JPH07106328A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多層配線構造を有する半導体装置の電気特性
などの長期信頼性を向上し、加えて工程の簡略化をでき
るようにすることを目的とする。 【構成】 層間膜を構成している樹脂膜5が、(HO)
2(R2Si2O3 )nH2で示されるシリコーンラダーポ
リマーを有している塗布液を用いた一回の塗布で形成さ
れる。
などの長期信頼性を向上し、加えて工程の簡略化をでき
るようにすることを目的とする。 【構成】 層間膜を構成している樹脂膜5が、(HO)
2(R2Si2O3 )nH2で示されるシリコーンラダーポ
リマーを有している塗布液を用いた一回の塗布で形成さ
れる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、多層配線構造を有す
る半導体装置およびその製造方法に関し、特にシリコー
ンラダー系樹脂膜を用いた層間絶縁膜を有する半導体装
置およびその製造方法に関するものである。
る半導体装置およびその製造方法に関し、特にシリコー
ンラダー系樹脂膜を用いた層間絶縁膜を有する半導体装
置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSIなどの半導体装置の高集積化に伴
い、その配線構造は、高密度化だけでなく多層化が進ん
できている。そのため配線層が多層に形成された上層部
では段差が激しくなり、この上に微細な配線パターンを
形成すると断線など信頼性に問題を生じる。したがっ
て、多層配線を容易にするためには層間膜の平坦化は重
要な技術であり各種方法が開発されている。特に、SO
G(Spin On Glass)塗布法は、段差を有
する半導体基板表面に液状絶縁材料を塗布し、平坦な表
面を有する層間絶縁膜を形成する方法であり、プロセス
が容易なためしばしば用いられている。
い、その配線構造は、高密度化だけでなく多層化が進ん
できている。そのため配線層が多層に形成された上層部
では段差が激しくなり、この上に微細な配線パターンを
形成すると断線など信頼性に問題を生じる。したがっ
て、多層配線を容易にするためには層間膜の平坦化は重
要な技術であり各種方法が開発されている。特に、SO
G(Spin On Glass)塗布法は、段差を有
する半導体基板表面に液状絶縁材料を塗布し、平坦な表
面を有する層間絶縁膜を形成する方法であり、プロセス
が容易なためしばしば用いられている。
【0003】ただし、この方法を用いると、SOG材料
から放出される水分等によってAlなどの配線に不良が
起こり電気特性の劣化など長期信頼性に問題を生じる恐
れがある。この問題を防ぐために、SOG膜と配線とが
直接に接することがないように、層間膜に3層構造をと
る方法が行われている。例えば、特開平3−62554
公報に記載されているように、プラズマ気相成長により
形成される酸化膜でSOG膜を挾んだ構造をもつ3層構
造の層間絶縁膜を形成する方法がとられている。
から放出される水分等によってAlなどの配線に不良が
起こり電気特性の劣化など長期信頼性に問題を生じる恐
れがある。この問題を防ぐために、SOG膜と配線とが
直接に接することがないように、層間膜に3層構造をと
る方法が行われている。例えば、特開平3−62554
公報に記載されているように、プラズマ気相成長により
形成される酸化膜でSOG膜を挾んだ構造をもつ3層構
造の層間絶縁膜を形成する方法がとられている。
【0004】ここで、この3層構造の層間絶縁膜の製造
方法について以下に簡単に示す。まず図5(a)に示す
ように、半導体基板1、絶縁膜2の上に第1のAl配線
層3のパターンを形成する。次いで、図5(b)に示すよ
うに、第1のアルミニミウム(Al)配線層3のパター
ン上にプラズマCVD法により堆積形成される酸化シリ
コン(SiO2 )膜4を成膜し、この表面にスピンコー
ターでSOG膜8を塗布形成する。次いで、図5(c)
に示すようにSOG膜8表面にプラズマCVD法により
堆積形成される酸化シリコン膜6を成膜する。次に、こ
れら3層構造の層間絶縁膜の所定部分をRIE(Rea
ctiveIon Etching)法によってエッチ
ングしてコンタクトホールを形成する。そして、図5
(d)に示すように、この上に第2のAl配線層7をス
パッタリング法などを用いて形成し、所望の形状にパタ
ーニングする。
方法について以下に簡単に示す。まず図5(a)に示す
ように、半導体基板1、絶縁膜2の上に第1のAl配線
層3のパターンを形成する。次いで、図5(b)に示すよ
うに、第1のアルミニミウム(Al)配線層3のパター
ン上にプラズマCVD法により堆積形成される酸化シリ
コン(SiO2 )膜4を成膜し、この表面にスピンコー
ターでSOG膜8を塗布形成する。次いで、図5(c)
に示すようにSOG膜8表面にプラズマCVD法により
堆積形成される酸化シリコン膜6を成膜する。次に、こ
れら3層構造の層間絶縁膜の所定部分をRIE(Rea
ctiveIon Etching)法によってエッチ
ングしてコンタクトホールを形成する。そして、図5
(d)に示すように、この上に第2のAl配線層7をス
パッタリング法などを用いて形成し、所望の形状にパタ
ーニングする。
【0005】ここで、第2のAl配線7を精度良く形成
するために、下地は平坦にしておく必要がある。3層構
造の層間絶縁膜の中間に形成されるSOG膜8は、平坦
化をするために形成するが、このSOG膜8の形成を無
機のSOG材料を用いて一度に厚膜に塗布して形成する
と、熱硬化の際の収縮などでこのSOG膜8にクラック
が生じやすいという問題がある。このため、無機のSO
G材料は薄く塗布して熱硬化させる必要がある。そし
て、平坦性を向上させるためには、このSOG膜の薄い
形成を数回繰り返して、多層に塗布されたSOG膜8を
形成する必要がある。しかし、これではこの平坦化のた
めの工程数の増加は避けれない。また、無機のSOG材
料は、元々1回の塗布では厚い膜が形成しにくいもので
ある。
するために、下地は平坦にしておく必要がある。3層構
造の層間絶縁膜の中間に形成されるSOG膜8は、平坦
化をするために形成するが、このSOG膜8の形成を無
機のSOG材料を用いて一度に厚膜に塗布して形成する
と、熱硬化の際の収縮などでこのSOG膜8にクラック
が生じやすいという問題がある。このため、無機のSO
G材料は薄く塗布して熱硬化させる必要がある。そし
て、平坦性を向上させるためには、このSOG膜の薄い
形成を数回繰り返して、多層に塗布されたSOG膜8を
形成する必要がある。しかし、これではこの平坦化のた
めの工程数の増加は避けれない。また、無機のSOG材
料は、元々1回の塗布では厚い膜が形成しにくいもので
ある。
【0006】これに対して、シリコーン樹脂など有機系
のSOG材料を用いた場合は、1回の塗布で厚い膜が形
成しやすく、また、1回の塗布で厚く形成した膜でも、
熱硬化の時の耐クラック性がよいという特徴を有してい
る。しかしながら、従来の有機系SOG材料では、一度
塗りが可能となり無機のSOG材料に比べれば塗布によ
る平坦性は良いが、多層配線構造において要求される平
坦性にはまだ不十分である。また、従来の有機系のSO
G材料では、膜中に存在する水分等によるガス放出量が
無機系のSOG材料と大差なく、単層で層間膜として用
いるとこの水分などのガスが上や下の半導体層や金属層
に悪影響を及ぼす。従って、前述したように、無機の酸
化シリコン膜で上下を挾んだ3層構造として層間膜に用
いている。
のSOG材料を用いた場合は、1回の塗布で厚い膜が形
成しやすく、また、1回の塗布で厚く形成した膜でも、
熱硬化の時の耐クラック性がよいという特徴を有してい
る。しかしながら、従来の有機系SOG材料では、一度
塗りが可能となり無機のSOG材料に比べれば塗布によ
る平坦性は良いが、多層配線構造において要求される平
坦性にはまだ不十分である。また、従来の有機系のSO
G材料では、膜中に存在する水分等によるガス放出量が
無機系のSOG材料と大差なく、単層で層間膜として用
いるとこの水分などのガスが上や下の半導体層や金属層
に悪影響を及ぼす。従って、前述したように、無機の酸
化シリコン膜で上下を挾んだ3層構造として層間膜に用
いている。
【0007】ところが、3層の層間絶縁膜構造を用いた
場合でも、配線接続のためのスルーホールを形成する
と、中間層であるSOG膜が露出することになる。この
ため、スルーホール中のAlなどの配線に不良が起こり
電気特性の劣化など長期信頼性に問題を生じる。これを
回避するために、平坦化する下層の配線層の配線パター
ン上にはSOG膜が残らないようにエッチバックして、
下層の配線パターン上に形成するスルーホール中に有機
SOGが露出しない構造にして用いるのが一般的であ
る。
場合でも、配線接続のためのスルーホールを形成する
と、中間層であるSOG膜が露出することになる。この
ため、スルーホール中のAlなどの配線に不良が起こり
電気特性の劣化など長期信頼性に問題を生じる。これを
回避するために、平坦化する下層の配線層の配線パター
ン上にはSOG膜が残らないようにエッチバックして、
下層の配線パターン上に形成するスルーホール中に有機
SOGが露出しない構造にして用いるのが一般的であ
る。
【0008】この点、有機SOG材料としてシリコーン
ラダー系樹脂を用いると、一度に十分な厚膜を得ること
が可能であるだけでなく−OH基が少ないことから脱水
縮合により発生する水分のガス放出量も少なくなる。つ
まり、スルーホール中にシリコーンラダー系樹脂が露出
してもAlなどの配線に不良は生じないことから、半導
体装置の構造上への制約はなくなり、工程数の削減も図
ることができる。この種のシリコーンラダー系樹脂に関
連するものとしては、例えば特開昭56−49540号
公報を挙げることができる。
ラダー系樹脂を用いると、一度に十分な厚膜を得ること
が可能であるだけでなく−OH基が少ないことから脱水
縮合により発生する水分のガス放出量も少なくなる。つ
まり、スルーホール中にシリコーンラダー系樹脂が露出
してもAlなどの配線に不良は生じないことから、半導
体装置の構造上への制約はなくなり、工程数の削減も図
ることができる。この種のシリコーンラダー系樹脂に関
連するものとしては、例えば特開昭56−49540号
公報を挙げることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記で
用いられているシリコーンラダー系樹脂は、水分などの
ガス放出量が少なく配線の信頼性の点では優れている
が、−OH基が少ないため他の層との接着性に劣り、下
