JPH06151612A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH06151612A
JPH06151612A JP29523092A JP29523092A JPH06151612A JP H06151612 A JPH06151612 A JP H06151612A JP 29523092 A JP29523092 A JP 29523092A JP 29523092 A JP29523092 A JP 29523092A JP H06151612 A JPH06151612 A JP H06151612A
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JP
Japan
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substrate
film
layer
resin
forming
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP29523092A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoko Kobayashi
倫子 小林
Shunichi Fukuyama
俊一 福山
Yoshiyuki Okura
嘉之 大倉
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06151612A publication Critical patent/JPH06151612A/en
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form an inter layer insulating film adhering closely to a backing resin film by forming a flattening resin layer on a substratum wiring layer with organic silicon polymer used and also forming a layer insulating layer on the resin layer by the vacuum evaportion of ion beam assist to flatten a difference in level which is caused by a multilayer inter connection process. CONSTITUTION:The methanol solution of siniphenylene resin powder is applied by a spin-coat method to a silicon substrate 3 having the aluminum wiring of the first layer applied to. The substrate 3 provided with a resin layer is fixed in a dome 2 located within vacuum tank 1, and Ar ion beams from an ion gun 5 are applied to the substrate 3 to perform the bombardment of the surface of the substrate for clean-up. Next, light from a halogen lamp 7 is applied to the substrate 3, and after the temperature of the surface of the substrate is set at 300 deg.C, oxygen gas is introduced into the vacuum tank 1. Also, Ar gas is introduced into a gas control unit 10 and SiO2 is deposited on the substrate 3 from an evaporation source 4 which is heated by an electron gun with the Ar ion beams being applied to the substrate 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関する。より詳しく言えば、本発明は、複数の配線層
とそれらの間に配置された層間絶縁膜とから構成される
多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring structure including a plurality of wiring layers and an interlayer insulating film arranged between them.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のIC,LSI等の集積度の高い半
導体装置においては、集積度の向上に伴い、素子形成後
の表面段差が大きくなるとともに、配線の微細化による
配線容量の低下を防ぐために配線を厚くする必要にせま
られる結果として、配線後の段差も激しくなる傾向があ
る。このため、第N層配線を施した後に絶縁膜を介して
第N+1層配線を施して多層配線を形成する上で、優れ
た平坦性が得られる層間絶縁膜の形成が必要となってい
る。
2. Description of the Related Art In recent semiconductor devices having a high degree of integration such as IC and LSI, the surface step after element formation is increased with the increase in the degree of integration, and the reduction of the wiring capacity due to the miniaturization of wiring is prevented. As a result of the necessity of thickening the wiring for wiring, the step difference after the wiring tends to be severe. For this reason, it is necessary to form an interlayer insulating film that provides excellent flatness when forming the N + 1th layer wiring through the insulating film and then forming the multilayer wiring after forming the Nth layer wiring.

【0003】従来、層間絶縁膜の材料としては、二酸化
ケイ素、窒化ケイ素、PSG等の無機材料、あるいはポ
リイミド、シリコーン樹脂などの有機系高分子絶縁材
料、又は、これらの無機材料と有機系高分子材料との積
層体が用いられてきた。
Conventionally, as materials for the interlayer insulating film, inorganic materials such as silicon dioxide, silicon nitride and PSG, organic polymer insulating materials such as polyimide and silicone resin, or these inorganic materials and organic polymers are used. Laminates with materials have been used.

【0004】半導体装置の製造における多層配線工程で
は、素子間に配線を施した半導体基板表面は配線による
凹凸により段差を有するので、これを下地としてその上
に化学気相成長(CVD)法等によって無機膜を層間絶
縁膜として形成すると、この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。この凹凸は、その上に
形成される上層配線の断線や絶縁不良の原因となる。従
って、凹凸を有する下地上に形成した層間絶縁膜が基板
表面を平坦になしうることが望まれていた。そこで、エ
ッチバック法、バイアススパッタ法等の絶縁膜製造プロ
セス上から平坦面を得る方法と、樹脂をスピンコート法
により成膜して平坦な絶縁膜を得る方法が検討されてき
た。
In the multi-layer wiring process in the manufacture of a semiconductor device, since the surface of the semiconductor substrate having wiring between elements has steps due to the unevenness of the wiring, this is used as a base and chemical vapor deposition (CVD) method or the like is used as the base. When an inorganic film is formed as an interlayer insulating film, the surface of the interlayer insulating film reproduces the unevenness of the base as it is. The irregularities cause disconnection of upper layer wiring formed thereon and insulation failure. Therefore, it has been desired that the interlayer insulating film formed on the base having irregularities can make the surface of the substrate flat. Therefore, a method of obtaining a flat surface from an insulating film manufacturing process such as an etch back method or a bias sputtering method, and a method of obtaining a flat insulating film by forming a resin by a spin coating method have been studied.

