TW517285B - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

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TW517285B
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Hideo Nakagawa
Masaru Sasago
Masayuki Endo
Yoshihiko Hirai
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Matsushita Electric Ind Co Ltd
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Description

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法’特別是關於 [發明所屬之技術領域] 本权明係關於一種半導體裝置之製造方 種形成在基板上有平坦表面的膜的方 [習知技術] 近幾年半導體裝置使用以波長 ^ ^ ^ 〇nm以下的光為曝光 先的微β技術加工到議nm附近或其以下的細微尺寸製造。 在這種短波長的微影技術方面，因焦點深度極端下降而 =形成於基板上的膜表面經常成為平坦已是必要不可缺 "因此’在製造次世代（100 nm以下）的半導體裝置上，基 板上的膜的平坦化技術成為非常重要的技術。又，在本說 明書中所謂基板，係指半導體基板、液晶基板（LCD)或形 成其他半導體裝置的基板。 目岫在0.13 //m〜0.25 的元件，就使膜平坦化的技術而 言，化學機械研磨（CMP : Cheimcal Mechanicai p〇llshmg)& 已成為主法。此外，也提出黏貼預先形成的兩片膜而形成 平坦膜（平坦化膜）的方法。 前者的C Μ P法因熟知而說明省略，在以下就例如特開平 10-32198號公報所示的黏貼兩片膜而形成平坦膜的方法加以 說明。 首先，如圖20(a)所示，在基板1〇 1上施以細微加工而構 成半導體元件，就形成有階差的層1 02。以下，將形成有階 差的層102的基板101稱為階差基板（1〇1、102)。 其次，將貼上預先形成軟片（sheet film)狀的膜103的板 104如軟片狀膜103和有階差的層102對向般地配置。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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其次，如圖20(b)所示，使形成敕片狀膜ι〇3的板ι〇4和 階差基板（1(H、1()2)互相接近後，—面加熱，—面互相壓 接板104和階差基板（1〇1、1〇2)。 其次’如圖2 0 (c)所示，只制下7 Λ j . , (1 〇 1、1 02)上留下款片狀膜i 〇3。 如此一來，如圖20(d)所示，在階差基板（ι〇ι、1〇2)上 形成表面平坦的款片狀膜103。又，在圖2〇(d)，ι〇5為形 成於配線圖案彼此間，有高縱橫比的凹部未填滿而形成的 久缺部。 [發明欲解決之課題] 然而，根據前述習知半導體裝置之製造方法，雖然八點附 近的緊密圖案部的階差可吸收，膜丨〇 3的平坦化可能，但有 整體階差（距離離開處彼此離基板面的高度差），例如圖 2 〇 ( d)的A點和B點的階差產生的問題。 此外’配線圖案的間隔，即階差圖案的間隔成為1〇〇 nm 以下起來’因形成於階差圖案彼此間的凹部縱橫比增大而 有該凹部不穩定填滿的問題。 然而，若使用C MP法，則縱橫比高的凹部不填滿的問題 不產生，但不能減低整體階差的根本問題則未被解決。 鑑於前述，本發明之目的在於沒有整體階差產生，遍及 基板全體表面平坦，同時可形成可穩定填滿縱橫比高的凹 部的膜。 [解決課題之手段] 為了達成前述目的，關於本發明的第一半導體裝置之製 -5- 本紙張尺度通用中S國家標準(CNS) A4規格( X 297公爱) 517285 A7 B7 五、發明説明（3 ) 造方法具備膜形成製程：供應有流動性的物質給基板表面 而形成有流動性的膜；平坦化製程：利用推壓構件平坦的 推壓面將有流動性的膜推壓於基板，使有流動性的膜表面 平坦化；及，固化製程：固化表面平坦化的有流動性的 膜。 根據第一半導體裝置之製造方法，由於在基板表面形成 有流動性的膜（流動性膜）後，利用推壓構件平坦的推壓面推 壓流動性膜，使流動性膜平坦化，其後固化表面平坦化的 流動性膜，所以不產生整體階差，同時縱橫比高的凹部完 全填滿，不形成久缺部。 在第一半導體裝置之製造方法，最好推壓構件的推壓面 有疏水性。 如此一來，容易使推壓構件脫離固化的膜，所以可形成 缺陷更少的平坦膜。 在第一半導體裝置之製造方法，最好有流動性的物質為 絕緣性物質。 如此一來，可形成沒有整體階差的絕緣膜。 在第一半導體裝置之製造方法，最好有流動性的物質為 液狀或凝膠狀。 如此一來，可在基板表面簡易且確實形成有流動性的膜。 在第一半導體裝置之製造方法，最好膜形成製程係一面 使基板旋轉，一面進行。 如此一來，可填充有流動性的物質到縱橫比高的凹部内部。 在第一半導體裝置之製造方法，最好膜形成製程包含使 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 517285 五、發明説明（ 供應有流動性的物質的基板旋轉的製程。 如j來，可填充有流動性的物質到縱橫比高的凹部内部。 在第半導體裝置之製造方法，最好膜形成製程係由一 面使基板旋轉，—面淋浴狀或噴射狀地供應有流動性的物 質所進行。 如此-來，可形成有具有比較小的膜厚的流動性的膜。 在第+導體裝置之製造方法，最好膜形成製程係由— 面使有微小噴射口的噴嘴和基板在平面方向相對移動，一 面從喷射口供應有流動性的物質給基板表面所進行。 如此一來，藉由調整噴嘴和基板的相對移動速度，可將 有流動性的膜厚度控制在所希望的大小。