JPS63150923A - 平坦化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は凹凸を有する基板の平坦化方法に関する。

［従来の技術］ 半導体集積回路素子あるいはバブルメモリー素子などの
超小型素子においては絶縁層と導体層とを順次積層形成
することが必要とされている。しかしながら、導体層数
が２層３層と多層化するに従い、導体層の段差がより急
峻となり、導体層が交差するところで断線やショートな
どを生じ、実質的な積層構成を困難にしている。

このような導体層の断線を防止するためには、導体層を
形成する前の絶縁層表面を平坦化することが有効であり
、従来より、種々の方法が試みられている。第１図はそ
の方法の一つを示したものでエッチバック法と呼ばれる
ものである。この方法によれば、まず第１図（ａ）に示
すように導体層１上に形成された絶縁層２の上に有機高
分子膜３をスピン塗布した後、有機高分子膜と絶縁層と
のドライエツチング速度が等しくなるような条件でエツ
チングすることにより、有機高分子膜の塗布面の平滑性
を絶縁層に転写するものである。この方法は、低温で平
坦化ができることや、塗布面の平滑性を絶縁層に転写で
きることなどの点でデバイス製造上きわめて有望な方法
であると言える。

しかしながら、実際はレジストをはじめとする有機物を
回転塗布した場合には、第１図（ｂ）に示すようになり
、一般に基板の凹凸を完全には埋めることができないと
いう欠点があった。

これに対し、分子Ｂｉ　ｏ万程度のポリスチレンのごと
き熱変形温度の低い材料を回転塗布後、熱変形温度以上
（たとえば２００°Ｃ）に加熱して流動する方法を用い
れば第１図（Ｃ）に示すように基板の凹凸を著しく改善
できるということが開示されている（特開昭５９−２２
５５２６号公報）。

［発明が解決しようとする問題点１ 種々の段差幅をもつパターンを均一に平坦化することを
考慮すると塗布する有機高分子の分子量は、なるべく小
さい方が望ましい。例えば、種々の分子量をもつポリス
チレンを段差を有する基板に塗布し、一定温度で加熱し
た後の高低差をタリステップで測定したところ、低分子
量のポリスチレンを用いた場合、導体幅が広い場合であ
っても高低差の無い理想的な平坦面を突環できることが
わかった。これはポリスチレンの溶融粘度に著しい分子
間依存性があるためである。加熱温度が高ければ比較的
分子量が高い高分子でも平坦化できるが、高分子の分解
が起こるような高温には加熱できない。このことを考え
ると、ポリスチレンの場合、分子量が１ｏｏｏｏ以下の
高分子が望ましい。

ところが、高分子の分子量が小さくなると、高分子を流
動させるために熱変形温度以上に加熱する際、溶融した
高分子が表面張力によって凝縮してしまうという問題が
あった。

本発明の目的は、以上述べたような熱変形加熱の際の高
分子の凝縮を防ぎ、優れた平坦面を形成させ得る平坦化
方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ すなわら本発明は、段差を有する基板上に絶縁膜を設け
る工程と、この絶縁膜上に少なくとも１個のアミノ基と
少なくとも１個のアルコキシシリル基を有する有機化合
物よりなる有機膜を形成する工程と、この有機膜上に分
子量が１００００以下の有機高分子よりなる有機高分子
膜を形成する工程と、この有機高分子の溶融粘度を著し
く低下させて平坦面を形成する加熱工程と、前記有機高
分子平坦面をドライエツチングして前記絶縁膜に平坦面
を転写する工程とからなることを特徴とする平坦化方法
、および段差を有する基板上に絶縁膜を設ける工程と、
この絶縁膜上に少なくとも１個のアミン基と少なくとも
１個のアルコキシシリル基を有する有機化合物よりなる
有機膜を形成する工程と、この有機膜上に分子量が１０
０００以下の有は高分子および架橋剤からなる有機高分
子膜を形成する工程と、この有機高分子の溶融粘度を著
しく低下させて平坦面を形成する加熱工程と、紫外線を
照射して前記有機高分子を架橋せしめる工程と、１ｑら
れた有機高分子平坦面をドライエツチングして前記絶縁
物に平坦面を転写する工程とからなることを特徴とする
平坦化方法でおる。

