(57)【要約】半導体装置の製造方法は、基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程とを備えている。
2004114388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、
押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して前記流動性膜の表面を平坦化する工程と、
前記押圧面を前記流動性膜に押圧した状態で前記流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている前記流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、
表面が平坦な前記固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して前記固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に形成された露出した埋め込み配線の上を含む前記基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、
押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して前記流動性膜の表面を平坦化する工程と、
前記押圧面を前記流動性膜に押圧した状態で前記流動性膜を第１の温度に加熱して、表面が平坦化されている前記流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、
表面が平坦な前記固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して前記固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、
前記焼成膜にヴィアホールを形成した後、前記ヴィアホールに金属材料を埋め込んで、少なくとも前記配線と連通する埋め込みプラグを形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板上に形成された露出した埋め込みプラグの上を含む前記基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、
押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して前記流動性膜の表面を平坦化する工程と、
前記押圧面を前記流動性膜に押圧した状態で前記流動性膜を第１の温度に加熱して、表面が平坦化されている前記流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、
表面が平坦な前記固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して前記固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、
前記焼成膜における配線溝を形成した後、前記配線溝に金属材料を埋め込んで、少なくとも前記プラグと連通する埋め込み配線を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記第１の温度は約１５０℃〜約３００℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第２の温度は約３５０℃〜約４５０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性を有する絶縁性物質は、液状又はジェル状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、回転している前記基板の上に前記流動性を有する絶縁性物質を供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、前記基板の上に前記流動性を有する絶縁性物質を供給した後、前記基板を回転することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、回転している前記基板の上に前記流動性を有する絶縁性物質をシャワー状又はスプレー状に供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、微小な噴射口を有するノズルと前記基板とを平面方向に相対移動させながら、前記流動性を有する絶縁性物質を前記噴射口から前記基板の上に供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、ローラの表面に付着した前記流動性を有する絶縁性物質を前記ローラを回転しながら前記基板の上に供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程と前記流動性膜の表面を平坦化する工程との間に、前記流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程は、前記流動性膜を回転させながら前記流動性膜の周縁部に、前記流動性を有する絶縁性物質を溶解させる溶液を供給することにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程は、前記流動性膜の周縁部に光を照射して改質した後、改質された前記周縁部を除去することにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜の表面を平坦化する工程は、前記基板の表面と前記押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、前記複数の距離が等しくなるように前記押圧面により前記流動性膜を押圧する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜の表面を平坦化する工程は、前記基板が載置されているステージの表面と前記押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、前記複数の距離が等しくなるように前記押圧面により前記流動性膜を押圧する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６において、
前記複数の距離を測定する工程は、測定部位における単位面積当たりの静電容量を計測することにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記押圧部材の押圧面は疎水性を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性を有する絶縁性物質は光硬化性樹脂であり、
前記固化膜を形成する工程は、前記流動性膜に光を照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性を有する絶縁性物質は、有機材料、無機材料、有機無機混成材料、光硬化性樹脂又は感光性樹脂であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜を形成する工程は、前記押圧面を前記固化膜に押圧した状態で前記固化膜を前記第２の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜を形成する工程は、前記押圧面を前記固化膜から離脱させた状態で前記固化膜を前記第２の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜は多孔質膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜の比誘電率は約４以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項２において、
前記流動性膜を形成する工程よりも前に、
前記基板上に形成された有機膜中に埋め込み配線を形成した後に、前記有機膜を除去することにより、前記基板上に形成された露出した前記埋め込み配線を形成する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
請求項３において、
前記流動性膜を形成する工程よりも前に、
前記基板上に形成された有機膜中に埋め込みプラグを形成した後に、前記有機膜を除去することにより、前記基板上に形成された露出した前記埋め込みプラグを形成する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
請求項２５又は２６において、
前記埋め込み配線又は前記埋め込みプラグを形成する工程における前記有機膜の除去は、ウェットエッチングにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
請求項２５又は２６において、
前記埋め込み配線又は前記埋め込みプラグを形成する工程における前記有機膜の除去は、ドライエッチングにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、表面が平坦な絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】  近年の半導体集積回路装置は、１００ｎｍ近傍又はそれ以下の微細なデザインルールに加工されるようになってきた。
光を用いたリソグラフィ技術により、一層微細なレジストパターンを形成するためには、露光光の波長を短波長化する必要がある。
ところが、露光光の短波長化に伴って焦点深度が大きく低下するため、基板上に形成されている絶縁膜の表面を常に平坦にしておくことが必要不可欠となっている。このため、１００ｎｍ以下の微細なデザインルールを持つ半導体装置を製造する際に、基板上の絶縁膜の平坦化技術は非常に重要な技術となっている。
ところで、現在のところ、０．１３μｍ〜０．２５μｍのデザインルールを持つ半導体装置において、絶縁膜を平坦化する技術としては、周知の化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が主流となっている。
また、平坦な絶縁膜を形成する技術としては、例えば特許文献１に示されるように、基板の表面に流動性を有する物質を供給して流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面により流動性膜を押圧して、流動性膜の表面を平坦化する工程と、表面が平坦化された流動性膜を固化する工程とを備えた方法が知られている。
以下、特許文献１（特開２０００−３５０９３４号公報）に示されている平坦な絶縁膜を形成する方法について、図２１（ａ）〜（ｃ）及び図２２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、図２１（ａ）に示すように、半導体ウエハからなる基板１０１と、該基板１０１の上に形成された段差を有する層（以下、単に段差層という）１０２とからなる段差基板の表面に流動性を有する物質、例えば液状又はジェル状の物質を供給して、段差基板の上に流動性を有する膜（以下、単に流動性膜と称する）１０３Ａを形成する。
次に、図２１（ｂ）に示すように、平坦な押圧面を有する押圧部材１０４の押圧面を流動性膜１０３Ａの表面と対向させた後、図２１（ｃ）に示すように、押圧部材１０４に対して基板方向の圧力を加えることにより流動性膜１０３Ａを段差基板に押圧して、流動性膜１０３Ａの表面を平坦化する。
この場合、流動性膜１０３Ａが押圧部材１０４の押圧面により押圧されるだけで、流動性膜１０３Ａの表面は基板１０１の全面に亘って平坦化される。
次に、図２２（ａ）に示すように、押圧部材１０４により流動性膜１０３Ａを基板１０１に対して押圧した状態で流動性膜１０３Ａを加熱して、流動性膜１０３Ａの内部において化学反応を生じさせて流動性膜１０３Ａを固化させることにより、平坦な表面を有する固化された膜（以下、単に固化膜と称する）１０３Ｂを形成する。
次に、加熱を終了した後、固化膜１０３Ｂの温度を室温にまで下げ、その後、図２２（ｂ）に示すように、押圧部材１０４を固化膜１０３Ｂから離脱させると、図２２（ｃ）に示すように、段差基板の上に平坦な表面を有する固化膜１０３Ｂを形成することができる。
しかしながら、前記従来の半導体装置の製造方法によると、ダマシン法により多層配線を形成する場合、工程数が非常に多くなり、半導体装置の製造プロセスにおけるコストが高くなるという問題を有している。
また、絶縁膜に形成されている凹部が充填されるように絶縁膜の上に金属膜を堆積した後、該金属膜における不要な部分をＣＭＰ法により除去して埋め込み配線を形成するダマシン法を繰り返し行なうことにより多層配線を形成すると、ＣＭＰ法におけるグローバル段差が蓄積するため、基板に対する多層配線の高さのバラツキが増大するという問題がある。
また、特許文献１に示される方法により得られる平坦な絶縁膜を半導体装置の層間絶縁膜として用いる場合、絶縁膜の膜質の安定性を保証するためには固化工程において通常４００℃程度の加熱硬化プロセスが必要となる。
しかしながら、絶縁性材料によっては、固化工程において３５０℃以上の温度で加熱すると、絶縁膜の基本骨格の構造が部位により不均一になり、これによって、絶縁膜の比誘電率が部位によって異なるというような膜質の劣化が生じてしまう。その結果、絶縁膜としての信頼性が得られなくなり、半導体装置の性能及び信頼性が大きく低下してしまうという問題が発生する。
【発明の開示】
前記に鑑み、本発明は、基本骨格の構造が均一であって膜質に優れていると共にグローバル段差が少ない絶縁膜を少ない工程数で形成できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程とを備えている。
第１の半導体装置の製造方法によると、流動性膜に対して押圧部材の平坦な押圧面を押圧してから、固化工程及び焼成工程を行なうため、グローバル段差が少なくて平坦な焼成膜よりなる絶縁膜を少ない工程により形成することができる。また、流動性膜に対して相対的に低い第１の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜の基本骨格（例えば、有機膜におけるポリマー骨格、シリコン酸化膜若しくは有機無機複合膜におけるシロキサン骨格、又はレジスト膜におけるレジン骨格）を形成しておいてから、固化膜に対して相対的に高い第２の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜からアクリルポリマー等のポロジェン（Ｐｏｒｏｇｅｎ）又は残存する溶媒等を蒸発させるため、基本骨格の形成とポロジェン又は残存する溶媒等の蒸発とを並行して行なう場合に比べて、焼成膜よりなる絶縁膜の基本骨格の構造が均一になるので、絶縁膜の膜質が向上する。従って、絶縁膜の比誘電率が膜全体において均一になるので、絶縁膜の信頼性が高くなる。
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された露出した埋め込み配線の上を含む基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、焼成膜にヴィアホールを形成した後、ヴィアホールに金属材料を埋め込んで、少なくとも埋め込み配線と連通する埋め込みプラグを形成する工程とを備えている。
第２の半導体装置の製造方法によると、流動性膜に対して押圧部材の平坦な押圧面を押圧してから、固化工程及び焼成工程を行なうため、グローバル段差が少なくて平坦な焼成膜よりなる絶縁膜を少ない工程により形成することができる。また、流動性膜に対して相対的に低い第１の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜の基本骨格を形成しておいてから、固化膜に対して相対的に高い第２の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜からアクリルポリマー等のポロジェン又は残存する溶媒等を蒸発させるため、焼成膜よりなる絶縁膜の基本骨格の構造が均一になるので、絶縁膜の膜質が向上する。従って、絶縁膜の比誘電率が膜全体において均一になるので、絶縁膜の信頼性が高くなる。
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された露出した埋め込みプラグの上を含む基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、焼成膜における配線溝を形成した後、配線溝に金属材料を埋め込んで、少なくともプラグと連通する埋め込み配線を形成する工程とを備えている。
第３の半導体装置の製造方法によると、流動性膜に対して押圧部材の平坦な押圧面を押圧してから、固化工程及び焼成工程を行なうため、グローバル段差が少なくて平坦な焼成膜よりなる絶縁膜を少ない工程により形成することができる。また、流動性膜に対して相対的に低い第１の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜の基本骨格を形成しておいてから、固化膜に対して相対的に高い第２の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜からアクリルポリマー等のポロジェン又は残存する溶媒等を蒸発させるため、焼成膜よりなる絶縁膜の基本骨格の構造が均一になるので、絶縁膜の膜質が向上する。従って、絶縁膜の比誘電率が膜全体において均一になるので、絶縁膜の信頼性が高くなる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、第１の温度は約１５０℃〜約３００℃であることが好ましい。
このようにすると、流動性膜に含まれるポロジェン等を蒸発させることなく、流動性膜の基本骨格を形成することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、第２の温度は約３５０℃〜約４５０℃であることが好ましい。
このようにすると、固化膜ひいては焼成膜の膜質の劣化を招くことなく、固化膜からポロジェン等を蒸発させることができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性を有する絶縁性物質は、液状又はジェル状であることが好ましい。
