JPH0343455A - 感光性耐熱樹脂組成物および半導体装置 - 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〕 感光性耐熱樹脂組成物に関し、 多層配線構造をもった半導体装置において層間絶縁膜と
して有利に用いることのできる感光性耐熱樹脂組成物を
提供することを目的とし、次の一般式（Ｉ）； ［ＲＩＳｉＯｇｚ□（Ｒｇ）＋／□］ｆｉ　　　　　（
Ｈ（上式において、Ｒ９はその２０％以上が水酸基含有
の置換基であり、その残りは低級アルキル基であり、Ｒ
２はアリーレン基を表し、そしてｎは１０〜ｓ、ｏｏｏ
の整数を表す）により表され、かつ３，０００〜５，０
００，０００の重量平均分子量を有する有機珪素重合体
にキノンジアジド化合物が添加されてなるように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は感光性耐熱樹脂組成物に関する。本発明の樹脂
＆ｌｌ初物、多層配線構造をもった半導体装置を製造す
るに際して有利に用いることができ、下地段差を平坦化
しつつ優れた絶縁性を有しかつクラックの発生を伴なわ
ずに層間絶縁膜を提供し得るので、装置の信頼性を高め
ることができる。

本発明はまた、上記のような感光性耐熱樹脂組成物を使
用した半導体装置にも関する。

（従来の技術〕 周知の通り、半導体の高集積化に伴い単位素子の微細化
、配線の微細化や多層化が行われており、また、この多
層配線の層間絶縁膜として、いろいろな有機珪素重合体
の使用が提案されている。例えば、本発明者らは、半導
体の層間絶縁膜としてポリシルフェニレンシロキサンを
用いる方法を先に発明し、特許出願した（特願昭６３−
４３２８７号参照）。

また、側鎖にビニル基あるいはアリル基をもつ樹脂でネ
ガ型のパターンを形成する方法についても知られている
。しかしながら、従来のビニル基あるいはアリル基など
を用いたネガ型のパターン形成方法は、有Ｊａ、溶剤を
用いるために樹脂の膨潤により解像性の低下を伴い２−
以下のスルーホールの形成が困難であった。さらに、ビ
ニル基あるいはアリル基は耐熱性が低いために２００〜
３００°Ｃで熱酸化分解を生してしまうためにこの時生
じる膜の歪のために薄膜でもクラックを生じてしまうと
いう問題がある。

一方、従来から行われている無機膜をＣＶＤ（ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によ
り形成する方法では、凹凸を有する半導体基板表面に絶
縁膜形成を行った場合、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
配線の断線や絶縁膜の絶縁不良の原因となる。したがっ
て、下地の凹凸を平坦化可能な絶縁膜の使用は不可欠と
なっている。

そこで、無機膜表面を平坦化する方法として樹脂をスピ
ンコード法により塗布し平坦面を得た後、樹脂と無機膜
のコントロールエツチングを行い平坦な無機膜を得るエ
ッチバック法、無機膜の堆積と凸部のエツチングを同時
に行い平坦な無機膜を得るバイアススパッタ法などの検
討が行われてきた。また、樹脂をスピンコード法により
塗布し、これを加熱硬化させて平坦なりＡ縁膜を得る方
法が検討されている。しかしながら、これらのいずれの
方法を用いても、上下配線層間を接続するためのスルー
ホールの形成には、絶縁膜上にレジストのパターンを形
成して絶縁膜をエツチングする必要があり絶縁膜形成工
程として多くのステップを必要とする。

このような理由から、パターン形成可能な耐熱樹脂材料
を半導体の絶縁膜材料として使用する多層配線の形成方
法の確立が望まれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、上記したように半導体基板表面の平坦
化が可能なｗＡ縁膜材料として半導体製造プロセスにお
いて酸化分解等により膜にクラックを生じることなく使
用可能な耐熱性に優れた樹脂材料を提供することにある
。

また、絶縁膜に上下配線層間を接続するスルーホールを
、従来の様にレジストを用いてパターンの形成を行い、
さらにこれをマスクとして絶縁膜をエツチングして形成
するのではなく、紫外線照射によりスルーホールの形成
を行った後にそのまま絶縁膜として使用可能な感光性耐
熱樹脂を提供することにある。

要するに、本発明は、多層配線構造をもった半導体装置
において層間絶縁膜として有利に用いることのできる感
光性耐熱樹脂組成物を提供することを主たる目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的は、本発明によれば、次の一般式（）： ％式％（１） （上式において、Ｒ＋　はその２０％以上が水酸基含有
の置換基、例えばフェノール基などであり、その残りは
低級アルキル基、例えばメチル基、エチル基などであり
、Ｒ２はアリーレン基を表し、そしてｎはｌＯ〜５，０
００の整数を表す）により表され、かつ３，０００〜５
，０００，０００の重量平均分子量を有する有機珪素重
合体にキノンジアジド化合物が添加されてなることを特
徴とする感光性耐熱樹脂組成物によって達成することが
できる。

