JPH08293493A - 平坦化絶縁膜の形成方法 - Google Patents

平坦化絶縁膜の形成方法

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JPH08293493A
JPH08293493A JP9836395A JP9836395A JPH08293493A JP H08293493 A JPH08293493 A JP H08293493A JP 9836395 A JP9836395 A JP 9836395A JP 9836395 A JP9836395 A JP 9836395A JP H08293493 A JPH08293493 A JP H08293493A
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teos
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道博 菅野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロセスバラツキがあっても良好な平坦化形
状を有する絶縁膜を得ることができる平坦化絶縁膜の形
成方法を提供すること。 【構成】 まず図1(イ)、(ロ)に示す第1工程に
て、本発明の突出部となる配線2を覆う状態で基体1上
面に、酸化シリコン系材料膜であるP−TEOS膜3
と、有機SOG膜4と、無機SOG膜5とを順次積層形
成してこれらの積層体からなる絶縁膜6を得る。この有
機SOG膜4は、その形成材料がP−TEOS膜3の上
面に塗布された際、配線2に沿って形成されるP−TE
OS膜3の突出部分3bにおける上側から下側に自重に
より流動する粘性を有しているものである。そして図1
(ハ)、(ニ)に示す第2工程にて、絶縁膜6をエッチ
バックして平坦化絶縁膜7を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
において、配線等の突出部が形成された基体上に平坦化
絶縁膜を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程における平坦化絶
縁膜の形成方法には、以下のような方法がある。例えば
アルミニウム(以下、Alと記す)の配線が高密度で配
列されたラインアンドスペース部(以下、L/S部と記
す)と配線が配置されていないフィールド部とを有する
基体上面に平坦化絶縁膜を形成する場合、まずCVD法
によって、配線を覆うように絶縁膜であるプラズマ−テ
トラエトシキシラン膜(以下、P−TEOS膜と記す)
を形成する。このときP−TEOS膜は基体上面に沿っ
て形成されることから、P−TEOS膜には配線間の溝
に沿う凹部が形成される。
【0003】次いでこの凹部を十分埋め込むようにP−
TEOS膜上に有機系絶縁材料を回転塗布し、有機スピ
ンオンガラス膜(以下、有機SOG膜と記す)を形成す
る。そして、P−TEOS膜と有機SOG膜とからなる
絶縁膜をエッチバックし、表面が平坦化された平坦化絶
縁膜を得る。
【0004】また、上記有機SOG膜の代えて、P−T
EOS膜上に無機スピンオンガラス膜(以下、無機SO
G膜と記す)を形成し、その後、P−TEOS膜と無機
SOG膜とからなる絶縁膜をエッチバックして平坦化絶
縁膜を得る方法も知られている。現在、ASIC4世代
では、前者の有機SOG膜を用いる方法が主流となって
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た平坦化絶縁膜の形成方法では以下のような課題があ
る。まず前者の有機SOG膜を用いた場合では、平坦化
絶縁膜に形成したコンタクトホールの側壁に有機SOG
膜が露出すると、有機SOG膜からの脱ガス等によって
コンタクトホール内に埋込まれたAl等の配線が腐食す
る、いわゆるポイズンドビアが発生してしまい、コンタ
クト不良を招くおそれがある。
【0006】また絶縁膜のエッチバック時に、配線が配
置されていないフィールド部で有機SOG膜がすべてエ
ッチングされて下層のP−TEOS膜が露出すると、L
/S部のP−TEOS膜の凹部内に埋め込まれている有
機SOG膜のエッチレートが急激に上昇する、いわゆる
増速エッチが発生してしまい、平坦化絶縁膜の平坦性が
低下する。この増速エッチの発生を防止するためにはエ
ッチング量を高精度に制御する必要があり、したがって
エッチング量のバラツキに対するマージンが小さいもの
となっている。
【0007】また、有機SOG膜は無機SOG膜に比較
して厚く塗布できるため、これを回転塗布することによ
り、配線等によって基体上面に形成された溝等を十分に
