JP2000049155A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000049155A
JP2000049155A JP10216614A JP21661498A JP2000049155A JP 2000049155 A JP2000049155 A JP 2000049155A JP 10216614 A JP10216614 A JP 10216614A JP 21661498 A JP21661498 A JP 21661498A JP 2000049155 A JP2000049155 A JP 2000049155A
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JP
Japan
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silica
semiconductor device
layer
solution
coating
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JP10216614A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Yamamoto
靖浩 山本
Kazuhiro Enomoto
和宏 榎本
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属配線の腐食を防止し、配線の断線及び接
続抵抗増大を低減した半導体装置を提供する。 【解決手段】 一般式(I) 【化1】 (式中Rは、炭素数1〜4のアルキル基、nは0〜2の
正数を意味し、複数個のRは同一でも異なっていてもよ
い)で表されるアルコキシシラン化合物を触媒および有
機溶媒下で加水分解、重縮合させて得られるシロキサン
オリゴマー並びにアンモニア、アルキルアミン、ジアル
キルアミン、トリアルキルアミン及びアリールアミンか
らなる群から選ばれる少なくとも一種の塩基性化合物を
含むシリカ系被膜形成用塗布液を用いて形成されてなる
シリカ系被膜を層間絶縁膜とした半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリカ系被膜を層
間絶縁膜とした半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、IC、LSI等の半導体素子の層
間絶縁膜の平坦化方法として、パターン形成された配線
層を有する基盤上に真空蒸着、CVD等の気相成長法に
よりSiO2、SiN等からなる1層目の層間絶縁膜を
形成し、2層目にSOG(SpinOn Glass)液(オルガノ
シロキサンのオリゴマー液からなる)を回転塗布し、そ
の後熱処理することによりオルガノシロキサン系被膜を
形成する。次に1層目と同様の方法により3層目の層間
絶縁膜を形成する3層層間膜によるSOG平坦化プロセ
スが広く用いられている。
【0003】近年IC、LSI等の高速化が進展してい
く中で3層構造の層間絶縁膜では誘電率の低減にも限界
がある為、SOG膜単層で層間絶縁膜を形成する方法も
提案されている。しかし、SOG膜単層では金属配線を
腐食し、配線の断線及び接続抵抗増大などの半導体装置
の信頼性低下といった問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属配線の
腐食を防止し、配線の断線及び接続抵抗増大を低減した
半導体装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、一般式(I)
【化2】 (式中Rは、炭素数1〜4のアルキル基、nは0〜2の
正数を意味し、複数個のRは同一でも異なっていてもよ
い)で表されるアルコキシシラン化合物を加水分解、重
縮合させてシロキサンオリゴマーを製造するに際して、
アンモニア、アルキルアミン、ジアルキルアミン、トリ
アルキルアミン及びアリールアミンからなる群から選ば
れる少なくとも一種の塩基性化合物を含有させてなるシ
リカ系被膜系被膜形成用塗布液を用いて形成されてなる
シリカ系被膜を層間絶縁膜とした半導体装置に関する。
本発明は、また、塩基性化合物をpHが5〜7になるよう
に含むシリカ系被膜形成用塗布液を用いてなる上記の半
導体装置に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】前記一般式(I)で表されるアル
コキシシランは、具体的には
【化3】 等のテトラアルコキシシラン、
【化4】 等のモノアルキルトリアルコキシシラン、
【化5】 等のジアルキルジアルコキシシランがあげられ、これら
は1種または2種以上が用いられる。
【0007】本発明に用いられる前記一般式(I)で表
されるアルコキシシランとして、テトラアルコキシシラ
ン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジ
アルコキシシランの割合に制限はないが、良質なシリカ
系被膜を形成するためにジアルキルジアルコキシシラン
は使用するアルコキシシラン化合物の総量に対し50モ
ル%以下であることが好ましい。
【0008】本発明におけるシリカ系被膜形成用塗布液
には溶媒として有機溶媒を使用することが好ましい。有
機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール等のアルコール系、酢酸メチル、酢酸エ
チル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等の酢酸エステル系、
エチレングリコールモノメチルアセテート、エチレング
リコールジアセテート等のグリコールアセテート系溶
媒、N,N一メチルー2ピロリドン等のアミド系溶媒、
グリコールエーテル系溶媒等種々の溶媒があげられ、こ
れらは1種または2種以上が用いられる。溶媒の使用量
は、上記の反応で得られるポリシロキサン樹脂の量が1
5〜50重量%となる量とされることが好ましい。
【0009】本発明におけるシランオリゴマーは、前記
した一般式(I)で表されるアルコキシシラン化合物を
加水分解、重縮合して製造されるが、このとき触媒とし
ては、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、フッ酸等の無機酸、
シュウ酸、マレイン酸、スルホン酸、ギ酸等の有機酸を
使用することが好ましい。これらの触媒は、一般式
(I)で表されるアルコキシシラン化合物の量に応じて
適当量用いられるが、好適には一般式(I)で表される
アルコキシシラン化合物1モルに対し0.001〜0.
