JPH0638407B2 - 平坦化方法 - Google Patents

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
のドライエッチング速度が等しくなるような条件でエッ
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、分子量10万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℃）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59-225526号公報）。

［発明が解決しようとする問題点］ 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実現できることが
わかった。これはポリスチレンの溶融粘度に著しい分子
量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10000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］ すなわち本発明は、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、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
である。

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、絶縁膜上に有機薄膜を形成し、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級アミノ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、スピンコートによっても、
気相成長によっても形成することができる。

また、分子量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（Ｔｇ）が低いためドライエッチングを20℃以下の
温度で行うことが望ましい。

本発明では分子量10000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。

本発明ではさらに有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
らえる。

［作用］ 絶縁膜材料としては代表的にはＳｉＯ_２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、この水
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
理しない場合に比べ、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
転写するドライエッチング工程では、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Ｔｇが低くなっているため、エッチング時
の温度上昇を防ぐことが必要である。通常はエッチング
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）、このエッチング時の温
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Ｔｇをエッ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ＳｉＯ_２を8000Å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
ンをエチルセロソルブアセテートを溶媒とし、7000Åの
厚さに塗布した。塗布後、窒素雰囲気中で220℃におい
て30分間加熱した。次にDEM-451（アネルバ（株）製商
品名）反応性イオンエッチング装置において、20℃に温
度制御されたポリマーテーブルをＲＦ印加側に設け、エ
ッチングを行った。エッチングガスはＳｉＯ_２とポリス
チレンとが等速にエッチングされるようにＣＦ_４／Ｏ_２
を用いた。高周波電力100Ｗ、チェンバー圧力4.5Pa、Ｃ
Ｆ_４流量30sccm、Ｏ_２流量2.5sccmの条件で、ほぼポリ
スチレンの塗布膜形状が、そのままＳｉＯ_２膜に転写さ
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、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6000Åの導体パターン上にＳｉＯ_２を8000Å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7000Å塗布した。塗布後窒素雰囲気中220℃
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、架橋させた。次に、DEM-451反応性イオンエ
ッチング装置において、高周波電力100Ｗ、チェンバー
圧力4.5Pa、ＣＦ_４流量30sccm、Ｏ_２流量2.5sccmの条件
でエッチングした。エッチング後、ほぼ有機膜の塗布膜
形状がそのままＳｉＯ_２膜に転写され、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。 １……導体層、２……絶縁層、３……有機高分子膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   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. 【請求項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. 【請求項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
   10000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. 【請求項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。