本発明においては、絶縁膜上に有機高分子膜を塗布する
前に、絶縁膜上に有職薄膜を形成し、基板の表面エネル
ギーを高めることによって、熱変形加熱の際の溶融高分
子の表面張力よりも基板表面と溶融高分子との親和力を
大きくし、溶融高分子が凝縮することを防ぐ。この絶縁
膜と有機高分子膜の間の有機薄膜は絶縁膜と化学結合を
つくることのできる官能基と表面エネルギーを高める官
能基を有する。本発明においては、絶縁膜と化学結合を
つくることのできる官能基としてアルコキシシリル基を
、表面エネルギーを高める官能基として１級、２級また
は３級アミン基を有する有機化合物を用いる。

このような有機物の薄膜は、スピンコードによっても、
気相成長によっても形成することができる。

また、分子！　１００００以下の有機高分子としてはポ
リスチレンが好ましく、この場合、ポリスチレンのガラ
ス転移温度（Ｔｑ＞が低いためドライエツチングを２０
’Ｃ以下の温度で行うことが望ましい。

本発明では分子１７．１ｏｏｏｏ以下の有機高分子とし
て上記のほか、加熱工程で溶融粘度が著しく低下する有
機高分子膜が得られるもの、例えばシロキサン、ポリス
チレン誘導体（置換基はアルキル基、アセチル基、ヒド
ロキシ基、α−メチル基のいずれかよりなるもの）、ポ
リビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリ
ロニトリル、ポリメタアクリロニトリル、ノボラック樹
脂などがあげられる。

本発明ではさらにｉ機高分子として分子量が１００００
以下の架橋性の有機高分子と架橋剤とを併用する平坦化
方法が含まれる。架橋剤としては例えば２．６−ビス（
４′−アジドベンザル）４−メチルシクロヘキサノンが
あげられる。

［作　用］ 絶縁膜材料としては代表的にはＳｉＯ２が、その他に金
属酸化物が用いられている。これらの酸化物の表面には
水酸基が存在しており、絶縁膜上に形成された有機膜に
含まれるアルコキシシリル基は加水分解をうけ、たの水
酸基と容易に反応し化学結合を形成する。この結果、ア
ミノ基が基板面と反対側を向いて並ぶので、有機膜で処
理Ｃ゛な１・） い場合に比べ、表面エネルギーを高くすることができる
。表面エネルギーが高い基板表面は、他の物質と接着し
やすくなり、低分子量の有機高分子を用いて段差を解消
した場合でも、基板表面と高分子を接着させようとする
力が熱変形加熱時に凝縮させようとする表面張力に打ち
勝つので、凝縮を防ぐことができる。

なお、アルコキシシリル基のかわりにクロロシリル基を
用いても同じ効果が期待できるが、クロロシリル基では
加水分解の結果塩化水素が生成することを考えると、基
板が損傷するなどの悪影響を及ぼす恐れがあるので、好
ましくない。

また、ポリスチレンなどを塗布した後、下層の絶縁膜に
転写するドライエツチング工程では、特に平坦化をよく
するために分子量の小さなポリスチレンを用いると、ポ
リスチレンのＴｏが低くなっているため、エツチング時
の温度上昇を防ぐことが必要である。通常はエツチング
の際、ポリマーテーブルを冷却することによって温度上
昇を防いでいるが（２０℃以下）、このエツチング時の
温度上昇に対する制約を取り除くためには、ポリスチレ
ンのＴＣＩをエツチング前に高めることが必要である。

ポリスチレンは遠紫外光を吸収し、架橋することが知ら
れているが、その感度が低い。

遠紫外光に対して感度を有する架橋剤、例えば２．６ビ
ス（４′−アジドベンザル）４−メチルシクロヘキサノ
ンを混合し、遠紫外光を照射したところ、耐熱性の向上
が認められた。このとき架橋剤の混合による塗布特性お
よび溶融粘度特性に顕著な差は認められなかった。また
、架橋剤を混合した場合でも、本発明における表面処理
工程を実施することによって、高分子の変形加熱時にお
ける凝縮を防ぐことができた。

［実施例］ 以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳しく説明する
。

実施例１ 厚さ６０００Ａの導体パターン上にＳｉＯ２をａｏｏ。

入被着し、３−アミノプロピルトリメトキシシランの蒸
気に、室温において２０分間ざらした。分子１２０００
のポリスチレンをエチルセロソルブアセテートを溶媒と
し、７０００人の厚さに塗布した。塗布後、窒素雰囲気
中で２２０　’Ｃにおいて３０分間加熱した。次にＤＥ
Ｎ−４５１（アネルバ（株）製商品名）反応性イオンエ
ツチング装置において、２０℃に？ｆｆｉ［制御された
ポリマーテーブルをＲＦ印加側に設け、エツチングを行
った。エツチングガスは５ｉ０２とポリスチレンとが等
速にエツチングされるようにＣＦ４１０２を用いた。高
周波電力１００Ｗ、チェンバー圧力４．５Ｐａ、　ＣＦ
４流量３０ＳＣＣｍ、　０２流母２．５ｓｅｃｍの条件
で、はぼポリスチレンの塗布膜形状が、そのまま５１０
２膜に転写され、導体幅５０μｍ以上にわたって、はぼ
理想的な平坦面が実現できた。

