JP2002083807A - 層間絶縁膜及びその製造方法 - Google Patents
層間絶縁膜及びその製造方法Info
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- JP2002083807A JP2002083807A JP2000276634A JP2000276634A JP2002083807A JP 2002083807 A JP2002083807 A JP 2002083807A JP 2000276634 A JP2000276634 A JP 2000276634A JP 2000276634 A JP2000276634 A JP 2000276634A JP 2002083807 A JP2002083807 A JP 2002083807A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電率が低く、製造が容易な低比誘電率の層
間絶縁膜及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１０上にフォトブリーチング材料、
無機材料及び有機材料のうち少なくともフォトブリーチ
ング材料を含む誘電体膜１１〜１５を形成し、その誘電
体膜１１〜１５に照射する紫外線光の光エネルギーを調
節するという簡単な構成により層間絶縁膜１１〜１５の
比誘電率を低くすることができる。この結果、配線パタ
ーンと層間絶縁膜１１〜１５とを積層した場合配線パタ
ーン間の比誘電率が低くなり、配線パターンの分布容量
を低くすることができるので、信号の高速化を図ること
ができる。
間絶縁膜及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１０上にフォトブリーチング材料、
無機材料及び有機材料のうち少なくともフォトブリーチ
ング材料を含む誘電体膜１１〜１５を形成し、その誘電
体膜１１〜１５に照射する紫外線光の光エネルギーを調
節するという簡単な構成により層間絶縁膜１１〜１５の
比誘電率を低くすることができる。この結果、配線パタ
ーンと層間絶縁膜１１〜１５とを積層した場合配線パタ
ーン間の比誘電率が低くなり、配線パターンの分布容量
を低くすることができるので、信号の高速化を図ること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜に関する。
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）や超大
規模集積回路（ＶＬＳＩ）等の半導体集積回路（ＩＣ）
を用いたマルチチップやプリント基板等の装置のさらな
る高機能化、高速化の研究開発が活発に行われている。
規模集積回路（ＶＬＳＩ）等の半導体集積回路（ＩＣ）
を用いたマルチチップやプリント基板等の装置のさらな
る高機能化、高速化の研究開発が活発に行われている。
【０００３】このような装置の高機能化、高速化を実現
する技術の一つとして、複数のＩＣ間の多層配線構造に
おける配線パターン自体の抵抗値を下げたり、配線パタ
ーンの分布容量を下げたりする新しいプロセスや材料等
の技術開発が極めて重要になってきている。
する技術の一つとして、複数のＩＣ間の多層配線構造に
おける配線パターン自体の抵抗値を下げたり、配線パタ
ーンの分布容量を下げたりする新しいプロセスや材料等
の技術開発が極めて重要になってきている。
【０００４】ここで、配線パターン自体の抵抗値を下げ
るには配線パターンの幅を広げるか、抵抗率の低い（導
電率の高い）材料を用いればよいが、配線パターンの幅
を広げると分布容量が増加し、抵抗率の低い金や銀を用
いると高価になってしまう。また、配線パターンの分布
容量を下げるには配線パターンの幅を狭くしたり、配線
パターン間の間隔を広げればよいが、配線パターンの幅
が狭くなると配線パターン自体の抵抗値が増加し、配線
パターン間の間隔を広げると装置が大型化してしまう。
るには配線パターンの幅を広げるか、抵抗率の低い（導
電率の高い）材料を用いればよいが、配線パターンの幅
を広げると分布容量が増加し、抵抗率の低い金や銀を用
いると高価になってしまう。また、配線パターンの分布
容量を下げるには配線パターンの幅を狭くしたり、配線
パターン間の間隔を広げればよいが、配線パターンの幅
が狭くなると配線パターン自体の抵抗値が増加し、配線
パターン間の間隔を広げると装置が大型化してしまう。
【０００５】そこで、配線パターンの分布容量を低下さ
せるため、配線パターン間に低比誘電率の絶縁体を用い
ることが行われている。
せるため、配線パターン間に低比誘電率の絶縁体を用い
ることが行われている。
【０００６】図１１（ａ）〜（ｅ）は銅（Ｃｕ）と低比
誘電率（Ｌｏｗ Ｋ）膜とを用いた電極構造の工程図で
ある。
誘電率（Ｌｏｗ Ｋ）膜とを用いた電極構造の工程図で
ある。
【０００７】まず、ｐ−ＳｉＮ基板１上にＨＳＱ（水素
化シロキサン系材料）膜２ａ、ＴｉＮ膜３ａ及びＳｉＯ
2 膜４ａを順次形成し、そのＳｉＯ2 膜４ａ上にフォト
レジストパターン５を形成する。このフォトレジストパ
ターン５をマスクにしてＳｉＯ2 膜４ａをドライエッチ
ングしてＳｉＯ2 パターン４を形成する（図１１
（ａ））。
化シロキサン系材料）膜２ａ、ＴｉＮ膜３ａ及びＳｉＯ
2 膜４ａを順次形成し、そのＳｉＯ2 膜４ａ上にフォト
レジストパターン５を形成する。このフォトレジストパ
ターン５をマスクにしてＳｉＯ2 膜４ａをドライエッチ
ングしてＳｉＯ2 パターン４を形成する（図１１
（ａ））。
【０００８】フォトレジストパターン５を除去し、Ｓｉ
Ｏ2 パターン４をマスクとしてＴｉＮ膜３ａをドライエ
ッチングし、ＴｉＮパターン３を形成する（図１１
（ｂ））。
Ｏ2 パターン４をマスクとしてＴｉＮ膜３ａをドライエ
ッチングし、ＴｉＮパターン３を形成する（図１１
（ｂ））。
【０００９】ＴｉＮパターン３をマスクにしてＨＳＱ膜
２ａをドライエッチングする（図１１（ｃ））。
２ａをドライエッチングする（図１１（ｃ））。
【００１０】ＨＳＱ膜２及びＴｉＮパターン３、すなわ
ち、ドライエッチング面全面にＴｉＮバリア６ａを形成
し、ＣＶＤ法によってＴｉＮバリア６ａにＣｕ膜７ａを