埋めることができるという利点がある。ところが、一般
に膜厚を厚くするするほど膜厚のバラツキが大きくな
り、これに伴ってエッチバック量のバラツキも大きくな
ることから、前記溝等を埋めるべく膜厚を厚くすると、
絶縁膜の平坦性のバラツキも大きくなり、良好な平坦化
形状が得られなくなる。
【0008】一方、後者の無機SOG膜を用いた場合で
は、通常、回転塗布後に行う熱処理時等にクラックが発
生し易いため厚く塗布できない。したがって配線等によ
って基板上面に形成された溝等の深さが深いと、無機S
OG膜のみではこの溝等を十分に埋めることが困難であ
る。また無機SOG膜は、吸水性および脱水性を有して
いるので、デバイス特性に悪影響を与えるおそれがあ
る。
【0009】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、たとえプロセスバラツキがあっても良好
な平坦化形状を有する絶縁膜を得ることができる平坦化
絶縁膜の形成方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、突出部を有す
る基体上面に平坦化絶縁膜を形成する方法においてなさ
れたものである。すなわち、まず第1工程にて、突出部
を覆う状態で基体上面に酸化シリコン系材料膜と、有機
SOG膜と、無機SOG膜とを順次積層形成してこれら
の積層体からなる絶縁膜を得る。上記有機SOG膜は、
その形成材料が酸化シリコン系材料膜の上面に塗布され
た際、突出部に沿って形成される酸化シリコン系材料膜
の突出部分における上側から下側に自重により流動する
粘性を有しているものである。そして第2工程にて、上
記絶縁膜をエッチバックして平坦化絶縁膜を形成する。
【0011】
【作用】本発明によれば、有機SOG膜の形成材料が、
酸化シリコン系材料膜の上面に塗布された際、突出部に
沿って形成される酸化シリコン系材料膜の突出部分にお
ける上側から下側に自重により流動する粘性を有してい
るため、上記突出部分の上側に塗布された有機SOG膜
の膜厚は、該形成材料の流動によって、突出部が形成さ
れてない基体直上の有機SOG膜の膜厚よりも薄くな
る。その結果、突出部直上のSOG膜全体の膜厚は、突
出部が形成されていない基体直上のSOG膜全体の膜厚
より薄く形成される。したがって、突出部直上のSOG
膜がなくなるようにエッチバックを行うと、突出部直上
のSOG膜のエッチバック量が少なくてすみ、突出部直
上部分のエッチバック量のバラツキが小さくなる。
【0012】また基体上面に突出部が複数配置されて突
出部間に溝が形成されている場合、突出部に沿って形成
される酸化シリコン系材料膜の突出部分間にも凹部が形
成されており、この凹部内には回転塗布によって有機S
OG膜と無機SOG膜とが流れ込んで溜まり、結果とし
て凹部内に埋め込まれる。このため、突出部直上のSO
G膜がなくなるまでエッチバックを行ってその下層の酸
化シリコン系材料膜を露出させても、凹部内には無機S
OG膜が残っていることから、その下層の有機SOG膜
は増速エッチによってエッチングされない。したがっ
て、凹部の埋め込みのバラツキが小さくなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の平坦化絶縁膜の形成方法の一
実施例を図1に基づいて説明する。図1に示すように、
基体1の上面は、本発明の突出部となる配線2が後述す
るごとく形成されているラインアンドスペース部(以
下、L/S部と記す)(a)およびパッド部(b)と、
配線2が形成されていないフィールド部(c)とを有し
ている。
【0014】すなわち、L/S部(a)において配線2
は、0.6μm程度の幅に形成されているとともに、
0.6μm程度の間隔でライン状に配列されており、ま
たパッド部(b)において配線2は幅100μm程度の
島状に形成されている。これらL/S部(a)およびパ
ッド部(b)を構成する配線2は、例えば基体1の上面
にバリアメタル層2a、アルミニウム(以下、Alと記
す)層2b、反射防止膜2cがこの順に積層されて構成
されており、厚みが0.6μm程度となっている。そし
てフィールド部(c)は、上記の配線2が形成されてい
ないことから、突出部のないほぼ平坦な領域となってい
る。
【0015】このような基体1の上面に平坦化絶縁膜を
形成する場合、まず第1工程として、プラズマCVD法
により、図1(イ)に示すごとく基体1の上面に酸化シ
リコン系材料膜であるP−TEOS膜3を形成する。こ
のとき、配線2を覆うようにP−TEOS膜3を形成す
るとともに、P−TEOS膜3の膜厚を300nm程度
