JPH0222943B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野） 本発明は半導体装置の製法に関する。さらに詳
しくは、多層配線構造を有する半導体装置を製造
する際に、光重合性ラダー型オルガノシロキサン
を用いて層間絶縁層を形成し、半導体装置を製造
する方法に関する。

〔従来技術〕

従来から多層配線構造を有する半導体装置が製
造されている。前記のごとき多層配線構造を有す
る半導体装置を図面にもとづき説明する。

第２図は多層配線構造を有する半導体装置の概
略説明断面図である。

第２図において、トランジスタ、ダイオードな
どの素子が組込まれたシリコン基板１上に、第１
層配線体２と電気的に接続するための窓を有する
保護膜である二酸化ケイ素膜７が形成されてい
る。該保護膜上に形成された第１層配線２上に第
２層配線４を形成するために、層間絶縁層とし
て、たとえば燐ケイ酸ガラス（以下、PSGとい
う）からなる絶縁層８が化学気相成長法（CVD
法）により形成される。ついで全面にフオトレジ
ストが塗布され、フオトマスクを用いて露光現像
後、該フオトレジスト膜をマスクとしてプラズマ
エツチングにより窓あけし、絶縁層８に前記第１
層配線２に達するスルーホール６を形成する。そ
ののちフオトレジストを除去し、全面にアルミニ
ウム層を蒸着し、これをパターニングされたフオ
トレジストをマスクとしてドライエツチングする
ことにより選択的に除去し、第２図に示すような
絶縁層８を層間絶縁膜とし、第２層配線４がスル
ーホール６を通して第１層配線２と接続され、多
層配線構造を有する半導体装置が製造される。

かかる従来技術による半導体装置における無機
絶縁層は、平滑性が劣るため層の厚さを厚くする
必要があり、多層配線構造になるにつれ段差が累
積され、配線間で短絡が生じやすくなり、信頼性
に欠けるなどの問題がある。

前記のごとき問題を解決するため、有機高分
子、とくにポリイミド樹脂の熱硬化被膜を層間絶
縁膜として使用する方法（特公昭48−36988号、
同51−44871号、特開昭49−40077号、同52−
106679号、同54−33658号、同56−131949号の各
公報）が提案されているが、上下層との間の接着
力が充分でなく、この欠点を改善するためには上
下層の表面処理が必要であり、プロセスが煩雑と
なり、かつ段差被覆性も充分なものではない。

一方、無機高分子であるオルガノラダーポリシ
ロキサンは接着性、耐熱性、耐ドライエツチング
性が優れ、また低粘度であるために段差被覆性に
優れていることが知られている。しかしながら、
このような長所を有するオルガノラダーポリシロ
キサンにも、そのまま使用するばあいには熱硬化
樹脂であるためにポリイミドを用いるばあいと同
じように、オルガノラダーポリシロキサン硬化被
膜の微細加工のためにフオトレジストの使用が必
要であり、プロセスが煩雑である（特開昭56−
125855号、同56−125856号、同56−125857号の各
公報）。

〔発明の概要〕

本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の
層間絶縁膜として使用するときに通常上記のごと
き長所と欠点を有するオルガノラダーポリシロキ
サンの欠点を解消した光重合性オルガノラダーポ
リシロキサンを用いて、従来技術の問題点を解決
し、かつ大巾なプロセスの簡略化をはかるために
なされたものであり、半導体基板上に多層配線を
形成し、半導体装置を製造する方法において、半
導体基板上に形成された下層配線をおおう絶縁層
を 一般式(1)： （式中、ｎは２〜20の整数、R₁はフエニル基ま
たはメチル基、R₂、R₃、R₄およびR₅はそれぞれ
感光基または水素原子であり、かつR₂、R₃、R₄
およびR₅のうち２〜４個の基が感光基である）
で示す光重合性ラダー型オルガノシロキサン無機
高分子を用いて形成し、プリベーキングを行なつ
たのち、該絶縁層に所定のマスクを通して紫外線
を照射し、パターリングを行ない、ポストベーキ
ングをほどこし、ついで該絶縁層上に上層配線を
形成することを特徴とする半導体装置の製法に関
する。