堆積して埋め込む（図１１（ｄ））。
ち、ドライエッチング面全面にＴｉＮバリア６ａを形成
し、ＣＶＤ法によってＴｉＮバリア６ａにＣｕ膜７ａを
堆積して埋め込む（図１１（ｄ））。
【００１１】ＣＭＰ（化学的機械研磨）によってＣｕ膜
７ａ、ＴｉＮバリア６ａ及びＴｉＮパターン３の表面を
ＨＳＱ膜２が露出するまで研磨して平坦化させ、洗浄す
ることにより、Ｃｕパターン７を電極とし低比誘電率の
ＨＳＱ膜２を有する電極構造が得られる（図１１
（ｅ））。
７ａ、ＴｉＮバリア６ａ及びＴｉＮパターン３の表面を
ＨＳＱ膜２が露出するまで研磨して平坦化させ、洗浄す
ることにより、Ｃｕパターン７を電極とし低比誘電率の
ＨＳＱ膜２を有する電極構造が得られる（図１１
（ｅ））。
【００１２】また、図１１（ｅ）に示すような電極構造
を繰り返し形成することにより多層配線が得られる。
を繰り返し形成することにより多層配線が得られる。
【００１３】ここで、Ｌｏｗ Ｋ膜としてＨＳＱが用い
られ、配線にＣｕ、窒化チタン等の薄膜が積層化され、
さらに同図（ｅ）に示すように、ＣＭＰでの平坦化工程
が用いられ、結果的に低抵抗値配線と、層間及び線間の
低容量化が実現される。
られ、配線にＣｕ、窒化チタン等の薄膜が積層化され、
さらに同図（ｅ）に示すように、ＣＭＰでの平坦化工程
が用いられ、結果的に低抵抗値配線と、層間及び線間の
低容量化が実現される。
【００１４】ところで、さらなる高速化をめざすには、
より比誘電率の低い誘電体膜が必要になることから、上
記材料以外に、オルガノシロキサン系材料、有機ポリ
マ、カーボンドープオキサイド、フロロカーボン、Ｓｉ
ＯＦ、Ｈ含有ＳｉＯ2 等が検討されている。上記膜の形
成方法としては、スピンコータで材料を回転塗布するス
ピンオン法やＣＶＤ法、表面重合法等が検討されてい
る。また、有機材料と無機材料との混合膜も別の目的で
検討され始め、分子線蒸着法が試みられている。
より比誘電率の低い誘電体膜が必要になることから、上
記材料以外に、オルガノシロキサン系材料、有機ポリ
マ、カーボンドープオキサイド、フロロカーボン、Ｓｉ
ＯＦ、Ｈ含有ＳｉＯ2 等が検討されている。上記膜の形
成方法としては、スピンコータで材料を回転塗布するス
ピンオン法やＣＶＤ法、表面重合法等が検討されてい
る。また、有機材料と無機材料との混合膜も別の目的で
検討され始め、分子線蒸着法が試みられている。
【００１５】しかし、このような方法で得られる混合膜
は蒸気圧が略近い蒸着源物質を使用しなければならず、
非線形光学材料（例えば、ＳｎＣｌ2 とＣｄＳｅとの混
合膜）用として検討されている。またスピンオン法も検
討されているが、また具体的手法が見つかっていない。
は蒸気圧が略近い蒸着源物質を使用しなければならず、
非線形光学材料（例えば、ＳｎＣｌ2 とＣｄＳｅとの混
合膜）用として検討されている。またスピンオン法も検
討されているが、また具体的手法が見つかっていない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の誘電体膜及びその製造方法には次のような問題
点がある。
た従来の誘電体膜及びその製造方法には次のような問題
点がある。
【００１７】(1) 従来の誘電体膜は、比誘電率（ｋ）が
４．０〜２．５の範囲にあり、比誘電率（ｋ）が２．０
以下の誘電体膜はまだ実現されていない。
４．０〜２．５の範囲にあり、比誘電率（ｋ）が２．０
以下の誘電体膜はまだ実現されていない。
【００１８】(2) 有機材料のみからなる誘電体膜や無機
材料のみからなる誘電体膜では低ｋ値が実現されていな
い。
材料のみからなる誘電体膜では低ｋ値が実現されていな
い。
【００１９】(3) 有機材料と無機材料とを混合した誘電
体膜が他の目的（光非線形材料用）で作製が試みられて
いるが、蒸着法を用いているので、蒸気圧が近い材料を
用いなければならない、という制限条件がつくので、低
ｋ値膜を実現することが困難である。また、スピンオン
法も考えられるが、具体的な実現手段はまだ見出されて
いない。
体膜が他の目的（光非線形材料用）で作製が試みられて
いるが、蒸着法を用いているので、蒸気圧が近い材料を
用いなければならない、という制限条件がつくので、低
ｋ値膜を実現することが困難である。また、スピンオン
法も考えられるが、具体的な実現手段はまだ見出されて
いない。
【００２０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、製造が容易な低比誘電率の層間絶縁膜及びその製造
方法を提供することにある。
し、製造が容易な低比誘電率の層間絶縁膜及びその製造
方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の層間絶縁膜は、基板上に形成され配線パター
ン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォトブリーチン
グ材料からなる誘電体膜を用いたものである。
に本発明の層間絶縁膜は、基板上に形成され配線パター
ン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォトブリーチン
グ材料からなる誘電体膜を用いたものである。
【００２２】本発明の層間絶縁膜は、基板上に形成され
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォト
ブリーチング材料と無機材料とを含む誘電体膜を用いた
ものである。
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォト
ブリーチング材料と無機材料とを含む誘電体膜を用いた
ものである。
【００２３】本発明の層間絶縁膜は、基板上に形成され
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォト
ブリーチング材料と有機材料とを含む誘電体膜を用いた
ものである。
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォト
ブリーチング材料と有機材料とを含む誘電体膜を用いた
ものである。
【００２４】本発明の層間絶縁膜は、基板上に形成され
