JPH11204638A

JPH11204638A - 平坦化方法、パターン形成方法およびパターン加工方法

Info

Publication number: JPH11204638A
Application number: JP362398A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sato; 康彦佐藤; Hideto Matsuyama; 日出人松山; Junichiro Iba; 淳一郎井場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】平坦化特性に優れしかもレジストに対して選
択性よくエッチングすることを可能とする。【解決手段】段差を有する基板１１上にシリコンとシ
リコンとの結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含
む溶液を塗布して有機シリコン膜１３を形成する工程
と、有機シリコン膜１３を加熱する工程と、加熱処理さ
れた有機シリコン膜１３上にレジストパターン１４を形
成する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
等に用いる平坦化方法、パターン形成方法およびパター
ン加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製造工程におけるフォトリソグラ
フィー工程では、段差を有する被加工膜上にレジストを
塗布して、レジストをパターニングする工程が多く存在
する。しかしながら、レジストパターンの膜厚の微細化
に伴いフォーカスマージンが狭まり、段差を有する基板
上で寸法制御性良くレジストパターンを形成することが
困難になっている。

【０００３】このような問題を解決するために、ノボラ
ック、ポリスチレンなどの有機材料を段差を有する基板
上に塗布して平坦化層を形成する方法が提案されてい
る。しかしながら、これらの材料では平坦化特性が悪い
ため、厚い膜厚で有機材料を塗布する必要がある。ま
た、レジストとこれら有機材料のエッチングレートがほ
ぼ等しいため、平坦化層のエッチングの途中でレジスト
がなくなったり、平坦化層が異方性良くエッチングでき
ないなどの問題が生じる。特に、フォーカスマージン、
露光量裕度などのプロセスマージンを向上させるために
レジストを薄膜化した場合、このような問題は顕著にな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の平
坦化層を用いた平坦化方法では、平坦化特性が悪く、ま
たレジストに対して選択性よくエッチングすることが困
難であった。

【０００５】本発明はこのような従来の問題に対してな
されたものであり、平坦化特性に優れ、しかもレジスト
に対して選択性よくエッチングすることが可能な平坦化
方法等を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る平坦化方法
は、段差を有する基板上にシリコンとシリコンとの結合
を主鎖に有する有機シリコン化合物を含む溶液を塗布し
て有機シリコン膜を形成することを特徴とする。

【０００７】前記工程の後、前記有機シリコン膜を加熱
する工程をさらに有することが好ましい。このときの加
熱温度は、有機シリコン化合物のガラス転移温度以上で
あることが好ましい。

【０００８】また、前記溶液が有機シリコン化合物を架
橋させる架橋剤を含んでいることが好ましい。

【０００９】本発明に係るパターン形成方法は、段差を
有する基板上にシリコンとシリコンとの結合を主鎖に有
する有機シリコン化合物を含む溶液を塗布して有機シリ
コン膜を形成する工程と、前記有機シリコン膜を加熱す
る工程と、加熱処理された有機シリコン膜上にレジスト
パターンを形成する工程とを有することを特徴とする。

【００１０】後述の実施形態の項で詳述するように、シ
リコンとシリコンとの結合を主鎖に有する有機シリコン
化合物（例えばポリシラン）を含む溶液を段差を有する
基板上に塗布して有機シリコン膜を形成すると、薄い膜
厚でも十分な平坦化を達成することができる。また、前
記有機シリコン膜はレジストに対して選択性よくエッチ
ングすることができるため、レジストをエッチングマス
クとして有機シリコン膜をエッチングする際に、レジス
トの厚さを薄くしてもレジストが途中で削れてなくなる
ことなく有機シリコン膜をエッチングすることができ
る。

【００１１】なお、有機シリコン膜を加熱処理、特にガ
ラス転移温度以上で加熱処理して有機シリコン膜をリフ
ローさせることにより、より薄い塗布膜厚で平坦化を達
成することができる。また、有機シリコン化合物を含む
溶液に架橋剤を添加することにより、レジストの溶媒に
対して耐性を持たせることができるが、この場合にも塗
布特性の劣化を生じることなく同様の効果を得ることが
できる。

【００１２】本発明は、接続孔や配線溝の形成工程に対
して効果的である。例えば、デュアルダマシン法で埋め
込み配線を形成する際に必要な、接続孔を有する配線溝
を絶縁膜に形成する場合等に有効である。

【００１３】接続孔や配線溝の底部には通常、半導体
（例えばソース・ドレイン拡散層）や金属（例えば配線
用の金属）が露出しているが、このように下地が半導体
や金属である場合には、有機シリコン膜のエッチング時
に下地が同時にエッチングされ、良好な加工形状が得ら
れなくなる場合もある。このような場合には、下地上に
シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の薄膜ライナーを介
して有機シリコン膜を形成することにより、有機シリコ
ン膜のエッチング時に下地がエッチングされてしまうこ
とを防止することができる。

【００１４】なお、有機シリコン膜のエッチング方式と
しては、例えば反応性イオンエッチング、マグネトロン
型反応性イオンエッチング、電子ビームイオンエッチン
グ、ＩＣＰエッチング、ＥＣＲイオンエッチング等、微
細加工可能なものであれば特に限定されることはない。

【００１５】レジストとの選択比を維持するため、基板
（ウエハー）を設置した電極に印加する電力は１０Ｗ／
ｃｍ²以下に抑えることが好ましい。その理由は、前記
有機シリコン膜のエッチングはケミカルエッチングに近
いため、スパッタ性が強くなることでレジストのエッチ
ング速度が向上し選択比が低下するのを防止するためで
ある。また、プラズマ生成とバイアス生成が独立に行え
るような装置を用いる場合には、上記の理由により、バ
イアスを低くするとともに、イオンの数が過剰にならな
いようにプラズマ生成に用いる電力を抑える必要があ
る。そのため、プラズマ生成に用いる電力は、処理する
ウエハー面積に対して１０Ｗ／ｃｍ²以下に抑えるよう
にする。

【００１６】また、平坦化層のエッチングの際にウエハ
ーの温度は２０℃以上に保持することで寸法変換差のな
い加工を行うことができる。

【００１７】また、ソースガスとしては、フッ素、塩
素、臭素或いはヨウ素のなかの少なくとも一つ以上を含
むハロゲン系ガス、例えば、ＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ
₃、ＣＦ₃Ｃｌ、ＣＦ₂Ｃｌ₂、ＣＦ₃Ｂｒ、ＣＣ
ｌ₄、Ｃ₂Ｆ₅Ｃｌ₂、Ｃｌ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｂｒ₂、
Ｉ₂、ＳＦ₆、ＨＢｒ、ＨＩ、ＢＣｌ₃等を用いること
が好ましい。ハロゲン系ガスのなかでも、特に塩素或い
は臭素を含むガス、例えば、ＣＦ₃Ｃｌ、ＣＦ₂Ｃ
ｌ₂、ＣＦ₃Ｂｒ、ＣＣｌ₄、Ｃ₂Ｆ₅Ｃｌ₂、Ｃ
ｌ₂、ＳｉＣｌ₄、Ｂｒ₂、ＳＦ₆、ＨＢｒ、ＢＣｌ₃
等を用いることが望ましく、これらのガスを用いてエッ
チングすることで、異方性よく平坦化層をエッチングす
ることができる。また、ハロゲン系ガスは２種類以上を
混合して用いてもよく、ハロゲン系ガス以外のＨ₂、Ｏ
₂、Ｈｅ、Ｎ₂、Ａｒ等を添加してもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１９】まず、図１〜図４等を参照して本発明の第
１の実施形態を説明する。本実施形態は、デュアルダマ
シン法で埋め込み配線を形成する際に必要なコンタクト
ホールを有する溝を絶縁膜に形成する場合について示し
たものである。