〔発明の実施態様〕

本発明に用いる光重合性ラダー型オルガノシロ
キサン無機高分子は、式： （式中、ｎは２以上の整数を表わす）で示される
ラダー構造を有し、これらに、たとえばビニル
基、アクリロイル基、メタクロイル基、アクリル
アミド基、ビニルエーテル基、ビニルチオエーテ
ル基、ビニルアミノ基、グリシジル基などの感光
基が結合した化合物である。

前記光重合性ラダー型オルガノシロキサン無機
系高分子、ラダー構造であるがゆえに耐熱性に優
れ、またその分子鎖の剛直性のために、同程度の
分子量の他の直鎖状高分子と比較して粘度がいち
じるしく低くなる。

本発明に用いる光重合性ラダー型オルガノシロ
キサン無機高分子は、一般式(1)： （式中、ｎは２〜20の整数、R₁はフエニル基ま
たはメチル基、R₂、R₃、R₄およびR₅はそれぞれ
光重合性基または水素原子であり、かつR₂〜R₅
のうち２〜４個の基が感光基である）で示され、、
前記のごときラダー構造にもとづく特性である耐
熱性が良好で、分子量のわりには粘度が低い。な
お、一般式(1)において、ｎが２未満ではラダー構
造とはならず、また20をこえると加熱下において
も流動性が低下し、段差被覆性が充分でなくな
る。またR₂〜R₅が水素原子のばあいには末端が
水酸基となり、約250℃以上に加熱すると水酸基
間で脱水縮合反応がおこり、３次元化に寄与し、
かつシリコン半導体との接着力をさらに強くす
る。したがつてR₂〜R₅のうち、１〜２個は水素
原子である一般式(1)で示される化合物も本発明に
好ましく使用しうる。また該化合物が光重合性で
あり、かつ３次元構造を形成するためにはR₂〜
R₅のうち２〜４個は光重合性基であることが必
要である。またR₁がメチル基のばあいにはフエ
ニル基のばあいと比較して耐熱性に優れている
が、つぎのごとき工程で必要とされるプラズマ耐
性において劣る。すなわち層間絶縁膜形成後の第
２層の配線はアルミニウムを蒸着させたアルミニ
ウム膜を形成後、フオトレジストをマスクとして
塩素プラズマのエツチングによつて通常行なわれ
ているが、この過程で層間絶縁膜はプラズマに曝
されるため耐プラズマ性が良好なことが要求され
る。

本発明において、半導体上に形成された下層配
線をおおうために前記光重合性ラダー型オルガノ
シロキサン無機高分子が使用される。該光重合性
ラダー型オルガノシロキサン無機高分子は単独で
用いてもよいが、感光性架橋剤および（または）
光増感剤などを併用してもよく、これらを使用す
ると感光性が大巾に改善されうる。

前記感光性架橋剤としては、たとえば一般式： （式中、R₆はメチル基、エチル基、プロピル基
などの低級アルキル基、ｐおよびｒはそれぞれ１
〜３の整数である）で示されるα、ω位にメルカ
プトアルキル基を有するシロキサンオリゴマーや
一般式： N₃−R₇−N₃ （式中、R₇は２価の有機基である）で示される
ビスアジド類があげられ、具体例としては、たと
えば２，６−ジ（ｐ−アジドベンザル）−４−メ
チルシクロヘキサノンなどが用いられる。さらに
感光性架橋剤としては、ビスシリル化物、たとえ
ば１，４−ビス（ジメチルシリル）ベンゼンなど
があげられるが、これらに限定されるものではな
い。

前記光増感剤としては、たとえばＮ，Ｎ，N′，
N′−テトラメチル−４，4′−ジアミノベンゾフエ
ノン（ミヒラーケトン）などのケトン系化合物、
ベンゾキノンなどのキノン系化合物、３−メチル
−１，３−ジアゾ−１，９−ベンズアントロンな
どのようなアントロン系化合物などがあげられる
が、これらに限定されるものではない。

