JP2561244B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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弘一 国宗
吉也 沓沢
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四郎 此常
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に多層配
線構造体の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、多層配線構造体を有する半導体装置の層間絶縁
膜として、化学気相成長法により形成されたシリコン酸
化膜、又はプラズマ化学気相成長により形成されたシリ
コン窒化膜等が主として用いられている。しかしなが
ら、これらの無機膜を層間膜として用いた場合、下地の
微細凹凸を平坦化することはできない。
これらの無機膜に比べて、溶液塗布法により形成する
有機膜は平坦性が良いことは公知であり、これらの有機
物を層間絶縁として用いる検討が行われている。例え
ば、電子通信学会予講集(1975年8月、CPM75−58)に
あるように、PIQ樹脂を用いる方法がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、PIQ等の有機樹脂膜を半導体装置のア
ルミニウム配線層間膜に適用した場合、下地にあるシリ
コン酸化膜あるいはシリコン窒化膜との密着性が不十分
である。さらに、PIQ樹脂膜上にシリコン窒化膜カバー
を形成する際に、PIQ樹脂膜に、しわ,あるいはクラッ
クができやすい等の問題があるため、高信頼性が要求さ
れる超微細高密度デバイスの製造には用いることができ
なかった。
本発明の目的は、上記問題点を除去し、すなわち、下
地にあるシリコン酸化膜あるいは、シリコン窒化膜との
密着性に優れ、さらに、シリコン窒化膜カバーをデバイ
ス上に形成しても、しわ,あるいはクラックが生じない
有機樹脂膜を層間絶縁膜に用いることにより、高信頼性
が要求される超微細高密度デバイスに適用できる多層配
線構造体の製造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〕
本発明の半導体装置の製造方法は、下記の式(1)で
表されるテトラカルボン酸二無水化物Aモルと、式
(2)で表されるジアミンBモルと、式(3)で表され
るアミノシリコン化合物CモルとをC/(B+C)≧0.1
なる関係で混合反応せしめることによって形成されるポ
リアミド酸シリコン型中間体を含有してなる溶液を金属
配線を形成した半導体基板上に塗布する工程と、100〜4
50℃の温度で熱処理する工程とを含むことを特徴とす
る。
NH2−R2−NH2 ……(2) (式(1)〜(3)において、R1は4価の炭素環式芳香
族基を表わし、R2は炭素数6〜30個の芳香族脂肪基又
は、炭素数6〜30個の炭素環式芳香族基、R3及びR4はそ
れぞれ独立の炭素数1〜6のアルキル基、又はフェニル
基であり、Kは1≦K≦3の値である。) 本発明に用いられるポリアミド酸の平均分子量の適量
範囲は前記一定条件下での対数粘度数測定値が0.05〜5d
l/gであり、適当な溶媒に可溶である。
前記対数粘度数(η inh)とは、前記測定条件により
定義された通りのものであるが、更に詳述すれば (ここにηはウベローデ粘度計を使用し、重合溶媒と同
一組成の溶媒中の濃度0.5重量%のものを温度30±0.01
℃で測定した値であり、ηはウベローデ粘度計を使用
し、同温度における同溶媒の測定値であり、Cは濃度0.