また、本発明によれば、記載の感光性耐熱樹脂組成物で
あって、前記有機珪素重合体中に残存するシラノール基
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は同一もしくは異なっていてもよく
、それぞれ低級アルキル基、アリール基またはヒドロキ
シアリール基を表す）によって置換されていることを特
徴とする感光性耐熱樹脂組成物も提供される。

さらにまた、本発明によれば、記載の感光性耐熱樹脂組
成物からなる層間絶縁膜を有することを特徴とする多層
配線構造をもった半導体装置が提供される。

半導体装置において、多層配線の層間絶縁膜として本発
明による感光性耐熱樹脂が有用である。

すなわち、側鎖にフェノール基を有する有機珪素重合体
は、優れた耐熱性を有しているばかりでなく、アルカリ
水溶液に可溶であるためにキノンジアジドとの混合系と
して用いることにより、紫外線照射によりポジ型のパタ
ーン形成が可能である。

これを利用して、スルーホールを自己形成可能な絶縁材
料として側鎖にフェノール基を有する有機珪素重合体を
用いる。この方法を用いると、半導体の多層配線を容易
に行うことができる。すなわち、有機珪素重合体をＩＣ
，ＬＳＩ等の多層配線を形成するに際して、スピンコー
ド法により成膜することにより、下地段差を平坦化でき
、塗布および溶剤乾燥後パターン形成して層間絶縁膜と
する。

このことによって、従来のレジストを用いてスルーホー
ルを形成する方法に比べて製造工程の簡素化が可能であ
り、装置の信頼性も高めることができる。また、側鎖に
フェノール基を有する有機珪素重合体は、アルカリ水溶
液に可溶であるため、膨潤のなく解像性に優れており微
細加工に通した樹脂である。

本発明において有利に用いることのできる有機珪素重合
体の例としては、以下の例に限定されるわけではないけ
れども、 （式中のｎは整数） などがある。

また、有機珪素重合体に混合して有利に用いることので
きるキノンジアジド化合物の例としては、０−ナフトキ
ノンジアジド、Ｏ−ナフトキノンジアジドスルホン酸エ
ステルなどがある。これらのビスアジド化合物は、一般
に、有機珪素重合体の重量を基準にして約５〜ｌＯ％の
看で用いるのが好ましい。

（作　用〕 本発明によれば、半導体デバイスの形成にあたって酸化
分解を生じることなく使用可能でしかも紫外線露光より
ポジ型の感光特性の得られる絶縁膜材料として、次式： ％式％（１） で表され、Ｒ１の少なくとも２０％以上がフェノール基
でありアルカリ水溶液に可溶な耐熱樹脂材料とビスアジ
ドからなる感光性耐熱樹脂の使用が提案される。この理
由は、フェノール性水酸基を有するアルカリ可溶の樹脂
とキノンジアジドからなる組ｒｆ７．物は、紫外線照射
によりポジ型のパターン形成が可能であり、解像性にも
優れているという特徴を有するからである。また、パタ
ーン形成後に熱処理を施すことによりキノンジアジドを
膜から除去することができるので、熱処理後の絶縁膜は
耐熱性に優れたポリシルアリーレン樹脂からなる膜とな
る。

ここで、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が、実用的にはｐ−またはｍ−
フェニレンが望ましい。また、分子鎖中のシルアＩＪ−
レン結合とシロキサン結合の比は、いずれであってもか
まわないが、耐熱性の面から２５％以上のジルアリーレ
ン結合を含むことが望ましい。

このような材料を使用して得た有機珪素重合体を層間絶
縁膜として使用する場合は、従来のシロキサン結合のみ
からなる樹脂に比べて耐熱性の向上が見られ、酸素中で
加熱しても５００°Ｃ以上まで熱酸化分解されることは
ない。

次に、本発明者等は、アルミ配線等の熱膨張係数の大き
な配線材料上で使用することを鑑みて上記の有機珪素重
合体に柔軟性を付与する方法として、一般式（１）で表
される有機珪素重合体に残存するシラノール基の水素原
子をトリオルガノシリル基で置換した樹脂の使用を提案
する。この理由は、シラノールを置換することにより、
熱処理後の架橋密度が低下し、膜の柔軟性が増すからで
ある。

以上のように、本発明によればスピンコード法により基
板表面の段差を平坦化可能であり、紫外線露光により微
細なスルーホールパターンを形成可能で、しかも耐熱性
・耐クラツク性に優れた層間絶縁膜の形成が可能となる
。

