JPH07118007A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07118007A JP6204832A JP20483294A JPH07118007A JP H07118007 A JPH07118007 A JP H07118007A JP 6204832 A JP6204832 A JP 6204832A JP 20483294 A JP20483294 A JP 20483294A JP H07118007 A JPH07118007 A JP H07118007A
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義弘 中田
Masanori Naito
正規 内藤
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寛 工藤
Yoshiyuki Okura
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の製造方法に関し、クラックを生
ぜず、基板段差をグローバルに平坦化でき、そして層間
絶縁膜あるいは保護膜として有用なシリコン酸化膜を有
する半導体装置を提供することを目的とする。 【構成】 半導体装置を製造するにあたって、下記の工
程：特定のポリカルボシランの溶媒溶液を内部に導電性
成分が作り込まれている基板上に適用する工程、そして
塗布後のポリカルボシランの膜を酸化性雰囲気中で３５
０℃以上の温度で加熱して前記ポリカルボシラン膜をシ
リコン酸化膜に変換する工程、を含んでなるように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。さらに詳しく述べると、本発明は、半導体装
置において、金属又はその他の導電性層の中間に電気的
に絶縁性を有する層、すなわち、層間絶縁膜を形成する
方法に関する。また、この絶縁膜は、それを装置の最上
層に適用した場合、その装置を周囲環境等から保護する
ための保護膜としても機能することができる。
【０００２】本発明の以下の記載から理解されるよう
に、「半導体装置」なる語は、それを本願明細書におい
て用いた場合、半導体材料からなる基板を具えた種々の
装置あるいは素子、例えば、半導体ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬ
ＳＩ、ＵＬＳＩなど、ならびに半導体材料を使用したそ
の他の電子デバイス等を意味する。また、「導電性成
分」なる語は、それを本願明細書において用いた場合、
以下においても説明するけれども、以下において金属層
と呼ぶ金属又はその他の導電性を具えた層などの素子
（成分）を包含することを意図しており、具体的には、
回路又は配線層、電極、半導体素子、抵抗、コンデンサ
等を意味する。
【０００３】
【従来の技術】近年、大量の情報を高速に処理する必要
から、情報処理装置の主体を構成する半導体装置の集積
化の進歩には驚異的なものがある。ＬＳＩ及びＶＬＳＩ
回路は商業的に実用化されており、さらにＵＬＳＩの実
用化も進められている。ここで、集積化は、装置（チッ
プ）のサイズ又は寸法の大型化によるのではなくて、む
しろ、チップに作り込まれるべき単位素子の微細化とそ
れによる素子数の増加、そしてそれによるチップの寸法
の小型化によって行われている。そのために、チップに
おける配線の最小線幅はサブミクロンのオーダーに達し
ており、また、必然的に、最近のチップで採用されてい
る配線構造は、層間絶縁膜を介するところのいわゆる
「多層配線構造」である。
【０００４】従来の半導体集積回路の製造では、例えば
不純物のイオン注入、薄膜形成技術、フォトリソグラフ
ィ等の常用のプロセス工程を使用して、半導体領域、電
極、配線、その他の成分の微細なパターンを数多く半導
体基板上に作り込んでいる。このようにして得られるパ
ターン化した配線層には、微細な凹凸（topographicfea
tures）と段差が多数存在している。
【０００５】パターン化した配線層の形成後、この配線
層の上に層間絶縁膜を形成し、そしてこの絶縁膜の必要
位置にバイアホール（スルーホール）を形成する。次い
で、このバイアホール形成後の絶縁膜の上に、薄膜形成
技術とフォトリソグラフィを用いてバイアホールで上下
の回路を接続するもう１つのパターン化配線層を形成す
る。所望とする半導体集積回路がこのようにして得られ
る。
【０００６】ここで、２つのパターン化配線層の間にサ
ンドイッチされた層間絶縁膜は、次のような必要条件を
満たさなければならない。 １．電気的絶縁性が優れていること。 ２．耐熱性が優れていること。 ３．平坦化性が優れていること。
【０００７】４．耐クラック性が優れていること。 層間絶縁膜として使用するため、多数の絶縁材料が提案
されている。しかし、これらの材料のいずれもが、上記
したような必要条件を充分に満たし得るものではない。
絶縁膜形成性の材料は、無機及び有機の両方の材料を包
含しており、そして、例えば気相成長法（ＣＶＤ）、ス
パッタリング法又はスピンコート法によって配線層の上
に適用せしめられる。
【０００８】有用な無機絶縁材料の典型的な例は、二酸
化珪素（SiO2）、窒化珪素（Si3N4）、そして燐珪酸ガ
ラス（ＰＳＧ）を包含する。これらの無機材料から形成
された絶縁膜は、優れた絶縁性と耐熱性を呈示するとい
うものの、例えばＣＶＤ法やスパッタリング法のような
薄膜形成技術により成膜すると、下地の基板あるいは配
線層の凹凸を正確に再現するために、平坦性に欠け、ま
た、したがって断線障害を引き起こしやすい。
【０００９】他方において、有用な有機絶縁材料の典型
例は、ポリイミド樹脂及びいわゆる「有機ＳＯＧ」（ス
ピン・オン・グラス）を包含する。ポリイミド樹脂、な
かんずく最近に実用化されている感光性ポリイミド樹脂
は、パターン化マスクとしてレジスト材料を使用しない
でフォトリソグラフィプロセスを行うことができるの
で、それらの優れた作業性の面で有用である。しかし、
その分子構造のなかに極性の大きなイミド環が存在して
いるので、ポリイミド樹脂は、吸湿性が大きく、したが
って、吸湿により見掛け上の誘電率が増加し、また、絶
縁性が低下するという問題がある。
【００１０】ＳＯＧ材料は、式：Si(OR)4 （式中、Ｒは
アルキル基である）のシリコンアルコキシドから製造さ