【００２０】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１１に膜厚０．８μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂
膜）１２をＬＰＣＶＤ法で形成した。

【００２１】次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン
酸化膜１１にコンタクトホール１５を形成した。以下、
コンタクトホール１５の形成方法について説明する。

【００２２】ポリサルフォン１０ｇをシクロヘキサノン
９０ｇに溶解して作成した溶液材料をスピンコーテング
法で塗布した後、ホットプレートで１８０℃、９０秒間
加熱した。この時の反射防止膜の膜厚は６０ｎｍであ
る。次に、平均分子量２０，０００のポリビニルフェノ
ール樹脂５ｇ、平均重量分子量２７，０００のポリビニ
ルフェノールの水酸基の５０％がターシャリブトキシカ
ルボニル基で置換された抑止剤樹脂４．９７ｇ、酸発生
剤としてスルフォンイミド０．０３ｇを乳酸エチル９０
ｇに溶解して調整したレジスト溶液をスピンコーテング
法により塗布し、１１０℃で９０秒間のプリベークを行
い、膜厚０．４９μｍのレジストを形成した。そして、
ＫｒＦエキシマレーザーを光源とする縮小光学型ステッ
パー（ＮＡ＝０．５、σ＝０．５）を用いてパターン露
光を行った後、１１０℃で９０秒間のポストエクスポー
ジャーベークを行った。続いて、０．２１規定のＴＭＡ
Ｈ現像液を用いて現像処理を行い、直径０．１８μｍの
コンタクトホールパターンを形成した。その後、レジス
トパターンをエッチングマスクとしてシリコン酸化膜を
エッチングして、直径０．１８μｍ、深さ０．８０μｍ
のコンタクトホール１５を形成した。エッチング装置に
は反応性プラズマイオンエッチング装置を用い、ソース
ガスＣ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ＝２０／１００／１００（Ｓ
ＣＣＭ）、真空度３０ｍＴｏｒｒ、励起電力８００Ｗ、
基板温度６０℃のエッチング条件でエッチングを行っ
た。

【００２３】次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン
とシリコンとの結合を主鎖に有する有機シリコン化合物
を含有する溶液を、コンタクトホール１５を形成したシ
リコン酸化膜１２上に塗布して有機シリコン膜１３を形
成し、これを平坦化層として用いた。以下、有機シリコ
ン膜の形成方法について説明する。

【００２４】有機シリコン膜３の形成方法としては、溶
液を塗布する方法の他、ＣＶＤ法のような気相法により
成膜する方法も可能であるが、塗布法で有機シリコン膜
を形成することが好ましい。その理由は、塗布法は、Ｃ
ＶＤ法と比べプロセスが簡易であり、プロセスコストを
低くすることができるからである。

【００２５】ここで、塗布法による有機シリコン膜の形
成方法について詳述する。まず、シリコンとシリコンの
結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を有機溶剤に溶
解して溶液材料を作成する。シリコンとシリコンの結合
を主鎖に有する有機シリコン化合物としては、例えば一
般式（ＳｉＲ₁₁Ｒ₁₂）で表わすことができるポリシラン
があげられる（ここで、Ｒ₁₁およびＲ₁₂は、水素原子ま
たは炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の脂肪族炭化
水素または芳香族炭化水素などを示す）。ポリシランと
しては、単独重合体でも共重合体でもよく、２種以上の
ポリシランが酸素原子、窒素原子、脂肪族基、芳香族基
を介して互いに結合した構造を有するものでもよい。

【００２６】本発明に使用される有機シリコン化合物の
具体例を下記式［１−１］〜［１−１１４］に示す。な
お、式中、ｍ、ｎは、正の整数を表わす。

【００２７】

【化１】

【００２８】

【化２】

【００２９】

【化３】

【００３０】

【化４】

【００３１】

【化５】

【００３２】

【化６】

【００３３】

【化７】

【００３４】

【化８】

【００３５】

【化９】

【００３６】

【化１０】

【００３７】

【化１１】

【００３８】

【化１２】

【００３９】

【化１３】

【００４０】

【化１４】

【００４１】

【化１５】

【００４２】以上の化合物の重量平均分子量は、特に限
定されることはないが、２００〜１００，０００が好ま
しい。その理由は、分子量が２００未満では、レジスト
の溶媒に有機シリコン膜が溶解してしまい、一方、１０
０，０００を超えると、有機溶剤に溶解しにくくなり、
溶液材料を作成しにくくなるためである。有機シリコン
化合物は、一種類に限ることはなく、数種類の化合物を
混合してもよい。

【００４３】有機シリコン化合物に対しては、必要に応
じて、貯蔵安定性をはかるための熱重合防止剤、被加工
膜への密着性を向上させるための密着性向上剤、被加工
膜からレジスト膜中へ反射する光を防ぐために紫外光を
吸収する染料、ポリサルフォン、ポリベンズイミダゾー
ルなどの紫外光を吸収するポリマー、導電性物質、光や
熱により導電性が生じる物質、或いは有機シリコン化合
物を架橋させ得る架橋剤を添加してもよい。

【００４４】導電性物質としては、例えば、有機スルフ
ォン酸、有機カルボン酸、多価アルコール、多価チオー
ル（例えばヨウ素、臭素）、ＳｂＦ₅、ＰＦ₅、Ｂ
Ｆ₅、ＳｎＦ₅などがあげられる。光、熱などのエネル
ギーを加えることにより導電性が生じる物質としては、
炭素クラスタ（Ｃ₆₀、Ｃ₇₀）、シアノアントラセン、ジ
シアノアントラセン、トリフェニルピリウム、テトラフ
ルオロボレート、テトラシアノキノジメタン、テトラシ
アノエチレン、フタルイミドトリフレート、パークロロ
ペンタシクロドデカン、ジシアノベンゼン、ベンゾニト
リル、トリクロロメチルトリアジン、ベンゾイルペルオ
キシド、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ｔ−ブチル
ペオキシドなどがあげられる。

【００４５】架橋剤を添加する場合、有機シリコン化合
物は、主鎖のシリコンに水素が結合したものが好まし
い。このような有機シリコン化合物として、例えば式
［１−１］〜［１−２６］に記載の構造をあげることが
できる。

【００４６】架橋剤は、有機シリコン化合物を架橋させ
て、レジストと有機シリコン化合物とのミキシングを防
止するとともに、耐熱性を向上させるために加えられ
る。

【００４７】架橋剤としては、多重結合を有する有機物
を用いることができる。多重結合を有する有機物とは、
二重結合または三重結合を有する化合物、より具体的に
は、ビニル基、アクリル基、アリール基、イミド基、ア
セチレニル基などを有する化合物である。このような多
重結合を有する有機物は、モノマー、オリゴマー、ポリ
マーのいずれでもよい。

【００４８】このような多重結合を有する有機物は、熱
または光により有機シリコン化合物のＳｉ−Ｈ結合との
間で付加反応を起こし、有機シリコン化合物を架橋させ
る。なお、多重結合を有する有機物は、自己重合してい
てもよい。多重結合を有する有機物の具体例を以下に示
す。

