JPH118240A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオンの除去、表面の傷及び悪いスループッ
ト等のＣＭＰ法が持つ問題点を招くことなく、また、半
導体ウェハを８５０℃以上の温度に晒すことなく、半導
体ウェハの上に形成された薄膜を平坦化できるようにす
る。 【解決手段】 高圧チャンバー１００の底部に設けら
れ、内部に加熱手段を有する保持台１０１の上には半導
体ウェハ１０が載置されている。半導体ウェハ１０に形
成された薄膜１１の上には可撓性を有する押圧部材が設
けられている。保持台１０１の加熱手段により半導体ウ
ェハ１０を加熱して薄膜を軟化させると共に、ガス導入
部１０２から高圧の不活性ガスを導入すると、不活性ガ
スの圧力により、押圧部材は半導体ウェハ１０の反った
形状に馴染むように変形した後、薄膜１１の表面の凹凸
を平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハの上
に形成されている薄膜の表面を平坦化する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に形成される集積回路の大
規模化を受け、トランジスタの寸法や配線パターンの微
細化が進展している。この微細化に対応するため、リソ
グラフィー技術の分野においては、露光に使われる光の
短波長化とレンズの開口数の向上とが図られており、こ
れに伴って、露光光の焦点深度が浅くなってくる。一
方、半導体基板の上に形成された配線金属膜及び該配線
金属膜を覆う絶縁膜の表面には小さい凹凸ができてい
る。このため、トランジスタの寸法や配線パターンの微
細化が進むと、配線金属膜や絶縁膜の表面に形成される
凹凸の高さと露光光の焦点深度とが同程度になってしま
うため、焦点合わせのマージンが極めて小さくなってし
まうので、半導体基板の上に形成されている薄膜の平坦
化が必要になってくる。

【０００３】従来、ウエハ状の半導体基板（以下、半導
体ウェハと称する。）の表面に形成されている薄膜の平
坦化方法としては、オゾンＴＥＯＳ等を用いる自己平坦
化ＣＶＤ法、レジストエッチバック法又はＢＰＳＧリフ
ロー法等が用いられてきたが、従来の平坦化方法では、
０．２５μｍ以下のデザインルールの半導体ウェハに対
しては、平坦化の程度という点で不十分になってきた。
すなわち、０．５μｍのデザインルールのデバイスでは
配線層が２層程度であったが、０．２５μｍ以下、特に
０．１８〜０．１３μｍのデザインルールになると、配
線層が５層程度になっているので、配線層又は絶縁膜よ
りなる薄膜には一層の平坦性が求められている。このた
め、従来の平坦化方法では、半導体装置におけるデザイ
ンルールの微細化及び配線層の多層化には対応できなく
なってきた。

【０００４】そこで、化学機械研磨法（以下、ＣＭＰ法
と称する。）と呼ばれる平坦化手法が提案され、実用化
された（参考文献：月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｗｏｒｌｄ １９９４年１月号５８頁〜６２頁）。とこ
ろが、ＣＭＰ法には、研磨剤に含まれるＫＯＨ等のイオ
ンを除去するのに手間がかかること、被研磨膜の表面に
細かい傷が形成されてしまうこと、研磨パッドが目詰ま
りするため研磨パッドの頻繁な交換が必要になること及
びスループットが悪いこと等の課題がある。

【０００５】そこで、ＣＭＰ法の課題を改善するため
に、従来のリフロー技術の改善が提案されている。この
改善されたリフロー技術とは、融点を下げるためにホウ
素及び燐が混入された二酸化珪素膜を不活性ガス中で高
温に晒して軟化させた後、高い圧力を加えて二酸化珪素
膜をリフローさせることにより、二酸化珪素膜の表面の
凹凸を緩和するものである。

【０００６】また、改善されたリフロー技術として、半
導体ウェハに振動を加えて薄膜の表面の平坦化を促進す
るもの（特開平５−３０４１４０）、風圧を加えて薄膜
の平坦化を促進するもの（特開平２−４７８５４）、又
は遠心力を加えて薄膜の平坦化を促進するもの（特開平
６−２２４１８９）等が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の改善
されたリフロー技術によると、前述したイオンの除去、
表面の傷及び悪いスループット等のＣＭＰ法が持つ課題
は解決されるが、半導体ウェハの上に形成された薄膜の
表面の凹凸の平坦化の程度としては、ＣＭＰ法を上回る
ことは難しい。その理由は、薄膜の表面の凹凸が或る程
度まで小さくなった段階で、表面張力のために平坦化が
停止してしまうからである。また、風圧や遠心力を利用
する方法では、薄膜の面内において圧力の加わり方が均
一になり難いので、平坦度の均一性の確保という点で問
題がある。

【０００８】もっとも、改善されたリフロー法におい
て、半導体ウェハをより高温、例えば８５０℃を越える
温度に晒すと、半導体ウェハ上の薄膜の表面は平坦化さ
れるが、半導体ウェハをより高温に晒すと、半導体ウェ
ハ上に形成されているトランジスタの特性が劣化すると
いう問題がある。