地膜や上敷膜との間で剥離が生じやすい。特に、分子鎖
の末端が−CH3 基や−C2 H5 基となっていて、ここ
に−OH基を持たないものや、分子量が100000を
越えていて−OH基の極端に少ないものについては、こ
の接着性が劣る傾向が顕著である。しかし、分子鎖の側
鎖に−OH基が有るものでは、ガス放出量が多くなって
しまう。
用いられているシリコーンラダー系樹脂は、水分などの
ガス放出量が少なく配線の信頼性の点では優れている
が、−OH基が少ないため他の層との接着性に劣り、下
地膜や上敷膜との間で剥離が生じやすい。特に、分子鎖
の末端が−CH3 基や−C2 H5 基となっていて、ここ
に−OH基を持たないものや、分子量が100000を
越えていて−OH基の極端に少ないものについては、こ
の接着性が劣る傾向が顕著である。しかし、分子鎖の側
鎖に−OH基が有るものでは、ガス放出量が多くなって
しまう。
【0010】ところで、前述した多層配線構造の3層の
層間絶縁膜構造の形成プロセスでは、エッチバックやス
ルーホール形成工程で、プラズマCVDなどにより形成
される無機のシリコン酸化膜とこの有機SOG膜とを同
時エッチングする。このため、有機SOG膜とシリコン
酸化膜のエッチングレートの差を小さくする必要があ
る。有機SOG膜とシリコン酸化膜とは層間膜として隣
接して形成され、結果として同一の層として扱われるこ
とになる。ここで、これらをエッチング加工するとき、
このエッチングを2種類の層同時に行おうとすると、2
つの材料でエッチングレートが大きく異なると2つの材
料のエッチング界面が一致せず、所望の加工形状を得る
ことはできない。例えば、エッチバック法により下層を
平坦化をするときは、上下の層のエッチングレートを同
一にしておく必要がある。
層間絶縁膜構造の形成プロセスでは、エッチバックやス
ルーホール形成工程で、プラズマCVDなどにより形成
される無機のシリコン酸化膜とこの有機SOG膜とを同
時エッチングする。このため、有機SOG膜とシリコン
酸化膜のエッチングレートの差を小さくする必要があ
る。有機SOG膜とシリコン酸化膜とは層間膜として隣
接して形成され、結果として同一の層として扱われるこ
とになる。ここで、これらをエッチング加工するとき、
このエッチングを2種類の層同時に行おうとすると、2
つの材料でエッチングレートが大きく異なると2つの材
料のエッチング界面が一致せず、所望の加工形状を得る
ことはできない。例えば、エッチバック法により下層を
平坦化をするときは、上下の層のエッチングレートを同
一にしておく必要がある。
【0011】実際には、ドライエッチングにおいて、一
般的に有機SOGは無機SOGに比べてエッチングレー
トが遅い。これは有機SOGが炭素を有するためであ
り、無機材料をエッチング対象とした条件のドライエッ
チングでは、エッチングする材料中の炭素量が多い程エ
ッチングレートは遅くなる。ここで、ドライエッチング
で用いるエッチングガスに酸素を含有する系を用いる
と、炭素を含有する有機SOGのエッチングレートを早
くすることができる。このようにして、無機材料である
シリコン酸化膜と、有機材料である有機SOGのドライ
エッチングにおけるエッチングレートを同一にすれば、
これら2層構造の層間膜の同時エッチングが可能とな
る。
般的に有機SOGは無機SOGに比べてエッチングレー
トが遅い。これは有機SOGが炭素を有するためであ
り、無機材料をエッチング対象とした条件のドライエッ
チングでは、エッチングする材料中の炭素量が多い程エ
ッチングレートは遅くなる。ここで、ドライエッチング
で用いるエッチングガスに酸素を含有する系を用いる
と、炭素を含有する有機SOGのエッチングレートを早
くすることができる。このようにして、無機材料である
シリコン酸化膜と、有機材料である有機SOGのドライ
エッチングにおけるエッチングレートを同一にすれば、
これら2層構造の層間膜の同時エッチングが可能とな
る。
【0012】ところで、シリコーンラダー系樹脂のよう
な炭素含有量の多いもののドライエッチングレートを、
炭素を全く含有しないシリコン酸化膜と同一にするに
は、エッチングガスに添加する酸素の量も多く必要とす
る。しかしながら、エッチングガスに酸素を多く添加す
ると、パターン形成のためのマスクとして用いるレジス
トも多くエッチングするようになる。従って、エッチン
グ対象のシリコーンラダー系樹脂とマスクとなるレジス
トとのエッチングの選択比が低くなる。このため、スル
ーホール形成などのパターニングに支障を生じるため、
酸素の添加量には限界がある。
な炭素含有量の多いもののドライエッチングレートを、
炭素を全く含有しないシリコン酸化膜と同一にするに
は、エッチングガスに添加する酸素の量も多く必要とす
る。しかしながら、エッチングガスに酸素を多く添加す
ると、パターン形成のためのマスクとして用いるレジス
トも多くエッチングするようになる。従って、エッチン
グ対象のシリコーンラダー系樹脂とマスクとなるレジス
トとのエッチングの選択比が低くなる。このため、スル
ーホール形成などのパターニングに支障を生じるため、
酸素の添加量には限界がある。
【0013】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、多層配線構造を有する半導体
装置の電気特性などの長期信頼性を向上し、加えて工程
の簡略化をできるようにすることを目的とする。
るためになされたもので、多層配線構造を有する半導体
装置の電気特性などの長期信頼性を向上し、加えて工程
の簡略化をできるようにすることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、層間絶縁層がシリコーンラダー系樹脂からなる平坦
化膜から構成されていることを特徴とする。そしてこの
平坦化膜が、化学式(HO)2(R2Si2O3)nH2で示
され、この化学式中のnがこの化合物の重量平均分子量
が2000〜100000を得るに十分な整数であり、
この化学式中の個々のRが水素原子,低級アルキル基ま
たはフェニル基のいずれかであるシリコーンラダーポリ
マーのうち少なくとも1種類以上を含む樹脂物からなる
硬化膜であることを特徴とする。
は、層間絶縁層がシリコーンラダー系樹脂からなる平坦
化膜から構成されていることを特徴とする。そしてこの
平坦化膜が、化学式(HO)2(R2Si2O3)nH2で示
され、この化学式中のnがこの化合物の重量平均分子量
が2000〜100000を得るに十分な整数であり、
この化学式中の個々のRが水素原子,低級アルキル基ま
たはフェニル基のいずれかであるシリコーンラダーポリ
マーのうち少なくとも1種類以上を含む樹脂物からなる
硬化膜であることを特徴とする。
【0015】またこの発明の半導体装置の製造方法は、
化学式(HO)2(R2Si2O3)nH2 で示され、この
化学式中のnがこの化合物の重量平均分子量が2000
〜100000を得るに十分な整数であり、この化学式
中の個々のRが水素原子,低級アルキル基またはフェニ
ル基のいずれかであるシリコーンラダーポリマーのうち
少なくとも1種類以上を含む樹脂物を用い、この樹脂物
を芳香族系有機溶剤,アルコール系有機溶剤,エステル
系有機溶剤およびエーテル系有機溶剤,ケトン系有機溶
剤のうち少なくとも1種類以上の溶剤を加えて、樹脂濃
度を5〜30wt%とした樹脂溶液を塗布して塗布膜を
形成し、この塗布膜を加熱して硬化させることにより平
坦化膜を形成することを特徴とする。また、樹脂膜の上
と下の層に酸化シリコンからなる無機膜を形成する工程
を有し、樹脂溶液の炭素含有量を所定の値に制御するこ
とを特徴とする。そして、脱炭素処理により樹脂膜の表
面改質をすることを特徴とする。
化学式(HO)2(R2Si2O3)nH2 で示され、この
化学式中のnがこの化合物の重量平均分子量が2000
〜100000を得るに十分な整数であり、この化学式
中の個々のRが水素原子,低級アルキル基またはフェニ
ル基のいずれかであるシリコーンラダーポリマーのうち
少なくとも1種類以上を含む樹脂物を用い、この樹脂物
を芳香族系有機溶剤,アルコール系有機溶剤,エステル
系有機溶剤およびエーテル系有機溶剤,ケトン系有機溶
剤のうち少なくとも1種類以上の溶剤を加えて、樹脂濃
度を5〜30wt%とした樹脂溶液を塗布して塗布膜を
形成し、この塗布膜を加熱して硬化させることにより平
坦化膜を形成することを特徴とする。また、樹脂膜の上
と下の層に酸化シリコンからなる無機膜を形成する工程
を有し、樹脂溶液の炭素含有量を所定の値に制御するこ
とを特徴とする。そして、脱炭素処理により樹脂膜の表
面改質をすることを特徴とする。
【0016】
【作用】一度塗りで優れた平坦性を有する層間絶縁層が
形成され、この層間絶縁層より脱ガスがほとんど無い。
また、層間絶縁層が無機の酸化シリコン膜とシリコーン
系樹脂からなる平坦化膜とから構成されているとき、こ
の2つの膜でエッチングレートが同一になる。そして、
平坦化膜が酸素の含有量が低いもしくは酸素を含有しな
いガスでもエッチングレートが遅くならない。
形成され、この層間絶縁層より脱ガスがほとんど無い。
また、層間絶縁層が無機の酸化シリコン膜とシリコーン
系樹脂からなる平坦化膜とから構成されているとき、こ
の2つの膜でエッチングレートが同一になる。そして、
平坦化膜が酸素の含有量が低いもしくは酸素を含有しな
いガスでもエッチングレートが遅くならない。
【0017】
【実施例】まず、この発明の概要について説明する。こ
の発明では、半導体基板上の多層配線構造における層間
絶縁膜として、シリコーンラダー系樹脂膜を用いること
を特徴とし、シリコーン系樹脂としては以下に示す化1
で示されるシリコーンラダーポリマーの硬化膜を用いる
ことを特徴とする(請求項1)。これにより、脱ガスが
ほとんど無く、一度塗りで優れた平坦性を有する層間絶
縁層が得られる。
の発明では、半導体基板上の多層配線構造における層間
絶縁膜として、シリコーンラダー系樹脂膜を用いること
を特徴とし、シリコーン系樹脂としては以下に示す化1
で示されるシリコーンラダーポリマーの硬化膜を用いる
ことを特徴とする(請求項1)。これにより、脱ガスが
ほとんど無く、一度塗りで優れた平坦性を有する層間絶
縁層が得られる。
【0018】
【化1】 式中、個々のRそれぞれは、水素原子,低級アルキル基
またはフェニル基であり、また個々のRは同種でもよく
異種でもよい。また、nは重量平均分子量が2000〜
100000を得るに十分な整数を示す。
またはフェニル基であり、また個々のRは同種でもよく
異種でもよい。また、nは重量平均分子量が2000〜
100000を得るに十分な整数を示す。
