JPH01204431A - 半導体素子表面の平坦化方法 - 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】 〔概　要〕 半導体集積回路の半導体素子表面を平坦化するための方
法に関し、 集積密度の高い半導体素子表面の段差を平坦化す・るこ
とができ、高温でクランクを発生することのない平坦化
膜を与えるために、 半導体素子表面を平坦化する方法において、平坦化用樹
脂としてりん変成シリコーン樹脂を用いることにより構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体集積回路の素子表面の平坦化方法に関
する。さらに詳しく述べるならば、本発明は、ＩＣ，Ｌ
ＳＩ等の集積密度の高い半導体素子の表面の段差を平坦
化し、上部配線工程での信頼性を向上せしめることので
きる方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路は、集積度が向上するとともに、素子表
面の段差も激しくなってきており、この段差上で配線を
行うと配線の切断等の問題を生じる。

また、半導体集積回路の高集積化に伴い、配線の線幅の
微細化も進行している。したがって、素子表面の段差に
よる信頼性の低減はますます問題となり、素子表面の段
差を平坦化する必要性は極めて大きくなってきている。

゛従来から、半導体に用いられている絶縁材料としては
、二酸化珪素、窒化珪素、りんガラス（ＰＳＧ）等の無
機膜をシラン系ガスを用いたＣＶＤ等の気相成長法によ
り形成した５ｉＯＸ系材料、あるいはポリイミド、シリ
コーン樹脂などの高分子ｋＱ　Ｉ！材料、またはこれら
の材料からなる積層体が用いて行われているが、気相成
長法では段差の平坦化は困難であり、ポリイミドは４０
０℃付近から分解を開始し、１０００℃近い高温で熱処
理すると膜として使用できなくなってしまう。また、シ
リコーン樹脂を用いると、熱処理により５ｉＯ）１化し
てクラ・ツクを生じる。クラックの生じない程度の薄膜
として用いた場合でも、溶剤の抜けた跡や有機基の分解
により膜密度が粗となっているため、フッ酸での洗浄を
行うと簡単にエツチングされてしまうため絶縁膜として
使用出来ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体素子表面に配線を施す場合、素子の形成された基
板表面は凹凸を有するので、これを下地としてその上に
無機膜を形成すると、無機膜の表面には下地の凹凸がそ
のまま再現されてしまい、そのためその上に形成される
配線の断線や絶縁不良等の原因となる。したがって、凹
凸を存する下地上に塗布したとき基板表面を平坦になし
うる平坦化絶縁材料の開発が望まれていた。

上記目的を達成するため、エッチバック法、バイアスス
パッタ法等の無機膜製造技術面から膜表面の平坦化を行
う方法と樹脂を用いてスピンコード法により成膜して平
坦な絶縁膜を得る方法が検討されている。しかし、エッ
チバック法やバイアススパッタ法は、プロセスが複雑に
なり、あるいはスルーブツトが遅い等の問題がある。一
方、これらの方法の中でプロセス的に簡単な樹脂塗布法
は、樹脂を塗布した後に加熱硬化させる必要があるが、
従来から用いられているポリイミドは４００℃程度で分
解するため、素子表面の平坦化には使用できない。また
、シリコーン樹脂は、４００〜５００℃の温度で酸化さ
れたり、熱分解したりして、膜の歪みによるクランクの
発生が見られるという欠点を有している。そのため、１
０００℃付近まで熱的に安定であり、硬化工程や加熱工
程において破損しない耐熱性樹脂の開発が望まれていた
。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
凹凸を有する下地上に塗布したとき、表面を平坦にでき
、しかも硬化工程等の熱処理によりクラックを発生して
破損することのない平坦化膜を与えることのできる方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、半導体素子表面の平坦化を行う際にりん
変成シリコーン樹脂を用いる半導体装置の絶縁膜形成方
法により解決出来る。ここで、りん変成シリコーン樹脂
としては、クロロシラン類あるいはアルコキシシラン類
を加水分解重縮合した低分子重合体の水酸基をクロロり
ん酸によりりん酸エステル化して得られる下記の高分子
化合物を用いることが望ましい。

［上式中Ｒは−ＣＨ３、ＣＪｓ　、　　Ｃｚｌｌ＋　、
　ｎ　　Ｃ３１１？　。

ｉ　　ＣＪｗ、　　Ｃ６１１５，ＯＲ，−０ＣＨ３，Ｑ
Ｃ！ＩＩｓ　　。

Ｏｎ　　ＣＪｗまたは一〇　−ｔ−Ｃ３Ｈ？を表し、こ
の化合物の重量平均分子量は１０００〜１００００００
であるものとする］ 上記一般式においてＲが有機基である化合物は、いずれ
も使用可能である。しかし、本発明においては、これら
の化合物は、酸素雰囲気下で加熱して無機膜として使用
されるので、膜の内部応力をなるべく少な（するために
、容積の小さな原子あるいは分子であるのが望ましい。

また、上記樹脂は、単独で平坦化に用いてもよく、ある
いは二酸化ケイ素、窒化ケイ素、燐ガラス（ＰＳＧ）等
の無機膜と併用して成膜してもよい。

〔作　用〕

本発明の方法に用いられるりん変成シリコーン樹脂は、
多くの有機溶媒に可溶であり、従来よく知られたスピン
コード法により成膜可能である。

したがって、これを用いることにより、凹凸表面を有す
る半導体素子表面を容易に平坦化することができる。

また、このりん変成シリコーン樹脂は、酸素雰囲気下、
４２０℃以上で加熱することにより無機膜のりんガラス
となる。そのため、１０００℃以上の温度においても熱
分解を起こさない膜が得られる。