このようにすると、流動性膜を簡易且つ確実に形成することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、回転している基板の上に流動性を有する絶縁性物質を供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、流動性膜の膜厚を均一にすることができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、基板の上に流動性を有する絶縁性物質を供給した後、基板を回転することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、流動性膜の膜厚を均一にすることができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、回転している基板の上に流動性を有する絶縁性物質をシャワー状又はスプレー状に供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、比較的薄い膜厚を有する流動性膜を確実に形成することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、微小な噴射口を有するノズルと基板とを平面方向に相対移動させながら、流動性を有する絶縁性物質を噴射口から基板の上に供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、ノズルと基板との相対移動速度を調整することにより、流動性膜の厚さを所望の大きさに制御することができる。また、流動性を有する物質の粘度を調整することにより、流動性膜の流動性の程度を変化させることができる。また、ノズルの数を調整することにより、処理速度を制御することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、ローラの表面に付着した流動性を有する絶縁性物質をローラを回転しながら基板の上に供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、ローラと基板との間隔及びローラを基板に押し付ける力を調整することにより、流動性膜の厚さを制御することができる。また、粘性の高い流動性を有する材料を採用することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法は、流動性膜を形成する工程と流動性膜の表面を平坦化する工程との間に、流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程をさらに備えることが好ましい。
このようにすると、焼成膜を形成するプロセスにおいて基板の周縁部を機械的に保持することが容易になる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法が流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程を備えている場合、該工程は、流動性膜を回転させながら流動性膜の周縁部に、流動性を有する絶縁性物質を溶解させる溶液を供給することにより行なわれることが好ましい。
このようにすると、円形又は角数の多い多角形の平面形状を有する基板の周縁部を確実に除去することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法が流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程を備えている場合、該工程は、流動性膜の周縁部に光を照射して改質した後、改質された周縁部を除去することにより行なわれることが好ましい。
このようにすると、円形又は角数の多い多角形の平面形状のみならず、三角形又は四角形などのように角数の少ない多角形の平面形状を有する基板の周縁部を確実に除去することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜の表面を平坦化する工程は、基板の表面と押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、複数の距離が等しくなるように押圧面により流動性膜を押圧する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、流動性膜の表面の基板表面からの距離を常に等しくすることができるので、所定期間毎に基板の表面と押圧部材の押圧面との距離を均一にする作業を省略することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜の表面を平坦化する工程は、基板が載置されているステージの表面と押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、複数の距離が等しくなるように押圧面により流動性膜を押圧する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、流動性膜の表面の基板表面からの距離を常に等しくすることができるので、所定期間毎に基板の表面と押圧部材の押圧面との距離を均一にする作業を省略することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法が基板又はステージの表面と押圧面との間の複数の距離を測定する工程を備えている場合、該工程は、測定部位における単位面積当たりの静電容量を計測することにより行なわれることが好ましい。
このようにすると、複数の距離を簡易且つ確実に測定することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、押圧部材の押圧面は疎水性を有していることが好ましい。
このようにすると、押圧部材を固化膜から離脱させやすくなるので、より欠陥の少ない固化膜ひいては焼成膜を形成することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性を有する絶縁性物質は光硬化性樹脂であり、固化膜を形成する工程は、流動性膜に光を照射する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、流動性膜を光化学反応及び熱化学反応により容易且つ速やかに固化させることができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性を有する絶縁性物質としては、有機材料、無機材料、有機無機混成材料、光硬化性樹脂又は感光性樹脂を用いることができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜を形成する工程は、押圧面を固化膜に押圧した状態で固化膜を第２の温度に加熱する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、表面が平坦化されている固化膜の平坦性を高精度に維持することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜を形成する工程は、押圧面を固化膜から離脱させた状態で固化膜を第２の温度に加熱する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、固化膜に含まれるポロジェン又は残存する溶媒等を容易に蒸発させることができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜は多孔質膜であることが好ましい。
このようにすると、比誘電率の低い焼成膜よりなる絶縁膜を形成することができる。
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜の比誘電率は約４以下であることが好ましい。
このようにすると、絶縁膜の比誘電率を確実に低くして、金属配線間の静電容量を低減することができる。
第２の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程よりも前に、基板上に形成された有機膜中に埋め込み配線を形成した後に、有機膜を除去することにより、基板上に形成された露出した埋め込み配線を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程よりも前に、基板上に形成された有機膜中に埋め込みプラグを形成した後に、有機膜を除去することにより、基板上に形成された露出した埋め込みプラグを形成する工程をさらに備えることが好ましい。
第２又は第３の半導体装置の製造方法において、埋め込み配線又は埋め込みプラグを形成する工程における有機膜の除去は、ウェットエッチングにより行なわれることが好ましい。
第３の半導体装置の製造方法において、埋め込み配線又は埋め込みプラグを形成する工程における有機膜の除去は、ドライエッチングにより行なわれることが好ましい。
【図面の簡単な説明】  図１（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を説明する断面図である。
図２（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を説明する断面図である。
図３（ａ）は従来の半導体装置の製造方法のシーケンスを示すフロー図であり、（ｂ）は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法のシーケンスを示すフロー図である。
図４（ａ）〜（ｃ）は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法における第１実施例の各工程を示す断面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法における第２実施例の各工程を示す断面図である。
図６（ａ）及び（ｂ）は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の第３実施例の各工程を示す断面図である。
図７（ａ）及び（ｂ）は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の第４実施例の各工程を示す断面図ある。
図８（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図９（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１０（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１１（ａ）及び（ｂ）は第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１２（ａ）及び（ｂ）は第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１３（ａ）〜（ｆ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１４（ａ）〜（ｄ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１５（ａ）〜（ｄ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１６（ａ）〜（ｄ）は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１７（ａ）〜（ｆ）は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１８（ａ）〜（ｄ）は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１９（ａ）〜（ｄ）は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図２０（ａ）〜（ｄ）は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図２１（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図２２（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、半導体ウエハからなる基板１０の上に段差層１１を形成した後、該段差層１１の上に流動性を有する物質、例えば液状又はジェル状の物質を供給して、流動性膜１２Ａを形成する。尚、基板１０の平面形状としては、特に限定されず、円形又は多角形等いずれの形状でもよい。
ところで、通常、基板１０の上に形成された流動性膜１２Ａ中の溶媒の一部分又は大部分を蒸発させるために、約８０℃から１２０℃程度の加熱処理を行なう。この加熱は、通常プリベークと呼ばれるものであって、プリベークの温度としては、次に行なわれる平坦化工程において流動性膜１２Ａの流動性を確保できる程度に設定すればよい。すなわち、流動性物質を供給する際の溶媒の物質特性（沸点等）に応じて温度を設定すればよく、場合によってはプリベークを省いてもよい。
流動性膜１２Ａとしては、有機膜、無機膜、有機無機混成膜（有機無機ハイブリッド膜）、光が照射されると硬化する光硬化性樹脂、レジスト膜等の感光性樹脂膜、又は径が約１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の多数の空孔（ｐｏｒｅ）を膜中に有する多孔質膜（ポーラス膜）等が挙げられる。
流動性膜１２Ａの形成方法としては、回転塗布法、微視的吹付け法又は回転ローラ法等が挙げられ、流動性膜１２Ａの厚さの調整はそれぞれの方法により異なるが、流動性膜１２Ａの形成方法を選択することにより膜厚の調整は可能である。尚、流動性膜１２Ａの形成方法については、第１〜第４の実施例で詳細に説明する。
流動性膜１２Ａを多層配線の層間膜として用いる場合には、流動性を有する物質としては絶縁性物質を用いることが好ましい。
次に、図１（ｂ）に示すように、平坦な押圧面を備えた押圧部材１３の押圧面を、流動性膜１２Ａの表面と対向させた後、図１（ｃ）に示すように、押圧部材１３に対して基板方向の圧力を加えることにより、流動性膜１２Ａの表面を全面に亘って平坦化する。
この場合、流動性膜１２Ａは押圧部材１３の押圧面により押圧されるだけで、流動性膜１２Ａの表面は全面に亘って平坦化される。もっとも、押圧部材１３による押圧を中断すると、流動性膜１２Ａが有する表面張力によって、流動性膜１２Ａはエネルギー的に安定な形状に変化してしまう。
そこで、図１（ｄ）に示すように、押圧部材１３を流動性膜１２Ａに押圧した状態で流動性膜１２Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱して、流動性膜１２Ａの内部において化学反応を生じさせることにより、流動性膜１２Ａを固化させて、固化した流動性膜１２Ａよりなり平坦な表面を有する固化膜１２Ｂを形成する。第１の温度（Ｔ１）としては、約１５０℃〜約３００℃が好ましく、約２００℃〜約２５０℃がより好ましい。このようにすると、流動性膜１２Ａの基本骨格、例えばポリマー骨格又はシロキサン骨格が確実に形成される。固化工程においては、所定の温度に設定されたホットプレートにより２、３分間程度の加熱処理を行なう。
次に、図２（ａ）に示すように、押圧部材１３を固化膜１２Ｂに押圧した状態で固化膜１２Ｂを第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に加熱して、固化膜１２Ｂを焼成することにより、焼成された固化膜１２Ｂよりなり平坦な表面を有する焼成膜１２Ｃを形成する。第２の温度（Ｔ２）としては、約３５０℃〜約４５０℃が好ましい。このようにすると、基本骨格が形成されている固化膜１２Ｂからポロジェン等が蒸発して、均一な膜質を有する焼成膜１２Ｃが得られる。焼成膜１２Ｃを形成する工程においては、所定の温度に設定されたホットプレートにより約２分間〜約１５分間程度の加熱処理を行なう。
次に、焼成膜１２Ｃの温度を約１００℃から室温程度までの温度範囲に下げた後、図２（ｂ）に示すように、押圧部材１３を焼成膜１２Ｃから離脱させ、その後、焼成膜１２Ｃの温度温度を最終的に室温に下げると、図２（ｃ）に示すように、表面が全面に亘って平坦な焼成膜１２Ｃが得られる。
尚、押圧部材１３の押圧面が疎水性を有するように、押圧面にテフロン（登録商標）コーティング処理を施したり又はシリコンカップリング材による表面処理を施したりすることが好ましい。このようにすると、押圧部材１３を焼成膜１２Ｃから離脱させやすくできるので、より欠陥の少ない焼成膜１２Ｃを形成することができる。
以下、流動性を有する材料について説明する。
有機膜を形成するための流動性を有する物質としては、アリールエーテルを主骨格とするアロマティックポリマーが挙げられ、具体的には、ＦＬＡＲＥ及びＧＸ−３（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製）並びにＳｉＬＫ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製）等が挙げられる。
無機膜を形成するための流動性を有する物質としては、ＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｑｕｉｏｘａｎｅ）、又は有機ＳＯＧ例えばアルキルシロキサンポリマーが挙げられ、ＨＳＱの具体例としてはＦｏｘ（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社製）が挙げられ、有機ＳＯＧの具体例としてはＨＳＧ−ＲＺ２５（日立化成社製）が挙げられる。
有機無機混成膜を形成するための流動性を有する物質としては、シロキサン骨格中にメチル基等の有機基を含む有機シロキサンが挙げられ、具体的には、ＨＯＳＰ（Ｈｙｂｒｉｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｉｌｏｘａｎｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ：Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製）が挙げられる。
光硬化性樹脂を形成するための流動性を有する物質としては、ＰＤＧＩ（Ｐｏｌｙ  ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｇｌｕｔａｒ  ｉｍｉｄｅ）が挙げられ、具体的には、ＳＡＬ１０１（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｆａｒ  Ｅａｓｔ社製）が挙げられる。
感光性樹脂膜を形成するための流動性を有する物質としては、リソグラフィ技術に用いられる通常のレジスト材料を用いることができる。
多孔質膜を形成するための流動性を有する物質としては、空孔を有する、有機材料、無機材料及び有機無機混成材料が挙げられ、空孔を有する有機材料の具体例としては、Ｐｏｒｏｕｓ  ＦＬＡＲＥ（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製）が挙げられ、空孔を有する無機材料の具体例としては、ＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｑｕｉｏｘａｎｅ）中に空孔を有するＸＬＫ（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社製）が挙げられ、空孔を有する有機無機混成材料としてはＮａｎｏｇｌａｓｓ（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製）、ＬＫＤ−５１０９（ＪＳＲ社製）等が挙げられる。
