JPH10135198A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH10135198A
JPH10135198A JP28801296A JP28801296A JPH10135198A JP H10135198 A JPH10135198 A JP H10135198A JP 28801296 A JP28801296 A JP 28801296A JP 28801296 A JP28801296 A JP 28801296A JP H10135198 A JPH10135198 A JP H10135198A
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JP
Japan
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film
thin film
forming
insulating film
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP28801296A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuyuki Machida
克之 町田
Oku Kuraki
億 久良木
Kazuo Imai
和雄 今井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より簡便に表面の平坦な薄膜が形成できるよ
うにすることを目的とする。 【解決手段】 SOGによる絶縁膜3を塗布形成した
後、その表面にフィルム(平板)4をのせ、半導体基板
1を加熱しながら、その裏面より平面研磨した石英基板
を介して加重をすることで加圧して平坦化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高密度なLSI
の多層配線構造を構成する上で、特に、配線上に形成す
る絶縁膜を平坦に形成する薄膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高密度な集積回路を実現するためには、
多層配線技術が不可欠である。この多層配線を実現する
ためには、絶縁膜の表面を完全に平坦化する必要があ
る。これまでに、この平坦化法の代表的な技術として、
SOG(Spin-On-Glass )法や、PIQ法(K.Sato,S.H
arada,A.Saiki,T.Kitamura,T.Okubo,and K.Mukai,"A No
vel Planar Multilevel Interconnection Technology U
tilizing Polyimide",IEEETrans.Part Hybrid Packag
e.,PHP-9,176(1973))、また、エッチバック法(P.Elik
ins,K.Reinhardt,and R.Layer,"A planarization proce
ss for double metalCMOS using Spin-on Glass as a s
acrificial layer,"Proceeding of 3rd International
IEEE VMIC Conf.,100(1986))、そして、リフトオフ法
(K.Ehara,T.Morimoto,S.Muramoto,and S.Matsuo,"Plan
ar Interconnection Technology for LSI Fabrication
Utilizing Lift-off Process",J.Electrochem Soc.,Vo
l.131,No.2,419(1984).)などが検討されてきた。
【0003】SOG法に関して、これはSOG膜の流動
性を利用した平坦化法であるが、これ自身で完全平坦化
を実施することは不可能である。また、エッチバック法
は、もっとも多く使われている技術であるが、レジスト
と絶縁膜とを同時にエッチングすることによるダスト発
生の問題があり、ダスト管理の点で容易な技術ではな
い。そして、リフトオフ法は、使用するステンシル材が
リフトオフ時に完全に溶解しないためにリフトオフでき
ないなどの問題を生じ、制御性や歩留りが不完全なた
め、実用化に至っていない。
【0004】以上の平坦化技術に対して、バイアススパ
ッタ法が提案されている(C.Y.Ting, V.J.Vivalda,and
H.G.Schaefer,"Study of Planarized Sputter-Deposite
d-SiO2",J.Vac.Sci.Technol.15,1105(1978).)。また、
バイアス印加を用いてさらに微細な配線に適用するため
の方法として、バイアスECR法による平坦化の技術が