れるものであって、これを加水分解すると、次式のよう
な平衡状態が導かれる。 Si(OR)4 ＋４H2O ＝Si(OH)n (OR)4-n ＋nR(OH) ＳＯＧ材料を使用すると、この材料は、スピンコートが
可能であり、また、得られる膜の絶縁性及び耐熱性は上
記の無機絶縁材料ほど高くはないというものの、実用面
で満足しうる程度に高いので、平坦な表面を有する厚膜
の絶縁膜を提供することができる。しかし、ＳＯＧ材料
は、微細な孔とクラックが生じ易いという問題を有して
いる。すなわち、かかるＳＯＧ材料を被処理基板上に塗
布して加熱すると、Si(OH)n (OR)4-n を構成するヒドロ
キシル(OH)基が脱水縮合してSi-O-Si の架橋が生じ、こ
れにより耐熱性に優れた絶縁皮膜が形成されるのである
が、加熱によって、脱水縮合により生じたH2O が蒸発す
る以外に、ROH の蒸発と分解が生ずることから孔ができ
易く、また、加熱過程でキュアリングが進行する結果と
して、クラックが生じ易いという問題がある。
【００１１】さらに、上記したような事実の認識の上に
たって、半導体装置における層間絶縁膜の形成は一層進
歩しており、特に、有機珪素重合体を使用して絶縁膜を
形成することが多くの特許及びその他の文献で提案され
ている。有機珪素重合体は、スピンコータで成膜するこ
とができるので、平坦な表面を有する厚膜の絶縁膜を形
成すること及びしたがって半導体装置を歩留りよく製造
することが可能である。従来の有機珪素重合体は、しか
し、クラックの問題を依然として解消することができな
い。さらに、今まで実用化されている有機珪素重合体
は、スピンコートによって膜表面の平坦化を図ることが
できるというものの、その平坦化の程度は、グローバル
な平坦化として評価するにたる程度のものではない。
【００１２】グローバルな平坦化は、以下の添付の図面
を参照した記載からより容易に理解することができるで
あろう。図３は、多層配線（３層配線）構造を有する半
導体装置の略示断面図であり、シリコン基板１の上に３
つの配線層（以下、金属層）２、１２及び２２が形成さ
れている。ここでは、配線金属としてアルミニウムが用
いられている。図示されるように、金属層２及び１２
は、層間絶縁膜３により互いに隔離されており、また、
これらの層の配線又は電極は、層２及び１２間に形成さ
れたバイアホールに埋め込まれたアルミニウムを介し
て、電気的に接続されている。同様にして、２つの金属
（Al）層１２及び２２の中間には層間絶縁膜１３がサン
ドイッチされている。金属層２２の上には、絶縁膜３及
び１３と同じように絶縁性を有している保護膜２３が配
置されている。図示の半導体装置において、絶縁膜３及
び１３のそれぞれは、グローバルに平坦化されていなけ
ればならない。すなわち、これらの絶縁膜は、何らの困
難もなく次の金属層をその上に成膜するために、グロー
バルに平坦な表面を有していなければならない。
【００１３】ところで、先に詳細に説明した従来の方法
を使用したのでは、この多層配線構造におけるグローバ
ルな平坦化を達成することが困難である。図１を参照す
ると、欠陥のある絶縁膜を有する従来の半導体装置の断
面が略示図で示されている。シリコン基板１の上に形成
されたパターン化した金属層２は、２種類のパターン段
差、すなわち、例えば電極のように幅の広い段差２ａ及
び例えば配線のように幅の狭い段差２ｂを有している。
金属層２の形成後、その金属層の上に、上記したような
有機珪素重合体をスピンコートして絶縁膜３を形成す
る。得られる絶縁膜３は、図示されるように、凹凸のあ
る表面を有している。凹凸発生の理由は、絶縁材料とし
て使用した有機珪素重合体のステップカバレージが十分
でないこと、その他が考えられる。図から認められるよ
うに、幅の広い段差２ａを有する領域では、パターンの
ない、すなわち、電極も配線も有しない「スペース」領
域と殆ど同じ膜厚の盛り上がりを生じてしまう。けれど
も、望ましくは、得られる絶縁膜は、その下地の金属層
の部分の段差やパターン等の有無にかかわらず、金属層
の全域について平坦な表面を有する必要がある。換言す
ると、クラックがなく、またグローバルな平坦化が可能
な層間絶縁膜の形成方法を実用化することが望ましい。
【００１４】有機珪素重合体の改良に関連して記載する
と、この出願の発明者らは、先に、有機溶媒に可溶であ
り、得られる重合体溶液の粘度を所望のレベルに調整す
るために有機溶媒を混合することができ、そしてしたが
ってスピンコートが可能であるポリオルガノシルセスキ
オキサン（ＰＭＳＳ）を開発している。この新規のポリ
オルガノシルセスキオキサンの皮膜は、実際に、耐クラ
ック性、平坦化性、耐熱性、絶縁性等についての前記要
件を満たすことができるので、層間絶縁膜として有用で
ある。なお、本発明者らの開発したポリオルガノシルセ
スキオキサンは、出発物質としてのオルガノトリクロロ
シラン又はオルガノトリアルコキシシランを加水分解
し、続いて脱水縮合して調製することができる。かかる
ポリオルガノシルセスキオキサンの調製と、半導体装置
における層間絶縁膜としてのその使用は、例えば、参照
のためにここで引用する米国特許第４，６７０，２９９
号等に記載されている。この新規のポリオルガノシルセ
スキオキサンは、半導体装置の製造において層間絶縁膜
として有利に利用することができるけれども、層間絶縁
膜として使用する場合の問題点は、先に記載した従来の
有機珪素重合体と同様、グローバルな平坦化が不充分な
ことである。
【００１５】さらに、別の問題点を指摘すると、もしも
例えばポリイミド及びシリコン樹脂のような上述の有機
絶縁材料を層間絶縁膜の形成に使用するとすると、多層
配線工程における酸素（O2）プラズマ処理によって該絶
縁材料中の有機基が酸化を被り、ガスが発生する。絶縁
膜において発生せしめられるガスは、得られる装置にお
いて不良もしくは欠陥領域を生じるであろうし、また、
例えば４００℃近傍の高められた温度に暴露することに
よる絶縁材料の酸化及び熱分解は、絶縁膜の歪み及びそ
れによるクラックの発生を生じるであろう。
【００１６】さらにまた、例えば二酸化珪素や窒化珪素
のような無機絶縁材料を使用する場合、例えば真空系を
装備したＣＶＤ装置のような高価な装置を使用すること
が必要である。しかも、このような無機材料の使用は、
爆発性、毒性の高い原料を蒸着源として使用しなければ
ならないという欠点を有している。別法として、層間絶