5g/dlである。) で示される。
本発明の原料について説明する。
式(1)で表わされるテトラカルボン酸二無水物とし
て次の化合物を挙げることができる。
ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフエニル
テトラカルボン酸二無水物、2,2′,3,3′−ビフエニル
テトラカルボン酸二無水物、2,3,3′,4′−ビフエニル
テトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ベンゾフエ
ノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3′,4′−ベンゾ
フエノンテトラカルボン酸二無水物、2,2′,3,3′−ベ
ンゾフエノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−
ジカルボキシフエニル)−エーテル二無水物、ビス(3,
4−ジカルボキシフエニル)−スルホン二無水物、1,2,
5,6−ナフタリンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−
ナフタリンテトラカルボン酸二無水物等。
また式(2)で表わされるジアミンの具体例としては
次の化合物を挙げることができる。
4,4′−ジアミノジフエニルエーテル、4,4′−ジアミ
ノジフエニルメタン、4,4′−ジアミノジフエニルスル
ホン、4,4′−ジアミノジフエニルスルフイド、4,4′−
ジアミノジフエニルチオエーテル、4,4′−ジ(メタ−
アミノフエノキシ)ジフエニルスルホン、4,4′−ジ
(パラ−アミノフエノキシ)ジフエニルスルホン、オル
ト−フエニレンジアミン、メタ−フエニレンジアミン、
パラ−フエニレンジアミン、ペンジジン、2,2′−ジア
ミノベンゾフエノン、4,4′−ジアミノベンゾフエノ
ン、4,4−ジアミノジフエニル−2,2′−プロパン、1,5
−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン等の
芳香族ジアミン。
次に式(3)で表わされるアミノシリコン化合物とし
ては次の化合物を挙げることができる。
上記の原料化合物を溶媒中で反応させるための好まし
い溶媒(以下反応溶媒と言うことがある)として、N−
メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミ
ド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシ
ド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、
ヘキサメチルホルアミド、メチルホルムアミド、N−ア
セチル−2−ビロリドン、トルエン、キシレン、メチル
セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジ
エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレング
リコールジメチルエーテル、シクロペンタノン、シクロ
ヘキサノン等の1種または2種以上を使用できる。
反応溶媒はこれと添加した原料との合計量基準で40重
量%以上使用するのがよい。これ以下では撹拌操作が困
難である場合がある。
反応は0℃以上60℃以下で行うのがよい。反応時間は
0.2〜20時間反応せしめるのがよい。
酸,アミンの混合比は式(1),(2),(3)の化
合物のモル量を各々A,B,Cとしたとき、2A=2B+Cから
両辺のずれが±10%以内くらいが特に好ましい。
さらに、本発明による樹脂膜上に圧縮応力のプラズマ
化学気相成長シリコン窒化膜を形成する点、又、接着性
の点から、 であることが好ましい。
〔実施例〕
次に、本発明を実施例に基づき図面を用いて説明す
る。本実施例では、アミノシロキサンとして、 で表わされるP−アミノフエニルトリエトキシシランを
用い、珪素原子を含まないジアミンとして、4,4′−ジ
アミノジフエニルエーテルを用い、また、芳香族テトラ
カルボン酸二無水物として3,3′,4,4′−ベンゾフエノ
ンテトラカルボン酸二無水物を用い、各原料の混合比を
3,3′,4,4′−ベンゾフエノンテトラカルボン酸二無水
物/4,4′−ジアミノジフエニルエーテル/P−アミノフエ
ニルトリメトキシシラン=2/1/2(モル比)にて、ジメ
チルアセトアミド溶媒中、ポリマー濃度20重量%で温度
10℃で5時間,40℃で2時間反応を行い、25℃での回転
粘度300センチポイズの塗布液を得た。また、このポリ
マーの対数粘度数は0.43dl/gであった。
以下に上記の溶液を塗布・熱処理形成した樹脂膜をMO
S型半導体集積回路装置の3層配線層間絶縁膜として用
いた例を示す。
第1図は、本発明に基づいて作製したMOS型半導体集
積回路装置の製造工程を示す断面図である。第1図
(a)に示すように、P型シリコン基板101に下側にチ
ャンネルストッパー102,102′を持つ厚さ0.8μm程度の
シリコン酸化膜103,103′を形成し、次に約400Åのゲー
ト酸化膜104を形成した後、ゲート電極となる約0.5μm
のポリシリコン層105を形成する。さらにソース領域10
6,ドレイン領域107を形成し、酸化によりポリシリコン
層105,ソース領域106,ドレイン領域107上にシリコン酸
化膜108を形成する。
次に第1図(b)に示すように、化学気相成長法によ
り、厚さ約1μmのリンガラス109を形成し、ゲートポ
リシリコン105,ソース領域106,ドレイン領域107との電
気的導通をとるべき部分に第1の開口110を設ける。
次に第1図(c)に示すように約1μm厚のアルミニ
ウム金属膜を形成し、フォトエッチングにより第1のア
ルミニウム配線111を形成する。
次に第1図(d)に示すように上記の溶液を毎分2000
回転で30秒間回転塗布し、窒素ガス雰囲気中で100℃,1
