JP3563709B2 - 薄膜形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や実装基板および液晶基板の製造において、下層の凹凸を低減して平坦な薄膜を形成する薄膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の高密度化に伴い、多層配線技術は必須なものとなっている。多層配線技術を実現するために、配線層間を分離する絶縁膜や金属配線層の平坦化技術が開発されてきた。これまでに、平坦化の代表的な技術として、SOG(Spin−On−Glass )法や、PIQ法(K.Sato,S.Harada,A.Saiki,T.Kitamura,T.Okubo,and K.Mukai,”A Novel Planar Multilevel Interconnection Technology Utilizing Polyimide”,IEEE Trans.Part Hybrid Package.,PHP−9,176(1973))などが検討された。
【0003】
また、エッチバック法(P.Elikins,K.Reinhardt,and R.Layer,”A planarization process for double metal CMOS using Spin−on Glass as a sacrificial layer,”Proceeding of 3rd International IEEE VMIC Conf.,100(1986))や、リフトオフ法(K.Ehara,T.Morimoto,S.Muramoto,and S.Matsuo,”Planar Interconnection Technology for LSI Fabrication Utilizing Lift−off Process”,J.Electrochem Soc.,Vol.131,No.2,419(1984).)なども検討された。
【0004】
また、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.Patrick, W.L.Guthrie, C.L.Standley, P.M.Schiable,”Application of Chemical Mechanical Polishing to the Fabrication of VLSI Circutit Interconnections”,J.Electrochem.Soc.,Vol.138,No.6,June,1778(1991).)。これは、一般に化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法と呼ばれている技術である。
【0005】
上述した様々な平坦化法の中で、一般的にはエッチバック法とCMP法とが主に用いられている。これらは、配線電極上に絶縁膜を形成した後、絶縁膜表面の凸になっている部分を削って平坦化するものであり、広く用いられている手法である。特に、CMP法は、近年盛んに開発されている技術である。CMP法による平坦化について簡単に説明すると、まず、図4(a)に示すように、基板401上に配線などのパターン402を形成した後、基板401上にパターン402を覆うように絶縁膜403を形成する。
【0006】
絶縁膜403を形成した時点では、図4(a)に示すように、パターン402上部の絶縁膜403上は、凸状に盛り上がっている。この後、CMP法により凸状部分を研削し、図4(b)に示すように、絶縁膜403の表面を平坦な状態とする。しかしながら、CMP法は、パターン依存性が強く、また、場合によってはダミーとなるパターンを用意しておく必要があるなど、安定性や簡便性に欠ける場合があった。
【0007】
以上の平坦化技術に加え、新しい手法として、転写を用いた平坦化方法が提案されている(K.Machida他 ”Novel Global Planarization Technology for Interlayer dielectrics Using Spin on Glass Film Transfer and Hot Pressing”J.Vac. Sci. Technol. B16(3),May/June, 1093(1998))。この方法は、形成したい薄膜を予め基材に形成し、これを大気中で乾燥後、真空中で加熱加圧することで上記薄膜を半導体基板上に転写するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した転写による平坦化法では、加熱加圧する際に転写対象の薄膜が流動することにより平坦化を実現するものであるため、熱可塑性を有するなど特殊な材料にしか適用できないという問題があった。
本発明は、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、より多種に渡る材料を用いて転写による平坦化法を実現できるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜形成方法は、基材上に所望とする材料が媒質中に溶解又は分散した塗液を塗布することで第1の状態の薄膜を形成する第1の工程と、基材を真空度330〜1920Paに真空排気された雰囲気中で温度50℃程度に加熱することによって薄膜中の媒質を50〜80%揮発させて、薄膜を基材より流れ出すことがなく基材上に保持された状態が維持できる範囲の流動性を有する第2の状態とする第2の工程と、基材の薄膜形成面を基板表面に当接させる第3の工程と、基材と基板との間に圧力を加える第4の工程と、基材を薄膜より剥離し、第2の状態の薄膜が基板上に形成された状態とする第5の工程とを備えたものである。
【0010】