縁膜に、例えばポリイミド、ポリオルガノシロキサン樹
脂などのような有機絶縁材料と、例えば二酸化珪素、窒
化珪素、ＰＳＧガラスなどのような無機絶縁材料との積
層体も用いられている。通常、有機絶縁材料の膜は絶縁
膜の主たる構成成分として用いられ、また、無機絶縁材
料の膜は、有機絶縁材料の膜が酸素プラズマ処理による
酸化を被るのを防止するため、その有機膜の上で保護膜
として用いられる。しかし、この積層体のそれぞれの膜
において用いられる絶縁材料はすでに明らかにしたよう
に避け難い欠点を有しているので、得られる層間絶縁膜
は、半導体装置において使用しても満足な効果を奏する
ことができない。事実、ＣＶＤ法によって良質な無機膜
を得るためには高温下で反応を行う必要があるわけであ
るが、その高温の適用に原因する下地の有機膜の酸化分
解を回避することができない。
【００１７】酸素プラズマ処理中の有機膜の酸化分解を
回避するため、例えばテフロン（登録商標）のようなフ
ルオロカーボン樹脂の薄膜を使用することも考えられ
る。しかし、これらの樹脂は、４００℃以下で熱分解を
生じるため、耐熱性に乏しく、その薄膜が半導体装置の
製造工程における熱処理により分解するという問題があ
る。
【００１８】層間絶縁膜において惹起されるクラックに
関して、もう１つの知見がある。すなわち、上記の材料
と同じくスピンコートが可能なシリコーン系ハードコー
ト材料は、絶縁材料として使用することができ、そして
その成膜及び硬化後、シリコン酸化膜に近い低熱膨張の
材料になることができるけれども、硬化反応による膜の
内部歪みと熱衝撃により、５０００Å以下の薄膜とした
時でも、クラックの発生が見られるという欠点を有して
いる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、有機珪素重合体を絶縁材料として使用して絶縁膜を
パターン化金属層の上に形成する場合に、クラックを生
じることがなく、また、グローバルな平坦化を可能とす
るような、半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
【００２０】本発明のもう１つの目的は、用いられる絶
縁材料がスピンコート可能であり、これにより、ＣＶＤ
装置及びその他の高価な装置の使用を回避することがで
き、そして、同時に、プラズマ処理中における絶縁膜か
らの不所望なガスの放出及び絶縁膜におけるクラックの
発生を防止できるような、半導体装置の製造方法を提供
することにある。
【００２１】本発明のさらにもう１つの目的は、用いら
れる絶縁材料が、絶縁膜の優れた平坦化を保証する一方
で、例えばキュアリングなどのような熱処理中に、クラ
ック及びその他の欠陥を生じないような、半導体装置の
製造方法を提供することにある。本発明のその他の目的
は、本発明の好ましい態様についての以下の記載から容
易に理解することができるであろう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、上記の
目的は、半導体装置を製造するにあたって、下記の工
程：次の一般式（１）によって表されるポリカルボシラ
ン：
【００２３】
【化２】
【００２４】（上式において、R1は、水素、１〜４個の
炭素原子を有している置換もしくは非置換のアルキル基
又は置換もしくは非置換のアリール基を表し、R2は、置
換もしくは非置換のメチレン又はメチン基を表し、そし
てｍ及びｎは、それぞれ、１０＜ｍ＋ｎ＜１０００及び
ｎ／ｍ＜０．３の条件を満たす正の整数を表す）の溶液
を内部に導電性成分が作り込まれている基板上に適用す
る工程、そして塗布後のポリカルボシランの膜を酸化性
雰囲気中で３５０℃以上の温度で加熱（キュアリング）
して前記ポリカルボシラン膜をシリコン酸化膜に変換す
る工程、を含んでなることを特徴とする半導体装置の製
造方法によって達成することができる。
【００２５】以下、本発明をその好ましい態様について
詳細に説明する。本発明方法は、上記した一般式（１）
によって表されるポリカルボシランを、絶縁膜形成性材
料として、適当な溶媒に溶解して溶液となした後、内部
に導電性成分が作り込まれている基板上に適用すること
によって実施することができる。なお、本願明細書で
は、このような基板のことを、以下、被処理基板、基
板、そして場合により金属層と呼ぶ。
【００２６】成膜材料として用いられるポリカルボシラ
ンの一般式（１）において、R1は、水素原子、１〜４個
の炭素原子を有している置換もしくは非置換のアルキル
基又は置換もしくは非置換のアリール基を表す。アルキ
ル基は、メチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基
であることができ、これらの基は置換もしくは非置換の
いずれであってもよい。好ましくは、アルキル基は、非
置換のメチル基である。アリール基は、フェニル基、ト
リル基又はナフチル基であることができ、これらの基は
置換もしくは非置換のいずれであってもよい。好ましく
は、アリール基は、非置換のフェニル基である。置換基
R2は、置換もしくは非置換のメチレン又はメチン基を表
す。
【００２７】本発明において用いられるポリカルボシラ
ン化合物は、国内及び国外の製造業者から商業的に入手
可能である出発原料から、常用の重合方法を使用して製
造することができる。例えば、かかる出発原料は、ポリ
シランを出発原料として、それを不活性雰囲気中で加熱
することによって対応の重合体となすか、さもなけれ
ば、ポリシランを例えばポリボロジフェニルシロキサン
のような触媒の存在において不活性雰囲気中で加熱する
ことによって対応の重合体となすことによって、製造す
ることができる。なお、かかる出発原料は、炭化珪素繊
維の原料としても使用されているものである。
【００２８】前式（１）によって表されるポリカルボシ
ランは、適当な溶媒を使用して、内部に導電性成分が作
り込まれている基板上に適用する。ここでは、ポリカル
ボシランを溶解可能でありかつ同時に、得られる重合体
溶液の塗布溶液としての粘度を有効に調整可能である限
りにおいて、いろいろな有機溶媒を任意に使用すること
ができる。適当な溶媒は、炭化水素溶媒、例えばメチル
イソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、キシレン、トルエン、
ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、デカンなどを包