以上の材料を用いて形成された流動性膜１２Ａが固化及び焼成されてなる焼成膜１２Ｃを多層配線の層間絶縁膜として用いると、緻密であると共に通常のシリコン酸化膜（比誘電率は約４程度である。）よりも低い誘電率を有する層間絶縁膜を得ることができるので、１００ｎｍ以下の微細加工が施された半導体装置に適した膜を実現できる。特に、焼成膜１２Ｃとして多孔質膜を用いると、２以下の極めて低い誘電率を持った層間絶縁膜を実現できる。
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
第２の実施形態の基本的なプロセスシーケンスは、第１の実施形態とほとんど共通しているため、以下においては、第１の実施形態と異なるところを中心に説明する。
まず、第１の実施形態と同様、基板１０の上に段差層１１を形成した後、該段差層１１の上に流動性膜１２Ａを形成した後、押圧部材１３を流動性膜１２Ａに押圧して、流動性膜１２Ａの表面を全面に亘って平坦化する。
次に、押圧部材１３を流動性膜１２Ａに押圧した状態で流動性膜１２Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱することにより、平坦な表面を有する固化膜１２Ｂを形成する。
次に、押圧部材１３を固化膜１２Ｂから離脱させた後、固化膜１２Ｂに対して、第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）で加熱して、固化膜１２Ｂを焼成することにより、焼成された固化膜１２Ｂよりなる焼成膜１２Ｃを形成し、その後、焼成膜１２Ｃの温度を室温程度にまで下げると、平坦な表面を有する焼成膜１２Ｃが形成される。
第１の実施形態と第２の実施形態の差異は、第１の実施形態では、押圧部材１３の押圧面を固化膜１２Ｂに押圧した状態で焼成するが、第２の実施形態では、押圧部材１３の押圧面を固化膜１２Ｂから離脱させた状態で焼成することである。従って、第２の実施形態においては、流動性膜１２Ａを固化する工程ではホットプレートを用いて加熱する必要があるが、固化膜１２Ｂを焼成する工程ではホットプレート又はハーネスを用いて加熱することができる。
第２の実施形態は、焼成工程において脱ガスが多い固化膜を加熱する場合に第１の実施形態よりも有効となる。通常の膜の場合、プリベークにより膜中の残留溶媒濃度を制御することができるため、焼成工程においては脱ガスはほとんど無いが、膜の組成によっては、比較的高温で加熱される焼成工程において脱ガスが発生する場合がある。このような場合には、第１の実施形態の焼成工程では焼成膜１２Ｃにおける均一性又は安定性に問題が生じるため、第２の実施形態の焼成工程を用いることが好ましい。特に、焼成膜１２Ｃが多孔質膜である場合にその効果が発揮される。多孔質膜の場合、固化工程における第１の温度（Ｔ１）での加熱処理において、膜の基本構造の大部分を形成し、焼成工程における第２の温度（Ｔ２）での加熱処理において、空孔を形成するために添加されていた空孔形成用の物質を蒸発させるため、押圧部材１３を固化膜１２Ｂから離脱させた状態で焼成する第２の実施形態の焼成工程が適している。もっとも、多孔質膜であっても、固化工程において膜の基本骨格の形成が行なわれると共に空孔形成用の物質の大部分が蒸発するような最適化された膜の場合、第１の実施形態の焼成工程を用いても良好な焼成膜１２Ｃが得られる。
第１及び第２の実施形態においては、焼成工程での加熱温度（第２の温度）を固化工程での加熱温度（第１の温度）よりも高く設定するが、焼成膜１２Ｃを半導体装置の絶縁膜として用いる場合には、固化工程での加熱温度（第１の温度）としては約１５０℃〜３００℃が好ましく、焼成工程での加熱温度（第２の温度）としては約３５０℃〜４５０℃が好ましい。
次に、従来の半導体装置の製造方法と本発明の半導体装置の製造方法との差異について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
図３（ａ）に示すように、従来の半導体装置の製造方法は、押圧部材（モールド）を圧着した後に、膜硬化工程における１回の加熱工程により平坦な膜を形成するのに対し、図３（ｂ）に示すように、本発明の半導体装置の製造方法は、押圧部材（モールド）を圧着した（平坦化工程）後に、固化工程及び焼成工程における２段階の加熱処理により、平坦な焼成膜１２Ｃを形成する。
＜第１の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、第１の回転塗布法について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、回転可能なステージ２０の上に基板２１を真空吸着により保持した後、基板２１の上に流動性を有する物質２３を適量滴下し、その後、ステージ２０を回転させたり、又は、図４（ｂ）に示すように、回転可能なステージ２０の上に基板２１を真空吸着により保持した後、ステージ２０ひいては基板２１を回転させながら、滴下ノズル２４から基板２１の上に流動性を有する物質２３を供給する。
このようにすると、図４（ｃ）に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
図４（ａ）に示す方法又は図４（ｂ）に示す方法のいずれの場合においても、流動性を有する物質２３の粘性と、ステージ２０の回転速度とを最適化することにより、押圧部材１３（図１（ｂ）又は図２（ｂ）を参照）の平坦な押圧面を流動性膜２２の表面に転写する工程に適した堅さを有する流動性膜２２を得ることができる。
尚、第１の実施例は、比較的大きい厚さを持つ流動性膜２２を形成する場合に適している。
＜第２の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、第２の回転塗布法について、図５（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、回転可能に設けられたステージ２０の上に、段差を有する基板２１を真空吸着により保持した後、ステージ２０ひいては基板２１を回転させながら、噴射ノズル２５の噴射口から基板２１の上に流動性を有する物質２６をシャワー状又はスプレー状に供給する。
所定量の流動性を有する物質２６が供給された後に、ステージ２０を所定時間だけ回転し続けると、図５（ｂ）に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
第２の実施例は、比較的小さい膜厚を持つ流動性膜２２を形成する場合に適している。
＜第３の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、微視的吹付け法について、図６（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、２次元直交座標系の直交する２方向のうちの一方の方向、例えば図６（ａ）における左右方向に基板２１を移動させると共に、直交する２方向のうちの他方の方向、例えば図６（ａ）における上下方向に滴下ノズル２７を移動させながら、滴下ノズル２７から基板２１の上に流動性を有する物質２８を所定量ずつ供給する。すなわち、基板２１を図６（ａ）における左方向に所定量移動した後、停止させる動作を繰り返し行なうと共に、基板２１が停止している期間内において、滴下ノズル２７を図６（ａ）における上方向又は下方向に移動させながら、滴下ノズル２７から基板２１の上に流動性を有する物質２８を所定量ずつ供給する。
このようにすると、図６（ｂ）に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
第３の実施例によると、滴下ノズル２７から供給される流動性を有する物質２８の量と、滴下ノズル２７の移動速度とを調整することにより、流動性膜２２の厚さを小さい膜厚から大きい膜厚まで制御することができる。
また、滴下ノズル２７から供給される流動性を有する物質２８の粘度を調整することにより、流動性膜２２の流動性の程度を変化させることができる。
また、滴下ノズル２７の数を調整することにより、処理速度を制御することができる。
＜第４の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、回転ローラ法について、図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転ローラ２９の周面に流動性を有する物質３０を均一に付着させた状態で、回転ローラ２９を基板２１の表面に沿って回転移動させる。
このようにすると、流動性を有する物質３０が基板２１の表面に転着されるため、図７（ｂ）に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
第４の実施例によると、回転ローラ２９と基板２１との間隔及び回転ローラ２９を基板２１に押し付ける力を調整することにより、流動性膜２２の厚さを制御することができる。
また、第４の実施例は、流動性を有する物質３０が粘性の高い液状又はジェル状である場合に適している。
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図８（ａ）〜（ｃ）及び図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
第３の実施形態は、第１又は第２の実施形態により得られる流動性膜の周縁部を選択的に除去する方法であって、第１の方法は、流動性膜が形成された基板を回転させながら流動性膜の周縁部に流動性膜を溶解させる溶液を供給して、周縁部を除去するものであり、第２の方法は、流動性膜の周縁部に光を照射して該周縁部を改質した後、改質された周縁部を除去するものである。
ところで、第１又は第２の実施形態によると、基板の全面に亘ってつまり基板の周縁部にまで流動性膜が形成される。ところが、基板の周縁部を機械的に保持する必要性が生じることがある。
第３の実施形態は、このような問題点を解決するためになされたものであり、第３の実施形態によると、流動性膜の周縁部を選択的に除去するため、基板の周縁部を機械的に保持することが容易になる。
以下、流動性膜２２の周縁部を選択的に除去する第１の方法について、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、回転可能に設けられたステージ２０の上に、流動性膜２２が形成されている基板２１を真空吸着した後、ステージ２０を回転させて流動性膜２２を回転させると共に、第１のノズル３１から剥離液３３を流動性膜２２の周縁部に供給すると共に、第２のノズル３２から剥離液３４を基板２１の周縁部の裏面に供給する。
このようにすると、図８（ｂ）に示すように、流動性膜２２の周縁部を除去することができると共に、基板２１の裏面周縁部に付着した流動性を有する物質を除去することができる。
次に、ステージ２０の回転を継続して行なう一方、剥離液３３、３４の供給を停止して、流動性膜２２を乾燥させる。以上により、図８（ｃ）に示すように、周縁部が選択的に除去された流動性膜２２を得ることができる。
尚、第１の方法は、流動性膜２２に対する転写工程の前に行なうことが好ましい。
第１の方法は、ステージ２０ひいては流動性膜２２を回転しながら、その周縁部を除去するので、平面形状が円形又は角数の多い多角形である基板２１に適している。
以下、流動性膜２２の周縁部を選択的に除去する第２の方法について、図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、回転可能に設けられたステージ２０の上に、流動性膜２２が形成されている基板２１を真空吸着した後、ステージ２０を回転させて流動性膜２２を回転させると共に、光照射装置３５から光３６を流動性膜２２の周縁部に照射して、流動性膜２２の周縁部（光照射部）において光化学反応を起こさせて該周縁部を改質する。この場合の光３６としては、紫外光又は紫外光よりも波長の短い光が好ましい。
次に、図９（ｂ）に示すように、ステージ２０ひいては流動性膜２２の回転を停止させた後、流動性膜２２の上に全面に亘って現像液などの溶液３７を供給する。このようにすると、流動性膜２２の改質している周縁部は溶液３７に溶解するので、流動性膜２２の周縁部を選択的に除去することができる。
次に、図９（ｃ）に示すように、ステージ２０ひいては流動性膜２２を再び回転させて、流動性膜２２の上に残存している溶液３７を遠心力により外部に除去する。この場合、溶液３７を除去しながら又は除去した後に、流動性膜２２の上にリンス液を供給して残存している溶液３７を取り除くことが好ましい。このようにすると、周縁部が選択的に除去された流動性膜２２を得ることができる。
尚、第２の方法は、流動性膜２２に対する転写工程の前に行なうことが好ましい。
第２の方法は、流動性膜２２の周縁部に選択的に光３６を照射するので、平面形状が円形又は角数の多い多角形である基板２１のみならず、三角形又は四角形などのように角数の少ない多角形の基板２１にも適用することができる。
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１０（ａ）、（ｂ）及び図１１（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
第４の実施形態は、第１又は第２の実施形態により得られる流動性膜の表面を平坦化するために好ましい方法であって、基板の表面又はステージの表面と、押圧部材の押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、これら複数の距離が等しくなるように流動性膜を押圧するものである。
まず、図１０（ａ）に示すように、第１又は第２の実施形態の方法により、基板４０の上に段差層（図示は省略している）を介して流動性膜４２を形成した後、平坦な押圧面に複数の距離センサ４４を有する押圧部材４３を用いて、流動性膜４２を平坦化する。尚、第４の実施形態においては、ステージ２０（図４（ｃ）又は図５（ｂ）を参照）の外形寸法を基板４０の外形寸法よりも大きくしておくことが好ましい。
この場合、複数の距離センサ４４により、基板４０の表面又は基板４０が載置されるステージ２０（図４（ｃ）又は図５（ｂ）を参照）の表面と、押圧部材４３の押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、複数の距離が等しくなるように押圧部材４３により流動性膜４２を押圧して流動性膜４２を平坦化する。すなわち、複数の距離センサ４４により測定された複数の距離の情報は、押圧部材４３を押圧する押圧手段にフィードバックされ、複数の距離が等しくなるように流動性膜４２を押圧する。尚、フィードバック制御はコンピュータにより行なえばよい。また、基板４０の表面又は基板４０が載置されるステージ２０（図４（ｃ）又は図５（ｂ）を参照）の表面と、押圧部材４３の押圧面との間の複数の距離を測定する場合、測定部位における単位面積当たりの静電容量を計測することにより行なわれることが好ましい。このようにすると、複数の距離を簡易且つ確実に測定することができる。
以下、基板４０の表面と押圧部材４３の押圧面との間の複数の距離を測定する方法について、図１０（ｂ）を参照しながら説明する。
図１０（ｂ）において、ａ、ｂ、ｃ、……、ｑは、距離センサ４４が配置される位置を示している。距離センサ４４の位置ａ〜ｑは、押圧部材４３の機構に応じて最適化することが好ましく、基板４０の表面又は基板４０が載置されるステージの表面と、流動性膜４２の表面との距離を効率良く計測できる位置に設定すればよい。例えば、中央部のセンサ位置ａ〜ｉは、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離を測定するのに適しており、周縁部のセンサ位置ｊ〜ｑは、基板４０が載置されるステージの表面と流動性膜４２の表面との距離を測定するのに適している。
従って、センサ位置ａ〜ｉの距離センサ４４のみを用いて、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離のみを測定してもよいし、センサ位置ｊ〜ｑの距離センサ４４のみを用いて、基板４０が載置されるステージの表面と流動性膜４２の表面との距離のみを測定してもよいし、センサ位置ａ〜ｑの距離センサ４４のみを用いて、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離及び基板４０が載置されるステージの表面と流動性膜４２の表面との距離を測定してもよい。
また、押圧部材４４の押圧面を微調整できる場合には、センサ位置ａ〜ｉの距離センサ４４を用いて基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離を調整した後、センサ位置ｊ〜ｑの距離センサ４４を用いて、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離を調整してもよい。このようにすると、より高精度な平坦化を実現することができる。尚、距離センサ４４の数及び位置は、要求される平坦性の度合いに応じて最適化すればよい。
ところで、第１の実施形態によると、流動性膜１２Ａの表面の基板１０の表面からの距離を等しくすることは重要であるが容易ではない。すなわち、第１の実施形態によると、基板１０の表面と押圧部材１３の押圧面との距離が均一になるように予め設定しておくことにより、流動性膜１２Ａの表面の基板１０の表面からの距離を均一にすることはできるが、この方法によると、所定期間毎に、つまり押圧部材１３の押圧面を所定数の流動性膜１２Ａに押圧する毎に、基板１０の表面と押圧部材１３の押圧面との距離が均一になるように設定しなければならない。
ところが、第４の実施形態によると、流動性膜４２の表面の基板４０の表面からの距離を常に等しくすることができるので、所定期間毎に基板４０の表面と押圧部材４３の押圧面との距離を均一にする作業を省略することができる。
尚、基板４０の表面と押圧部材４３の押圧面との距離を均一に調整する工程は、押圧部材４３により流動性膜４２を押圧する処理の前、途中又は後のいずれであってもよい。
図１１（ａ）は、押圧部材４３の押圧面と、段差層４１の下側に位置する基板４０の表面との距離が不均一になった場合の流動性膜４２の断面状態を示し、図１１（ｂ）は、押圧部材４３の押圧面と基板４０の表面との距離が均一に保たれた場合の流動性膜４２の断面状態を示している。
図１１（ａ）と図１１（ｂ）との対比から分かるように、押圧部材４３の押圧面と基板１０の表面との距離を均一に保った状態で流動性膜４２を押圧すると、流動性膜４２の基板４０の表面からの距離が均一になった状態で流動性膜４２の表面を平坦化することができる。