【００４９】

【化１６】

【００５０】

【化１７】

【００５１】

【化１８】

【００５２】

【化１９】

【００５３】

【化２０】

【００５４】

【化２１】

【００５５】

【化２２】

【００５６】

【化２３】

【００５７】

【化２４】

【００５８】

【化２５】

【００５９】上述のように、有機シリコン化合物に対し
て多重結合を有する有機物を混合した場合、触媒として
ラジカル発生剤または酸発生剤を添加してもよい。これ
らのラジカル発生剤または酸発生剤は、多重結合を有す
る有機物とＳｉ−Ｈの付加反応または自己重合を助ける
役割を有する。

【００６０】ラジカル発生剤としては、アゾ化合物（例
えば、アゾビスイソブチロニトリル）、過酸化物、アル
キルアリールケトン、シリルペルオキシド、有機ハロゲ
ン化物などがあげられる。ラジカル発生剤は、光照射ま
たは加熱により分子中のＯ−Ｏ結合またはＣ−Ｃ結合が
分解してラジカルを発生する。ラジカル発生剤として
は、例えば化学式［４−１］〜［４−２４］により表さ
れるものがあげられる。

【００６１】ベンゾイルペルオキシド［４−１］ジターシャルブチルペルオキシド［４−２］ベンゾイン［４−３］ベンゾインアルキルエーテル［４−４］ベンゾインアルキルアリールチオエーテル［４−５］ベンゾイルアリールエーテル［４−６］ベンジルアルキルアリールチオエーテル［４−７］ベンジルアラルキルエタノール［４−８］フェニルグリオキサルアルキルアセタール［４−９］ベンゾイルオキシム［４−１０］トリフェニル−ｔ−ブチルシリルペルオキシド［４−１１］

【化２６】

【００６２】

【化２７】

【００６３】ラジカル発生剤のうち、有機ハロゲン化物
としては、一般式［４−１８］で表されるトリハロメチ
ル−ｓ−トリアジン（例えば米国特許第３７７９７７８
号明細書参照）が好ましい。一般式［４−１８］におい
て、Ｑは臭素または塩素、Ｒ¹¹は−ＣＱ₃、−ＮＨ₂、
−ＮＨＲ¹³、−ＯＲ¹³または置換もしくは非置換のフェ
ニル基、Ｒ¹²は−ＣＱ₃、−ＮＨ₂、−ＮＨＲ¹³、−Ｎ
（Ｒ¹³）₂、−ＯＲ¹³、−（ＣＨ＝ＣＨ）_n−Ｗまたは
置換もしくは非置換のフェニル基、（ここで、Ｒ¹³はフ
ェニル基、ナフチル基または炭素数６以下の低級アルキ
ル基、ｎは１〜３の整数、Ｗは芳香環、複素環、または
下記一般式で表される基である。）を示す。これらは、
場合によっては、多重結合を有する化合物を存在させな
くても、光または熱によりポリシランを架橋させること
もある。

【００６４】

【化２８】

【００６５】式中、Ｚは酸素または硫黄、Ｒ¹⁴は低級ア
ルキル基またはフェニル基を示す。

【００６６】一般式［４−１８］で表されるトリハロメ
チル−ｓ−トリアジンのうちでは、特に、Ｒ¹²が−（Ｃ
Ｈ＝ＣＨ）_n−Ｗであるビニルトリハロメチル−ｓ−ト
リアジン（例えば米国特許第３９８７０３７号明細書参
照）が好ましい。ビニルトリハロメチル−ｓ−トリアジ
ンは、トリハロメチル基と、トリアジン環と共役するエ
チレン性不飽和結合とを有し、光分解性を示すｓ−トリ
アジンである。

【００６７】なお、Ｗで表される芳香環または複素環に
は、以下のような置換基が導入されていてもよい。例え
ば、塩素、臭素、フェニル基、炭素数６以下の低級アル
キル基、ニトロ基、フェノキシ基、アルコキシ基、アセ
トキシ基、アセチル基、アミノ基およびアルキルアミノ
基などである。

【００６８】一般式［４−１８］で表されるトリハロメ
チル−ｓ−トリアジンを化学式［４−２５］〜［４−３
４］に、その他のラジカル発生剤を化学式［４−３５］
〜［４−３９］に示す。これらのハロゲン化物は、場合
によっては、多重結合を有する化合物を存在させなくて
も、光または熱によりポリシランを架橋させることもで
ある。

【００６９】

【化２９】

【００７０】

【化３０】

【００７１】酸発生剤としては、例えばオニウム塩、ハ
ロゲン含有化合物、オルトキノンジアジド化合物、スル
ホン化合物、スルホン酸化合物、ニトロベンジル化合物
があげられる。これらのうちでも、オニウム塩、オルト
キノンジアジド化合物が好ましい。

【００７２】オニウム塩としては、ヨードニウム塩、ス
ルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、アン
モニウム塩があげられる。好ましくは、化学式［４−４
０］〜［４−４２］で表される化合物があげられる。

【００７３】ハロゲン含有化合物としては、ハロアルキ
ル基含有炭化水素系化合物、ハロアルキル基含有炭化水
素系化合物、ハロアルキル基含有ヘテロ環状化合物など
があげられる。特に、化学式［４−４３］および［４−
４４］で表される化合物が好ましい。

【００７４】ジニンジアジド化合物としては、ジアゾベ
ンゾキノン化合物、ジアゾナフトキノン化合物などがあ
げられる。特に、化学式［４−４５］〜［４−４８］で
表される化合物が好ましい。

【００７５】スルホン化合物としては、β−ケトスルホ
ン、β−スルホニルスルホンなどがあげられる。特に、
化学式［４−４９］で表される化合物が好ましい。

【００７６】ニトロベンジル化合物としては、ニトロベ
ンジルスルホネート化合物、ジニトロベンジルスルホネ
ート化合物などがあげられる。特に、化学式［４−５
０］で表される化合物が好ましい。

【００７７】スルホン酸化合物としては、アルキルスル
ホン酸エステル、ハロアルキルスルホン酸エステル、ア
リールスルホン酸エステル、イミノスルホネートなどが
あげられる。特に、化学式［４−５１］〜［４−５３］
で表される化合物が好ましい。

【００７８】

【化３１】

【００７９】（式中、Ｒ¹⁴〜Ｒ¹⁶は互いに同一であって
も異なっていてもよく、それぞれ水素原子、アミノ基、
ニトロ基、シアノ基、置換もしくは非置換のアルキル基
またはアルコキシル基、ＸはＳｂＦ₆、ＰＦ₆、Ｂ
Ｆ₄、ＣＦ₃ＣＯ₂、ＣｌＯ₄、ＣＦ₃、ＳＯ₃、

【化３２】

【００８０】Ｒ¹⁷は水素原子、アミノ基、アニリノ基、
置換もしくは非置換のアルキル基またはアルコキシル
基、Ｒ¹⁸、Ｒ¹⁹は互いに同一であっても異なっていても
よく、それぞれ置換もしくは非置換のアルコキシル基、
Ｒ²⁰は水素原子、アミノ基、アニリノ基、置換もしくは
非置換のアルキル基またはアルコキシル基を示す。

【００８１】

【化３３】

【００８２】（式中、Ｒ²¹は、トリクロロメチル基、フ
ェニル基、メトキシフェニル基、ナフチル基またはメト
キシナフチル基を示す。）

【化３４】

【００８３】（式中、Ｒ²²〜Ｒ²⁴は、互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、ハロゲン
原子、メチル基、メトキシ基または水酸基を示す。）