含する。
【００２９】ポリカルボシランを被処理基板上に適用す
るに当たっては、任意の常用の装置、例えばスピンコー
タ、ディップコータ、ローラコータ、その他の塗布装置
を使用してこれを実施することができる。スピンコータ
を使用するのが好ましいが、これは、本発明において用
いられるポリカルボシランは、かかる塗布装置に適した
コントロールされた粘度を有しているからである。
【００３０】ポリカルボシランの溶液が適用されるもの
であって、その内部に導電性成分が作り込まれている基
板は、常用の半導体装置において用いられている種々の
金属又は導電性層を包含する。このような金属層の典型
的な例を列挙すると、回路又は配線層、電極などであ
り、また、その材料の具体例は、例えば、アルミニウ
ム、チタン、チタンニッケル、タングステン、チタンタ
ングステンなど、そしてその層間絶縁膜としてのＣＶＤ
−SiO2、SiON、ＰＳＧ、その他がある。
【００３１】ポリカルボシランの塗膜の膜厚は、用いら
れるポリカルボシランの特質、下地の基板や金属層など
の特質（形状を含む）、ベーキング温度などのようない
ろいろなファクターに依存して広く変更することができ
る。ポリカルボシランの塗膜の膜厚は、好ましくは、約
０．１〜３μm であり、さらに好ましくは、約０．５〜
２μm である。
【００３２】ポリカルボシランの塗膜の形成後、その塗
膜を溶融させて最も低い粘度まで変化させるため、約１
００〜３５０℃の温度に加熱する。この加熱工程中、塗
膜からは余分の溶媒が蒸発せしめられるであろう。次い
で、塗布後のポリカルボシランの膜を酸化性雰囲気中で
３５０℃以上の温度で加熱（キュアリング）する。この
加熱により、ポリカルボシランの縮重合が行われ、分解
により、ポリカルボシランの側鎖にあるアルキル基及び
／又はアリール基が主鎖から離れるとともに、主鎖その
ものが、シラン（SiH4）とメチレン（ CH2）に分解す
る。そして、この反応の雰囲気は酸化性雰囲気であるの
で、シリコン酸化膜（SiO2）の成長が進行する。このよ
うにして形成されるシリコン酸化膜は、先の分解により
生じた反応生成物が蒸発し易いことから、内部歪みの発
生が少なく、そのためクラックの発生がない層間絶縁膜
を形成することができる。
【００３３】加熱（キュアリング）は、ポリカルボシラ
ン膜をシリコン酸化膜に変換するのに適当な任意の温度
及び時間にわたって実施することができる。しかし、こ
の加熱温度は、低温の場合にはポリカルボシランの縮重
合反応が所望のように進行しないので、３５０℃以上と
すべきである。加熱温度の上限は特に定められるという
わけではなく、実際、用いられるポリカルボシランの特
質、装置を構成する各種の層や素子の特質、その他のフ
ァクタに応じて変更することができる。加熱温度の上限
を決定するに当たっては、特に、下地の材料が何である
かが重要である。一般的に、３５０〜約５００℃の温度
で加熱を実施するのが有利であり、さらに好ましくは、
約４００℃〜約４５０℃である。同様に、加熱時間も、
加熱温度やその他の条件を考慮して変更することがで
き、一般的に、加熱時間の好ましい範囲は、約３０分〜
約６０分である。
【００３４】この加熱は、常用の加熱装置を使用して実
施することができる。適当な加熱装置としては、例え
ば、電気炉、ホットプレートなどを挙げることができ
る。好ましくは、ポリカルボシラン膜の加熱（キュアリ
ング）は、上記したような加熱装置中で酸化性雰囲気中
で実施される。ここで用いられる酸化性雰囲気は、好ま
しくは、酸素雰囲気又は酸素含有の雰囲気、水蒸気雰囲
気、その他である。本発明を実施するに当たっては、も
しもポリカルボシランの初期の縮重合に有効であるなら
ば、上記した以外の雰囲気を必要に応じて使用してもよ
い。
【００３５】以上のようなプロセスを経て形成されるシ
リコン酸化膜は、それを先に図１を参照して説明した例
に当てはめて説明すると、図２のようになる。図示され
るように、基板１上の金属層２の上方に施された絶縁膜
としてのシリコン酸化膜３は、平坦な表面を有してい
て、図１の場合とは異なって、下地の金属層２の幅の広
い段差２ａ及び幅の狭い段差２ｂを再現していない。こ
のように絶縁膜３の表面が平らであることは、本発明に
従いグローバルな平坦化が達成されたことを示してい
る。
【００３６】本発明に従い半導体装置を製造するための
その他の工程は、半導体工業の分野において良く知られ
た技法に従って実施することができる。したがって、ど
のような工程、装置等を使用するかに関しては、半導体
装置及びその製造について記載した特許文献及びその他
の成書を参照されたい。上記に関連して、本発明の好ま
しい１態様による半導体装置の製造を、２層配線構造の
例である図４を参照して以下に説明する。
【００３７】最初に、図４（Ａ）に示されるように、ス
パッタリングによってシリコン基板１の上方にアルミニ
ウム層２を約１．０μm の膜厚で付着させる。次いで、
このアルミニウム層２を選択的にエッチングして第１の
アルミニウム配線層２を形成する。図４（Ｂ）に示され
るように、配線層２は、アルミニウムの段差をもったパ
ターンからなっている。次いで、この段差をもった配線
層２の上に、ポリカルボシランのキシレン溶液を約３０
００rpm の速度でスピンコートして約２μm の膜厚を有
するポリカルボシランの膜を得、２５０℃で２分間加熱
して膜を溶融させ、そしてその後、酸素（O2）雰囲気中
で４５０℃で３０分間加熱してキュアリングを行う。得
られる絶縁膜３は、図４（Ｃ）に示されるように、下地
段差の有無にかかわらず平坦な表面を有している。
【００３８】絶縁膜の形成に引き続いて、その絶縁膜の
上方に第２の、同じくパターン化したアルミニウム配線
層を付着させる。最初に、常用のフォトリソグラフィプ
ロセスを使用して絶縁膜を選択的にエッチングして、先
に形成した第１の配線層とこれから形成する予定の第２
の配線層を電気的に接続するためのスルーホールを形成
する。次いで、第１の配線層の形成に用いられたものと
同様な手法に従って、第２の配線層を付着させ、そして
パターン状にエッチングする。図４（Ｄ）に示されるよ
うに、アルミニウムで充填されたスルーホールを介し
て、第１の配線層２と第２の配線層１２とが電気的に接
続されている。最後に、図４（Ｅ）に示されるように、