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォト
ブリーチング材料と無機材料と有機材料とを含む誘電体
膜を用いたものである。
配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜において、フォト
ブリーチング材料と無機材料と有機材料とを含む誘電体
膜を用いたものである。
【００２５】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の誘電
体膜は超微細な空隙が形成されているのが好ましい。
体膜は超微細な空隙が形成されているのが好ましい。
【００２６】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の誘電
体膜は所望パターン形状に加工されていてもよい。
体膜は所望パターン形状に加工されていてもよい。
【００２７】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜は、フ
ォトブリーチング材料に紫外線光の照射により比誘電率
が制御されるのが好ましい。
ォトブリーチング材料に紫外線光の照射により比誘電率
が制御されるのが好ましい。
【００２８】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜は、フ
ォトブリーチング材料は光増感剤あるいは光重合開始剤
を含んでもよい。
ォトブリーチング材料は光増感剤あるいは光重合開始剤
を含んでもよい。
【００２９】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜は、誘
電体膜が少なくとも２層積層されていてもよい。
電体膜が少なくとも２層積層されていてもよい。
【００３０】本発明の層間絶縁膜の製造方法は、基板上
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料との混合溶液を塗布した後、加熱して有機溶剤を
蒸発させてフォトブリーチング材料を固化することによ
り誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成するものである。
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料との混合溶液を塗布した後、加熱して有機溶剤を
蒸発させてフォトブリーチング材料を固化することによ
り誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成するものである。
【００３１】本発明の層間絶縁膜の製造方法は、基板上
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料と無機材料との混合溶液を塗布した後、加熱して
有機溶剤を蒸発させてフォトブリーチング材料を固化す
ることにより誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成するも
のである。
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料と無機材料との混合溶液を塗布した後、加熱して
有機溶剤を蒸発させてフォトブリーチング材料を固化す
ることにより誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成するも
のである。
【００３２】本発明の層間絶縁膜の製造方法は、基板上
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料と有機材料との混合溶液を塗布した後、加熱して
有機溶剤を蒸発させてフォトブリーチング材料を固化す
ることにより誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成するも
のである。
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料と有機材料との混合溶液を塗布した後、加熱して
有機溶剤を蒸発させてフォトブリーチング材料を固化す
ることにより誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成するも
のである。
【００３３】本発明の層間絶縁膜の製造方法は、基板上
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料と無機材料と有機材料との混合溶液を塗布した
後、加熱して有機溶剤を蒸発させてフォトブリーチング
材料を固化することにより誘電体膜からなる層間絶縁膜
を形成するものである。
に配線パターン間を絶縁するための層間絶縁膜を製造す
る方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチン
グ材料と無機材料と有機材料との混合溶液を塗布した
後、加熱して有機溶剤を蒸発させてフォトブリーチング
材料を固化することにより誘電体膜からなる層間絶縁膜
を形成するものである。
【００３４】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造
方法は、誘電体膜に波長０．６μｍ以下のレーザビーム
を照射して誘電体膜中のフォトブリーチング材料を気化
させることにより誘電体膜中に超微細な空隙を形成して
もよい。
方法は、誘電体膜に波長０．６μｍ以下のレーザビーム
を照射して誘電体膜中のフォトブリーチング材料を気化
させることにより誘電体膜中に超微細な空隙を形成して
もよい。
【００３５】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造
方法は、誘電体膜にフォトリソグラフィ工程及びドライ
エッチング工程を用いて所望パターン形状に加工しても
よい。
方法は、誘電体膜にフォトリソグラフィ工程及びドライ
エッチング工程を用いて所望パターン形状に加工しても
よい。
【００３６】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造
