JPH02173043A - Organosilicon polymer - Google Patents

Organosilicon polymer

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JPH02173043A
JPH02173043A JP32612288A JP32612288A JPH02173043A JP H02173043 A JPH02173043 A JP H02173043A JP 32612288 A JP32612288 A JP 32612288A JP 32612288 A JP32612288 A JP 32612288A JP H02173043 A JPH02173043 A JP H02173043A
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JP
Japan
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group
formula
organosilicon polymer
same
alkyl group
Prior art date
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Pending
Application number
JP32612288A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Oikawa
及川 朗
Shunichi Fukuyama
俊一 福山
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an organosilicon polymer excellent in heat resistance and useful for an interlaminar insulation film of a semiconductor device of a multilayer interconnection structure having a specified structural formula and a specified molecular weight. CONSTITUTION:This organosilicon polymer is represented by the general formula: [R1SiO2/2(R2)1/2]n (wherein R1 is a vinyl, an allyl, a lower alkyl, a lower alkoxy, an aryl or a lower haloalkyl; R2 is an arylene; and n is an integer of 10-50000, provided that at least 25% of R1 groups are lower haloalkyls) and has a weight-average MW of 3000-5000000. This polymer can be obtained by hydrolyzing an organosilicon compound of formula I (wherein R1 groups are the same or different from each other and each represents vinyl, aryl, hydrogen atom, hydroxyl, lower alkyl, aryl or lower haloalkyl, and at least 25% of them are lower haloalkyls; R2 is an arylene; and R3 groups are the same or different from each other and are each halogen atom or lower alkoxy) and polycondensing the hydrolyzate through dehydration.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 有機ケイ素重合体に関し、 半導体装置等の分野において新規な有機ケイ素重合体を
提供することを目的とし、 次の一般式(1): %式%(1) (上式において、R,は、ビニル基、アリル基、低級ア
ルキル基、低級アルコキシ基、アリール基又は低級ハロ
ゲン化アルキル基を表し、R2はアリーレン基を表し、
そしてnは10〜50.000の整数を表す)により表
わされ、R,は少なくとも25%以上の低級ハロゲン化
アルキル基であり、かつ3.000〜5,000,00
0の重量平均分子量を有する有機ケイ素重合体又は該重
合体中に含まれるシラノール基の水素原子が、次式で示
されるトリオルガノシリル基: (R) zSi− (上式において、(R)、は同一もしくは異なっていて
もよく、ビニル基、アリル基、低級アルキル基、アリー
ル基又は低級ハロゲン化アルキル基を表す)によって置
換されている有機ケイ素重合体によって構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding organosilicon polymers, the following general formula (1): % formula % (1 ) (In the above formula, R represents a vinyl group, allyl group, lower alkyl group, lower alkoxy group, aryl group or lower halogenated alkyl group, R2 represents an arylene group,
and n represents an integer of 10 to 50,000), R is at least 25% or more of a lower halogenated alkyl group, and 3,000 to 5,000,000
An organosilicon polymer having a weight average molecular weight of 0 or a hydrogen atom of a silanol group contained in the polymer is a triorganosilyl group represented by the following formula: (R) zSi- (in the above formula, (R), may be the same or different and are constituted by an organosilicon polymer substituted with a vinyl group, an allyl group, a lower alkyl group, an aryl group, or a lower halogenated alkyl group.

〔産業上の利用分野] 本発明は、新規な有機ケイ素重合体、該有機ケイ素重合
体の製造方法、並びに該有機ケイ素重合体を層間絶縁膜
として使用した半導体装置及び該半導体装置の製造方法
に関する。更に詳しくは、本発明は、各種集積回路等の
半導体の製造のうちの多層配線形成工程において優れた
耐熱性と怒光性を有する膜を形成する有機ケイ素重合体
、およびその製法並びに該ケイ素重合体を層間絶縁膜と
して使用した半導体装置及び該半導体装置の製造方法に
関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a novel organosilicon polymer, a method for producing the organosilicon polymer, a semiconductor device using the organosilicon polymer as an interlayer insulating film, and a method for producing the semiconductor device. . More specifically, the present invention relates to an organosilicon polymer that forms a film having excellent heat resistance and photoresistance in the multilayer wiring formation process in the production of semiconductors such as various integrated circuits, a method for producing the same, and the silicon polymer. The present invention relates to a semiconductor device using a combination as an interlayer insulating film and a method for manufacturing the semiconductor device.

C従来の技術〕 周知の通り、高分子量のポリオルガノシルセスキオキサ
ンは半導体装置等の製造において有用な有機ケイ素重合
体であり、また、従来より、オルガノトリクロロシラン
あるいはオルガノトリアルコキシシランを出発原料とし
て、該化合物を加水分解し、引続き脱水縮合してかかる
高分子量のポリオルガノシルセスキオキサンを得る方法
は、公知ではあった。このような三官能シリコーンを構
造単位とする有機ケイ素重合体は、その一部あるいは全
部が梯子型の構造をなし、有機溶媒に対する可溶性を保
持していると言われている。同じ〈従来より、ソロキザ
ン結合とジルアリーレン結合を交互に有する直鎖状の有
機ケイ素重合体、例えばテトラメチルシルフェニレンシ
ロキサンなどを、1.4−ビス(ヒドロキシジメチルシ
リル)ベンセ゛ンをベンゼンに溶解し、引き続いて、生
成する水を除去しながら還流条件下で縮合することによ
って製造する方法も公知であった。
C. Prior Art] As is well known, high molecular weight polyorganosilsesquioxane is an organosilicon polymer useful in the manufacture of semiconductor devices, etc., and conventionally, organotrichlorosilane or organotrialkoxysilane is used as a starting material. As such, a method for obtaining such a high molecular weight polyorganosilsesquioxane by hydrolyzing the compound and subsequent dehydration condensation was known. It is said that such organosilicon polymers having trifunctional silicone as a structural unit have a partially or entirely ladder-shaped structure and maintain solubility in organic solvents. The same method has conventionally been used to prepare a linear organosilicon polymer having alternating soroxane bonds and zylarylene bonds, such as tetramethylsilphenylene siloxane, by dissolving 1,4-bis(hydroxydimethylsilyl)benzene in benzene, A method was also known in which the product was produced by subsequent condensation under reflux conditions while removing the water produced.