第２の配線層１２の上方に燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）をＣ
ＶＤ法で付着させて、約１．３μm の膜厚を有する保護
膜５を形成する。ここでは図示しないけれども、得られ
た保護膜の所定の部位で電極取り出し用の窓開けを行っ
て、半導体装置が完成する。本発明の好ましい１態様に
おいて、一般式（１）により表されるポリカルボシラン
（好ましくは、式中のR1は水素原子又はメチル基であ
り、そしてR2はメチレン又はメチン基である）の溶液を
被処理基板上にスピンコートし、次いで、酸化性雰囲気
中で４００℃以上の温度で加熱する。
【００３９】好ましくは、ポリカルボシランの塗布溶液
は、選ばれた低分子量のポリカルボシランを例えばＭＩ
ＢＫなどのような有機溶媒に溶解して、得られる溶液の
粘度を調整することによって調製する。ポリカルボシラ
ンの膜は、好ましくは、その酸化を開始させるため、４
００〜４５０℃の温度で加熱する。これにより、ポリカ
ルボシランが分解せしめられ、まず、ポリカルボシラン
の側鎖プロトンの酸化により分子間架橋し、続いてその
主鎖のメチレン（ CH2）及びメチン（ CH ）が酸化を受
ける。上記の加熱、すなわち、キュアリングは酸化性雰
囲気中で行われるので、金属層上におけるシリコン酸化
膜の成長が助長せしめられる。さらに、ポリカルボシラ
ンの分解生成物は低分子量で容易に蒸発が可能であるの
で、得られる絶縁膜において内部歪みを最小限に抑え、
また、それによるクラックの発生を抑制することが可能
である。さらに、この絶縁膜ではグローバルな平坦化を
達成できるということを特記しなければならない。さら
にまた、これらの特徴から、本発明によると、半導体装
置を歩留り良く、高い信頼性を以て提供できるというこ
とを特記することができる。
【００４０】本発明のもう１つの好ましい態様におい
て、一般式（１）により表され、式中のR1が水素原子又
はメチル基であり、そしてR2がメチレン又はメチン基で
あるポリカルボシランの溶液を被処理基板上にスピンコ
ートし、３５０℃以下の温度で加熱して溶融させ、次い
で、酸化性雰囲気中、好ましくは酸素含有の雰囲気中で
４００℃以上の温度で加熱する。
【００４１】この方法で用いられるポリカルボシラン
は、得られる絶縁膜において膜密度の低下を示さない
が、これは、酸化時、例えば側鎖プロトンの酸化と同時
に骨格やメチル基のような有機基の酸化を受けるためで
ある。したがって、この絶縁膜は、半導体装置の製造途
中で、それ自体熱処理や酸素プラズマ処理等による化学
変化を受けても損傷することなく使用が可能である。
【００４２】また、上記したように、酸化方法として
は、３５０℃もしくはそれ以上の温度で熱処理を施す
が、この熱処理温度は、さらに好ましくは４００℃もし
くはそれ以上、最も好ましくは４００〜４５０℃の範囲
である。この酸化を効率よく行うためには、酸素を含む
雰囲気中で行うとより有効である。これにより、シロキ
サン骨格が形成され、その後の熱処理工程での耐熱性が
付与されるのである。
【００４３】さらにまた、ここで用いられるポリカルボ
シランは、低温で溶融するために優れた平坦性が得られ
ることから、半導体集積回路の層間絶縁膜として有効で
ある。このように、本発明方法で上記のポリカルボシラ
ンを使用することによって、従来の無機膜を用いた方法
と同等の絶縁特性を保持したまま、凹凸表面を平坦化で
きるようになり、信頼性の高い半導体集積回路の多層配
線が可能となる。また、半導体集積回路に限らず、薄膜
回路基板の表面平坦化や絶縁膜としても同様の効果が得
られる。この絶縁膜はまた、半導体装置やその他の装置
の保護膜としても有利に用いることができる。
【００４４】本発明のもう１つの好ましい態様におい
て、一般式（１）のポリカルボシランを、そのスピンコ
ート後、２つの異なる熱処理工程、すなわち、スピンコ
ート後の膜を溶融させる第１の熱処理工程及び酸化処理
を行う第２の熱処理工程、に供する。好ましくは、一般
式（１）のポリカルボシランの溶液を被処理基板上にス
ピンコートし、３００℃以下の温度で加熱し、次いで、
酸化性雰囲気中で３５０℃以上の温度で加熱する。
【００４５】この方法の１つの面において、前記一般式
（１）のポリカルボシラン（式中、R1は水素原子又はメ
チル基であり、そしてR2はメチレン基又はメチン基であ
る）は、式（１）により表されるけれどもｎ／ｍ比を異
にするポリカルボシランの、非プロトン性の極性溶媒又
はハロゲン化炭化水素から選ばれた溶媒中の溶液から回
収された不溶分である。
【００４６】また、上記方法のもう１つの面において、
前記一般式（１）のポリカルボシラン（式中、R1は水素
原子又はメチル基であり、そしてR2はメチレン基又はメ
チン基である）は、式（１）により表されるけれどもｎ
／ｍ比を異にするポリカルボシランからゲルパーミエイ
ションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）を用いた分子量分画
により回収されたフラクションであり、該フラクション
の重量平均分子量は、ポリスチレンの分子量に換算して
２０００以下である。ＧＰＣは、ここでは、特定のポリ
カルボシランを適当な分子量分布のものに限って回収す
る目的で用いられており、用いられる溶媒は、例えば、
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）である。
【００４７】上記の方法を使用すると、下地金属層の段
差を平坦化する目的に有用な０．５μm もしくはそれ以
上の比較的に厚膜の絶縁膜を形成することが可能であ
る。また、この方法で用いられるポリカルボシランは、
酸化による歪みが少なく、クラックが生じにくい。さら
に、その酸化温度が低いことから、ポリカルボシラン
は、酸化させて使用するのに非常に有効である。ここ
で、酸化膜に変える方法としては、４００℃もしくはそ
れ以上、さらに好ましくは４００〜４５０℃の熱処理を
施すが、この酸化を効率よく行うためには、酸素を含む
雰囲気中で行うとより有効である。これにより、シロキ
サン骨格が形成され、その後の熱処理工程での耐熱性が
付与されるのである。
【００４８】さらにまた、ここで用いられるポリカルボ
シランは、低温で溶融するために優れた平坦性が得られ
ることから、半導体集積回路の層間絶縁膜として有効で
ある。また、エッチバックプロセスを用いる場合にも、
グローバルな平坦化に優れているため、エッチバック量