方法は、誘電体膜に紫外線光を照射し、その紫外線光の
光エネルギーを調節することによって比誘電率を制御す
るのが好ましい。
方法は、誘電体膜に紫外線光を照射し、その紫外線光の
光エネルギーを調節することによって比誘電率を制御す
るのが好ましい。
【００３７】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造
方法は、フォトブリーチング材料の溶液中に光増感剤あ
るいは光重合開始剤を混合して誘電体膜を形成し、誘電
体膜へ紫外線光を照射し、その紫外線光の光エネルギー
を調整することにより誘電体膜の比誘電率の制御を行っ
てもよい。
方法は、フォトブリーチング材料の溶液中に光増感剤あ
るいは光重合開始剤を混合して誘電体膜を形成し、誘電
体膜へ紫外線光を照射し、その紫外線光の光エネルギー
を調整することにより誘電体膜の比誘電率の制御を行っ
てもよい。
【００３８】上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造
方法は、誘電体膜を少なくとも２層積層してもよい。
方法は、誘電体膜を少なくとも２層積層してもよい。
【００３９】本発明によれば、基板上にフォトブリーチ
ング材料、無機材料及び有機材料のうち少なくともフォ
トブリーチング材料を含む誘電体膜を形成し、その誘電
体膜に照射する紫外線光の光エネルギーを調節するとい
う簡単な構成により層間絶縁膜の比誘電率を低くするこ
とができる。この結果、配線パターンと層間絶縁膜とを
積層した場合配線パターン間の比誘電率が低くなり、配
線パターンの分布容量を低くすることができるので、信
号の高速化を図ることができる。
ング材料、無機材料及び有機材料のうち少なくともフォ
トブリーチング材料を含む誘電体膜を形成し、その誘電
体膜に照射する紫外線光の光エネルギーを調節するとい
う簡単な構成により層間絶縁膜の比誘電率を低くするこ
とができる。この結果、配線パターンと層間絶縁膜とを
積層した場合配線パターン間の比誘電率が低くなり、配
線パターンの分布容量を低くすることができるので、信
号の高速化を図ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００４１】図１は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の一実施の形態を示す断面図である。
用した層間絶縁膜の一実施の形態を示す断面図である。
【００４２】同図において、基板１０上にフォトブリー
チングからなる層間絶縁膜１１が形成されている。
チングからなる層間絶縁膜１１が形成されている。
【００４３】基板１０としては、半導体材料（Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ等）、高分子材料（エポキシ系樹脂、ポ
リイミド系樹脂等）、磁性体材料（セラミックス、アル
ミナ等）、ガラス材料、上記材料を組合わせた材料ある
いは上記材料を積層した材料等が用いられる。
ａＡｓ、ＩｎＰ等）、高分子材料（エポキシ系樹脂、ポ
リイミド系樹脂等）、磁性体材料（セラミックス、アル
ミナ等）、ガラス材料、上記材料を組合わせた材料ある
いは上記材料を積層した材料等が用いられる。
【００４４】層間絶縁膜１１としては、ポリシラン、ニ
トロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ
｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェ
ニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ｄ
ｙｅ ｐｏｌｙｍｅｒ、ニトロン化合物を含有するフッ
素系ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂等が用いられ
る。
トロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ
｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェ
ニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ｄ
ｙｅ ｐｏｌｙｍｅｒ、ニトロン化合物を含有するフッ
素系ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂等が用いられ
る。
【００４５】層間絶縁膜１１は、紫外線光照射によって
比誘電率が低下する性質を有する。
比誘電率が低下する性質を有する。
【００４６】図２は層間絶縁膜の紫外線光照射時間と比
誘電率との関係を示す図であり、横軸が紫外線光照射時
間軸であり、縦軸が比誘電率軸である。
誘電率との関係を示す図であり、横軸が紫外線光照射時
間軸であり、縦軸が比誘電率軸である。
【００４７】これは、フォトブリーチング材料からなる
層間絶縁膜としてトリアジン系増感剤を含んだポリシラ
ンを用いた例を示している。厚さ約１０μｍの層間絶縁
膜の表面に紫外線光として１５０Ｗの水銀キセノンラン
プ（出力１２００ｍＷ／ｃｍ2 ）の光（ピーク波長３６
５ｎｍ）を照射したものである。同図より紫外線光照射
時間（すなわち、紫外線光の照射エネルギー）によって
比誘電率を低下させることができることが分かる。な
お、ポリシランからなる層間絶縁膜はトルエンに溶解さ
せたトリアジン系光増感剤を含んだポリシランを基板上
にスピンコーティング法によって塗布後、１２０℃で３
０分間予備加熱し、ついで２００℃で２０分間ポストベ
ークした膜である。
層間絶縁膜としてトリアジン系増感剤を含んだポリシラ
ンを用いた例を示している。厚さ約１０μｍの層間絶縁
膜の表面に紫外線光として１５０Ｗの水銀キセノンラン
プ（出力１２００ｍＷ／ｃｍ2 ）の光（ピーク波長３６
５ｎｍ）を照射したものである。同図より紫外線光照射
時間（すなわち、紫外線光の照射エネルギー）によって
比誘電率を低下させることができることが分かる。な
お、ポリシランからなる層間絶縁膜はトルエンに溶解さ
せたトリアジン系光増感剤を含んだポリシランを基板上
にスピンコーティング法によって塗布後、１２０℃で３