【０００９】前記に鑑み、本発明は、イオンの除去、表
面の傷及び悪いスループット等のＣＭＰ法が持つ問題点
を招くことなく、また、半導体ウェハを８５０℃以上の
温度に晒すことなく、０．２５μｍ以下のデザインルー
ルの半導体ウェハ上に形成されている薄膜の表面を平坦
化できるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、表面に凹凸を持ち且つ軟化している薄膜
を、可撓性を有する押圧部材により押圧することによ
り、薄膜の表面を平坦化するものである。

【００１１】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、半導体ウェハ上に形成されており、表面に凹凸を持
ち軟化している薄膜を、可撓性を有する押圧部材により
押圧することによって、薄膜の表面を平坦化する工程を
備えている。

【００１２】第１の半導体装置の製造方法によると、半
導体ウェハは、密な配線パターンと疎な配線パターンと
が混在して形成されていると共に複数の熱処理工程を経
ることにより複雑に反っているが、半導体ウェハ上に形
成された薄膜を可撓性を有する押圧部材により押圧する
ため、押圧部材は複雑に沿っている半導体ウェハの形状
に沿って馴染みながら変形するので、押圧部材は薄膜の
凸部と全面的に接するようになる。また、表面に凹凸を
持ち軟化している薄膜が押圧部材により押圧されると、
薄膜の凸部を構成する材料は凹部の方に流動する。この
場合、押圧部材は薄膜の凸部と全面的に接しているた
め、薄膜のほぼ全ての凸部を構成する材料が凹部の方に
流動する。

【００１３】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体ウェハ上に形成されており表面に凹凸を持つ
薄膜を加熱して薄膜を軟化させる軟化工程と、加熱され
た薄膜を可撓性を有する押圧部材により押圧して記薄膜
の表面を平坦化する平坦化工程とを備えている。

【００１４】第２の半導体装置の製造方法によると、半
導体ウェハ上に形成されており表面に凹凸を持つ薄膜を
加熱して薄膜を軟化させるため、薄膜が確実に軟化する
ので、薄膜の凸部を構成する材料は凹部に向かって確実
に流動する。

【００１５】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、薄膜は絶縁膜又は金属膜であることが好ましい。

【００１６】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、押圧部材は薄膜に対して濡れ性を有しない材質よ
りなることが好ましい。

【００１７】第２の半導体装置の製造方法において、平
坦化工程は、加熱された薄膜を、可撓性を有する押圧部
材を振動させながら押圧する工程を含むことが好まし
い。

【００１８】第２の半導体装置の製造方法において、平
坦化工程は、加熱された薄膜を、真空状態において可撓
性を有する押圧部材により押圧する工程を含むことが好
ましい。

【００１９】本発明に係る半導体装置の製造装置は、半
導体ウェハを保持する保持台と、保持台に保持される半
導体ウェハの上に形成されており表面に凹凸を有する薄
膜を加熱して軟化させる加熱手段と、薄膜の上方に配置
される可撓性を有する押圧部材と、押圧部材を薄膜に対
して押圧する押圧手段とを備えている。

【００２０】本発明に係る半導体装置の製造装置による
と、保持台に保持される半導体ウェハの上に形成されて
いる薄膜を加熱して軟化させる加熱手段を備えているた
め、薄膜を確実に軟化させることができる。また、薄膜
の上方に配置される可撓性を有する押圧部材と、該押圧
部材を薄膜に対して押圧する押圧手段とを備えているた
め、押圧部材は複雑に沿っている半導体ウェハの形状に
沿って馴染みながら変形するので、押圧部材は薄膜の凸
部と全面的に接する。

【００２１】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧部材は、回転可能且つ半導体ウェハの表面に沿って
平行移動可能に設けられたローラ本体の表面に設けられ
ている。

【００２２】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧部材は、平面状の薄板よりなることが好ましい。

【００２３】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧部材は、緩衝部材を介して剛体に保持されているこ
とが好ましい。

【００２４】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧手段は、押圧部材を振動させる手段を有しているこ
とが好ましい。

【００２５】本発明の半導体装置の製造装置は、保持台
及び押圧部材を収納しているチャンバーをさらに備えて
おり、押圧部材は平面状の薄板よりなり、押圧手段はチ
ャンバー内に導入される高圧気体であることが好まし
い。

【００２６】本発明の半導体装置の製造装置は、保持台
及び押圧部材を収納しているチャンバーと、チャンバー
の内部を減圧する減圧手段とをさらに備えていることが
好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
半導体装置の製造装置について図面を参照しながら説明
する。

【００２８】（第１の実施形態）図１は、第１の実施形
態に係る半導体装置の製造装置を示しており、図１に示
すように、内部が高圧に保持される高圧チャンバー１０
０の底部には、内部に加熱手段を有する保持台１０１が
設けられている。保持台１０１の上にはシリコンよりな
る半導体ウェハ１０が載置されている。また、高圧チャ
ンバー１００の上部には、該高圧チャンバー１００の内
部に窒素やアルゴン等よりなる高圧の不活性ガスを導入
するガス導入部１０２が設けられている。

【００２９】半導体ウェハ１０の上には、表面に凹凸を
有する薄膜１１が形成されている。薄膜１１の種類は、
特に問わないが、例えば、ＳｉＯ₂ を主成分とする絶縁
膜や銅、アルミニウムを主成分とする金属膜等が挙げら
れる。