［実施例］ 引き続いて、本発明をいくつかの実施例により具体的に
説明する。

廻−土： 樹脂の合成 ３００ｃｃの四つロフラスコにメチルセロソルブ１００
ｃｃおよびイオン交換水３０ｃｃを仕込み、これに撹拌
しながら１．４−ビス（ｐ−ヒドロキシフェニルジメト
キシシリル）ベンゼン１０ｇをテトラヒドロフラン５０
ｃｃに溶解した溶液を滴下した。滴下終了後に還流温度
まで昇温して３時間反応させた。反応終了後メチルイソ
ブチルケトン２００ｃｃを添加して共沸により系から水
を除去した。得られた樹脂溶液は、エチルセロソルブア
セテートを加えることにより濃度補正を行い、５０００
ｒｐｍ、　４５ｓの条件で１、５　ｔｓ＋厚に塗布可能
となる様に調整した。また、末端反応基をトリメチルシ
リル置換した樹脂は、系内から水を除去した後にピリジ
ンとジメチルフェニルクロロシランを添加して７０°Ｃ
で２時間シリル化することにより得られた。得られた樹
脂は、その分析から、ポリ（ジ−ｐ−ヒドロキシフェニ
ル）シルフェニレンシロキサンであることが１ｌｌｉ　
ｊＥされた。

狙−１ 感光性耐熱樹脂組成物の調製 前記例１において合成した樹脂３０ｇをエチルセロソル
ブ１００ｄに溶解し、さらにこの溶液にＯ−ナフトキノ
ンジアジド３ｇを添加した。目的とする樹脂溶液が得ら
れた。

狙−エ 層間絶縁膜の形成 前記例２で得た樹脂溶液から樹脂膜を形成した。

すなわち、半導体素子を形成し第一層目のポリシリコン
配線を施したシリコン基板上（配線の厚さは１ｎ、最小
線間隔は１．２μｍ）にスピンコード法により５０００
ｒｐｍ、　４５ｓの条件で樹脂膜を形成した。

塗布後、８０°Ｃで２０分間熱処理し溶剤乾燥を行った
後、紫外線（ｇ線）照射を行い、アルカリ現像液により
現像することにより１μｍ角のスルーホールを形成した
。次いで、４００°Ｃで１時間の熱処理を施し膜から残
存する０−ナフトキノンジアジドを除去し絶縁膜を形成
した。このとき、基板表面の段差は、約０．２　ｕｍで
あり、配線により生じた１７ｚｎ＋の段差は平坦化され
ていた。以上のようにして形成した絶縁膜上にさらに第
二層目のポリシリコン配線を施し、順次上記と同様の工
程で４層配線を形成した。形成した多層配線には、全く
クラックの発生はみられなかった。

員−土 前記例３と同様にしてスルーホールの形成まで行った後
に、さらに紫外線（ｇ線）照射を行い膜から残存する０
−ナフトキノンジアジドを除去し絶縁膜を形成した。次
いで、４００’Ｃで１時間の熱処理を施し硬化膜を形成
した。形成した絶１！膜は、基板表面の段差を約０．２
−まで平坦化していた。

以上のようにして形成した絶縁膜上にさらに第二層目の
ポリシリコン配線を施し、順次上記と同様の工程で４層
配線を形成した。この半導体装置は、５００回におよぶ
一５０°Ｃ→３５０’Ｃの熱サイクルを施してもクラン
クの発生はみられなかった。

〔発明の効果〕

本発明による感光性耐熱樹脂組成物を用いて半導体装置
の層間絶縁膜を形成すると、樹脂のもつ平坦化機能、紫
外線照射によるポジ型パターン形成機能、高耐熱性など
を利用して絶縁膜の形成が可能となる。また、形成した
絶縁膜は、その後の熱処理によりクラックを生しること
なく使用できる。これにより、半導体の多層配線形成工
程の簡略化が可能であり、製造コストの低減もはかれる
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の一般式（ I ）： ［Ｒ＿１ＳｉＯ＿２＿／＿２（Ｒ＿２）＿１＿／＿２］
   ＿ｎ（ I ）（上式において、Ｒ＿１はその２０％以上
   が水酸基含有の置換基であり、その残りは低級アルキル
   基であり、Ｒ＿２はアリーレン基を表し、そしてｎは１
   ０〜５，０００の整数を表す）により表され、かつ３，
   ０００〜５，０００，０００の重量平均分子量を有する
   有機珪素重合体にキノンジアジド化合物が添加されてな
   ることを特徴とする感光性耐熱樹脂組成物。 ２、請求項１に記載の感光性耐熱樹脂組成物であって、
   前記有機珪素重合体中に残存す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は同一もしくは異なっていてもよく
   、それぞれ低級アルキル基、アリール基またはヒドロキ
   シアリール基を表す）によって置換されていることを特
   徴とする感光性耐熱樹脂組成物。 ３、請求項１に記載の感光性耐熱樹脂組成物からなる層
   間絶縁膜を有することを特徴とする多層配線構造をもっ
   た半導体装置。