および流量調整を行うものであり、実際には制御部50から図示しないコントローラを介してこれらバルブおよびマスフローコントローラに制御信号が与えられる。この制御部50は、縦型熱処理装置10における処理の処理パラメータ及び処理手順を記載したレシピおよびこのレシピの読み出しなどを行うプログラムを記憶した記憶部を備えている。   The vertical heat treatment apparatus 10 includes a control unit 50 having a computer that controls each component, for example, a drive mechanism such as valves, a mass flow controller, a heater power supply, and a boat elevator. The valves 30, 33, and 36 and the mass flow controllers 31, 34, and 37 perform supply / disconnection and flow rate adjustment of each gas. Actually, control signals are sent from the control unit 50 to these valves and the mass flow controller via a controller (not shown). Is given. The control unit 50 includes a storage unit that stores a recipe describing processing parameters and processing procedures of processing in the vertical heat treatment apparatus 10 and a program for reading out the recipe.

このような縦型熱処理装置10においては、まず反応管16内の温度を例えば150℃に設定し、水蒸気発生装置27を作動させない状態で、バルブ30,42を開いて反応管16内を酸素ガスでパージしておく。この状態で図示しない基板移載手段であるウエハ移載機により、ウエハ収納容器であるウエハキャリアCからウエハボート17にウエハWを移載し、例えば100枚のウエハWを搭載させる。ウエハWは、前工程において、図示しない塗布ユニットにて表面にポリシラザン{―(SiR1―NR2)n―:R1,R2はアルキル基}の成分と溶媒とを含む塗布液をスピンコーティング法により塗布することにより塗布膜が形成され、次いで例えば150℃程度の温度で3分間ベーク処理を行って、塗布液中の溶媒が除去する処理が施されたものである。   In such a vertical heat treatment apparatus 10, first, the temperature in the reaction tube 16 is set to, for example, 150 ° C., and the valves 30 and 42 are opened in a state in which the water vapor generating device 27 is not operated, and the reaction tube 16 is filled with oxygen gas. Purge with. In this state, a wafer transfer machine, which is a substrate transfer means (not shown), transfers the wafer W from the wafer carrier C, which is a wafer storage container, to the wafer boat 17, and, for example, 100 wafers W are mounted thereon. In the previous step, the wafer W is coated with a coating liquid containing a component of polysilazane {-(SiR1-NR2) n-: R1, R2 is an alkyl group} and a solvent by a spin coating method in a coating unit (not shown). Thus, a coating film is formed, and then, for example, a baking treatment is performed at a temperature of about 150 ° C. for 3 minutes to remove the solvent in the coating solution.

ウエハWの移載が終了した後、ウエハボート17を上昇させて反応管16内に搬入し、蓋体14により反応管16内の下端開口部を閉じる。またこの間に反応管16内を真空排気(減圧排気)し、反応管16内の圧力を例えば6665〜53320Pa(50〜400Torr)に設定する。そしてウエハボート17の搬入後に、バルブ42,30,33を開くとともに水蒸気発生装置27を作動させ、酸素ガスおよび水素ガスを水蒸気発生装置27内にて触媒の存在下で反応させて水分を発生させ、この水蒸気を反応管16内に導入する。酸素ガスおよび水素ガスの流量については、反応管16内においてウエハWに形成されたポリシラザン膜の焼成に必要な量の水蒸気が供給されるように、夫々例えば0.75〜15L/min(slm)および1〜20L/min(slm)に設定される。これにより減圧雰囲気下における処理領域の水分濃度は、例えば80%となる。   After the transfer of the wafer W is completed, the wafer boat 17 is raised and loaded into the reaction tube 16, and the lower end opening in the reaction tube 16 is closed by the lid 14. During this time, the reaction tube 16 is evacuated (reduced pressure), and the pressure in the reaction tube 16 is set to, for example, 6665 to 53320 Pa (50 to 400 Torr). Then, after the wafer boat 17 is loaded, the valves 42, 30, 33 are opened and the water vapor generator 27 is operated, and oxygen gas and hydrogen gas are reacted in the presence of the catalyst in the water vapor generator 27 to generate moisture. The water vapor is introduced into the reaction tube 16. With respect to the flow rates of oxygen gas and hydrogen gas, for example, 0.75 to 15 L / min (slm) are respectively provided so that water vapor in an amount necessary for baking the polysilazane film formed on the wafer W is supplied in the reaction tube 16. And 1 to 20 L / min (slm). As a result, the moisture concentration in the processing region in a reduced-pressure atmosphere is, for example, 80%.