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１２（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
第５の実施形態は、流動性膜５２Ａに対して光を照射しながら加熱することにより流動性膜５２Ａを固化する方法である。
図１２（ａ）に示すように、基板５０の上に段差層５１を介して形成されている流動性膜５２Ａに対して、光を透過する材料例えば石英よりなり平坦な押圧面を有する押圧部材５３の押圧面を押圧して、流動性膜５２Ａの表面を平坦化した状態で、流動性膜５２Ａに光を照射すると共に流動性膜５２Ａを加熱する。照射する光としては、主として光化学反応により流動性膜５２Ａを固化する場合には、紫外光又は紫外光よりも波長の短い光を用い、主として熱化学反応により流動性膜５２Ａを固化する場合には赤外光を用いることが好ましい。
このようにすると、流動性膜５２Ａは光化学反応又は熱化学反応により固化して、図１２（ｂ）に示すように、固化膜５２Ｂが得られる。
主として光化学反応により流動性膜５２Ａを固化する方法は、光硬化性樹脂、例えばリソグラフィ技術で用いるフォトレジストのような感光性樹脂膜等に適している。また、主として熱化学反応により流動性膜５２Ａを固化する方法は、光照射により酸又は塩基を発生する材料を含むと共にベース樹脂が酸又は塩基により固化する化学増幅型材料よりなる有機膜若しくは有機無機混成膜、又は無機膜等に適している。
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１３（ａ）〜（ｆ）、図１４（ａ）〜（ｄ）、図１５（ａ）〜（ｄ）及び図１６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
まず、図１３（ａ）に示すように、基板６０の上に層間絶縁膜６１を形成した後、図１３（ｂ）に示すように、回転塗布法又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、層間絶縁膜６１の上に、例えばフォトレジスト膜又は有機ｌｏｗ−ｋ膜等よりなる有機膜６２を形成する。この場合、有機膜６２に、次工程で使用するリソグラフィの露光光の波長に対応する反射防止効果を有する材料を添加しておくことが好ましい。このようにすると、有機膜６２の下側に反射防止膜を形成する工程を省くことができる。
なお、有機膜６２の代わりに、無機膜又は有機無機複合膜を用いてもよい。例えば、スピン塗布法により形成されるＳＯＧ膜等を用いるとよい。特に、約２００°〜約３００℃程度の温度でベーキングすることにより、完全に架橋が進まずに未反応状態が実現されているＳＯＧ膜を用いるとよい。また、近年Ｌｏｗ−ｋ膜材料としてよく用いられているＳＯＤ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜を用いてもよい。
次に、図１３（ｃ）に示すように、有機膜６２の上に、配線溝形成用開口部を有する第１のレジストパターン６３を形成した後、有機膜６２に対して第１のレジストパターン６３をマスクにしてドライエッチングを行なって、図１３（ｄ）に示すように、有機膜６２に配線溝６２ａを形成する。このドライエッチング工程においては、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガス又は窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを主成分とするエッチングガスを用いることができる。
次に、図１３（ｅ）に示すように、スパッタ法により、配線溝６２ａの内部を含む有機膜６２の上にバリアメタル層（図示は省略している）を形成した後、例えばメッキ法によりバリアメタル層の上に、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＰｔ等よりなる第１の金属膜６４Ａを堆積する。
次に、図１３（ｆ）に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜６４Ａにおける不要な部分、つまり有機膜６２の上に露出している部分を除去して、第１の金属膜６４Ａよりなる埋め込み配線６４Ｂを形成する。
次に、図１４（ａ）に示すように、ドライエッチングにより有機膜６２を除去して、埋め込み配線６４Ｂを露出させた後、例えばＣＶＤ法により、埋め込み配線６４Ｂの上に拡散防止膜（図示は省略している）を形成する。尚、有機膜６２に対するドライエッチングは、異方性又は等方性のいずれであってもよい。また、拡散防止膜としては、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＣ膜若しくはＳｉＣＮ膜よりなる単層膜、又はこれらの膜とＳｉＣＯ膜との積層膜を用いることができる。
次に、図１４（ｂ）に示すように、拡散防止膜が形成された埋め込み配線６４Ｂの上に、第１の実施形態と同様、回転塗布法、微視的吹付け法又は回転ローラ法等により、液状又はジェル状の流動性を有する絶縁性物質を供給して流動性膜６５Ａを形成する。流動性膜６５Ａの厚さとしては適当に設定することができる。
流動性膜６５Ａとしては、第１の実施形態において説明したような絶縁膜、つまり、有機膜、無機膜、有機無機混成膜又は多孔質膜等を用いることができる。これらの膜を用いると、通常のシリコン酸化膜を用いる場合よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を得ることができるので、１００ｎｍ以下の微細加工が施された半導体装置に適した膜を実現できる。特に、流動性膜６５Ａとして多孔質膜を用いると、２以下の極めて低い比誘電率を持つ絶縁膜を実現できる。
次に、図１４（ｃ）に示すように、平坦な押圧面を有する押圧部材６６の押圧面を流動性膜６５Ａの表面に当接させた後、図１４（ｄ）に示すように、押圧部材６６に圧力を加えて流動性膜６５Ａの表面を平坦化する。つまり、流動性膜６５Ａの表面の基板６１の表面からの高さを全体に亘って均一にする。
次に、図１５（ａ）に示すように、基板６０ひいては流動性膜６５Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱して、絶縁性物質に熱化学反応を起こさせることにより、流動性膜６５Ａを固化させて、平坦な表面を有する固化膜６５Ｂを形成する。尚、固化工程としては、第１〜第４の実施形態におけるいずれかの流動性膜６５Ａの性質に適した方法を選べばよい。
次に、図１５（ｂ）に示すように、第１及び第２の実施形態と同様に、固化膜６５Ｂを第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に加熱することにより、固化膜６５Ｂが焼成されてなり平坦な表面を有する焼成膜６５Ｃを形成する。次に、焼成膜６５Ｃの温度を約１００℃から室温程度までの温度範囲に下げた後、図１５（ｃ）に示すように、押圧部材６６を焼成膜６５Ｃから離脱させると共に焼成膜６５Ｃの温度を最終的に室温に下げる。このようにすると、図１５（ｄ）に示すように、平坦な表面を有する焼成膜６５Ｃが得られる。尚、焼成膜６５Ｃの厚さを薄くしたい場合には、焼成膜６５Ｃに対してＣＭＰ法又はエッチバック処理を行なう。
次に、図１６（ａ）に示すように、焼成膜６５Ｃの上に、ヴィアホール形成用の開口部を有する第２のレジストパターン６７を形成した後、焼成膜６５Ｃに対して第２のレジストパターン６７をマスクにドライエッチングを行なって、図１６（ｂ）に示すように、焼成膜６５Ｃにヴィアホール６８を形成する。尚、このドライエッチング工程においては、例えばＣＦ４ガス又はＣＨＦ３ガスのようにフッ素を含むエッチングガスを用いることができる。その後、埋め込み配線６４Ｂの上に形成されている拡散防止膜（図示は省略している）に対してドライエッチングを行なって、埋め込み配線６４Ｂを露出させる。
次に、図１６（ｃ）に示すように、スパッタ法又はＣＶＤ法により、ヴィアホール６８の内部を含む焼成膜６５Ｃの上に全面に亘ってＴａ又はＴａＮよりなるバリアメタル層（図示は省略している）を堆積した後、例えばメッキ法により、バリアメタル層の上に例えば銅よりなる第２の金属膜６９Ａを堆積する。第２の金属膜６９Ａをメッキ法により堆積する場合には、スパッタ法によりバリアメタル層の上にシード（種）層を形成した後、該シード層を種として第２の金属膜６９Ａを成長させることが好ましい。尚、第２の金属膜６９Ａは、メッキ法に代えてＣＶＤ法等により堆積することができると共に、銅に代えて銀、金又はプラチナ等を用いることができる。これらの金属は、メッキ法による堆積が容易であると共に抵抗率が低いので好ましい。
次に、ＣＭＰ法により、第２の金属膜６９Ａの不要な部分、つまり焼成膜６５Ｃの上に露出している部分を除去すると、第２の金属膜６９Ａよりなる埋め込みプラグ６９Ｂが得られる。
第６の実施形態によると、グローバル段差を有しない焼成膜６５Ｃを形成することができるため、絶縁膜における局部的なストレスの集中を緩和できるので、多層配線の信頼性を向上させることができる。また、平坦な表面を有する焼成膜６５Ｃが得られるため、リソグラフィ技術により焼成膜６５Ｃの上にマスクパターンを形成する場合に、段差に起因する焦点深度マージンの低下を抑制することができる。このため、従来に比べて、加工マージン（プロセスウインドウ）を著しく増大できるので、高精度な半導体装置を製造することができる。
尚、第６の実施形態においては、脱ガスが多い固化膜６５Ｂを焼成する場合には、第１の実施形態の焼成工程よりも第２の実施形態の焼成工程を用いる方が有効となる。通常の場合、プリベークにより流動性膜６５Ａ中の残留溶媒濃度を制御できるため、焼成工程における脱ガスはほとんど無いが、流動性膜６５Ａの組成によっては比較的高温で加熱される焼成工程において脱ガス量が多い場合がある。このような場合には、第１の実施形態の焼成工程を用いると、焼成膜の均一性又は安定性に問題が生じるため、第２の実施形態の焼成工程を用いることが好ましい。
特に、焼成膜６５Ｃが多孔質膜である場合に、第２の実施形態の焼成工程の効果が発揮される。多孔質膜の場合、固化工程における第１の温度（Ｔ１）での加熱工程において、固化膜６５Ｂの基本骨格の構造がほとんど形成され、次の焼成工程における第２の温度（Ｔ２）での加熱工程において、空孔を形成するために添加されていた空孔形成用の物質が蒸発するため、押圧部材６６を固化膜６５Ｂから離脱させた状態で焼成を行なう第２の実施形態の焼成工程が適している。もっとも、多孔質膜であっても、固化工程において、膜の基本骨格の形成と共に空孔形成用の物質の蒸発を行なうような材質を用いる場合には、第１の実施形態の焼成工程を用いても良好な焼成膜６５Ｃが得られる。
尚、第６の実施形態においては、焼成膜６５Ｃを半導体装置の絶縁膜として用いるため、固化工程での加熱温度（第１の温度）は約１５０℃〜３００℃が好ましく、焼成工程での加熱温度（第２の温度）は約３５０℃〜４５０℃が好ましい。
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１７（ａ）〜（ｆ）、図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）〜（ｄ）及び図２０（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
まず、図１７（ａ）に示すように、基板７０の上に層間絶縁膜７１を形成した後、図１７（ｂ）に示すように、回転塗布法又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、層間絶縁膜７１の上に、例えばフォトレジスト膜又は有機ｌｏｗ−ｋ膜等よりなる有機膜７２を形成する。
なお、有機膜７２の代わりに、無機膜又は有機無機複合膜を用いてもよい。例えば、スピン塗布法により形成されるＳＯＧ膜等を用いるとよい。特に、約２００°〜約３００℃程度の温度でベーキングすることにより、完全に架橋が進まずに未反応状態が実現されているＳＯＧ膜を用いるとよい。また、近年Ｌｏｗ−ｋ膜材料としてよく用いられているＳＯＤ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜を用いてもよい。
次に、図１７（ｃ）に示すように、有機膜７２の上に、ヴィアホール形成用開口部を有する第１のレジストパターン７３を形成した後、有機膜７２に対して第１のレジストパターン７３をマスクにしてドライエッチングを行なって、図１７（ｄ）に示すように、有機膜７２にヴィアホール７２ａを形成する。
次に、図１７（ｅ）に示すように、スパッタ法により、ヴィアホール７２ａの内部を含む有機膜７２の上にバリアメタル層（図示は省略している）を形成した後、例えばメッキ法によりバリアメタル層の上に、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＰｔ等よりなる第１の金属膜７４Ａを堆積する。
次に、図１７（ｆ）に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜７４Ａにおける不要な部分、つまり有機膜７２の上に露出している部分を除去して、第１の金属膜７４Ａよりなる埋め込みプラグ７４Ｂを形成する。
次に、図１８（ａ）に示すように、ドライエッチングにより有機膜７２を除去して、埋め込みプラグ７４Ｂを露出させた後、例えばＣＶＤ法により、埋め込みプラグ７４Ｂの上に拡散防止膜（図示は省略している）を形成する。
次に、図１８（ｂ）に示すように、拡散防止膜が形成された埋め込みプラグ７４Ｂの上に、第１の実施形態と同様、回転塗布法、微視的吹付け法又は回転ローラ法等により、液状又はジェル状の流動性を有する絶縁性物質を供給して流動性膜７５Ａを形成する。流動性膜７５Ａとしては、第１の実施形態において説明したような絶縁膜、つまり、有機膜、無機膜、有機無機混成膜又は多孔質膜等を用いることができる。
次に、図１８（ｃ）に示すように、平坦な押圧面を有する押圧部材７６の押圧面を流動性膜７５Ａの表面に当接させた後、図１８（ｄ）に示すように、押圧部材７６に圧力を加えて流動性膜７５Ａの表面を平坦化する。
次に、図１９（ａ）に示すように、基板７０ひいては流動性膜７５Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱して、絶縁性物質に熱化学反応を起こさせることにより、流動性膜７５Ａを固化させて、平坦な表面を有する固化膜７５Ｂを形成する。尚、固化工程としては、第１〜第４の実施形態におけるいずれかの流動性膜７５Ａの性質に適した方法を選べばよい。
次に、図１９（ｂ）に示すように、第１及び第２の実施形態と同様に、固化膜７５Ｂを第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に加熱することにより、固化膜７５Ｂが焼成されてなり平坦な表面を有する焼成膜７５Ｃを形成する。次に、焼成膜７５Ｃの温度を約１００℃から室温程度までの温度範囲に下げた後、図１９（ｃ）に示すように、押圧部材７６を焼成膜７５Ｃから離脱させると共に焼成膜７５Ｃの温度を最終的に室温に下げる。このようにすると、図１９（ｄ）に示すように、平坦な表面を有する焼成膜７５Ｃが得られる。
次に、図２０（ａ）に示すように、焼成膜７５Ｃの上に、配線溝形成用の開口部を有する第２のレジストパターン７７を形成した後、焼成膜７５Ｃに対して第２のレジストパターン７７をマスクにドライエッチングを行なって、図２０（ｂ）に示すように、焼成膜７５Ｃに配線溝７８を形成する。その後、埋め込みプラグ７４Ｂの上に形成されている拡散防止膜（図示は省略している）に対してドライエッチングを行なって、埋め込みプラグ７４Ｂを露出させる。
次に、図２０（ｃ）に示すように、スパッタ法又はＣＶＤ法により、配線溝７８の内部を含む焼成膜７５Ｃの上に全面に亘ってＴａ又はＴａＮよりなるバリアメタル層（図示は省略している）を堆積した後、例えばメッキ法により、バリアメタル層の上に例えば銅よりなる第２の金属膜７９Ａを堆積する。
次に、ＣＭＰ法により、第２の金属膜７９Ａの不要な部分、つまり焼成膜７５Ｃの上に露出している部分を除去すると、第２の金属膜７９Ａよりなる埋め込み配線７９Ｂが得られる。
第７の実施形態によると、グローバル段差を有しない焼成膜７５Ｃを形成することができるため、絶縁膜における局部的なストレスの集中を緩和できるので、多層配線の信頼性を向上させることができる。また、平坦な表面を有する焼成膜７５Ｃが得られるため、リソグラフィ技術により焼成膜７５Ｃの上にマスクパターンを形成する場合に、段差に起因する焦点深度マージンの低下を抑制することができる。このため、従来に比べて、加工マージン（プロセスウインドウ）を著しく増大できるので、高精度な半導体装置を製造することができる。
尚、第７の実施形態においては、焼成膜７５Ｃを半導体装置の絶縁膜として用いるため、固化工程での加熱温度（第１の温度）は約１５０℃〜３００℃が好ましく、焼成工程での加熱温度（第２の温度）は約３５０℃〜４５０℃が好ましい。
産業上の利用の可能性
本発明は半導体装置の製造方法に有用である。
【図１】
2004114388.tif 000003
【図２】
2004114388.tif 000004
【図３】
2004114388.tif 000005
【図４】
2004114388.tif 000006
【図５】
2004114388.tif 000007
【図６】
2004114388.tif 000008
【図７】
2004114388.tif 000009
【図８】
2004114388.tif 000010
【図９】
2004114388.tif 000011
【図１０】
2004114388.tif 000012
【図１１】
2004114388.tif 000013
【図１２】
2004114388.tif 000014
【図１３】
2004114388.tif 000015
【図１４】
2004114388.tif 000016
【図１５】
2004114388.tif 000017
【図１６】
2004114388.tif 000018
【図１７】
2004114388.tif 000019
【図１８】
2004114388.tif 000020
【図１９】
2004114388.tif 000021
【図２０】
2004114388.tif 000022
【図２１】
2004114388.tif 000023
【図２２】
2004114388.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月5日(2005.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、
押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して前記流動性膜の表面を平坦化する工程と、
前記押圧面を前記流動性膜に押圧した状態で前記流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている前記流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、
