JP3563709B2

JP3563709B2 - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JP3563709B2
Application number: JP2001108123A
Authority: JP
Inventors: 克之町田; 昇男佐藤; 億久良木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: JP2002305192A

Description

【０００１】
【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，ａｎｄＫ．Ｍｕｋａｉ，”ＡＮｏｖｅｌＰｌａｎａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｔｉｌｉｚｉｎｇＰｏｌｙｉｍｉｄｅ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＰａｒｔＨｙｂｒｉｄＰａｃｋａｇｅ．，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，ａｎｄＲ．Ｌａｙｅｒ，”ＡｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｄｏｕｂｌｅｍｅｔａｌＣＭＯＳｕｓｉｎｇＳｐｉｎ−ｏｎＧｌａｓｓａｓａｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌｌａｙｅｒ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆ３ｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＩＥＥＥＶＭＩＣＣｏｎｆ．，１００（１９８６））や、リフトオフ法（Ｋ．Ｅｈａｒａ，Ｔ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｓ．Ｍｕｒａｍｏｔｏ，ａｎｄＳ．Ｍａｔｓｕｏ，”ＰｌａｎａｒＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＬＳＩＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎＵｔｉｌｉｚｉｎｇＬｉｆｔ−ｏｆｆＰｒｏｃｅｓｓ”，Ｊ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃ．，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，”ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇｔｏｔｈｅＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＶＬＳＩＣｉｒｃｕｔｉｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ”，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：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）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 ”ＮｏｖｅｌＧｌｏｂａｌＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＩｎｔｅｒｌａｙｅｒｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓＵｓｉｎｇＳｐｉｎｏｎＧｌａｓｓＦｉｌｍＴｒａｎｓｆｅｒａｎｄＨｏｔＰｒｅｓｓｉｎｇ”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

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。