そして、圧力およびガスの供給状態はそのままにして、必要に応じて予備処理を行う。予備処理においては、ヒータ13を制御し、反応管16内温度を例えば150〜600℃として、圧力を6665〜53320Pa(50〜400Torr)に設定し、この状態を30分程度維持して処理を行う。このように予備処理を行うことにより、ウエハW表面のポリシラザンの塗布膜に残存する溶媒および不純物が除去される。つまりこの予備処理工程は、前記塗布ユニットにおけるベーク処理の補完として行われるものである。この場合の反応管16内の水分濃度は1〜90%に設定することが望ましい。   Then, pretreatment is performed as necessary, with the pressure and gas supply state kept unchanged. In the preliminary processing, the heater 13 is controlled, the temperature in the reaction tube 16 is set to 150 to 600 ° C., for example, the pressure is set to 6665 to 53320 Pa (50 to 400 Torr), and this state is maintained for about 30 minutes to perform the processing. . By performing the pretreatment in this way, the solvent and impurities remaining in the polysilazane coating film on the surface of the wafer W are removed. That is, this pretreatment process is performed as a supplement to the baking process in the coating unit. In this case, the water concentration in the reaction tube 16 is desirably set to 1 to 90%.

続いて圧力およびガスの供給状態はそのままにしておいてヒータ13を制御して、反応管16内を150〜600℃に設定し、ポリシラザン塗布膜の改質のための熱処理を開始する。このような熱処理により、窒素(N)、炭素(C)や水素(H)などの不純物が除去されて改質され、ポリシラザン膜の骨格が形成される。なお、この際の処理時間は5分〜60分、反応管内の圧力は6665〜53320Pa(50〜400Torr)、水分濃度は1〜90%に夫々設定することが好ましい。ここで熱処理条件を150〜600℃と比較的低温にするのは、適用されるデバイスが、ポリシラザン膜をパターンの疎密に関わらず等速でエッチンする必要がある場合やサーマルバジェットに制限がある場合を考慮したものである。図1に示したデバイスは、ポリシラザン膜6をウエットエッチングにより等速でエッチングする必要があるものである。   Subsequently, the pressure and gas supply state are left as they are, the heater 13 is controlled, the inside of the reaction tube 16 is set to 150 to 600 ° C., and heat treatment for modifying the polysilazane coating film is started. By such heat treatment, impurities such as nitrogen (N), carbon (C), and hydrogen (H) are removed and modified to form a polysilazane film skeleton. In addition, it is preferable to set the processing time at this time to 5 to 60 minutes, the pressure in the reaction tube to 6665 to 53320 Pa (50 to 400 Torr), and the moisture concentration to 1 to 90%, respectively. Here, the heat treatment condition is set to a relatively low temperature of 150 to 600 ° C. when the device to be applied needs to etch the polysilazane film at a constant speed regardless of the density of the pattern or when the thermal budget is limited. Is taken into account. The device shown in FIG. 1 requires that the polysilazane film 6 be etched at a constant speed by wet etching.

しかしながら、このようなポリシラザン塗布膜をポリシラザン膜に改質するための熱処理が150〜600℃で行われる場合、膜質が不安定となり、直後にCMPやウエットエッチングのようなウエット処理を行うと、これらのウエット処理レート、特にウエットエッチングレートが変動する。そのまま24時間放置すると膜質が安定するのであるが、これではトータルの処理時間が長くなってしまう。   However, when the heat treatment for modifying such a polysilazane coating film to a polysilazane film is performed at 150 to 600 ° C., the film quality becomes unstable. The wet processing rate, particularly the wet etching rate, varies. If the film is left as it is for 24 hours, the film quality is stabilized, but this makes the total processing time longer.