０分間予備加熱し、ついで２００℃で２０分間ポストベ
ークした膜である。
【００４８】図３は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。以下、図１に示した部材と同様の部材には共通の符
号を用いた。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。以下、図１に示した部材と同様の部材には共通の符
号を用いた。
【００４９】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上にフォトブリーチング材料と無機材料とを混合
した層間絶縁膜１２を形成した点である。
板１０上にフォトブリーチング材料と無機材料とを混合
した層間絶縁膜１２を形成した点である。
【００５０】無機材料としては、ＳｉＯ2 、ＳｉＯ2 に
Ｂ、Ｐ、Ｔｉ、Ｋ、Ｎａ等のドーパントを添加した材料
が、例えばアルコール溶液に溶けた状態（東京応化製の
スピンオングラス、ＳｉＯ2 系被膜形成用溶液等）で用
いられる。そして前述したトルエンに溶けたポリシラン
溶液と混合し、スピンコーティング法により基板１０上
に塗布される。ついでプリベーク、ポストベークを行っ
て硬化させる。このような層間絶縁膜１２の場合にも紫
外線光を照射することによって比誘電率を調節したり、
制御したりすることができる。なお、フォトブリーチン
グ材料と無機材料との添加割合は、比誘電率の値によっ
て任意に決めることができる。
Ｂ、Ｐ、Ｔｉ、Ｋ、Ｎａ等のドーパントを添加した材料
が、例えばアルコール溶液に溶けた状態（東京応化製の
スピンオングラス、ＳｉＯ2 系被膜形成用溶液等）で用
いられる。そして前述したトルエンに溶けたポリシラン
溶液と混合し、スピンコーティング法により基板１０上
に塗布される。ついでプリベーク、ポストベークを行っ
て硬化させる。このような層間絶縁膜１２の場合にも紫
外線光を照射することによって比誘電率を調節したり、
制御したりすることができる。なお、フォトブリーチン
グ材料と無機材料との添加割合は、比誘電率の値によっ
て任意に決めることができる。
【００５１】図４は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【００５２】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上に、フォトブリーチング材料と有機材料とを混
合した層間絶縁膜１３を形成した点である。
板１０上に、フォトブリーチング材料と有機材料とを混
合した層間絶縁膜１３を形成した点である。
【００５３】有機材料としては、アクリル系樹脂、ポリ
イミド系樹脂、オルガノシロキサン系樹脂等の種々のも
のを用いることができる。これらの有機材料は、トルエ
ン、キシレン、ベンゼン等の溶剤に溶かし、前述したフ
ォトブリーチング材料と混合して用いられる。これらの
有機材料の混合比率も限定されるものではない。
イミド系樹脂、オルガノシロキサン系樹脂等の種々のも
のを用いることができる。これらの有機材料は、トルエ
ン、キシレン、ベンゼン等の溶剤に溶かし、前述したフ
ォトブリーチング材料と混合して用いられる。これらの
有機材料の混合比率も限定されるものではない。
【００５４】図５は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【００５５】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上に、前述したようなフォトブリーチング材料と
無機材料と有機材料とを混合した層間絶縁膜１４を形成
した点である。
板１０上に、前述したようなフォトブリーチング材料と
無機材料と有機材料とを混合した層間絶縁膜１４を形成
した点である。
【００５６】このように３種類の材料を混合することに
より、層間絶縁膜１４の比誘電率をより広い範囲から選
択することができ、紫外線光照射により、その比誘電率
をさらに低くすることもできる。
より、層間絶縁膜１４の比誘電率をより広い範囲から選
択することができ、紫外線光照射により、その比誘電率
をさらに低くすることもできる。
【００５７】図６は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【００５８】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上に、フォトブリーチング材料と無機材料とを混
合した膜中に超微細な空隙を形成した層間絶縁膜１５を
形成した点である。
板１０上に、フォトブリーチング材料と無機材料とを混
合した膜中に超微細な空隙を形成した層間絶縁膜１５を
形成した点である。
【００５９】このような超微細な空隙は、例えば図３に
示す層間絶縁膜の表面にフォトブリーチング材料に強く
吸収されるレーザ光（例えばエキシマレーザ光）を紫外
線光を照射した後、あるいは紫外線光と並行して照射す
ることによって形成される。
示す層間絶縁膜の表面にフォトブリーチング材料に強く
吸収されるレーザ光（例えばエキシマレーザ光）を紫外
線光を照射した後、あるいは紫外線光と並行して照射す
ることによって形成される。
【００６０】なお、上記レーザ光として、波長が０．６
μｍ以下のもので、エキシマレーザ光以外に、ＹＡＧレ
ーザの高調波（第２、第３高調波）光や、Ｈｅ−Ｃｄレ
ーザ光等を用いてもよい。
μｍ以下のもので、エキシマレーザ光以外に、ＹＡＧレ
ーザの高調波（第２、第３高調波）光や、Ｈｅ−Ｃｄレ
ーザ光等を用いてもよい。
【００６１】図７は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【００６２】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上に、２種類（あるいは多種類）の材料を積層し
た層間絶縁膜１６を形成した点である。同図に示す層間
絶縁膜１６は、フォトブリーチング材料１６−１と無機
材料１６−２とを交互に積層したものである。
板１０上に、２種類（あるいは多種類）の材料を積層し
た層間絶縁膜１６を形成した点である。同図に示す層間