此外，藉由調整 有⑽動性的物質黏度，可使有流動性的膜的流動性程度變 化此外，藉由碉整噴嘴數，可控制處理速度。 在第半；把裝置之製造方法，最好膜形成製程係由一 面旋轉滾筒，一面供應附著於滾筒表面的有流動性的物質 給基板表面所進行。 、 如此來，藉由碉整滾·筒和基板的間隔及將滾筒壓在基 板上之力可控制有流動性的膜厚度。此外，可採用有黏 性高的流動性的材料。 最好第一半導體裝置之製造方法在比膜形成製程之後， 更具備選擇性地除去有流動性的膜周邊部的製程。 如此一來，在半導體裝置的製程容易機械地保持基板的 周邊部。 14種情況，最好除去有流動性的膜周邊部的製程係由一 -7- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X297公爱） 五、發明説明（ 面使基板旋轉，—而 有流動性㈣科部所^^流動性的物f溶解的溶液給 如此:來，可確實除去有圓形或角數多的多角形的平面 形狀的基板周邊部。 係二:射最好除去有流動性的膜周邊部的製程 ......，'流動性的膜周邊部而使周邊部改質後，除 去改質的周邊部進行。 貝伋除 :::來，不僅圓形或角數多的多角形的平面形狀，而 /，貝除去如三角形或四角形等有角數少的多角形的平 面形狀的基板周邊部。 等 4=導體裝置之製造方法，最好平坦化製程包含測 =板表面和推壓面間的多數距離，同時如多數距離相 般地利用推壓面推壓有流動性的膜的製程。 一 來可使有冱動性的膜表面離基板表面的距離妹 常相等’所以可省略每預定期間使基板表面和 = 壓面的距離均等的作業。 輯幵推 數 在第半裝置《製造方法，最好平坦化製程包本叫 量載置基板的台表面和推壓面間的多數距離，同時如；’、 距離相等般地利用推壓面推壓有流動性的膜的製程。 經 士如此-來’可使用流動性的膜表面離基板表面的距離絲 吊相等，所以可省略每預定期間使基板表㈣推壓構件^ 壓面的距離均等的作業。 部 、這些情況，最好測量多數距離的製程係由測量在測量 位的每單位面積的靜電電容所進行。 ' 8 - 517285 A7 B7
如此一來，可簡易且確實測量多數距離。 在第半導體裝置之製造方法’最好固化製程係由在平 坦化製程在利用推壓面推壓有流動性的膜的狀態，加熱有 流動性的膜所進行。 如此一來，可利用熱化學反應使有流動性的膜容易固化。 在第一半導體裝置之製造方法，最好固化製程係由在平 坦化製私在利用推壓面推壓有流動性的膜的狀態，照射光 於有流動性的膜所進行。 如此一來，可利用光化學反應或熱化學反應使有流動性 的膜容易固化。 這種情況，最好照射光於有流動性的膜的製程係一面冷 卻有流動性的的膜，-面進行或利用冷卻使有流動性的膜 暫時固化後進行。 如此一來，即使有流動性的膜的流動性高時，亦可無損 平坦性而使有流動性的膜確實固化。 在第一半導體裝置I製造方法，最好固化製程係由在平 坦化製程在利用推壓面推壓有流動性的膜的狀態，照射光 於有流動性的膜，同時加熱有流動性的膜所進行。^ 如此-來，可利用光化學反應及熱化學反應使有流動性 的膜迅速固化。 最好第一半導體裝置之製造方法在 備使有流動性的膜遍及全體薄膜化的製 固化製程之後，更具 程。
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如此一來， 性的膜之後， 可先形成有比所希望厚度大的厚度的有流動 利用薄膜化形成有所希望厚度的膜，所以可 -9- 517285 A7
貝見C、足且加工窗口（ pr〇cess wind〇w)寬的加工。 廷種情況.，最好使有流動性的膜薄膜化的製程係由電漿 姓刻法所進行。 如此一來，薄膜化的膜厚度的精度提高。 此外’這種情況，最好使有流動性的膜薄膜化的製程係 由化學機械研磨法所進行。 如此一來，使膜薄膜化的製程容易。 關於本發明之第二半導體裝置之製造方法具備以下製 程：供應有流動性的絕緣物質給基板表面而形成有流動性 的絕緣膜；利用推壓構件平坦的推壓面將有流動性的絕緣 膜推壓於基板，使有流動性的絕緣膜表面平坦化；固化表 面平坦化的有流動性的絕緣膜；對於固化的絕緣膜進行選 擇性的姓刻，在固化的絕緣膜形成凹部；及，將金屬材料 埋入凹部，形成埋置配線或插塞。 根據第一半導體裝置之製造方法，由於可形成沒有整體 階差的絕緣膜，所以在利用微影技術在絕緣膜上形成光罩 圖案的製程，可抑制起因·於階差的焦點深度餘地的降低。 因此，比以往可大幅增大加工餘地（加工窗口），所以可製造 高精度的半導體裝置。 在第二半導體裝置之製造方法，最好絕緣膜為有機膜、 典機膜、有機無機混合膜、光造型膜、感光性樹脂膜或多 孔膜。 如此一來，可形成細緻且平坦性佳的絕緣膜。 在弟一半導體裝置之製造方法’最好絕緣膜的介電常數 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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為約4以下。 如此來可減低配線間電容，所以半導體裝置的性能 提高。 [發明之實施形態] (第1實施形態） 以下，就關於第1實施形態的半導體裝置之製造方法一面 參照圖1(a)〜（〇及圖2(a)〜（c)，一面說明。 首先，如圖1 (a)所示，供應有流動性的物質，例如液狀 或凝膠狀（jell)的物質給由半導體晶圓構成的基板i和由有 階差的層2構成的階差基板（1、2)表面，形成有流動性的膜 (以下只稱為流動性膜）3。 就流動性膜而言，可舉有機膜、無機膜、有機無機混合 膜（有機無機混雜膜）、照射光就硬化的光造型膜、光阻膜等 感光性樹脂膜及膜中有直徑.nm〜1〇 11111程度的多數空孔 (pore)的多孔膜（多孔質膜）等。 就流動性膜3的形成方法而言，可舉旋轉塗佈法、微觀噴 塗法、旋轉滚筒法等，雖然流動性膜3的厚度調整因各個方 法而不同，但藉由選擇流動性膜3的形成方法則可調整膜 厚。又，關於流動性膜3的形成方法詳細，將在第丨〜第4實 施例詳細說明。 、 就基板1的平面形狀而言，不特別限定，可以是圓形或多 用形等任一形狀。 使用流動性3作為多層配線的層間膜時，最好使用絕緣性 物質作為有流動性的物質。 -11 -
