[发明专利]二氧化硅质膜的形成方法以及通过该方法形成的二氧化硅质膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅质膜的形成方法以及通过该方法形成的不含杂质且改善了蚀刻速率的二氧化硅质膜。本发明更具体涉及一种二氧化硅质膜的形成方法以及通过该方法形成的二氧化硅质膜，该二氧化硅质膜的形成方法可以优选用于形成半导体装置例如大规模集成电路等的元件分离膜(STI：浅沟槽隔离)、绝缘膜(例如PMD)等。

背景技术

二氧化硅质膜的耐热性、耐磨损性、耐腐蚀性等优异，因而历来广泛用作设置于半导体装置中的半导体基板与金属配线层之间、金属配线层之间、或者半导体基板上的各种元件上的绝缘膜，设置于半导体基板上的各元件之间的元件分离膜、钝化膜、保护膜、平整化膜、应力调整膜、牺牲膜等；另外广泛用作设置于液晶显示装置中的玻璃基板与ITO膜之间、透明电极与取向膜之间等的绝缘膜；或者广泛用作设置于像素电极乃至滤色器上的保护膜。在这样的领域中应用的二氧化硅质覆膜一般通过利用CVD法、溅射法等气相沉积法或者使用二氧化硅质覆膜形成用涂布液的涂布法而形成于基板上。这些方法之中，气相沉积法存在有费事且需要大设备，而且在凹凸面上形成覆膜的情况下无法实现凹凸面的平整化等问题，因而近年来广泛采用涂布法。

然而，在半导体装置等电子设备领域，近年来进行着高密度化以及高集成化，为了应对这样的高密度化以及高集成化，因而采用了如下的沟槽隔离结构：在半导体基板的表面形成微细的槽，在该槽的内部填充绝缘物，从而使形成于槽两侧的元件之间电气绝缘。

利用CVD法或高密度等离子体CVD法等形成这样的沟槽隔离结构的元件分离膜的情况下，有时会在微细的槽内形成孔隙。另外，为了改良沟槽的埋设性，人们也在研究着如下方法：使用溶胶-凝胶法以烷氧基硅氧烷溶液来涂布，然后将所形成的涂膜进行热处理而转化为二氧化硅(例如参照专利文献1)，但是在该方法中，在烷氧基硅氧烷转化为二氧化硅时，有时会引起体积收缩而产生裂纹。

作为抑制这样的裂纹的方法，有人提出了使用聚硅氮烷作为二氧化硅(Silica：SiO₂)的前体的方法来替代溶胶-凝胶法(例如专利文献1和2)，并且目前正在广泛利用中。包含聚硅氮烷的组合物对沟槽隔离结构的埋设性优异，因而具有不易产生孔隙这样的优点。例如已知晓，在将全氢聚硅氮烷等聚硅氮烷埋设于沟槽内，在氧化气氛下处理时，则形成高纯度且致密的二氧化硅质膜。然而，在形成二氧化硅质膜之时，通常施加称作退火的高温缔烧(焼締め)工序。此时，虽然在氮气或者氧气气氛下进行退火，但是存在有膜的密度无法充分变高，所形成的膜的蚀刻速率变快的问题。所埋设的二氧化硅膜需要通过蚀刻而对膜厚进行加工，但是在此时蚀刻速率很快的话，则相对于目标膜厚的误差容易变大，因而优选退火后的二氧化硅膜具有迟缓的蚀刻速率。虽然可通过在水蒸气气氛下进行高温退火来延缓蚀刻速率，但是在此情况下存在有如下问题：除了二氧化硅质膜以外的不希望被氧化的材料也发生了氧化。此外也已知晓硅晶圆的表面也会在400℃以上的水蒸气气氛或者氧气气氛下发生氧化，会引起氧化增膜。在闪存等中，为了避免由增膜引起的硅基板上部表面上的高度上的不整齐，因而需要将水蒸气氧化气氛或者氧气气氛温度保持在400℃以下等。因此，在半导体制造技术领域中，无法接受高温下的水蒸气处理或氧处理。另外，以全氢聚硅氮烷为基础形成的STI、PMD必须是高纯度SiO₂膜。这是因为如果金属、碳等杂质残留于膜中的话，会给设备特性造成不良影响。

关于利用涂布法在沟槽内形成二氧化硅质膜，并不限于上述使用聚硅氮烷的方法，例如可通过使用由溶胶-凝胶法形成出的二氧化硅溶液等适当的方法进行。然而，在这样的情况下，也与使用聚硅氮烷时一样，在非活性气体气氛中的退火之后，蚀刻速率会变快，因而也存在有延缓蚀刻速率的要求。另外，在上述中举出元件分离膜(STI)而进行了具体说明，但是关于改善二氧化硅质膜的蚀刻速率的必要性方面，在形成层间绝缘膜(PMD)等绝缘膜、钝化膜、保护膜、平整化膜等时也是一样的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3178412号公报

专利文献2：日本特开平2001-308090号公报

发明内容

发明想要解决的问题