5モルの範囲で用いられる。
【0010】また、上記の加水分解、重縮合は、前記の
溶媒中で行うことが好ましい。また、この反応に際し
て、水が存在させられる、水の量も適宜決められるが、
あまり少ない場合や多すぎる場合には塗布液の塗布性、
保存安定性の低下等の問題があるので、水の量は、一般
式(I)本発明に用いられるアルコキシシランオリゴマ
ー液は、前記の溶媒の存在下で、一般式(I)で表され
るアルコキシシラン化合物1モルに対して0.5〜4モ
ルの範囲とすることが好ましい。以上のようにして得ら
れる加水分解、重縮合生成物のシラノールオリゴマー液
は、そのまま使用することができる。また、溶媒を除去
後、改めて前記溶媒に溶解してシリカ系被膜形成用塗布
液としてから使用される。
【0011】本発明に使用される塩基性化合物として
は、アンモニア(アンモニア水として使用してもよ
い)、オクチルアミン、N,N−ジメチルベンジルアミ
ンなどのフェニル基などの芳香族基で置換されていても
よいアルキル基(置換基を除いて炭素数1〜9であるこ
とが好ましい)を有するアルキルアミン、ジアルキルア
ミン、もしくはトリアルキルアミン並びにアニリン等の
アリールアミン(芳香族基を有するアミン化合物、ただ
し、上記の芳香族基で置換されていてもよいアルキル基
を有するアルキルアミン、ジアルキルアミン及びトリア
ルキルアミンを除く)などがある。
【0012】塩基性化合物は得られたシロキサンオリゴ
マー液の安定化に必要である。上記塩基性化合物がない
場合、安定性が損なわれ、ゲル化しやすくなる。上記塩
基性化合物は、シロキサンオリゴマー液のpHを5〜7と
するように使用されることが好ましく、特にpHが5〜6
となるように使用されることが好ましい。pHは、必須の
要件ではないが、大きすぎたり小さすぎてもシロキサン
オリゴマー液の保存安定性が低下する傾向がある。
【0013】このようにして得られた塗布液を用いてシ
リカ系被膜を形成するには、該塗布液をシリコンウエハ
ー、回路の形成されたシリコンウエハー等の基体上に、
浸漬法、回転塗布法等の方法で塗布した後、50〜35
0℃、好ましくは100〜250℃で乾燥し、ついで、
窒素雰囲気中で350〜500℃、好ましくは350〜
450℃で焼成する。このシリカ系被膜を多層配線構造
の層間膜(層間絶縁膜)として半導体装置を得ることが
できる。
【0014】本発明の半導体装置の製造工程の一例を以
下に説明する。図1は、本発明における半導体装置の製
造工程図である。図1(a)に示すように、基板1の上
に、シリカ系被膜2を形成する。次に図1(b)に示す
ように塩化ゴム系またはフェノールノボラック系の感光
性樹脂層3を前記シリカ系被膜2の上に形成し、公知の
写真食刻技術によって所定部分のシリカ系被膜2が露出
するように窓4Aを設ける。次に図1(c)のように窓
4Aのシリカ系被膜2は四フッ化炭素などのフッ素系ガ
スを用いるドライエッチング手段によって選択的にエッ
チングされ、次いで、窓4Aから露出したシリカ系被膜
2を腐食することなく感光樹脂層3のみを腐食するよう
なエッチング溶液を用いて感光樹脂層3を完全に除去す
る。次に図1(d)に示すように公知の金属膜形成法に
より第1導体層5を形成し、必要に応じてCMP(Chem
ical Mechanical Polishing)法により形成した第1導
体層5を研磨する。
【0015】2層以上の多層配線構造体を形成する場合
は、上記の工程を繰り返して行い各層を形成する。即ち
導体層の上に絶縁層となる層間絶縁膜を形成する工程
(a)、この被膜の所定の場所を選択的に除去し窓を開
口する工程(b)、(c)、下部に存する導体層の所定
部分と接続された上部の導体を形成する工程(d)を繰
り返すことになる。
【0016】また、このようにして作製される多層配線
構造体の表面には、ポリイミド樹脂などの有機材料また
は、窒化ケイ素などの無機材料からなる表面保護層が形
成される。表面保護層には場合により所定部分に上記窓
4A、4Bと同様の窓を開けてもよい。半導体装置全体
は、通常エポキシ樹脂などを含む封止材により封止され