【0005】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。また、従来から用いられてきたシリコーン系ハー
ドコート材料は、硬化後にシリコン酸化膜に近い低熱膨
張率の材料となり、硬化反応による膜の内部歪と熱衝撃
とによりクラックが発生しやすいため、薄膜でしか使用
できず、そのためこの材料で形成された膜は電気的絶縁
性が低いという問題がある。一方、ポリイミド樹脂やケ
イ素樹脂などは、400℃程度の温度で有機基が酸化さ
れたり、熱分解されたりして、膜の歪によりクラックが
発生するという欠点を有している。
Among these methods, the resin coating method which is simple in process requires that the resin is coated and then heat-cured. In addition, the conventionally used silicone-based hard coat material becomes a material with a low coefficient of thermal expansion close to that of a silicon oxide film after curing, and cracks easily occur due to internal strain and thermal shock of the film due to the curing reaction. However, there is a problem in that a film formed of this material has low electrical insulation. On the other hand, polyimide resin, silicon resin and the like have a drawback in that organic groups are oxidized or thermally decomposed at a temperature of about 400 ° C. and cracks are generated due to strain of the film.

【0006】このように、有機系高分子材料を集積度の
進んだ半導体装置の多層配線の層間絶縁膜材料として単
独で使用するのは難しいことである。そこで、平坦化層
としての樹脂膜の上に更にSiO2 などの無機材料膜を
形成して層間絶縁膜とする方法が検討されており、この
無機材料膜の形成のためには真空蒸着法やプラズマCV
D法が用いられている。
As described above, it is difficult to use the organic polymer material alone as the material for the interlayer insulating film of the multi-layered wiring of the semiconductor device with a high degree of integration. Therefore, a method of further forming an inorganic material film such as SiO 2 on the resin film as the flattening layer to form an interlayer insulating film has been studied. For forming this inorganic material film, a vacuum evaporation method or Plasma CV
Method D is used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】真空蒸着法では、形成
された膜に一般にピンホールが生じやすいので、SiO
2 のような高融点の無機物を十分な電気的絶縁性を持つ
膜とするためには樹脂膜の付いた基板を高温にし、膜厚
を1μm以上としなければならない。そのために、真空
蒸着法では膜の作製に時間がかかり、集積回路の熱伝導
特性を低下させ、特性劣化を招くなどの問題が生じてい
る。
In the vacuum deposition method, formation is performed.
In general, pinholes are likely to occur in the formed film, so
2Insulates high-melting inorganic materials such as
To form a film, heat the substrate with the resin film to a high temperature
Must be 1 μm or more. For that, the vacuum
It takes time to form a film by the vapor deposition method, and the heat conduction of the integrated circuit
There are problems such as deterioration of characteristics and deterioration of characteristics.
It

【0008】一方、プラズマCVD法では、真空蒸着法
に比べて緻密なSiO2 膜が得られるためSiO2 膜厚
は数千Åでよいものの、膜形成時に印加されるプラズマ
によって下地である樹脂膜が酸化されてしまう結果平坦
化層にクラックが生じてしまったり、無機膜と緻密でな
い樹脂膜との密着性が低いため、後の上部層形成工程で
必要な高温加熱、エッチング等の処理の際に無機膜が樹
脂膜から剥がれてしまう等の問題があった。
On the other hand, in the plasma CVD method, a dense SiO 2 film can be obtained as compared with the vacuum vapor deposition method, so that the SiO 2 film thickness may be several thousand Å, but the resin film as the base film is formed by the plasma applied during the film formation. When the flattening layer is cracked as a result of being oxidized, the adhesiveness between the inorganic film and the non-dense resin film is low. In addition, there is a problem that the inorganic film is peeled off from the resin film.

【0009】本発明は、これらの諸問題を解決して、半
導体装置の多層配線工程で生じる段差の平坦化が可能で
あるとともに、平坦化用下地樹脂膜にクラック等を生じ
させることなく、且つその下地樹脂膜上にSiO2 のよ
うな無機材料膜を十分に密着させて形成して層間絶縁膜
を作製することができる半導体装置の製造方法を提供
し、信頼性の高い半導体装置の製造を可能にするのを目
的とする。
According to the present invention, these problems can be solved to flatten a step generated in a multi-layer wiring process of a semiconductor device, without causing cracks or the like in the flattening base resin film, and Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which an inorganic material film such as SiO 2 is sufficiently adhered to the base resin film to form an interlayer insulating film, and a highly reliable semiconductor device is manufactured. The purpose is to enable.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、複数の配線層とそれらの間に配置された層間
絶縁膜とから構成される多層配線構造を有する半導体装
置の製造方法であって、下層配線層上に有機ケイ素重合
体により平坦化用樹脂層を形成し、次いでこの樹脂層上
に、イオンビームアシストによる真空蒸着又は高周波励
起によるイオンプレーティングによって無機材料膜を形
成して層間絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とす
る。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring structure composed of a plurality of wiring layers and an interlayer insulating film arranged between them. Then, a planarizing resin layer is formed of an organosilicon polymer on the lower wiring layer, and then an inorganic material film is formed on the resin layer by vacuum deposition by ion beam assist or ion plating by high frequency excitation. The method is characterized by including a step of forming an interlayer insulating film.