提案されている(K.Machida and H.Oikawa,"SiO2 Plana
rization TechnologyWith Biasing and Electron Cyclo
toron Resonance Plasma Deposition for Submicron In
terconnections",J.Vac.Sci.Technol.B4,818(1986))。
【0005】これらの方法は、スパッタ法やECRプラ
ズマCVD法で成膜を行う中で、基板にRFバイアスを
印加し、試料基板上でスパッタリングを起こすようにし
ている。これは、基板上でのスパッタリングの角度依存
性を利用して、凸部をエッチングしながら成膜を行い、
平坦化を実現するものである。これらの技術の特徴とし
て、膜質は低温で形成されていても良質であることや、
平坦化プロセスが容易で簡単であることなどが挙げられ
る。しかし、これら2つの技術だけで、完全に平坦化を
実現しようとするとスループットが低いことや、素子へ
のダメージの問題などが生じた。
【0006】そして、1990年代に入って、層間膜の
表面平坦化法として、研磨法が提案された(W.J.Patric
k, W.L.Guthrie, C.L.Standley, P.M.Schiable,"Applic
ation of Chemical Mechanical Polishing to the Fabr
ication of VLSI Circutit Interconnections",J.Elect
rochem.Soc.,Vol.138,No.6,June,1778(1991).)。この
研磨法は、良好な平坦性を得られることで注目された技
術である。しかし、絶縁膜の膜質が悪いと良好な研磨特
性が得られないため、低温で形成できる良質な絶縁膜が
必要なことや、研磨特性が不安定であるなどの問題があ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上示したように、表
面が平坦な状態で薄膜を形成する技術がいろいろと検討
されているが、それだけで完全平坦化を実施することは
不可能であったり、ダスト管理の点で容易な技術ではな
かったり、制御性や歩留りが不完全なため完全に平坦化
を実現しようとするとスループットが低いなどの問題が
あった。また、素子へのダメージの問題などが生じた
り、低温で形成できる良質の絶縁膜が必要であったり、
研磨特性が不安定であるなどの問題があった。この発明
は、以上のような問題点を解消するためになされたもの
であり、より簡便に表面の平坦な薄膜が形成できるよう
にすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の薄膜形成方法
は、まず、所望とする材料を含む塗布溶液を基板上に塗
布して塗布膜を形成し、その塗布膜表面に平板表面を押
しつけることにより、前述した材料からなる薄膜を基板
上に形成するようにした。したがって、形成された薄膜
表面の状態には、平板表面の状態が反映されることにな
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態1 図1は、この発明の第1の実施の形態における薄膜形成
方法を示す説明図である。図1(a)に示すように、半
導体基板1上に配線2を形成する。この、配線2の形成
では、まず、半導体基板1上にAl膜をスパッタ法で膜
厚0.5μmに形成する。この後、フォトリソグラフィ
技術とドライエッチング技術によりAl膜を加工し、配
線2のパターンを形成した。次に、図1(b)に示すよ
うに、塗布法を用いてSOGによる絶縁膜3を形成す
る。絶縁膜3の形成では、以下の化1で示されるSOG
材料のポリシラザンの1種または2種以上を含むシリカ
系絶縁膜形成用塗布液を用いた。そして、この塗布液を
配線2を含む半導体基板1上に塗布することで絶縁膜3
を形成した。
【0010】
【化1】
【0011】ここで、上記化1において、R1,R2,
R3は、それぞれ独立した水素原子または炭素原子数1
〜8のアルキル基、アリール基、およびアルコキシル基
である。この材料を用いた理由は、1.0μm以上の膜
厚と加熱時の流動性を必要としたからである。なお、厚
く形成できて流動性を有するSOG膜で有れば、他のS
OG材料であっても用いることができることはいうまで
もない。
【0012】なお、この実施の形態1では、絶縁膜3を
膜厚1.2μmに形成した。また、図1(b)に示すよ
うに、塗布法により形成した場合、絶縁膜3の表面が完
全に平坦化されていない。次に、絶縁膜3の表面を平坦
化するため、図1(c)に示すように、絶縁膜3表面に
フィルム(平板)4をのせてこれを介して絶縁膜3を加
圧して平坦化を行った。ここでは、フィルム4として熱
可塑性合成樹脂のフィルムを用いた。具体的には、ポリ