る。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。 実施例1 テトラメトキシシラン50.0g、ジメチルジメトキシ
シラン44.0g及びトリメチルトリメトキシシラン4
1.0gをイソプロピルアルコール100.0gに溶解
し、この溶液に水51.0gにリン酸2.0gを溶解し
た液を撹拌下で1時間かけて滴下した。滴下終了後5時
間撹拝した後、アニリン1.3gを添加し、更に1時間
撹拌してシリカ系被膜形成用塗布液塗布液を得た。pHを
測定したところ5.3であった。
【0018】また、この反応物溶液をスピナーを用いて
2000rpmでシリコンウエハー上にCu層を形成した
基体に塗布した後150℃に制御されたホットプレート
上で1分間乾燥し、400℃で窒素雰囲気の電気炉中で
1時間焼成したところ無色透明でクラックのないシリカ
系被膜が得られた。該被膜の膜厚を測定したところ1.
2μmであった。
【0019】また、この基体の断面を走査型電子顕微鏡
でCuとシリカ系被膜の界面を観察したところ、Cuの
腐食は認められなかった。
【0020】第1図の工程(a)として、シリコンウェ
ハからなる基板1の上に、前記と同様の条件で層間絶縁
膜層であるシリカ系被膜2を形成した。ついで、第1図
の工程(b)として、シリカ系被膜2の所定部分のみを
選択的に除去するため、該層2上にフェノールノボラッ
ク樹脂系の感光性樹脂(ポジ型ホトレジスト、AZ−1
350Jヘキスト社製)層3を回転数3000rpmのス
ピナー塗布して形成し、公知の写真食刻技術によって露
光した後、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液系の
現像液(NMD−3、東京応化(株)製)でレジストを現
像し、窓4Aをあけた。ついで、第1図の工程(c)と
して、公知のドライエッチング技術で、前記シリカ系被
膜2を選択的にエッチングし、窓4Bをあけ、感光性樹
脂層3のみを食刻するレジスト剥離液(アセトン)を用
いて室温下で2分間浸漬処理し、感光性樹脂層3を完全
に除去した。
【0021】さらに、第1図の工程(d)として、公知
の真空蒸着法、スパッタ法および写真食刻技術を用いて
Cuの第1導体層を形成し、CMP法により研磨して、
第1導体層5がシリカ系被膜2に埋め込まれた形の層を
形成した。この後、前記の工程(a)〜(d)を繰り返
し、第1導体層が埋め込まれた形式のシリカ系被膜の上
に第2導体層が埋め込まれた形式のシリカ系被膜を形成
した。第1導体層と第2導体層は所定の位置で電気的に
接続した。さらに、前記の工程(a)〜(d)を繰り返
し、第2導体層が埋め込まれた形式のシリカ系被膜の上
に第3導体層が埋め込まれた形式のシリカ系被膜を形成
した。第2導体層と第3導体層は所定の位置で電気的に
接続した。
【0022】このようにして得られた多層配線構造体上
にポリイミド樹脂溶液(PIX−1400、日立化成工
業株式会社商品名)を構造体の表面に回転数2800rp
mで30秒間スピナー塗布し、140℃で60秒間予備
硬化を行い、最終的に350℃で4分間最終硬化して表
面保護膜層を形成し、半導体装置を作製した。
【0023】比較例1 テトラメトキシシラン50.0g、ジメチルジメトキシ
シラン44.0g及びトリメチルトリメトキシシラン4
1.0gをイソプロピルアルコール100.0gに溶解
し、この溶液に水51.0gにリン酸2.0gを溶解し
た液を撹拌下で1時間かけて滴下してシリカ系被膜形成
用塗布液塗布液を得た。
【0024】また、この反応物溶液をスピナーを用いて
2000rpmでシリコンウエハー上にCuを形成した基
体に塗布した後150℃に制御されたホットプレート上
で1分間乾燥し、400℃で窒素雰囲気の電気炉中で1
時間焼成したところ無色透明でクラックのない被膜が得
られた。該被膜の膜厚を測定したところ1.2μmであ
った。
【O025】また、この基体の断面を走査型電子顕微鏡
でCuとSOGの界面を観察したところ、Cuの腐食が
認められた。
