JPH01108109A - 平坦膜およびその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体集積回路を始めとする各種の固体デバ
イスの製造に際してなされる平坦化技術に関するもので
あり、詳しくは、シリコーン樹脂を絶縁膜として用いた
平坦化技術に関するものである。

［従来の技術］ 半導体集積回路の製造では、厚いフィールド酸化膜や電
極により段差が形成される。この後、Ｓｉｎ、などの絶
縁膜を介して配線層が形成されるが、一般に絶縁膜は基
板段差の形状をそのまま反映するため第３図のように基
板１上の絶縁膜２に段差が生じ、その結果、配線層の内
部ストレスや形成時のシャドウ効果により段差端で配線
層が切れる問題を有していた。特に最近では、多層配線
技術が導入され、段差の影響が顕著になる結果、断線が
一層多く発生していた。そこで、絶縁膜の層を平坦化す
る技術の一つとして塗布膜を使った平坦化法が開発され
ている。

この方法は、東京応化工業製ＯＣＤなどの５ｉ０２塗布
液（オルソシリケートのアルコール溶液）やシリコーン
樹脂を直接絶縁膜として用いるものである。例えば、シ
リコーン樹脂の溶液をスピン回転塗布法により基板上に
形成すると、その流動性から第４図の様に基板１上のシ
リコーン樹脂３の表面は平坦なものになる。その結果、
シリコーン樹′脂上に堆積する配線層は段差切れなく形
成することが出来る。

シリコーン樹脂の絶縁膜の使用に関しては、すでに武田
らにより報告（特開昭５９−１０９５６５号公報）され
ている。さらに、最近ではこの方法を改良したものが＾
、　Ｄ、　Ｂｕｔｈｅｒｕｓにより報告されている（Ｊ
、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、、Ｂ３（５
）、１３５２（１９８５））。

Ａ、　Ｄ、　Ｂｕｔｈｅｒｕｓらの方法では、直鎖状の
シリコーン樹脂をＩ　Ｔｏｒｒの酸素プラズマに１０分
さらし、内部の炭素を酸化して除去することにより従来
からの直接シリコーン樹脂を絶縁膜に用いる時の欠点で
あった耐熱性が低い問題を解決している。第５図はこの
方法を示したものである。先ず、基板１上にシリコーン
樹脂３がスピン回転塗布される。

表面は平坦化される（第５図（Ａ）参照）。このあと、
酸素プラズマにさらしシリコーン樹脂３を５ｉｎ２化し
た膜４とする（第５図（Ｂ）参照）。しかしながら、直
鎖状のシリコーン樹脂を用いた場合では塗布時に基板面
内の均一性が悪いとともに、酸化後多量のＯＨ基が存在
し完全にＳｉｎ、化させるために酸素プラズマ後に熱処
理を必要としていた。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解消し、シ
リコーン樹脂を用いて平坦化した絶縁膜を形成すること
ができ、酸素プラズマにより完全に５ｉ０２化され、プ
ラズマ処理後に熱処理を必要としない平坦膜およびその
形成方法に関するものである。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、凹凸を有する
基板上にシリコーン樹脂を塗布してなる平坦膜において
、シリコーン樹脂が次式：％式％） ただしｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝１ ｐ≦０゜２５ Ｒ：有機基 で表わされることを特徴とする。

更に、本発明は、凹凸を有する基板上に、次式： ％式％） ただしｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝１ ｐ≦０，２５ Ｒ：有機基 で表わされるシリコーン樹脂を塗布し、シリコーン樹脂
を酸素プラズマを用いて処理して酸化シリコーン化する
ことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば平坦膜に組成限定したシリコーン樹脂を
用いることにより、均一な厚さの膜を凹凸ある基板上に
形成することができる。酸素プラズマによりシリコーン
樹脂を酸化シリコン化すると樹脂内部の炭素を除去する
ことができるので酸素プラズマ後に熱処理する必要がな
い。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