テトラフルオロエチレン(PTFE)フィルムを用い
た。なお、フィルムに替わりの平板として、平面研磨し
た石英基板上に液状のPTFEを塗布してPTFEの薄
膜を形成した板を用いてもよい。このように、フッ素系
合成樹脂面を押しつける面とすれば、剥離性の向上が期
待できる。なお、フィルムを用いた方が、後の工程にお
ける剥離を容易にする場合がある。
【0013】そして加圧は、半導体基板1を加熱しなが
ら、その裏面より平面研磨した石英基板を介して加重を
することで行った。なお、加熱は、絶縁膜3のリフロー
を生じさせるために行うものである。また、平坦化処理
は真空排気された減圧下で行った。真空排気された雰囲
気でそれらの処理をすることにより、絶縁膜からの脱ガ
スで生じる絶縁膜表面とフィルム4との間の気泡発生を
回避できた。このとき到達真空度としては、10Tor
r以下の設定で行った。また、加重は5kg重とし、加
熱温度は110℃とし、加圧は10分間行った。
【0014】なお、加圧の方法として、加熱しながら加
重をかけるようにしたが、これに限るものではなく、他
の物理的もしくは機械的な方法で加圧するようにしても
よいことはいうまでもない。ついで、この加圧工程の
後、フィルム4を取り除き、図1(d)に示すように、
表面が平坦となった絶縁膜5が形成された。ついで、こ
の工程の後、SOG膜からなる平坦化された絶縁膜5の
焼成を行った。このアニールとして、窒素雰囲気中で4
00℃,30分間の加熱処理を行った。
【0015】上述したように、この実施の形態1によれ
ば、形成された膜の表面が容易に平坦化できる。従来の
平坦化方法では、エッチングなどの削ることにより平坦
化を行うのが主流の技術であり、その結果エッチングに
よるダスト発生や、エッチングの不安定性などが大きな
問題となっていた。しかし、この実施の形態1では、本
質的に削る概念がないためダスト発生の問題もなく、ま
た、塗布液による薄膜を用いるために、その流動性によ
り狭い配線間や穴などへの埋め込み性にも優れている。
このため、所望の配線構造上に平坦化された絶縁膜が得
られることになる。したがって、多層配線として安定で
信頼度の高い構造が得られる。すなわち、この実施の形
態によれば、容易に平坦化を実現でき信頼性の高い多層
配線構造を得られる。
【0016】実施の形態2 次に、この発明の第2の実施の形態について、図2を用
いて説明する。図2(a)は上記実施の形態1と同様で
あり、半導体基板1上に配線2を形成する。この、配線
2の形成では、まず、半導体基板1上にAl膜をスパッ
タ法で膜厚0.5μmに形成し、この後、フォトリソグ
ラフィ技術とドライエッチング技術により配線2のパタ
ーンを形成した。次に、図2(b)に示すように、第一
の絶縁膜として絶縁膜6を形成した後、第二の絶縁膜と
して塗布法を用いてSOGの絶縁膜7を形成する。絶縁
膜6を形成する目的は、まず、金属配線に塗布液が直接
触れることによる金属の酸化抑制がある。また、本来、
SOG膜は吸湿性が高いので、水分拡散による配線や素
子への影響を抑制することがその目的である。
【0017】そして、この実施の形態2では、その絶縁
膜6をブラズマCVD法を用いて形成した。また、プラ
ズマCVD法として、電子サイクロトロン共鳴法(EC
RプラズマCVD法)によるプラズマ生成法を用いた。
すなわち、ここでは、ECRプラズマCVD法により絶
縁膜6を形成した。この絶縁膜6の形成では、まず、
0.1μmのSiO2 膜を形成している。この形成条件
としては、原料ガスとしてシランと酸素ガスを用い、ガ
ス圧1.0mTorr,マイクロ波パワー900Wとし
た。ここで、ECRプラズマCVD法においてrfバイ
アスを印加しながら膜形成を行ってもよい。また、他の
プラズマCVD法および熱CVD法により絶縁膜6の形
成が可能であることは言うまでもないことである。
【0018】次に、絶縁膜7の形成に関して説明する。
この絶縁膜7は、前述した実施の形態1における絶縁膜
3(図1)と同様に、SOG材料であるシリカ系絶縁膜
形成用塗布液を、絶縁膜6上に塗布することで形成し
た。この実施の形態2では、絶縁膜7を1.1μmの膜
厚で形成した。ここで、図2(b)に示すように、絶縁
膜7を塗布法により形成すると、絶縁膜7の表面が完全
に平坦化されていない。そこで、絶縁膜7の表面を平坦
化するために、前述した実施の形態1と同様に、絶縁膜
7の表面をフィルム(平板)4を介して加圧し、その平
坦化を行った(図2(c))。その結果、図2(d)に
示すように、表面が平坦となった絶縁膜8が絶縁膜6上
に形成された。図2(d)からわかるように、この実施
の形態2により絶縁膜8の表面が容易に平坦化できるこ
とがわかる。
【0019】そして、図2(e)に示すように、絶縁膜
8上に第三の絶縁膜として絶縁膜9を形成した。この絶
縁膜9は、上述した絶縁膜6と同様に形成し、膜厚0.