517285 A7 B7 五、發明説明（9 ) 其次’如圖1(b)所示，使有平坦推壓面的推壓構件4的推 壓面和流動性膜3表面對向後，如圖1(c)所示，藉由對於推 壓構件4施加基板方向的壓力，將流動性膜3推壓於基板1， 使流動性膜3表面平坦化。 這種情況，只是為推壓構件4的推壓面所推壓，流動性膜 3表面遍及基板1全面被平坦化。然而，中斷推壓構件4的推 壓，就因流動性3具有的表面張力而流動性膜3在能量方面 變成穩定的形狀。 於是，如圖2(a)所示，在利用推壓構件4將流動性膜3對 於基板1推壓的狀態加熱流動性膜3，藉由在流動性膜3内部 使化學反應產生而使流動性膜3固化，形成有平坦表面的固 化的膜（以下只稱為固化膜）5。 其次，結束加熱後，將固化膜5溫度降到室溫，其後如圖 2(b)所示，使推壓構件4脫離固化膜5，就如圖2(c)所示， 可在階差基板（1、2)表面形成有平坦表面的固化膜5。 又，最好在推壓面施以鐵氟龍塗佈處理或矽接合材料的 表面處理’以便推壓構件4平坦的推壓面有疏水性。如此一 來，可使推壓構件4容易脫離固化膜5，所以可形成缺陷更 少的平坦固化膜5。 圖3⑷顯示由習知半導體裝置之製造方法所得到的表面 平坦的軟片狀膜1〇3截面形妝 ^ 试茚小狀圖J(b)顯示由關於第1實施 形態的半導體裝置之製造方法 米貝犯 截面形狀。 由習知方法所得到的款片狀膜1〇3在八點的膜叫和㈣ 本纸張尺度適财間*料(CNS) -12 - 517285 A7 B7 五、發明説明（10 ) 的膜厚h間有h i〉h2的關係。這是習知方法因將貼在板丨〇4 上的軟片狀膜103對於階差基板（101、1〇2)一面加熱一面 壓接後剝下板104，不僅產生整體階差（hrhi)，而且縱橫 比高的凹部未填滿，產生欠缺部1 0 5。 對此，由第1實施形態所得到的固化膜5在A點的膜厚h和 B點的膜厚h4間有h3 = h4的關係。這是第1實施形態因供應 有氣動性的物負給階差基板（1、2 )表面而形成流動性膜3 後’使該流動性膜3表面平坦化’然後使流動性膜3固化而 得到固化膜5，不產生整體階差，同時縱橫比高的凹部完全 填滿，所以不形成欠缺部。 以下，就有流動性的材料加以說明。 就為了形成有機膜的有流動性的物質而言，可舉以烯丙 醚為主要結構的芳香族聚合物，具體而言，可舉flare (Honeywell 公司製）及 SiLK (Dow Chemical 公司製）。 就為了形成典機膜的有流動性的物質而言，可舉hsq (Hydrogen silsquioxane)或有機s〇G，例如烷基矽氧烷聚合 物，就HSQ的具體例而言，可舉F〇x (D〇w c〇rnmg公司 製），就有機SOG的具體例而言，可舉HSG-RZ25(日立化 成公司製）。 就為了形成有機共機混合膜的有流動性的物質而言，可 舉=氧燒結構中含有甲基等有機基團的有機石夕氧燒，具體 而言，可舉H0SP(混合有機碎氧烷聚合物：H〇neywdi公司 製）。 就為了形成光造型膜的有流動性的物質而言，可舉 -13- ί紙張尺度適财S时標準(CNS) Μ規格(⑽χ撕公董)---—-
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517285 A7 B7 五、發明説明（11 ) (聚二甲基戊二醯亞胺），具體而言，可舉SAL101 (Shipley Far East公司製）。 就為了形成感光性樹脂膜的有流動性的物質而言，可使 用用於微影技術的一般光阻材料。 就為了形成多孔膜的有流動性的物質而言，可舉有空孔 的有機材料、無機材料及有機無機混合材料，就有空孔的 有機材料的具體例而言，可舉Porous FLARE (Honeywell公司 製），就有空孔的無機材料的具體例而言，可舉HSQ (Hydrogen silsquioxane)中有空孑L 的 XLK (Dow Coming 公司 製），就有空孔的有機無機混合材料而言，可舉Nanoglass (Honeywell公司製）。 將固化使用以上材料所形成的流動性膜3所得到的固化膜 5用作多層配線的層間絕緣膜，則可得到細緻，同時有比一 般氧化矽膜（介電常數為約4程度）低的介電常數的層間絕緣 膜，所以可實現適於施以100 nm以下的細微加工的半導體裝 置的膜。特別是若使用多孔膜，則可實現具有2以下的極介 電常數的層間絕緣膜。 . 又，雖然以上材料係為了形成絕緣膜的材料，但本發明 不限於絕緣膜，亦可用作有導電性的聚合膜或金屬膜的形 成方法。 <第1實施例> 以下，就關於第1實施例的流動性膜形成方法，即第一旋 轉塗佈法，一面參照圖4(a)〜（d)，一面說明。 首先，如圖4(a)所示，將階差基板2 1利用真空吸附保持 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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A7 B7 517285 五、發明説明（Π ) 於可旋轉設置的台20上後，滴下適量有流動性的物質23到 階差基板2 1上，其後使台2〇旋轉或如圖4(b)所示，將階差 基板2 1利用真至吸附保持於可旋轉設置的台2 〇上後，一面 使台20進而階差基板2 1旋轉，一面從滴下噴嘴24供應有流 動性的物質到階差基板2 1上。 如此一來’如圖4(c)所示，在階差基板2丨上形成有平坦 表面的流動性膜22。圖4 (d)顯示圖4 (c)的一點鏈線部分， 係在形成於基板1上的有階差的層2上形成有平坦表面的流 動性膜3。 在圖4(a)所示的方法及圖4(b)所示的方法的任一情況， 藉由使有流動性的物質23黏性和台20的旋轉速度最佳化， 都可得到適於利用前述推壓構件4使流動性膜2 2 (3 )表面平 坦化的製程的具有硬度的流動性膜2 2 (3 )。 第1實施例適於形成具有比較大的厚度的流動性膜2 2 (3 ) 的情況。 <第2實施例> 以下，就關於第2實施例的流動性膜形成方法，即第二旋 轉塗佈法’ 一面參照圖5 (a)〜（c)，一面說明。 