【0019】このシリコーンラダーポリマーは、分子鎖
の末端が「−OH」なので下地との接着性が良いが、側
鎖に「−OH」が無いので、他の層に悪影響を及ぼすガ
スの放出(脱ガス)がほとんど無い。また、このシリコ
ーンラダーポリマーの分子量は、2000未満だとクラ
ック耐性が悪く、100000を越えると穴埋め性に劣
る。ここで、この硬化膜が、ヒドロゲンシルセスキオキ
サンや、側鎖に水酸基を含むシリコーンラダーポリマー
を含んでいても良く(請求項2,3)、またこの硬化膜
がシランカップリング剤を150〜10000ppm含
んでいても良い(請求項4)。このことにより、上下層
との接着性が向上する。
の末端が「−OH」なので下地との接着性が良いが、側
鎖に「−OH」が無いので、他の層に悪影響を及ぼすガ
スの放出(脱ガス)がほとんど無い。また、このシリコ
ーンラダーポリマーの分子量は、2000未満だとクラ
ック耐性が悪く、100000を越えると穴埋め性に劣
る。ここで、この硬化膜が、ヒドロゲンシルセスキオキ
サンや、側鎖に水酸基を含むシリコーンラダーポリマー
を含んでいても良く(請求項2,3)、またこの硬化膜
がシランカップリング剤を150〜10000ppm含
んでいても良い(請求項4)。このことにより、上下層
との接着性が向上する。
【0020】一方、この発明では、平坦化膜を樹脂溶液
を塗布して熱硬化することで形成し、その樹脂溶液の組
成は、化1で示したシリコーンラダーポリマーに有機溶
剤を加えた5〜30wt%濃度溶液とする(請求項
5)。これは、固形分濃度が5%を下回ると平坦性に乏
しくなり、30%を越えると穴埋め性に劣るようになる
からである。また、有機溶剤としては、芳香族系有機溶
剤,アルコール系,エステル系およびエーテル系有機溶
剤,ケトン系有機溶剤単体もしくはそれらの混合溶液を
用いればよい(請求項5)。
を塗布して熱硬化することで形成し、その樹脂溶液の組
成は、化1で示したシリコーンラダーポリマーに有機溶
剤を加えた5〜30wt%濃度溶液とする(請求項
5)。これは、固形分濃度が5%を下回ると平坦性に乏
しくなり、30%を越えると穴埋め性に劣るようになる
からである。また、有機溶剤としては、芳香族系有機溶
剤,アルコール系,エステル系およびエーテル系有機溶
剤,ケトン系有機溶剤単体もしくはそれらの混合溶液を
用いればよい(請求項5)。
【0021】芳香族系有機溶剤にはメトキシベンゼン,
エトキシベンゼン,トルエン, 1,2,3,4−テトラヒ
ドロナフタレンなどの単体もしくは混合溶液、アルコー
ル系有機溶剤にはメタノール,エタノール,1−プロパ
ノール,2−プロパノール,1−ブタノール,2−ブタ
ノール,tert−ブタノールなどの単体もしくは混合
溶液、エステル系有機溶剤にはメチルアセテート,エチ
ルアセテート,プロピルアセテート,イソプロピルアセ
テート,ブチルアセテート,イソブチルアセテート,s
ec−ブチルアセテート,ペンチルアセテート,イソペ
ンチルアセテートなどの単体もしくは混合溶液がある。
そして、ケトン系機溶剤にはアセトン,メチルエチルケ
トン,メチルイソブチルケトン,シクロヘキサノン、エ
ーテル系有機溶剤にはエチレングリコールジメチルエー
テル,エチレングリコールジエチルエーテル,ジエチレ
ングリコールジメチルエーテル,ジエチレングリコール
ジエチルエーテルなどの単体もしくは混合溶液がある。
エトキシベンゼン,トルエン, 1,2,3,4−テトラヒ
ドロナフタレンなどの単体もしくは混合溶液、アルコー
ル系有機溶剤にはメタノール,エタノール,1−プロパ
ノール,2−プロパノール,1−ブタノール,2−ブタ
ノール,tert−ブタノールなどの単体もしくは混合
溶液、エステル系有機溶剤にはメチルアセテート,エチ
ルアセテート,プロピルアセテート,イソプロピルアセ
テート,ブチルアセテート,イソブチルアセテート,s
ec−ブチルアセテート,ペンチルアセテート,イソペ
ンチルアセテートなどの単体もしくは混合溶液がある。
そして、ケトン系機溶剤にはアセトン,メチルエチルケ
トン,メチルイソブチルケトン,シクロヘキサノン、エ
ーテル系有機溶剤にはエチレングリコールジメチルエー
テル,エチレングリコールジエチルエーテル,ジエチレ
ングリコールジメチルエーテル,ジエチレングリコール
ジエチルエーテルなどの単体もしくは混合溶液がある。
【0022】本発明では、シリコーンラダーポリマーの
下地との接着性を向上させることを目的として、分子量
の大きいものと小さいものとを混合したものを用いるよ
うにした(請求項6)。30000以上の重量平均分子
量を有するシリコーンラダーポリマーに30000未満
の低分子量のシリコーンラダーポリマーを混合したもの
を用いるのが望ましい。このとき混合する低分子量のシ
リコーンラダーポリマーの種類は、高分子量のシリコー
ンラダーポリマーと同種でも異種でもよく、低分子量品
の添加量は高分子量品に対して20wt%以上が望まし
い。低分子量品の添加は下地との接着性だけでなく、塗
布特性の変化をもたらし塗布の際の平坦性や穴埋め性に
対しても効果がある。
下地との接着性を向上させることを目的として、分子量
の大きいものと小さいものとを混合したものを用いるよ
うにした(請求項6)。30000以上の重量平均分子
量を有するシリコーンラダーポリマーに30000未満
の低分子量のシリコーンラダーポリマーを混合したもの
を用いるのが望ましい。このとき混合する低分子量のシ
リコーンラダーポリマーの種類は、高分子量のシリコー
ンラダーポリマーと同種でも異種でもよく、低分子量品
の添加量は高分子量品に対して20wt%以上が望まし
い。低分子量品の添加は下地との接着性だけでなく、塗
布特性の変化をもたらし塗布の際の平坦性や穴埋め性に
対しても効果がある。
【0023】また、上記の目的に対しては、ヒドロゲン
シルセスキオキサン、もしくは、側鎖に水酸基を含むシ
リコーンポリマーである他の無機SOG、有機SOG溶
液の添加も効果的である(請求項7,8)。ヒドロゲン
シルセスキオキサンの添加量は、シリコーンラダーポリ
マーに対して20〜60wt%が好ましく、20wt%
未満だと効果が現れず、60wt%を越えると耐クラッ
ク性に劣るようになる。上述の無機SOGもしくは有機
SOG溶液の添加量は、いずれもシリコーンラダー系樹
脂塗布液に対して5〜40wt%が好ましく、5wt%
未満だと効果が現れず、40wt%を越えるとガス放出
量が多くなり配線の信頼性に問題を生じる可能性があ
る。
シルセスキオキサン、もしくは、側鎖に水酸基を含むシ
リコーンポリマーである他の無機SOG、有機SOG溶
液の添加も効果的である(請求項7,8)。ヒドロゲン
シルセスキオキサンの添加量は、シリコーンラダーポリ
マーに対して20〜60wt%が好ましく、20wt%
未満だと効果が現れず、60wt%を越えると耐クラッ
ク性に劣るようになる。上述の無機SOGもしくは有機
SOG溶液の添加量は、いずれもシリコーンラダー系樹
脂塗布液に対して5〜40wt%が好ましく、5wt%
未満だと効果が現れず、40wt%を越えるとガス放出
量が多くなり配線の信頼性に問題を生じる可能性があ
る。
【0024】ここで用いられる無機SOG溶液として
は、市販品であるOCDT−2(東京応化製),SF2
700(住友化学製),HSG−2000(日立化成
製)などが挙げられるまた、有機SOG溶液としては、
やはり市販品であるOCDT−7(東京応化製),SF
1000(住友化学製),HSG−2200(日立化成
製)などが挙げられる。
は、市販品であるOCDT−2(東京応化製),SF2
700(住友化学製),HSG−2000(日立化成
製)などが挙げられるまた、有機SOG溶液としては、
やはり市販品であるOCDT−7(東京応化製),SF
1000(住友化学製),HSG−2200(日立化成
製)などが挙げられる。
【0025】さらに、本発明では、接着性を向上させる
ために、シリコーンラダー系樹脂塗布液に、樹脂分に対
して150〜10000ppmのシランカップリング剤
を添加するものである(請求項9)。ここで、このシラ
ンカップリング剤の添加量が150ppm未満だと接着
性向上の効果が現れず、添加量が10000ppmを越
えると熱硬化成膜後のシリコーンラダー系樹脂膜の膜質
が悪くなる。
ために、シリコーンラダー系樹脂塗布液に、樹脂分に対
して150〜10000ppmのシランカップリング剤
を添加するものである(請求項9)。ここで、このシラ
ンカップリング剤の添加量が150ppm未満だと接着
性向上の効果が現れず、添加量が10000ppmを越
えると熱硬化成膜後のシリコーンラダー系樹脂膜の膜質
が悪くなる。
【0026】ところで、シリコーン系樹脂膜のパターニ
ング方法としては、前述したように、酸素を含むCF4
とCHF3 の混合ガスを用いたドライエッチングが一般
的であり、酸素の添加量によってエッチングレート比を
制御している。しかしながら、この方法を用いると、エ
ッチングガス中の酸素量の変化によってパターニング時
に用いるレジストとの選択性に問題を生じたりして、他
のプロセスに悪影響を及ぼす。例えば、化1に示した化
学式の側鎖にフェニル基を有するシリコーンラダーポリ
マーは、耐熱性を必要とする層間膜に有効であるが、炭
素含有量が多いためパターニング時のエッチングガスに
は酸素量の多いガスを必要とする。このため、パターニ
ング時に用いるレジストマスクとのエッチング比を大き
くできず、パターニングの精度が得られない。
ング方法としては、前述したように、酸素を含むCF4
とCHF3 の混合ガスを用いたドライエッチングが一般
的であり、酸素の添加量によってエッチングレート比を
制御している。しかしながら、この方法を用いると、エ
ッチングガス中の酸素量の変化によってパターニング時
に用いるレジストとの選択性に問題を生じたりして、他
のプロセスに悪影響を及ぼす。例えば、化1に示した化
学式の側鎖にフェニル基を有するシリコーンラダーポリ
マーは、耐熱性を必要とする層間膜に有効であるが、炭
素含有量が多いためパターニング時のエッチングガスに
は酸素量の多いガスを必要とする。このため、パターニ
ング時に用いるレジストマスクとのエッチング比を大き
くできず、パターニングの精度が得られない。
【0027】そこで、本発明者らはこの問題を解決する
ため検討を進めた結果、エッチングレートの制御を層間
膜に含まれる炭素含有量によって制御できることを見い
だした(請求項10)。これは、シリコーン系樹脂のエ
ッチングレートは、同種のプロセスで成膜した場合、シ
リコーン樹脂中に含まれる炭素量にのみに依存し、シリ
コーン樹脂を構成する有機基の構造等には影響を受けな