そこで本実施形態では 図3に示すように、上述のような150〜600℃での熱処理を行ってポリシラザン塗布膜を改質してポリシラザン膜とし(工程1)、その後、得られたポリシラザン膜に水分を接触させて安定化処理を行う(工程2)。このように改質して得られたポリシラザン膜に水を接触させることにより、従来長時間放置することによって実現されていた膜質の安定化を加速して安定化処理を著しく短縮することができる。すなわち、150〜600℃の比較的低温の熱処理を行っただけでは、改質処理が十分に進行せず、その後の長時間放置によって初めて安定した膜質が得られるが、改質処理により得られたポリシラザン膜に水を接触させると水により膜質の安定化が短時間で生じる。このため、低温での改質処理の後、長時間経ることなく膜質が安定化し、その後に行われるCMPやウエットエッチングのようなウエット処理の際のレートの変動を小さくすることができる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the polysilazane coating film is modified to form a polysilazane film by performing the heat treatment at 150 to 600 ° C. as described above (Step 1), and then the obtained polysilazane film is formed. Stabilization treatment is performed by bringing moisture into contact (step 2). By bringing water into contact with the polysilazane film obtained by such modification, the stabilization of the film quality that has been realized by standing for a long time can be accelerated and the stabilization process can be significantly shortened. That is, only by performing a relatively low temperature heat treatment at 150 to 600 ° C., the reforming process does not proceed sufficiently, and a stable film quality can be obtained only by standing for a long time after that, but it was obtained by the reforming process. When water is brought into contact with the polysilazane film, the film quality is stabilized by water in a short time. For this reason, after the reforming process at a low temperature, the film quality is stabilized without passing for a long time, and the fluctuation of the rate at the time of the wet process such as CMP or wet etching performed thereafter can be reduced.

この工程2のポリシラザン膜に水分を接触させる工程は、図4に示すように、浸漬槽60内に水(純水)61を貯留して、その中に支持部材62に複数のウエハWを支持させた状態で浸漬させることにより行うことができる。   As shown in FIG. 4, in the step 2 of bringing the polysilazane film into contact with water, water (pure water) 61 is stored in the immersion bath 60 and a plurality of wafers W are supported by the support member 62 therein. It can carry out by making it immerse in the made state.

また、図5に示すように、支持部材63に支持されたウエハWにノズル部材65から水(純水)64を散布するようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 5, water (pure water) 64 may be sprayed from the nozzle member 65 onto the wafer W supported by the support member 63.

さらに枚葉式処理が許容される場合には、図6に示すように、通常の枚葉洗浄装置と同様、カップ66内にスピンチャック67を設け、このスピンチャック67にウエハWを水平に吸着させて、モータ68によりウエハWを回転させながら上方に位置するノズル69から水(純水)70を供給するようにしてもよい。   Further, when the single wafer processing is allowed, as shown in FIG. 6, a spin chuck 67 is provided in the cup 66 as in a normal single wafer cleaning apparatus, and the wafer W is horizontally attracted to the spin chuck 67. Then, water (pure water) 70 may be supplied from the nozzle 69 positioned above while rotating the wafer W by the motor 68.

これらの中では、浸漬槽60内の水にウエハWを浸漬する手法が簡便さの観点から好ましい。このような浸漬槽60としては、ウエットエッチング装置に搭載された水洗槽を用いることができるので、付加的な設備を用いる必要がなく、その点からも有利である。   In these, the method of immersing the wafer W in the water in the immersion tank 60 is preferable from the viewpoint of simplicity. As such a dipping bath 60, a water washing bath mounted in a wet etching apparatus can be used, so that it is not necessary to use additional equipment, which is advantageous from that point.

このような水に接触させる工程は、数分単位の極短い時間でも効果があるが、確実な効果を得るためには1時間以上行うことが好ましい。処理のばらつきを考慮すると3時間以下が好ましい。   Such a step of contacting with water is effective even for an extremely short time of several minutes, but it is preferable to carry out for 1 hour or longer in order to obtain a reliable effect. In consideration of processing variations, 3 hours or less is preferable.

上述した図1のアプリケーションでは、ポリシリコン膜形成工程の後に、CMPを行って、その後ウエットエッチングによりエッチバックするが、これらのうち特にウエットエッチングの際にレートが変動しやすい。そこで、CMPのレート変動が問題にならない場合には、水に接触させる第2の工程をCMP後に行ってもよい。   In the application shown in FIG. 1 described above, CMP is performed after the polysilicon film forming step, and then etching back is performed by wet etching. Of these, the rate is likely to vary particularly during wet etching. Therefore, when the CMP rate fluctuation does not become a problem, the second step of contacting with water may be performed after CMP.