【００３０】薄膜１１の上には、可撓性を有する押圧部
材１０３が載置されている。可撓性を有する押圧部材１
０３としては、例えば白金、タンタル、タングステン等
の高融点金属やサファイヤ等の耐熱性誘電体よりなり、
０．２〜０．５ｍｍ程度の厚さを有する平面状の薄板を
用いることができる。

【００３１】第１の実施形態に係る半導体装置の製造装
置において、保持台１０１の内部に設けられている加熱
手段により半導体ウェハ１０を加熱すると共に、ガス導
入部１０２から高圧の不活性ガスを導入すると、押圧部
材１０３は高圧の不活性ガスにより板面内において均一
に上方から加圧される。押圧部材１０３が不活性ガスに
より加圧されると、押圧部材１０３は、可撓性を有して
いるので、密な配線パターンと疎な配線パターンとが混
在して形成されていると共に複数の熱処理工程を経るこ
とにより複雑に反っている（うねっている）半導体ウェ
ハ１０の形状に沿って馴染むように変形した後、半導体
ウェハ１０上の薄膜１１を押圧して平坦化する。

【００３２】尚、図示は省略しているが、ガス導入部１
０２に上下方向に移動するピストンを配置して、高圧チ
ャンバー１００の内部に導入される高圧の不活性ガスに
上下方向の振動を加えるようにしてもよい。

【００３３】（第２の実施形態）図２（ａ）は、第２の
実施形態に係る半導体装置の製造装置を示しており、図
２に示すように、内部が真空に保持される真空チャンバ
ー２００の底部には、内部に加熱手段を有する保持台２
０１が設けられている。保持台２０１の上にはシリコン
よりなる半導体ウェハ１０が載置されている。尚、真空
チャンバー２００の内部を減圧する減圧手段としては、
周知のものを採用できるので、図示は省略している。

【００３４】半導体ウェハ１０の上方には、可撓性を有
する押圧部材２０３が配置されており、該押圧部材２０
３は緩衝部材２０４を介して剛性の加圧板２０５に保持
されている。加圧板２０５は上下方向へ移動可能に設け
られたシャフト２０６に固定されており、該シャフト２
０６の途中には振動発生部材２０７が設けられている。
また、シャフト２０６と真空チャンバー２００の壁部と
の間にはＯリング２０８が設けられており、真空チャン
バー２００の内部の機密性が確保されている。

【００３５】可撓性を有する押圧部材２０３としては、
例えば白金、タンタル、タングステン等の高融点金属や
サファイヤ等の耐熱性誘電体よりなる厚さが０．２〜
０．５ｍｍ程度の薄板を用いることができる。

【００３６】緩衝部材２０４としては、多数の金属繊維
が機械的に絡まることにより形成された金属繊維よりな
る不織布や耐熱性の弾性材等を用いることができる。

【００３７】振動発生部材２０７は、半導体ウェハ１０
の表面に対して垂直な方向の振動（（振幅としては特に
限定されないが１μｍ程度が好ましい。）を加圧板２０
５に与えるものであって、具体的には、ピエゾ素子や超
音波発生器を用いることができる。

【００３８】第２の実施形態に係る半導体装置の製造装
置において、保持台２０１の内部に設けられている加熱
手段により半導体ウェハ１０を加熱すると共に、シャフ
ト２０６を降下させると、押圧部材２０３は緩衝部材２
０４を介して加圧板２０５により加圧される。この場
合、押圧部材２０３と加圧板２０５との間に緩衝部材２
０４が介在しているため、可撓性を有している押圧部材
２０３は、緩衝部材２０４によって面内において均一に
上方から加圧されるので、複雑に反っている半導体ウェ
ハ１０の形状に沿って馴染むように変形した後、半導体
ウェハ１０上の薄膜１１を押圧して平坦化する。

【００３９】図２（ｂ）は、第２の実施形態の変形例に
係る半導体装置の製造装置におけるシャフト２０６の構
造を示しており、図２（ａ）とは異なり、互いに平行に
上下方向へ延びる２本１組のシャフト２０６における連
結部にピエゾ素子や超音波発生器よりなる振動発生部材
２０７が組み込まれている。これにより、振動発生部材
２０７は加圧板２０５ひいては押圧部材２０３に対して
水平方向の振動を与えることができる。

【００４０】（第３の実施形態）図３は、第３の実施形
態に係る半導体装置の製造装置を示しており、図３に示
すように、内部が真空に保持される真空チャンバー３０
０の底部には、内部に加熱手段を有する保持台３０１が
設けられている。保持台３０１の上にはシリコンよりな
る半導体ウェハ１０が載置されている。

【００４１】半導体ウェハ１０の上方には、可撓性を有
する押圧部材３０３が配置されており、該押圧部材３０
３は、内部に液体を収納した耐熱性の袋よりなる緩衝部
材３０４を介して剛性の加圧板３０５に保持されてい
る。加圧板３０５は上下方向に移動可能に設けられたシ
ャフト３０６に固定されており、該シャフト３０６の途
中には振動発生部材３０７が設けられている。また、シ
ャフト３０６と真空チャンバー３００の壁部との間には
Ｏリング３０８が設けられており、真空チャンバー３０
０の内部の機密性が確保されている。

【００４２】可撓性を有する押圧部材３０３としては、
例えば白金、タンタル、タングステン等の高融点金属や
サファイヤ等の耐熱性誘電体よりなる厚さが０．２〜
０．５ｍｍ程度の薄板を用いることができる。