絶縁膜１６は、フォトブリーチング材料１６−１と無機
材料１６−２とを交互に積層したものである。
【００６３】このように層間絶縁膜１６の表面を無機材
料１６−２となるように形成することにより、ＣＭＰに
よる研磨が容易となったり、表面にレーザ光を照射して
フォトブリーチング材料中に超微細な空隙を形成する際
の表面の凹凸の発生を抑えることができる。なお、フォ
トブリーチング材料１６−１や無機材料１６−２の代わ
りに、図１〜図６に示した層間絶縁膜１１〜１５を用い
てもよい。
料１６−２となるように形成することにより、ＣＭＰに
よる研磨が容易となったり、表面にレーザ光を照射して
フォトブリーチング材料中に超微細な空隙を形成する際
の表面の凹凸の発生を抑えることができる。なお、フォ
トブリーチング材料１６−１や無機材料１６−２の代わ
りに、図１〜図６に示した層間絶縁膜１１〜１５を用い
てもよい。
【００６４】図８は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【００６５】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上に、超微細な空隙を有するフォトブリーチング
材料と無機材料とを混合した層間絶縁膜１７の上に無機
材料膜１８を形成した点である。このような実施の形態
においても低比誘電率が得られる。
板１０上に、超微細な空隙を有するフォトブリーチング
材料と無機材料とを混合した層間絶縁膜１７の上に無機
材料膜１８を形成した点である。このような実施の形態
においても低比誘電率が得られる。
【００６６】図９は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【００６７】図１に示した実施の形態との相違点は、基
板１０上に、パターン化した層間絶縁膜１９を形成した
点である。
板１０上に、パターン化した層間絶縁膜１９を形成した
点である。
【００６８】このパターン化した層間絶縁膜１９の表面
上に、図１１（ｅ）に示したようなＣｕパターン７から
なる電極や配線パターンを形成することができる。
上に、図１１（ｅ）に示したようなＣｕパターン７から
なる電極や配線パターンを形成することができる。
【００６９】図１０（ａ）は図１〜図８に示した層間絶
縁膜の表面上に紫外線光を照射する前の状態を示し、図
１０（ｂ）は紫外線光照射後の状態を示す図である。
縁膜の表面上に紫外線光を照射する前の状態を示し、図
１０（ｂ）は紫外線光照射後の状態を示す図である。
【００７０】比誘電率がεb で厚さがｔb の層間絶縁膜
２０（図１０（ａ））が、紫外線光２１の照射により比
誘電率がεa で厚さがｔa の層間絶縁膜２２に変化して
いることが分かる（図１０（ｂ））。
２０（図１０（ａ））が、紫外線光２１の照射により比
誘電率がεa で厚さがｔa の層間絶縁膜２２に変化して
いることが分かる（図１０（ｂ））。
【００７１】紫外線光照射による比誘電率の変化の例は
既に図２に示したが、膜厚ｔは数％から３０数％まで低
下させることができる。この数値は紫外線光２１の照射
エネルギーで調節することができる。このように比誘電
率を低くし、膜厚を薄くすることにより、配線パターン
の分布容量を小さくすることができ、装置の厚さをその
分だけ薄くすることができる。
既に図２に示したが、膜厚ｔは数％から３０数％まで低
下させることができる。この数値は紫外線光２１の照射
エネルギーで調節することができる。このように比誘電
率を低くし、膜厚を薄くすることにより、配線パターン
の分布容量を小さくすることができ、装置の厚さをその
分だけ薄くすることができる。
【００７２】本発明は上述した各実施の形態に限定され
ない。例えば、フォトブリーチング材料層の上面に有機
材料層を形成してもよく、紫外線光照射後にフォトブリ
ーチング材料層の上面に紫外線光遮蔽層（あるいは紫外
線光吸収層）を形成してもよい。
ない。例えば、フォトブリーチング材料層の上面に有機
材料層を形成してもよく、紫外線光照射後にフォトブリ
ーチング材料層の上面に紫外線光遮蔽層（あるいは紫外
線光吸収層）を形成してもよい。
【００７３】層間絶縁膜の表面へのレーザ光照射は、線
状あるいはある幅を有する面状の連続発振のレーザビー
ムを所望速度でスキャニングするか、パルス状発振させ
たレーザビームのパルス周期と繰り返し周波数とを調節
することによってフォトブリーチング材料を部分的に蒸
発、気化させて超微細な空隙を形成するように操作すれ
ばよい。なお、このレーザビーム照射に際して、層間絶
縁膜の表面を酸化性雰囲気に保つことにより、効果的に
フォトブリーチング材料中に超微細な空隙を形成するこ
とができる。
状あるいはある幅を有する面状の連続発振のレーザビー
ムを所望速度でスキャニングするか、パルス状発振させ
たレーザビームのパルス周期と繰り返し周波数とを調節
することによってフォトブリーチング材料を部分的に蒸
発、気化させて超微細な空隙を形成するように操作すれ
ばよい。なお、このレーザビーム照射に際して、層間絶
縁膜の表面を酸化性雰囲気に保つことにより、効果的に
フォトブリーチング材料中に超微細な空隙を形成するこ
とができる。
【００７４】また、基板自体を４０℃から１５０℃の範
囲で加熱しながら層間絶縁膜中に超微細な空隙を形成し
てもよい。これは加熱によりフォトブリーチング材料の
蒸発・気化を促進させることができるからである。
囲で加熱しながら層間絶縁膜中に超微細な空隙を形成し
てもよい。これは加熱によりフォトブリーチング材料の
蒸発・気化を促進させることができるからである。
【００７５】ところで、上記実施の形態では説明しなか
ったが、フォトブリーチング材料中に光増感剤、あるい
は光重合開始剤が含まれていると、紫外線光照射による
比誘電率の低下を促進させることができる。光増感剤と
しては、トリアジン系（例えばパラメトキシスチリルト
リアジン、ジメトキシトリアジン等）のような紫外線吸
収剤が好ましい。なお、光増感剤あるいは光重合開始剤
は０．５％〜１０％の範囲内で添加するのが好ましい。
添加量が多い程、比誘電率低下の促進効果は大きい。
ったが、フォトブリーチング材料中に光増感剤、あるい
は光重合開始剤が含まれていると、紫外線光照射による