にする。このP−TEOS膜3は基体1上面に沿って形
成されることから、P−TEOS膜3には配線2間の溝
形状に沿って凹部3aが形成され、かつ配線2の突出形
状に沿う突出部分3bが形成される。
【0016】次いで図1(ロ)に示すように、P−TE
OS膜3上に有機系絶縁材料を回転塗布して熱処理し、
有機SOG膜4を形成する。続いて有機SOG膜4上に
無機系絶縁材料を回転塗布した後、熱処理して無機SO
G膜5を形成し、P−TEOS膜3、有機SOG膜4お
よび無機SOG膜5からなる絶縁膜6を得る。この有機
SOG膜4および無機SOG膜5の形成は、P−TEO
S膜3の凹部3aをほぼ埋め込むように行い、例えばフ
ィールド部(c)において有機SOG膜4の膜厚が23
0nm程度、無機SOG膜5の膜厚が130nm程度と
なるように形成する。
【0017】上記有機SOG膜4の形成材料である有機
系絶縁材料は、例えばRn Si(OR)m (OH)
4-m-n (R:炭化水素基)で示されるシラノール化合物
を主成分とする材料からなり、回転塗布後の熱処理によ
って有機成分が残っている有機SOG膜4が形成される
ものである。またこの有機系絶縁材料は、P−TEOS
膜3上に回転塗布された際、P−TEOS膜3の突出部
分3bにおける上側から下側に自重により流動する粘
性、例えば3cP程度の低粘性を有している。
【0018】したがって、P−TEOS膜3の突出部分
3bの上側に塗布された有機系絶縁材料は、硬化前にそ
こからパッド部(b)の周辺に向けて自重により流れる
ため、パッド部(b)において、P−TEOS膜3の突
出部分3bの上側に形成された有機SOG膜4(以下、
パッド部(b)の有機SOG膜4と記す)の膜厚tは、
フィールド部(c)に形成された有機SOG膜4の膜厚
r、すなわち230nmより薄くなっている。
【0019】なお、L/S部(a)においては、この部
分に塗布される有機系絶縁材料が回転塗布によってP−
TEOS膜3の凹部3a内に流れ込んで溜まり、結果と
して前記凹部3a内に埋め込まれることとなるため、P
−TEOS膜3の突出部分3bの上側には有機SOG膜
4が極薄く存在している状態となっている。
【0020】一方、無機SOG膜5の形成材料である無
機系絶縁材料は、例えばSi(OH)4 を主成分とする
材料からなり、回転塗布後の熱処理によって有機成分を
基本的に含まない無機SOG膜5が形成されるものであ
る。この無機系絶縁材料は、P−TEOS膜3上に回転
塗布された際、自重によってほとんど流動しない程度の
粘性、例えば4cP程度の粘性を有している。
【0021】したがってパッド部(b)において、有機
SOG膜4の上面に形成された無機SOG膜5(以下、
パッド部(b)の無機SOG膜5と記す)は、フィール
ド部(c)に形成された無機SOG膜5の膜厚とほぼ同
じ膜厚に形成されているため、パッド部(b)のSOG
膜全体の膜厚は、フィールド部(c)のそれによりも薄
くなっている。
【0022】またL/S部(a)において、無機系絶縁
材料は、有機SOG膜4によって十分埋め込まれていな
いP−TEOS膜3の凹部3a内に回転塗布によって流
れ込んで溜まり、結果として凹部3a内に埋め込まれる
こととなるため、P−TEOS膜3の突出部分3bの上
側に、有機SOG膜4を介して形成される無機SOG膜
5は、フィールド部(c)における無機SOG膜5の膜
厚よりも薄く形成されている。
【0023】このようにP−TEOS膜3、有機SOG
膜4および無機SOG膜5からなる絶縁膜6を得た後
は、第2工程として絶縁膜6のエッチバックを行う。こ
のエッチバックは、図1(ハ)に示すように、パッド部
(b)の無機SOG膜5と有機SOG膜4とが除去さ
れ、さらに図1(ニ)に示すようにL/S部(a)にお
ける無機SOG膜5が除去されるまで行う。エッチバッ
クの条件例を以下に示す。 エッチングガス ;CHF3 /CF4 /Ar ガス流量 ;CHF3 /CF4 /Ar=30/1
5/150sccm 雰囲気圧力 ; 20Pa エッチング速度 ; 240nm/min
【0024】上記したように、パッド部(b)の有機S
OG膜4の膜厚はフィールド部(c)のそれよりも薄い
ため、このエッチバックによりパッド部(b)の有機S
OG膜4が除去された時点で、つまりP−TEOS膜3
が露出した時点で、図1(ハ)に示すようにフィールド
部(c)には有機SOG膜4が残っている。またL/S
部(a)においては、P−TEOS膜3の突出部分3b
の上側に形成された薄い無機SOG膜5および有機SO
G膜4が除去され、さらにその下層のP−TEOS膜3
がエッチングされるが、P−TEOS膜3の凹部3a内
に埋め込まれた無機SOG膜5は除去されずに残ってい