表面が平坦な前記固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して前記固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に形成された露出した埋め込み配線の上を含む前記基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、
押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して前記流動性膜の表面を平坦化する工程と、
前記押圧面を前記流動性膜に押圧した状態で前記流動性膜を第１の温度に加熱して、表面が平坦化されている前記流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、
表面が平坦な前記固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して前記固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、
前記焼成膜にヴィアホールを形成した後、前記ヴィアホールに金属材料を埋め込んで、少なくとも前記配線と連通する埋め込みプラグを形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板上に形成された露出した埋め込みプラグの上を含む前記基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、
押圧部材の平坦な押圧面を前記流動性膜に押圧して前記流動性膜の表面を平坦化する工程と、
前記押圧面を前記流動性膜に押圧した状態で前記流動性膜を第１の温度に加熱して、表面が平坦化されている前記流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、
表面が平坦な前記固化膜を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して前記固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、
前記焼成膜における配線溝を形成した後、前記配線溝に金属材料を埋め込んで、少なくとも前記プラグと連通する埋め込み配線を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記第１の温度は約１５０℃〜約３００℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第２の温度は約３５０℃〜約４５０℃であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性を有する絶縁性物質は、液状又はジェル状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、回転している前記基板の上に前記流動性を有する絶縁性物質を供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、前記基板の上に前記流動性を有する絶縁性物質を供給した後、前記基板を回転することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、回転している前記基板の上に前記流動性を有する絶縁性物質をシャワー状又はスプレー状に供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、微小な噴射口を有するノズルと前記基板とを平面方向に相対移動させながら、前記流動性を有する絶縁性物質を前記噴射口から前記基板の上に供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程は、ローラの表面に付着した前記流動性を有する絶縁性物質を前記ローラを回転しながら前記基板の上に供給することにより前記流動性膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜を形成する工程と前記流動性膜の表面を平坦化する工程との間に、前記流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程は、前記流動性膜を回転させながら前記流動性膜の周縁部に、前記流動性を有する絶縁性物質を溶解させる溶液を供給することにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程は、前記流動性膜の周縁部に光を照射して改質した後、改質された前記周縁部を除去することにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜の表面を平坦化する工程は、前記基板の表面と前記押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、前記複数の距離が等しくなるように前記押圧面により前記流動性膜を押圧する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性膜の表面を平坦化する工程は、前記基板が載置されているステージの表面と前記押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、前記複数の距離が等しくなるように前記押圧面により前記流動性膜を押圧する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６において、
前記複数の距離を測定する工程は、測定部位における単位面積当たりの静電容量を計測することにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記押圧部材の押圧面は疎水性を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性を有する絶縁性物質は光硬化性樹脂であり、
前記固化膜を形成する工程は、前記流動性膜に光を照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記流動性を有する絶縁性物質は、有機材料、無機材料、有機無機混成材料、光硬化性樹脂又は感光性樹脂であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜を形成する工程は、前記押圧面を前記固化膜に押圧した状態で前記固化膜を前記第２の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜を形成する工程は、前記押圧面を前記固化膜から離脱させた状態で前記固化膜を前記第２の温度に加熱する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜は多孔質膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記焼成膜の比誘電率は約４以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項２において、
前記流動性膜を形成する工程よりも前に、
前記基板上に形成された有機膜中に埋め込み配線を形成した後に、前記有機膜を除去することにより、前記基板上に形成された露出した前記埋め込み配線を形成する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
請求項３において、
前記流動性膜を形成する工程よりも前に、
前記基板上に形成された有機膜中に埋め込みプラグを形成した後に、前記有機膜を除去することにより、前記基板上に形成された露出した前記埋め込みプラグを形成する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
請求項２５又は２６において、
前記埋め込み配線又は前記埋め込みプラグを形成する工程における前記有機膜の除去は、ウェットエッチングにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
請求項２５又は２６において、
前記埋め込み配線又は前記埋め込みプラグを形成する工程における前記有機膜の除去は、ドライエッチングにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が平坦な絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路装置は、１００ｎｍ近傍又はそれ以下の微細なデザインルールに加工されるようになってきた。
【０００３】
光を用いたリソグラフィ技術により、一層微細なレジストパターンを形成するためには、露光光の波長を短波長化する必要がある。
【０００４】
ところが、露光光の短波長化に伴って焦点深度が大きく低下するため、基板上に形成されている絶縁膜の表面を常に平坦にしておくことが必要不可欠となっている。このため、１００ｎｍ以下の微細なデザインルールを持つ半導体装置を製造する際に、基板上の絶縁膜の平坦化技術は非常に重要な技術となっている。
【０００５】
ところで、現在のところ、０．１３μｍ〜０．２５μｍのデザインルールを持つ半導体装置において、絶縁膜を平坦化する技術としては、周知の化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）法が主流となっている。
【０００６】
また、平坦な絶縁膜を形成する技術としては、例えば特許文献１に示されるように、基板の表面に流動性を有する物質を供給して流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面により流動性膜を押圧して、流動性膜の表面を平坦化する工程と、表面が平坦化された流動性膜を固化する工程とを備えた方法が知られている。
【０００７】
以下、特許文献１（特開２０００−３５０９３４号公報）に示されている平坦な絶縁膜を形成する方法について、図２１(a) 〜(c) 及び図２２(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【０００８】
まず、図２１(a) に示すように、半導体ウエハからなる基板１０１と、該基板１０１の上に形成された段差を有する層（以下、単に段差層という）１０２とからなる段差基板の表面に流動性を有する物質、例えば液状又はジェル状の物質を供給して、段差基板の上に流動性を有する膜（以下、単に流動性膜と称する）１０３Ａを形成する。
【０００９】
次に、図２１(b) に示すように、平坦な押圧面を有する押圧部材１０４の押圧面を流動性膜１０３Ａの表面と対向させた後、図２１(c) に示すように、押圧部材１０４に対して基板方向の圧力を加えることにより流動性膜１０３Ａを段差基板に押圧して、流動性膜１０３Ａの表面を平坦化する。
【００１０】
この場合、流動性膜１０３Ａが押圧部材１０４の押圧面により押圧されるだけで、流動性膜１０３Ａの表面は基板１０１の全面に亘って平坦化される。
【００１１】
次に、図２２(a) に示すように、押圧部材１０４により流動性膜１０３Ａを基板１０１に対して押圧した状態で流動性膜１０３Ａを加熱して、流動性膜１０３Ａの内部において化学反応を生じさせて流動性膜１０３Ａを固化させることにより、平坦な表面を有する固化された膜（以下、単に固化膜と称する）１０３Ｂを形成する。
【００１２】
次に、加熱を終了した後、固化膜１０３Ｂの温度を室温にまで下げ、その後、図２２(b) に示すように、押圧部材１０４を固化膜１０３Ｂから離脱させると、図２２(c) に示すように、段差基板の上に平坦な表面を有する固化膜１０３Ｂを形成することができる。
【特許文献１】特開２０００−３５０９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の半導体装置の製造方法によると、ダマシン法により多層配線を形成する場合、工程数が非常に多くなり、半導体装置の製造プロセスにおけるコストが高くなるという問題を有している。
【００１４】
また、絶縁膜に形成されている凹部が充填されるように絶縁膜の上に金属膜を堆積した後、該金属膜における不要な部分をＣＭＰ法により除去して埋め込み配線を形成するダマシン法を繰り返し行なうことにより多層配線を形成すると、ＣＭＰ法におけるグローバル段差が蓄積するため、基板に対する多層配線の高さのバラツキが増大するという問題がある。
【００１５】
また、特許文献１に示される方法により得られる平坦な絶縁膜を半導体装置の層間絶縁膜として用いる場合、絶縁膜の膜質の安定性を保証するためには固化工程において通常４００℃程度の加熱硬化プロセスが必要となる。
【００１６】
しかしながら、絶縁性材料によっては、固化工程において３５０℃以上の温度で加熱すると、絶縁膜の基本骨格の構造が部位により不均一になり、これによって、絶縁膜の比誘電率が部位によって異なるというような膜質の劣化が生じてしまう。その結果、絶縁膜としての信頼性が得られなくなり、半導体装置の性能及び信頼性が大きく低下してしまうという問題が発生する。
【００１７】
前記に鑑み、本発明は、基本骨格の構造が均一であって膜質に優れていると共にグローバル段差が少ない絶縁膜を少ない工程数で形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程とを備えている。
【００１９】
第１の半導体装置の製造方法によると、流動性膜に対して押圧部材の平坦な押圧面を押圧してから、固化工程及び焼成工程を行なうため、グローバル段差が少なくて平坦な焼成膜よりなる絶縁膜を少ない工程により形成することができる。また、流動性膜に対して相対的に低い第１の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜の基本骨格（例えば、有機膜におけるポリマー骨格、シリコン酸化膜若しくは有機無機複合膜におけるシロキサン骨格、又はレジスト膜におけるレジン骨格）を形成しておいてから、固化膜に対して相対的に高い第２の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜からアクリルポリマー等のポロジェン（Porogen ）又は残存する溶媒等を蒸発させるため、基本骨格の形成とポロジェン又は残存する溶媒等の蒸発とを並行して行なう場合に比べて、焼成膜よりなる絶縁膜の基本骨格の構造が均一になるので、絶縁膜の膜質が向上する。従って、絶縁膜の比誘電率が膜全体において均一になるので、絶縁膜の信頼性が高くなる。
【００２０】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された露出した埋め込み配線の上を含む基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、焼成膜にヴィアホールを形成した後、ヴィアホールに金属材料を埋め込んで、少なくとも埋め込み配線と連通する埋め込みプラグを形成する工程とを備えている。
【００２１】
第２の半導体装置の製造方法によると、流動性膜に対して押圧部材の平坦な押圧面を押圧してから、固化工程及び焼成工程を行なうため、グローバル段差が少なくて平坦な焼成膜よりなる絶縁膜を少ない工程により形成することができる。また、流動性膜に対して相対的に低い第１の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜の基本骨格を形成しておいてから、固化膜に対して相対的に高い第２の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜からアクリルポリマー等のポロジェン又は残存する溶媒等を蒸発させるため、焼成膜よりなる絶縁膜の基本骨格の構造が均一になるので、絶縁膜の膜質が向上する。従って、絶縁膜の比誘電率が膜全体において均一になるので、絶縁膜の信頼性が高くなる。
【００２２】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された露出した埋め込みプラグの上を含む基板の上に流動性を有する絶縁性物質よりなる流動性膜を形成する工程と、押圧部材の平坦な押圧面を流動性膜に押圧して流動性膜の表面を平坦化する工程と、押圧面を流動性膜に押圧した状態で流動性膜を第１の温度に加熱して表面が平坦化されている流動性膜を固化することにより、表面が平坦な固化膜を形成する工程と、表面が平坦な固化膜を第１の温度よりも高い第２の温度に加熱して固化膜を焼成することにより、表面が平坦な焼成膜を形成する工程と、焼成膜における配線溝を形成した後、配線溝に金属材料を埋め込んで、少なくともプラグと連通する埋め込み配線を形成する工程とを備えている。
【００２３】
第３の半導体装置の製造方法によると、流動性膜に対して押圧部材の平坦な押圧面を押圧してから、固化工程及び焼成工程を行なうため、グローバル段差が少なくて平坦な焼成膜よりなる絶縁膜を少ない工程により形成することができる。また、流動性膜に対して相対的に低い第１の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜の基本骨格を形成しておいてから、固化膜に対して相対的に高い第２の温度で加熱処理を行なうことにより、固化膜からアクリルポリマー等のポロジェン又は残存する溶媒等を蒸発させるため、焼成膜よりなる絶縁膜の基本骨格の構造が均一になるので、絶縁膜の膜質が向上する。従って、絶縁膜の比誘電率が膜全体において均一になるので、絶縁膜の信頼性が高くなる。
【００２４】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、第１の温度は約１５０℃〜約３００℃であることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、流動性膜に含まれるポロジェン等を蒸発させることなく、流動性膜の基本骨格を形成することができる。
【００２６】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、第２の温度は約３５０℃〜約４５０℃であることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、固化膜ひいては焼成膜の膜質の劣化を招くことなく、固化膜からポロジェン等を蒸発させることができる。
【００２８】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性を有する絶縁性物質は、液状又はジェル状であることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、流動性膜を簡易且つ確実に形成することができる。
【００３０】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、回転している基板の上に流動性を有する絶縁性物質を供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３１】