また、上記のような有機ケイ素重合体の用途の1つとし
て、多層配線構造をもった半導体装置の層間絶縁膜があ
った。
Further, one of the uses of the organosilicon polymer as described above is as an interlayer insulating film of a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

層間絶縁膜は、第−層配線を施した後、絶縁膜を形成し
、絶縁膜上に上下配線層間の導通をはかるためのスルー
ホールを形成した後、絶縁膜を介して第二層配線を施し
、順次この工程を繰り返して多層配線を形成する関係で
、必須であった。
The interlayer insulating film is formed by forming the first layer wiring, forming an insulating film, forming through holes on the insulating film to establish continuity between the upper and lower wiring layers, and then connecting the second layer wiring through the insulating film. This was essential because multilayer wiring was formed by repeating this process in sequence.

層間絶縁膜として用いる材料としては、従来、シランガ
スや酸素ガス等を用いて気相成長法により形成した二酸
化ケイ素、りんガラス(PSG)などの無機材料、ある
いはポリイミド、シリコーン樹脂などの高分子絶縁材料
、または、これらの積層体を用いて行われているが、配
線パターンの微細化に伴い信頼性という点でより特性の
優れた材料が要求されてきた。
The materials used for the interlayer insulating film are conventionally inorganic materials such as silicon dioxide and phosphorous glass (PSG) formed by vapor phase growth using silane gas, oxygen gas, etc., or polymeric insulating materials such as polyimide and silicone resin. However, with the miniaturization of wiring patterns, there has been a demand for materials with better characteristics in terms of reliability.

多層配線を考える場合、第−層配線を施した半導体基板
上は配線による凹凸を有するので、これを下地としてそ
の上に無機膜を形成すると層間絶縁膜の表面は下地の凹
凸をそのまま再現してしまう。このため、その上に形成
される上層配線の断線や絶縁不良等の原因となる。した
がって、凹凸を有する下地基板を平坦化できる絶縁材料
の開発が望まれていた。
When considering multilayer wiring, the semiconductor substrate with the first layer wiring has unevenness due to the wiring, so if you use this as a base and form an inorganic film on top of it, the surface of the interlayer insulating film will reproduce the unevenness of the base as it is. Put it away. This may cause disconnection or insulation failure in the upper layer wiring formed thereon. Therefore, it has been desired to develop an insulating material that can flatten an uneven base substrate.

そこで、無機膜形成方法として凹凸を有する無機膜表面
に樹脂膜をスピンコード法により形成して表面の平坦化
を行った後、樹脂膜がなくなるまで均一に膜を削り平坦
な無機膜を得るエッチバック法、無機膜の堆積とスパッ
クを同時に行い膜の凸部を削りながら成膜することによ
り平坦な無機膜を形成するバイアススパッタ法などの無
機膜形成プロセスの改良による平坦な絶縁膜表面を得る
方法と樹脂をスピンコード法により成膜して表面の平坦
な膜を得、加熱硬化させた後にそのまま絶縁膜として用
いる方法が検討されている。これらの中でプロセス的に
簡単な樹脂塗布法は、樹脂をスピン塗布した後に加熱硬
化させる必要があるが、この時に上下配線層の導通をは
かるためのスルーホールの形成を行った後に加熱硬化さ
せるとよりプロセスの簡便化がはかれる。しかしながら
、半導体製造プロセスでは400°C以上の熱処理工程
が行われるために従来から用いられてきたポリイリミド
、シリコーン樹脂等の高分子材料は、熱処理時に膜の酸
化や熱分解を生じたり、硬化反応や膜の酸化、分解等に
より生じた膜の内部歪みや他の材料との熱膨張率の差か
ら生じる熱処理時の応力に耐えきれずクランクを生じる
という欠点を有している。そのため、熱処理工程におい
て変化の生じないパターンニング可能な耐熱樹脂材料が
望まれていた。
Therefore, as an inorganic film formation method, a resin film is formed on the uneven surface of the inorganic film using a spin code method to flatten the surface, and then the film is uniformly scraped until the resin film is removed to obtain a flat inorganic film. Obtaining a flat insulating film surface by improving inorganic film forming processes such as the back method and bias sputtering method, which forms a flat inorganic film by simultaneously depositing and spacking the inorganic film while scraping the convex parts of the film. A method is being considered in which a film with a flat surface is obtained by forming a resin using a spin code method, which is heated and cured, and then used as is as an insulating film. Among these, the resin coating method, which is simple in terms of process, requires heat curing after spin coating, but at this time, through holes are formed to ensure continuity between the upper and lower wiring layers, and then heat curing is performed. This simplifies the process. However, in the semiconductor manufacturing process, a heat treatment step of 400°C or higher is performed, so polymer materials such as polyimide and silicone resin that have been used in the past may undergo oxidation or thermal decomposition of the film during heat treatment, or may undergo a hardening reaction. It has the disadvantage that it cannot withstand the internal strain of the film caused by oxidation, decomposition, etc. of the film, and the stress during heat treatment caused by the difference in coefficient of thermal expansion with other materials, resulting in cranking. Therefore, a patternable heat-resistant resin material that does not undergo any change during the heat treatment process has been desired.