首先’如圖5(a)所示，將階差基板21利用真空吸附保持 於可旋轉設置的台2 0上後，一面使台2 0進而階差基板2 1旋 轉，一面從噴射嘴25的噴射口淋浴狀或噴射狀地供應有流 動性的物質26到階差基板21上。 供應預定量有流動性的物質2 6後，僅預定時間性繼續旋 轉台20，就如圖5(b)所示，在階差基板2 1上形成有平坦表 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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線 517285 A7 B7 五、發明説明（13 面的流動性膜22。圖5(c)顯示圖5(b)的一點鏈線部分，係 在形成於基板1上的有階差的層2上形成有平坦表面的流動 性膜3。 第2實施例適於形成具有比較小的膜厚的流動性膜22(3) 的情況。 <第3實施例> 以下’就關於第3實施例的流動性膜形成方法，即微觀噴 孟法，一面參照圖6 ( a)〜（c)，一面說明。 首先，如圖6(a)所示，在二元正交座標系正交的兩方向 中的一方方向，例如圖6(a)的左右方向使階差基板2丨移 動，同時在正又的兩方向中的他方方向，例如圖6(&)的上 下方向一面使滴下噴嘴2 7移動，一面從滴下噴嘴2 7各供應 預定量有流動性的物質28到階差基板21上。即，在圖6(昀 的左方向移動預定量階差基板21後，反覆進行使其停止的 動作，同時在階差基板21停止的期間内，一面使滴下噴嘴 2 7在圖6(a)的上方向或了方向移動，一面從滴下噴嘴”各 供應預定量有流動性的物質到階差基板2丨上。 如此一來，如圖6(b)所示，在階差基板21上形成有平坦 表面的流動性膜22。圖6(c)顯示圖6(b)的一點鏈線部分， 係在形成於基板！上的有階差的層2上形成有平坦表面的流 動性膜3。 根據第3實施例，藉由調整由滴下噴嘴”所供應的有流動 f生的物貝I和滴下噴嘴27的移動速度，可將流動性膜U 厚度從小的膜厚控制到大的膜厚度。 此外，藉由調f由滴下噴嘴27所供應的有流動性的物質 -16 -
517285 A7 B7 五、發明説明（Μ ) 黏度，可使流動性膜22(3)的流動性程度變化。 此外，藉由調整滴下噴嘴2 7的數量，可控制處理速度。 <第4實施例> 以下，就關於第4實施例的流動性膜形成方法，即旋轉滾 筒法，一面參照圖7(a)〜（c)，一面說明。 如圖7(a)、（b)所示，在使旋轉滾筒29周面均句附著有流 動性的物質30的狀態，使旋轉滾筒29沿著階差基板21表面 旋轉移動。 如此一來，使有流動性的物質3 〇在階差基板2丨表面轉 動’所以如圖7(b)所示’在階差基板21上形成有平坦表面的 流動性膜2 2。圖7(c)顯示圖7 (b)的一點鏈線部分，係在形成 於基板1上的有階差的層2上形成有平坦表面的流動性膜3。 根據第4實施例，藉由調整旋轉滾筒29和階差基板21的間 隔及將旋轉滾筒2 9推壓於階差基板2 1之力，可控制流動性 膜22(3)的厚度。 此外，第4實施例適於有流動性的物質3 〇為黏性高的液狀 或凝膠狀的情況。 (第2實施形態） 以下’就關於第2實施形態的半導體裝置之製造方法一面 參照圖8(a)〜（c)及圖9(a)〜（c)，一面說明。 第2實施形態係選擇性地除去由第丨實施形態所得到的流 動性膜周邊邵的方法，第1方法係一面使形成流動性膜的基 板旋轉，一面供應使流動性膜溶解的溶液給流動性膜周邊 部，除去周邊部，第2方法係照射光於流動性膜周邊部而使 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210^^^-----—— 517285 A7
即到基板1周邊 該周邊部改質後，除去改質的周邊部。 且說根據第1實施形態，遍及基板1全面， 部形成流動性膜3。 ，而，有時產生機械地保持基板丨周邊部的必要性。 第2 $她形怨係為了解決這種問題點所完成的，根據第9 實施形態’由於選擇性地除去流動性膜3的周邊部，所以機 械地保持基板丨的周邊部容易。 以下，就選擇性地除去流動性膜22周邊部的第法一面 參照圖8(a)〜（c)，一面說明。 首先，如圖8(a)所示，在可旋轉設置的台2〇上真空吸附 形成机動性膜2 2的階差基板2 1後，使台2 〇旋轉而使流動性 膜22旋轉，以及從第1噴嘴31供應剥離液33給流動性膜22 周邊邵，同時從第2噴嘴3 2供應剥離液3 4給階差基板2 1周 邊部的背面。 如此一來’如圖8(b)所示，可除去流動性膜22周邊部， 同時可除去附著於階差基板21背面周邊部的有流動性的物質。 其次，繼續進行台20的旋轉，另一方面停止剝離液3 3、 34的供應，使流動性膜22乾燥。 又’第1方法可以在使流動性膜2 2表面平坦化之前進行， 也可以在平坦化後進行，但最好在流動性膜22固化之前進行。 第1方法因一面使台20進而流動性膜22旋轉，一面除去其 周邊部而適於平面形狀為圓形或角數多的多角形的階差基 板21 〇 以下，就選擇性地除去流動性膜2 2周邊部的第2方法一面 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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線 517285 A7 B7 五、發明説明（l6 ) 參照圖9 ( a)〜（c)，一面說明。 首先，如圖9(a)所示，在可旋轉設置的台2〇上真空吸附 形成流動性膜22的階差基板2丨後，使台2〇旋轉而使流動性 膜2 2旋轉，同時攸光照射裝置3 5照射光3 6於流動性膜2 2周 邊部，在流動性膜2 2周邊部（光照射部）使光化學反應產生 而使該周邊部改質。就這種情況的光36而言，最好是紫外 光或比紫外光波長短的光。 其次，如圖9(b)所示，使台20進而流動性膜22的旋轉停 止後，全面地供應顯影液等溶液37到流動性膜22上。如此 一來，流動性膜22改質的周邊部溶解於溶液37，所以可選 擇性地除去流動性膜22的週邊部。 其次，如圖9(c)所示，使台20進而流動性膜22再旋轉， 將殘留於流動性膜2 2上的溶液3 7利用離心力排除到外部。 這種情況，最好一面除去溶液37或除去後，供應清洗液到 ml動性膜2 2上而去掉殘留的溶液3 7。如此一來，可得到選 擇性地除去周邊部的流動性膜2 2。 又，第2方法可以在使流動性膜22表面平坦化之前進行， 也可以在平坦化後進行，但最好在流動性膜22固化之前進行。 第2方法因選擇性地照射光3 6於流動性膜2 2周邊部而不僅 平面形狀為圓形或角數多的角形的階差基板21，亦可適用 於如三角形或四角形等角數少的多角形的階差基板2 i。 (第3實施形態） 以下，就關於第3實施形態的半導體裝置之製造方法〜面 參照圖10(a)、（b)及圖11(a)、（b)，一面說明。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ----—_ 517285
