JPH0376717A - 有機珪素重合体、それを含む樹脂組成物及び該組成物を用いた半導体装置の製造方法 - 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〕 有機珪素重合体、それを含む樹脂組成物及び該組成物を
眉間絶縁膜として使用した半導体装置の製造方法に関し
、 半導体装置製造プロセスにおいて、半導体基板の表面を
平坦化することができる絶縁膜材料として酸化分解等に
より膜の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；並びに 絶縁膜に上下配線層間を接続するスルーホールを設ける
に際し、従来のよう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、そのまま絶縁膜として使用するこ
とができる感光性耐熱樹脂を提供することを目的とし、
一般式（Ｉ）： （Ｒ’５ｉｔｈｚｚ（Ｒ”）　Ｉ／□〕７・・・（１）
（式中、Ｒ１は５％以上がエポキシ基で、残りは低級ア
ルキル基を表し、Ｒ２はアリーレン基を表し、モしてｎ
は１０〜５０００の整数を表す）により表され、、そし
てｎは１０〜５ｏｏｏｏｏの重量平均分子量を有する有
機珪素重合体並びにこの有機珪素重合体もしくはこれに
残存するシラノール基の水素原子が式：　（Ｒ）　ｚｓ
ｉ　　（式中、Ｒは同−又は異なっていてもよい低級ア
ルキル基、アリール基又はエポキシ基を表す）で示され
るトリオルガノシリル基により置換されている有機珪素
重合体又はこれらにビスアジドを配合して樹脂組成物を
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、有機珪素重合体、それを含む樹脂組成物及び
当該組成物を層間絶縁膜として使用した半導体装置の製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年の半導体の高集積化に伴なって単位素子の微細化、
配線の微細化や多層化などが行われている。

従来、半導体の眉間絶縁膜としてポリシルアリ＝レンシ
ロキサンを用いる方法が知られていることは周知の通り
である（例えば特開昭６２−１４９７２号公報参照）、
また、側鎖にビニル基又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も知られている。しかしなが
ら、ビニル基又はアリル基などの不飽和二重結合を有す
る側鎖は耐熱性が低く、２００〜３００″Ｃで熱酸化分
解を起こしてしまうために、こ゛の除虫じる膜の歪のた
めに５０００人程度０薄膜でもクラックを生じてしまう
と言う問題がある。

一方、従来から行われている、化学気相成長（ＣＶＤ）
法等により無機膜を形成する方法では、凹凸を有する半
導体基板表面に絶縁膜を形成した場合、膜の表面に下地
の凹凸がそのままあられれている。このため、その絶縁
膜の上に形成される上層配線の断線や絶ｌ１ｌＩ！Ｊの
絶縁不良の原因となる。

従って、下地の凹凸を平坦化することができる絶縁膜の
使用は不可欠である。

そのため、無機絶縁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て平坦面を得た後、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
ングを同時に行なって平坦な無機膜を得るバイアススパ
ッタ法などが提案されてきた。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絶縁膜
を得る方法も提案されている。しかしながら、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
ホールを形成するために、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るから絶
縁膜形成工程として多くのステップを必要とするという
問題を生ずる。

前記したような理由から、パターン形成の可能な耐熱性
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当業界において望まれてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の課題は、上記したような半導体装置製
造プロセスにおいて、半導体基板の表面を平坦化するこ
とができる絶縁膜材料として、酸化分解等により膜のク
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。