【0011】本発明の方法においてイオンビームアシス
トによる真空蒸着で無機材料膜を形成する際には、被蒸
着基板表面の電荷をニュートラライザにより中和しても
よい。また、無機材料膜を高周波励起によるイオンプレ
ーティングで形成する際には、イオンビームアシストを
行ってもよい。
In the method of the present invention, when the inorganic material film is formed by ion beam assisted vacuum evaporation, the charge on the surface of the substrate to be evaporated may be neutralized by a neutralizer. Further, when forming the inorganic material film by ion plating by high frequency excitation, ion beam assist may be performed.

【0012】平坦化用の下層を形成するために用いられ
る有機ケイ素重合体は、耐熱性を有するとともに、下地
配線層の表面段差を良好に平坦化することができるよう
に熱硬化の際に低温で溶融する性質を有し、熱衝撃によ
るクラックが発生しにくいものであることが望ましい。
このような有機ケイ素重合体の代表的なものはシルフェ
ニレン樹脂(ポリシルフェニレンシロキサン)である。
シルフェニレン樹脂は、ケイ素原子が酸素原子を介し、
またフェニレン基を介して結合された網状構造の高分子
物質であって、下記一般式で表される。
The organosilicon polymer used for forming the lower layer for flattening has heat resistance, and at the time of thermosetting at low temperature so that the surface step of the underlying wiring layer can be well flattened. It is desirable that it has a property of melting at 1, and is unlikely to cause cracks due to thermal shock.
A typical example of such an organosilicon polymer is a silphenylene resin (polysilphenylene siloxane).
Silphenylene resin has a silicon atom through an oxygen atom,
Further, it is a polymer substance having a network structure which is bonded via a phenylene group, and is represented by the following general formula.

【0013】[0013]

【化1】 [Chemical 1]

【0014】この式において、R1 は互いに他と同一で
あってもよく相異なっていてもよく、それぞれ低級アル
キル基又はフェニル基を表し、R2 はトリオルガノシリ
ル基を表す。また、nは、この有機ケイ素重合体の重量
平均分子量が5,000〜5,000,000となるよ
うな値の数を表す。この範囲外の分子量の重合体を用い
ると、層間絶縁膜の平坦化樹脂層を都合よく形成するこ
とが困難になる。重合体の重量平均分子量は好ましくは
10,000〜500,000である。
In this formula, R 1 s may be the same as or different from each other and each represents a lower alkyl group or a phenyl group, and R 2 represents a triorganosilyl group. Further, n represents the number of values such that the weight average molecular weight of the organosilicon polymer is 5,000 to 5,000,000. When a polymer having a molecular weight outside this range is used, it becomes difficult to conveniently form the planarizing resin layer of the interlayer insulating film. The weight average molecular weight of the polymer is preferably 10,000 to 500,000.

【0015】上記の一般式で表されるシルフェニレン樹
脂は、例えば、R1 で表される低級アルキル基又はフェ
ニル基と、アルコキシ基のような加水分解可能な基とが
ケイ素原子に結合しているシリル基を二つ有するジシリ
ルベンゼンを加水分解し、次いで脱水縮合して容易に調
製することができる。
The silphenylene resin represented by the above general formula has, for example, a lower alkyl group or a phenyl group represented by R 1 and a hydrolyzable group such as an alkoxy group bonded to a silicon atom. It can be easily prepared by hydrolyzing disilylbenzene having two silyl groups and then dehydration condensation.

【0016】層間絶縁膜の上層を構成する無機材料膜
は、好ましくは二酸化シリコン(SiO2 )の膜であ
る。
The inorganic material film forming the upper layer of the interlayer insulating film is preferably a silicon dioxide (SiO 2 ) film.

【0017】[0017]

【作用】本発明の方法で使用される有機ケイ素重合体
は、低温で溶融する性質があるため熱硬化の際に容易に
流動化して、下地の配線層の表面段差を良好に平坦化す
る。しかもこの樹脂は、熱衝撃によるクラックが発生し
にくく、厚膜での使用をも可能にする。
The organosilicon polymer used in the method of the present invention has a property of melting at a low temperature, so that it is easily fluidized at the time of heat curing and flattens the surface step of the underlying wiring layer. Moreover, this resin is less likely to crack due to thermal shock, and can be used in a thick film.

【0018】更に、シルフェニレン樹脂のような有機ケ
イ素重合体は耐酸化性に優れており、そのためこのよう
な有機ケイ素重合体を用いることは、通常レジスト剥離
工程で使用されているバレルタイプのエッチング装置の
使用を可能にする。
Furthermore, organosilicon polymers such as silphenylene resins are excellent in oxidation resistance. Therefore, it is necessary to use such organosilicon polymers for barrel type etching which is usually used in the resist stripping process. Allows use of the device.

【0019】イオンビームアシストによる真空蒸着は、
10-4〜10-5Torrの真空中でアルゴン等の不活性ガス
をイオンビームとして基板に照射しながらSiO2 など
の成膜物質の蒸着を行うものである。基本的には、イオ
ンビームの持つ運動エネルギーをSiO2 分子などの成
膜物質が基板上に堆積するときの配列に利用し、そのた
め内部応力の小さな、従って緻密で配列性の高い膜の形
成を可能にする。また、得られる膜の内部応力が小さい
ため、樹脂膜上にピンホールのない無機材料膜を一様に
成膜できるため、マクロ的に無機材料膜の樹脂膜との密
着強度を大きくする。
Vacuum deposition by ion beam assist is
The deposition of a film-forming substance such as SiO 2 is performed while irradiating the substrate with an inert gas such as argon as an ion beam in a vacuum of 10 −4 to 10 −5 Torr. Basically, the kinetic energy of the ion beam is used for the arrangement when a film-forming substance such as SiO 2 molecules is deposited on the substrate, so that a film having a small internal stress and hence a dense and highly arranged film is formed. to enable. Further, since the internal stress of the obtained film is small, it is possible to uniformly form the pinhole-free inorganic material film on the resin film, so that the adhesion strength of the inorganic material film to the resin film is increased macroscopically.