このようにすると、流動性膜の膜厚を均一にすることができる。
【００３２】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、基板の上に流動性を有する絶縁性物質を供給した後、基板を回転することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３３】
このようにすると、流動性膜の膜厚を均一にすることができる。
【００３４】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、回転している基板の上に流動性を有する絶縁性物質をシャワー状又はスプレー状に供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３５】
このようにすると、比較的薄い膜厚を有する流動性膜を確実に形成することができる。
【００３６】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、微小な噴射口を有するノズルと基板とを平面方向に相対移動させながら、流動性を有する絶縁性物質を噴射口から基板の上に供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３７】
このようにすると、ノズルと基板との相対移動速度を調整することにより、流動性膜の厚さを所望の大きさに制御することができる。また、流動性を有する物質の粘度を調整することにより、流動性膜の流動性の程度を変化させることができる。また、ノズルの数を調整することにより、処理速度を制御することができる。
【００３８】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程は、ローラの表面に付着した流動性を有する絶縁性物質をローラを回転しながら基板の上に供給することにより流動性膜を形成する工程を含むことが好ましい。
【００３９】
このようにすると、ローラと基板との間隔及びローラを基板に押し付ける力を調整することにより、流動性膜の厚さを制御することができる。また、粘性の高い流動性を有する材料を採用することができる。
【００４０】
第１〜第３の半導体装置の製造方法は、流動性膜を形成する工程と流動性膜の表面を平坦化する工程との間に、流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程をさらに備えることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、焼成膜を形成するプロセスにおいて基板の周縁部を機械的に保持することが容易になる。
【００４２】
第１〜第３の半導体装置の製造方法が流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程を備えている場合、該工程は、流動性膜を回転させながら流動性膜の周縁部に、流動性を有する絶縁性物質を溶解させる溶液を供給することにより行なわれることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、円形又は角数の多い多角形の平面形状を有する基板の周縁部を確実に除去することができる。
【００４４】
第１〜第３の半導体装置の製造方法が流動性膜の周縁部を選択的に除去する工程を備えている場合、該工程は、流動性膜の周縁部に光を照射して改質した後、改質された周縁部を除去することにより行なわれることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、円形又は角数の多い多角形の平面形状のみならず、三角形又は四角形などのように角数の少ない多角形の平面形状を有する基板の周縁部を確実に除去することができる。
【００４６】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜の表面を平坦化する工程は、基板の表面と押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、複数の距離が等しくなるように押圧面により流動性膜を押圧する工程を含むことが好ましい。
【００４７】
このようにすると、流動性膜の表面の基板表面からの距離を常に等しくすることができるので、所定期間毎に基板の表面と押圧部材の押圧面との距離を均一にする作業を省略することができる。
【００４８】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜の表面を平坦化する工程は、基板が載置されているステージの表面と押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、複数の距離が等しくなるように押圧面により流動性膜を押圧する工程を含むことが好ましい。
【００４９】
このようにすると、流動性膜の表面の基板表面からの距離を常に等しくすることができるので、所定期間毎に基板の表面と押圧部材の押圧面との距離を均一にする作業を省略することができる。
【００５０】
第１〜第３の半導体装置の製造方法が基板又はステージの表面と押圧面との間の複数の距離を測定する工程を備えている場合、該工程は、測定部位における単位面積当たりの静電容量を計測することにより行なわれることが好ましい。
【００５１】
このようにすると、複数の距離を簡易且つ確実に測定することができる。
【００５２】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、押圧部材の押圧面は疎水性を有していることが好ましい。
【００５３】
このようにすると、押圧部材を固化膜から離脱させやすくなるので、より欠陥の少ない固化膜ひいては焼成膜を形成することができる。
【００５４】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性を有する絶縁性物質は光硬化性樹脂であり、固化膜を形成する工程は、流動性膜に光を照射する工程を含むことが好ましい。
【００５５】
このようにすると、流動性膜を光化学反応及び熱化学反応により容易且つ速やかに固化させることができる。
【００５６】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、流動性を有する絶縁性物質としては、有機材料、無機材料、有機無機混成材料、光硬化性樹脂又は感光性樹脂を用いることができる。
【００５７】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜を形成する工程は、押圧面を固化膜に押圧した状態で固化膜を第２の温度に加熱する工程を含むことが好ましい。
【００５８】
このようにすると、表面が平坦化されている固化膜の平坦性を高精度に維持することができる。
【００５９】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜を形成する工程は、押圧面を固化膜から離脱させた状態で固化膜を第２の温度に加熱する工程を含むことが好ましい。
【００６０】
このようにすると、固化膜に含まれるポロジェン又は残存する溶媒等を容易に蒸発させることができる。
【００６１】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜は多孔質膜であることが好ましい。
【００６２】
このようにすると、比誘電率の低い焼成膜よりなる絶縁膜を形成することができる。
【００６３】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、焼成膜の比誘電率は約４以下であることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、絶縁膜の比誘電率を確実に低くして、金属配線間の静電容量を低減することができる。
【００６５】
第２の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程よりも前に、基板上に形成された有機膜中に埋め込み配線を形成した後に、有機膜を除去することにより、基板上に形成された露出した埋め込み配線を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
【００６６】
第３の半導体装置の製造方法において、流動性膜を形成する工程よりも前に、基板上に形成された有機膜中に埋め込みプラグを形成した後に、有機膜を除去することにより、基板上に形成された露出した埋め込みプラグを形成する工程をさらに備えることが好ましい。
【００６７】
第２又は第３の半導体装置の製造方法において、埋め込み配線又は埋め込みプラグを形成する工程における有機膜の除去は、ウェットエッチングにより行なわれることが好ましい。
【００６８】
第３の半導体装置の製造方法において、埋め込み配線又は埋め込みプラグを形成する工程における有機膜の除去は、ドライエッチングにより行なわれることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１(a) 〜(d) 及び図２(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【００７０】
まず、図１(a) に示すように、半導体ウエハからなる基板１０の上に段差層１１を形成した後、該段差層１１の上に流動性を有する物質、例えば液状又はジェル状の物質を供給して、流動性膜１２Ａを形成する。尚、基板１０の平面形状としては、特に限定されず、円形又は多角形等いずれの形状でもよい。
【００７１】
ところで、通常、基板１０の上に形成された流動性膜１２Ａ中の溶媒の一部分又は大部分を蒸発させるために、約８０℃から１２０℃程度の加熱処理を行なう。この加熱は、通常プリベークと呼ばれるものであって、プリベークの温度としては、次に行なわれる平坦化工程において流動性膜１２Ａの流動性を確保できる程度に設定すればよい。すなわち、流動性物質を供給する際の溶媒の物質特性（沸点等）に応じて温度を設定すればよく、場合によってはプリベークを省いてもよい。
【００７２】
流動性膜１２Ａとしては、有機膜、無機膜、有機無機混成膜（有機無機ハイブリッド膜）、光が照射されると硬化する光硬化性樹脂、レジスト膜等の感光性樹脂膜、又は径が約１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の多数の空孔（pore）を膜中に有する多孔質膜（ポーラス膜）等が挙げられる。
【００７３】
流動性膜１２Ａの形成方法としては、回転塗布法、微視的吹付け法又は回転ローラ法等が挙げられ、流動性膜１２Ａの厚さの調整はそれぞれの方法により異なるが、流動性膜１２Ａの形成方法を選択することにより膜厚の調整は可能である。尚、流動性膜１２Ａの形成方法については、第１〜第４の実施例で詳細に説明する。
【００７４】
流動性膜１２Ａを多層配線の層間膜として用いる場合には、流動性を有する物質としては絶縁性物質を用いることが好ましい。
【００７５】
次に、図１(b) に示すように、平坦な押圧面を備えた押圧部材１３の押圧面を、流動性膜１２Ａの表面と対向させた後、図１(c) に示すように、押圧部材１３に対して基板方向の圧力を加えることにより、流動性膜１２Ａの表面を全面に亘って平坦化する。
【００７６】
この場合、流動性膜１２Ａは押圧部材１３の押圧面により押圧されるだけで、流動性膜１２Ａの表面は全面に亘って平坦化される。もっとも、押圧部材１３による押圧を中断すると、流動性膜１２Ａが有する表面張力によって、流動性膜１２Ａはエネルギー的に安定な形状に変化してしまう。
【００７７】
そこで、図１(d) に示すように、押圧部材１３を流動性膜１２Ａに押圧した状態で流動性膜１２Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱して、流動性膜１２Ａの内部において化学反応を生じさせることにより、流動性膜１２Ａを固化させて、固化した流動性膜１２Ａよりなり平坦な表面を有する固化膜１２Ｂを形成する。第１の温度（Ｔ１）としては、約１５０℃〜約３００℃が好ましく、約２００℃〜約２５０℃がより好ましい。このようにすると、流動性膜１２Ａの基本骨格、例えばポリマー骨格又はシロキサン骨格が確実に形成される。固化工程においては、所定の温度に設定されたホットプレートにより２、３分間程度の加熱処理を行なう。
【００７８】
次に、図２(a) に示すように、押圧部材１３を固化膜１２Ｂに押圧した状態で固化膜１２Ｂを第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に加熱して、固化膜１２Ｂを焼成することにより、焼成された固化膜１２Ｂよりなり平坦な表面を有する焼成膜１２Ｃを形成する。第２の温度（Ｔ２）としては、約３５０℃〜約４５０℃が好ましい。このようにすると、基本骨格が形成されている固化膜１２Ｂからポロジェン等が蒸発して、均一な膜質を有する焼成膜１２Ｃが得られる。焼成膜１２Ｃを形成する工程においては、所定の温度に設定されたホットプレートにより約２分間〜約１５分間程度の加熱処理を行なう。
【００７９】
次に、焼成膜１２Ｃの温度を約１００℃から室温程度までの温度範囲に下げた後、図２(b) に示すように、押圧部材１３を焼成膜１２Ｃから離脱させ、その後、焼成膜１２Ｃの温度温度を最終的に室温に下げると、図２(c) に示すように、表面が全面に亘って平坦な焼成膜１２Ｃが得られる。
【００８０】
尚、押圧部材１３の押圧面が疎水性を有するように、押圧面にテフロン（登録商標）コーティング処理を施したり又はシリコンカップリング材による表面処理を施したりすることが好ましい。このようにすると、押圧部材１３を焼成膜１２Ｃから離脱させやすくできるので、より欠陥の少ない焼成膜１２Ｃを形成することができる。
【００８１】
以下、流動性を有する材料について説明する。
【００８２】
有機膜を形成するための流動性を有する物質としては、アリールエーテルを主骨格とするアロマティックポリマーが挙げられ、具体的には、ＦＬＡＲＥ及びＧＸ−３（Honeywell 社製）並びにＳｉＬＫ（Dow Chemical社製）等が挙げられる。
【００８３】
無機膜を形成するための流動性を有する物質としては、ＨＳＱ（Hydrogen silsquioxane ）、又は有機ＳＯＧ例えばアルキルシロキサンポリマーが挙げられ、ＨＳＱの具体例としてはＦｏｘ（Dow Corning 社製）が挙げられ、有機ＳＯＧの具体例としてはＨＳＧ−ＲＺ２５（日立化成社製）が挙げられる。
【００８４】
有機無機混成膜を形成するための流動性を有する物質としては、シロキサン骨格中にメチル基等の有機基を含む有機シロキサンが挙げられ、具体的には、ＨＯＳＰ（Hybrid organic siloxane polymer ：Honeywell 社製）が挙げられる。
【００８５】
光硬化性樹脂を形成するための流動性を有する物質としては、ＰＤＧＩ（Poly dimethyl glutar imide）が挙げられ、具体的には、ＳＡＬ１０１（Shipley Far East社製）が挙げられる。
【００８６】
感光性樹脂膜を形成するための流動性を有する物質としては、リソグラフィ技術に用いられる通常のレジスト材料を用いることができる。
【００８７】
多孔質膜を形成するための流動性を有する物質としては、空孔を有する、有機材料、無機材料及び有機無機混成材料が挙げられ、空孔を有する有機材料の具体例としては、Ｐｏｒｏｕｓ  ＦＬＡＲＥ（Honeywell 社製）が挙げられ、空孔を有する無機材料の具体例としては、ＨＳＱ（Hydrogen silsquioxane ）中に空孔を有するＸＬＫ（Dow Corning 社製）が挙げられ、空孔を有する有機無機混成材料としてはＮａｎｏｇｌａｓｓ（Honeywell 社製）、ＬＫＤ−５１０９（ＪＳＲ社製）等が挙げられる。
【００８８】
以上の材料を用いて形成された流動性膜１２Ａが固化及び焼成されてなる焼成膜１２Ｃを多層配線の層間絶縁膜として用いると、緻密であると共に通常のシリコン酸化膜（比誘電率は約４程度である。）よりも低い誘電率を有する層間絶縁膜を得ることができるので、１００ｎｍ以下の微細加工が施された半導体装置に適した膜を実現できる。特に、焼成膜１２Ｃとして多孔質膜を用いると、２以下の極めて低い誘電率を持った層間絶縁膜を実現できる。
【００８９】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１(a) 〜(d) 及び図２(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【００９０】
第２の実施形態の基本的なプロセスシーケンスは、第１の実施形態とほとんど共通しているため、以下においては、第１の実施形態と異なるところを中心に説明する。
【００９１】
まず、第１の実施形態と同様、基板１０の上に段差層１１を形成した後、該段差層１１の上に流動性膜１２Ａを形成した後、押圧部材１３を流動性膜１２Ａに押圧して、流動性膜１２Ａの表面を全面に亘って平坦化する。
【００９２】
次に、押圧部材１３を流動性膜１２Ａに押圧した状態で流動性膜１２Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱することにより、平坦な表面を有する固化膜１２Ｂを形成する。
【００９３】
次に、押圧部材１３を固化膜１２Ｂから離脱させた後、固化膜１２Ｂに対して、第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）で加熱して、固化膜１２Ｂを焼成することにより、焼成された固化膜１２Ｂよりなる焼成膜１２Ｃを形成し、その後、焼成膜１２Ｃの温度を室温程度にまで下げると、平坦な表面を有する焼成膜１２Ｃが形成される。
【００９４】
第１の実施形態と第２の実施形態の差異は、第１の実施形態では、押圧部材１３の押圧面を固化膜１２Ｂに押圧した状態で焼成するが、第２の実施形態では、押圧部材１３の押圧面を固化膜１２Ｂから離脱させた状態で焼成することである。従って、第２の実施形態においては、流動性膜１２Ａを固化する工程ではホットプレートを用いて加熱する必要があるが、固化膜１２Ｂを焼成する工程ではホットプレート又はハーネスを用いて加熱することができる。
【００９５】
第２の実施形態は、焼成工程において脱ガスが多い固化膜を加熱する場合に第１の実施形態よりも有効となる。通常の膜の場合、プリベークにより膜中の残留溶媒濃度を制御することができるため、焼成工程においては脱ガスはほとんど無いが、膜の組成によっては、比較的高温で加熱される焼成工程において脱ガスが発生する場合がある。このような場合には、第１の実施形態の焼成工程では焼成膜１２Ｃにおける均一性又は安定性に問題が生じるため、第２の実施形態の焼成工程を用いることが好ましい。特に、焼成膜１２Ｃが多孔質膜である場合にその効果が発揮される。多孔質膜の場合、固化工程における第１の温度（Ｔ１）での加熱処理において、膜の基本構造の大部分を形成し、焼成工程における第２の温度（Ｔ２）での加熱処理において、空孔を形成するために添加されていた空孔形成用の物質を蒸発させるため、押圧部材１３を固化膜１２Ｂから離脱させた状態で焼成する第２の実施形態の焼成工程が適している。もっとも、多孔質膜であっても、固化工程において膜の基本骨格の形成が行なわれると共に空孔形成用の物質の大部分が蒸発するような最適化された膜の場合、第１の実施形態の焼成工程を用いても良好な焼成膜１２Ｃが得られる。