上記発明において、第1の工程では、所望とする材料が媒質中に溶解した塗液を基材上に塗布することで、基材上に第1の状態の薄膜を形成し、第2の工程では、第1の状態の薄膜中の媒質を揮発させて第2の状態の薄膜とする。また、第1の工程では、所望とする材料が媒質中に分散した塗液を基材上に塗布することで、基材上に第1の状態の薄膜を形成し、第2の工程では、第1の状態の薄膜中の媒質を揮発させて第2の状態の薄膜とする。
上記発明において、薄膜を構成する材料は、有機材料である。また、第4の工程では、基板を加熱する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本実施の形態における薄膜形成方法は、まず、図1(a)に示すように、熱可塑性樹脂フィルムからなるシートフィルム(基材)101上に、ポジ型の感光性を有する樹脂が溶媒(媒質)に溶解した溶液(塗液)を塗布することで、塗布膜(第1の状態の薄膜)102を形成する。上記樹脂としては、ポリイミド,ポリアミド酸,ポリベンザオキサゾールなどのベース樹脂にポジ型の感光剤を添加したものを用いる。
【0012】
ポリベンザオキサゾールをベース樹脂とするものでは、例えば、住友ベークライト株式会社製のCRC8304(商品名)を用いればよい。本実施の形態では、この材料を用いた塗液を、約7μm塗布することで塗布膜102を形成する。なお、塗布する塗液は、膜として残る成分が媒質に溶解しているものに限らず、膜として残る成分が、例えば界面活性剤などを利用することにより、媒質中に分散している状態であっても良い。
【0013】
つぎに、図1(b)に示すように、薄膜形成装置110において、転写板114上にシートフィルム101を固定し、薄膜形成室111内の真空度を約2000Paとした状態で、固定したシートフィルム101を、2分の間50℃程度に加熱する。このことにより、シートフィルム101上に塗布形成した塗布膜102中の媒質を揮発させ、所定の流動性が得られた状態の乾燥膜(第2の状態の薄膜)102aとする。また、真空排気している状態で媒質を揮発させることで、揮発した媒質が乾燥膜102a上で対流することを防いでいる。ここでは、媒質の揮発量が50%程度となるようにする。
【0014】
ここで、図1(b)に示す薄膜形成装置110について説明すると、真空排気可能な薄膜形成室111の中に、処理対象の基板を下向きに固定する試料台112,試料台112と対向配置された転写板114,および,転写板114を移動させるときの転写板支え板115が配置されている。なお、試料台112は、支え棒118により薄膜形成室111に固定されている。
【0015】
また、薄膜形成室111は、排気口113に連通する図示していない真空排気手段により真空排気される。この真空排気手段により、上述したように、薄膜形成室111内の真空度を2000Pa程度にする。また、試料台112および転写板114は、内部に加熱機構としてヒータ116,116aを具備し、ヒータ116,116aはヒータ制御部117,117aにより制御され、0〜300℃の間で加熱制御される。前述したシートフィルム101の加熱は、ヒータ制御部117に制御されたヒータ116により行う。
【0016】
また、転写板114は、均一に加重できるようにバネ119で転写板支え板115と結合している。この転写板支え板115は、転写板114を試料台112の方向すなわち上方へ移動させることを目的としている。また、転写板支え板115は、転写板114を平行に可動するための支柱120により保持されている。転写板114、すなわち転写板支え板115を押し上げることで、転写板114上のシートフィルム101を、試料台112に固定される後述する基板103に当接させることができる。
【0017】
ここで、例えば、転写板支え板115に加重駆動部を介して外部に加重モータを設けるようにすれば、転写板114上で試料台112にはさまれて基板103に当接しているシートフィルム101裏面より加重することができる。また、試料台112裏面(上部)に加重センサなどを設け、試料台112が下方より受ける加重を測定するようにすれば、過重などを防ぐことができる。
【0018】
以上に説明した薄膜形成装置110内で、前述したようにシートフィルム101上に塗布した塗布膜102をある程度乾燥させて乾燥膜102aとする一方で、図1(c)に示すように、配線パターン104が形成された基板103を用意する。基板103は、例えば半導体基板であり、配線パターン104は、膜厚0.5μm程度のアルミニウムからなる配線である。この配線は、例えばスパッタ法によりアルミニウム膜を形成した後、形成したアルミニウム膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術により加工することで形成できる。
【0019】
このようにして用意した基板103に、乾燥膜102aと配線パターン104形成面とが向かい合うようにし、シートフィルム101を当接させる。この当接は、図1(b)に示した薄膜形成装置110の試料台112に基板103を固定し、転写板支え板115を上方に移動させ、転写板114を試料台112に押しつけるようにすればよい。この押しつけにより、試料台112に固定されている基板103は、転写板114上に固定されているシートフィルム101に塗布されている乾燥膜102aに当接する。
【0020】
この状態で、転写板支え板115をより上方に移動させることで、転写板114に下方から上方へ加重し、シートフィルム101と基板103との間に、98Nの力を加える。加えて、ヒータ制御部117aを制御することでヒータ116aを発熱させ、このことにより、試料台112上に固定した基板103を約120℃に加熱する。この加熱と加圧とを約15分間行う。
この結果、図1(d)に示すように、基板103上の配線パターン104を埋め込むように、シートフィルム101上の乾燥膜102aが基板103表面に密着した状態となる。
【0021】