【0020】イオンビームアシストによる真空蒸着で無
機材料膜を形成する際にニュートラライザを使用するこ
とは、不活性ガスイオン、例えばAr+ イオンの照射に
よりチャージアップ現象のために被処理基板表面に蓄積
した正の電荷が、継続して基板表面へ照射される不活性
ガスイオンと反発を起こすのを解消する目的で基板表面
の電荷を中和するのに役立つ。
The use of a neutralizer in forming an inorganic material film by vacuum deposition with ion beam assist means that the gas is accumulated on the surface of the substrate to be processed due to a charge-up phenomenon due to irradiation of inert gas ions, for example Ar + ions. The positive charge thus generated serves to neutralize the charge on the surface of the substrate for the purpose of eliminating the repulsion from the inert gas ions continuously applied to the surface of the substrate.

【0021】高周波励起によるイオンプレーティング
は、10-4〜10-5Torrの真空中でアルゴン等の不活性
ガスをキャリアガスとして用い、加熱蒸発させたSiO
2 などの成膜物質をこのキャリアガスで基板上に運ぶも
のであって、被処理基板に到達する前に高周波励起によ
りキャリアガスをイオン化し、接地状態あるいは負にバ
イアス帯電させた基板との間に電位勾配をつけ、基板に
対しSiO2 などの成膜物質をキャリアガスとともに加
速して蒸着する方法である。
Ion plating by high frequency excitation is performed by heating and evaporating SiO in a vacuum of 10 -4 to 10 -5 Torr using an inert gas such as argon as a carrier gas.
This is a carrier gas for transporting a film-forming substance such as 2 onto the substrate with this carrier gas, and ionizes the carrier gas by high-frequency excitation before reaching the substrate to be processed, and the substrate gas is grounded or negatively bias-charged. A potential gradient is applied to the substrate, and a film-forming substance such as SiO 2 is accelerated and vapor-deposited on a substrate together with a carrier gas.

【0022】この方法によればアルゴン等のキャリアガ
スイオンが基板に対しまっすぐに指向性良く加速される
ため、下地となる樹脂膜はごく薄い表層部分のみ、例え
ば表面から数Å程度の深さまでの部分のみが酸化される
だけで、プラズマCVDによるように膜内部にまで達す
る酸化は生じない。また、高周波イオンプレーティング
による成膜の特徴の一つとして、基板表面に凹凸や大き
な段差があっても、指向性良く加速されたビームによっ
て基板表面全体に万遍なく一様に蒸着できること、いわ
ゆる回り込み特性が高いことが上げられ、この特性も本
目的に合致しており、マクロ的に樹脂膜との密着強度の
高い無機材料膜の形成を可能にする。
According to this method, carrier gas ions such as argon are accelerated straightly and with good directivity to the substrate, so that the underlying resin film is formed only in a very thin surface layer portion, for example, from the surface to a depth of several Å. Only the portion is oxidized, and the oxidation reaching the inside of the film as in plasma CVD does not occur. Further, as one of the characteristics of film formation by high-frequency ion plating, even if there is unevenness or a large step on the substrate surface, it is possible to uniformly and evenly deposit the entire surface of the substrate by the beam accelerated with good directivity. It has been shown that the wraparound property is high, and this property also meets this purpose, and enables formation of an inorganic material film having a macroscopically high adhesion strength with a resin film.

【0023】高周波励起によるイオンプレーティングで
無機材料膜を成膜する際にイオンビームアシストを行う
ことは、SiO2 などの成膜物質を堆積させる被処理基
板上にイオンビームを照射することによりそのイオンの
運動エネルギーが成膜物質の分子の配列性を高め、その
ため非常に緻密な、特に酸処理に対して強い膜の形成を
可能にする。
Ion beam assisting when forming an inorganic material film by ion plating by high frequency excitation is performed by irradiating an ion beam onto a substrate to be processed on which a film forming substance such as SiO 2 is deposited. The kinetic energy of the ions enhances the ordering of the molecules of the film-forming material, thus enabling the formation of very dense films, especially resistant to acid treatment.

【0024】[0024]

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。
言うまでもなく、以下に掲げる実施例は本発明を例示す
るためのものであって、本発明を限定しようとするもの
ではない。
The present invention will be further described with reference to the following examples.
Needless to say, the following examples are for illustrating the present invention and not for limiting the present invention.

【0025】実施例1 この例では、多層配線の層間絶縁膜として使用するため
のシルフェニレン樹脂の合成を説明する。
Example 1 This example illustrates the synthesis of silphenylene resin for use as an interlayer insulating film for multi-layer wiring.