る。
【0025】よって、図1(ハ)に示す時点では、パッ
ド部(b)においてP−TEOS膜3が露出したため増
速エッチが発生する状態となっているものの、L/S部
(a)のP−TEOS膜3の凹部3a内に無機SOG膜
5が残っているため、凹部3a内に有機SOG膜4は増
速エッチの影響を受けない。
【0026】さらに図1(ニ)に示すようにL/S部
(a)の無機SOG膜5が除去されるまでエッチバック
を続けると、L/S部(a)のP−TEOS膜3の突出
部分3bの上側がさらに若干削られてその膜厚が薄くな
る。またフィールド部(c)の有機SOG膜4が除去さ
れるとともに、パッド部(b)におけるP−TEOS膜
3の突出部分3bの上側が若干エッチングされてその部
分の膜厚が薄くなる。
【0027】しかしながら、上述したようにL/S部
(a)において、P−TEOS膜3の凹部3a内に埋め
込まれている有機SOG膜4は、無機SOG膜5が除去
されるまで増速エッチによる影響を受けず、無機SOG
膜5が除去された時点でその影響を受けることになるこ
とから、凹部3a内に埋め込まれている有機SOG膜4
のエッチング量が抑えられるので、P−TEOS膜3の
凹部3a内の埋め込みのバラツキ、すなわちギャップフ
ィルのバラツキが小さくなる。
【0028】またパッド部(b)における有機SOG膜
4と無機SOG膜5とを合わせたSOG膜(以下、単に
SOG膜と記す)の膜厚がフィールド部(c)における
それよりも薄く形成されていることから、例えばパッド
部(b)の有機SOG4膜がなくなるようにエッチバッ
クを行うと、パッド部(b)のSOG膜のエッチバック
量が少なくてすみ、パッド部(b)のSOG膜のエッチ
バック量のバラツキが小さくなる。その結果、絶縁膜6
において最も上側の面がバラツキの小さい平坦面に形成
されるので、最終的に良好な平坦化形状を有する平坦化
絶縁膜7が得られる。さらにパッド部(b)におけるS
OG膜のエッチバック量のバラツキが小さく抑えられる
ことから、増速エッチによる影響が抑えられるので、平
坦化絶縁膜7の平坦性を向上させることができる。
【0029】なお、上記のエッチバックでは、パッド部
(b)においてP−TEOS膜3が露出した時点で、無
機SOG膜5に対するP−TEOS膜3のエッチング選
択比を1.2程度まで下げることが可能である。この場
合には、P−TEOS膜3と無機SOG膜5とを同程度
にエッチングすることが可能となるため、平坦化絶縁膜
7の平坦性をさらに向上させることができる。
【0030】上記のように平坦化絶縁膜7を得た後は、
さらにその表面の平坦化形状を良好にすべく図1(ホ)
に示すように再び上記の第1工程と同様にして、基体1
上に平坦化絶縁膜7を介してP−TEOS3、有機SO
G膜4および無機SOG膜5からなる絶縁膜8を形成す
る。そして、図1(ヘ)に示すようにパッド部(b)に
おいて絶縁膜8中のP−TEOS膜3が露出するまで絶
縁膜8をエッチバックする。このように上記の第1工程
および第2工程を繰り返し行えば、上述と同様の理由に
よりさらに平坦化形状の良好な平坦化絶縁膜9を得るこ
とができる。
【0031】以上のようにこの実施例では、有機SOG
膜4の形成材料に低粘性の有機系絶縁材料を用いること
から、パッド部(b)のSOG膜全体の膜厚を、フィー
ルド部(c)におけるそれよりも薄く形成できるので、
パッド部(b)の有機SOG膜4がなくなるまエッチバ
ックを行うと、パッド部(b)のSOG膜のエッチバッ
ク量が少なくてすみ、パッド部(b)のSOG膜のエッ
チバック量のバラツキが小さくなる。その結果、絶縁膜
8において最も上側の面がバラツキの小さい平坦面に形
成されるので、最終的に平坦性の良好な平坦化絶縁膜9
を得ることができる。しかも、またパッド部(b)のS
OG膜のエッチバック量のバラツキが小さいことから増
速エッチの影響も少なくなるので、平坦化絶縁膜9の平
坦性を向上させることができる。
【0032】またパッド部(b)において有機SOG4
膜がなくなるまでエッチバックした時点で、L/S部
(a)においてP−TEOS膜3の凹部3a内に埋め込
まれている有機SOG膜4は、その上層の無機SOG膜
5により増速エッチの影響を受けないことからエッチバ
ック量が抑えられるため、P−TEOS膜3の凹部3a
内の埋め込みのバラツキを小さくすることができる。よ
って、このことによっても平坦性が向上した平坦化絶縁
膜9を形成することができる。
【0033】さらにパッド部(b)においては、エッチ
バック終了時には有機SOG膜4および無機SOG膜5
がすべてエッチングされて除去されるため、無機SOG
膜5特有のクラックの発生や、吸水性、脱水性の問題を