【化３５】

【００８４】（式中、Ｒ²⁵は、−ＣＨ₂−、−Ｃ（ＣＨ
₃）₂−、−Ｃ（＝Ｏ）−または−ＳＯ₂−を示し、ｑ
は１〜６の整数、ｒは０〜５の整数で、ｑとｒの合計は
１〜６である。）

【化３６】

【００８５】（式中、Ｒ²⁶は、水素原子またはメチル
基、Ｒ²⁷は−ＣＨ₂−、−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、−Ｃ（＝
Ｏ）−または−ＳＯ₂−を示し、ｓは１〜６の整数、ｔ
は０〜５の整数で、ｓとｔの合計は１〜６である。）

【化３７】

【００８６】（式中、Ｒ²⁸〜Ｒ³¹は、互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ置換もしくは非置換
のアルキル基またはハロゲン原子、Ｙは−Ｃ（＝Ｏ）−
または−ＳＯ₂−を示し、ｕは０〜３の整数である。）

【化３８】

【００８７】（式中、Ｒ³²は、置換もしくは非置換のア
ルキル基、Ｒ³³は水素原子またはメチル基、Ｒ³⁴は

【化３９】

【００８８】（ただし、Ｒ³⁵は、水素原子またはメチル
基、Ｒ³⁶、Ｒ³⁷は互いに同一であっても異なっていても
よく、それぞれ置換もしくは非置換のアルコキシル基を
示し、ｖは１〜３の整数である。）

【化４０】

【００８９】（式中、Ｒ³⁸、Ｒ³⁹は、互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ水素原子または置換
もしくは非置換のアルキル基、Ｒ⁴⁰、Ｒ⁴¹は互いに同一
であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子また
は置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を
示す。）

【化４１】

【００９０】（式中、Ｒ⁴²は水素原子または置換もしく
は非置換のアルキル基、Ｒ⁴³、Ｒ⁴⁴は互いに同一であっ
ても異なっていてもよく、それぞれ置換もしくは非置換
のアルキル基またはアリール基を示し、Ｒ⁴³とＲ⁴⁴は互
いに結合して環構造を形成していてもよい。）

【化４２】

【００９１】（式中、Ｚはフッ素原子または塩素原子を
示す。）本発明において、有機シリコン化合物の架橋剤
としては、上述した多重結合を有する有機物以外にも以
下のような物質を用いることができる。例えば、ヒドロ
キシル基を有する有機物、エポキシ基を有する有機物、
アミノ基を有する有機物、ピリジンオキシド、アルコキ
シシリル基、シリルエステル基、オキシムシリル基、エ
モキシシリル基、アミノシリル基、アミドシリル基、ア
ミノキシシリル基またはハロゲンを有するケイ素化合
物、有機金属化合物、ハロゲンを含む化合物などであ
る。

【００９２】ヒドロキシル基を有する化合物としては、
多価アルコール、ノボラック樹脂、カルボキシル基を有
する化合物、シラノールがあげられる。これらの化合物
は、光または熱によりＳｉ−Ｈと反応して有機シリコン
化合物を架橋させる。このような化合物の具体例を化学
式［５−１］〜［５−２８］に示す。

【００９３】エポシキ基を有する化合物としては、一般
にエピビスタイプのエポキシ樹脂、または脂環式エポキ
シ樹脂と呼ばれるものがあげられる。これらの樹脂で
は、一部にヒドロキシル基が付加していてもよい。ま
た、これらの樹脂とともに上述した酸発生剤を添加して
もよい。このような化合物の具体例を化学式［６−１］
〜［６−１２］に示す。

【００９４】アミノ基を有する化合物としては、例えば
化学式［７−１］〜［７−９］に示したものがあげられ
る。

【００９５】ピリジンオキシドとしては、例えば化学式
［８−１］〜［８−６］に示したものがあげられる。

【００９６】アルコキシシリル基、シリルエステル基、
オキシムシリル基、エノキシシリル基、アミノシリル
基、アミドシリル基、アミノキシシリル基またはハロゲ
ンを有するケイ素化合物としては、例えば化学式［９−
１］〜［９−５２］に示したものがあげられる。これら
の化学式において、Ｘは上記の置換基を表す。なお、こ
れらの化合物とともに、通常、シリコーンの縮合触媒と
して使用される白金、有機スズ化合物などの金属触媒、
塩基を使用してもよい。

【００９７】有機金属化合物とは、有機基が置換した金
属塩、金属錯体を意味する。金属としては、Ｂ、Ｍｇ、
Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ
が用いられる。このような化合物の具体例を、化学式
［１０−１］〜［１０−８］に示す。

【００９８】ハロゲンを含む化合物としては、例えば化
学式［１１−１］〜［１１−９］に示したものがあげら
れる。

【００９９】

【化４３】

【０１００】

【化４４】

【０１０１】

【化４５】

【０１０２】

【化４６】

【０１０３】

【化４７】

【０１０４】

【化４８】

【０１０５】

【化４９】

【０１０６】

【化５０】

【０１０７】

【化５１】

【０１０８】

【化５２】

【０１０９】

【化５３】

【０１１０】

【化５４】

【０１１１】

【化５５】

【０１１２】有機溶剤としては、極性溶剤でも、無極性
溶剤でもよいが、多重結合を有する溶剤は有機シリコン
化合物と反応しやすく、溶液材料が経時変化を起こしや
すくなるため、多重結合を含まない溶剤を使用する方が
好ましい。

【０１１３】以上の方法により塗布材料を作成し、被加
工膜上に、例えばスピンコーティング法などで溶液材料
を塗布した後、加熱して溶剤を気化することにより、有
機シリコン膜を形成する。

【０１１４】本実施形態では、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ１
０）のようにして形成した有機シリコン膜を用い、シリ
コン酸化膜を加工した場合について説明する。

【０１１５】（Ｓ１）化学式［１−８４］記載の重量平
均分子量１２，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝
１／４）を有機溶剤アニソールに溶解して調整した溶液
をスピンコーテング法で下地基板上に塗布した後、ホッ
トプレートを用いて１９０℃で６０秒間加熱した。

【０１１６】（Ｓ２）化学式［１−９５］記載の重量平
均分子量１２，０００の有機シリコン化合物を有機溶剤
シクロヘキサノンに溶解して調整した溶液をスピンコー
テング法で下地基板上に塗布した後、ホットプレートを
用いて１９０℃で６０秒間加熱した。

【０１１７】（Ｓ３）化学式［１−５３］記載の重量平
均分子量１２，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝
９／１）を有機溶剤トルエンに溶解して調整した溶液を
スピンコーテング法で下地基板上に塗布した後、ホット
プレートを用いて１９０℃で６０秒間加熱した。

【０１１８】（Ｓ４）化学式［１−５４］記載の重量平
均分子量１２，５００の有機シリコン化合物９ｇ、化学
式［１−８５］記載の有機シリコン化合物１ｇを有機溶
剤アニソールに溶解して調整した溶液をスピンコーテン
グ法で下地基板上に塗布した後、ホットプレートを用い
て１９０℃で６０秒間加熱した。

【０１１９】（Ｓ５）化学式［１−２７］記載の重量平
均分子量１２，０００の有機シリコン化合物（ｎ／ｍ＝
４／１）を有機溶剤トルエンに溶解して調整した溶液を
スピンコーテング法で下地基板上に塗布した後、ホット
プレートを用いて１６０℃で６０秒間加熱した。