【0026】1,4−ビス(メチルジエトキシシリル)
ベンゼン35gとメタノール20gとの混合系に硝酸を
添加し、次いで水7gを滴下して50℃で3時間攪拌を
行い、出発物質の1,4−ビス(メチルジエトキシシリ
ル)ベンゼンを脱水縮合させてポリマーを生成した。
1,4-bis (methyldiethoxysilyl)
Nitric acid was added to a mixed system of 35 g of benzene and 20 g of methanol, and then 7 g of water was dropped and stirred at 50 ° C. for 3 hours to dehydrate and condense the starting material 1,4-bis (methyldiethoxysilyl) benzene. To produce a polymer.

【0027】この反応溶液を冷却後、メチルイソブチル
ケトン(MIBK)150gを加え、静置して水層を除
き、更に十分な水洗を行った。水洗後のMIBK溶液に
トリエチルアミン50gとフェニルジメチルクロロシラ
ン80gを加え、70℃に加熱して2時間攪拌しながら
シリル化を行い、ポリマー末端のヒドロキシル基をシリ
ルオキシ基に変えた。
After cooling the reaction solution, 150 g of methyl isobutyl ketone (MIBK) was added, and the mixture was allowed to stand to remove the aqueous layer, and further washed sufficiently with water. To the MIBK solution after washing with water, 50 g of triethylamine and 80 g of phenyldimethylchlorosilane were added, and silylation was performed while heating at 70 ° C. and stirring for 2 hours to change the hydroxyl group at the polymer terminal to a silyloxy group.

【0028】次いで、反応溶液を冷却し、水層を除き、
そして更に十分な水洗を施した。水洗後のMIBK溶液
にメタノールを加えてポリマーを沈殿させ、そしてこの
ポリマーをベンゼンに溶解させてから凍結乾燥を施して
粉末のシルフェニレン樹脂を得た。この樹脂の重量平均
分子量はおよそ10,000であった。
Then, the reaction solution was cooled, the aqueous layer was removed,
Then, sufficient washing with water was performed. Methanol was added to the MIBK solution after washing with water to precipitate a polymer, and the polymer was dissolved in benzene and freeze-dried to obtain a powdered silphenylene resin. The weight average molecular weight of this resin was about 10,000.

【0029】実施例2 実施例1で合成した樹脂粉末のメタノール溶液を、半導
体素子を形成し第一層アルミニウム配線を施したシリコ
ン基板(配線厚1μm、最小線幅1μm、最小線間隔1
μm)上にスピンコート法により塗布した。塗布後15
0℃で15分間溶剤乾燥を行い、次いで450℃で1時
間の熱処理を施して、1.5μmの膜厚に成膜した。熱
処理後の基板表面の段差は0.2μm以下であり、第一
層アルミニウム配線により生じた段差は平坦化されてい
た。
Example 2 A methanol solution of the resin powder synthesized in Example 1 was used to form a semiconductor element and a silicon substrate on which a first layer of aluminum wiring was formed (wiring thickness 1 μm, minimum line width 1 μm, minimum line spacing 1
μm) was applied by spin coating. 15 after application
The solvent was dried at 0 ° C. for 15 minutes and then heat-treated at 450 ° C. for 1 hour to form a film having a thickness of 1.5 μm. The step difference on the substrate surface after the heat treatment was 0.2 μm or less, and the step difference caused by the first-layer aluminum wiring was flattened.

【0030】こうして樹脂層を設けた基板上に、以下の
ようにしてSiO2 膜を成膜した。SiO2 の成膜のた
めに用いた真空蒸着装置を図1に示す。この図におい
て、1は真空槽、2はドーム、3は基板、4は蒸発源、
5はイオン銃、6はイオン銃のシャッタ、7はハロゲン
ランプ、8はニュートラライザ、9は電源コントロール
ユニット、10はガスコントロールユニット、11は酸
素入口、12は排気系への接続管である。
On the substrate thus provided with the resin layer, a SiO 2 film was formed as follows. The vacuum vapor deposition apparatus used for forming the SiO 2 film is shown in FIG. In this figure, 1 is a vacuum chamber, 2 is a dome, 3 is a substrate, 4 is an evaporation source,
Reference numeral 5 is an ion gun, 6 is an ion gun shutter, 7 is a halogen lamp, 8 is a neutralizer, 9 is a power supply control unit, 10 is a gas control unit, 11 is an oxygen inlet, and 12 is a connecting pipe to an exhaust system.