本発明の課題は、また、絶縁膜に上下配線層間を接続す
るスルーホールを設けるに際し、従来のようにレジスト
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、そのまま
絶縁膜として使用することができる感光性で耐熱性に優
れた樹脂組成物を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した課題は、本発明によれば、−数式（）： ％式％（） （式中、Ｒ１は、５モル％以上がエポキシ基で、残りは
例えば炭素数１〜５の低級アルキル基（例えばメチル基
、エチル基、プロピル基、ブチル基など）を表し、Ｒ１
はアリーレン基（例えばｐ−フェニレン、ｍ−フェニレ
ン、ｐ−トリレン）ヲ表し、モしてｎは１０〜５０００
の整数を表す）により表され、、そしてｎは１０〜５０
００００の重量平均分子量を有する有機珪素重合体、あ
るいは、この式（Ｉ）の有機珪素重合体に残存するシラ
ノール基の水素原子が式：　（Ｒ）　３ｓｔ−（式中、
Ｒは同一もしくは異なっていてもよい低級アルキル基、
アリール基又はエポキシ基を表す）で示されるトリオル
ガノシリル基により置換されている有機珪素重合体を半
導体装置の絶縁膜材料として用いることにより解決する
ことができる。

本発明による有機珪素重合体は感光性で耐熱性に優れ前
記した多層配線の眉間絶縁膜として有用である。すなわ
ち、側鎖にエポキシ基を有する有機珪素重合体は、不飽
和二重結合を有する置換基に比べて優れた耐熱性を有し
ている。また、エポキシ基を有するジルアリーレン樹脂
ｉよ紫外線照射によりネガ型のパターン形成が可能であ
る。これを利用して本発明ではスルーホールを自己形成
可能な絶縁材料として側鎖にエポキシ基を有するアリー
レンシロキサン重合体を用いる。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。上記有機
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、塗布後溶剤乾燥後パターン形成して
眉間絶縁膜とする。

このため、本発明によれば、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。

〔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することができ、しかも紫外
線照射によりスルホールを開口することができる感光特
性をもつ絶縁膜材料として、前記−数式（１）で表され
る特定の有機珪素重合体、ジルアリーレンシロキサン樹
脂を使用する。これは、エポキシ基はビニル基やアリル
基などの不飽和二重結合を有する側鎖に比して耐熱性が
高く、また紫外線照射によりネガ型のパターン形式が可
能であるという特徴を有するからである。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
定はないが、実用的にはｐ−またはｍ−フェニレンの使
用が望ましい。また、分子鎖中のジルアリーレン結合と
シロキサン結合の比は、特に限定はないが、耐熱性の面
から２５モル％以上のジルアリーレン結合を含むのが望
ましい。

このような物質を使用して得られた有機珪素重合体を層
間絶縁膜として使用する場合は、従来のビニル基やアリ
ル基などの不飽和二重結合の側鎖を有するジルアリーレ
ン樹脂を用いた場合に比べて酸化に対する耐性が１００
℃程度向上する。

次に、本発明者等はアルミ配線等の熱膨張係数の大きな
配線材料上で樹脂組成物を使用することに鑑み、上記の
有機珪素重合体に柔軟性を付与する方法として、前記−
数式（１）で表わ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
樹脂を樹脂組成物中に配合することにより、シラノール
の置換により熱処理後の架橋密度が低下し、膜の柔軟性
が増すためか、所望の結果を得ることに成功した。

以上の様に、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することができ、紫外線照射によ
りスルーホールパターンを形式することができ、しかも
耐熱性及び耐クラツク性に優れた層間絶縁膜を形成する
ことが可能となった。

〔実施例〕

以下に、本発明をその好ましいいくつかの実施例により
具体的に説明する。

１　″　のム 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、撹拌しなが
ら、これに１，４−ビス（エボキシジメトキシシリル）
ベンゼン５ｇと１．４−ビス（メチルジメトキシシリル
）ベンゼン５ｇとをテトラヒドロラフン５０ｃｃに溶解
した溶液を滴下した。滴下終了後に反応混合物を還流温
度まで昇温して３時間反応させた０反応終了後、メチル
イソブチルケトン２００ｃｃを添加して共沸蒸留により
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、５０００ｒｐ＋ｗ。

