JPH0697068A - 平坦化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、深さ１μｍ以上の段差を有
する基板表面を絶対段差をほとんど生じることなく均一
に平坦化することができる平坦化方法を提供することで
ある。 【構成】 本発明の平坦化方法は、段差３を有する半導
体基板１にレジスト剤２を塗布してその表面を平坦化す
る方法であって、半導体基板１上に１００ｃｐ以上の粘
度を有するレジスト剤２を滴下し、オリフィス４を用い
て、段差３を埋めるようにレジスト剤２を半導体基板１
の表面に塗布し、さらにエッチバック処理を施すことに
より平坦化されたレジスト層１３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＬＳＩ等の半導体装
置の製作に用いられる基板の平坦化技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製造プロセスにおいて、近年ます
ますデバイスの高集積化、高速化が図られ、縦方向の多
層配線化がさらに重要なポイントとなってきている。

【０００３】通常、ＬＳＩの配線材料には、Ａｌまたは
Ａｌ合金が広く用いられる。このような配線材料を用い
て、多層配線を実現する際に、配線の膜厚または層間絶
縁膜の膜厚を薄膜化することは、電流密度の増大や配線
の信号伝播の遅延を招き、エレクトロマイグレーション
への抵抗を低下させるため、困難である。その結果、デ
バイスの縦方向のパターン段差部の凹凸形状はますます
増大してしまうことになる。

【０００４】このため、配線の膜厚または層間絶縁膜の
膜厚を変えることなく、多層化によるパターン段差部に
おける配線の断線等を低減させる技術、すなわちデバイ
ス表面を平坦化する技術が開発されてきた。層間絶縁膜
の平坦化方法としてこれまでに知られているものに、リ
フロー法、エッチバック法、回転塗布法、バイアススパ
ッタ法等がある。

【０００５】中でも、回転塗布法では、図１４に示すよ
うに、有機溶剤にＳｉＯ_n を溶かして得られる粘度約１
０ｃｐ程度のシラノール系の高分子剤、たとえばＳｉ
（ＯＨ）_4-n （商品名：東京硼化工業社製 ＯＣＤ）を
基板１０上に回転塗布し、塗布後４００〜７００℃でベ
ーク処理を行ない、基板１０の表面に厚さ約１μｍ程度
のスピンオングラス（ＳＯＧ）膜２０を形成させて配線
段差形状の凹部１６を埋め込むことで平坦化を行なって
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１５
に示すように、１μｍ以上の深い段差部１７，１８が生
じている基板１５の表面に、上述した回転塗布法を用い
てＳＯＧ膜２０を形成させると、特に幅広の深い段差部
１８に対応する領域においては塗布したシラノール系の
高分子剤が凹凸に沿うように流動してしまうため、形成
されたＳＯＧ膜２０の表面に段差部１９が新たに生じて
しまい、基板１５上の段差部形状を均一に平坦化するこ
とはできない。

【０００７】このようなＳＯＧ膜２０の表面に薄いレジ
スト膜を形成してフォトリソグラフィによりレジストパ
ターンを得ようとすると、ＳＯＧ膜２０に生じた新たな
段差部１９に対応する領域において光の焦点位置にずれ
が生じて精度の高いパターンが得られなくなるという問
題があった。

【０００８】本発明は、上記のような問題を解消するた
めになされたものであって、１μｍ以上の深い段差を有
する基板表面を均一に平坦化することができる平坦化方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、段差を有する
基板にレジストを塗布してその表面を平坦化する平坦化
方法に関し、ＳＯＧ塗布を用いる従来の平坦化方法に代
わるものである。

【００１０】第１の発明に係る平坦化方法は、段差を有
する基板上に１００ｃｐ以上の粘度を有するレジストを
滴下し、所定の塗布手段を用いて、段差を埋めるように
レジストを基板の表面に塗布することを特徴とする。