【0031】この真空蒸着装置の真空槽1内のドーム2
に上記の樹脂層を設けた基板3を固定した。固定後、1
×10-6Torrまで排気し、次いで真空槽1内の圧力を5
×10-5Torrに保ったままイオン銃5からArイオンビ
ームを30秒間基板3に照射し、基板3表面のボンバー
ドメントを行って清浄化した。次に基板3にハロゲンラ
ンプ7でランプ照射し、基板表面温度を300℃に設定
した後、酸素ガスを10cc/sの流量で真空槽1内に導
入した。また、ガスコントロールユニット10にArガ
スを3cc/sの流量で導入し、イオン加速電圧を500
V、電流値を50mAに設定して発生させたArイオンビ
ームを基板3に照射しながら、電子銃により加熱される
蒸発源4からSiO2 を25Å/sの速度で基板3上へ
蒸着させた。蒸着中槽内の真空度は5×10-5Torrに保
ち、Arイオンビーム照射による基板表面のチャージア
ップを避けるために、イオンビーム照射と同時にニュー
トラライザ8を用いて電荷の中和を行った。
The dome 2 in the vacuum chamber 1 of this vacuum deposition apparatus
The substrate 3 provided with the above resin layer was fixed to the substrate. After fixing, 1
Evacuate to × 10 -6 Torr and then increase the pressure in the vacuum chamber 1 to 5
The substrate 3 was irradiated with an Ar ion beam from the ion gun 5 for 30 seconds while maintaining the pressure at × 10 -5 Torr, and the surface of the substrate 3 was bombarded for cleaning. Next, the substrate 3 was irradiated with a halogen lamp 7 to set the substrate surface temperature to 300 ° C., and then oxygen gas was introduced into the vacuum chamber 1 at a flow rate of 10 cc / s. Further, Ar gas was introduced into the gas control unit 10 at a flow rate of 3 cc / s, and the ion acceleration voltage was set to 500.
While irradiating the substrate 3 with an Ar ion beam generated with V and current values set to 50 mA, SiO 2 was vapor-deposited on the substrate 3 from an evaporation source 4 heated by an electron gun at a rate of 25 Å / s. . During the deposition, the degree of vacuum in the tank was maintained at 5 × 10 −5 Torr, and in order to avoid charge-up of the substrate surface due to Ar ion beam irradiation, charge was neutralized using the neutralizer 8 at the same time as ion beam irradiation. .

【0032】得られたSiO2 の膜厚は5000Å、屈
折率は1.45であり、バルク状のSiO2 の屈折率
1.45と同等の緻密な膜が得られていることが分っ
た。なお、イオンビームアシストなしの真空蒸着で成膜
したSiO2 の屈折率は1.35程度である。SiO2
膜形成後、光学顕微鏡により樹脂膜ならびにSiO2
のクラックの有無を調べたところ、全く観測されなかっ
た。
The obtained SiO 2 had a film thickness of 5000 Å and a refractive index of 1.45, and it was found that a dense film having a refractive index of 1.45 of bulk SiO 2 was obtained. . The refractive index of SiO 2 formed by vacuum evaporation without ion beam assist is about 1.35. SiO 2
After formation of the film, the presence or absence of cracks in the resin film and the SiO 2 film was examined by an optical microscope, and none was observed.

【0033】次に、400℃〜室温の熱サイクルショッ
ク試験を行ったところ、無機材料膜をプラズマCVD等
で作製した場合には下層樹脂膜に無数のクラックが生じ
るのに対し、この例で形成した樹脂膜にはクラックの発
生は見られなかった。また、フッ酸によるエッチング処
理では、従来の方法を使用した場合にはSiO2 膜ある
いは樹脂膜の剥離が生ずるのに対し、この例で形成した
膜では全く剥離は生じなかった。
Next, a thermal cycle shock test was conducted at 400 ° C. to room temperature, and in the case where an inorganic material film was formed by plasma CVD or the like, innumerable cracks were formed in the lower resin film. No cracks were found in the resin film. Further, in the etching treatment with hydrofluoric acid, the SiO 2 film or the resin film was peeled off when the conventional method was used, whereas the film formed in this example did not peel off at all.

【0034】熱サイクルショック試験とエッチング処理
を行ってから、更に電気絶縁性試験を行ったところ、こ
の例で作製した絶縁膜の絶縁性が多層配線の層間絶縁膜
として使用するのに十分なものであることが確認でき
た。
A thermal cycle shock test and an etching treatment were performed, and then an electrical insulation test was further conducted. As a result, the insulation film produced in this example had an insulation property sufficient to be used as an interlayer insulation film of a multilayer wiring. It was confirmed that

【0035】実施例3 実施例2でイオンビームアシストによる真空蒸着でSi
2 膜を形成するのに用いたのと同様の、シルフェニレ
ン樹脂膜を施した被処理基板を使用して、以下に説明す
るようにイオンプレーティングによりSiO2 膜の成膜
を行った。
Example 3 Si was formed by vacuum deposition with ion beam assist in Example 2.
A substrate to be treated having a silphenylene resin film similar to that used to form the O 2 film was used to form an SiO 2 film by ion plating as described below.

【0036】使用したイオンプレーティング装置を図2
に示す。この図において、21は真空槽、22はドー
ム、23は基板、24は蒸発源、25は高周波励起コイ
ル、26はハロゲンランプ、27は高周波電源、28は
マッチングボックス、29は直流電源、30はアルゴン
ガス入口、31は排気系への接続管である。
The ion plating apparatus used is shown in FIG.
Shown in. In this figure, 21 is a vacuum chamber, 22 is a dome, 23 is a substrate, 24 is an evaporation source, 25 is a high frequency excitation coil, 26 is a halogen lamp, 27 is a high frequency power supply, 28 is a matching box, 29 is a direct current power supply, and 30 is An argon gas inlet, 31 is a connecting pipe to the exhaust system.