いということである。すなわち、炭素含有量の制御は、
化1で示したシリコーンラダーポリマーの側鎖の種類を
選択することによって可能である。また、炭素含有量の
異なる2種類以上のシリコーンラダーポリマーを混合す
ることによっても可能である。さらに、シリコーンラダ
ーポリマーと無機のヒドロゲンシルセスキオキサンとの
混合比や、シリコーン系樹脂塗布液に添加する無機SO
G溶液、または有機SOG溶液の量で調整することも可
能である。
ため検討を進めた結果、エッチングレートの制御を層間
膜に含まれる炭素含有量によって制御できることを見い
だした(請求項10)。これは、シリコーン系樹脂のエ
ッチングレートは、同種のプロセスで成膜した場合、シ
リコーン樹脂中に含まれる炭素量にのみに依存し、シリ
コーン樹脂を構成する有機基の構造等には影響を受けな
いということである。すなわち、炭素含有量の制御は、
化1で示したシリコーンラダーポリマーの側鎖の種類を
選択することによって可能である。また、炭素含有量の
異なる2種類以上のシリコーンラダーポリマーを混合す
ることによっても可能である。さらに、シリコーンラダ
ーポリマーと無機のヒドロゲンシルセスキオキサンとの
混合比や、シリコーン系樹脂塗布液に添加する無機SO
G溶液、または有機SOG溶液の量で調整することも可
能である。
【0028】一方、炭素含有量の多いシリコーンラダー
系樹脂などの有機SOGをエッチングする場合は、上述
の目的のために、脱炭素処理を行っても良い(請求項1
1)。この処理方法として不活性ガスを用いたプラズマ
処理等がある。この脱炭素処理により、シリコーンラダ
ー系樹脂膜が表面改質されて無機の酸化膜が形成するの
で、パターン形成のためのドライエッチングで酸素無添
加のエッチングガスが使用可能となる。このため、パタ
ーニング時に用いるレジストマスクとのエッチング比を
大きくでき、精度の良いパターニングが可能となり、通
常の酸素無添加ガスのドライエッチングによるプロセス
で層間膜にスルーホールを形成することができる。
系樹脂などの有機SOGをエッチングする場合は、上述
の目的のために、脱炭素処理を行っても良い(請求項1
1)。この処理方法として不活性ガスを用いたプラズマ
処理等がある。この脱炭素処理により、シリコーンラダ
ー系樹脂膜が表面改質されて無機の酸化膜が形成するの
で、パターン形成のためのドライエッチングで酸素無添
加のエッチングガスが使用可能となる。このため、パタ
ーニング時に用いるレジストマスクとのエッチング比を
大きくでき、精度の良いパターニングが可能となり、通
常の酸素無添加ガスのドライエッチングによるプロセス
で層間膜にスルーホールを形成することができる。
【0029】また、上述のようにエッチングレートを制
御することで、層間膜がこのシリコーンラダー系樹脂膜
と酸化シリコンからなる無機の膜との多層構造を有して
いても、それら無機の膜とのエッチング比を同様にする
ことが可能となる(請求項12)。このことにより、シ
リコーンラダー系樹脂膜と酸化シリコンからなる無機の
膜との多層構造の層間膜でも、1回のエッチング処理で
側壁に凹凸などの無いコンタクトホールの形成が可能と
なる。
御することで、層間膜がこのシリコーンラダー系樹脂膜
と酸化シリコンからなる無機の膜との多層構造を有して
いても、それら無機の膜とのエッチング比を同様にする
ことが可能となる(請求項12)。このことにより、シ
リコーンラダー系樹脂膜と酸化シリコンからなる無機の
膜との多層構造の層間膜でも、1回のエッチング処理で
側壁に凹凸などの無いコンタクトホールの形成が可能と
なる。
【0030】以下、この発明の1実施例を図を参照して
詳細に説明する。 実施例1.図1は、この発明の1実施例である半導体装
置の一部を示す断面図である。同図において、1はシリ
コンからなる半導体基板、2は半導体基板1上に形成さ
れた絶縁膜、3は絶縁膜2上に形成された第1のAl配
線層、4は第1のAl配線層3上に被覆するようにプラ
ズマCVD法により形成された酸化シリコン膜、5は酸
化シリコン膜4上に形成された上述したか1で示される
シリコーンラダー系の樹脂からなる樹脂膜、6は樹脂膜
5上に形成された酸化シリコン膜、7は酸化シリコン膜
6上に形成された第2のAl配線層である。第1のAl
配線層3と第2のAl配線層7とは、酸化シリコン膜
4,樹脂膜5,酸化シリコン膜6等からなる層間膜の所
定の位置に開けられたコンタクトホールを介して接続し
ている。
詳細に説明する。 実施例1.図1は、この発明の1実施例である半導体装
置の一部を示す断面図である。同図において、1はシリ
コンからなる半導体基板、2は半導体基板1上に形成さ
れた絶縁膜、3は絶縁膜2上に形成された第1のAl配
線層、4は第1のAl配線層3上に被覆するようにプラ
ズマCVD法により形成された酸化シリコン膜、5は酸
化シリコン膜4上に形成された上述したか1で示される
シリコーンラダー系の樹脂からなる樹脂膜、6は樹脂膜
5上に形成された酸化シリコン膜、7は酸化シリコン膜
6上に形成された第2のAl配線層である。第1のAl
配線層3と第2のAl配線層7とは、酸化シリコン膜
4,樹脂膜5,酸化シリコン膜6等からなる層間膜の所
定の位置に開けられたコンタクトホールを介して接続し
ている。
【0031】ここで、図1(a)は、第1のAl配線層
3と第2のAl配線層7とを、酸化シリコン膜4,樹脂
膜5,酸化シリコン膜6からなる3層構造の層間膜で層
間分離している状態を示している。また図1(b)は、
第1のAl配線層3と第2のAl配線層7とを、樹脂膜
5,酸化シリコン膜6からなる2層構造の層間膜で層間
分離している状態を示している。また図1(c)は、第
1のAl配線層3と第2のAl配線層7とを、酸化シリ
コン膜4,樹脂膜5からなる2層構造の層間膜で層間分
離している状態を示している。そして、図1(d)は、
第1のAl配線層3と第2のAl配線層7とを、樹脂膜
5の1層からなる層間膜で層間分離している状態を示し
ている。なお、樹脂膜5の上や下にCVD法などにより
形成される酸化シリコン膜を形成することにより、強度
や電気的な特性など半導体装置の信頼性をより向上する
ことができる。
3と第2のAl配線層7とを、酸化シリコン膜4,樹脂
膜5,酸化シリコン膜6からなる3層構造の層間膜で層
間分離している状態を示している。また図1(b)は、
第1のAl配線層3と第2のAl配線層7とを、樹脂膜
5,酸化シリコン膜6からなる2層構造の層間膜で層間
分離している状態を示している。また図1(c)は、第
1のAl配線層3と第2のAl配線層7とを、酸化シリ
コン膜4,樹脂膜5からなる2層構造の層間膜で層間分
離している状態を示している。そして、図1(d)は、
第1のAl配線層3と第2のAl配線層7とを、樹脂膜
5の1層からなる層間膜で層間分離している状態を示し
ている。なお、樹脂膜5の上や下にCVD法などにより
形成される酸化シリコン膜を形成することにより、強度
や電気的な特性など半導体装置の信頼性をより向上する
ことができる。
【0032】次に、図1(a)に示した半導体装置の製
造方法を、図2を用いて説明する。まず、熱酸化などに
より絶縁膜2が形成された半導体基板1上にスパッタ法
などによりAl膜を堆積形成し、これを所定のフォトリ
ソグラフィ技術を用いてパターニングして、第1のAl
配線層3を形成する。ついで、第1のAl配線層3を形
成した半導体基板1上に酸化シリコン膜4をプラズマC
VD法により形成する。その上に、シリコーンラダーポ
リマー溶液を回転塗布した。
造方法を、図2を用いて説明する。まず、熱酸化などに
より絶縁膜2が形成された半導体基板1上にスパッタ法
などによりAl膜を堆積形成し、これを所定のフォトリ
ソグラフィ技術を用いてパターニングして、第1のAl
配線層3を形成する。ついで、第1のAl配線層3を形
成した半導体基板1上に酸化シリコン膜4をプラズマC
VD法により形成する。その上に、シリコーンラダーポ
リマー溶液を回転塗布した。
【0033】このシリコーンラダーポリマー溶液は主溶
質として、以下の化2で示される重量平均分子量が20
000であるシリコーンラダーポリマーを用いた。この
シリコーンラダーポリマー溶液の溶媒としては、n−ブ
チルアセテート/1−ブタノール(4/1)混合溶液を
用い、上述の溶質を15重量%濃度に溶解して用いた。
また添加剤としては、上述のシリコーンラダーポリマー
樹脂分に対して1000ppm濃度のシランカップリン
グ剤であるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン(KBM−403E:信越化学工業(株)製)を用い
た。なお、シランカップリング剤の添加方法は、上記の
ように後でシリコーンラダーポリマー樹脂溶液に加えて
も良いし、また先に溶剤に溶かしておいてから、これに
後でシリコーンラダーポリマー樹脂を溶かしても良く、
またそれぞれを溶かした溶液を混合しても良い。
質として、以下の化2で示される重量平均分子量が20
000であるシリコーンラダーポリマーを用いた。この
シリコーンラダーポリマー溶液の溶媒としては、n−ブ
チルアセテート/1−ブタノール(4/1)混合溶液を
用い、上述の溶質を15重量%濃度に溶解して用いた。
また添加剤としては、上述のシリコーンラダーポリマー
樹脂分に対して1000ppm濃度のシランカップリン
グ剤であるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン(KBM−403E:信越化学工業(株)製)を用い
た。なお、シランカップリング剤の添加方法は、上記の
ように後でシリコーンラダーポリマー樹脂溶液に加えて
も良いし、また先に溶剤に溶かしておいてから、これに
後でシリコーンラダーポリマー樹脂を溶かしても良く、
またそれぞれを溶かした溶液を混合しても良い。
【0034】
【化2】 なお、式中nは重量平均分子量が20000を得るに十
分な整数を示す。
分な整数を示す。
【0035】シリコンラダーポリマー溶液を回転塗布し
た後、これを150℃と250℃とでそれぞれ30分間
の熱処理をした後、400℃で1時間の熱処理を行い、
塗布したシリコーンラダーポリマー膜を熱硬化させ、樹
脂膜5を形成する。なお、化2に示す、末端に水酸基を
有するシリコーンラダーポリマーは、特願平4−340
638号に記載された方法によって作成されたものであ
る。
た後、これを150℃と250℃とでそれぞれ30分間
の熱処理をした後、400℃で1時間の熱処理を行い、
塗布したシリコーンラダーポリマー膜を熱硬化させ、樹
脂膜5を形成する。なお、化2に示す、末端に水酸基を
有するシリコーンラダーポリマーは、特願平4−340