次に、本発明の効果を確認した実験について説明する。
ポリシラザン塗布膜が形成されたウエハに対して、上記図2に示すような縦型熱処理装置により、温度:300℃、圧力:26660Pa(200Torr)、水蒸気濃度:80%の条件で熱処理してポリシラザン塗布膜の改質を行った。次いで、1時間放置してからウエットエッチングを行ったものと、ウエハを浸漬槽内の水(純水)に1時間浸漬させた後に、ウエットエッチングを行ったものとでウエットエッチングレートの面内均一性を求めた。その結果を図7に示す。なお、図7の縦軸は、熱酸化膜のウエットエッチングレートを100として規格化したポリシラザン膜のウエットエッチングレートである。この図に示すように、熱処理後に放置した場合には、1時間経過してもウエットエッチングレートの変動が大きいのに対し、熱処理後に水に浸漬することにより、短時間の処理であってもウエットエッチングレートの変動を抑えることができることが確認された。
Next, an experiment for confirming the effect of the present invention will be described.
The wafer on which the polysilazane coating film is formed is heat-treated at a temperature of 300 ° C., a pressure of 26660 Pa (200 Torr), and a water vapor concentration of 80% by a vertical heat treatment apparatus as shown in FIG. The membrane was modified. Next, the wet etching rate is uniform between the sample that was left for 1 hour and then wet etched, and the sample that was wet etched after being immersed in water (pure water) in the immersion bath for 1 hour. Seeking sex. The result is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 7 represents the wet etching rate of the polysilazane film normalized with the wet etching rate of the thermal oxide film set to 100. As shown in this figure, when left after heat treatment, the wet etching rate fluctuates greatly even after 1 hour. It was confirmed that the fluctuation of the etching rate can be suppressed.

また、ポリシラザン塗布膜の熱処理後、通常放置の場合と、水に浸漬させた場合とで、これらの時間を変化させて、その後のウエットエッチング処理の際の中心(1点)、中心から半径48mmの円上(平均)、中心から97mmの円上(平均)、中心から145mmの円上(平均)について、その後のウエットエッチングにおけるウエットエッチレートを求めた。その結果を図8に示す。図8に示すように、熱処理後に放置したものについては、3時間経過してもウエットエッチングレートの変動が非常に大きく、特にウエハWの外周部分においてウエットエッチングレートが低下し難い傾向にあり、安定するには24時間程度必要であるが、熱処理後に水に浸漬させた場合には、1時間という短時間の浸漬処理であってもウエットエッチングレートが安定することが確認された。   Further, after the heat treatment of the polysilazane coating film, the time is changed depending on whether it is normally left or immersed in water, and the center (one point) in the subsequent wet etching process, the radius from the center is 48 mm. The wet etch rate in the subsequent wet etching was determined for the above circle (average), the circle 97 mm from the center (average), and the circle 145 mm from the center (average). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 8, with respect to those left after the heat treatment, the wet etching rate fluctuates greatly even after 3 hours, and the wet etching rate tends not to decrease particularly at the outer peripheral portion of the wafer W. However, it was confirmed that the wet etching rate was stable even when the immersion treatment was performed for a short time of 1 hour when immersed in water after the heat treatment.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では本発明を複数のウエハを搭載して一括して成膜を行うバッチ式の成膜装置に適用した例を示したが、これに限らず、一枚のウエハ毎に成膜を行う枚葉式の成膜装置に適用することもできる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a batch-type film forming apparatus in which a plurality of wafers are mounted and film formation is performed collectively. The present invention can also be applied to a single-wafer type film forming apparatus for forming a film.

また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCDガラス基板等の他の基板にも本発明を適用することができる。
ティングゲートとの間の絶縁膜等の用途に広く用いることができる。
Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can also be applied to other substrates such as an LCD glass substrate.
It can be widely used for applications such as an insulating film between the gate and the gate.