【0037】このイオンプレーティング装置の真空槽2
1内のドーム22に、樹脂膜を施した基板23を固定し
た。固定後、1×10-6Torrまで排気し、そして高周波
(13.56MHz)出力100W、アルゴンガス圧力2
×10-4Torr下で、基板表面のボンバードメントを行っ
て清浄化した。次に基板23にハロゲンランプ26でラ
ンプ照射し、基板表面温度を300℃に設定した後、構
内圧力を2×10-4Torrに保ったまま酸素ガスを10cc
/sの流量で真空槽21内に導入した。この状態で、高
周波出力を1KWとし、キャリアガスのアルゴンを励起
し、電子銃により加熱される蒸発源24からSiO2
基板に蒸着した。蒸着速度は20Å/s、最終膜厚は5
000Åとした。
Vacuum chamber 2 of this ion plating apparatus
A substrate 23 coated with a resin film was fixed to the dome 22 inside 1. After fixing, exhaust to 1 × 10 -6 Torr, and high frequency (13.56 MHz) output 100 W, argon gas pressure 2
The surface of the substrate was bombarded and cleaned under × 10 −4 Torr. Next, the substrate 23 is irradiated with a halogen lamp 26 to set the substrate surface temperature to 300 ° C., and then 10 cc of oxygen gas is maintained with the internal pressure kept at 2 × 10 −4 Torr.
It was introduced into the vacuum chamber 21 at a flow rate of / s. In this state, the high frequency output was set to 1 KW, argon of the carrier gas was excited, and SiO 2 was vapor-deposited on the substrate from the evaporation source 24 heated by the electron gun. Deposition rate is 20Å / s, final film thickness is 5
It was 000Å.

【0038】得られたSiO2 の屈折率は1.42であ
り、バルク状のSiO2 の屈折率1.45とほぼ同等の
膜が得られ、薄膜においてもバルクと同等の緻密な膜が
得られていることが分った。また、SiO2 膜形成後、
光学顕微鏡により樹脂膜ならびにSiO2 膜のクラック
の有無を調べたところ、全く観測されなかった。
The obtained SiO 2 has a refractive index of 1.42, and a film having a refractive index of 1.45 that is substantially the same as that of bulk SiO 2 can be obtained. As a thin film, a dense film equivalent to that of bulk can be obtained. I understand that it is being done. After forming the SiO 2 film,
When the presence or absence of cracks in the resin film and the SiO 2 film was examined by an optical microscope, none was observed.

【0039】次に、常法に従ってスルーホール形成を行
った後、バレルタイプのエッチング装置を用いてレジス
ト剥離を行ったところ、酸化によるクラックや膜の後退
等は全く観測されなかった。続いて2層目配線を施し、
カバー膜としてCVD法でPSG膜を形成し、半導体装
置を試作した。
Next, after forming a through hole according to a conventional method, the resist was peeled off using a barrel type etching apparatus, and no cracks due to oxidation or receding of the film was observed at all. Next, the second layer wiring is applied,
A PSG film was formed as a cover film by the CVD method, and a semiconductor device was prototyped.

【0040】この半導体装置を用いて400℃〜室温の
熱サイクルショック試験を行った後、200℃での高温
放置試験を行ったところ、1000時間後も全く不良は
見られなかった。
After conducting a thermal cycle shock test at 400 ° C. to room temperature using this semiconductor device, a high temperature storage test at 200 ° C. was performed, and no defect was observed even after 1000 hours.

【0041】なお、この例で用いた図2に示した装置に
おいて、基板側を負に帯電させることによってイオンの
加速効果を上げて、より密着度の強い膜を得ることがで
きる。
In the apparatus shown in FIG. 2 used in this example, by negatively charging the substrate side, the effect of accelerating ions can be enhanced, and a film having a higher degree of adhesion can be obtained.

【0042】実施例4 図3に示す装置を使用して、イオンビームアシストを行
うイオンプレーティングにより、シルフェニレン樹脂膜
を備えた被処理基板上にSiO2 膜を形成する。図3に
おいて、図2に示した装置の部材と対応するものには同
じ参照数字が付してある。また、同図中、41はイオン
銃、42はイオン銃のシャッタ、43はイオン銃に接続
されたガスコントロールユニットであり、44は蒸発源
24及びイオン銃41用の電源コントロールユニットで
ある。
Example 4 Using the apparatus shown in FIG. 3, an SiO 2 film is formed on a substrate to be processed having a silphenylene resin film by ion plating with ion beam assist. 3, parts corresponding to those of the device shown in FIG. 2 are given the same reference numerals. In the figure, 41 is an ion gun, 42 is a shutter of the ion gun, 43 is a gas control unit connected to the ion gun, and 44 is a power source control unit for the evaporation source 24 and the ion gun 41.