〔本発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the present invention]

本発明の第一の課題は、上記したような従来の技術の欠
点を解消することにかんがみて、半導体装置等の分野に
おいて有用な新規な有機ケイ素重合体を提供することに
ある。
The first object of the present invention is to provide a novel organosilicon polymer useful in the field of semiconductor devices and the like, in view of eliminating the drawbacks of the conventional techniques as described above.

本発明の第二の課題は、かかる新規な有機ケイ素重合体
を製造する方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a method for producing such a novel organosilicon polymer.

本発明の第三の課題は、かかる新規な有機ケイ素重合体
を使用した半導体装置を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a semiconductor device using such a novel organosilicon polymer.

本発明の第四の課題は、かかる新規な有機ケイ素重合体
にパターン形成材料としての特性を付与し、上下配線層
間の導通を行うためのスルーホール形成工程を簡便に行
うことによる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
A fourth object of the present invention is to manufacture a semiconductor device by imparting characteristics as a pattern forming material to such a novel organosilicon polymer and by simply performing a process of forming through holes for conducting conduction between upper and lower wiring layers. The purpose is to provide a method.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記した第一および第二の課題は、次の一般式%式%(
1) (上式において、R2は、ビニル基、アリル基、低級ア
ルキル基、低級アルコキシ基、アリール基又は低級ハロ
ゲン化アルキル基を表し、Rtは例えばo−、m−又は
p−のフェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等のア
リーレン基を表し、そしてnは10〜50 、000の
整数を表す)により表わされ、Rt は少な(とも25
%以上の低級ハロゲン化アルキル基を含み、かつ3 、
000〜5,000,000の重量平均分子量を有する
有機ケイ素重合体により解決できる。本発明による有機
ケイ素重合体は、好ましくは次の構造式(1)または(
II)の重合体あるいはこれらの混合物である。
The first and second problems mentioned above are solved using the following general formula % formula % (
1) (In the above formula, R2 represents a vinyl group, an allyl group, a lower alkyl group, a lower alkoxy group, an aryl group or a lower halogenated alkyl group, and Rt is, for example, an o-, m- or p-phenylene group, represents an arylene group such as tolylene group or naphthylene group, and n represents an integer from 10 to 50,000), and Rt is small (both 25 to 50,000).
% or more of lower halogenated alkyl groups, and 3,
This problem can be solved by organosilicon polymers having a weight average molecular weight of 000 to 5,000,000. The organosilicon polymer according to the present invention preferably has the following structural formula (1) or (
II) or a mixture thereof.

(上式においてR,は同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)。
(In the above formula, R may be the same or different, and is the same as the above definition).

さらに、前記一般式(1)により表され、かつto、o
oo〜5,000.000の重量平均分子量を有する有
機ケイ素重合体を製造するに当たって、次式(2)の有
機ケイ素化合物: R2R。
Furthermore, it is represented by the general formula (1), and to, o
In producing an organosilicon polymer having a weight average molecular weight of oo to 5,000.000, an organosilicon compound of the following formula (2): R2R.

(上式においてR,は同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じであり、R2は前記定義に同じであり
、そしてR3は、同一もしくは異なっていてもよく、例
えば塩素等のハロゲンもしくは低級アルコキシ基を表す
)を水と反応させて加水分解し、引き続いて得られた反
応生成物を脱水重縮合させて得られる前記一般式(1)
の有機ケイ素重合体により解決できる。
(In the above formula, R, may be the same or different and are the same as defined above, R2 is the same as defined above, and R3 may be the same or different, for example, a halogen such as chlorine or a lower (representing an alkoxy group) is reacted with water to be hydrolyzed, and the resulting reaction product is subsequently subjected to dehydration polycondensation to obtain the general formula (1).
This problem can be solved by using organosilicon polymers.

また、上記した第三の課題は、本発明によれば、前記式
(1)により表され、かつ、10,000〜s、ooo
、oooの重量平均分子量を有する有機ケイ素重合体か
らなる層間絶縁膜を有することを特徴とする、多層配線
構造の半導体装置によって解決することができる。
Further, according to the present invention, the above-mentioned third problem is expressed by the above formula (1), and 10,000 to s, ooo
This problem can be solved by a semiconductor device having a multilayer wiring structure, which is characterized by having an interlayer insulating film made of an organosilicon polymer having a weight average molecular weight of , ooo.

更に上記した第四の課題は、前記式lの有機ケイ素重合
体を層間絶縁膜として用いる場合に、加熱硬化を行う前
に上下配線層間の導通を行うスルーホール形成にX線等
の電離放射線を用いパターン形成を行うことにより解決
できる。
Furthermore, the fourth problem mentioned above is that when the organosilicon polymer of formula 1 is used as an interlayer insulating film, ionizing radiation such as X-rays must be used to form through holes for conducting between upper and lower wiring layers before heat curing. This problem can be solved by pattern formation.

層間絶縁膜の形成に使用できる有機ケイ素重合体は、好
ましくは、前記一般式(1)により示され、式中のR,
が、−CHzCl、−CHC12,−CtHaCj’ 
The organosilicon polymer that can be used to form the interlayer insulating film is preferably represented by the above general formula (1), in which R,
is -CHzCl, -CHC12, -CtHaCj'
.