【００１１】第１の発明において、所定の塗布手段とし
ては、以下の実施例に示すような端部が鋭利な形状に成
形されたオリフィス等を用いることが望ましい。

【００１２】第１の発明において、レジストはクレゾー
ルノボラック樹脂、キシレノール樹脂等を主成分とする
有機溶剤系レジストを使用することができる。

【００１３】第２の発明に係る平坦化方法は、粘度の異
なる２つ以上のレジストを用意し、レジストを粘度の大
きいものから順次基板上に塗布し、基板上にレジストか
らなる層を積層することを特徴とする。

【００１４】第２の発明において、レジストはクレゾー
ルノボラック樹脂、キシレノール樹脂等の有機溶剤系レ
ジストを使用することができる。また、レジストを塗布
する際には回転塗布（スピンコート）を行なうことが好
ましい。スピンコートを行なう場合には、その回転数を
調節することによって形成したいレジスト層の厚みを自
在に変えることができる。

【００１５】また、第２の発明においては、粘度の異な
る２つ以上のレジストからなる層は、その厚さが基板表
面から離れるにつれて段階的に薄くなるように積層され
ることが好ましい。

【００１６】第３の発明に係る平坦化方法は、平坦な面
を備える剛性板にポリマーからなるシートを圧着し、段
差を有する基板の表面にポリマーからなるシートが接触
するように、基板と剛性板とを重ね合わせた後加熱処理
を施し、加熱処理後、剛性板を基板上から排除すること
により、基板上にポリマーからなるレジスト層を形成す
ることを特徴とする。

【００１７】第３の発明において、剛性板は、ＳＵＳ材
等の非腐食性金属材料から形成されることが好ましい。

【００１８】また第３の発明において、加熱処理におけ
る温度条件は、使用するポリマーの軟化点以上とするこ
とが必要である。

【００１９】第３の発明において、ポリマーからなるシ
ートは、たとえば、ポリスチレンシート等の市販のシー
トを用いることができる。

【００２０】

【作用】第１の発明に係る平坦化方法では、液体状のレ
ジストを一切用いず、水飴状を呈する程度の粘度、すな
わち１００ｃｐ以上の粘度を有するレジストを使用し、
所定の塗布手段を用いて段差を有する基板上にレジスト
を塗布することで、１μｍ以上の深い段差が存在する領
域においてもレジストからなる層が十分に厚い膜厚を保
持した状態で形成され、基板上の凹凸がレジストにより
効率よく埋められる。

【００２１】したがって、従来液体状を呈する程度の粘
度、すなわち１０ｃｐ程度の粘度を有するレジストを使
用した場合に、塗布したレジストが段差に沿うように流
動してレジストからなる層の表面に凹凸が残存してしま
うという問題は一切解消される。

【００２２】このように、第１の発明に係る平坦化方法
を用いれば、１μｍ以上の比較的深い段差を有する基板
平面を比較的容易に平坦化することができる。

【００２３】第２の発明に係る平坦化方法では、粘度の
異なる２つ以上のレジストを用意し、まず基板上に膜厚
が厚く保持され深い段差を効率よく埋めることができる
粘度の大きいレジストからなる層を形成する。さらに、
塗布特性に優れ、粘度の大きいレジストからなる層上に
残存するような浅い段差を効率よく埋めることができる
粘度の小さいレジストからなる層を粘度の大きいレジス
トからなる層上に積層する。

【００２４】このように、基板上の段差の深さに応じ
て、粘度の大きいレジストからなる層上により粘度の小
さいレジストを順次塗布し、粘度の異なる２つ以上のレ
ジストからなる層を複数積層することで、下段のレジス
トからなる層上に生じた凹凸が完全に解消され、段差を
有する基板表面を均一に平坦化することができる。

【００２５】したがって、第２の発明に係る平坦化方法
を用いれば、第１の発明に係る平坦化方法を用いても十
分に平坦化することができないような深くて幅広の段差
を有する基板をもさらに均一に平坦化することができ
る。

【００２６】第３の発明に係る平坦化方法では、平坦な
面を備える剛性板にポリマーからなるシートを圧着し、
段差を有する基板の表面に、ポリマーからなるシートが
接触するように基板と剛性板とを重ね合わせた後加熱処
理を施す。