第3實施形態係為了使由第1實施形態所得到的流動性膜 表面平坦化佳的方法，測量基板表面或台表面和推壓構 件的推壓面間的多數距離，同時如這些多數距離相等般地 推壓流動性膜。 首先’如圖l〇(a)所示，藉由第1實施形態的方法在基板 5 1上形成流動性膜52後，使用推壓面有多數距離感測器54 的推壓構件53使流動性膜52平坦化。這種情況，利用多數 距離感測器5 4測量基板5〖表面或載置基板5丨的台2 〇(參照 圖4(c)或圖5(b)，但在第3實施形態，最好比基板51外形尺 寸加大台2 0外形尺寸）表面和推壓構件5 3的推壓面間的多數 距離，同時如多數距離相等般地利用推壓構件5 3推壓流動 性膜5 2而使流動性膜5 2平坦化。即，由多數距離感測器5 4 所測量的多數距離資訊反饋到推壓推壓構件53的推壓機 構’如多數距離相等般地推壓流動性膜52。又，反饋控制 由電腦進行即可。 以下’就測量基板5 1表面和推壓構件5 3的推壓面間的多 數距離的方法一面參照圖1 0 (b)，一面說明。 在圖1 0 (b)，a、b、c.......、q顯示配置距離感測器5 4 的位置。最好距離感測器54的位置a〜q隨著推壓構件53的 機構最佳化，設定在可有效測量基板5丨表面或載置基板5 i 的台表面和流動性膜5 2表面的距離的位置即可。例如感測 器位置a〜i適於測量基板5 1表面和流動性膜5 2表面的距離， 感測器位置j〜q適於測量載置基板5丨的台表面和流動性膜5 2 表面的距離。 -20- 本纸張尺度適财®國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱）
裝 訂 線 517285 A7 B7 五、發明説明（18 ) 因此，可以只用感測器位置a〜i的距離感測器5 4只測量基 板5 1表面和·流動性膜52表面的距離，也可以只用感測器位 置j〜q的距離感測器54只測量載置基板51的台表面和流動性 膜52表面的距離，也可以只用感測器位置a〜q的距離感測器 5 4測量基板5 1表面和流動性膜5 2表面的距離及載置基板5 j 的台表面和流動性膜5 2表面的距離。 此外，可微調推壓構件54的推壓面凹凸時，也可以使用 感測器位置a〜i的距離感測器54調整基板51表面和流動性膜 52表面的距離後，使用感測器位置a〜i的距離感測器54調整 基板51表面和流動性膜52表面的距離。如此一來，可實現 更鬲精度的平坦化。又，距離感測器54的數量及位置隨著 所要求的平坦性程度最佳化即可。 且說根據第1實施形態，使流動性膜3表面離基板表面的 距離相等很重要但不容易。即，根據第丨實施形態，藉由預 先设足成基板i表面和推壓構件4的推壓面的距離均等，雖 然可使流動性膜3表面離基板表面的距離均等，但根據此方 法，每預定期間，即每使·預定數的流動性膜3表面平坦化， 都必須设定成基板1表面和推壓構件4的推壓面的距離均等。 ”二而，根據第3實施形態，由於可使流動性膜3表面離基 板表面的距離經常相等，所以可省略每預定期間使基板2表 面和推壓構件4的推壓面的距離均等的作業。 4又，均勾調整基板丨表面和推壓構件4的推壓面的距離的 製程可以是利用推壓構件4推壓流動膜3的處理前、中途或 後的任一時間。 517285 A7 B7 五、發明説明（19 圖1 1 (a)顯示推壓構件4的推壓面和基板1表面的距離不均 均時的流動性膜3的截面狀態，圖11(b)顯示均勻保持推壓 構件4的推壓面和基板1表面的距離時的流動性膜3的截面狀熊。 如從圖1 1(a)和圖1 1(b)的對比得知，若在均句保持推壓 構件4的推壓面和基板1表面的距離的狀態推壓流動性膜3， 則可在流動性膜3離基板1表面的距離均等的狀態使流動性 膜3的表面平坦化。 (第4實施形態） 以下，就關於第4實施形態的半導體裝置之製造方法一面 參照圖12(a)、（b)，一面說明。 在第1實施形態，如圖2(a)所示，藉由加熱流動性膜3使 流動性膜3固化，得到有平坦表面的固化膜5，但第4實施形 態係藉由照射光於流動性膜3使流動性膜3固化，得到有平 坦表面的固化膜5的方法。 如圖12(a)所示，在利用由透過光的材料，例如石英構成 的推壓構件4將流動性膜3推壓於基板丨而使流動性膜3表面 平坦化的狀態，施加壓力給流動性膜3，同時照射光。這種 情況，就照射的光而言，利用光化學反應固化流動性膜3 時，最好使用紫外光或比紫外光波長短的光，利用熱化學 反應固化JfL動性膜3時’取好使用紅外光。這些光也可以使 用連續光或脈衝光。特別是只使其作用於流動性膜3而減低 對基板1的作用時，脈衝光適合。 如此一來，流動性膜3利用光化學反應或熱化學反應固 化，如圖12(b)所示，得到固化膜5。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2ΐ〇χ 297公爱) 517285 A7 B7 20 五、發明説明（ 利用光化學反應固化流動性膜3的方法適於光造型膜、例 如在微影技術使用的熱$阻之類的感光性樹脂膜等，利用 熱化學反應固化流動性膜3的方法適於有機膜、無機膜、有 機操機混合膜等。 (第5實施形態） 以下，就關於第5實施形態的半導體裝置之製造方法一面 參照圖1 3 (a)、（ b) ’ 一面說明。 在弟4只施形怨’知、射光於流動性膜3而使流動性膜3固 化，但第5貫施形態係照射光於流動性膜3，同時加熱流動 性膜3，固化流動性膜3的方法。 如圖13(a)所示，在利用由透過光的材料，例如石英構成 的推壓構件4將流動性膜3推壓於基板丨而使流動性膜3表面 平坦化的狀態，施加壓力給流動性膜3且照射光，同時加熱 流動性膜3。在這種情況也是就照射的光而言，利用光化學 反應固化流動性膜3時，最好使用紫外光或比紫外光波長短 的光，利用熱化學反應固化流動性膜3時，最好使用紅外 光。 如此一來，流動性膜3利用光化學反應或熱化學反應 化’如圖1 3 ( b )所示，得到固化膜5。 利用光化學反應固化流動性膜3的方法祕光造型膜、 如在微影技術使用㈣光阻之類的感光性樹脂料，利 熱化學反應固化流動性膜3的方法適於有機膜、 機無機混合膜等。 又，關於先進行照射光於流動性膜 眠3的和加熱流動,j