本発明のポリシラザン膜の形成方法が適用されるSTI(シャロートレンチアイソレーション)への素子分離膜形成処理を説明するための図。The figure for demonstrating the element isolation film formation process to STI (shallow trench isolation) to which the formation method of the polysilazane film | membrane of this invention is applied. ポリシラザン塗布膜の改質処理を行うための縦型熱処理装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the vertical heat processing apparatus for performing the modification | reformation process of a polysilazane coating film. 本発明のポリシラザン膜の形成方法の工程を示すブロック図。The block diagram which shows the process of the formation method of the polysilazane film | membrane of this invention. ポリシラザン膜に水分を接触させる工程の実施形態の一例を示す図。The figure which shows an example of embodiment of the process which makes a polysilazane film | membrane contact a water | moisture content. ポリシラザン膜に水分を接触させる工程の実施形態の他の例を示す図。The figure which shows the other example of embodiment of the process of making a polysilazane film | membrane contact a water | moisture content. ポリシラザン膜に水分を接触させる工程の実施形態のさらに他の例を示す図。The figure which shows the further another example of embodiment of the process of making a polysilazane film | membrane contact a water | moisture content. ポリシラザン塗布膜の熱処理後に1時間放置した場合と、1時間水に浸漬したものとで、その後にウエットエッチングを行った際のウエットエッチングレートの面内変動を示す図。The figure which shows the in-plane fluctuation | variation of the wet etching rate at the time of performing wet etching after that when it is left to stand for 1 hour after heat processing of a polysilazane coating film, and what was immersed in water for 1 hour. ポリシラザン塗布膜の熱処理後、通常放置の場合と、水に浸漬させた場合とで、これらの時間を変化させて、その後のウエットエッチング処理の際のウエハの位置によるウエットエッチレートを求めた結果を示す図。After the heat treatment of the polysilazane coating film, the results obtained by determining the wet etch rate depending on the position of the wafer during the subsequent wet etching process by changing these times in the case of normal standing and when immersed in water. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1;シリコン基板
6;ポリシラザン膜
10;縦型熱処理装置
11;加熱炉
12;断熱体
13;ヒータ
16;反応管
17;ウエハボート
24,25,26,28,29;ガス供給配管
27;水蒸気発生器
30,33,36,42;バルブ
31,34,37;マスフローコントローラ
32;酸素ガス供給源
35;水素ガス供給源
38;Nガス供給源
43;テープヒータ
44;排気管
45;真空ポンプ
46;圧力調整機構
50;制御部
60;浸漬槽
61;水
62;支持部材
W;ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Silicon substrate 6; Polysilazane film | membrane 10; Vertical heat processing apparatus 11; Heating furnace 12; Heat insulator 13; Heater 16; Reaction tube 17; Wafer boat 24, 25, 26, 28, 29; vessel 30,33,36,42; valve 31,34,37; mass flow controller 32; an oxygen gas supply source 35; hydrogen gas supply source 38; N 2 gas supply source 43; tape heater 44; an exhaust pipe 45; a vacuum pump 46 Pressure adjusting mechanism 50; control unit 60; immersion bath 61; water 62; support member W; wafer (object to be processed)

Claims (5)

ポリシラザンを含有する塗布膜が表面に形成された基板を150〜600℃で熱処理して前記塗布膜を改質し、ポリシラザン膜とする工程と、
得られたポリシラザン膜に水を接触させる工程と
を有することを特徴とするポリシラザン膜の形成方法。
A step in which a substrate on which a coating film containing polysilazane is formed is heat-treated at 150 to 600 ° C. to modify the coating film to form a polysilazane film;
And a step of bringing water into contact with the obtained polysilazane film.
前記水を接触させる工程は、前記ポリシラザン膜の膜質安定化処理であることを特徴とする請求項1に記載のポリシラザン膜の形成方法。   The method for forming a polysilazane film according to claim 1, wherein the step of bringing the water into contact is a film quality stabilization process of the polysilazane film. 前記ポリシラザン膜に水を接触させる工程は、ポリシラザン膜を有する基板を水に浸漬させることにより行われることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のポリシラザン膜の形成方法。   The method of forming a polysilazane film according to claim 1 or 2, wherein the step of bringing water into contact with the polysilazane film is performed by immersing a substrate having the polysilazane film in water. 前記改質されたポリシラザン膜に水を接触させる工程は、1時間以上行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のポリシラザン膜の形成方法。   The method for forming a polysilazane film according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of bringing water into contact with the modified polysilazane film is performed for 1 hour or more. 前記改質する工程は、基板が配置された処理容器内に水蒸気を供給しながら熱処理を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のポリシラザン膜の形成方法。   5. The method for forming a polysilazane film according to claim 1, wherein in the modifying step, heat treatment is performed while supplying water vapor into a processing vessel in which a substrate is disposed.
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