【0043】この場合の操作は基本的に上述の実施例3
と同じであるが、蒸着の際、槽内圧力を8×10-5Torr
程度とし、高周波イオンプレーティングを発振させなが
ら、且つ基板上にイオンビームを照射することによって
SiO2 を成膜する。イオンビーム照射により、イオン
の運動エネルギーがSiO2 堆積の際にSiO2 分子の
配列性を高め、非常に緻密な、特に酸処理に対して強い
膜ができる。なお、図3に示した装置においても、基板
側を負に帯電させることによってイオンの加速効果を上
げ、より密着度の強い膜を得ることができる。
The operation in this case is basically the same as in the third embodiment.
Same as the above, but the pressure in the chamber was 8 × 10 -5 Torr during vapor deposition.
The SiO 2 film is formed by irradiating the substrate with an ion beam while oscillating the high frequency ion plating. By ion beam irradiation, the kinetic energy of the ions enhances the alignment of the SiO 2 molecules during the SiO 2 deposition, and a very dense film, particularly strong against acid treatment, can be formed. In the apparatus shown in FIG. 3 as well, by negatively charging the substrate side, the effect of accelerating ions can be enhanced, and a film having a higher degree of adhesion can be obtained.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、半導体装置の多層配線工程で生じる段差の平
坦化が可能になり、また、平坦化用下地樹脂膜上に、そ
の樹脂膜にクラック等を生じさせることなく、且つ熱衝
撃や、熱処理等の後工程処理に十分耐えうる密着強度を
持つ高品質の低誘電率無機誘電体膜を形成することがで
きる。こうして形成された、平坦化用下地樹脂膜とその
上の無機材料膜とから構成される層間絶縁膜は、無機材
料膜を用いて形成された従来の層間絶縁膜と同等の絶縁
特性を保持することができるので、信頼性の高い半導体
集積回路等の半導体装置の製造が可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to flatten a step formed in a multi-layer wiring process of a semiconductor device, and to coat the resin on the flattening base resin film. It is possible to form a high-quality low-dielectric-constant inorganic dielectric film that does not cause cracks or the like in the film and has sufficient adhesion strength to withstand thermal shock and post-treatments such as heat treatment. The interlayer insulating film thus formed, which is composed of the planarizing base resin film and the inorganic material film thereon, maintains the same insulating characteristics as the conventional interlayer insulating film formed using the inorganic material film. Therefore, it is possible to manufacture a highly reliable semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit.

【0045】また、有機基を有する通常の樹脂から作ら
れた膜は、スルーホール形成後のレジスト剥離工程でス
ルーホール部に露出された側面が剥離液のために酸化さ
れるのを防止するため、高価なECRエッチング装置を
使用して樹脂膜のダメージを抑制する必要があったのに
対し、本発明に従って耐酸化性に優れたシルフェニレン
樹脂を用いることによって、通常のレジスト剥離工程で
使用されているバレルタイプのエッチング装置を使用す
ることが可能になる。
Further, the film made of a normal resin having an organic group is for preventing the side surface exposed in the through hole portion from being oxidized by the stripping solution in the resist stripping process after forming the through hole. While it was necessary to suppress the damage of the resin film by using an expensive ECR etching device, by using the silphenylene resin excellent in the oxidation resistance according to the present invention, it is used in the usual resist stripping process. It becomes possible to use a barrel type etching apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】イオンビームアシストによる真空蒸着装置を説
明する模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an ion beam assisted vacuum vapor deposition apparatus.

【図2】高周波励起によるイオンプレーティング装置を
説明する模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an ion plating device by high frequency excitation.

【図3】イオンビームアシストによる高周波励起イオン
プレーティング装置を説明する模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a high frequency excitation ion plating apparatus with ion beam assist.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21…真空槽 3,23…基板 4,24…蒸発源 5,41…イオン銃 8…ニュートラライザ 25…高周波励起コイル 1, 21 ... Vacuum tank 3, 23 ... Substrate 4, 24 ... Evaporation source 5, 41 ... Ion gun 8 ... Neutralizer 25 ... High frequency excitation coil

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の配線層とそれらの間に配置された
層間絶縁膜とから構成される多層配線構造を有する半導
体装置を製造する方法であって、下層配線層上に有機ケ
イ素重合体により平坦化用樹脂層を形成し、次いでこの
樹脂層上に、イオンビームアシストによる真空蒸着又は
高周波励起によるイオンプレーティングによって無機材
料膜を形成して層間絶縁膜を形成する工程を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring structure composed of a plurality of wiring layers and an interlayer insulating film arranged between the wiring layers, the method comprising: forming an organic silicon polymer on a lower wiring layer; And a step of forming an interlayer insulating film by forming an inorganic material film on the resin layer by vacuum deposition with ion beam assist or ion plating by high frequency excitation. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記イオンビームアシストによる真空蒸
着を被蒸着基板表面の電荷を中和しながら行うことを特
徴とする、請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the vacuum deposition by the ion beam assist is performed while neutralizing the charge on the surface of the substrate to be deposited.
【請求項3】 前記高周波励起によるイオンプレーティ
ングをイオンビームアシストを行いながら行うことを特
徴とする、請求項1記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the ion plating by the high frequency excitation is performed while performing ion beam assist.
【請求項4】 平坦化用樹脂層を形成する前記有機ケイ
素重合体がシルフェニレン樹脂であることを特徴とす
る、請求項1から3までのいずれか一つに記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the organosilicon polymer forming the planarizing resin layer is a silphenylene resin.
【請求項5】 前記無機材料膜が二酸化シリコンの膜で
あることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか
一つに記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the inorganic material film is a silicon dioxide film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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