【００４３】尚、緩衝部材３０４を構成する耐熱性の袋
の内部には、液体に代えて高圧の気体を収納してもよ
い。

【００４４】第３の実施形態に係る半導体装置の製造装
置において、保持台３０１の内部に設けられている加熱
手段により半導体ウェハ１０を加熱すると共にシャフト
３０６を降下させると、可撓性を有している押圧部材３
０３は、緩衝部材３０４を介して加圧板２０５により加
圧され、面内において均一に上方から加圧されるので、
複雑に反っている半導体ウェハ１０の形状に沿って馴染
むように変形した後、半導体ウェハ１０上の薄膜１１を
押圧して平坦化する。

【００４５】（第４の実施形態）図４は、第４の実施形
態に係る半導体装置の製造装置を示しており、図４に示
すように、内部に加熱手段を有する保持台４０１の上に
はシリコンよりなる半導体ウェハ１０が載置されてい
る。

【００４６】半導体ウェハ１０の上方には、保持台４０
１の表面に沿って平行移動可能で且つ回転可能に設けら
れたローラ４０２が設けられている。ローラ４０２は、
平行移動且つ回転可能に設けられたシャフト４０３と、
該シャフト４０３の周囲に設けられた緩衝部材４０４
と、該緩衝部材４０４の周面に沿って設けられた可撓性
を有する押圧部材４０５とから構成されている。

【００４７】可撓性を有する押圧部材４０５としては、
例えば白金、タンタル、タングステン等の高融点金属や
サファイヤ等の耐熱性誘電体よりなる厚さが０．２〜
０．５ｍｍ程度の薄板を用いることができる。

【００４８】緩衝部材４０４としては、第２又は第３の
半導体装置の製造装置と同様、金属繊維が機械的に絡ま
ってなる不織布、耐熱性の弾性材又は内部に液体を収納
した耐熱性の袋等を用いることができる。

【００４９】第４の実施形態に係る半導体装置の製造装
置において、保持台４０１の内部に設けられている加熱
手段により半導体ウェハ１０を加熱すると共に、ローラ
４０２を回転させながら該ローラ４０２により半導体ウ
ェハ１０の上に形成されている薄膜１１を押圧すると、
シャフト４０３と押圧部材４０５との間に緩衝部材４０
４が介在しているため、可撓性を有する押圧部材４０５
は、複雑に反っている半導体ウェハ１０の形状に沿って
馴染むように変形しながら、半導体ウェハ１０上の薄膜
１１を押圧して平坦化する。

【００５０】第４の実施形態によると、ローラ４０２の
表面に設けられた押圧部材４０５により押圧するため、
半導体ウェハ１０のサイズが大きくなっても容易に対応
することができる。

【００５１】以下、本発明の各実施形態に係る半導体装
置の製造方法について図面を参照しながら説明する。

【００５２】（第１の実施形態）第１の実施形態に係る
半導体装置の製造方法として、図１に示す半導体装置の
製造装置を用いる場合について説明する。

【００５３】半導体ウェハ１０を保持台１０１の内部に
設けられている加熱手段により、半導体ウェハ１０を薄
膜１１が軟化する程度の温度例えば５００〜６００℃の
温度に加熱すると共に、ガス導入部１０２から例えば５
０〜１００気圧の高圧の不活性ガスをチャンバー１００
の内部に導入する。

【００５４】このようにすると、可撓性を有する押圧部
材１０３は、半導体ウェハ１０の反っている形状に馴染
むように変形した後、図５に示すように、薄膜１１の表
面の凸部１１ａを押圧する。このため、薄膜１１の凸部
１１ａを構成する材料は押圧されて凹部１１ｂの方に流
動するので、薄膜１１の表面は平坦化される。

【００５５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方
法によると、可撓性を有する押圧部材１０３により薄膜
１１を押圧するため、押圧部材１０３が半導体ウェハ１
０の形状に良く馴染むと共に、リフロー法のような高温
（例えば８００〜９００℃）でなくても、薄膜１１の表
面は平坦化される。このように、従来のリフロー法より
も低い温度で薄膜１１を平坦化できるため、半導体ウェ
ハ１０に注入されている不純物の再拡散を防止できるの
で、トランジスタ特性の劣化を回避することができる。

【００５６】半導体ウェハ１０を加熱する温度として
は、薄膜１１が軟化する程度の温度が好ましく、薄膜１
１を構成する材料、例えば二酸化珪素等の絶縁性材料、
又はアルミニウムや銅等の導電性材料の種類に応じて、
また、絶縁性材料や導電性材料に添加されている物質の
種類に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、薄
膜１１として、ホウ素及びリンが添加された二酸化珪素
よりなる絶縁膜を用いる場合には、５００〜６００℃の
温度に加熱することが好ましい。

【００５７】可撓性の押圧部材１０３に対する加圧力と
しては、押圧部材１０３の材質や厚さ又は薄膜１１を構
成する材料に応じて適宜選択することが好ましい。

【００５８】尚、第１の実施形態においては、保持台１
０１の内部に設けられている加熱手段により半導体ウェ
ハ１０を加熱したが、保持台１０１からの加熱に代え
て、又は、保持台１０１からの加熱に加えて、半導体ウ
ェハ１０を上方から図示しないランプ等により加熱した
り、ガス導入部１０２から高温で且つ高圧の不活性ガス
を導入することにより加熱してもよい。このようにし
て、保持台１０１からの加熱を低減すると、半導体ウェ
ハ１０に形成されているトランジスタが受けるダメージ
が低減する。