比誘電率の低下を促進させることができる。光増感剤と
しては、トリアジン系（例えばパラメトキシスチリルト
リアジン、ジメトキシトリアジン等）のような紫外線吸
収剤が好ましい。なお、光増感剤あるいは光重合開始剤
は０．５％〜１０％の範囲内で添加するのが好ましい。
添加量が多い程、比誘電率低下の促進効果は大きい。
【００７６】以上において本発明によれば、 (1) 比誘電率を紫外線光照射によって制御することがで
きる層間絶縁膜が得られる。
きる層間絶縁膜が得られる。
【００７７】(2) 比誘電率は紫外線光の照射エネルギー
で調節することが容易である。
で調節することが容易である。
【００７８】(3) フォトブリーチング材料として、熱的
安定性に優れたポリシラン材料を用いることにより、半
導体デバイス製造プロセス中の熱履歴によって層間絶縁
膜の特性劣化を抑えることができる。
安定性に優れたポリシラン材料を用いることにより、半
導体デバイス製造プロセス中の熱履歴によって層間絶縁
膜の特性劣化を抑えることができる。
【００７９】(4) 層間絶縁膜中のフォトブリーチング材
料に紫外線光照射後、あるいは紫外線光照射中に、フォ
トブリーチング材料への吸収率の高いレーザ光を照射す
ることにより、超微細な空隙を形成してさらに比誘電率
を低くすることができる。
料に紫外線光照射後、あるいは紫外線光照射中に、フォ
トブリーチング材料への吸収率の高いレーザ光を照射す
ることにより、超微細な空隙を形成してさらに比誘電率
を低くすることができる。
【００８０】(5) フォトブリーチング材料以外に、無機
材料や有機材料を混合して層間絶縁膜を形成することに
より、比誘電率の値を広い範囲で制御することができ
る。
材料や有機材料を混合して層間絶縁膜を形成することに
より、比誘電率の値を広い範囲で制御することができ
る。
【００８１】(6) 層間絶縁膜をスピンコーティング法で
基板上に塗布し、ベーキングによって硬化させることに
より形成することができるので、平坦な膜表面を実現す
ることができる。
基板上に塗布し、ベーキングによって硬化させることに
より形成することができるので、平坦な膜表面を実現す
ることができる。
【００８２】(7) 基板上に、フォトブリーチング材料層
と、無機材料層（あるいは有機材料層）とを交互に積層
させ、その最上積層の無機材料層表面に紫外線光を照射
して比誘電率を低下させることができる。また、レーザ
ビームを照射してフォトブリーチング材料の一部を蒸発
・気化させて超微細な空隙を形成することにより、さら
に比誘電率を低下させることができる。しかも最上積層
表面は無機材料層で平坦に覆われているので、ほとんど
ＣＭＰ研磨が必要でなくなる。
と、無機材料層（あるいは有機材料層）とを交互に積層
させ、その最上積層の無機材料層表面に紫外線光を照射
して比誘電率を低下させることができる。また、レーザ
ビームを照射してフォトブリーチング材料の一部を蒸発
・気化させて超微細な空隙を形成することにより、さら
に比誘電率を低下させることができる。しかも最上積層
表面は無機材料層で平坦に覆われているので、ほとんど
ＣＭＰ研磨が必要でなくなる。
【００８３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００８４】製造が容易な低比誘電率の層間絶縁膜及び
その製造方法を実現することができる。
その製造方法を実現することができる。
【図１】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の一実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】層間絶縁膜の紫外線光照射時間と比誘電率との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図３】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図９】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は図１〜図８に示した層間絶縁膜の表
面上に紫外線光を照射する前の状態を示し、（ｂ）は紫
外線光照射後の状態を示す図である。
面上に紫外線光を照射する前の状態を示し、（ｂ）は紫
外線光照射後の状態を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は銅（Ｃｕ）と低比誘電率
（Ｌｏｗ Ｋ）膜とを用いた電極構造の工程図である。
（Ｌｏｗ Ｋ）膜とを用いた電極構造の工程図である。
１０ 基板 １１〜１５ 層間絶縁膜（誘電体膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｓ Ｑ Ｆターム(参考） 5F033 GG02 HH11 QQ48 QQ54 QQ60 QQ65 RR09 RR21 RR22 RR23 RR24 RR29 SS03 SS22 TT04 XX24 5F058 AA10 AC03 AC07 AC10 AF04 AG01 AG09 AH02 BA20 BD01 BD07 BD19 BF46 BH01 BH17 BJ02
Claims (18)
- 【請求項１】 基板上に形成され配線パターン間を絶縁
する層間絶縁膜において、フォトブリーチング材料から
なる誘電体膜を用いたことを特徴とする層間絶縁膜。 - 【請求項２】 基板上に形成され配線パターン間を絶縁
する層間絶縁膜において、フォトブリーチング材料と無
機材料とを含む誘電体膜を用いたことを特徴とする層間
絶縁膜。 - 【請求項３】 基板上に形成され配線パターン間を絶縁
する層間絶縁膜において、フォトブリーチング材料と有
機材料とを含む誘電体膜を用いたことを特徴とする層間
絶縁膜。 - 【請求項４】 基板上に形成され配線パターン間を絶縁
する層間絶縁膜において、フォトブリーチング材料と無
機材料と有機材料とを含む誘電体膜を用いたことを特徴
とする層間絶縁膜。 - 【請求項５】 上記誘電体膜は超微細な空隙が形成され
ている請求項１から４のいずれかに記載の層間絶縁膜。 - 【請求項６】 上記誘電体膜は所望パターン形状に加工
されている請求項１から５のいずれかに記載の層間絶縁