これらの感光性架橋剤、光増感剤などは、本発
明に用いる光重合性ラダー型オルガノシロキサン
無機高分子の光重合性基の種類によつて必要に応
じて用いられる。

つぎに本発明の方法を第１図にもとづいて説明
する。

本発明に用いる光重合性ラダー型オルガノシロ
キサン無機高分子またはこれに感光性架橋剤およ
び（または）光増感剤などを配合した組成物は、
通常、たとえばトルエン、キシレン、ｎ−ブチル
セロソルブアセテートなどの溶媒を用いて30重量
％程度の溶液としたのち、スピンナーなどを使用
して、第１図ａに示すように、半導体基板１上に
形成された第１層（下層）配線２をおおうように
塗布され、溶剤を除去し、120〜180℃×45〜75分
間程度の条件でプリベーキングが行なわれ、絶縁
層３が形成される。この過程で光重合性オルガノ
ラダーポリシロキサンまたはその組成物は流動
し、第１層配線層の段差は平坦化される。ついで
所定のパターンを有するフオトマスク５を介して
紫外線（hυ）が照射されたのち、イソブチルケ
トンなどの溶媒で未露光部を溶解し、第１図ｂに
示すようなスルーホール６が形成さる。そののち
350〜450℃×20〜40分間程度加熱すると、一部存
在する水酸基間で脱水縮合反応がおこり、３次元
化した無機高分子絶縁層３ａが形成される。最後
に無機高分子絶縁層３ａ上に、第１図ｃに示すよ
うに、通常の方法により第２層（上層）配線４が
形成される。

上記説明においては第１層配線と第２層配線と
の間の層間絶縁層を形成するばあいについて説明
したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、さらに上層の配線層間を絶縁するばあいにも
適用しうる。

また本発明に用いうる配線材料としては、たと
えばAl、Au、Ti、Ｗ、Ni、Cu、Ptなどを単独
または２種以上用いた合金などが用いられうる。

つぎに本発明の方法を実施例にもとづき説明す
る。

実施例 １ シリコン基板上に厚さ約0.8μｍのアルミニウム
層を通常の方法により所定の配線パターンに形成
した。ついで式： で示される分子量約1500の光重合性無機高分子の
トルエン30重量％溶液を調製した。えられた溶液
をスピンナーを用いて回転数約2000rpmで前記配
線パターンを形成したシリコン半導体上に、乾燥
時の膜厚が約1μｍになるように塗布した。その
のち60℃×30分間乾燥させ、さらに150℃×１時
間加熱した。ついで所定のパターンを有するフオ
トマスクを介して紫外線（超高圧水銀灯500w、
距離30cm）を10秒間照射したのちイソブチルケト
ンを用いて現像し、スルーホールを形成した。つ
ぎに400℃×30分間加熱したのちAl層を蒸着し
て、通常の方法により第２層配線を行なつた。

〔発明の効果〕

本発明においては、光重合性ラダー型オルガノ
シロキサン無機高分子を用いて多層配線構造を有
する半導体装置の層間絶縁膜を形成することによ
り、耐熱性、平坦性、接着性および耐プラズマエ
ツチング性に優れた層間絶縁膜を大巾に簡略化さ
れたプロセスにより製造することができる。その
結果、信頼性の高い多層配線構造を有する半導体
装置がえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により多層配線構造を有
する半導体装置を製造する工程の一実施態様を示
す説明図、第２図は従来法による多層配線構造を
有する半導体装置の説明図である。 （図面の符号） １：シリコン半導体基板、
２：第１層配線、３，３ａ：絶縁層、４：第２層
配線、５：フオトマスク、６：スルーホール、
７：二酸化ケイ素膜、８：絶縁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に多層配線を形成し、半導体装
   置を製造する方法において、半導体基板上に形成
   された下層配線をおおう絶縁層を 一般式(1)： （式中、ｎは２〜20の整数、R₁はフエニル基ま
   たはメチル基、R₂、R₃、R₄およびR₅はそれぞれ
   感光基または水素原子であり、かつR₂、R₃、R₄
   およびR₅のうち２〜４個の基が感光基である）
   で示す光重合性ラダー型オルガノシロキサン無機
   高分子を用いて形成し、プリベーキングを行なつ
   たのち、該絶縁層に所定のマスクを通して紫外線
   を照射し、パターニングを行ない、ポストベーキ
   ングをほどこし、ついで該絶縁層上に上層配線を
   形成することを特徴とする半導体装置の製法。 ２ 前記光重合性ラダー型オルガノシロキサン無
   機高分子が感光性架橋剤および（または）光増感
   剤とともに用いられる特許請求の範囲第１項記載
   の製法。