【００９６】
第１及び第２の実施形態においては、焼成工程での加熱温度（第２の温度）を固化工程での加熱温度（第１の温度）よりも高く設定するが、焼成膜１２Ｃを半導体装置の絶縁膜として用いる場合には、固化工程での加熱温度（第１の温度）としては約１５０℃〜３００℃が好ましく、焼成工程での加熱温度（第２の温度）としては約３５０℃〜４５０℃が好ましい。
【００９７】
次に、従来の半導体装置の製造方法と本発明の半導体装置の製造方法との差異について、図３(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
【００９８】
図３(a) に示すように、従来の半導体装置の製造方法は、押圧部材（モールド）を圧着した後に、膜硬化工程における１回の加熱工程により平坦な膜を形成するのに対し、図３(b) に示すように、本発明の半導体装置の製造方法は、押圧部材（モールド）を圧着した（平坦化工程）後に、固化工程及び焼成工程における２段階の加熱処理により、平坦な焼成膜１２Ｃを形成する。
【００９９】
＜第１の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、第１の回転塗布法について、図４(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【０１００】
まず、図４(a) に示すように、回転可能なステージ２０の上に基板２１を真空吸着により保持した後、基板２１の上に流動性を有する物質２３を適量滴下し、その後、ステージ２０を回転させたり、又は、図４(b) に示すように、回転可能なステージ２０の上に基板２１を真空吸着により保持した後、ステージ２０ひいては基板２１を回転させながら、滴下ノズル２４から基板２１の上に流動性を有する物質２３を供給する。
【０１０１】
このようにすると、図４(c) に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
【０１０２】
図４(a) に示す方法又は図４(b) に示す方法のいずれの場合においても、流動性を有する物質２３の粘性と、ステージ２０の回転速度とを最適化することにより、押圧部材１３（図１(b) 又は図２(b) を参照）の平坦な押圧面を流動性膜２２の表面に転写する工程に適した堅さを有する流動性膜２２を得ることができる。
【０１０３】
尚、第１の実施例は、比較的大きい厚さを持つ流動性膜２２を形成する場合に適している。
【０１０４】
＜第２の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、第２の回転塗布法について、図５(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
【０１０５】
まず、図５(a) に示すように、回転可能に設けられたステージ２０の上に、段差を有する基板２１を真空吸着により保持した後、ステージ２０ひいては基板２１を回転させながら、噴射ノズル２５の噴射口から基板２１の上に流動性を有する物質２６をシャワー状又はスプレー状に供給する。
【０１０６】
所定量の流動性を有する物質２６が供給された後に、ステージ２０を所定時間だけ回転し続けると、図５(b) に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
【０１０７】
第２の実施例は、比較的小さい膜厚を持つ流動性膜２２を形成する場合に適している。
【０１０８】
＜第３の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、微視的吹付け法について、図６(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
【０１０９】
まず、図６(a) に示すように、２次元直交座標系の直交する２方向のうちの一方の方向、例えば図６(a) における左右方向に基板２１を移動させると共に、直交する２方向のうちの他方の方向、例えば図６(a) における上下方向に滴下ノズル２７を移動させながら、滴下ノズル２７から基板２１の上に流動性を有する物質２８を所定量ずつ供給する。すなわち、基板２１を図６(a) における左方向に所定量移動した後、停止させる動作を繰り返し行なうと共に、基板２１が停止している期間内において、滴下ノズル２７を図６(a) における上方向又は下方向に移動させながら、滴下ノズル２７から基板２１の上に流動性を有する物質２８を所定量ずつ供給する。
【０１１０】
このようにすると、図６(b) に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
【０１１１】
第３の実施例によると、滴下ノズル２７から供給される流動性を有する物質２８の量と、滴下ノズル２７の移動速度とを調整することにより、流動性膜２２の厚さを小さい膜厚から大きい膜厚まで制御することができる。
【０１１２】
また、滴下ノズル２７から供給される流動性を有する物質２８の粘度を調整することにより、流動性膜２２の流動性の程度を変化させることができる。
【０１１３】
また、滴下ノズル２７の数を調整することにより、処理速度を制御することができる。
【０１１４】
＜第４の実施例＞
以下、第１又は第２の実施形態に用いられる流動性膜の形成方法として、回転ローラ法について、図７(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
【０１１５】
図７(a) 及び(b) に示すように、回転ローラ２９の周面に流動性を有する物質３０を均一に付着させた状態で、回転ローラ２９を基板２１の表面に沿って回転移動させる。
【０１１６】
このようにすると、流動性を有する物質３０が基板２１の表面に転着されるため、図７(b) に示すように、基板２１の上に流動性膜２２が形成される。
【０１１７】
第４の実施例によると、回転ローラ２９と基板２１との間隔及び回転ローラ２９を基板２１に押し付ける力を調整することにより、流動性膜２２の厚さを制御することができる。
【０１１８】
また、第４の実施例は、流動性を有する物質３０が粘性の高い液状又はジェル状である場合に適している。
【０１１９】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図８(a) 〜(c) 及び図９(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【０１２０】
第３の実施形態は、第１又は第２の実施形態により得られる流動性膜の周縁部を選択的に除去する方法であって、第１の方法は、流動性膜が形成された基板を回転させながら流動性膜の周縁部に流動性膜を溶解させる溶液を供給して、周縁部を除去するものであり、第２の方法は、流動性膜の周縁部に光を照射して該周縁部を改質した後、改質された周縁部を除去するものである。
【０１２１】
ところで、第１又は第２の実施形態によると、基板の全面に亘ってつまり基板の周縁部にまで流動性膜が形成される。ところが、基板の周縁部を機械的に保持する必要性が生じることがある。
【０１２２】
第３の実施形態は、このような問題点を解決するためになされたものであり、第３の実施形態によると、流動性膜の周縁部を選択的に除去するため、基板の周縁部を機械的に保持することが容易になる。
【０１２３】
以下、流動性膜２２の周縁部を選択的に除去する第１の方法について、図８(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【０１２４】
まず、図８(a) に示すように、回転可能に設けられたステージ２０の上に、流動性膜２２が形成されている基板２１を真空吸着した後、ステージ２０を回転させて流動性膜２２を回転させると共に、第１のノズル３１から剥離液３３を流動性膜２２の周縁部に供給すると共に、第２のノズル３２から剥離液３４を基板２１の周縁部の裏面に供給する。
【０１２５】
このようにすると、図８(b) に示すように、流動性膜２２の周縁部を除去することができると共に、基板２１の裏面周縁部に付着した流動性を有する物質を除去することができる。
【０１２６】
次に、ステージ２０の回転を継続して行なう一方、剥離液３３、３４の供給を停止して、流動性膜２２を乾燥させる。以上により、図８(c) に示すように、周縁部が選択的に除去された流動性膜２２を得ることができる。
【０１２７】
尚、第１の方法は、流動性膜２２に対する転写工程の前に行なうことが好ましい。
【０１２８】
第１の方法は、ステージ２０ひいては流動性膜２２を回転しながら、その周縁部を除去するので、平面形状が円形又は角数の多い多角形である基板２１に適している。
【０１２９】
以下、流動性膜２２の周縁部を選択的に除去する第２の方法について、図９(a) 〜(c) を参照しながら説明する。
【０１３０】
まず、図９(a) に示すように、回転可能に設けられたステージ２０の上に、流動性膜２２が形成されている基板２１を真空吸着した後、ステージ２０を回転させて流動性膜２２を回転させると共に、光照射装置３５から光３６を流動性膜２２の周縁部に照射して、流動性膜２２の周縁部（光照射部）において光化学反応を起こさせて該周縁部を改質する。この場合の光３６としては、紫外光又は紫外光よりも波長の短い光が好ましい。
【０１３１】
次に、図９(b) に示すように、ステージ２０ひいては流動性膜２２の回転を停止させた後、流動性膜２２の上に全面に亘って現像液などの溶液３７を供給する。このようにすると、流動性膜２２の改質している周縁部は溶液３７に溶解するので、流動性膜２２の周縁部を選択的に除去することができる。
【０１３２】
次に、図９(c) に示すように、ステージ２０ひいては流動性膜２２を再び回転させて、流動性膜２２の上に残存している溶液３７を遠心力により外部に除去する。この場合、溶液３７を除去しながら又は除去した後に、流動性膜２２の上にリンス液を供給して残存している溶液３７を取り除くことが好ましい。このようにすると、周縁部が選択的に除去された流動性膜２２を得ることができる。
【０１３３】
尚、第２の方法は、流動性膜２２に対する転写工程の前に行なうことが好ましい。
【０１３４】
第２の方法は、流動性膜２２の周縁部に選択的に光３６を照射するので、平面形状が円形又は角数の多い多角形である基板２１のみならず、三角形又は四角形などのように角数の少ない多角形の基板２１にも適用することができる。
【０１３５】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１０(a) 、(b) 及び図１１(a) 、(b) を参照しながら説明する。
【０１３６】
第４の実施形態は、第１又は第２の実施形態により得られる流動性膜の表面を平坦化するために好ましい方法であって、基板の表面又はステージの表面と、押圧部材の押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、これら複数の距離が等しくなるように流動性膜を押圧するものである。
【０１３７】
まず、図１０(a) に示すように、第１又は第２の実施形態の方法により、基板４０の上に段差層（図示は省略している）を介して流動性膜４２を形成した後、平坦な押圧面に複数の距離センサ４４を有する押圧部材４３を用いて、流動性膜４２を平坦化する。尚、第４の実施形態においては、ステージ２０（図４(c) 又は図５(b) を参照）の外形寸法を基板４０の外形寸法よりも大きくしておくことが好ましい。
【０１３８】
この場合、複数の距離センサ４４により、基板４０の表面又は基板４０が載置されるステージ２０（図４(c) 又は図５(b) を参照）の表面と、押圧部材４３の押圧面との間の複数の距離を測定すると共に、複数の距離が等しくなるように押圧部材４３により流動性膜４２を押圧して流動性膜４２を平坦化する。すなわち、複数の距離センサ４４により測定された複数の距離の情報は、押圧部材４３を押圧する押圧手段にフィードバックされ、複数の距離が等しくなるように流動性膜４２を押圧する。尚、フィードバック制御はコンピュータにより行なえばよい。また、基板４０の表面又は基板４０が載置されるステージ２０（図４(c) 又は図５(b) を参照）の表面と、押圧部材４３の押圧面との間の複数の距離を測定する場合、測定部位における単位面積当たりの静電容量を計測することにより行なわれることが好ましい。このようにすると、複数の距離を簡易且つ確実に測定することができる。
【０１３９】
以下、基板４０の表面と押圧部材４３の押圧面との間の複数の距離を測定する方法について、図１０(b) を参照しながら説明する。
【０１４０】
図１０(b) において、ａ、ｂ、ｃ、……、ｑは、距離センサ４４が配置される位置を示している。距離センサ４４の位置ａ〜ｑは、押圧部材４３の機構に応じて最適化することが好ましく、基板４０の表面又は基板４０が載置されるステージの表面と、流動性膜４２の表面との距離を効率良く計測できる位置に設定すればよい。例えば、中央部のセンサ位置ａ〜ｉは、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離を測定するのに適しており、周縁部のセンサ位置ｊ〜ｑは、基板４０が載置されるステージの表面と流動性膜４２の表面との距離を測定するのに適している。
【０１４１】
従って、センサ位置ａ〜ｉの距離センサ４４のみを用いて、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離のみを測定してもよいし、センサ位置ｊ〜ｑの距離センサ４４のみを用いて、基板４０が載置されるステージの表面と流動性膜４２の表面との距離のみを測定してもよいし、センサ位置ａ〜ｑの距離センサ４４のみを用いて、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離及び基板４０が載置されるステージの表面と流動性膜４２の表面との距離を測定してもよい。
【０１４２】
また、押圧部材４４の押圧面を微調整できる場合には、センサ位置ａ〜ｉの距離センサ４４を用いて基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離を調整した後、センサ位置ｊ〜ｑの距離センサ４４を用いて、基板４０の表面と流動性膜４２の表面との距離を調整してもよい。このようにすると、より高精度な平坦化を実現することができる。尚、距離センサ４４の数及び位置は、要求される平坦性の度合いに応じて最適化すればよい。
【０１４３】
ところで、第１の実施形態によると、流動性膜１２Ａの表面の基板１０の表面からの距離を等しくすることは重要であるが容易ではない。すなわち、第１の実施形態によると、基板１０の表面と押圧部材１３の押圧面との距離が均一になるように予め設定しておくことにより、流動性膜１２Ａの表面の基板１０の表面からの距離を均一にすることはできるが、この方法によると、所定期間毎に、つまり押圧部材１３の押圧面を所定数の流動性膜１２Ａに押圧する毎に、基板１０の表面と押圧部材１３の押圧面との距離が均一になるように設定しなければならない。
【０１４４】
ところが、第４の実施形態によると、流動性膜４２の表面の基板４０の表面からの距離を常に等しくすることができるので、所定期間毎に基板４０の表面と押圧部材４３の押圧面との距離を均一にする作業を省略することができる。
【０１４５】
尚、基板４０の表面と押圧部材４３の押圧面との距離を均一に調整する工程は、押圧部材４３により流動性膜４２を押圧する処理の前、途中又は後のいずれであってもよい。
【０１４６】
図１１(a) は、押圧部材４３の押圧面と、段差層４１の下側に位置する基板４０の表面との距離が不均一になった場合の流動性膜４２の断面状態を示し、図１１(b) は、押圧部材４３の押圧面と基板４０の表面との距離が均一に保たれた場合の流動性膜４２の断面状態を示している。
【０１４７】
図１１(a) と図１１(b) との対比から分かるように、押圧部材４３の押圧面と基板１０の表面との距離を均一に保った状態で流動性膜４２を押圧すると、流動性膜４２の基板４０の表面からの距離が均一になった状態で流動性膜４２の表面を平坦化することができる。
【０１４８】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１２(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
【０１４９】
第５の実施形態は、流動性膜５２Ａに対して光を照射しながら加熱することにより流動性膜５２Ａを固化する方法である。
【０１５０】
図１２(a) に示すように、基板５０の上に段差層５１を介して形成されている流動性膜５２Ａに対して、光を透過する材料例えば石英よりなり平坦な押圧面を有する押圧部材５３の押圧面を押圧して、流動性膜５２Ａの表面を平坦化した状態で、流動性膜５２Ａに光を照射すると共に流動性膜５２Ａを加熱する。照射する光としては、主として光化学反応により流動性膜５２Ａを固化する場合には、紫外光又は紫外光よりも波長の短い光を用い、主として熱化学反応により流動性膜５２Ａを固化する場合には赤外光を用いることが好ましい。
【０１５１】
このようにすると、流動性膜５２Ａは光化学反応又は熱化学反応により固化して、図１２(b) に示すように、固化膜５２Ｂが得られる。
【０１５２】
主として光化学反応により流動性膜５２Ａを固化する方法は、光硬化性樹脂、例えばリソグラフィ技術で用いるフォトレジストのような感光性樹脂膜等に適している。また、主として熱化学反応により流動性膜５２Ａを固化する方法は、光照射により酸又は塩基を発生する材料を含むと共にベース樹脂が酸又は塩基により固化する化学増幅型材料よりなる有機膜若しくは有機無機混成膜、又は無機膜等に適している。
【０１５３】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１３(a) 〜(f) 、図１４(a) 〜(d) 、図１５(a) 〜(d) 及び図１６(a) 〜(d) を参照しながら説明する。
【０１５４】
まず、図１３(a) に示すように、基板６０の上に層間絶縁膜６１を形成した後、図１３(b) に示すように、回転塗布法又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、層間絶縁膜６１の上に、例えばフォトレジスト膜又は有機ｌｏｗ−ｋ膜等よりなる有機膜６２を形成する。この場合、有機膜６２に、次工程で使用するリソグラフィの露光光の波長に対応する反射防止効果を有する材料を添加しておくことが好ましい。このようにすると、有機膜６２の下側に反射防止膜を形成する工程を省くことができる。