４５ｓの条件下に１．５μｍ厚に塗布可能となる様に調
整した。

また、反応末端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
。ことにより得た。

２　　　　の　　　　　への 半導体素子を形成し、かつ第一層目のＰｏ１ｙ−５ｉ配
線を施したシリコン基板上（Ｐｏｌｙ−ｓｉ配線の厚さ
は１μｍ、最小線間隔は１．２μｍ）にスピンコード法
により５０００ｒｐｍ＋、　４５ｓの条件で樹脂膜（Ｓ
ｉ平板上で１．５μｍ厚に塗布可能）を形成した。塗布
後、８０℃で２０ｍ１ｎ熱処理し溶剤乾燥を行った後、
Ｄｅｅｐ−ＵＶ光（２３０〜２６０　ｎｍ）で照射し、
有機溶剤（メチルイソブチルケトンとメタノールの１：
２混合液）で現像することにより、２μｍ角のスルーホ
ールを形成した０次いで、窒素気流下４００℃で１時間
の熱処理を施し絶縁膜を形成した。得られた絶縁基板表
面の段差は約０．２μｍであり、配線により生じた１μ
ｍの段差は平坦化されていた。

以上のように形成した絶縁膜上にさらに第二層目のＰｏ
１ｙ−５ｉ配線を施し、順次同様の工程で４層配線を形
成した。形成した多層配線には、全くクランクの発生は
みられなかった。

氾 前記例２と同様にしてスルーホールを形成し、熱処理を
施して絶縁膜を形成した。形成された絶縁膜上にさらに
第二層目のＰｏ１ｙ−５ｉ配線を施し、順次同様の工程
で４層配線を形成した。この半導体装置は、５００回も
の一り０℃→３５０℃の熱サイクル試験を施したがクラ
ックの発生は全くみられなかった。

４　　　シ　ル　した 半導体素子を形成し第一層目の／ｌ配線を施したシリコ
ン基板上（Ａｌ配線の厚さは１μｍ１最小線間隔は１．
２μｍ）にスピンコード法により５０ＱＱｒｐｍ、　４
５ｇの条件で樹脂膜（Ｓｉ平板上で２μｍ厚に塗布可能
）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、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光（２３０〜２６
０ｎｍ）で照射を行い、有機溶剤（メチルイソブチルケ
トンとメタノールの１：１混合液）により現象すること
によって２μｍ角のスルーホールを形成した０次いで、
これに、窒素気流下４００℃で１時間の熱処理を施し、
絶縁膜を形成した。

得られた絶縁基板表面の段差は、約０．１ｔＩｍであり
、配線により生じた１μｍ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
Ａｆ配線を施し、順次同様の工程で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。また、この半導体装置は、ＳＯＯ回もの一５
０°Ｃ→３５０°Ｃの熱サイクル試験を施したが、これ
にもクラックの発生は全くみられなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る感光性耐熱樹脂を用
いて半導体装置の眉間絶縁膜を形成すると、樹脂の持つ
平坦化機能、紫外線照射によるスルーホールパターン形
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、形成された絶縁膜は、その後の熱処理によ
りクラックを生じ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
コストも低減することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式（ I ）： 〔Ｒ＾１ＳｉＯ＿２＿／＿２（Ｒ＾２）＿１＿／＿２〕
   ＿ｎ…（ I ）（式中、Ｒ＾１は５％以上がエポキシ基
   で、残りは低級アルキル基を表し、Ｒ＾２はアリーレン
   基を表し、そしてｎは１０〜５０００の整数を表す）に
   より表され、かつ３０００〜５０００００の重量平均分
   子量を有する有機珪素重合体。 ２、請求項１に記載の有機珪素重合体に残存するシラノ
   ール基の水素原子が式：（Ｒ）＿３Ｓｉ−（式中、Ｒは
   同一もしくは異なっていてもよい低級アルキル基、アリ
   ール基又はエポキシ基を表す）で示されるトリオルガノ
   シリル基により置換されている有機珪素重合体。 ３、請求項１又は２に記載の有機珪素重合体を含んでな
   る樹脂組成物。 ４、ビスアジドを更に含んでなる請求項３に記載の樹脂
   組成物。 ５、請求項３又は４に記載の樹脂組成物を半導体装置の
   多層配線層間絶縁膜として用いることを特徴とする半導
   体装置の絶縁膜形成方法。