638号に記載された方法によって作成されたものであ
る。
【0036】この方法により作製したシリコーンラダー
ポリマーは、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、鉛および
塩化水素の各含有量が1ppm以下であり、ウランおよ
びトリウムの各含有量も1ppb以下と不純物の含有量
がきわめて少ない高純度品である。このため、このシリ
コーンラダーポリマーを用いた層間絶縁膜は耐熱性に優
れ、また分子量分布も10以下と制御性もよく特性のば
らつきも少ないため、信頼性の向上にも寄与している。
ポリマーは、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、鉛および
塩化水素の各含有量が1ppm以下であり、ウランおよ
びトリウムの各含有量も1ppb以下と不純物の含有量
がきわめて少ない高純度品である。このため、このシリ
コーンラダーポリマーを用いた層間絶縁膜は耐熱性に優
れ、また分子量分布も10以下と制御性もよく特性のば
らつきも少ないため、信頼性の向上にも寄与している。
【0037】次に、図2(b)に示すように、樹脂膜5
をCF4 系のガスで等方性エッチングして、平坦性を向
上させ、かつ、第1のAl配線層3の配線パターン上の
部分を除去もしくは薄くする。次いで、樹脂膜5の上に
酸化シリコン膜6をCVD法により成膜して3層構造の
層間絶縁膜を形成し、図2(c)に示すように、通常の
方法でこれら3層構造の層間絶縁膜の所定部分をエッチ
ングしてコンタクトホールを形成する。次に、この上
に、図2(d)に示すように、第2のAl配線層7をス
パッタリング法などにより形成し、所望の形状にパター
ニングして第2のAl配線層7と第1のAl配線層3と
を接続する。
をCF4 系のガスで等方性エッチングして、平坦性を向
上させ、かつ、第1のAl配線層3の配線パターン上の
部分を除去もしくは薄くする。次いで、樹脂膜5の上に
酸化シリコン膜6をCVD法により成膜して3層構造の
層間絶縁膜を形成し、図2(c)に示すように、通常の
方法でこれら3層構造の層間絶縁膜の所定部分をエッチ
ングしてコンタクトホールを形成する。次に、この上
に、図2(d)に示すように、第2のAl配線層7をス
パッタリング法などにより形成し、所望の形状にパター
ニングして第2のAl配線層7と第1のAl配線層3と
を接続する。
【0038】このように、この実施例1における半導体
装置の層間絶縁膜は、平坦化に分子量の高いシリコーン
ラダー系の樹脂からなる樹脂膜5を用いたので、一度塗
りで厚膜を形成してもクラックの無い良好な平坦性を得
ることができる。また、この膜は、シランカップリング
剤を添加したので、下地膜や上敷膜との接着性が良好で
ある。そして、500℃以下の温度ではガス放出量が少
なく、樹脂膜5が露出しているスルーホールにアルミ配
線7を形成しても、このアルミ配線7に不良は発生しな
いため長期信頼性に優れている。
装置の層間絶縁膜は、平坦化に分子量の高いシリコーン
ラダー系の樹脂からなる樹脂膜5を用いたので、一度塗
りで厚膜を形成してもクラックの無い良好な平坦性を得
ることができる。また、この膜は、シランカップリング
剤を添加したので、下地膜や上敷膜との接着性が良好で
ある。そして、500℃以下の温度ではガス放出量が少
なく、樹脂膜5が露出しているスルーホールにアルミ配
線7を形成しても、このアルミ配線7に不良は発生しな
いため長期信頼性に優れている。
【0039】実施例2.この発明の図1(b)の半導体
装置を、実施例1と同様の方法を用いて作製した。ただ
し、図2(a)の工程で、第1のAl配線層3をパター
ニングした後の酸化シリコン膜4の成膜を省略し、第1
のAl配線層3のパターニング後に樹脂膜5を形成し
た。この実施例2の半導体装置においても、耐クラック
性、平坦性が良好な層間膜が得られた。さらに、下地や
上敷膜との接着性にすぐれ、また、第1のAl配線層3
やスルーホール中のアルミニウムにおいても不良は発生
しない。
装置を、実施例1と同様の方法を用いて作製した。ただ
し、図2(a)の工程で、第1のAl配線層3をパター
ニングした後の酸化シリコン膜4の成膜を省略し、第1
のAl配線層3のパターニング後に樹脂膜5を形成し
た。この実施例2の半導体装置においても、耐クラック
性、平坦性が良好な層間膜が得られた。さらに、下地や
上敷膜との接着性にすぐれ、また、第1のAl配線層3
やスルーホール中のアルミニウムにおいても不良は発生
しない。
【0040】実施例3.この発明の図1(c)の半導体
装置を、実施例1と同様の方法を用いて作製した。ただ
し、図2(c)の工程で、樹脂膜5をエッチバックした
後の酸化シリコン膜6の成膜を省略し、樹脂膜5のエッ
チバック後にスルーホールを形成し、2層目の第2のA
l配線層7の形成を行った。この実施例3の半導体装置
においても、耐クラック性、平坦性が良好な層間膜が得
られた。さらに、下地膜や上敷との接着性に優れ、ま
た、第2のAl配線層7やスルーホール中のアルミニウ
ムにおいても不良は発生しない。
装置を、実施例1と同様の方法を用いて作製した。ただ
し、図2(c)の工程で、樹脂膜5をエッチバックした
後の酸化シリコン膜6の成膜を省略し、樹脂膜5のエッ
チバック後にスルーホールを形成し、2層目の第2のA
l配線層7の形成を行った。この実施例3の半導体装置
においても、耐クラック性、平坦性が良好な層間膜が得
られた。さらに、下地膜や上敷との接着性に優れ、ま
た、第2のAl配線層7やスルーホール中のアルミニウ
ムにおいても不良は発生しない。
【0041】実施例4.この発明の、図1(d)の半導
体装置を実施例1と同様の方法を用いて作製した。ただ
し、酸化シリコン膜4と酸化シリコン膜6の成膜を省略
し、樹脂膜5だけからなる層間絶縁膜とし、ここにスル
ーホールを形成して2層目のAl配線層の形成を行っ
た。この実施例4の半導体装置においても、耐クラック
性、平坦性が良好な層間膜が得られた。さらに、下地や
上敷との接着性に優れ、また、第1のAl配線層3、第
2のAl配線層7やスルーホール中のアルミニウムにお
いても不良は発生しない。
体装置を実施例1と同様の方法を用いて作製した。ただ
し、酸化シリコン膜4と酸化シリコン膜6の成膜を省略
し、樹脂膜5だけからなる層間絶縁膜とし、ここにスル
ーホールを形成して2層目のAl配線層の形成を行っ
た。この実施例4の半導体装置においても、耐クラック
性、平坦性が良好な層間膜が得られた。さらに、下地や
上敷との接着性に優れ、また、第1のAl配線層3、第
2のAl配線層7やスルーホール中のアルミニウムにお
いても不良は発生しない。
【0042】実施例5.〜16.ところで、上記実施例
1〜4では、樹脂膜5の形成に、このシリコーンラダー
ポリマー溶液の主溶質として、化2で示した重量平均分
子量が20000であるポリメチルシルセスキオキサン
を主溶質とし、n−ブチルアセテート/1−ブタノール
(混合比4/1)混合溶液を溶媒として上述の溶質を1
5重量%濃度に溶解し、添加剤として上述のシリコーン
ラダーポリマー樹脂分に対して1000ppm濃度のγ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加した
ものを用いていたが、これに限るものではない。樹脂膜
5を形成するためのシリコーンラダーポリマー溶液の組
成を、以下の表1に示すように組合わせても良い。
1〜4では、樹脂膜5の形成に、このシリコーンラダー
ポリマー溶液の主溶質として、化2で示した重量平均分
子量が20000であるポリメチルシルセスキオキサン
を主溶質とし、n−ブチルアセテート/1−ブタノール
(混合比4/1)混合溶液を溶媒として上述の溶質を1
5重量%濃度に溶解し、添加剤として上述のシリコーン
ラダーポリマー樹脂分に対して1000ppm濃度のγ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加した
ものを用いていたが、これに限るものではない。樹脂膜
5を形成するためのシリコーンラダーポリマー溶液の組
成を、以下の表1に示すように組合わせても良い。
【0043】
【表1】
【0044】なお、表1のシリコーンラダーポリマー
は、以下の化3で示される構造を有し、特願平4−34
0638号、特願平4−208994号に記載された方
法や、特開平1−92224号公報に開示された方法に
よって作られたものである。
は、以下の化3で示される構造を有し、特願平4−34
0638号、特願平4−208994号に記載された方
法や、特開平1−92224号公報に開示された方法に
よって作られたものである。
【0045】
【化3】 なお、式中、Rはメチル基またはフェニル基であり、個
々のRはそれぞれ同種でもよく異種でもよい。また、n
は重量平均分子量が2000〜100000を得るに十
分な整数を示す。
々のRはそれぞれ同種でもよく異種でもよい。また、n
は重量平均分子量が2000〜100000を得るに十
分な整数を示す。
【0046】表1に示したシリコーンラダーポリマー
も、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、鉛および塩化水素
の各含有量が1ppm以下であり、ウランおよびトリウ
ムの各含有量も1ppb以下と不純物の含有量がきわめ
て少ない高純度品である。このため、このシリコーンラ
ダーポリマーを用いた樹脂膜5(層間絶縁膜)は耐熱性
に優れ、また分子量分布も10以下と制御性もよく特性
のばらつきも少ないため、信頼性の向上にも寄与してい
る。
も、ナトリウム、カリウム、鉄、銅、鉛および塩化水素
の各含有量が1ppm以下であり、ウランおよびトリウ
ムの各含有量も1ppb以下と不純物の含有量がきわめ
て少ない高純度品である。このため、このシリコーンラ
ダーポリマーを用いた樹脂膜5(層間絶縁膜)は耐熱性
に優れ、また分子量分布も10以下と制御性もよく特性
のばらつきも少ないため、信頼性の向上にも寄与してい
る。
【0047】また、表1に示した、実施例5〜17の組
み合わせのシリコーンラダーポリマー溶液による樹脂膜
5を用いた半導体装置においても、耐クラック性や平坦
性が良好な層間膜が得られた。さらに、下地層や上敷層
との接着性に優れ、また、第1のAl配線層3、第2の
Al配線層7やスルーホール中のアルミニウムにおいて
も不良は発生しない。
み合わせのシリコーンラダーポリマー溶液による樹脂膜
5を用いた半導体装置においても、耐クラック性や平坦
性が良好な層間膜が得られた。さらに、下地層や上敷層
との接着性に優れ、また、第1のAl配線層3、第2の
Al配線層7やスルーホール中のアルミニウムにおいて