【００２７】この加熱処理により剛性板に圧着されたポ
リマーからなるシートが軟化し、段差を埋めるようにし
て基板表面に密着する。この結果、剛性板と基板との間
にポリマーからなる層が形成される。加熱処理後、剛性
板を基板上から排除する。このとき、ポリマーからなる
層の表面と剛性板の平坦な面とはともに圧着によっての
み支持されているため、何ら特別な処理を施さなくとも
極めて小さな外力により容易に剛性板をポリマーからな
る層から分離することができる。ポリマーからなる層の
表面が平坦な面を備える剛性板に圧着されていたこと
で、剛性板を排除することにより、基板上に平滑な表面
を有するポリマーからなるレジスト層が露出され、段差
を有する基板の表面が均一に平坦化される。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２９】実施例１ 図１〜図４は、本発明の第１の実施例に係る平坦化方法
の第１〜第４の工程を示す半導体装置の部分断面図であ
る。

【００３０】図１に示すように、深さ１〜５μｍ程度の
段差３が表面に生じた、直径８インチの半導体基板１を
用意し、その表面にクレゾールノボラック樹脂と有機溶
剤と感光剤との混合物からなるレジスト剤２を適量滴下
する。このレジスト剤２の粘度はクレゾールノボラック
樹脂と有機溶剤の混合比を変えることにより自在に調整
され得る。本実施例において使用するレジスト剤２は、
クレゾールノボラック樹脂１に対し有機溶剤を重量比に
して３０〜４０の割合で混合することにより、約１００
〜１２０ｃｐの粘度に調整するものとした。

【００３１】次に、図２に示すように、半導体基板１上
に滴下された水飴状のレジスト剤２を均一に塗布するた
め、横１５〜２０ｃｍ、縦５〜１０ｃｍ、厚み１〜２ｍ
ｍのＳＵＳ材製（ステンレス製）オリフィス４を用意す
る。本実施例においてはＳＵＳ材製オリフィスを用いた
が、他の非腐食性金属材料からなるオリフィスを用いて
もよい。

【００３２】ＳＵＳ材製オリフィス４は、その長辺方向
の一方端部１１が斜め方向に研摩されており、鋭利な形
状に成形されている。鋭利な形状に成形された一方端部
１１が半導体基板１面と平行な位置関係となるように、
オリフィス４を回転可能な支持軸（図示せず）に設置す
る。さらに、半導体基板１から一方端部１１までの間隔
を調整するように、オリフィス４を位置決めする。これ
により、形成したいレジスト層の厚みを調整することが
できる。

【００３３】半導体基板１を固定したまま、オリフィス
４を支持軸を中心として１０秒間１回転程度の低速度で
数〜１０回回転させる。

【００３４】図２に示すように、オリフィス４の回転に
伴って、鋭利な形状に成形された一方端部１１により、
余剰レジスト剤を排除することで滴下されたレジスト剤
２の凹凸がならされ、半導体基板１表面全体にレジスト
剤２が均一に塗布される。塗布されたレジスト剤２は、
水飴状を呈しており、大きな膜厚を有した状態で保持さ
れる。その結果、図３に示すように、半導体基板１の表
面に生じた段差３を埋めるように、厚み約１０μｍ程度
のレジスト層１２が形成される。

【００３５】さらに、図４に示すように、レジスト層１
２の全面にプラズマエッチング等によりエッチバック処
理を施すことで、約２〜３μｍ程度の厚みを有する平坦
化されたレジスト層１３を形成する。

【００３６】本実施例に基づく平坦化方法では、およそ
１〜５μｍ程度の段差が生じた半導体基板１の表面を１
００ｃｐ以上の粘度を有するレジスト剤２を塗布するこ
とで、半導体基板１上にフォトリソグラフィによりレジ
ストパターンを形成しても光の焦点位置のずれが生じな
い程度にまで半導体基板１の表面を均一に平坦化するこ
とができる。