−Czlll(/!z 、−cgngcz*などであり
、R2がアリーレン基であり、そしてnがlθ〜50,
000の整数を表すポリオルガノジルアリーレンシロキ
サンである。また、アリーレン基は、ベンゼン骨格を有
する有機基であれば特に限定されないけれども、実用的
には、p−またはm−フェニレン基が好ましい。また、
ポリオルガノジルアリーレンシロキサンの分子鎖中のジ
ルアリーレン結合とシロキサン結合の比率は、いずれで
あってもかまわないが、耐熱性の面から25−t%以上
のジルアリーレン結合を有することが好ましい。
-Czlll(/!z, -cgngcz*, etc., R2 is an arylene group, and n is lθ~50,
It is a polyorganosylarylene siloxane representing an integer of 000. Further, the arylene group is not particularly limited as long as it is an organic group having a benzene skeleton, but practically, a p- or m-phenylene group is preferable. Also,
Although the ratio of the dylarylene bond to the siloxane bond in the molecular chain of the polyorganosylarylene siloxane may be any value, it is preferable to have 25-t% or more of the dylarylene bond from the viewpoint of heat resistance.

さらに、前記第一ないし第四の課題は、以下の新規を機
ケイ素重合体を提供することによってより好ましく解決
できる。
Furthermore, the first to fourth problems can be more preferably solved by providing the following new organosilicon polymers.

すなわち、前記一般式(1)により表され、かつ、10
,000〜5,000,000の重量平均分子量を有す
る有機ケイ素重合体であって、該重合体中に含まれるシ
ラノール基の水素原子が、次式で示されるトリオルガノ
シリル基: (R):+Si (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、ビニル基、アリル基、低級アルキル基、アリール基ま
たは低級ハロゲン化アルキル基を表す)によって置換さ
れているような有機ケイ素重合体および該有機ケイ素重
合体の製法並びに該有機ケイ素重合体からなる層間絶縁
膜を有することを特徴とする、多層配線構造の半導体装
置及びその装置の製造方法によって解決することができ
る。
That is, it is represented by the general formula (1) above, and 10
An organosilicon polymer having a weight average molecular weight of ,000 to 5,000,000, wherein the hydrogen atom of the silanol group contained in the polymer is a triorganosilyl group represented by the following formula: (R): +Si (In the above formula, R may be the same or different and represents a vinyl group, an allyl group, a lower alkyl group, an aryl group or a lower halogenated alkyl group); The problem can be solved by a method for producing an organosilicon polymer, a semiconductor device having a multilayer wiring structure, and a method for producing the device, which is characterized by having an interlayer insulating film made of the organosilicon polymer.

この有機ケイ素重合体は、それを層間絶縁膜として用い
た場合に、形成された絶縁膜が配線材料の熱膨張に起因
する応力を受けにくいために、クランクを住しにくいと
いう点で、先の有機ケイ素重合体よりも使用し易い材料
である。これは、縮重合の反応残基を未置換の物は、酸
化分解温度がポリオルガノシルセスキオキサンに比べて
50゛C以上上昇し、高温酸素雰囲気下での使用に適し
ているけれども、硬化反応を行った際に架橋密度の高い
硬い膜となってしまうためである。
This organosilicon polymer is ahead of the curve in that when it is used as an interlayer insulating film, the formed insulating film is less susceptible to stress caused by thermal expansion of the wiring material, making it difficult for cranks to move. It is a material that is easier to use than organosilicon polymers. This is because the oxidative decomposition temperature of unsubstituted polycondensation reaction residues is more than 50°C higher than that of polyorganosilsesquioxane, making it suitable for use in high-temperature oxygen atmospheres. This is because the reaction results in a hard film with a high crosslinking density.

とりわけ、半導体装置の多層配線工程において配線層間
に使用するスピン塗布可能な樹脂膜材料は、400°C
以上の高温酸素雰囲気にさらされる。
In particular, spin-coatable resin film materials used between wiring layers in the multilayer wiring process of semiconductor devices are heated at 400°C.
exposed to high temperature oxygen atmosphere.

そのため、従来のポリオルガノシルセスキオキサン膜は
、酸化劣化に起因するクランクが生じ信頼性の低下をま
ねく。これに対して、上記した反応残基を未置換の有機
ケイ素重合体は、熱酸化および分解温度が400°C以
上であり、硬い硬化膜を形成するため、低熱膨張の配線
材料(例えばPo1y−5i)との組合せで使用したり
、高熱膨張の配線材料(例えば/M)との組合せで薄膜
で使用可能である。また、反応残基を置換した有機ケイ
素重合体は、熱酸化および分解温度が400″C以上で
あり、加熱硬化させた膜も柔軟性を持っているために、
反応残基を未置換の有機ケイ素重合体に比べて厚膜での
使用が可能である。このように、上記有機ケイ素重合体
を多層配線層間絶縁膜として用いた半導体装置は、従来
技術に比べて信頼性の向上をはかることができる。
Therefore, conventional polyorganosilsesquioxane membranes suffer from cranking due to oxidative deterioration, resulting in a decrease in reliability. On the other hand, the above-mentioned organosilicon polymers with unsubstituted reactive residues have a thermal oxidation and decomposition temperature of 400°C or higher, and form a hard cured film, so they are used as wiring materials with low thermal expansion (e.g., Poly- It can be used in combination with 5i) or in combination with a high thermal expansion wiring material (for example /M) in a thin film. In addition, the organosilicon polymer in which reactive residues have been substituted has a thermal oxidation and decomposition temperature of 400"C or higher, and the heat-cured film also has flexibility.
It can be used in thick films compared to organosilicon polymers with unsubstituted reactive residues. In this way, a semiconductor device using the above-described organosilicon polymer as an interlayer insulating film for multilayer wiring can have improved reliability compared to the conventional technology.