膜。 - 【請求項７】 上記フォトブリーチング材料に紫外線光
の照射により比誘電率が制御された請求項１から６のい
ずれかに記載の層間絶縁膜。 - 【請求項８】 上記フォトブリーチング材料は光増感剤
あるいは光重合開始剤を含む請求項１から７のいずれか
に記載の層間絶縁膜。 - 【請求項９】 上記誘電体膜が少なくとも２層積層され
た請求項１から８のいずれかに記載の層間絶縁膜。 - 【請求項１０】 基板上に配線パターン間を絶縁するた
めの層間絶縁膜を製造する方法において、上記基板上に
有機溶剤とフォトブリーチング材料との混合溶液を塗布
した後、加熱して上記有機溶剤を蒸発させてフォトブリ
ーチング材料を固化することにより誘電体膜からなる層
間絶縁膜を形成することを特徴とする層間絶縁膜の製造
方法。 - 【請求項１１】 基板上に配線パターン間を絶縁するた
めの層間絶縁膜を製造する方法において、上記基板上に
有機溶剤とフォトブリーチング材料と無機材料との混合
溶液を塗布した後、加熱して上記有機溶剤を蒸発させて
フォトブリーチング材料を固化することにより誘電体膜
からなる層間絶縁膜を形成することを特徴とする層間絶
縁膜の製造方法。 - 【請求項１２】 基板上に配線パターン間を絶縁するた
めの層間絶縁膜を製造する方法において、上記基板上に
有機溶剤とフォトブリーチング材料と有機材料との混合
溶液を塗布した後、加熱して上記有機溶剤を蒸発させて
フォトブリーチング材料を固化することにより誘電体膜
からなる層間絶縁膜を形成することを特徴とする層間絶
縁膜の製造方法。 - 【請求項１３】 基板上に配線パターン間を絶縁するた
めの層間絶縁膜を製造する方法において、上記基板上に
有機溶剤とフォトブリーチング材料と無機材料と有機材
料との混合溶液を塗布した後、加熱して上記有機溶剤を
蒸発させてフォトブリーチング材料を固化することによ
り誘電体膜からなる層間絶縁膜を形成することを特徴と
する層間絶縁膜の製造方法。 - 【請求項１４】 上記誘電体膜に波長０．６μｍ以下の
レーザビームを照射して上記誘電体膜中のフォトブリー
チング材料を気化させることにより上記誘電体膜中に超
微細な空隙を形成する請求項１０〜１３のいずれかに記
載の層間絶縁膜の製造方法。 - 【請求項１５】 上記誘電体膜にフォトリソグラフィ工
程及びドライエッチング工程を用いて所望パターン形状
に加工する請求項１０〜１４のいずれかに記載の層間絶
縁膜の製造方法。 - 【請求項１６】 上記誘電体膜に紫外線光を照射し、そ
の紫外線光の光エネルギーを調節することによって比誘
電率を制御する請求項１０〜１５のいずれかに記載の層
間絶縁膜の製造方法。 - 【請求項１７】 上記フォトブリーチング材料の溶液中
に光増感剤あるいは光重合開始剤を混合して誘電体膜を
形成し、該誘電体膜へ紫外線光を照射し、その紫外線光
の光エネルギーを調整することにより上記誘電体膜の比
誘電率の制御を行う請求項１０〜１６のいずれかに記載
の層間絶縁膜の製造方法。 - 【請求項１８】 上記誘電体膜を少なくとも２層積層す
る請求項１０〜１７のいずれかに記載の層間絶縁膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000276634A JP3840886B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 層間絶縁膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000276634A JP3840886B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 層間絶縁膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002083807A true JP2002083807A (ja) | 2002-03-22 |
| JP3840886B2 JP3840886B2 (ja) | 2006-11-01 |
Family
ID=18762066
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000276634A Expired - Fee Related JP3840886B2 (ja) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | 層間絶縁膜の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3840886B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006186330A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-07-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 絶縁膜及び半導体装置の作製方法 |
-
2000
- 2000-09-07 JP JP2000276634A patent/JP3840886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006186330A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-07-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 絶縁膜及び半導体装置の作製方法 |
| JP4749133B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2011-08-17 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
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|---|---|
| JP3840886B2 (ja) | 2006-11-01 |
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