【０１２０】（Ｓ６）化学式［１−４７］記載の重量平
均分子量１２，０００の有機シリコン化合物を有機溶剤
アニソールに溶解して調整した溶液をスピンコーテング
法で下地基板上に塗布した後、ホットプレートを用いて
１６０℃で６０秒間加熱した。

【０１２１】（Ｓ７）化学式［１−２０］記載の重量平
均分子量５００の有機シリコン化合物を有機溶剤アニソ
ールに溶解して調整した溶液をスピンコーテング法で下
地基板上に塗布した後、ホットプレートを用いて１６０
℃で６０秒間加熱した。

【０１２２】（Ｓ８）化学式［１−１］記載の重量平均
分子量３，０００の有機シリコン化合物９ｇ、化学式
［３−４４］記載の架橋剤０．９ｇ、ラジカル発生剤と
してアゾビスイソブチルニトニル０．１ｇを有機溶剤ト
ルエンに溶解して調整した溶液を、窒素雰囲気下（酸素
濃度５０ｐｐｍ以下）で２００℃、１０分間加熱して有
機シリコン化合物を架橋させた。

【０１２３】（Ｓ９）化学式［１−１４］記載の重量平
均分子量２，５００の有機シリコン化合物８ｇ、化学式
［３−６０］記載の架橋剤０．９ｇ、ラジカル発生剤と
してアゾビスイソブチルニトニル０．１ｇを有機溶媒ア
ニソールに溶解して調整した溶液を、窒素雰囲気下（酸
素濃度５０ｐｐｍ以下）で２００℃、１０分間加熱して
有機シリコン化合物を架橋させた。

【０１２４】（Ｓ１０）化学式［１−１４］記載の重量
平均分子量２，５００の有機シリコン化合物８ｇ、化学
式［３−７８］記載の架橋剤０．９ｇ、ラジカル発生剤
としてアゾビスイソブチルニトニル０．１ｇを有機溶媒
アニソールに溶解して調整した溶液を、窒素雰囲気下
（酸素濃度５０ｐｐｍ以下）で２００℃、１０分間加熱
して有機シリコン化合物を架橋させた。

【０１２５】次に、有機シリコン膜の膜厚の決定方法に
ついて説明する。

【０１２６】膜厚はスピンコーテングの回転数、或いは
溶液の粘度の何れかを変化させることにより調節するこ
とができるが、本実施形態では塗布膜厚を大きく変化さ
せるためにスピンコーテングの回転数を２５００ｒｐｍ
で固定し、各溶液の粘度を変化させてスピンコーテング
を行った。粘度の調整は有機溶剤の添加量の調節で行っ
た。粘度を変化させた溶液を塗布し、各粘度でコンタク
トホールへの有機シリコン膜の埋め込み状態を走査型電
子顕微鏡を用いて観察した。そして、各粘度で平坦部で
の膜厚ｔ₁₁、コンタクトホール部でのくぼみ量ｔ₁₂を図
５に示すように定義し、ｔ₁₁、ｔ₁₂をそれぞれ測定し
た。

【０１２７】有機シリコン膜（Ｓ１）について、平坦部
の膜厚ｔ₁₁に対してコンタクトホール部でのくぼみ量ｔ
₁₂をプロットした結果を図６に示す。厚く塗布するほど
平坦性が向上していることがわかる。（Ｓ２）〜（Ｓ１
０）についても調べた結果、（Ｓ１）と同様の傾向が得
られることがわかった。

【０１２８】平坦部での有機シリコン膜の膜厚ｔ₁₁は、
平坦性が得られる範囲内でできるだけ薄い方がよい。そ
の理由は、レジストパターンをエッチングマスクとして
用いて有機シリコン膜をエッチングする際に、有機シリ
コン膜の膜厚が薄い方が寸法変換差を小さく抑えること
ができるためである。従って、コンタクトホール部での
くぼみ量ｔ₁₂が許容量である２５ｎｍになる膜厚とし
た。この場合、平坦部での膜厚ｔ₁₁は図１５のようにな
り、概ね平坦部での膜厚ｔ₁₁が１００〜１４０ｎｍの範
囲内で平坦化が達成できていることになる。

【０１２９】後述する比較例１からもわかるように、本
発明による平坦化層は、従来から平坦化層として用いら
れてきた材料と比べて薄い膜厚で平坦化が達成できるた
め、異方性よく平坦化層をエッチングすることができ
る。

【０１３０】次に、図２（ｄ）に示すように、先に示し
た方法で調整したレジスト溶液を各有機シリコン膜１３
上に塗布してレジスト１４を形成した。さらに、ＫｒＦ
エキシマレーザーを光源とする縮小光学型ステッパー
（ＮＡ＝０．５、σ＝０．５）を用いてパターン露光を
行った後、１１０℃で９０秒間のポストエクスポージャ
ーベークを行った。

【０１３１】次に、図２（ｅ）および（ｅ´）に示すよ
うに（（ｅ´）は（ｅ）のパターンを上部から見た
図）、０．２１規定のＴＭＡＨ現像液を用いて現像処理
を行って、コンタクトホールパターン１５の直上にライ
ン幅が０．２０μｍ、スペース幅が０．３０μｍのレジ
ストパターン１４を形成した。コンタクトホール１５付
近でもライン幅が変動することなくレジストパターン１
４が形成できている。

【０１３２】次に、図３（ｆ）に示すように、レジスト
パターン１４をエッチングマスクとして有機シリコン膜
１３をコンタクトホールの途中までエッチングした。エ
ッチング装置はマグネトロン型ＲＩＥ装置を用い、ソー
スガスとしてＣｌ₂＝２００ＳＣＣＭ、真空度４０ｍＴ
ｏｒｒ、励起電力２００Ｗ、基板温度８０℃の条件でエ
ッチングしたところ、何れの有機シリコン膜も異方性よ
くエッチングすることができた。平坦部での有機シリコ
ン膜１３の膜厚ｔ₁₁が薄いため、異方性良くエッチング
することができたと考えることができる。

【０１３３】有機シリコン膜のエッチングを途中で止め
て、レジストと有機シリコン膜のエッチングレートを調
べた。有機シリコン膜のエッチングレートの測定結果を
図１５に示す。レジストのエッチングレートは５２ｎｍ
／分であり、有機シリコン膜のエッチレートが概ね３〜
４倍程度速い。従って、有機シリコン膜の対レジスト選
択比が高いことも有機シリコン膜を異方性良くエッチン
グできた理由と考えられる。

【０１３４】次に、図３（ｇ）に示すように、残ったレ
ジストパターン１４および有機シリコン膜１３のパター
ンをエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１２をエ
ッチングした。ソースガスとしてＣ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ
＝２０／１００／１００（ＳＣＣＭ）、真空度４０ｍＴ
ｏｒｒ、励起電力２００Ｗ、基板温度８０℃の条件でエ
ッチングしたところ、異方性よくシリコン酸化膜１２に
溝を形成することができた。

【０１３５】次に、図４（ｈ）および（ｈ´）に示すよ
うに（（ｈ´）は（ｈ）のパターンを上部から見た
図）、ダウンフロー型の灰化装置を用いてレジストパタ
ーン１４と有機シリコン膜１３を剥離した。ソースガス
としてＯ₂／ＣＦ₄＝１０００／１００（ＳＣＣＭ）、
真空度４０ｍＴｏｒｒ、励起電力５００Ｗ、基板温度３
００℃の条件で処理した後、沸酸と硫酸を１：４の割合
で混合した溶液中にウェハーを浸透させたところ、シリ
コン酸化膜１２を削ることなく剥離することできた。