も不良は発生しない。
【0048】実施例17.〜20.なお、上記実施例で
は、用いるシリコーンラダーポリマーは1種類であった
が、これに限るものではない。前述したように、重量平
均分子量が30000以上と大きいシリコーンラダーポ
リマーの下地との接着性を向上させるために、以下の表
2に示すように、より分子量の低いシリコーンラダーポ
リマーを混合して用いる。
は、用いるシリコーンラダーポリマーは1種類であった
が、これに限るものではない。前述したように、重量平
均分子量が30000以上と大きいシリコーンラダーポ
リマーの下地との接着性を向上させるために、以下の表
2に示すように、より分子量の低いシリコーンラダーポ
リマーを混合して用いる。
【0049】
【表2】
【0050】例えば、実施例18に示すように、重量平
均分子量が50000と5000のポリメチルシルセス
キオキサンを1:1に混合してn−ブチルアセテートに
濃度15wt%となるように溶解し、これにγ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシランをシリコーンラダー
ポリマーに対して1000ppmとなるように添加した
シリコーンラダーポリマー溶液を用い、樹脂膜5(図
2)を形成するようにしても良い。これらの実施例の半
導体装置においても、耐クラック性、平坦性が良好な層
間膜が得られた。さらに下地や上敷との接着性に優れ、
Al配線層3、7やスルーホール中のアルミニウムにお
いても不良は発生しない。
均分子量が50000と5000のポリメチルシルセス
キオキサンを1:1に混合してn−ブチルアセテートに
濃度15wt%となるように溶解し、これにγ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシランをシリコーンラダー
ポリマーに対して1000ppmとなるように添加した
シリコーンラダーポリマー溶液を用い、樹脂膜5(図
2)を形成するようにしても良い。これらの実施例の半
導体装置においても、耐クラック性、平坦性が良好な層
間膜が得られた。さらに下地や上敷との接着性に優れ、
Al配線層3、7やスルーホール中のアルミニウムにお
いても不良は発生しない。
【0051】実施例21.〜30.ところで、上記実施
例では、接着性の向上のためのシランカップリング剤で
あるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを1
000ppm添加するようにしていたがこれに限るもの
ではない。以下の表3に示すように、150〜1000
0ppmの範囲で添加量を変えたり、他のシランカップ
リング剤を用いても同様である。これらの実施例の半導
体装置においても、耐クラック性、平坦性が良好な層間
膜が得られ、さらにこの層間膜は下地や上敷との接着性
に優れ、スルーホール中のアルミニウムにおいても不良
は発生しない。
例では、接着性の向上のためのシランカップリング剤で
あるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを1
000ppm添加するようにしていたがこれに限るもの
ではない。以下の表3に示すように、150〜1000
0ppmの範囲で添加量を変えたり、他のシランカップ
リング剤を用いても同様である。これらの実施例の半導
体装置においても、耐クラック性、平坦性が良好な層間
膜が得られ、さらにこの層間膜は下地や上敷との接着性
に優れ、スルーホール中のアルミニウムにおいても不良
は発生しない。
【0052】
【表3】
【0053】実施例31.〜33.ここで、上記実施例
では、接着性の向上のための添加剤として、シランカッ
プリング剤を用いていたが、これに限るものではなく、
ヒドロゲンシルセスキオキサンや他の無機SOGや有機
SOG溶液を添加しても同様の効果を奏する。以下の表
4に示すように、ヒドロゲンシルセスキオキサン(HS
Q)を20〜60wt%の範囲で添加すればよい。ここ
で、HSQの添加量が20wt%未満だと接着性向上の
効果が現れず、60wt%を越えると、熱硬化における
耐クラック性に劣るようになる。
では、接着性の向上のための添加剤として、シランカッ
プリング剤を用いていたが、これに限るものではなく、
ヒドロゲンシルセスキオキサンや他の無機SOGや有機
SOG溶液を添加しても同様の効果を奏する。以下の表
4に示すように、ヒドロゲンシルセスキオキサン(HS
Q)を20〜60wt%の範囲で添加すればよい。ここ
で、HSQの添加量が20wt%未満だと接着性向上の
効果が現れず、60wt%を越えると、熱硬化における
耐クラック性に劣るようになる。
【0054】
【表4】
【0055】実施例34.〜39.また、他の無機SO
Gや有機SOG溶液に関しては、以下の表5に示すよう
に、市販のSOG溶液を用いれば、やはり同様に、接着
性の向上が認められる。なお、表5において、T−7
(12500T)は有機SOGであり、T−2(P−4
8340)は無機SOGである。
Gや有機SOG溶液に関しては、以下の表5に示すよう
に、市販のSOG溶液を用いれば、やはり同様に、接着
性の向上が認められる。なお、表5において、T−7
(12500T)は有機SOGであり、T−2(P−4
8340)は無機SOGである。
【0056】
【表5】
【0057】比較例1.〜12.ここで、上記実施例に
対する比較例として、以下の表6に示す配合のシリコー
ンラダーポリマー溶液を用いて図2に示す樹脂膜5に対
応するシリコーンラダーポリマー膜を形成した。
対する比較例として、以下の表6に示す配合のシリコー
ンラダーポリマー溶液を用いて図2に示す樹脂膜5に対
応するシリコーンラダーポリマー膜を形成した。
【0058】
【表6】
【0059】表6の比較例1に示すように、シランカッ
プリング剤を添加しないと、形成したシリコーンラダー
ポリマー膜と下地との間に剥離が生じた。特に第1のA
l配線層3の上部で剥離が生じやすい。
プリング剤を添加しないと、形成したシリコーンラダー
ポリマー膜と下地との間に剥離が生じた。特に第1のA
l配線層3の上部で剥離が生じやすい。
【0060】また、表6の比較例2に示すようにシラン
カップリング剤の添加量が少ない場合は下地との接着性
に劣り、比較例3に示すように多い場合は形成したシリ
コーンラダーポリマーの膜質に難を生じる。また、表6
の比較例4,5に示すように、分子量が100000を
越えるものは塗布における穴埋め性が悪く、また、末端
の−OH基が少ないため下地との接着性も劣る。一方、
表6の比較例6に示す、ポリマー濃度の低いものは、塗
布における平坦性に劣る。
カップリング剤の添加量が少ない場合は下地との接着性
に劣り、比較例3に示すように多い場合は形成したシリ
コーンラダーポリマーの膜質に難を生じる。また、表6
の比較例4,5に示すように、分子量が100000を
越えるものは塗布における穴埋め性が悪く、また、末端
の−OH基が少ないため下地との接着性も劣る。一方、
表6の比較例6に示す、ポリマー濃度の低いものは、塗
布における平坦性に劣る。
【0061】また、表6の比較例7,8に示すように、
HSQの添加量についても、シランカップリング剤と同
様であり、添加量が少ないと接着性に劣り、多いと膜質
に問題を生じる。そして、SOGの添加については、表
6の比較例9や比較例11に示すように添加量が少ない
と接着性に劣り、比較例10や12に示すように添加量
が多いと、Al配線に対して悪影響を与える。
HSQの添加量についても、シランカップリング剤と同
様であり、添加量が少ないと接着性に劣り、多いと膜質
に問題を生じる。そして、SOGの添加については、表
6の比較例9や比較例11に示すように添加量が少ない
と接着性に劣り、比較例10や12に示すように添加量
が多いと、Al配線に対して悪影響を与える。
【0062】実施例41.図3は、シリコーン樹脂の炭
素含有量とエッチングレートの関係とを示した説明図で
ある。同図において、31,31aはポリメチルシルセ
スキオキサン、32,32aはポリフェニルシルセスキ
オキサン、33,33aはT−7(12500T)[東
京応化製有機SOG材料]、34,34aはT−7(1
2500TA)[東京応化製有機SOG材料]、35,
35aはSF1014[住友化学製有機SOG材料]を
示し、それぞれエッチングガスに酸素を含む場合と含ま
ない場合とについて示してある。また36,36a,は
プラズマCVDによる酸化シリコン膜のエッチングレー
トを示すものであり、酸化シリコン膜は炭素含有量が0
%のものである。それぞれの膜中炭素含有量は、測定し
た結果である。
素含有量とエッチングレートの関係とを示した説明図で
ある。同図において、31,31aはポリメチルシルセ
スキオキサン、32,32aはポリフェニルシルセスキ
オキサン、33,33aはT−7(12500T)[東
京応化製有機SOG材料]、34,34aはT−7(1
2500TA)[東京応化製有機SOG材料]、35,
35aはSF1014[住友化学製有機SOG材料]を
示し、それぞれエッチングガスに酸素を含む場合と含ま
ない場合とについて示してある。また36,36a,は
プラズマCVDによる酸化シリコン膜のエッチングレー
トを示すものであり、酸化シリコン膜は炭素含有量が0
%のものである。それぞれの膜中炭素含有量は、測定し
た結果である。
【0063】同図に示すように、エッチングレートは膜
中に含まれる有機基の種類やポリマーの構造等に関係な
く、炭素含有量にのみ依存している。ここで、図3に示
されるエッチング条件で酸素無添加のガスを用いた場
合、例えばエッチングレートを1000(Å/min)
に制御するためには、炭素含有量を約40wt%にする
と良いことがわかる。
中に含まれる有機基の種類やポリマーの構造等に関係な
く、炭素含有量にのみ依存している。ここで、図3に示
されるエッチング条件で酸素無添加のガスを用いた場
合、例えばエッチングレートを1000(Å/min)
に制御するためには、炭素含有量を約40wt%にする
と良いことがわかる。
【0064】炭素含有量を40wt%に制御した層間平
坦化膜を得るため、特願平4−208994号に記載さ
れた方法により、メチル基とフェニル基の比率が40.
1:59.9から成る化3に示したポリメチルフェニル
シルセスキオキサンを合成した。そしてこのポリマーの
塗布液を作製し、これによる層間平坦化膜を形成した。
この膜のエッチングレートを測定したところ983(Å
/min)が得られ、設計した値とほぼ等しい値が得ら
れた。
坦化膜を得るため、特願平4−208994号に記載さ
れた方法により、メチル基とフェニル基の比率が40.