【００５９】（第２の実施形態）第２の実施形態に係る
半導体装置の製造方法として、図２（ａ）又は図３に示
す半導体装置の製造装置を用いる場合について説明す
る。

【００６０】保持台２０１，３０１の内部に設けられて
いる加熱手段により半導体ウェハ１０を例えば５００〜
６００℃の温度に加熱すると共に、振動発生部材２０
７，３０７により上下方向の振動を発生させながらシャ
フト２０６，３０６を降下させて、可撓性の押圧部材２
０３，３０３により半導体ウェハ１０の上に形成されて
いる薄膜１１を押圧する。

【００６１】このようにすると、可撓性を有する押圧部
材２０３，３０３は、半導体ウェハ１０の反っている形
状に馴染んだ後、図６に示すように、上下方向に振動し
ながら薄膜１１の表面の凸部１１ａを押圧する。このた
め、薄膜１１の凸部１１ａを構成する材料は、半導体ウ
ェハ１０の表面に垂直な方向の振動を与えられながら押
圧されるので、薄膜１１の凹部１１ｂの方に流動し、薄
膜１１の表面は平坦化される。

【００６２】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方
法によると、可撓性を有する押圧部材２０３，３０３に
より薄膜１１を押圧するため、押圧部材２０３，３０３
が半導体ウェハ１０の形状に良く馴染むと共に、薄膜１
１の表面は平坦化される。このように、従来のリフロー
法よりも低い温度で薄膜１１を平坦化できるため、半導
体ウェハ１０に注入されている不純物の再拡散を防止で
きるので、トランジスタ特性の劣化を回避することがで
きる。

【００６３】（第３の実施形態）第３の実施形態に係る
半導体装置の製造方法として、図２（ａ）、（ｂ）に示
す半導体装置の製造装置を用いる場合について説明す
る。

【００６４】第３の実施形態は、押圧部材２０３の振動
方向が水平方向である点を除いて、第２の実施形態と同
様である。

【００６５】保持台２０１の内部に設けられている加熱
手段により半導体ウェハ１０を加熱すると共に、振動発
生部材２０７により押圧部材２０３に水平方向の振動を
発生させながらシャフト２０６を降下させて、可撓性の
押圧部材２０３により半導体ウェハ１０の上に形成され
ている薄膜１１を押圧する。

【００６６】このようにすると、可撓性を有する押圧部
材２０３は、半導体ウェハ１０の反っている形状に馴染
んだ後、図７に示すように、水平方向に振動しながら薄
膜１１の表面の凸部１１ａを押圧する。

【００６７】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方
法によると、可撓性を有する押圧部材２０３が半導体ウ
ェハ１０の形状に良く馴染むと共に、薄膜１１の表面は
従来のリフロー法よりも低い温度で平坦化される。

【００６８】第３の実施形態においては、押圧部材２０
３に水平方向の振動を加えるため、薄膜１１を構成する
材料は、押圧部材１０３との間の静止摩擦力によって半
導体ウェハ１０の表面と平行な方向に押圧されるので、
薄膜１１の表面に沿って流動しやすくなる。この場合、
押圧部材１０３と薄膜１１とが相対移動することなく、
押圧部材１０３が薄膜１１に対して半導体ウェハ１０の
表面に平行な方向の応力を与える程度の振動を加えるこ
とが好ましい。このようにすると、押圧部材１０３と薄
膜１１とが互いに擦れ合わないので、薄膜１１の表面に
は擦り傷や欠陥が形成されないと共に、平坦化処理後の
薄膜１１の平坦性が一層向上する。

【００６９】（第４の実施形態）第４の実施形態に係る
半導体装置の製造方法として、図４に示す半導体装置の
製造装置を用いる場合について説明する。

【００７０】保持台４０１の内部に設けられている加熱
手段により半導体ウェハ１０を加熱すると共に、ローラ
４０２を回転させながら半導体ウェハ１０の表面に沿っ
て移動させることにより、半導体ウェハ１０の上に形成
されている薄膜１１を押圧する。この場合、ローラ４０
２を半導体ウェハ１０の表面に沿って複数回往復運動さ
せることが好ましい。このようにすると、薄膜１１の凸
部はローラ４０２の進行方向に、つまり前後方向に複数
回押圧されて薄膜１１の凹部に流動するので、薄膜１１
の表面は平坦化される。

【００７１】第４の実施形態に係る半導体装置の製造方
法によると、可撓性を有する押圧部材４０５が半導体ウ
ェハ１０の形状に良く馴染むと共に、薄膜１１の表面は
従来のリフロー法よりも低い温度で平坦化される。

【００７２】尚、保持台４０１又はローラ４０２を上下
方向又は水平方向に振動させながら、該ローラ４０２に
より薄膜１１を押圧してもよい。このようにすると、第
２又は第３の実施形態と同様、薄膜１１の平坦度が向上
する。