さらに、りんガラスは、１０００℃以下の温度で溶融す
るため、熱処理により膜を緻密化することも可能であり
、これによって従来のシリコーン樹脂で問題となってい
た酸処理に際して容易にエツチングされてしまうという
問題も同時に解決することができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに説明する。

豆炭斑 モノマーとして、メチルトリメトキシシラン１００　ｇ
とテトラメトキシシラン１００ｇを混合し、これにイオ
ン交換水１００ｇを添加した。この溶液を水浴を用いて
約５０℃に加熱し、３時間反応させた。反応終了後、溶
液にメチルセロソルブ１００ｃｃを添加し、エバボレー
トにより溶液中の水分と反応生成物のメタノールとを除
去した。このとき、得られたポリマーの分子Ｍ（ポリス
チレン換算）は２０００であった。

得られた低分子量シリコーン樹脂のメチルセロソルブ溶
液５０ｃｃをさらにフラスコ中で１０℃以下に冷却し、
これにクロロりん酸ジエチル３０ｃｃを添加した。添加
終了後、徐々に昇温して７０℃で反応をおこなった。反
応はピリジンを滴下しつつ行った。反応終了後、多量の
イオン交換水中に反応溶液を添加してポリマを沈澱回収
した。得られたポリマーは、第１図の赤外吸収スペクト
ルかられかるように、９ｏｏｃｍ−’のシリコンについ
た水酸基の吸収がみられない。

裏上斑上 上記の様にして合成したポリマーをメチルイソブチルケ
トンに溶解した樹脂溶液を、半導体素子を形成したシリ
コン基板（表面段差は０゜７１１ｒｎ、溝幅は０．５廂
）上に３００Ｏｒｐｍ　、　３０　ｓの条件（シリコン
基板上で１．Ｏｐ厚に塗布可能な条件）でスピンコード
法により塗布した。塗布後、８０℃で２０分間溶剤乾燥
し、次いで２５０℃で３０分間および４５０℃で６０分
間の熱処理を施した。熱処理後の基板表面の段差は、約
０．２１！ｒｎであり、素子により生じた段差は平坦化
されていた。つづいて９００℃で１時間の熱処理を行っ
たが、膜には全くクランクの発生は見られなかった。さ
らに、りんガラス膜をＣＶＤにより５０００人の厚さで
形成後スルーホールを形成し、第一層目配線を施した後
、保護膜としてさらにりんガラス膜を形成し、電極取り
出し用窓あけを行って半導体装置を得た。この装置は一
り５℃→１５０℃の１０回の熱衝撃試験後も全く不良が
見られなかった。

実立拠１ 実施例１と同様にして調製した樹脂溶液を、半導体素子
を形成したシリコン基板（表面段差は０．７廊、溝幅は
０．５ｍ）上に２０００ｒｐｍ　、　３０　ｓの条件（
シリコン基板上で１．３　ｔｎａ厚に塗布可能な条件）
でスピンコード法により塗布した。塗布後、８０℃で２
０分間溶剤乾燥し、次いで２５０℃で３０分間および４
５０℃で６０分間の熱処理を施した。熱処理後の基板表
面の段差は、約０．１　ｐＭであり、半導体素子による
段差は平坦化されていた。

つづいて、スルーホールを形成し、第一層目の配線を行
い、保護層として１．３側厚のりんガラス層を形成した
後電極取り出し用窓あけを行って半導体装置を得た。こ
の装置は、−６５℃−１５０″Ｃの１０回の熱衝撃試験
後も全く不良が見られなかった。

〔発明の効果〕

本発明の方法により、平坦化機能を有し、１０００℃以
上まで使用可能な樹脂膜を用いて、半導体素子表面の平
坦化を行うことにより、信頼性の問い半導体装置の製造
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、合成例で合成されたりん変性シリコーン樹脂
の赤外吸収スペクトル図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子形成後に素子表面を平坦化するための方
   法であって、平坦化用樹脂としてりん変成シリコーン樹
   脂を用いることを特徴とする方法。 ２、りん変成シリコーン樹脂を酸素あるいは大気雰囲気
   下で熱処理し、りんガラス化することを特徴とする第１
   項記載の方法。 ３、りん変成シリコーン樹脂として、下記式、▲数式、
   化学式、表等があります▼ ［上式中Ｒは−ＣＨ＿３、−Ｃ＿２Ｈ＿５、−Ｃ＿２Ｈ
   ＿３、ｎ−Ｃ＿３Ｈ＿７ｉ−Ｃ＿３Ｈ＿７、−Ｃ＿６Ｈ
   ＿５、−ＯＨ、−ＯＣＨ＿３、−ＯＣ＿２Ｈ＿５、−Ｏ
   −ｎ−Ｃ＿３Ｈ＿７または−Ｏ−ｉ−Ｃ＿３Ｈ＿７を表
   し、この化合物の重量平均分子量は１０００〜１０００
   ０００であるものとする］で示される樹脂を用いること
   を特徴とする第１項記載の方法。