【０１５５】
なお、有機膜６２の代わりに、無機膜又は有機無機複合膜を用いてもよい。例えば、スピン塗布法により形成されるＳＯＧ膜等を用いるとよい。特に、約２００°〜約３００℃程度の温度でベーキングすることにより、完全に架橋が進まずに未反応状態が実現されているＳＯＧ膜を用いるとよい。また、近年Ｌｏｗ−ｋ膜材料としてよく用いられているＳＯＤ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜を用いてもよい。
【０１５６】
次に、図１３(c) に示すように、有機膜６２の上に、配線溝形成用開口部を有する第１のレジストパターン６３を形成した後、有機膜６２に対して第１のレジストパターン６３をマスクにしてドライエッチングを行なって、図１３(d) に示すように、有機膜６２に配線溝６２ａを形成する。このドライエッチング工程においては、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガス又は窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを主成分とするエッチングガスを用いることができる。
【０１５７】
次に、図１３(e) に示すように、スパッタ法により、配線溝６２ａの内部を含む有機膜６２の上にバリアメタル層（図示は省略している）を形成した後、例えばメッキ法によりバリアメタル層の上に、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＰｔ等よりなる第１の金属膜６４Ａを堆積する。
【０１５８】
次に、図１３(f) に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜６４Ａにおける不要な部分、つまり有機膜６２の上に露出している部分を除去して、第１の金属膜６４Ａよりなる埋め込み配線６４Ｂを形成する。
【０１５９】
次に、図１４(a) に示すように、ドライエッチングにより有機膜６２を除去して、埋め込み配線６４Ｂを露出させた後、例えばＣＶＤ法により、埋め込み配線６４Ｂの上に拡散防止膜（図示は省略している）を形成する。尚、有機膜６２に対するドライエッチングは、異方性又は等方性のいずれであってもよい。また、拡散防止膜としては、Ｓｉ3Ｎ4膜、ＳｉＣ膜若しくはＳｉＣＮ膜よりなる単層膜、又はこれらの膜とＳｉＣＯ膜との積層膜を用いることができる。
【０１６０】
次に、図１４(b) に示すように、拡散防止膜が形成された埋め込み配線６４Ｂの上に、第１の実施形態と同様、回転塗布法、微視的吹付け法又は回転ローラ法等により、液状又はジェル状の流動性を有する絶縁性物質を供給して流動性膜６５Ａを形成する。流動性膜６５Ａの厚さとしては適当に設定することができる。
【０１６１】
流動性膜６５Ａとしては、第１の実施形態において説明したような絶縁膜、つまり、有機膜、無機膜、有機無機混成膜又は多孔質膜等を用いることができる。これらの膜を用いると、通常のシリコン酸化膜を用いる場合よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を得ることができるので、１００ｎｍ以下の微細加工が施された半導体装置に適した膜を実現できる。特に、流動性膜６５Ａとして多孔質膜を用いると、２以下の極めて低い比誘電率を持つ絶縁膜を実現できる。
【０１６２】
次に、図１４(c) に示すように、平坦な押圧面を有する押圧部材６６の押圧面を流動性膜６５Ａの表面に当接させた後、図１４(d) に示すように、押圧部材６６に圧力を加えて流動性膜６５Ａの表面を平坦化する。つまり、流動性膜６５Ａの表面の基板６１の表面からの高さを全体に亘って均一にする。
【０１６３】
次に、図１５(a) に示すように、基板６０ひいては流動性膜６５Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱して、絶縁性物質に熱化学反応を起こさせることにより、流動性膜６５Ａを固化させて、平坦な表面を有する固化膜６５Ｂを形成する。尚、固化工程としては、第１〜第４の実施形態におけるいずれかの流動性膜６５Ａの性質に適した方法を選べばよい。
【０１６４】
次に、図１５(b) に示すように、第１及び第２の実施形態と同様に、固化膜６５Ｂを第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に加熱することにより、固化膜６５Ｂが焼成されてなり平坦な表面を有する焼成膜６５Ｃを形成する。次に、焼成膜６５Ｃの温度を約１００℃から室温程度までの温度範囲に下げた後、図１５(c) に示すように、押圧部材６６を焼成膜６５Ｃから離脱させると共に焼成膜６５Ｃの温度を最終的に室温に下げる。このようにすると、図１５(d) に示すように、平坦な表面を有する焼成膜６５Ｃが得られる。尚、焼成膜６５Ｃの厚さを薄くしたい場合には、焼成膜６５Ｃに対してＣＭＰ法又はエッチバック処理を行なう。
【０１６５】
次に、図１６(a) に示すように、焼成膜６５Ｃの上に、ヴィアホール形成用の開口部を有する第２のレジストパターン６７を形成した後、焼成膜６５Ｃに対して第２のレジストパターン６７をマスクにドライエッチングを行なって、図１６(b) に示すように、焼成膜６５Ｃにヴィアホール６８を形成する。尚、このドライエッチング工程においては、例えばＣＦ4 ガス又はＣＨＦ3 ガスのようにフッ素を含むエッチングガスを用いることができる。その後、埋め込み配線６４Ｂの上に形成されている拡散防止膜（図示は省略している）に対してドライエッチングを行なって、埋め込み配線６４Ｂを露出させる。
【０１６６】
次に、図１６(c) に示すように、スパッタ法又はＣＶＤ法により、ヴィアホール６８の内部を含む焼成膜６５Ｃの上に全面に亘ってＴａ又はＴａＮよりなるバリアメタル層（図示は省略している）を堆積した後、例えばメッキ法により、バリアメタル層の上に例えば銅よりなる第２の金属膜６９Ａを堆積する。第２の金属膜６９Ａをメッキ法により堆積する場合には、スパッタ法によりバリアメタル層の上にシード（種）層を形成した後、該シード層を種として第２の金属膜６９Ａを成長させることが好ましい。尚、第２の金属膜６９Ａは、メッキ法に代えてＣＶＤ法等により堆積することができると共に、銅に代えて銀、金又はプラチナ等を用いることができる。これらの金属は、メッキ法による堆積が容易であると共に抵抗率が低いので好ましい。
【０１６７】
次に、ＣＭＰ法により、第２の金属膜６９Ａの不要な部分、つまり焼成膜６５Ｃの上に露出している部分を除去すると、第２の金属膜６９Ａよりなる埋め込みプラグ６９Ｂが得られる。
【０１６８】
第６の実施形態によると、グローバル段差を有しない焼成膜６５Ｃを形成することができるため、絶縁膜における局部的なストレスの集中を緩和できるので、多層配線の信頼性を向上させることができる。また、平坦な表面を有する焼成膜６５Ｃが得られるため、リソグラフィ技術により焼成膜６５Ｃの上にマスクパターンを形成する場合に、段差に起因する焦点深度マージンの低下を抑制することができる。このため、従来に比べて、加工マージン（プロセスウインドウ）を著しく増大できるので、高精度な半導体装置を製造することができる。
【０１６９】
尚、第６の実施形態においては、脱ガスが多い固化膜６５Ｂを焼成する場合には、第１の実施形態の焼成工程よりも第２の実施形態の焼成工程を用いる方が有効となる。通常の場合、プリベークにより流動性膜６５Ａ中の残留溶媒濃度を制御できるため、焼成工程における脱ガスはほとんど無いが、流動性膜６５Ａの組成によっては比較的高温で加熱される焼成工程において脱ガス量が多い場合がある。このような場合には、第１の実施形態の焼成工程を用いると、焼成膜の均一性又は安定性に問題が生じるため、第２の実施形態の焼成工程を用いることが好ましい。
【０１７０】
特に、焼成膜６５Ｃが多孔質膜である場合に、第２の実施形態の焼成工程の効果が発揮される。多孔質膜の場合、固化工程における第１の温度（Ｔ１）での加熱工程において、固化膜６５Ｂの基本骨格の構造がほとんど形成され、次の焼成工程における第２の温度（Ｔ２）での加熱工程において、空孔を形成するために添加されていた空孔形成用の物質が蒸発するため、押圧部材６６を固化膜６５Ｂから離脱させた状態で焼成を行なう第２の実施形態の焼成工程が適している。もっとも、多孔質膜であっても、固化工程において、膜の基本骨格の形成と共に空孔形成用の物質の蒸発を行なうような材質を用いる場合には、第１の実施形態の焼成工程を用いても良好な焼成膜６５Ｃが得られる。
【０１７１】
尚、第６の実施形態においては、焼成膜６５Ｃを半導体装置の絶縁膜として用いるため、固化工程での加熱温度（第１の温度）は約１５０℃〜３００℃が好ましく、焼成工程での加熱温度（第２の温度）は約３５０℃〜４５０℃が好ましい。
【０１７２】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１７(a) 〜(f) 、図１８(a) 〜(d) 、図１９(a) 〜(d) 及び図２０(a) 〜(d) を参照しながら説明する。
【０１７３】
まず、図１７(a) に示すように、基板７０の上に層間絶縁膜７１を形成した後、図１７(b) に示すように、回転塗布法又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により、層間絶縁膜７１の上に、例えばフォトレジスト膜又は有機ｌｏｗ−ｋ膜等よりなる有機膜７２を形成する。
【０１７４】
なお、有機膜７２の代わりに、無機膜又は有機無機複合膜を用いてもよい。例えば、スピン塗布法により形成されるＳＯＧ膜等を用いるとよい。特に、約２００°〜約３００℃程度の温度でベーキングすることにより、完全に架橋が進まずに未反応状態が実現されているＳＯＧ膜を用いるとよい。また、近年Ｌｏｗ−ｋ膜材料としてよく用いられているＳＯＤ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜を用いてもよい。
【０１７５】
次に、図１７(c) に示すように、有機膜７２の上に、ヴィアホール形成用開口部を有する第１のレジストパターン７３を形成した後、有機膜７２に対して第１のレジストパターン７３をマスクにしてドライエッチングを行なって、図１７(d) に示すように、有機膜７２にヴィアホール７２ａを形成する。
【０１７６】
次に、図１７(e) に示すように、スパッタ法により、ヴィアホール７２ａの内部を含む有機膜７２の上にバリアメタル層（図示は省略している）を形成した後、例えばメッキ法によりバリアメタル層の上に、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＰｔ等よりなる第１の金属膜７４Ａを堆積する。
【０１７７】
次に、図１７(f) に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜７４Ａにおける不要な部分、つまり有機膜７２の上に露出している部分を除去して、第１の金属膜７４Ａよりなる埋め込みプラグ７４Ｂを形成する。
【０１７８】
次に、図１８(a) に示すように、ドライエッチングにより有機膜７２を除去して、埋め込みプラグ７４Ｂを露出させた後、例えばＣＶＤ法により、埋め込みプラグ７４Ｂの上に拡散防止膜（図示は省略している）を形成する。
【０１７９】
次に、図１８(b) に示すように、拡散防止膜が形成された埋め込みプラグ７４Ｂの上に、第１の実施形態と同様、回転塗布法、微視的吹付け法又は回転ローラ法等により、液状又はジェル状の流動性を有する絶縁性物質を供給して流動性膜７５Ａを形成する。流動性膜７５Ａとしては、第１の実施形態において説明したような絶縁膜、つまり、有機膜、無機膜、有機無機混成膜又は多孔質膜等を用いることができる。
【０１８０】
次に、図１８(c) に示すように、平坦な押圧面を有する押圧部材７６の押圧面を流動性膜７５Ａの表面に当接させた後、図１８(d) に示すように、押圧部材７６に圧力を加えて流動性膜７５Ａの表面を平坦化する。
【０１８１】
次に、図１９(a) に示すように、基板７０ひいては流動性膜７５Ａを第１の温度（Ｔ１）に加熱して、絶縁性物質に熱化学反応を起こさせることにより、流動性膜７５Ａを固化させて、平坦な表面を有する固化膜７５Ｂを形成する。尚、固化工程としては、第１〜第４の実施形態におけるいずれかの流動性膜７５Ａの性質に適した方法を選べばよい。
【０１８２】
次に、図１９(b) に示すように、第１及び第２の実施形態と同様に、固化膜７５Ｂを第１の温度（Ｔ１）よりも高い第２の温度（Ｔ２）に加熱することにより、固化膜７５Ｂが焼成されてなり平坦な表面を有する焼成膜７５Ｃを形成する。次に、焼成膜７５Ｃの温度を約１００℃から室温程度までの温度範囲に下げた後、図１９(c) に示すように、押圧部材７６を焼成膜７５Ｃから離脱させると共に焼成膜７５Ｃの温度を最終的に室温に下げる。このようにすると、図１９(d) に示すように、平坦な表面を有する焼成膜７５Ｃが得られる。
【０１８３】
次に、図２０(a) に示すように、焼成膜７５Ｃの上に、配線溝形成用の開口部を有する第２のレジストパターン７７を形成した後、焼成膜７５Ｃに対して第２のレジストパターン７７をマスクにドライエッチングを行なって、図２０(b) に示すように、焼成膜７５Ｃに配線溝７８を形成する。その後、埋め込みプラグ７４Ｂの上に形成されている拡散防止膜（図示は省略している）に対してドライエッチングを行なって、埋め込みプラグ７４Ｂを露出させる。
【０１８４】
次に、図２０(c) に示すように、スパッタ法又はＣＶＤ法により、配線溝７８の内部を含む焼成膜７５Ｃの上に全面に亘ってＴａ又はＴａＮよりなるバリアメタル層（図示は省略している）を堆積した後、例えばメッキ法により、バリアメタル層の上に例えば銅よりなる第２の金属膜７９Ａを堆積する。
【０１８５】
次に、ＣＭＰ法により、第２の金属膜７９Ａの不要な部分、つまり焼成膜７５Ｃの上に露出している部分を除去すると、第２の金属膜７９Ａよりなる埋め込み配線７９Ｂが得られる。
【０１８６】
第７の実施形態によると、グローバル段差を有しない焼成膜７５Ｃを形成することができるため、絶縁膜における局部的なストレスの集中を緩和できるので、多層配線の信頼性を向上させることができる。また、平坦な表面を有する焼成膜７５Ｃが得られるため、リソグラフィ技術により焼成膜７５Ｃの上にマスクパターンを形成する場合に、段差に起因する焦点深度マージンの低下を抑制することができる。このため、従来に比べて、加工マージン（プロセスウインドウ）を著しく増大できるので、高精度な半導体装置を製造することができる。
【０１８７】
尚、第７の実施形態においては、焼成膜７５Ｃを半導体装置の絶縁膜として用いるため、固化工程での加熱温度（第１の温度）は約１５０℃〜３００℃が好ましく、焼成工程での加熱温度（第２の温度）は約３５０℃〜４５０℃が好ましい。
【産業上の利用の可能性】
【０１８８】
本発明は半導体装置の製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】(a) 〜(d) は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を説明する断面図である。
【図２】(a) 〜(c) は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を説明する断面図である。
【図３】(a) は従来の半導体装置の製造方法のシーケンスを示すフロー図であり、(b) は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法のシーケンスを示すフロー図である。
【図４】(a) 〜(c) は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法における第１実施例の各工程を示す断面図である。
【図５】(a) 及び(b) は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法における第２実施例の各工程を示す断面図である。
【図６】(a) 及び(b) は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の第３実施例の各工程を示す断面図である。
【図７】(a) 及び(b) は第１又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の第４実施例の各工程を示す断面図ある。
【図８】(a) 〜(c) は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】(a) 〜(c) は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】(a) 及び(b) は第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】(a) 及び(b) は第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１２】(a) 及び(b) は第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１３】(a) 〜(f) は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１４】(a) 〜(d) は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１５】(a) 〜(d) は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１６】(a) 〜(d) は第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１７】(a) 〜(f) は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１８】(a) 〜(d) は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１９】(a) 〜(d) は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２０】(a) 〜(d) は第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２１】(a) 〜(c) は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２２】(a) 〜(c) は従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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2004114388.tif 000048
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