【００７３】また、保持台４０１による加熱に代えて、
又は、保持台４０１による加熱に加えて、ローラ４０２
により薄膜１１を加熱してもよい。このようにすると、
薄膜１１に対して表面から加熱できるので、薄膜１１の
加熱に要する総熱量を低減できると共に半導体ウェハ１
０に形成されているトランジスタの特性の劣化を防止で
きる。

【００７４】以下、本発明に係る薄膜の平坦化技術が実
際の半導体装置のプロセスに適用される場合について図
面を参照しながら説明する。

【００７５】図８（ａ）、（ｂ）は、絶縁膜よりなる薄
膜１１が、半導体ウェハ１０の上に形成された０．２５
μｍ以下のデザインルールを持つ金属配線１２の上に全
面に亘って堆積されている場合についての平坦化プロセ
スを示している。

【００７６】まず、図８（ａ）に示すように、金属配線
１２が形成された半導体ウェハ１０の上に全面に亘って
絶縁膜よりなる薄膜１１を堆積すると、金属配線１２が
密に配置されたパターン領域においては、薄膜１１の表
面に小さい凹凸部が形成される一方、金属配線１２が疎
に配置されたパターン領域においては、金属配線１２の
上側のみが凸状になり他の部分には緩やかで且つ大きい
凹部が形成される。

【００７７】次に、第１〜第４の実施形態の方法を用い
て薄膜１１を平坦化すると、図８（（ｂ）に示すよう
に、密な配線パターン領域においては全体に亘って平坦
になるが、疎な配線パターン領域においては金属配線１
２同士の間に浅く且つ大きい凹状部が形成される。とこ
ろが、剛性を有する押圧部材により薄膜１１を押圧する
と、疎な配線パターン領域においては薄膜１１に押圧部
材により押圧されない部分が生じてしまうため、薄膜１
１に対する精度の高い平坦化が困難であるが、可撓性を
有する押圧部材により薄膜１１を押圧すると、疎な配線
パターン領域においても薄膜１１は確実に平坦化され
る。従って、本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、０．２５μｍ以下のデザインルールを持つ配線パタ
ーンの上に形成された絶縁膜に対しても高精度に平坦化
できる。

【００７８】図９（ａ）〜（ｃ）は、半導体ウェハ１０
の上に形成された絶縁膜１３に埋め込み配線を形成する
プロセスを示している。

【００７９】まず、図９（ａ）に示すように、金属配線
形成領域に開口部を有する絶縁膜１３が形成された半導
体ウェハ１０の上に全面に亘って金属膜よりなる薄膜１
１を堆積した後、第１〜第４の実施形態の方法を用いて
薄膜１１を平坦化すると、図９（ｂ）に示すように、薄
膜１１は平坦化される。

【００８０】次に、薄膜１１に対して全面エッチバック
を行なうと、図９（ｃ）に示すように、絶縁膜１３内に
金属膜よりなる埋め込み金属配線１４が形成される。

【００８１】尚、第１〜第３の実施形態に係る半導体装
置の製造方法においては、押圧部材１０３，２０３，３
０３の大きさは半導体ウェハ１０の大きさよりもひとま
わり大きかったが、これに代えて、押圧部材１０３，２
０３，３０３を半導体ウェハ１０よりも小さく設けてお
き、押圧する部位を変えながら複数回押圧するようにし
てもよい。

【００８２】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法
の特徴について、図面を参照しながら説明する。

【００８３】図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る半
導体装置の製造方法の比較例を示しており、剛性を有す
る押圧部材１１０を用いて薄膜１１を押圧して平坦化す
る状態を示している。前述したように、半導体ウェハ１
０の上には密な配線パターンと疎な配線パターンとが形
成されていたり、複数の熱処理工程を経たりすることに
より、半導体ウェハ１０の形状はうねるように複雑に反
っている。このため、図１０（ａ）に示すように、剛性
を有する押圧部材１１０を用いて薄膜１１を押圧する
と、薄膜１１には、押圧部材１１０と接する部位と接し
ない部位とができる。このため、図１０（ｂ）に示すよ
うに、押圧後の薄膜１１には、膜厚の小さい部位と大き
い部位とができてしまう。

【００８４】図１１（ａ）、（ｂ）は、可撓性を有する
押圧部材１０３を用いて薄膜１１を押圧する状態を示し
ている。押圧部材１０３が可撓性を有していると、押圧
部材１０３は半導体ウェハ１０の形状に沿って変形し全
面に亘って薄膜１１に接した状態で薄膜１１を押圧す
る。このため、図１１（ｂ）に示すように、押圧後の薄
膜１１は半導体ウェハ１０の形状に沿って平坦になる。
従って、本発明に係る半導体装置の製造方法によると、
薄膜１１は１μｍを大きく下回る寸法で平坦化される。

【００８５】図１２（ａ）〜（ｃ）は、第２又は第３の
実施形態のように、真空チャンバー２００，３００の内
部において可撓性を有する押圧部材２０３，３０３を用
いて薄膜１１を押圧する状態を示している。

【００８６】まず、図１２（ａ）に示すように、表面に
凹部を有する薄膜１１を可撓性を有する押圧部材２０
３，３０３により押圧すると、図１２（ｂ）に示すよう
に、薄膜１１の凹部は球状部に変化する。ところが、真
空チャンバー２００，３００の内部において真空状態で
押圧部材２０３，３０３により薄膜１１を押圧するた
め、図１２（ｃ）に示すように、薄膜１１の球状部は消
えて無くなるので、薄膜１１にはボイドが形成されな
い。