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膜3的製程的哪一製程，最好按照構成流動性膜3的有流動 性的材料特性決定。 (第6實施形態） 以下，就關於第6實施形態的第1實施例的半導體裝置之 製造方法一面參照圖14(a)、（b)，一面說明。 在第4實施形態，照射光於流動性膜3而使流動性膜3固 化仁第6 κ訑形怨的第1實施例係一面從基板側冷卻流動 性膜3，一面照射光的方法。 如圖14(a)所示，在利用由透過光的材料，例如石英構成 的推壓構件4將流動性膜3推壓於基板i而使流動性膜3表面 平坦化的狀態，施加壓力給流動性膜3，同時一面從基板侧 冷部流動性膜3，一面照射光於流動性膜3表面。在這種情 況也疋就照射的光而言，利用光化學反應固化流動性膜3 時，取好使用紫外光或比紫外光波長短的光，利用熱化學 反應固化流動性膜3時，最好使用紅外光。 如此一來，流動性膜3從基板側被冷卻，但流動性膜3利
用光化學化反應或熱化學反應固化，如圖14(b)所示，得到 固化膜5。 J 第6只施形態的第i實施例適於流動性膜3因壓力而容易沪 動的情況，藉由在從基板側冷卻流動性膜3的狀態照射光， 可面抑制成動性膜3流動，一面使流動性膜3固化。 以下，就關於第6實施形態的第2實施例的半導體裝置之 製造方法一面參照圖l5(a)、（b)，一面說明。 在第1貫施例，一面從基板側冷卻流動性膜3，一面照射 -24 本紙張尺度適用中A4規格(摩297公釐）
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線 517285 A7 B7 五、發明説明（22 光而使流動性膜3固化，但第2實施例係冷卻流動性膜3而先 使其暫時固化之後，照射光的方法。 首先，如圖1 5 (a)所示，在利用由透過光的材料，例如石 英構成的推壓構件4將流動性膜3推壓於基板1而使流動性膜 3表面平坦化的狀態，施加壓力給流動性膜3，同時從基板 側冷卻流動性膜3，使流動性膜3暫時固化。 其次’如圖15(b)所示，繼續施加壓力給流動性膜3，另 一方面在對於流動性膜3停止冷卻的狀態，照射光於流動性 膜3。在這種情況也是就照射的光而言，利用光化學反應固 化流動性膜3時，最好使用紫外光或比紫外光波長短的光， 利用熱化學反應固化流動性膜3時，最好使用紅外光。使用 熱化學反應時，快速施加熱給流動性膜3的快速熱處理 (RTA)較佳。 如此一來’流動性膜3利用光化學反應或熱化學反應固 化’如圖1 5 ( b )所示，得到固化膜5。 第2實施例適於流動性膜3即使小的壓力也流動之類的情 況，藉由從基板側冷卻流動性膜3而先使其暫時固化之後照 射光可面抑制流動性膜3流動，一面使流動性膜3固化。 此外，第2貫施例係先使流動性膜3暫時固化之後照射光 而使其固化的方法，由於去掉推壓構件4之後可照射光，所 以推壓構件4不是透明亦可。 又，當然也可以如第6實施形態的第2實施例，利用快速 熱處理進仃在第i、第4及第5實施例以及第6實施形態的第i 實施例的加熱。 -25-
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(第7實施形態） 以下，就關於第7實施形態的半導體裝置之製造方法一面 參照圖l6(a)、（b)，一面說明。 第7爲她形恐係使由第丨實施形態所得到的固化膜薄膜化 的方法。 如圖16(a)所示，和第丨實施形態同樣，形成有平坦表面 的固化膜5後’對於該固化膜5藉由施以電㈣刻或化學機 械研磨（CMP ·· Chemical Mechanical Polishing)法，如圖 16(b) 所π，除去固化膜5表面部，使固化膜5薄膜化。 使用電㈣刻時，就姓刻氣體而言，例如可用cF4氣體或 乳體《類含氟利昂（fre〇n)的氣體、含氟利昂的氣體和 氧氣的混合氣體或氨氣等，可調整均句性佳的膜厚。 根據第7實施形態，由於先形成具有比希望厚度大的厚度 的固化膜5之後，利用薄膜化處理可將固化膜5調整到預定 厚度’所以可提供更穩定且加工窗口寬的加工。 (第8實施形態） 以下，就關於第8實施形態的半導體裝置之製造方法一面 參照圖17(a)〜(c)、圖18(a)〜(d)及圖19(a)〜(d)，一面說明。 首先，如圖17(a)所示，在半導體基板61上形成下層的層 間絕緣膜62後，雖然圖示省略，但在下層的層間絕緣膜62 形成插塞’其後在下層的層間絕緣膜6 2上形成金屬配線 6 0 〇 其次，如圖17(b)所示，和第i實施形態同樣，利用旋轉 塗佈法、微觀噴塗法或旋轉滾筒法等全面地供應液狀或凝 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) 517285 A7 B7 24 五、發明説明（ 膠狀有流動性的絕緣性物質到半導體基板6丨上而形成流動 性絶緣膜63。就流動性絕緣膜63的厚度而言，可適當地設定。 就流動性絕緣膜6 3而言，可用如在第1實施形態說明的絕 緣膜，即有機膜、無機膜、有機無機混合膜或多孔膜等， 可得到細緻，同時有比一般氧化矽膜低的介電常數的絕緣 膜，所以可實現適於施以100 nm以下的細微加工的半導體裝 置的膜。