時間、続いて240℃で30分間のプリベークを行う。次に
窒素ガス雰囲気中で400℃,1時間のポストベークを行う
ことによって約1.5μm厚の第1の層間絶縁膜112が形成
できる。
続いて第1図(e)に示すように、第1と第2のアル
ミニウム配線間の導通をとるための第2の開口113をCF4
O2の混合ガスを用いるフォトエッチングにより形成す
る。
次に、アルミニウム金属膜をスパッタ法により約1μ
mの厚さで埋積し、フォトエッチングにより第1図
(f)に示すように第2のアルミニウム配線114を形成
する。
次に、上記の工程(d)〜(f)と同様に第2の層間
絶縁膜115,第3の開口116,第3のアルミニウム配線117
を形成し、カバーとして約1μm厚のプラズマ化学気相
成長シリコン窒化膜118を形成することによって第1図
(g)に示すように3層のアルミニウム配線構造を有す
るMOS型半導体装置が形成できる。
〔発明の効果〕
ポリアミド酸シリコン型中間体から形成される樹脂膜
を用いる本発明に基づく多層配線構造体においては以下
の効果がある。
第1の効果は、本発明によるポリアミド酸シリコン型
中間体から350〜450℃の熱処理を行うことによって樹脂
膜を形成する際に、第2図(a)に示すように、下地基
板(シリコン酸化膜,シリコン窒化膜)表面のシリコン
原子に結合しているOH基とポリアミド酸シリコン型中間
体に含有されるSi−OR′との脱アルコール反応が起こる
ため、第2図(b)に示すように、下地基板のシリコン
原子未結合手とSi−O−Si結合をつくる。その結果、第
3図にAで示すように、本発明による樹脂膜と下地基板
との密着性は、第3図にBで示す通常のポリイミド膜に
比べ完全なものとなる。
また、第2の効果は、本発明によって形成された樹脂
膜中にはSi−O結合が含まれていることからか、熱膨張
係数がPIQ等の樹脂膜よりも小さいため、本発明による
樹脂膜上にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を形
成したときに、しわ,あるいはクラックが生じないとい
う利点も有する。
本発明に基づく3層アルミニウム配線構造体を用いた
MOS型半導体集積回路装置の歩留りは良好であり、耐湿
信頼性試験を行った結果、配線の腐食,素子の劣化は全
くないものであった。
上記の結果は、本発明による多層配線構造体は樹脂膜
を用いることによる層間絶縁膜の平坦化が当然の如く可
能であり、アルミニウム配線の断線を完全になくするこ
とが可能であること、さらに、本発明によって形成され
た樹脂膜は、下地にあるシリコン酸化膜あるいは、シリ
コン窒化膜との接着性に優れていることから、半導体基
板と該樹脂膜との界面からの水分の浸入が全くないこと
によるものである。
以上述べたように本発明は、高信頼性を要する半導体
装置の製造方法を提供することが可能となり、高集積,
高密度半導体集積回路形成に大きな効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のMOS型半導体集積回路装置
の製造工程を示す断面図、第2図(a),(b)は半導
体装置基板と本発明による樹脂膜との接着の機構を示す
説明図、第3図は化学気相成長によるリンガラス膜又は
プラズマ化学気相成長によるシリコン窒化膜と本発明に
よる樹脂膜との接着性を示す一実測例図である。 101……P型シリコン基板、102,102′……チャンネルス
トッパー、103,103′……シリコン酸化膜、104……ゲー
ト酸化膜、105……ゲートポリシリコン層、106……ソー
ス領域、107……ドレイン領域、108……シリコン酸化
膜、109……気相成長によるリンガラス膜、110……第1
の開口、111……第1のアルミニウム配線、112……第1
の樹脂層間絶縁膜、113……第2の開口、114……第2の
アルミニウム配線、115……第2の樹脂層間絶縁膜、116
……第3の開口、117……第3のアルミニウム配線、118
……プラズマ化学気相成長シリコン窒化膜。
フロントページの続き (72)発明者 沓沢 吉也 横浜市金沢区乙舳町10番3号 (72)発明者 沼沢 陽一郎 東京都港区芝5丁目33番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 吉川 公麿 東京都港区芝5丁目33番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 浜野 邦幸 東京都港区芝5丁目33番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 此常 四郎 横須賀市ハイランド5丁目12番6号 (56)参考文献 特開 昭59−229839(JP,A) 特開 昭57−143327(JP,A) 特開 昭57−143228(JP,A) 特公 平6−17474(JP,B2) 特公 平7−70592(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (R′:4価の炭素環式芳香族)で表されるテトラカルボ
    ン酸二無水物をAモルとNH2−R2−NH2(R2:炭素数6〜3
    0個の芳香族脂肪族基または炭素環式芳香族基)で表さ
    れるジアミンをBモルと、 (R3、R4:それぞれ独立の炭素数1〜6のアルキル基ま
    たはフェニル基、1≦K≦3)で表されるアミノシリコ
    ン化合物CモルとをC/(B+C)≧0.1なる関係で混合
    反応せしめることによって形成されたポリアミド酸シリ
    コン型中間体を含む溶液を金属配線を形成した半導体基
    板上に塗布する工程と、100〜450℃の温度で熱処理する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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