【００８７】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法
の特徴について、従来から知られている他の技術分野に
おける平坦化技術と比較しながら説明する。

【００８８】例えば、特開平２−１９９７９０号公報に
は、エレクトロルミネセンス表示素子の製造方法とし
て、グリーンシートが軟化する温度下で互いに平行な一
対の加圧板により内部パターン電極を平坦化する技術が
示されているが、剛性の加圧板を用いて押圧する点及び
軟化する対象がグリーンシートである点において、本発
明と異なる。また、特開平５−９３８０６号公報には、
カラーフィルターの製造方法として、透明基板の上に形
成されたオーバーコート層を押さえ板により押圧して平
坦化する技術が示されているが、剛性の押さえ板を用い
て押圧する点及び軟化する対象が透明基板である点にお
いて、本発明と異なる。また、これらの公報に示されて
いる方法では、薄膜を１μｍ以下の程度に平坦化するこ
とは不可能である。

【００８９】また、特開平８−２２７８８７号公報に
は、半導体装置の製造方法として、軟化したＰＳＧ膜を
ローラにより平坦化する技術が示されているが、剛性の
ローラを用いて押圧する点において本発明と異なる。

【００９０】

【発明の効果】本発明に係る第１の半導体装置の製造方
法によると、可撓性を有する押圧部材が複雑に反ってい
る半導体ウェハの形状に沿って馴染みながら変形するた
め、押圧部材は薄膜の凸部と全面的に接するので、薄膜
のほぼ全ての凸部を構成する材料が凹部の方に流動し
て、薄膜の表面は極めて平坦な状態に平坦化される。

【００９１】また、軟化している薄膜を押圧部材により
押圧するため、押圧部材により押圧しない場合に比べ
て、薄膜の温度は低くてよいので、半導体ウェハ上に形
成されているトランジスタの特性が劣化する事態を防止
できる。

【００９２】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
によると、半導体ウェハ上に形成されており表面に凹凸
を持つ薄膜を加熱して薄膜を軟化させるため、薄膜が確
実に軟化し、薄膜のほぼ全ての凸部を構成する材料が凹
部の方へ確実に流動するので、薄膜の表面は一層平坦な
状態に平坦化される。

【００９３】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、薄膜が絶縁膜又は金属膜であると、半導体ウェハ
上に形成されている絶縁膜又は金属膜の表面を、半導体
ウェハ上に形成されているトランジスタの特性を劣化さ
せることなく、極めて平坦な状態に平坦化することがで
きる。

【００９４】第１又は第２の半導体装置の製造方法にお
いて、押圧部材が薄膜に対して濡れ性を有しない材質よ
りなると、押圧部材は薄膜と接しても薄膜に付着しない
ので、薄膜の凸部を構成する材料を凹部の方に確実に流
動させることができる。

【００９５】第２の半導体装置の製造方法において、押
圧部材を振動させながら薄膜を押圧すると、押圧部材の
質量に基く慣性力が薄膜の凸部に作用するため、薄膜の
凸部の凹部への流動が促進されるので、平坦化の程度が
向上すると共に平坦化に要する時間を短縮できる。

【００９６】第２の半導体装置の製造方法において、薄
膜を真空状態において押圧部材により押圧すると、薄膜
の凸部を構成する材料が凹部の方に流動する際に周囲の
気体を巻き込まないので、薄膜中にボイドが形成される
事態を防止できる。

【００９７】本発明に係る半導体装置の製造装置による
と、加熱手段により半導体ウェハの上に形成されている
薄膜を加熱して軟化させた状態で、押圧手段により可撓
性を有する押圧部材を薄膜に対して押圧できるため、押
圧部材は複雑に反っている半導体ウェハの形状に沿って
馴染みながら変形して軟化している薄膜を押圧するの
で、薄膜のほぼ全ての凸部を構成する材料が凹部の方へ
流動し、薄膜の表面は極めて平坦な状態に平坦化され
る。

【００９８】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧部材が、回転可能且つ半導体ウェハの表面に沿って
平行移動可能に設けられたローラ本体の表面に設けられ
ていると、ローラ本体を回転させながら半導体ウェハの
表面に沿って平行移動させることにより、薄膜を押圧で
きるため、薄膜の凸部を構成ずる材料をローラ本体の移
動方向に流動させることができるので平坦化に要する時
間を短縮できると共に、半導体ウェハが大型化しても対
応することができる。

【００９９】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧部材が平面状の薄板よりなると、薄膜の表面を同時
に押圧することが可能になる。

【０１００】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧部材が緩衝部材を介して剛体に保持されていると、
剛体を薄膜の方に移動させて押圧部材により薄膜を押圧
することができると共に、緩衝部材が可撓性を有する押
圧部材の変形に追従して変形するので押圧部材には均等
に押圧力が作用する。

【０１０１】本発明の半導体装置の製造装置において、
押圧手段が押圧部材を振動させる手段を有していると、
押圧部材を振動させながら薄膜に対して押圧できるた
め、押圧部材の質量に基く慣性力が薄膜の凸部に作用す
るので、薄膜の凸部の凹部への流動が促進され、平坦化
の程度が向上すると共に平坦化に要する時間を短縮でき
る。