本発明の反応残基を置換した有機ケイ素重合体は、反応
残基を未置換の有機ケイ素重合体を次式で表されるトリ
オルガノシラン: (R)zSiX (上式において、Rはビニル基、アリル基、低級アルキ
ル基、アリール基又は低級ハロゲン化アルキル基を表し
、そしてXはハロゲン、シアノ基、イソシアナト基、イ
ソチオシアナト基を表す)又は次式で示されるヘキサオ
ルガノジシラザン:(R) xs iNS i (R)
 s■ (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)次式で示されるヘキサオルガ
ノジシロキサン: (R) 5siOsi (R) y (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)又はその混合物と反応させて
、前記重合体中に残存する前記脱水縮重合に寄与しなか
ったシラノール基の水素原子を次式で示されるトリオル
ガノシリル基;(R)xSi (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)によって置換することにより
合成できる。
The organosilicon polymer substituted with a reactive residue of the present invention is a triorganosilane represented by the following formula: (R)zSiX (in the above formula, R is a vinyl group). , represents an allyl group, a lower alkyl group, an aryl group, or a lower halogenated alkyl group, and X represents a halogen, a cyano group, an isocyanato group, an isothiocyanato group) or a hexaorganodisilazane represented by the following formula: (R) xs iNS i (R)
s (In the above formula, R may be the same or different and is the same as the above definition) Hexaorganodisiloxane represented by the following formula: (R) 5siOsi (R) y (In the above formula, R is the same or a mixture thereof, to convert the hydrogen atoms of the silanol groups remaining in the polymer that did not contribute to the dehydration condensation polymerization to It can be synthesized by substitution with an organosilyl group; (R)xSi (in the above formula, R may be the same or different and is the same as defined above).

さらに、上記した第四の課題は、前記式(1)により表
され、かつ、10,000〜5,000,000 (7
)重量平均分子量を有する有機ケイ素重合体を層間絶縁
膜として使用する場合に、加熱硬化を行う前に、上下配
線層間の導通を行うためのスルーホールの形成を樹脂へ
のX線、電子線等の電離放射線の照射により行うことに
より解決できる。
Furthermore, the fourth problem described above is expressed by the above formula (1), and the amount of 10,000 to 5,000,000 (7
) When using an organosilicon polymer having a weight average molecular weight as an interlayer insulating film, before heat curing, through-holes for conducting between upper and lower wiring layers are formed using X-rays, electron beams, etc. in the resin. This can be solved by irradiation with ionizing radiation.

この場合、前記の一般式(1)に示されるR1は少なく
とも25%以上の低級ハロゲン化アルキル基を含むもの
である。この低級ハロゲン化アルキル基が樹脂への電離
放射線の照射時に高感度で架橋反応を起こし、ネガ型の
パターン形成が可能となる。本発明のこの効果は、半導
体装置の製造工程においてスルーホールの形成に要する
工程を省くことができ、さらに、高感度であるためにス
ルーブツトを短時間にできるため、コストの低減をはか
ることができる。
In this case, R1 shown in the above general formula (1) contains at least 25% or more of a lower halogenated alkyl group. This lower halogenated alkyl group causes a crosslinking reaction with high sensitivity when the resin is irradiated with ionizing radiation, making it possible to form a negative pattern. This effect of the present invention is that it is possible to omit the step required to form through holes in the manufacturing process of semiconductor devices, and furthermore, due to the high sensitivity, throughput can be shortened, thereby reducing costs. .

〔作 用〕[For production]

本発明にかかわるポリジオルガノジルアリーレンジシロ
キサン樹脂は、多くの有機溶媒に可溶であり、従来のス
ピンコード法にて成膜可能である。
The polydiorganosyl arylene disiloxane resin according to the present invention is soluble in many organic solvents, and can be formed into a film by a conventional spin-coating method.

従って、凹凸表面を有する半導体基板表面を容易に平坦
化可能である。
Therefore, a semiconductor substrate surface having an uneven surface can be easily planarized.

また、このポリジオルガノジルアリーレンジシロキサン
樹脂は、電離放射線の照射により高感度でネガ型のパタ
ーン形成が可能である。したがって、上下配線層間の導
通を行うためのスルーホールの形成をレジストを用いず
に、しかも短時間で行うことが可能である。
Further, this polydiorganosyl arylene disiloxane resin allows formation of a negative pattern with high sensitivity by irradiation with ionizing radiation. Therefore, it is possible to form through holes for establishing conduction between the upper and lower wiring layers without using a resist and in a short time.

さらに、このポリジオルガノジルアリーレンジシロキサ
ン樹脂は、酸素雰囲気下で加熱しても、400°C以上
まで熱酸化されることなくその膜質を保持できる。その
ため、半導体装置の製造工程で熱酸化による破損を起こ
すことなく層間絶縁膜として使用可能である。
Furthermore, even when heated in an oxygen atmosphere, this polydiorganosyl arylene disiloxane resin can maintain its film quality without being thermally oxidized up to 400° C. or higher. Therefore, it can be used as an interlayer insulating film without causing damage due to thermal oxidation in the manufacturing process of semiconductor devices.

〔実施例〕〔Example〕

引続いて、本発明をいくつかの実施例により具体的に説
明する。
Subsequently, the present invention will be specifically explained with reference to some examples.

、例」−(合成例) 300ccの四つロフラスコにメチルイソブチルケトン
1oocc、メチルセロソルブアセテート50ccおよ
び水30ccを仕込み、触媒としてトリエチルアミン1
5ccを加え、撹拌を続けながら、−60°Cに冷却し
た。1.4−ビス(クロロメチルジクロロシリル)ベン
ゼン10gをテトラヒドロフラン50ccに溶解し、先
の四つ目フラスコに40分間かけて滴下した0滴下終了
後、系を2.0°C/sinで昇温し80℃に加温して
2時間撹拌を続けた。
, Example - (Synthesis Example) A 300 cc four-bottle flask was charged with 1 oocc of methyl isobutyl ketone, 50 cc of methyl cellosolve acetate, and 30 cc of water, and 1 oocc of triethylamine was added as a catalyst.
5 cc was added, and the mixture was cooled to -60°C while stirring. 1. 10 g of 4-bis(chloromethyldichlorosilyl)benzene was dissolved in 50 cc of tetrahydrofuran and added dropwise to the fourth flask over 40 minutes. After the completion of the dropwise addition, the temperature of the system was raised at 2.0°C/sin. The mixture was heated to 80° C. and stirring was continued for 2 hours.