【０１３６】以上のようにして、デュアルダマシン法で
埋め込み配線を形成する際に必要なコンタクトホール１
５を有する溝１６をシリコン酸化膜１２に形成すること
ができる。以後、図４（ｈ）および（ｈ´）に示したよ
うな構造に対して、コンタクトホール１５および溝１６
内に金属材料を埋め込めば、デュアルダマシン構造の配
線を形成することができる。

【０１３７】次に、第１の実施形態に対する比較例（比
較例１）について説明する。

【０１３８】第１の実施形態と同様の方法でシリコン酸
化膜を形成し、シリコン酸化膜にコンタクトホールパタ
ーンを形成した。次に、以下の（Ｒ１）〜（Ｒ５）のよ
うにして平坦化層を形成した。塗布後の加熱温度はガラ
ス転移温度（Ｔｇ）以上の温度とした。ポリマーをリフ
ローさせることでできるだけ平坦部の膜厚ｔ₁₁を薄くし
て、平坦化が達成できるようにした。スピンコーテング
時の回転数は２５００ｒｐｍで固定し、溶液の粘度は第
１の実施形態と同様の方法で決定した。

【０１３９】（Ｒ１）ポリメタクリル酸メチル（Ｔｇ＝
６２℃）を乳酸エチルに溶解して調整した溶液をスピン
コーテング法によって下地基板上に塗布した後、ホット
プレートを用いて２５０℃で５分間加熱した。

【０１４０】（Ｒ２）ポリスチレン（Ｔｇ＝９０℃）を
乳酸エチルに溶解して調整した溶液をスピンコーテング
法によって下地基板上に塗布した後、ホットプレートを
用いて２５０℃で５分間加熱した。

【０１４１】（Ｒ３）ポリビニルフェノール（Ｔｇ＝１
３０℃）を乳酸エチルに溶解して調整した溶液をスピン
コーテング法によって下地基板上に塗布した後、ホット
プレートを用いて２５０℃で５分間加熱した。

【０１４２】（Ｒ４）ノボラック樹脂（Ｔｇ＝１６０
℃）を乳酸エチルに溶解して調整した溶液をスピンコー
テング法によって下地基板上に塗布した後、ホットプレ
ートを用いて２００℃で５分間加熱した。

【０１４３】（Ｒ５）ポリサルフォン（Ｔｇ＝２０５
℃）をシクロヘキサノンに溶解して調整した溶液をスピ
ンコーテング法によって下地基板上に塗布した後、ホッ
トプレートを用いて３００℃で５分間加熱した。

【０１４４】（Ｒ１）について、コンタクトホール部で
の有機シリコン膜の塗布特性を第１の実施形態と同様の
手法を用いて調べた結果を図６に示す。（Ｓ１）で塗布
した場合と比較すると、平坦化するためにより厚い膜厚
が必要になっていることがわかる。コンタクトホール部
でのくぼみ量ｔ₁₂が許容量の２５ｎｍになる平坦部での
膜厚ｔ₁₁を調べた結果を図１６に示す。平坦化するため
に平坦部での膜厚ｔ₁₁を概ね２５０ｎｍ以上にする必要
があり、本発明による平坦化層と比べると厚い膜厚で塗
布する必要があることがわかる。本比較例からシリコン
とシリコンとの結合を主鎖に有する有機シリコン化合物
を用いると、従来材料と比べて特に平坦部での膜厚ｔ₁₁
を薄くすることができることがわかる。これは、主鎖の
シリコンとシリコンとの結合が弱くポリマーに柔軟性が
あるため、コンタクトホールのような微細な領域にも浸
透しやすいためと考えれる。

【０１４５】次に、レジストパターンをエッチングマス
クとして平坦化層をエッチングした。エッチング装置は
マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、ソ
ースガスＣ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ＝２０／１００／１００
（ＳＣＣＭ）、真空度４０ｍＴｏｒｒ、励起電力２００
Ｗ、基板温度８０℃の条件でエッチングしたところ、レ
ジストパターンが途中で削れてなくなり、平坦化層をエ
ッチングすることができなかった。平坦化層のエッチン
グを途中で止めて、レジストと平坦化層とのエッチング
レートを調べた。平坦化層のエッチングレートを図１６
に示す。レジストのエッチングレートは８７ｎｍ／分
で、平坦化層とレジストのエッチングレートはほぼ等し
く、平坦化層がエッチングされにくいことがわかる。段
差を平坦にするために平坦部での膜厚ｔ₁₁を厚くする必
要があるため、平坦化層のエッチングが正常になされな
かったと考えられる。

【０１４６】次に、第１の実施形態に対する比較例（比
較例２）について説明する。

【０１４７】第１の実施形態と同様の方法でシリコン酸
化膜を形成し、シリコン酸化膜にコンタクトホールパタ
ーンを形成した。次に、ポリサルフォンをシクロヘキサ
ノンに溶解して調整した溶液をシリコン酸化膜上にスピ
ンコーテング法で４０００回転で塗布した後、ホットプ
レートを用いて２２０℃で９０秒間加熱して反射防止膜
１７を形成した。コンタクトホールの底での膜厚は１０
０ｎｍ、平坦部での膜厚は７０ｎｍである。

【０１４８】次に、レジストを第１の実施形態と同様の
方法で塗布したところ、図７に示したように、コンタク
トホール部でレジストの膜厚が厚くなっていることがわ
かった。さらに、第１の実施形態と同様の方法でパター
ン露光を行ってレジストパターンを形成した。レジスト
パターンを上部からみた図を図８に示す。図８に示すよ
うに、コンタクトホールの近傍でライン幅が太くなって
いることがわかる。これは、コンタクトホール付近でレ
ジストの膜厚が変動しており最適露光量がづれたため生
じたものと考えられる。

【０１４９】本比較例からわかるように、本発明では下
地基板の凹凸を平坦化することができるので、レジスト
膜厚が変動することなく、寸法制御性のよいレジストパ
ターンを得ることができる。

【０１５０】次に、図９〜図１２等を参照して本発明の
第２の実施形態を説明する。本実施形態は、デュアルダ
マシン法で埋め込み配線を形成する際に必要なコンタク
トホールを有する溝を絶縁膜に形成する場合について、
第１の実施形態とは異なる方法を示したものである。

【０１５１】まず、図９（ａ）に示すように、シリコン
基板１１上に膜厚０．５μｍのシリコン酸化膜１２をＬ
ＰＣＶＤ法で形成した。

【０１５２】次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン
酸化膜１１に溝１６を形成した。以下、溝１６の形成方
法について説明する。

【０１５３】第１に実施形態と同様の方法でシリコン酸
化膜１２上に反射防止膜およびレジストを形成し、レジ
ストに対してパターン露光を行い、ライン幅０．２０μ
ｍ、スペース幅０．３０μｍのラインアンドスペースパ
ターンを形成した。さらに、第１の実施形態と同様の方
法で反射防止膜およびシリコン酸化膜１２を順次エッチ
ングして、深さ０．２０μｍ、幅０．３０μｍの溝１６
を形成した。