【００３７】実施例２ 図５〜図９は、本発明の第２の実施例に係る平坦化方法
の第１〜第５工程を示す半導体装置の部分断面図であ
る。

【００３８】図５に示すように、深さ１〜５μｍ程度の
段差３が表面に生じた、直径８インチの半導体基板１を
用意する。また、クレゾールノボラック樹脂を主成分と
する有機溶剤系レジスト剤であって、その粘度が７０〜
１００ｃｐ、３０〜５０ｃｐ、１０ｃｐ以下にそれぞれ
調整された３種類のレジスト剤を用意する。

【００３９】図６に示すように、まず７０〜１００ｃｐ
の粘度を有するレジスト剤を半導体基板１上に適量滴下
し、３０００〜４０００ｒｐｍの回転数でスピンコート
を行ない、厚さ約７〜８μｍの第１のレジスト層５を形
成する。

【００４０】この第１のレジスト層５を形成することに
よって、半導体基板１表面に生じた段差３が埋められ
る。第１のレジスト層５においては、段差３に対応する
領域に浅い凹部が形成され、その表面は波打った状態を
呈している。

【００４１】さらに、図７に示すように、第１のレジス
ト層５上に３０〜５０ｃｐの粘度を有するレジスト剤を
適量滴下し、５０００ｒｐｍ前後の回転数でスピンコー
トを行ない、厚さ２〜３μｍの第２のレジスト層６を形
成する。

【００４２】第２のレジスト層６を形成することによっ
て、第１のレジスト層５表面に生じた浅い凹部が埋めら
れる。第２のレジスト層６においては、段差３に対応す
る領域により浅い凹部が残存している。

【００４３】次に、図８に示すように、第２のレジスト
層６上に１０ｃｐ以下の粘度を有するレジスト剤を適量
滴下し、５０００〜７０００ｒｐｍの回転数でスピンコ
ートを行ない、厚さ１μｍの第３のレジスト層７を形成
する。

【００４４】第３のレジスト層７を形成することによっ
て、第２のレジスト層６表面に残存したより浅い凹部が
埋められ、半導体基板１表面がほぼ完全に平坦化され
る。

【００４５】さらに、図９に示すように、積層した第
１、第２および第３のレジスト層５，６，７の全面にプ
ラズマエッチング等によりエッチバック処理を施すこと
で、およそ２〜３μｍ程度の厚みを有する平坦化された
レジスト層１０を形成する。

【００４６】本実施例に基づく平坦化方法によれば、異
なる粘度を有するレジスト層を用意し、粘度の大きいも
のから順次半導体基板１上に塗布して複数のレジスト層
を積層することで、半導体基板１上に生じた段差３を段
階的に平坦化することができる。

【００４７】本実施例においては、粘度の異なる３種類
のレジスト剤を用意し、半導体基板１上にレジスト層を
３層積層することで、段差が生じた半導体基板１表面を
段階的に平坦化する例を示したが、さらに多くの種類の
レジスト剤を用いて多数レジスト層を積層してもよい。
積層するレジスト層の数が多いほど平坦度は向上され
る。

【００４８】実施例３ 図１０〜図１３は、本発明の第３の実施例に係る平坦化
方法の第１〜第４工程を示す半導体装置の部分断面図で
ある。

【００４９】図１０に示すように、表面が鏡面加工され
たＳＵＳ材製ボード９を用意し、その表面に厚み１０μ
ｍのポリスチレンシート８を０．５ｋｇ／ｃｍ² の圧力
で圧着する。

【００５０】次に、ＳＵＳ材製ボード９に圧着により固
定されたポリスチレンシート８を、段差３が生じた半導
体基板１の表面に接触するように、ボード９と半導体基
板１とを重ね合わせる。重ね合わせた後、ポリスチレン
シート８の温度が軟化点以上すなわち８０〜１２０℃と
なる程度にまで加熱処理を行なう。この加熱処理により
ポリスチレンシート８が軟化点以上に達し軟化する。

【００５１】図１１に示すように、軟化したポチスチレ
ンシート８は、半導体基板１上の段差３を埋めるように
して半導体基板１表面に密着し、ＳＵＳ材製ボード９と
半導体基板１の間にポリスチレンからなる層１８が形成
される。