【０１０２】本発明の半導体装置の製造装置が、保持台
及び押圧部材を収納しているチャンバーを備え、該チャ
ンバー内に導入される高圧気体により可撓性を有する平
面状の押圧部材を押圧すると、簡易且つ確実に可撓性を
有する押圧部材に対して均等に押圧力を加えることがで
きる。

【０１０３】本発明の半導体装置の製造装置が、保持台
及び押圧部材を収納しているチャンバーと、チャンバー
の内部を減圧する減圧手段とを備えていると、薄膜を真
空状態において押圧部材により押圧できるため、薄膜の
凸部を構成する材料が凹部の方に流動する際に周囲の気
体を巻き込まないので、薄膜中にボイドが形成される事
態を防止できる。

【０１０４】従って、本発明によると、イオンの除去、
表面の傷及び悪いスループット等のＣＭＰ法が持つ問題
点を招くことなく、また、半導体ウェハを８５０℃以上
の高温に晒すことなく、０．２５μｍ以下のデザインル
ールの半導体ウェハの上に形成されている薄膜の表面を
確実に平坦化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造装置の断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体
装置の製造装置の断面図であり、（ｂ）は第２の実施形
態の変形例に係る半導体装置の製造装置のシャフト近傍
を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製
造装置の断面図である。

【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製
造装置の断面図である。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製
造方法の平坦化工程を示す断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製
造方法の平坦化工程を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製
造方法の平坦化工程を示す断面図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る半導体装置の
製造方法を、０．２５μｍ以下のデザインルールの金属
配線の上に形成された絶縁膜を平坦化するプロセスに適
用した場合の断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る半導体装置の
製造方法を、絶縁膜に埋め込み配線を形成するプロセス
に適用した場合の断面図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る半導体装置
の製造方法の比較例を示す断面図である。

【図１１】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る半導体装置
の製造方法の作用を示す断面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る半導体装置
の製造方法の作用を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体ウェハ １１ 薄膜 １１ａ 凸部 １１ｂ 凹部 １２ 金属配線 １３ 絶縁膜 １４ 埋め込み配線 １００ 高圧チャンバー １０１ 保持台 １０２ ガス導入部 １０３ 押圧部材 ２００ 真空チャンバー ２０１ 保持台 ２０３ 押圧部材 ２０４ 緩衝部材 ２０５ 加圧板 ２０６ シャフト ２０７ 振動発生部材 ２０８ Ｏリング ３００ 真空チャンバー ３０１ 保持台 ３０３ 押圧部材 ３０４ 緩衝部材 ３０５ 加圧板 ３０６ シャフト ３０７ 振動発生部材 ３０８ Ｏリング ４０１ 保持板 ４０２ ローラ ４０３ シャフト ４０４ 緩衝部材 ４０５ 押圧部材

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハ上に形成されており、表面
   に凹凸を持ち軟化している薄膜を、可撓性を有する押圧
   部材により押圧することによって、前記薄膜の表面を平
   坦化する工程を備えていることを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体ウェハ上に形成されており表面に
   凹凸を持つ薄膜を加熱して、前記薄膜を軟化させる軟化
   工程と、 加熱された前記薄膜を可撓性を有する押圧部材により押
   圧して、前記薄膜の表面を平坦化する平坦化工程とを備
   えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記薄膜は絶縁膜又は金属膜であること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記押圧部材は前記薄膜に対して濡れ性
   を有しない材質よりなることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記平坦化工程は、加熱された前記薄膜
   を、可撓性を有する押圧部材を振動させながら押圧する
   工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装
   置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記平坦化工程は、加熱された前記薄膜
   を、真空状態において可撓性を有する押圧部材により押
   圧する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半
   導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 半導体ウェハを保持する保持台と、 前記保持台に保持される半導体ウェハの上に形成されて
   おり表面に凹凸を有する薄膜を加熱して軟化させる加熱
   手段と、 前記薄膜の上方に配置される可撓性を有する押圧部材
   と、 前記押圧部材を前記薄膜に対して押圧する押圧手段とを
   備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
8. 【請求項８】 前記押圧部材は、回転可能且つ前記半導
   体ウェハの表面に沿って平行移動可能に設けられたロー
   ラ本体の表面に設けられていることを特徴とする請求項
   ７に記載の半導体装置の製造装置。
9. 【請求項９】 前記押圧部材は、平面状の薄板よりなる
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造装
   置。
10. 【請求項１０】 前記押圧部材は、緩衝部材を介して剛
    体に保持されていることを特徴とする請求項７に記載の
    半導体装置の製造装置。
11. 【請求項１１】 前記押圧手段は、前記押圧部材を振動
    させる手段を有していることを特徴とする請求項７に記
    載の半導体装置の製造装置。
12. 【請求項１２】 前記保持台及び押圧部材を収納してい
    るチャンバーをさらに備えており、 前記押圧部材は、平面状の薄板よりなり、 前記押圧手段は、前記チャンバー内に導入される高圧気
    体であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置
    の製造装置。
13. 【請求項１３】 前記保持台及び押圧部材を収納してい
    るチャンバーと、 前記チャンバーの内部を減圧する減圧手段とをさらに備
    えていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置
    の製造装置。