1:59.9から成る化3に示したポリメチルフェニル
シルセスキオキサンを合成した。そしてこのポリマーの
塗布液を作製し、これによる層間平坦化膜を形成した。
この膜のエッチングレートを測定したところ983(Å
/min)が得られ、設計した値とほぼ等しい値が得ら
れた。
【0065】実施例42.実施例41と同様に、100
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化2に示したポリメチルシルセ
スキオキサン(重量平均分子量:20000)と、下記
の化4に示すポリフェニルシルセスキオキサン(重量平
均分子量:2000)を40.1:59.9の重量比で
混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。こ
の膜のエッチングレートを測定したところ、設計した値
にほぼ等しい991(Å/min)を得た。なお、化4
に示す末端に水酸基を有するシリコーンラダーポリマー
は、特開平1−92224号公報に開示された方法によ
って作られたものである。
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化2に示したポリメチルシルセ
スキオキサン(重量平均分子量:20000)と、下記
の化4に示すポリフェニルシルセスキオキサン(重量平
均分子量:2000)を40.1:59.9の重量比で
混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。こ
の膜のエッチングレートを測定したところ、設計した値
にほぼ等しい991(Å/min)を得た。なお、化4
に示す末端に水酸基を有するシリコーンラダーポリマー
は、特開平1−92224号公報に開示された方法によ
って作られたものである。
【0066】
【化4】 なお、式中、Phはフェニル基を示し、nは重量平均分
子量が2000を得るに十分な整数を示す。
子量が2000を得るに十分な整数を示す。
【0067】実施例43.実施例41と同様に、100
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化4に示したポリフェニルシル
セスキオキサン(重量平均分子量:2000)と、ヒド
ロゲンシルセスキオキサン73.0:27.0の重量比
で混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。
この膜のエッチングレートを測定したところ、設計した
値にほぼ等しい1012(Å/min)を得た。
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化4に示したポリフェニルシル
セスキオキサン(重量平均分子量:2000)と、ヒド
ロゲンシルセスキオキサン73.0:27.0の重量比
で混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。
この膜のエッチングレートを測定したところ、設計した
値にほぼ等しい1012(Å/min)を得た。
【0068】実施例44.実施例41と同様に、100
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化4に示したポリフェニルシル
セスキオキサン(重量平均分子量:2000)の20w
t%溶液と、市販有機SOG溶液(T−7[12500
TA]、東京応化製)を71.8:28.2の重量比で
混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。こ
の膜のエッチングレートを測定したところ、設計した値
とほぼ等しい966(Å/min)を得た。
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化4に示したポリフェニルシル
セスキオキサン(重量平均分子量:2000)の20w
t%溶液と、市販有機SOG溶液(T−7[12500
TA]、東京応化製)を71.8:28.2の重量比で
混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。こ
の膜のエッチングレートを測定したところ、設計した値
とほぼ等しい966(Å/min)を得た。
【0069】実施例45.実施例41と同様に、100
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化4に示したポリフェニルシル
セスキオキサン(重量平均分子量:2000)の8.4
wt%溶液と、市販無機SOG溶液(T−2[P−48
340]、東京応化製)を73.0:27.0の重量比
で混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。
この膜のエッチングレートを測定したところ、設計した
値にほぼ等しい981(Å/min)を得た。
0(Å/min)のエッチングレートを得るため炭素含
有量を40wt%に制御したシリコーンラダーポリマー
を作成した。ここでは、化4に示したポリフェニルシル
セスキオキサン(重量平均分子量:2000)の8.4
wt%溶液と、市販無機SOG溶液(T−2[P−48
340]、東京応化製)を73.0:27.0の重量比
で混合した塗布液を作製し、層間平坦化膜を形成した。
この膜のエッチングレートを測定したところ、設計した
値にほぼ等しい981(Å/min)を得た。
【0070】実施例46.以上示したように、異なる炭
素含有量の樹脂を混ぜることにより、作成した樹脂膜の
炭素含有量を制御し、これによりエッチングレートが制
御できるようになる。ここで、プラズマCVDによる酸
化シリコン膜とシリコーンラダー系樹脂膜との多層構造
の層間平坦化膜を形成したときに、酸化シリコン膜と樹
脂膜とのエッチングレートをほぼ同一にする場合につい
て説明する。
素含有量の樹脂を混ぜることにより、作成した樹脂膜の
炭素含有量を制御し、これによりエッチングレートが制
御できるようになる。ここで、プラズマCVDによる酸
化シリコン膜とシリコーンラダー系樹脂膜との多層構造
の層間平坦化膜を形成したときに、酸化シリコン膜と樹
脂膜とのエッチングレートをほぼ同一にする場合につい
て説明する。
【0071】図3に示した酸素を用いるエッチング条件
でプラズマCVDによる酸化シリコン膜と同一のエッチ
ングレートを得られるシリコーンラダー系樹脂は、同図
より明らかなように、炭素含有量を約8wt%とすれば
よいことがわかる。ここで、炭素含有量が約8wt%の
シリコーンラダー系樹脂を得るためには、重量平均分子
量約20000のポリシルセスキオキサンとヒドロゲン
シルセスキオキサンとを56.7:43.3の重量比で
混合したものを用いるようにすればよい。
でプラズマCVDによる酸化シリコン膜と同一のエッチ
ングレートを得られるシリコーンラダー系樹脂は、同図
より明らかなように、炭素含有量を約8wt%とすれば
よいことがわかる。ここで、炭素含有量が約8wt%の
シリコーンラダー系樹脂を得るためには、重量平均分子
量約20000のポリシルセスキオキサンとヒドロゲン
シルセスキオキサンとを56.7:43.3の重量比で
混合したものを用いるようにすればよい。
【0072】このようにして形成された膜のエッチング
レートを測定したところ、4431Å/minであった
ので、ほぼ目的の結果を得たことになる。従って、この
方法を用いることにより、エッチングガスの酸素含有量
を増やすことなく、シリコーンラダー系樹脂による層間
膜のエッチングレートを制御できるのので、この層にパ
ターンを形成するときに用いるレジストのマスクとのエ
ッチングの選択制にも問題は生じない。
レートを測定したところ、4431Å/minであった
ので、ほぼ目的の結果を得たことになる。従って、この
方法を用いることにより、エッチングガスの酸素含有量
を増やすことなく、シリコーンラダー系樹脂による層間
膜のエッチングレートを制御できるのので、この層にパ
ターンを形成するときに用いるレジストのマスクとのエ
ッチングの選択制にも問題は生じない。
【0073】実施例47.ところで、シリコーンラダー
系樹脂とプラズマCVDによる酸化シリコン膜とによる
層間絶縁膜を形成したときに、これら異なる膜のエッチ
ングレートを同一にすることを、シリコーンラダー系樹
脂膜を改質することにより行っても良い。図4は、この
シリコーンラダー系樹脂膜の改質によりエッチングレー
トを制御する方法を説明するための工程断面図である。
ここでは、シリコーンラダー系樹脂膜としてポリフェニ
ルシルセスキオキサンを用い、図1(a)に示した構造
を有する半導体装置を形成する工程を示したものであ
る。
系樹脂とプラズマCVDによる酸化シリコン膜とによる
層間絶縁膜を形成したときに、これら異なる膜のエッチ
ングレートを同一にすることを、シリコーンラダー系樹
脂膜を改質することにより行っても良い。図4は、この
シリコーンラダー系樹脂膜の改質によりエッチングレー
トを制御する方法を説明するための工程断面図である。
ここでは、シリコーンラダー系樹脂膜としてポリフェニ
ルシルセスキオキサンを用い、図1(a)に示した構造
を有する半導体装置を形成する工程を示したものであ
る。
【0074】この実施例では、エッチングするポリフェ
ニルシルセスキオキサンからなる樹脂膜5を脱炭素処理
による表面処理をすることによって無機質化し、エッチ
ング速度をプラズマCVDにより形成された酸化シリコ
ン膜4,6に近づけるものである。このため、スルーホ
ール形成のためのエッチングにおいて酸素無添加の通常
のCF4 とCHF3 との混合系ガスを用いることが可能
である。
ニルシルセスキオキサンからなる樹脂膜5を脱炭素処理
による表面処理をすることによって無機質化し、エッチ
ング速度をプラズマCVDにより形成された酸化シリコ
ン膜4,6に近づけるものである。このため、スルーホ
ール形成のためのエッチングにおいて酸素無添加の通常
のCF4 とCHF3 との混合系ガスを用いることが可能
である。
【0075】以下、本発明の製造方法を図4を用いて説
明する。まず、図4(a)に示すように半導体素子を形
成した半導体基板1上に絶縁膜2を形成し、この上に第
1のAl配線層3のパターンを形成した後、酸化シリコ
ン膜4をCVD法により形成する。その上に、化4で示
した、重量平均分子量が2000であるシリコーンラダ
ーポリマーのメトキシベンゼン/エトキシベンゼン(1
/1)混合溶液[20wt%濃度]を回転塗布し、15
0℃、250℃でそれぞれ30分間そして400℃で1
時間熱処理を行い樹脂膜5を形成する。
明する。まず、図4(a)に示すように半導体素子を形
成した半導体基板1上に絶縁膜2を形成し、この上に第
1のAl配線層3のパターンを形成した後、酸化シリコ
ン膜4をCVD法により形成する。その上に、化4で示
した、重量平均分子量が2000であるシリコーンラダ
ーポリマーのメトキシベンゼン/エトキシベンゼン(1
/1)混合溶液[20wt%濃度]を回転塗布し、15
0℃、250℃でそれぞれ30分間そして400℃で1
時間熱処理を行い樹脂膜5を形成する。
【0076】次に、シリコーンラダーポリマー膜をCF
4 系のガスによる等方性エッチングでエッチバックし、
平坦性を向上させるだけでなく第1のAl配線層3上の
樹脂膜5を除去するかもしくは薄くする。このとき、エ
ッチングレートおよび均一性を向上させるためエッチン
グガスに酸素を20%以下の割合で混合することが望ま
しい。そして、次に示すことがこの実施例のポイントで
あるが、残った樹脂膜5の表面を窒素ガスのプラズマで
表面処理をすることにより、無機のSiO2 層5’を形
成し、図4(b)に示すように、第1のAl配線層3上
には樹脂膜5が残らないようにする。この窒素ガスのプ
ラズマによる表面処理が、残った樹脂膜5の表面より脱
炭素を行う処理となる。
4 系のガスによる等方性エッチングでエッチバックし、
平坦性を向上させるだけでなく第1のAl配線層3上の
樹脂膜5を除去するかもしくは薄くする。このとき、エ
ッチングレートおよび均一性を向上させるためエッチン
グガスに酸素を20%以下の割合で混合することが望ま
しい。そして、次に示すことがこの実施例のポイントで
あるが、残った樹脂膜5の表面を窒素ガスのプラズマで
表面処理をすることにより、無機のSiO2 層5’を形
成し、図4(b)に示すように、第1のAl配線層3上
には樹脂膜5が残らないようにする。この窒素ガスのプ
ラズマによる表面処理が、残った樹脂膜5の表面より脱
炭素を行う処理となる。
【0077】次いで、図4(c)に示すように、樹脂膜
5の無機のSiO2 層5’の上に酸化シリコン膜6をC
VD法により成膜し、図4(c)に示すように、通常の
酸素無添加のCF4とCHF3の混合系ガスを用いた方法
でこれら3層構造の層間絶縁膜の所定部分をエッチング
してコンタクトホールを形成する。次いで、図4(d)
に示すように、第2のAl配線層7をスパッタリング法
などを用いて形成し、これを所望の形状にパターニング
し第1のAl配線層3と接続する。
5の無機のSiO2 層5’の上に酸化シリコン膜6をC
VD法により成膜し、図4(c)に示すように、通常の
酸素無添加のCF4とCHF3の混合系ガスを用いた方法
でこれら3層構造の層間絶縁膜の所定部分をエッチング
してコンタクトホールを形成する。次いで、図4(d)
に示すように、第2のAl配線層7をスパッタリング法
などを用いて形成し、これを所望の形状にパターニング
し第1のAl配線層3と接続する。
【0078】この半導体装置の製造方法は、樹脂膜5が
ポリフェニルシルセスキオキサンの場合に限らず、あら
ゆる有機基を含む膜に対しても有効である。また、表面
処理においてはアルゴン、ネオンなど他の不活性ガスプ
ラズマの場合や、酸素ガスのプラズマであっても同様の
効果を奏する。このように、耐熱性に有利なポリフェニ
ルシルセスキオキサンを層間平坦化膜として用いた場合
でも、炭素含有量に関係なく、シリコーン系樹脂膜の表
面改質処理を行い酸化膜を形成することにより、酸素無
添加のガスが使用可能となる。この発明により通常のプ
ロセスでスルーホールを形成することができる。
ポリフェニルシルセスキオキサンの場合に限らず、あら
ゆる有機基を含む膜に対しても有効である。また、表面
処理においてはアルゴン、ネオンなど他の不活性ガスプ
ラズマの場合や、酸素ガスのプラズマであっても同様の
効果を奏する。このように、耐熱性に有利なポリフェニ
ルシルセスキオキサンを層間平坦化膜として用いた場合
でも、炭素含有量に関係なく、シリコーン系樹脂膜の表
面改質処理を行い酸化膜を形成することにより、酸素無
添加のガスが使用可能となる。この発明により通常のプ
ロセスでスルーホールを形成することができる。
【0079】
【発明の効果】以上の説明したように、この発明によれ
ば、配線層間に形成される層間絶縁層の平坦化膜として
シリコーンラダーポリマーを用いるので、この膜は耐ク
ラック性が優れ厚塗りが可能であり、一度塗りで優れた