【０１５４】次に、図９（ｃ）に示すように、溝１６を
形成したシリコン酸化膜１２上に、（Ｓ１１）〜（Ｓ１
６）の方法で作成した溶液を塗布した。

【０１５５】（Ｓ１１）化学式［１−８５］記載の重量
平均分子量１２，０００の有機シリコン化合物（Ｔｇ＝
１５８℃、ｎ／ｍ＝１／４）をアニソールに溶解して調
整した溶液をスピンコーテング法で塗布した後、ホット
プレートを用いて１９０℃で６０秒間加熱した。

【０１５６】（Ｓ１２）化学式［１−９８］記載の重量
平均分子量９，０００の有機シリコン化合物（Ｔｇ＝１
２７℃、ｎ／ｍ＝１／４）をアニソールに溶解して調整
した溶液をスピンコーテング法で下地基板上に塗布した
後、ホットプレートを用いて１６０℃で９０秒間加熱し
た。

【０１５７】（Ｓ１３）化学式［１−５６］記載の重量
平均分子量１８，０００の有機シリコン化合物（Ｔｇ＝
６９℃、ｎ／ｍ＝１／１）をアニソールに溶解して調整
した溶液をスピンコーテング法で下地基板上に塗布した
後、ホットプレートを用いて１６０℃で９０秒間加熱し
た。

【０１５８】（Ｓ１４）化学式［１−１］記載の重量平
均分子量３，０００の有機シリコン化合物（Ｔｇ＝２５
℃）９ｇ、化学式［３−４４］記載の架橋剤０．９ｇ、
ラジカル発生剤としてアゾビスイソブチルニトニル０．
１ｇを有機溶剤トルエンに溶解して調整した溶液を、窒
素雰囲気下（酸素濃度５０ｐｐｍ以下）で２００℃で１
０分間加熱して有機シリコン化合物を架橋させた。

【０１５９】（Ｓ１５）化学式［１−１４］記載の重量
平均分子量２，５００の有機シリコン化合物（Ｔｇ＝１
５℃、ｎ／ｍ＝１／１）８ｇ、化学式［３−６０］記載
の架橋剤０．９ｇ、ラジカル発生剤としてアゾビスイソ
ブチルニトニル０．１ｇを有機溶媒アニソルに溶解して
調整した溶液を、窒素雰囲気下（酸素濃度５０ｐｐｍ以
下）で２００℃で１０分間加熱して有機シリコン化合物
を架橋させた。

【０１６０】（Ｓ１６）化学式［１−１４］記載の重量
平均分子量２，５００の有機シリコン化合物（Ｔｇ＝２
３℃、ｎ／ｍ＝１／２）８ｇ、化学式［３−７８］記載
の架橋剤０．９ｇ、ラジカル発生剤としてアゾビスイソ
ブチルニトニル０．１ｇを有機溶媒アニソルに溶解して
調整した溶液を、窒素雰囲気下（酸素濃度５０ｐｐｍ以
下）で２００℃で１０分間加熱して有機シリコン化合物
を架橋させた。

【０１６１】塗布後の加熱温度は、何れの場合でもガラ
ス転移温度（Ｔｇ）以上の温度とした。以下、有機シリ
コン膜の膜厚の決定方法について説明する。

【０１６２】膜厚はスピンコーテングの回転数或は溶液
の何れを変化させてもよいが、本実施形態では第１の実
施形態と同様に、塗布膜厚を大きく変化させるためにス
ピンコーテングの回転数を１５００ｒｐｍで固定し、各
溶液の粘度を変化させてスピンコーテングを行った。粘
度の調整は有機溶剤の添加量の調節で行った。塗布膜厚
を変化させて溝への有機シリコン膜の埋め込み状態を走
査型電子顕微鏡を用いて観察した。溝上での有機シリコ
ン膜の膜厚ｔ₂₁、溝上での有機シリコン膜のくぼみ量ｔ
₂₂を図１３のように定義し、（Ｓ１１）に対してｔ₂₁、
ｔ₂₂をそれぞれ測定した。

【０１６３】溝上での膜厚ｔ₂₁に対して溝上でのくぼみ
量ｔ₂₂をプロットした結果を図１４に示す。厚く塗布す
るほど平坦性が向上していることがわかる。（Ｓ１２）
〜（Ｓ１６）についても調べた結果、（Ｓ１１）と同様
の傾向が得られることがわかった。溝上での有機シリコ
ン膜の膜厚ｔ₂₁は、平坦性が得られる範囲内でできるだ
け薄い方がよい。その理由は、レジストパターンをエッ
チングマスクとして用いて有機シリコン膜をエッチング
する際に、溝上での有機シリコン膜の膜厚ｔ₂₁が薄い方
が寸法変換差を小さく抑えることができるためである。
従って、溝上でのくぼみ量ｔ₂₂が許容量の２５ｎｍとな
る膜厚とした。この場合、溝上での有機シリコン膜の膜
厚ｔ₂₁は図１７のようになり、概ね２１０〜２４０ｎｍ
の範囲内で平坦化が達成できている。

【０１６４】なお、本発明では、必ずしも塗布後にガラ
ス転移温度以上の温度で加熱する必要はないが、本実施
形態のように周期が短い段差を平坦化する場合は、ガラ
ス転移以上の温度で加熱して有機シリコン膜をリフロー
させた方がより薄い塗布膜厚で平坦化を達成できる。

【０１６５】次に、図１０（ｄ）に示すように、第１の
実施形態で示したレジスト溶液を有機シリコン膜１３上
に塗布した。さらに、ＫｒＦエキシマレーザーを光源と
する縮小光学型ステッパー（ＮＡ＝０．５、σ＝０．
５）を用いてパターン露光を行った後、１１０℃で９０
秒間のポストエクスポージャーベークを行った。

【０１６６】次に、図１０（ｅ）および（ｅ´）に示す
ように（（ｅ´）は（ｅ）のパターンを平面的に表した
図）、０．２１規定のＴＭＡＨ現像液を用いてレジスト
１４の現像処理を行い、ラインアンドスペースパターン
の直上に直径０．２０μｍのコンタクトホールパターン
を形成した。

【０１６７】次に、図１１（ｆ）に示すように、レジス
トパターン１４をエッチングマスクとして有機シリコン
膜１３をエッチングした。エッチング装置にはマグネト
ロン型ＲＩＥ装置を用い、ソースガスとしてＣＦ₄＝１
２０（ＳＣＣＭ）、真空度４０ｍＴｏｒｒ、励起電力１
５０Ｗ、基板温度８０℃の条件でエッチングしたとこ
ろ、異方性よく有機シリコン膜１３を加工することがで
きた。平坦部での有機シリコン膜が薄いことも、異方性
良くエッチングできた理由として考えることができる。
有機シリコン膜のエッチングを途中で止めてレジストと
有機シリコン膜のエッチングレートを調べたところ、有
機シリコン膜のエッチングレートがレジストより概ね３
〜４倍速く、これも異方性よく有機シリコン膜をエッチ
ングできた要因と考えれる。

【０１６８】次に、図１１（ｇ）に示すように、残った
レジストパターン１４および有機シリコン膜１３のパタ
ーンをエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１２を
エッチングし、コンタクトホール１５を形成した。ソー
スガスとしてＣ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ＝２０／１００／１
００（ＳＣＣＭ）、真空度４０ｍＴｏｒｒ、励起電力２
００Ｗ、基板温度８０℃の条件でエッチングしたとこ
ろ、異方性よくシリコン酸化膜１２を開孔することがで
きた。