前述したように、シートフィルム101上の乾燥膜102aは、真空排気されて減圧された雰囲気で加熱乾燥することで、シートフィルム101より流れ出すことがなく、シートフィルム101上に保持された状態が維持できる範囲の流動性を有する状態としてある。前述した従来の技術では、シートフィルム上に形成した膜を加熱することなどにより流動性を持たせるようにしていたため、可遡性を有する材料で膜を形成するなど、利用できる膜の材料に制約があった。
【0022】
これに対し、本実施の形態では、膜となる材料を媒質に溶解もしくは分散させて塗布膜とし、この塗布膜中の媒質量を加減することで、塗布膜に流動性を持たせ、またこの流動性を制御するようにした。例えば、上述では、塗布した直後の塗布膜102中より媒質を50%揮発させ、乾燥膜102aが所定の流動性となるようにした。この結果、基板103に当接して押しつけることで、シートフィルム101上の乾燥膜102aは、基板103上に形成されている配線パターン104の段差を吸収して基板103に密着する。
【0023】
つぎに、図2(a)に示すように、基板103に密着した乾燥膜102aよりシートフィルム101を剥離すると、配線パターン104の段差を吸収して表面が平坦な状態で、基板103上に乾燥膜102aが形成された状態が得られる。この後、基板103を、窒素雰囲気で60分の間310℃程度に加熱することで、乾燥膜102aを熱硬化させる。この結果、図2(b)に示すように、基板103上に、配線パターン104を覆い、表面が平坦な状態の絶縁膜105が形成された状態が得られる。なお、絶縁膜105は、膜厚6.0μm程度に形成される。
【0024】
ここで、図3に、塗布膜102の媒質を揮発させるときの、雰囲気の真空度と揮発量との関係を示す。図3から明らかなように、真空度を高くする、言い換えると雰囲気の圧力を低くするほど、塗布膜102の媒質揮発量は増加する。上記実施の形態では、媒質揮発量を50%とすることで、乾燥膜102aが、シートフィルム101より流れ出すことがなく、シートフィルム101上に保持された状態が維持できる範囲の流動性を有する状態とした。このことにより、段差を吸収して平坦な絶縁膜105を形成するようにした。
【0025】
しかしながら、本発明は、これに限るものではない。例えば、媒質揮発量を80%とし、シートフィルム上に塗布した塗布膜の流動性を低下させ、転写する基板上の配線間に塗布膜が入り込まない状態としても良い。この場合、塗布膜をシートフィルムより基板に転写して基板上に塗布膜が形成された状態としたとき、配線間に空洞が形成された状態となる。例えば、LSIの配線では、配線間の誘電率を下げるほどクロストークの問題を抑制できるが、上述したように配線間を空洞とすることで、配線間に絶縁物が充填されている状態より誘電率を下げることが可能となる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、塗布などにより基材上に形成した第1の状態の薄膜の状態を変化させ、第1の状態の薄膜中より、薄膜を構成する揮発成分を50〜80%揮発させ、基材上の薄膜の流動性を制御して薄膜を基板上に転写するようにした。したがって、本発明によれば、膜を構成する材料自体に流動性が無くても、転写による平坦化が可能となるので、より多種に渡る材料を用いて転写による平坦化法を実現できるようになるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における薄膜形成方法を説明するための工程図である。
【図2】図2に続く薄膜形成方法を説明するための工程図である。
【図3】塗布膜102の媒質を揮発させるときの、雰囲気の真空度と揮発量との関係を示す相関図である。
【図4】従来の平坦化技術を説明するための工程図である。
【符号の説明】
101…シートフィルム(基材)、102…塗布膜(第1の状態の薄膜)、102a…乾燥膜(第2の状態の薄膜)、103…基板、104…配線パターン、105…絶縁膜、110…薄膜形成装置、111…薄膜形成室、112…試料台、113…排気口、114…転写板、115…転写板支え板、116,116a…ヒータ、117,117a…ヒータ制御部、118…支え棒、119…バネ、120…支柱。
Claims (4)
- 基材上に所望とする材料が媒質中に溶解した塗液を塗布することで第1の状態の薄膜を形成する第1の工程と、
前記基材を真空度330〜1920Paに真空排気された雰囲気中で温度50℃程度に加熱することによって前記第1の状態の薄膜中の前記媒質を50〜80%揮発させて、前記薄膜を前記基材より流れ出すことがなく前記基材上に保持された状態が維持できる範囲の流動性を有する第2の状態とする第2の工程と、
前記基材の前記薄膜形成面を基板表面に当接させる第3の工程と、
前記基材と前記基板との間に圧力を加える第4の工程と、
前記基材を前記薄膜より剥離し、前記第2の状態の薄膜が前記基板上に形成された状態とする第5の工程とを
備えたことを特徴とする薄膜形成方法。 - 基材上に所望とする材料が媒質中に分散した塗液を塗布することで第1の状態の薄膜を形成する第1の工程と、
前記基材を真空度330〜1920Paに真空排気された雰囲気中で温度50℃程度に加熱することによって前記第1の状態の薄膜中の前記媒質を50〜80%揮発させて、前記薄膜を前記基材より流れ出すことがなく前記基材上に保持された状態が維持できる範囲の流動性を有する第2の状態とする第2の工程と、
前記基材の前記薄膜形成面を基板表面に当接させる第3の工程と、
前記基材と前記基板との間に圧力を加える第4の工程と、
前記基材を前記薄膜より剥離し、前記第2の状態の薄膜が前記基板上に形成された状態とする第5の工程とを
備えたことを特徴とする薄膜形成方法。 - 請求項1又は2記載の薄膜形成方法において、
前記材料は、有機材料であることを特徴とする薄膜形成方法。 - 請求項1〜3いずれか1項に記載の薄膜形成方法において、
前記第4の工程では、前記基板を加熱することを特徴とする薄膜形成方法。
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