シリコーン樹脂の構造は基本的には、 （ＲａＳｉＯｔ／２）ｅａ　＋　（Ｒ２ＳｉＯ）ｎ　・
（Ｒ５ｉＯｓ／２）ｐ”　（５１０２）Ｑｌただしｍ＋
ｎ＋ｐ＋ｑ＝１ Ｒ：有機基 で表わされる。ｍ、ｎ、ｐおよびｑの値、およびＲが、
第１表に示されるシリコーン樹脂について実験を行なっ
た。

第１表 これらのシリコーン樹脂をキシレンに溶解し、シリコー
ン基板上に０．５ミクロン程度の厚さとなるようにスピ
ン塗布した。試料ｄでは均一な膜は形成できなかった。

しかしながら、他の膜は面内膜厚のばらつきが±５％以
内で塗布することができた。試料ｄ以外の試料を酸素プ
ラズマ（ｔｏｏｗ、０２流量１００５にＣＭ、酸素圧力
０．３Ｔｏｒｒ）にさらした後、オーシュ分光分析によ
りこれらの樹脂の酸化深さ（樹脂表面からの炭素量の深
さ分布）を測定した。得られた結果を第１図に示す。有
機基としてフェニル基を用いた試料ｆでは数１０ｎｍま
でしか炭素が除去されず、はとんど酸化されていないこ
とがわかる。逆に、試料ａでは樹脂内部まで最も酸化が
進み、より多くの炭素が除去されている。

ｐ＝１．０で、有機基としてメチル基を選択した試料ｅ
の曲線は、試料ｆの曲線よりもはるかに寝ている。これ
より、フェニル基のような芳香族炭化水素よりも、メチ
ル基のような脂肪族炭化水素が好ましいことが推察され
る。

有機基として、フェニル基の存在は酸素の樹脂内部への
拡散を阻害し、その結果樹脂内部の炭素をあまり除去出
来ない。これは、フェニル基の堆積が大きいことから生
じる立体障害に起因している。従って、立体障害の少な
い基、すなわち脂肪族系炭化水素が側＆ＲＲとして好ま
しい。さらには、樹脂中の炭素を少なくする意味からも
脂肪族系炭化水素の最小単位であるメチル基が好ましい
。

ｐ＝０．５８であって、Ｒ＝メチル基の試料Ｃの曲線は
、試料ｅの曲線と似かよっている。このことはｐを１．
０からｐ＝０．５８に変化させても酸化される深さはあ
まり変化しないことを示している。ところが、ｐ＝０．
２８である試料すの曲線は、試料ｅおよび試料Ｃの曲線
よりも更に寝ており、相当の深さまで酸化されているこ
とがわかる。

これらの実験結果から、ｐの値は０．２５以下が好まし
く、さらにｐ＝Ｑであることが最も好ましい。

試料ｄの結果によると、ｎ成分からなるシリコーン樹脂
は均一な膜厚の被膜を形成することができない。この原
因はｎ成分が多くなると軟化点が下がり、ゴム状になり
、機械的強度が小さくなり、流動性が大きくなるためで
ある。従って、ｎ成分は少ない程良好で、最も好ましく
はｎ＝ｏである。

以上の実験結果および考察を総合すると、ｎおよびｐの
少なくとも一方が０であることが好ましく、さらにｎ＝
ｏ、ｐ＝ｏが最も好ましく、有機基としてはメチル基が
最も好ましいことがわかる。

従って、平坦化用シリコーン樹脂として最も好ましくは
、 （ＲｓＳｉＯ＋／２）ｍ”　（Ｓｉ０２）ｑ　　　Ｒ＝
メチルとなる。さらに、試料ａを用いて酸素プラズマの
ガス圧力を変え、その時の酸化深さを同様に測定した。

結果を第２図に示す。この結果より、圧力が０．１Ｔｏ
ｒｒ以下では樹脂内部の炭素は殆ど除去出来ず、逆に、
０．ＩＴｏｒｒ以上ではガス圧力の増加とともに急速に
酸化深さが増加していることがわかる。この原因は、圧
力が低くなると高エネルギーを有するイオンが樹脂表面
に飛来するようになり、これが酸素原子の拡散を妨害す
ると考えられる。したがって、酸化するガス圧力はＯ，
１Ｔｏｒｒ以上を必要とする。