【0026】
【発明の効果】本発明における半導体装置は、SOGの
単層でも金属配線の腐食を防止し、配線の断線及び接続
抵抗増大を低減した半導体装置である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造工程の一例を示す工
程図である。
【符号の説明】
1 基板 2 シリカ系被膜 3 感光性樹脂層 4A、4B 窓 5 第1導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 AA66 BA17 BA44 EA05 EA06 EA29 5F058 AA04 AC03 AD04 AD05 AF04 AG01 AH02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 (式中Rは、炭素数1〜4のアルキル基、nは0〜2の
    正数を意味し、複数個のRは同一でも異なっていてもよ
    い)で表されるアルコキシシラン化合物を触媒および有
    機溶媒下で加水分解、重縮合させて得られるシロキサン
    オリゴマー並びにアンモニア、アルキルアミン、ジアル
    キルアミン、トリアルキルアミン及びアリールアミンか
    らなる群から選ばれる少なくとも一種の塩基性化合物を
    含むシリカ系被膜形成用塗布液を用いて形成されてなる
    シリカ系被膜を層間絶縁膜とした半導体装置。
  2. 【請求項2】 塩基性化合物をpHが5〜7になるように
    含むシリカ系被膜形成用塗布液を用いてなる請求項1記
    載の半導体装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6413647B1 (en) * 2000-02-28 2002-07-02 Jsr Corporation Composition for film formation, method of film formation, and silica-based film
US7358300B2 (en) 2002-02-27 2008-04-15 Hitachi Chemical Co., Ltd. Composition for forming silica based coating film, silica based coating film and method for preparation thereof, and electronic parts
US7682701B2 (en) 2002-02-27 2010-03-23 Hitachi Chemical Co., Ltd. Composition for forming silica based coating film, silica based coating film and method for preparation thereof, and electronic parts
US7687590B2 (en) 2002-02-27 2010-03-30 Hitachi Chemical Company, Ltd. Composition for forming silica based coating film, silica based coating film and method for preparation thereof, and electronic parts
WO2019082803A1 (ja) * 2017-10-26 2019-05-02 東レ株式会社 樹脂組成物、その硬化膜、それを具備する半導体素子および半導体素子の製造方法

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WO2019082803A1 (ja) * 2017-10-26 2019-05-02 東レ株式会社 樹脂組成物、その硬化膜、それを具備する半導体素子および半導体素子の製造方法

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