を低く抑えられるので有効である。このように、本発明
方法で上記のポリカルボシランを使用することによっ
て、従来の無機膜を用いた方法と同等の絶縁特性を保持
したまま、凹凸表面を平坦化できるようになり、信頼性
の高い半導体集積回路の多層配線が可能となる。また、
半導体集積回路に限らず、薄膜回路基板の表面平坦化や
絶縁膜としても同様の効果が得られる。
【００４９】本発明のさらにもう１つの好ましい態様に
おいて、本発明による製造方法は、ポリカルボシランを
塗布した後であってその塗膜を加熱する前、塗布後のポ
リカルボシランの膜を反応性ガスとしてフッ素を使用し
たプラズマ処理に供してポリカルボシランの置換基、す
なわち、前記一般式（１）のR1及びR2基の１個もしくは
それ以上の水素原子を１個もしくはそれ以上のフッ素原
子で置換する工程をさらに含んでなる。
【００５０】さらに説明すると、本発明のこの態様は、
記載のポリカルボシラン、すなわち、アルキル基及び／
又はアルキレン基を有する有機珪素重合体を被処理基板
の上に成膜した後、その分子構造中の水素原子をフッ素
プラズマを使用してフッ素原子で置換した場合には、ベ
ースとなるポリカルボシランの物理的性質（平坦性、耐
クラック性など）を変化させずに、得られるフッ素置換
ポリカルボシランにおいて低誘電率化を達成できるとい
う知見に基づいている。このように低誘電率でしかも物
理的性質に優れていることは、本発明方法を高速デバイ
スの製造に適用可能であることを意味する。また、この
フッ素置換ポリカルボシランは、ベースのポリカルボシ
ランのアルキル基及び／又はアルキレン基の水素原子が
フッ素原子に置換しているため、レジスト剥離などに用
いられている酸素プラズマによる酸化を受けないという
特徴がある。
【００５１】この態様の実施において、ポリカルボシラ
ンを被処理基板の上に塗布するまでの工程及び加熱（キ
ュアリング）工程は、本発明の好ましい態様を参照して
先に記載したものと同様な手法に従って行うことができ
る。同様に、絶縁材料として用いられるポリカルボシラ
ンは、上記した一般式（１）により表されるポリカルボ
シランのいずれであってもよい。なお、ここで用いられ
るポリカルボシランは、シロキサン結合を含まなけれ
ば、特に限定されない。これは、シロキサン結合を含ん
だ場合、フッ素のプラズマにより絶縁膜がエッチングさ
れるためである。
【００５２】上記のようなフッ素置換工程を包含する本
発明方法は、好ましくは、次のようにして実施すること
ができる。すなわち、一般式（１）により表され、但し
シロキサン結合を有しないポリカルボシランの溶液を被
処理基板上にスピンコートし、反応性ガスとしてフッ素
を使用したプラズマ処理に供してポリカルボシラン分子
の１個もしくはそれ以上の水素原子を１個もしくはそれ
以上のフッ素原子で置換し、次いで、フッ素置換ポリカ
ルボシランを酸化性雰囲気中で３５０℃以上の温度で加
熱する。
【００５３】フッ素置換のポリカルボシランは、多層配
線工程での活性の高い化学種による処理（例えば、酸素
プラズマによるアッシング）による化学変化、例えば酸
化を受けないため、比較的厚膜で使用可能である。ま
た、絶縁膜をこのように厚膜で下地層の上に被覆できる
ので、多層配線構造において従来回避し難かった下地の
損傷を完全に防止することができる。
【００５４】さらに、本発明方法によると、アルキル基
及び／又はアルキレン基を有するポリカルボシランの膜
を形成した後にその水素原子をフッ素原子で置換するの
で、使用するポリカルボシラン及び置換の条件を適宜選
択することを通じて、得られる絶縁膜の物理的性質、例
えば耐クラック性、平坦性などを要求に沿った形でコン
トロールすることができる。また、すでに記したよう
に、ポリカルボシランはスピンコートできるので、例え
ばＣＶＤ装置のような高価な処理装置を使用しなくても
済むという利点もある。別の利点として、フッ素置換ポ
リカルボシランは、多層配線工程における種々の処理で
も化学変化を起こさないため、ＣＶＤ膜との組み合わせ
を用いて、高密度の半導体装置で微細スルーホールの形
成も可能となる。
【００５５】本発明の好ましい１態様によるポリカルボ
シランの水素原子のフッ素原子による置換は、以下、図
５及び図６を参照しながら説明する。この例で用いられ
る半導体基板は、図５（Ａ）に示されるように、シリコ
ン基板１であり、基板１の表面には、パターン状の金属
配線（ここではアルミニウム）の層２が施されている。
絶縁膜を形成するため、選ばれたポリカルボシランを例
えばＭＩＢＫのような有機溶媒に溶解して得た溶液を、
滴下ノズル７から配線層２の上に滴下する。次いで、常
用のスピンコータを使用してスピンコートを行うと、図
示のように、ポリカルボシラン溶液の膜３が形成され
る。次いで、膜３に含まれる溶媒を蒸発により除去する
ため、図５（Ｂ）に示されるように、基板１をヒータ８
の上に配置して、用いられた溶媒の沸点を上回る温度ま
で加熱する。図示されるように、蒸発した溶媒９が膜３
から蒸散せしめられる。
【００５６】乾燥したポリカルボシランの膜が得られた
後、フッ素ラジカル発生装置で、ポリカルボシランの水
素原子をフッ素原子で置換する。フッ素ラジカル発生装
置は、図５（Ｃ）に示されるように、高周波電源１０を
上部に備えた反応チャンバ１４からなる。基板１をヒー
タ内蔵の基板ステージ１１上に配置し、そしてチャンバ
１４を５×１０-6の真空まで排気する。排気の完了後、
ガス導入管１５よりフッ素ガスを流量２０００sccmで導
入して、チャンバ１４内の圧力を０．３トルまで増加さ
せる。このフッ素ガスの導入とともに、高周波電源１０
を作動させて、フッ素プラズマ１６を発生させる。この
フッ素プラズマ１６は、次いで、化学的に活性な種（フ
ッ素ラジカル）１７を発生するものである。ここで、電
源のＲＦ電力は３００Ｗである。生じたフッ素ラジカル
１７は、基板１上に付着せしめられたポリカルボシラン
の膜（図示せず）の表面に到着して、膜表面から膜内部
へと進行し、水素原子との置換反応に与かる。この時の
基板加熱温度は２００℃であり、反応時間は３０分であ
る。反応終了後、フッ素ガスの供給を止め、チャンバ１
４を０．００３トルに排気し、基板１の加熱を止め、そ
してチャンバ１４を減圧下で冷却する。
【００５７】最後に、フッ素置換されたポリカルボシラ
ンを、例えば酸素雰囲気中で、４５０℃の温度で３０分