防ぐことができる。またパッド部(b)にコンタクトを
形成する場合、有機SOG膜に起因するポイズンドビア
の発生が防げるため、コンタクト不良も防止される。
【0034】したがって上記実施例方法は、エッチバッ
ク等のプロセスバラツキがあっても良好な平坦化形状を
有する平坦化絶縁膜を形成できるので、平坦化絶縁膜の
安定した生産が可能となるとともに、デバイス特性に悪
影響を及ぼさない平坦化絶縁膜を形成できるので、デバ
イス特性の良好な半導体装置を製造するうえで非常に有
効である。
【0035】なお、本実施例では、第1工程と第2工程
とを1サイクルとして2サイクル行った場合について述
べたが、1サイクル行った段階で十分に良好な平坦化形
状を有する平坦化絶縁膜が形成できれば特に2サイクル
行う必要がない。また1サイクル行った後、従来の有機
SOG膜を用いた平坦化プロセスを行うこともできる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、有
機SOG膜の形成材料が自重により流動する粘性を有し
ているので、突出部直上のSOG膜全体の膜厚を、突出
部が形成されていない基体直上のSOG膜全体の膜厚よ
り薄く形成できる。よって、例えば突出部上面のSOG
膜が除去されるまでエッチバックすると、突出部直状の
SOG膜のエッチバック量が少なくてすみ、突出部直上
の部分のエッチバック量のバラツキを小さく抑えること
ができる。よって、基体上面に形成された絶縁膜におい
て最も上側の面をバラツキの小さい平坦面に形成できる
ので、最終的に平坦性の良好な平坦化絶縁膜を得ること
ができる。しかも、突出部直上の部分のSOG膜のエッ
チバック量のバラツキが小さいことから増速エッチの影
響も抑えることができるので、平坦化絶縁膜の平坦性を
向上させることができる。
【0037】また基体上面に突出部が複数配置されて突
出部間に溝が形成されている場合、突出部に沿って形成
される酸化シリコン系材料膜の凹部内には有機SOG膜
と無機SOG膜とが埋め込まれることから、エッチバッ
クの際、凹部内の無機SOG膜によってその下層の有機
SOG膜の増速エッチによるエッチングを抑えることが
できる。よって、凹部の埋め込みのバラツキを小さく抑
えることができるので、このことによっても平坦性が向
上した平坦化絶縁膜を形成することができる。したがっ
て本発明によれば、プロセスバラツキがあっても良好な
平坦化形状を有する平坦化絶縁膜を形成できるので、平
坦化絶縁膜の安定した生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(イ)〜(ヘ)は本発明に係る平坦化絶縁膜の
形成方法の一実施例を工程順に示す説明図である。
【符号の説明】
1 基体 2 配線(突出部) 3 P−TEOS膜(酸化シリコン系材料膜) 3b 突出部分 4 有機SOG膜 5 無機SOG膜 6、8 絶縁膜 7、9 平坦化絶縁膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 突出部を有する基体上面に平坦化絶縁膜
    を形成する方法において、 前記突出部を覆う状態で前記基体上面に酸化シリコン系
    材料膜と、有機スピンオンガラス膜と、無機スピンオン
    ガラス膜とを順次積層形成してこれらの積層体からなる
    絶縁膜を得る第1工程と、 前記絶縁膜をエッチバックする第2工程とを有し、 前記有機スピンオンガラス膜は、その形成材料が前記酸
    化シリコン系材料膜の上面に塗布された際、前記突出部
    に沿って形成される酸化シリコン系材料膜の突出部分に
    おける上側から下側に自重により流動する粘性を有して
    いることを特徴とする平坦化絶縁膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記第2工程のエッチバックは、前記無
    機スピンオンガラス膜が除去されるまで行うことを特徴
    とする請求項1記載の平坦化絶縁膜の形成方法。
JP9836395A 1995-04-24 1995-04-24 平坦化絶縁膜の形成方法 Pending JPH08293493A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005115362A (ja) * 2003-09-19 2005-04-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 表示装置及び表示装置の作製方法
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