平坦性を得ることができることから工程の簡略化が図れ
るという効果を有する。その上、ガス放出量も少なく、
他の層との接着性もよいことからAl配線の長期信頼性
に優れた半導体装置を得ることが可能となる。また、こ
の膜の炭素含有量を制御することによりプロセスに合っ
たエッチングレートを得ることが可能となり、層間絶縁
層を無機の酸化シリコン膜とシリコーンラダーポリマー
からなる平坦化膜とで組合わせて形成した場合でも、問
題なくコンタクトホールを形成できる。
ば、配線層間に形成される層間絶縁層の平坦化膜として
シリコーンラダーポリマーを用いるので、この膜は耐ク
ラック性が優れ厚塗りが可能であり、一度塗りで優れた
平坦性を得ることができることから工程の簡略化が図れ
るという効果を有する。その上、ガス放出量も少なく、
他の層との接着性もよいことからAl配線の長期信頼性
に優れた半導体装置を得ることが可能となる。また、こ
の膜の炭素含有量を制御することによりプロセスに合っ
たエッチングレートを得ることが可能となり、層間絶縁
層を無機の酸化シリコン膜とシリコーンラダーポリマー
からなる平坦化膜とで組合わせて形成した場合でも、問
題なくコンタクトホールを形成できる。
【0080】そして、シリコーンラダーポリマーからな
る平坦化膜を不活性ガスのプラズマの表面処理などによ
る脱炭素処理により無機膜へ表面改質することで、これ
らの酸素無添加のガスによるエッチングが可能となる。
このため、他の層とのエッチングの選択比を同一とした
り、エッチングによるパターン形成時のレジストマスク
との選択比を大きく異なるようにすることができる。
る平坦化膜を不活性ガスのプラズマの表面処理などによ
る脱炭素処理により無機膜へ表面改質することで、これ
らの酸素無添加のガスによるエッチングが可能となる。
このため、他の層とのエッチングの選択比を同一とした
り、エッチングによるパターン形成時のレジストマスク
との選択比を大きく異なるようにすることができる。
【図1】この発明の1実施例である半導体装置の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図2】この発明の1実施例である半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。
法を工程順に示す断面図である。
【図3】シリコーン樹脂の炭素含有量とエッチングレー
トの関係とを示した説明図である。
トの関係とを示した説明図である。
【図4】この発明の他の実施例である半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
方法を工程順に示す断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。
面図である。
1 半導体基板 2 絶縁膜 3 第1のアルミニウム(Al)配線層 4 酸化シリコン膜 5 樹脂膜 5’ 無機のSiO2 層 6 酸化シリコン膜 7 第2のAl配線層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 茂之 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 南 伸太朗 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 原田 繁 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者 田島 享 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者 萩 公男 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内
Claims (12)
- 【請求項1】 所定の配線パターンが形成された第1の
配線層と、コンタクトホールを有し前記第1の配線層に
よる凹凸を吸収するようにこの第1の配線層上に形成さ
れた層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に所定のパターン
を有して形成された第2の配線層とを有し、この第2の
配線層と前記第1の配線層とが前記層間膜の所定の位置
に形成されたコンタクトホールを介して接続した半導体
装置であって、 前記層間絶縁層が平坦化膜から構成されており、この平
坦化膜が、化学式(HO)2(R2Si2O3 )nH2 で示
され、この化学式中のnがこの化合物の重量平均分子量
が2000〜100000を得るに十分な整数であり、
この化学式中の個々のRが水素原子,低級アルキル基ま
たはフェニル基のいずれかであるシリコーンラダーポリ
マーのうち少なくとも1種類以上を含む樹脂物からなる
硬化膜であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記樹脂物がヒドロゲンシルセスキオキサンを含むこと
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、 前記平坦化膜が側鎖に水酸基を含むシリコーンポリマー
を含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれか1項に
記載の半導体装置において、 前記樹脂物がシランカップリング剤を150〜1000
0ppm含有していることを特徴とする半導体装置 - 【請求項5】 所定の配線パターンが形成された第1の
配線層を形成し、前記第1の配線層による凹凸を吸収す
るようにこの第1の配線層上にシリコーンラダー系樹脂
からなる平坦化膜を含む層間絶縁層を形成し、前記層間
絶縁膜の前記第1の配線層上の所定の部分にコンタクト
ホールを形成し、前記層間絶縁層上に所定のパターンを
有した第2の配線層を形成するとともに、前記層間絶縁
層に形成したコンタクトホールを介して前記第1の配線
層と第2の配線層とを接続する半導体装置の製造方法で
あって、 化学式(HO)2(R2Si2O3)nH2で示され、この化
学式中のnがこの化合物の重量平均分子量が2000〜
100000を得るのに十分な整数であり、この化学式
中の個々のRが水素原子,低級アルキル基またはフェニ
ル基のいずれかであるシリコーンラダーポリマーのうち
少なくとも1種類以上を含む樹脂物を用い、 この樹脂物を芳香族系有機溶剤,アルコール系有機溶
剤,エステル系有機溶剤およびエーテル系有機溶剤,ケ
トン系有機溶剤のうち少なくとも1種類以上の溶剤を加
えて、樹脂濃度を5〜30wt%とした樹脂溶液を塗布
して塗布膜を形成し、 この塗布膜を加熱して硬化させることにより前記平坦化
膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記樹脂溶液が、前記シリコーンラダーポリマーの分子
量が30000以上の高分子量物と、この高分子量物に
対して20wt%以上の分子量が30000未満の低分
子量物とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項7】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて前記樹脂溶液がヒドロゲンシルセスキオキサンを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記樹脂溶液が、側鎖に水酸基を含むシリコーンポリマ
ーの濃度が5〜40wt%の溶液を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 請求項5から請求項8のいずれか1項に
記載の半導体装置の製造方法において、 前記樹脂溶液が樹脂分に対して150〜10000pp
mのシランカップリング剤を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項10】 請求項5から請求項9のいずれか1項
に記載の半導体装置の製造方法において、 前記樹脂溶液の炭素含有量を所定の値に制御することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 請求項5から請求項9のいずれか1項
に記載の半導体装置の製造方法において、 脱炭素処理による前記樹脂膜の表面改質をする工程を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 請求項10もしくは請求項11に記載
の半導体装置の製造方法において、 前記樹脂膜の上および下の少なくともどちらかの層に酸
化シリコンからなる無機膜を形成する工程を有すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25165593A JP3214186B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 半導体装置の製造方法 |
US08/401,804 US5604380A (en) | 1993-10-07 | 1995-03-10 | Semiconductor device having a multilayer interconnection structure |
TW84102354A TW262581B (ja) | 1993-10-07 | 1995-03-13 | |
DE19509203A DE19509203B4 (de) | 1993-10-07 | 1995-03-14 | Halbleitervorrichtung mit einer mehrschichtigen Zwischenverbindungsstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
US08/743,190 US5728630A (en) | 1993-10-07 | 1996-11-05 | Method of making a semiconductor device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25165593A JP3214186B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 半導体装置の製造方法 |
US08/401,804 US5604380A (en) | 1993-10-07 | 1995-03-10 | Semiconductor device having a multilayer interconnection structure |
DE19509203A DE19509203B4 (de) | 1993-10-07 | 1995-03-14 | Halbleitervorrichtung mit einer mehrschichtigen Zwischenverbindungsstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07106328A true JPH07106328A (ja) | 1995-04-21 |
JP3214186B2 JP3214186B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=27214940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25165593A Expired - Fee Related JP3214186B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5604380A (ja) |
JP (1) | JP3214186B2 (ja) |
DE (1) | DE19509203B4 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2312325B (en) * | 1996-04-19 | 2001-01-17 | Nec Corp | A semiconductor device and method for forming the same |
US6891368B2 (en) | 2002-04-19 | 2005-05-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Magnetoresistive sensor device |
JP2005535465A (ja) * | 2002-08-17 | 2005-11-24 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | シリコン層とパッシベーション層とを備えた層系、シリコン層上にパッシベーション層を作成する方法及びその使用 |
JP2005338380A (ja) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd | 反射防止膜形成用組成物、該反射防止膜形成用組成物からなる反射防止膜、および該反射防止膜形成用組成物を用いたレジストパターン形成方法 |
US7144361B2 (en) | 2003-04-28 | 2006-12-05 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Continuous flow type centrifuge having rotor body and core body disposed therein |
JP2009170544A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
US7794383B2 (en) | 2003-10-17 | 2010-09-14 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Centrifugal separator with isolated rotor part |
US7874973B2 (en) | 2007-05-31 | 2011-01-25 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Centrifuge with steam sterilization |
JP5767971B2 (ja) * | 2009-09-29 | 2015-08-26 | 電気化学工業株式会社 | 硬化性樹脂組成物 |
KR20160122204A (ko) | 2014-11-12 | 2016-10-21 | 신닛테츠스미킹 마테리알즈 가부시키가이샤 | 평탄화막 형성 도포액 및 평탄화막을 구비한 금속박 코일 |
Families Citing this family (56)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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