特別是若使用多孔膜，則可實現具有2以下的極低 的介電常數的絕緣膜。 其次’如圖17(c)所示，使用平坦推壓面的推壓構件64觸 接於流動性膜6 3表面後，如圖1 8 (a)所示，施加壓力給推壓 構件64而使流動性絕緣膜63表面平坦化。即，使流動性絕 緣膜6 3離半導體基板6 1表面的高度全體均等。 其次，如圖1 8 (b)所示，加熱半導體基板6 i進而流動性絕 緣膜63，藉由使絕緣性物質起熱化學反應，使流動性絕緣 膜63固化，形成平坦化的上層的層間絕緣膜6 5。 其次，停止加熱而將半導體基板6丨降到室·溫後，如圖 18(c)所示，使推壓構件64脫離上層的層間絕緣膜65，如圖 1 8 ( d)所示，使平坦化的上層的層間絕緣膜6 5露出。 其次，如圖1 9(a)所示，使用眾所周知的微影技術在上層 的層間絕緣膜6 5上形成由光阻圖案或硬光罩構成、有開口 部的光罩圖案6 6後，對於上層的層間絕緣膜6 5以光罩圖案 6 6為光罩進行乾式姓刻，如圖1 9 (b)所示，在上層的層間絕 緣膜65形成插塞用開口部67。 其次，除去光罩圖案66後，如圖19(c)所示，在上層的層 -27- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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間絕緣膜65上全面地如填充插塞用開口部67般地沈積金屬 膜68後，利用CMP法除去存在金屬膜68的上層的層間絕緣 膜65上的不要部分，形成由金屬膜68構成的連接插塞69。 又，也可以在上層的層間絕緣膜6 5形成配線用溝取代插 塞用開口部67。如此一來，在上層的層間絕緣膜65形成埋 置配線取代連接插塞6 9。 雖然圖示省略，但反覆進行前述各製程，則可形成在各 層有平坦上層的層間絕緣膜65的多層配線構造。 根據第8實施形態，由於可形成沒有整體階差的上層的層 門、、巴、、彖膜6 5，所以在利用微影技術在上層的層間絕緣膜6 $ 上形成光罩圖案66的製程，可抑制起因於階差的焦點深度 餘地降低。因A，比以往可大幅增大加工餘地(加工窗口）， 所以可製造高精度的半導體裝置。 ，本發明當然可適用於同時形成連接插塞和埋置配 的雙金屬鑲嵌法（duai damascene)。 [發明之效果] 、，根據第-半導體裝置之.製造方法，可實現不產生整體 圭’同時縱橫比高的凹部完全填滿，不形成欠缺部的膜。 根據第二半㈣裝置之製造方法，由於可形成沒有整 階差的絕緣膜，所以在利用微影技術在絕緣膜上形成光 圖案的製程’可抑制起因於階差的焦點深度餘地降低。 此’比以往可大幅増大加工餘地（加工窗口），所以可製造 精度的半導體裝置。 [圖式之簡單說明]
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517285 A7 B7 五、發明説明（26 ) 圖1為說明關於第1實施形態的半導體裝置之製造方法的 各製程的截面圖。 圖2為說明關於第1實施形態的半導體裝置之製造方法的 各製程的截面圖。 圖3 (a)為顯示由習知半導體裝置之製造方法所得到的軟 片狀膜的截面圖’（b )為顯示由關於第1實施形態的半導體 裝置 < 製造方法所得到的固化膜的截面圖。 圖4(a)〜（d)為顯示第1實施形態的第1實施例的各製程的 截面圖。 圖5 (a)〜（c)為顯示第1實施形態的第2實施例的各製程的 截面圖。 圖6(a)〜（c)為顯示第1實施形態的第3實施例的各製程的 截面圖。 圖7(a)〜（c)為顯示第1實施形態的第4實施例的各製程的 截面圖ό 圖8(a)〜（c)為顯示關於第2實施形態的半導體裝置之製造 方法的各製程的截面圖。 圖9(a)〜（c)為顯示關於第2實施形態的半導體裝置之製造 方法的各製程的截面圖。 圖10(a)、（b)為顯示關於第3實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖11(a)、（b)為顯示關於第3實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖12(a)、（b)為顯示關於第4實施形態的半導體裝置之製 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐） 517285
造方法的各製程的截面圖。 圖13(a)、（b)為顳示關於第5實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖14(a) ' (b)為顯示關於第6實施形態的第1實施例的半 導體裝置之製造方法的各製程的截面圖。 圖1 5 ( a)〜（c)為顯示關於第6實施形態的第2實施例的半導 體装置之製造方法的各製程的截面圖。 圖1 6 (a)、（b)為顯示關於第7實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖17(a)〜（c)為顯示關於第8實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖18(a)〜（d)為顯示關於第8實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖19(a)〜（d)為顯示關於第8實施形態的半導體裝置之製 造方法的各製程的截面圖。 圖20(a)〜（d)為顯示習知半導體裝置之製造方法的各製程 的截面圖。 -30- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

Claims (1)