なお、３−アミノプロピルトリメトキシシラン処理を行
わなかった基板では、ポリスチレン塗布後の加熱により
、ポリスチレンが基板の中央に凝縮してしまい、平坦化
を行うことができなかった。

実施例２ 厚さ６０００への導体パターン上にＳｉＯ２を８０００
人被着し、３−アミノプロピルトリメトキシシランの蒸
気に室温において２０分間さらした。分子量２０００の
ポリスチレンに２，６−ビス（４′−アジドベンザル）
４−メチルシクロヘキサノンを１０ｗｔ％の割合で混合
しキシレンを溶媒とし、厚さ７０００、Ａ塗布した。塗
布後窒素雰囲気中２２０’Ｃで１時間加熱し、続いて窒
素雰囲気中で遠紫外光を６０分間照射し、架橋ざぜた。

次に、ＤＥ）Ｉ−４５１反応性イオンエツチング装置に
おいて、高周波電力１００Ｗ１チエンバー圧力４．５Ｐ
ａ、　ｃＦ４流ｉ３０ｓｃｃｍ。

０２流量２．５ｓｅｃｍの条件でエツチングした。エツ
ヂジグ後、はぼ有機膜の塗布膜形状がそのままｓｒｏ２
ｍに転写され、導体幅５０μｍ以上にわたってほぼ理想
的な平坦面が実現できた。

なお、実施例１の場合と同様に、３−アミノプロピルト
リメトキシシラン処理を行わなかった基板では、ポリス
チレン塗布後の加熱により、ポリスチレンが基板の中央
に凝縮してしまい、平坦化を行うことができなかった。

実施例３ 実施例１における３−アミノプロピルトリメトキシシラ
ンをＮ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルト
リメトキシシランにかえたほかは実施例１と同様にして
実験を行った。その結果、実施例１と全く同様の結果が
得られ、基板の平坦化を行うことができた。

実施例４ 実施例２における３−アミノプロピルトリメトキシシラ
ンをＮ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルト
リメトキシシランにかえたほかは実施例２と同様にして
実験を行った。その結果、実施例２と全く同様の結果が
得られ、基板の平坦化を行うことができた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明による平坦化方法はパターン
幅依存性がなく、理想的な平坦面が得られることがわか
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はエッチバック法を説明するための基板上の模式
的断面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）段差を有する基板上に絶縁膜を設ける工程と、こ
   の絶縁膜上に少なくとも１個のアミノ基と少なくとも１
   個のアルコキシシリル基を有する有機化合物よりなる有
   機膜を形成する工程と、この有機膜上に分子量が１００
   ００以下の有機高分子よりなる有機高分子膜を形成する
   工程と、この有機高分子の溶融粘度を著しく低下させて
   平坦面を形成する加熱工程と、前記有機高分子平坦面を
   ドライエッチングして前記絶縁膜に平坦面を転写する工
   程とからなることを特徴とする平坦化方法。
2. （２）有機高分子がポリスチレンであり、かつドライエ
   ッチングが２０℃以下の低温で行われる特許請求の範囲
   第１項記載の平坦化方法。
3. （３）段差を有する基板上に絶縁膜を設ける工程と、こ
   の絶縁膜上に少なくとも１個のアミノ基と少なくとも１
   個のアルコキシシリル基を有する有機化合物よりなる有
   機膜を形成する工程と、この有機膜上に分子量が１００
   ００以下の有機高分子および架橋剤からなる有機高分子
   膜を形成する工程と、この有機高分子の溶融粘度を著し
   く低下させて平坦面を形成する加熱工程と、紫外線を照
   射して前記有機高分子を架橋せしめる工程と、得られた
   有機高分子平坦面をドライエッチングして前記絶縁膜に
   平坦面を転写する工程とからなることを特徴とする平坦
   化方法。
4. （４）有機高分子がポリスチレンであり、かつ架橋剤が
   ２，６−ビス（４′−アジドベンザル）４−メチルシク
   ロヘキサノンである特許請求の範囲第３項記載の平坦化
   方法。