【０１６９】次に、図１２（ｈ）および（ｈ´）に示す
ように（（ｈ´）は（ｈ）のパターンを平面的に表した
図）、ダウンフロー型の灰化装置を用いてレジストパタ
ーンおよび有機シリコン膜を剥離した。ソースガスとし
てＯ₂／ＣＦ₄＝１０００／１００（ＳＣＣＭ）、真空
度４０ｍＴｏｒｒ、励起電力５００Ｗ、基板温度３００
℃の条件で処理した後、沸酸と硫酸を１：４の割合で混
合した溶液中にウェハーを浸透させたところ、シリコン
酸化膜１２を削ることなく剥離することできた。

【０１７０】以上のようにして、デュアルダマシン法で
埋め込み配線を形成する際に必要なコンタクトホール１
５を有する溝１６をシリコン酸化膜１２に形成すること
ができる。以後、図１２（ｈ）および（ｈ´）に示した
ような構造に対して、コンタクトホール１５および溝１
６内に金属材料を埋め込めば、デュアルダマシン構造の
配線を形成することができる。

【０１７１】次に、第２の実施形態に対する比較例（比
較例３）として、有機樹脂膜を平坦化層として用いた場
合について説明する。

【０１７２】第２の実施形態と同様の方法でシリコン酸
化膜に溝を形成した。次に、比較例１と同様の方法で
（Ｒ１）〜（Ｒ５）の平坦化層を形成した。スピンコー
テング時の塗布膜厚は第２の実施形態と同様の手法を用
いて決定した。

【０１７３】（Ｒ１）について段差基板上での有機シリ
コン膜の塗布特性を第２の実施形態と同様の手法を用い
て調べた結果を図１４に示す。（Ｓ１１）で塗布した場
合と比べて平坦化するのにより厚い膜厚が必要になって
いることがわかる。溝上でのくぼみ量ｔ₂₂が許容量の２
５ｎｍ以下になる溝上での膜厚ｔ₂₁を調べた結果を図１
８に示す。平坦化するために溝上に５００ｎｍ以上の膜
厚が必要であり、本発明による平坦化層と比べると厚い
膜厚で塗布する必要があることがわかる。本比較例か
ら、本発明による平坦化方法がより薄い塗布膜厚で平坦
化可能であることがわかり、これはおそらく有機シリコ
ン化合物中に含まれるシリコンとシリコンとの結合が要
因であると考えられる。

【０１７４】次に、レジストパターンをエッチングマス
クとして平坦化層をエッチングした。エッチング装置に
はマグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、
ソースガスとしてＣ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ＝２０／１００
／１００（ＳＣＣＭ）、真空度４０ｍＴｏｒｒ、励起電
力２００Ｗ、基板温度８０℃の条件でエッチングしたと
ころ、レジストパターンが途中で削れてなくなり平坦化
層をエッチングすることができなかった。これは、比較
例１でも調べたように、レジストと反射防止膜とのエッ
チングレートがほぼ等しいのと、厚い膜厚で平坦化層を
形成する必要があるため、反射防止膜のエッチングが正
常になされなかったためであると考えられる。

【０１７５】以上、本発明の実施形態等について詳述し
たが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでは
なく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形し
て実施可能である。

【０１７６】

【発明の効果】本発明によれば、シリコンとシリコンと
の結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含む溶液を
塗布して有機シリコン膜を形成することにより、薄い膜
厚でも十分な平坦化を達成することができ、さらにレジ
ストに対して選択性よくエッチングすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。

【図５】平坦化層について、平坦部での膜厚およびコン
タクトホール部でのくぼみ量を定義するための図。

【図６】平坦化層について、平坦部での膜厚に対するコ
ンタクトホール部でのくぼみ量を示した図。

【図７】段差を十分に平坦化しなかった場合のレジスト
の塗布状態を示した図。

【図８】段差を十分に平坦化しなかった場合のレジスト
パターンについて示した図。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る製造工程の一部
を示した図。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る製造工程の一
部を示した図。

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る製造工程の一
部を示した図。

【図１２】本発明の第２の実施形態に係る製造工程の一
部を示した図。

【図１３】平坦化層について、溝上での膜厚および溝部
でのくぼみ量を定義するための図。

【図１４】平坦化層について、溝上での膜厚に対する溝
部でのくぼみ量を示した図。

【図１５】本発明の第１の実施形態について各種有機シ
リコン膜の特性を示した図。

【図１６】第１の実施形態の比較例について各種平坦化
層の特性を示した図。

【図１７】本発明の第２の実施形態について各種有機シ
リコン膜の特性を示した図。

【図１８】第２の実施形態の比較例について各種平坦化
層の特性を示した図。

【符号の説明】

１１…シリコン基板１２…シリコン酸化膜１３…有機シリコン膜１４…レジスト１５…コンタクトホール１６…溝１７…反射防止膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】段差を有する基板上にシリコンとシリコン
との結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含む溶液
を塗布して有機シリコン膜を形成することを特徴とする
平坦化方法。
【請求項２】段差を有する基板上にシリコンとシリコン
との結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含む溶液
を塗布して有機シリコン膜を形成する工程と、前記有機
シリコン膜を加熱する工程とを有することを特徴とする
平坦化方法。
【請求項３】前記有機シリコン膜を加熱するときの温度
が前記有機シリコン化合物のガラス転移温度以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の平坦化方法。
【請求項４】前記溶液が前記有機シリコン化合物を架橋
させる架橋剤を含んでいることを特徴とする請求項１又
は２に記載の平坦化方法。
【請求項５】段差を有する基板上にシリコンとシリコン
との結合を主鎖に有する有機シリコン化合物を含む溶液
を塗布して有機シリコン膜を形成する工程と、前記有機
シリコン膜を加熱する工程と、加熱処理された有機シリ
コン膜上にレジストパターンを形成する工程とを有する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項６】下地基板上に絶縁膜を形成する工程と、こ
の絶縁膜に開口を形成する工程と、前記絶縁膜上および
前記開口内にシリコンとシリコンとの結合を主鎖に有す
る有機シリコン化合物を含む溶液を塗布して有機シリコ
ン膜を形成する工程と、この有機シリコン膜を加熱する
工程と、この加熱処理された有機シリコン膜上に前記開
口のパターンの少なくとも一部を内含する溝パターンを
有するレジストパターンを形成する工程と、このレジス
トパターンをマスクとして前記開口内の有機シリコン膜
を開口の途中までエッチングする工程と、このエッチン
グ工程で残置した少なくとも有機シリコン膜をマスクと
して前記絶縁膜をエッチングすることにより前記絶縁膜
に溝を形成する工程とを有することを特徴とするパター
ン加工方法。
【請求項７】下地基板上に絶縁膜を形成する工程と、こ
の絶縁膜にその途中まで溝を形成する工程と、前記絶縁
膜上および前記溝内にシリコンとシリコンとの結合を主
鎖に有する有機シリコン化合物を含む溶液を塗布して有
機シリコン膜を形成する工程と、この有機シリコン膜を
加熱する工程と、この加熱処理された有機シリコン膜上
に前記溝のパターンに少なくともその一部が内含される
開口パターンを有するレジストパターンを形成する工程
と、このレジストパターンをマスクとして前記溝内の有
機シリコン膜をエッチングする工程と、このエッチング
工程で残置した少なくとも有機シリコン膜をマスクとし
て前記絶縁膜をエッチングして開口を形成する工程とを
有することを特徴とするパターン加工方法。