【００５２】さらに、図１２に示すように、ポリスチレ
ンからなる層１８上からＳＵＳ材製ボード９を除去す
る。このとき、ＳＵＳ材製ボード９とポリスチレンから
なる層１８との界面は圧着によってのみ支持されている
ため、極めて小さな物理的外力を加えることによって簡
単に圧着が解除される。

【００５３】ＳＵＳ材製ボード９を排除することによ
り、表面が均一に平坦化されたポリスチレンからなる層
１８が露出する。

【００５４】さらに、図１３に示すように、ポリスチレ
ンからなる層１８の全面にプラズマエッチング等により
エッチバック処理を施すことで、約２〜３μｍ程度の厚
みを有する平坦化されたレジスト層２０を形成する。

【００５５】本実施例に基づく平坦化方法では、鏡面加
工された平面を備えるＳＵＳ材製ボード９にポリスチレ
ンシート８を圧着し、段差３を有する半導体基板１の表
面にポリスチレンシート８が接触するように、半導体基
板１とＳＵＳ材製ボード９とを重ね合わせた後加熱処理
を施し、加熱処理後ＳＵＳ材製ボード９を半導体基板１
上から排除することにより半導体基板１上にポリスチレ
ンからなるレジスト層１８を形成し効率よく平坦化する
ことができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に従う平坦
化方法を用いれば、段差上に塗布されるレジストが厚い
膜厚を有した状態で保持され得る。その結果、段差を有
する基板が、その表面に形成されたレジストからなる層
によってほぼ完全に平坦化される。したがって、平坦化
された基板上にフォトリソグラフィによりレジストパタ
ーンを形成しても光の焦点位置にずれが生じることはな
く、高精度のレジストパターンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る平坦化方法の第１
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る平坦化方法の第２
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る平坦化方法の第３
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例に係る平坦化方法の第４
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る平坦化方法の第１
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る平坦化方法の第２
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例に係る平坦化方法の第３
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る平坦化方法の第４
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る平坦化方法の第５
の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施例に係る平坦化方法の第
１の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例に係る平坦化方法の第
２の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施例に係る平坦化方法の第
３の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図１３】本発明の第３の実施例に係る平坦化方法の第
４の工程を示す半導体装置の部分断面図である。

【図１４】従来の平坦化方法の第１の例を示す半導体装
置の部分断面図である。

【図１５】従来の平坦化方法の第２の例を示す半導体装
置の部分断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ レジスト剤 ３ 段差 ４ オリフィス ５ 第１のレジスト層 ６ 第２のレジスト層 ７ 第３のレジスト層 ８ ポリスチレンシート ９ ＳＵＳ材製ボード １０ 平坦化されたレジスト層 １１ 一方端部 １２ レジスト層 １３ 平坦化されたレジスト層 １８ ポリスチレンからなる層 ２０ 平坦化されたレジスト層 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 段差を有する基板にレジストを塗布して
   その表面を平坦化する方法であって、 前記基板上に１００ｃｐ以上の粘度を有するレジストを
   滴下し、所定の塗布手段を用いて、前記段差を埋めるよ
   うに前記レジストを前記基板の表面に塗布することを特
   徴とする平坦化方法。
2. 【請求項２】 段差を有する基板にレジストを塗布して
   その表面を平坦化する方法であって、 粘度の異なる２つ以上のレジストを用意し、 前記レジストを粘度の大きいものから順次前記基板上に
   塗布し、前記基板上に前記レジストからなる層を積層す
   ることを特徴とする平坦化方法。
3. 【請求項３】 段差を有する基板の表面を平坦化する方
   法であって、 平坦な面を備える剛性板にポリマーからなるシートを圧
   着し、 前記段差を有する基板の表面に、前記ポリマーからなる
   シートが接触するように前記基板と前記剛性板とを重ね
   合わせた後加熱処理を施し、 前記加熱処理後、前記剛性板を前記基板上から排除する
   ことにより、前記基板上にポリマーからなるレジスト層
   を形成することを特徴とする平坦化方法。