反応終了後、室温まで冷却した後、多量の水で洗浄した
。水で洗浄した反応用液は、さらに共沸により残存した
水を取り除き、エチルセロソルブアセテートに溶媒置換
した。この溶液をさらに120°Cで2時間反応させた
。反応終了後、反応溶液を多量の水に投入して樹脂を析
出させ回収した。
After the reaction was completed, the mixture was cooled to room temperature and washed with a large amount of water. The reaction solution washed with water was further subjected to azeotropy to remove residual water, and the solvent was replaced with ethyl cellosolve acetate. This solution was further reacted at 120°C for 2 hours. After the reaction was completed, the reaction solution was poured into a large amount of water to precipitate and collect the resin.

6.2gのポリジクロロメチル−p−シルフェニレンジ
シロキサンの白色粉末が得られた。ゲルパーミェーショ
ンクロマトグラフによるポリスチレン換算により求めた
重量平均分子量は、1.5X10’であった。
6.2 g of a white powder of polydichloromethyl-p-silphenylene disiloxane was obtained. The weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography in terms of polystyrene was 1.5×10'.

班I(合成例) 前記例1に記載の方法で得られるポリジクロロメチル−
p−シルフェニレンジシロキサンの白色粉末5gをメチ
ルイソブチルケトン100ccに溶解し、触媒としてピ
リジン20ccを加え、60°Cに加温した後、メチル
トリクロロシラン20ccを添加してこの温度で3時間
反応させ未反応の水酸基の水素原子をトリメチルシリル
基で置換(シリル化)した。反応終了後、前記例1と同
様にしてシリル化ポリジクロロメチル−p−シルフェニ
レンジシロキサン5.1 gを得た。ゲルパーミェーシ
ョンクロマトグラフによるポリスチレン換算により求め
た重量平均分子量は、3.5X10’であった。
Group I (Synthesis Example) Polydichloromethyl- obtained by the method described in Example 1 above
5 g of white powder of p-silphenylene disiloxane was dissolved in 100 cc of methyl isobutyl ketone, 20 cc of pyridine was added as a catalyst, and after heating to 60°C, 20 cc of methyltrichlorosilane was added and reacted at this temperature for 3 hours. The hydrogen atoms of unreacted hydroxyl groups were replaced (silylated) with trimethylsilyl groups. After the reaction was completed, 5.1 g of silylated polydichloromethyl-p-silphenylene disiloxane was obtained in the same manner as in Example 1 above. The weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography in terms of polystyrene was 3.5×10′.

前記例1において得られたポリジクロロメチルp−シル
フェニレンジシロキサンの白色粉末ラメチルイソブチル
ケトンに溶解して、20−t%のポリジクロロメチル−
p−シルフェニレンジシクロキサン樹脂溶液を得た。
The polydichloromethyl p-silphenylene disiloxane obtained in Example 1 was dissolved in white powder lamethyl isobutyl ketone to obtain 20-t% polydichloromethyl p-silphenylene disiloxane.
A p-silphenylene dicycloxane resin solution was obtained.

上記のようにして調製した樹脂溶液を、半導体素子を形
成し第−層ポリシリコン配線を施したシリコン基板(ポ
リシリコンの厚さは17rm、最少線幅1声、最少線間
隔は1.5 am )上に300Orpm、45秒の条
件でスピンコード法により塗布した。
The resin solution prepared as described above was applied to a silicon substrate on which a semiconductor element was formed and a first layer polysilicon wiring was applied (the thickness of polysilicon was 17 rm, the minimum line width was 1 tone, and the minimum line spacing was 1.5 am). ) by a spin code method under the conditions of 300 rpm and 45 seconds.

塗布後、80゛Cで20分間溶剤乾燥した後、X線露光
を行いメチルイソブチルケトンで現像することによりΦ
3ハのスルーホールを形成し、さらに250“Cで30
分間400°C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0.2賜であり、配線によって
生じた段差は平坦化されていた。ついで二層目のポリシ
リコン配線を行い、保護層としてl頌厚のPSG膜を常
圧CVD法により堆積した後、電極取り出し用窓あけを
行って半導体装置を得た9この装置は、大気中450’
Cで1時間の加熱試験、−65°C→150°Cで10
回の熱サイクル試験後も全く不良は見られなかった。
After coating, the solvent was dried at 80°C for 20 minutes, exposed to X-rays, and developed with methyl isobutyl ketone.
Form a 3-hole through hole and further drill 30mm at 250"C.
Heat treatment was performed at 400°C for 60 minutes. The level difference on the substrate surface after the heat treatment was approximately 0.2 mm, and the level difference caused by the wiring had been flattened. Next, a second layer of polysilicon wiring was formed, and a PSG film with a thickness of 1 was deposited as a protective layer by normal pressure CVD, and a window was opened for taking out the electrodes to obtain a semiconductor device.9 This device was installed in the atmosphere. 450'
Heating test for 1 hour at C, -65°C → 150°C for 10
No defects were observed even after multiple thermal cycle tests.