間にわたって硬化させる。得られる絶縁膜３は、図５
（Ｄ）に示されるように、平坦な表面を有している。こ
のフッ素置換反応は、そのさらなる理解のため、添付の
図６を参照して説明することとする。
【００５８】図６（Ａ）に示されるように、シリコン基
板１は、単純化のためにその一部が示されている前式
（１）のポリカルボシランの膜３を有している。なお、
ここでは層構造を単純化するために示されていないけれ
ども、ポリカルボシラン膜３は、基板１上に形成された
パターン化配線層の上に被着せしめられている。先に説
明したように反応室で発生せしめられたフッ素ラジカル
１７は、図６（Ｂ）に示されるように、ポリカルボシラ
ン膜３中に導入される。すると、ポリカルボシラン膜３
の内部では、図６（Ｃ）に示されるように、ポリカルボ
シランの水素原子がフッ素原子で置換される。置換反応
で生成した水素ガス又は弗化水素酸（ＨＦ）ガス１８は
膜３から放出され、フッ素置換されたポリカルボシラン
が残留することとなる。
【００５９】本発明による半導体装置の製造方法は、層
間絶縁膜の形成において有利に使用することができる。
すなわち、このような場合には、常法で実施されている
ように、本発明方法で得られたシリコン酸化膜の上に、
すでに形成されている金属層とは別の、しかしその内部
に導電性成分が作り込まれている金属層等を形成する工
程がさらに追加されることとなる。
【００６０】同じように、本発明による半導体装置の製
造方法は、保護膜の形成において有利に使用することも
できる。すなわち、このような場合には、本発明方法で
装置に組み込まれた、内部に導電性成分が作り込まれて
いる金属層等が最上層となり、したがって、得られたシ
リコン酸化膜が周囲環境その他に対する保護膜として作
用することとなる。
【００６１】本発明方法により製造される絶縁膜は、そ
の優れた物理的性質及びその他の注目すべき特性のた
め、必要に応じて、半導体装置内において層間絶縁膜及
び保護膜以外として有利に使用し得るということが理解
されるであろう。
【００６２】
【作用】本発明は、従来のＳＯＧ材料は、グローバルな
平坦化を達成するのに適当ではないけれども、その理由
は、ＳＯＧ材料の場合、それを被処理基板上にスピンコ
ートして平らな表面を有する膜を形成し、そしてその膜
を加熱して硬化（キュアリング）させた場合、溶融状態
を生じないのが原因の一つと考察されるという知見に基
づいている。ＳＯＧを加熱した場合に形成されるものは
非常にソリッドな状態にあるので、基板上でのその流動
性が充分でなく、グローバルな平坦化が達成できないの
である。これとは対照的に、本発明者らがこのたび見出
したポリカルボシランは、低温での分子間架橋を生じな
い。本発明のポリカルボシランは、それを加熱するにつ
れて、その粘度を低下していき、溶融状態となり（溶融
工程）、また、さらに加熱すると（キュアリング及び酸
化工程）、硬化状態となる。換言すると、本発明の場
合、熱処理が２段階で行われることに特徴がある。ま
た、かかるポリカルボシランの場合、その重合体構造中
に例えばアルコキシ基及びシラノール基のような有機基
を含まないことも特徴である。さらにまた、判明したと
ころによると、ポリカルボシランは、基板上にスピンコ
ートした後、引き続く加熱工程で縮重合の開始温度に達
するまで、比較的に容易に流動することができ、そのた
めグローバルな平坦化が可能となる。
【００６３】本発明において用いられるポリカルボシラ
ンは、前記ポリオルガノシルセスキオキサン（ＰＭＳ
Ｓ）と対比した場合、どちらも溶融による平坦化機能を
有するという点で共通する。つまり、これらの樹脂は、
ある温度範囲で低粘性化し、その後硬化していく特性を
有している。ポリカルボシランは、しかし、粘性低下の
度合いの点でＰＭＳＳ樹脂と区別される。ポリカルボシ
ランは、加熱により、より低粘度な、換言すると、溶融
性の高い、材料を提供可能である。ポリカルボシラン
は、その硬化後、最終的には高粘度となる。
【００６４】
【実施例】次いで、本発明をその実施例を参照して説明
する。なお、本発明は、これらの実施例にのみ限定され
るものではないことを理解されたい。
【００６５】例１ シリコン基板上にスパッタ法によりアルミニウムを膜厚
１μm で成膜する。次いで、得られたアルミニウム層
に、フォトリソグラフィ法を用いて、最小線幅が１μm
で最小線間隔が１μm のパターン形成を行って第１配線
層を形成する。ポリカルボシランをキシレン溶液として
粘度の調整を行い、ポリカルボシランの５０％溶液を調
製する。この溶液を先に形成した第１配線層の上に膜厚
２μmでスピンコートし、溶媒を蒸発させるために２５
０℃で２分間加熱する。その後、ポリカルボシラン膜を
酸素雰囲気中で４５０℃で３０分間加熱して層間絶縁膜
を形成する。この絶縁膜は、平坦性が極めてよく、グロ
ーバルな平坦化が達成されていることを示している。表
面段差は０．１μm 以下である。
【００６６】引き続いて、形成された層間絶縁膜の必要
位置にスルーホールを形成する。次いで、この層間絶縁
膜の上に、先に説明した第１配線層の形成と同様な手法
に従って第２のアルミニウム配線層を膜厚１μm で形成
する。この第２の配線層の上には、保護膜として燐珪酸
ガラスをＣＶＤ法により膜厚１．３μm で形成する。こ
の保護膜を選択的にエッチングして電極取り出し用の窓
開けを行う。このようにして製造された半導体装置を大
気中で４５０℃で１時間の加熱試験を行った後、−６５
〜＋１５０℃で１０回の熱サイクル試験に供したとこ
ろ、断線不良は全く発生しないことが確認される。
【００６７】例２ シリコン基板上にスパッタ法によりアルミニウムを膜厚
１μm で成膜する。次いで、得られたアルミニウム層
に、フォトリソグラフィ法を用いて、最小線幅が１μm
で最小線間隔が１μm のパターン形成を行って第１配線
層を形成する。ポリカルボシランをキシレン溶液として
粘度の調整を行い、ポリカルボシランの３０％溶液を調
製する。この溶液を先に形成した第１配線層の上に膜厚
１μmでスピンコートし、溶媒を蒸発させるために２５
０℃で５分間加熱する。その後、ポリカルボシラン膜を
酸素雰囲気中で４５０℃で３０分間加熱して層間絶縁膜
を形成する。この絶縁膜は、平坦性が極めてよく、グロ
ーバルな平坦化が達成されていることを示している。表
面段差は０．１μm 以下である。
【００６８】引き続いて、形成された層間絶縁膜の必要
位置にレジストプロセスでスルーホールを形成する。酸