  1. 517285 —--~-- 六、申請專利範圍 ABCD σ曱^專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 則述膜形成製程係由_面使前述基板旋轉，—面淋浴狀 或噴射狀地供應前述有流動性的物質所進行。 如申請專利範圍第i項之半導體裝置之製造方法，其中 前述膜形成製程係由_岐有則、噴射^噴嘴和前述 基板在平面方向相對移動一面從前述料口供應前述 i·. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於··具備膜形成 製程：供應有流動性的物質給基板表面而形成有流動性 的膜； 平坦化‘私·利用推壓構件平坦的推壓面將前述有流動 I4生的膜推壓於㈤述基板，使前述有流動性的膜表面平坦 化；及 固化製程：固化表面平坦化的前述有流動性的膜者。 2 .如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 觔述推壓構件的推壓面有疏水性。 〇·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 前述有流動性的物質為絕緣性物質。 4 ·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 述有流動性的物質為液狀或凝膠狀。 5 .如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 則述膜形成製程係一面使前述基板旋轉，—面進行。 6 ·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 則遑膜形成製程包含使經供應前述有流動 述基板旋轉的製程。 J 7. 8. -31 - 本纸張尺度適财關家賴CNS) ——
    +有流動性的物質給前述基板表面所進行。 9· ^請專·圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 則述腹形成製程係由—面旋轉前述滚筒，-面供應附一 ⑺：:筒主表面的前述有流動性的物質給前述基板表面所進行者 •。申凊專利範圍第Η之半導體裝置之製造方法， 2前述膜形成製程之後，更具備選擇性地除去前述有 ^動性的膜周邊部的製程。 U·如申料利第1G項之半導體裝置之製造方法，並中 除去前述有流動性的膜周邊部的製程係由—面使前述基 ，旋轉’―面供應溶解有前述有流動性物質的溶液給前 逑有流動性的膜之周邊部所進行。 12.如申請專利範圍第1G項之半導體裝置之製造方法，其中 除去前述有流動性的膜周邊部的製程係由照射光於前述 有流動性的膜周邊部而使前述周邊部改質後，除去改質 的前述周邊部所進行。 ' l3.=申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 前述平坦化製程包含測量前述練表面和前述推壓面間 的多數距離，並使前述多數距離相等般地利用前述推壓 面推壓別述有流動性的膜的製程。 1 4 ·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 則述平坦化製程包含測量載置前述基板的台表面和前述 推壓面間的多數距離，並使前述多數距離相等般地利用 前述推壓面推壓前述有流動性的膜的製程。 1 5 ·如申清專利範圍第1 3或1 4項之半導體裝置之製造方 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) M7285 A8 B8 C8 -----------D8 六、申請專利範圍 去i其中測量前述多數距離的製程係由測量在測量部位 的母單位面積的靜電電容所進行。 。、 I6·如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 可述固化製程係由在前述平坦化製程中在利用前述推塵 面推壓前述有流動性的膜的狀態下，加熱前述有流動性 的膜所進行。 17.如申請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其中 w述固化製程係由在前述平坦化製程中在利用前逑推壓 面推壓别述有流動性的膜的狀態下，照射光於前 * 動性的膜所進行。 18·如申請專利範圍第17項之半導體裝置之製造方法，其中 照射光於前述有流動性的膜的製程係一面冷卻前述有流 動性的膜，一面進行或利用冷卻使前述有流動性的膜暫 時固化後進行。 19.如申請專利範圍第i項之半導體裝置之製造方法，其中 岫逑固化製程係由在前述平坦化製程中在利用前述推壓 面推壓前述有流動性的膜的狀態下，照射光於前述有流 動性的膜，並加熱前述有流動性的膜所進行。 ， 2 0.如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 七述固化製程之後，更具備使前述有流動性的膜遍及全 體薄膜化的製程。 2 1.如申請專利範圍第19項之半導體裝置之製造方法，其中 使可述有流動性的膜薄膜化的製程係由電漿蝕刻法所進行。 2 2.如申請專利範圍第19項之半導體裝置之製造方法，其中 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)-：- 517285 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 •使前述有流動性的膜薄膜化的製程係由化學機械研磨法 所進行。 23. —種半導體裝置之製造方法，其特徵在於：具備以下製程： 供應有流動性的絕緣物質給基板表面而形成有流動性的 絕膜； 利用推壓構件平坦的推壓面將前述有流動性的絕緣膜推 壓向前述基板，使前述有流動性的絕緣膜表面平坦化； 固化表面平坦化的前述有流動性的絕緣膜； 對於固化的前述絕緣膜進行選擇性的蝕刻，在固化的前 述絕緣膜形成凹部；及 將金屬材料埋入前述凹部，形成埋置配線或插塞者。 24 .如申請專利範圍第2 3項之半導體裝置之製造方法，其中 前述絕緣膜為有機膜、無機膜、有機無機混合膜、光造 型膜、感光性樹脂膜或多孔膜。 25.如申請專利範圍第23項之半導體裝置之製造方法，其中 前述絕緣膜的介電常數為約4以下。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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