尉土 前記例2において得られたシリル化ポリジクロロメチル
−p−シルフェニレンジシロキサンの白色粉末をメチル
イソブチルケトンに溶解して、20imt%のシリル化
ポリジクロロメチル−p−シルフェニレンジシロキサン
樹脂溶液を得た。
The white powder of silylated polydichloromethyl-p-sylphenyl disiloxane obtained in Example 2 was dissolved in methyl isobutyl ketone to obtain a 20 imt% silylated polydichloromethyl-p-sylphenyl disiloxane resin solution. I got it.

上記のようにして調製した樹脂溶液を、半導体素子を形
成し第1層アルミニウム配線を施したシリコン基板(ア
ルミニウムの厚さはLm、最小線幅1趨、最小線間隔は
1.5 ts )上に3.00Orpm、45秒の条件
でスピンコード法により塗布した。
The resin solution prepared as described above was applied onto a silicon substrate (aluminum thickness: Lm, minimum line width: 1 line, minimum line spacing: 1.5 ts) on which a semiconductor element was formed and a first layer of aluminum wiring was provided. The coating was applied using a spin code method under the conditions of 3.00 rpm and 45 seconds.

塗布後、80°Cで20分間溶剤乾燥した後、X線露光
を行いメチルイソブチルケトンで現像することによりφ
3/I11のスルーホールを形成し、さらに250°C
で30分間400°C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0.2μmであり、配線
によって生じた段差は平坦化されていた。ついで、2層
目のアルミニウム配線を行い、保護層として1廂厚のP
SG膜を常圧CVD法により堆積した後、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、大気
中450°Cで1時間の加熱試験、−65’C→150
°Cで10回の熱サイクル試験後も全く不良は見られな
かった。
After coating, the solvent was dried at 80°C for 20 minutes, exposed to X-rays, and developed with methyl isobutyl ketone.
3/I11 through hole is formed and further heated to 250°C.
Heat treatment was performed at 400°C for 30 minutes and at 400°C for 60 minutes. The level difference on the substrate surface after the heat treatment was about 0.2 μm, and the level difference caused by the wiring had been flattened. Next, a second layer of aluminum wiring is formed, and a one-wall thick P layer is formed as a protective layer.
After depositing the SG film by atmospheric pressure CVD, a window for taking out the electrodes was opened to obtain a semiconductor device. This device underwent a heating test of 1 hour at 450°C in the atmosphere, -65'C → 150°C.
No defects were observed even after 10 thermal cycle tests at °C.