亙１五± シリコン基板上に１ミクロンの厚さのアルミニウム配線
パタンを形成し、この後　（Ｒ３Ｓ１０１／２）　　：
（Ｓｉ０２）＝　１　：　３でなるシリコーン樹脂を０
．５ミクロンの厚さに形成した０次に、Ｉ　Ｔｏｒｒの
圧力下の酸素プラズマに１０分さらしてシリコーン樹脂
を酸化した。赤外分光分析等の結果からＯＨ基は殆どな
く、完全に５ｉｎ２化されていることがわかフた。この
結果、良好な平坦化された絶縁膜を得た。

艮五■ユ シリコン基板上に１ミクロンの厚さのアルミニウム配線
バタンを形成し、この後５ｉＨ４１Ｔｏｒｒ、０、　Ｉ
　Ｔｏｒｒ、４２０℃の条件でＣＶＤ法を用いて厚さ１
ミクロンのＳｉｎ、を堆積した。次に、　（ＲｓＳｉＯ
ｓｚｚ）：　（Ｓｉ０２）＝　１　：　３でなるシリコ
ーン樹脂を０．５ミクロンの厚さに形成した。次に、Ｉ
　Ｔｏｒｒの圧力下の酸素プラズマに１０分さらしてシ
リコーン樹脂を酸化した。この結果、良好な平坦化され
た絶縁膜を得た。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば平坦膜に組成限定
したシリコーン樹脂を用いることにより、均一な厚さの
膜を凹凸ある基板上に形成することができる。酸素プラ
ズマによりシリコーン樹脂を酸化シリコン化すると樹脂
内部の炭素を除去することができるので酸素プラズマ後
に熱処理する必要がない。本発明によれば、ＣＶＤ法を
用いて５ｉｎ２を形成する等の従来から用いられている
酸化絶縁膜との共用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は樹脂表面からの炭素量の深さ分布を示す図、 第２図は酸素圧力と酸化深さとの関係を示す特性図、 第３図は従来の５ｉｎ２絶縁膜を用いた場合の平坦化状
態を示す断面図、 第４図は塗布膜を用いた場合の平坦化状態を示す断面図
、 第５図は酸素プラズマにより酸化したシリコーン樹脂を
絶縁膜に用いる平坦化方法を示す工程断面図である。 １・・・基板、 ２・・・絶縁膜、 ３・・・シリコーン樹脂、 ４・・・５ｉｎ２化した膜。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）凹凸を有する基板上にシリコーン樹脂を塗布してな
   る平坦膜において、 前記シリコーン樹脂が次式： （Ｒ＿３ＳｉＯ＿１＿／＿２）＿ｍ・（Ｒ＿２Ｓｉ＿Ｏ
   ）＿ｎ・（ＲＳｉＯ＿３＿／＿２）＿ｐ・（ＳｉＯ＿２
   ）＿ｑただしｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝１ ｐ≦０．２５ Ｒ：有機基 で表わされることを特徴とする平坦膜。 ２）前記ｎおよびｐの少なくとも一方が０であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の平坦膜。 ３）前記有機基が、脂肪族炭化水素であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の平坦膜。 ４）前記脂肪族炭化水素がメチル基であることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の平坦膜。 ５）凹凸を有する基板上に、次式： （Ｒ＿３ＳｉＯ＿１＿／＿２）＿ｍ・（Ｒ＿２ＳｉＯ）
   ＿ｎ・（ＲＳｉＯ＿３＿／＿２）＿ｐ・（ＳｉＯ＿２）
   ＿ｑただしｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ：１ ｐ≦０．２５ Ｒ：有機基 で表わされるシリコーン樹脂を塗布し、該シリコーン樹
   脂を酸素プラズマを用いて処理して酸化シリコン化する
   ことを特徴とする平坦膜の形成方法。 ６）前記酸素プラズマの圧力が０．１Ｔｏｒｒ以上であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の平坦膜
   の形成方法。