1μmとした。以上示した構成により、この実施の形態
2によれば、前述した実施の形態1と同様に、所望の配
線構造上に平坦化された絶縁膜が得られる。そして、こ
の実施の形態2によれば、SOGからなる絶縁膜8を絶
縁膜6と絶縁膜9とで挟むようにしているので、SOG
材料が非常に吸湿性が高い材料の場合にその吸湿を防ぐ
ことができる。また、そのSOG材料からの水分拡散に
よる他の配線や素子への影響を抑制し、信頼性をより向
上させることができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の薄膜形
成方法では、まず、所望とする材料を含む塗布溶液を基
板上に塗布して塗布膜を形成し、その塗布膜表面に平板
表面を押しつけることにより、前述した材料からなる薄
膜を基板上に形成するようにした。したがって、形成さ
れた薄膜表面は、平板表面の状態が反映されることにな
る。この結果、この発明によれば、表面が平坦な平板を
用いることにより、より簡便に表面が平坦な薄膜が形成
できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施の形態における薄膜形
成方法を示す説明図である。
【図2】 この発明の第2の実施の形態における薄膜形
成方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…配線、3,5…絶縁膜、4…フィ
ルム。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望とする材料を含む塗布溶液を基板上
    に塗布して塗布膜を形成する塗布膜形成工程と、 その塗布膜表面に平板表面を押しつける平坦化工程とに
    より、 前記材料からなる薄膜を前記基板上に形成することを特
    徴とする薄膜形成方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜形成方法において、 前記塗布膜形成工程前に、水分の拡散を防ぐ第1の拡散
    防止層を前記基板上に形成し、この第1の拡散防止層上
    に前記薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の薄膜形成方法において、 前記第1の拡散防止層は、CVD法もしくはプラズマC
    VD法により形成した絶縁膜より構成されていることを
    特徴とする薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】 請求項2または3記載の薄膜形成方法に
    おいて、 前記薄膜上に、水分の拡散を防ぐ第2の拡散防止層を形
    成することを特徴とする薄膜形成方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の薄膜形成方法において、 前記第2の拡散防止層は、CVD法もしくはプラズマC
    VD法により形成した絶縁膜より構成することを特徴と
    する薄膜形成方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5いずれか1項記載の薄膜形
    成方法において、 前記平板としてフィルムを用いることを特徴とする薄膜
    形成方法。
  7. 【請求項7】 請求項1〜5いずれか1項記載の薄膜形
    成方法において、 前記平板として表面にフッ素系合成樹脂からなる膜を形
    成した石英基板を用いることを特徴とする薄膜形成方
    法。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7いずれか1項記載の薄膜形
    成方法において、 前記平坦化工程では、前記平板裏面より圧力を加えるこ
    とを特徴とする薄膜形成方法。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8いずれか1項記載の薄膜形
    成方法において、 前記平坦化工程は、減圧下で前記基板を加熱しながら行
    うことを特徴とする薄膜形成方法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6893805B2 (en) 2001-10-03 2005-05-17 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Substrate processing apparatus and substrate processing method
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JP2019012806A (ja) * 2017-07-03 2019-01-24 東京エレクトロン株式会社 塗布膜形成方法、塗布膜形成装置及び記憶媒体

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