〔発明の効果] 本発明は以上説明したように構成されるものであるから
、新規で有用な有機ケイ素重合体を得ることができるば
かりでなく、その重合体の製造も、簡便な方法で効率よ
く可能である。さらに、本発明によれば、感光性および
平坦化機能を有し、更に優れた耐熱性のため高温下で使
用しても膜の破1貝を起こさない信顛性の高い層間絶縁
膜を得る効果が得られ、更にかかる層間絶縁膜を有する
半導体装置を得ることが可能である。
[Effects of the Invention] Since the present invention is constructed as described above, it is possible not only to obtain a new and useful organosilicon polymer, but also to efficiently produce the polymer by a simple method. It's quite possible. Further, according to the present invention, a highly reliable interlayer insulating film is obtained which has photosensitivity and planarization function, and also has excellent heat resistance so that the film does not break even when used at high temperatures. Effects can be obtained, and furthermore, it is possible to obtain a semiconductor device having such an interlayer insulating film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、次の一般式(1): 〔R_1SiO_2_/_2(R_2)_1_/_2〕
_n・・・(1)(上式において、R_1は、ビニル基
、アリル基、低級アルキル基、低級アルコキシ基、アリ
ール基又は低級ハロゲン化アルキル基を表し、R_2は
アリーレン基を表し、そしてnは10〜50,000の
整数を表す)により表わされ、R_1は少なくとも25
%以上の低級ハロゲン化アルキル基であり、かつ3,0
00〜5,000,000の重量平均分子量を有する有
機ケイ素重合体。 2、請求項1に記載の有機ケイ素重合体を製造するにあ
たって、次式(2)の有機ケイ素化合物▲数式、化学式
、表等があります▼・・・(2) (上式において、R_1は同一もしくは異なっていても
よく、ビニル基、アリル基、水素、ヒドロキシル基、低
級アルキル基、アリール基又は低級ハロゲン化アルキル
基を表すが、少なくとも25%以上の低級ハロゲン化ア
ルキル基を含み、R_2はアリーレン基を表し、そして
R_3は、同一もしくは異なっていてもよく、ハロゲン
を表すかもしくは低級アルコキシ基を表す)を水と反応
させて加水分解し、引続いて得られた反応生成物を脱水
縮重合させることを含んでなる請求項1に記載の有機ケ
イ素重合体の製造方法。 3、請求項1記載の式1の有機ケイ素重合体を層間絶縁
膜として用いることを特徴とする多層配線構造の半導体
装置。 4、請求項1記載の式1の有機ケイ素重合体を層間絶縁
膜として用いる際に上下配線層間の導通を行うスルーホ
ール形成にX線等の電離放射線を用いパターン形成を行
うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 5、請求項1に記載の有機ケイ素重合体であって、該重
合体中に含まれるシラノール基の水素原子が、次式で示
されるトリオルガノシリル基:(R)_3Si− (上式において、(R)_3は同一もしくは異なってい
てもよく、ビニル基、アリル基、低級アルキル基、アリ
ール基又は低級ハロゲン化アルキル基を表す)によって
置換されていることを特徴とする有機ケイ素重合体。 6、請求項5に記載の有機ケイ素重合体を製造するにあ
たって、次式(2)の有機ケイ素化合物:▲数式、化学
式、表等があります▼・・・(2) (上式において、R_1は同一もしくは異なっていても
よく、ビニル基、アリル基、水素、ヒドロキシル基、低
級アルキル基、アリール基又は低級ハロゲン化アルキル
基を表すが、少なくとも25%以上の低級ハロゲン化ア
ルキル基を含み、R_2はアリーレン基を表し、そして
R_3は、同一もしくは異なっていてもよく、ハロゲン
を表すかもしくは低級アルコキシ基を表す)を水と反応
させて加水分解し、引続いて、得られた反応生成物を脱
水縮重合させ、更に引続いて得られた有機ケイ素重合体
を次式で示されるトリオルガノシラン:(R)_3Si
X (上式において、Rはビニル基、アリル基、低級アルキ
ル基、アリール基又は低級ハロゲン化アルキル基を表し
、そしてXはハロゲン、シアノ基、イソシアナト基、イ
ソチオシアナト基を表す)、又は次式で示されるヘキサ
オルガノジシラザン:▲数式、化学式、表等があります
▼  (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)次式で示されるヘキサオルガ
ノジシロキサン: (R)_3SiOSi(R)_3 (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)又はその混合物と反応させて
、前記重合体中に残存する前記脱水縮重合に寄与しなか
ったシラノール基の水素原子を、次式で示されるトリオ
ルガノシリル基:(R)_3Si− (上式において、Rは同一もしくは異なっていてもよく
、前記定義に同じである)によって置換することを特徴
とする有機ケイ素重合体の製造方法。 7、請求項5記載の有機ケイ素重合体を層間絶縁膜とし
て用いることを特徴とする多層配線構造の半導体装置。 8、請求項5記載の有機ケイ素重合体を層間絶縁膜とし
て用いる際に上下配線層間の導通を行うスルーホール形
成にX線等の電離放射線を用いパターン形成を行うこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. The following general formula (1): [R_1SiO_2_/_2(R_2)_1_/_2]
__n...(1) (In the above formula, R_1 represents a vinyl group, allyl group, lower alkyl group, lower alkoxy group, aryl group, or lower halogenated alkyl group, R_2 represents an arylene group, and n is represents an integer from 10 to 50,000), and R_1 is at least 25
% or more of a lower halogenated alkyl group, and 3,0
An organosilicon polymer having a weight average molecular weight of 00 to 5,000,000. 2. In producing the organosilicon polymer according to claim 1, the organosilicon compound of the following formula (2) ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼ (2) (In the above formula, R_1 is the same or may be different, and represents a vinyl group, allyl group, hydrogen, hydroxyl group, lower alkyl group, aryl group, or lower halogenated alkyl group, but contains at least 25% or more of lower halogenated alkyl groups, and R_2 is arylene and R_3 may be the same or different and represent a halogen or a lower alkoxy group) are reacted with water and hydrolyzed, and the resulting reaction product is subsequently subjected to dehydration condensation polymerization. The method for producing an organosilicon polymer according to claim 1, which comprises: 3. A semiconductor device having a multilayer wiring structure, characterized in that the organosilicon polymer of formula 1 according to claim 1 is used as an interlayer insulating film. 4. When the organosilicon polymer of formula 1 according to claim 1 is used as an interlayer insulating film, pattern formation is performed using ionizing radiation such as X-rays to form through holes for conducting conduction between upper and lower wiring layers. A method for manufacturing a semiconductor device. 5. The organosilicon polymer according to claim 1, wherein the hydrogen atom of the silanol group contained in the polymer is a triorganosilyl group represented by the following formula: (R)_3Si- (in the above formula, An organosilicon polymer characterized in that (R)_3 may be the same or different and is substituted with a vinyl group, an allyl group, a lower alkyl group, an aryl group, or a lower halogenated alkyl group. 6. In producing the organosilicon polymer according to claim 5, the organosilicon compound of the following formula (2): ▲ Numerical formula, chemical formula, table, etc. ▼... (2) (In the above formula, R_1 is They may be the same or different and represent a vinyl group, allyl group, hydrogen, hydroxyl group, lower alkyl group, aryl group, or lower halogenated alkyl group, but include at least 25% or more of lower halogenated alkyl groups, and R_2 is arylene group, and R_3 may be the same or different and represents a halogen or a lower alkoxy group) is reacted with water to be hydrolyzed, and the resulting reaction product is subsequently dehydrated. Condensation polymerization is performed, and the resulting organosilicon polymer is converted into a triorganosilane represented by the following formula: (R)_3Si
X (in the above formula, R represents a vinyl group, allyl group, lower alkyl group, aryl group, or lower halogenated alkyl group, and X represents a halogen, cyano group, isocyanato group, isothiocyanato group), or in the following formula Hexaorganodisilazane represented by the following formula: ▲ Numerical formula, chemical formula, table, etc. ▼ (In the above formula, R may be the same or different and is the same as the above definition) Hexaorganodisiloxane represented by the following formula: R)_3SiOSi(R)_3 (In the above formula, R may be the same or different and is the same as the above definition) or a mixture thereof to contribute to the dehydration condensation polymerization remaining in the polymer. The hydrogen atom of the silanol group that was not used is replaced by a triorganosilyl group represented by the following formula: (R)_3Si- (in the above formula, R may be the same or different and is the same as the above definition). A method for producing an organosilicon polymer, characterized in that: 7. A semiconductor device having a multilayer wiring structure, characterized in that the organosilicon polymer according to claim 5 is used as an interlayer insulating film. 8. A semiconductor device characterized in that when the organosilicon polymer according to claim 5 is used as an interlayer insulating film, pattern formation is performed using ionizing radiation such as X-rays to form through holes for conducting conduction between upper and lower wiring layers. Production method.
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