素プラズマによるレジスト剥離を行っても、ポリカルボ
シラン膜には酸化に原因するクラックが入らない。スル
ーホールの形成後、２．５％弗化水素酸による処理を施
し、スルーホール部へアルミニウムを埋め込み、さら
に、先に説明した第１配線層の形成と同様な手法に従っ
て第２のアルミニウム配線層を膜厚１μm で形成する。
この第２の配線層の上には、保護膜として燐珪酸ガラス
をＣＶＤ法により膜厚１．３μm で形成する。この保護
膜を選択的にエッチングして電極取り出し用の窓開けを
行う。このようにして製造された半導体装置を大気中で
４５０℃で１時間の加熱試験を行った後、−６５〜＋１
５０℃で１０回の熱サイクル試験に供したところ、断線
不良は全く発生しないことが確認される。
【００６９】例３ 前記例２に記載の手法を繰り返す。但し、本例の場合、
第１配線層とポリカルボシラン層間絶縁膜との中間に約
０．５μm の膜厚を有するＰ−ＣＶＤシリコン酸化膜を
形成する。得られた層間絶縁膜は、平坦性が極めてよ
く、グローバルな平坦化が達成されていることを示して
いる。第１配線層の形成で生じた段差は０．２μm 以下
に平坦化されている。
【００７０】引き続いて、スルーホールを形成し、酸素
プラズマによるレジスト剥離を行っても、ポリカルボシ
ラン絶縁膜には酸化に原因するクラックが入らない。ま
た、製造された半導体装置を大気中で４５０℃で１時間
の加熱試験を行った後、−６５〜＋１５０℃で１０回の
熱サイクル試験に供したところ、断線不良は全く発生し
ないことが確認される。
【００７１】例４ ポリカルボシラン（「チラノコート（商品名）」、宇部
興産株式会社から入手可能のポリジメチルシランのカル
ボシラン化ポリマー）をジエチルエーテルに溶解し、得
られた溶液を静置して溶解分と不溶分とに分離する。不
溶分を回収し，、そのＭＩＢＫ溶液を約１．５μm の膜
厚でシリコン基板上にスピンコートし、得られた膜の状
態を評価する。均一な塗膜が得られ、原料段階で観察さ
れた微結晶は認められない。
【００７２】例５ 前記例４に記載の手法を繰り返す。但し、本例の場合、
溶媒として、ジエチルエーテルに代えてクロロホルムを
使用する。例４のものに比較して遜色のない均一な塗膜
が得られる。
【００７３】例６ 前記例４に記載の手法を繰り返す。但し、本例の場合、
ジエチルエーテルを使用した溶媒抽出法に代えてテトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）を使用したゲルパーミエイショ
ンクロマトグラフィ（ＧＰＣ）を利用し、そして分取液
体クロマトグラフィ装置にＧＰＣカラムを接続してポリ
カルボシランの分子量分画を行う。これにより、ポリス
チレン換算で２０００以下の重量平均分子量を有するポ
リカルボシランを分取する。これをＭＩＢＫに溶解し、
シリコン基板上にスピンコートし、得られた膜の状態を
評価する。均一な塗膜が得られ、原料段階で観察された
微結晶は認められない。
【００７４】例７ シリコン基板上にスパッタ法によりアルミニウムを膜厚
１μm で成膜する。次いで、得られたアルミニウム層
に、フォトリソグラフィ法を用いて、最小線幅が１μm
で最小線間隔が１μm のパターン形成を行って第１配線
層を形成する。前記例４ないし例６のそれぞれにおいて
調製したポリカルボシランをＭＩＢＫ溶液として粘度の
調整を行い、ポリカルボシランの４０％溶液を調製す
る。この溶液を先に形成した第１配線層の上に膜厚２μ
m でスピンコートし、溶媒を蒸発させるために１５０℃
で２分間加熱する。その後、ポリカルボシラン膜を酸素
雰囲気中で４５０℃で３０分間加熱して層間絶縁膜を形
成する。この絶縁膜は、平坦性が極めてよく、グローバ
ルな平坦化が達成されていることを示している。表面段
差は０．１μm 以下である。
【００７５】引き続いて、形成された層間絶縁膜の必要
位置にスルーホールを形成する。次いで、この層間絶縁
膜の上に、先に説明した第１配線層の形成と同様な手法
に従って第２のアルミニウム配線層を膜厚１μm で形成
する。この第２の配線層の上には、保護膜として燐珪酸
ガラスをＣＶＤ法により膜厚１．３μm で形成する。こ
の保護膜を選択的にエッチングして電極取り出し用の窓
開けを行う。このようにして製造された半導体装置を大
気中で４５０℃で１時間の加熱試験を行った後、−６５
〜＋１５０℃で１０回の熱サイクル試験に供したとこ
ろ、断線不良は全く発生しないことが確認される。
【００７６】例８ 本例は比較例である。前記例４に記載の手法を繰り返
す。但し、本例の場合、溶媒として、ジエチルエーテル
の代わりにメタノールを使用する。メタノール溶液を静
置し、分離を試みるけれども、ポリカルボシランは分離
されない。これは、ポリカルボシランとSiH の間で不所
望な反応が起こるためと考えられる。
【００７７】例９ シリコン基板上にスパッタ法によりアルミニウムを膜厚
１μm で成膜する。次いで、得られたアルミニウム層
に、フォトリソグラフィ法を用いて、最小線幅が１μm
で最小線間隔が１μm のパターン形成を行って第１配線
層を形成する。ポリカルボシランをキシレン溶液として
粘度の調整を行い、ポリカルボシランの３０％溶液を調
製する。この溶液を先に形成した第１配線層の上に３０
００rpm で３分間スピンコートして膜厚１μm となし、
さらにこの膜を不活性ガス雰囲気中で２５０℃で１０分
間加熱して溶媒を蒸発させる。
【００７８】次いで、得られたポリカルボシラン膜を特
開平５−２６２８１９号公報（出願人：富士通株式会
社）に記載の手法に従ってフッ素化処理（フッ素プラズ
マによるラジカル反応）に供する。なお、ここで採用し
たフッ素化の条件は、先に図５（Ｃ）を参照して説明し
たものに同じである。その後、フッ素化ポリカルボシラ
ン膜を酸素雰囲気中で４５０℃で３０分間加熱して層間
絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、平坦性が極めてよ
く、グローバルな平坦化が達成されていることを示して
いる。第１配線層によって生じた段差は０．３μm 以下
に平坦化されている。また、この時の絶縁膜の誘電率を
測定したところ、２．５である。
【００７９】引き続いて、形成された層間絶縁膜の必要
位置にレジスト法でスルーホールを形成する。スルーホ
ールの形成後、酸素プラズマを用いて使用済レジストの
剥離を行うが、絶縁膜のどこにも、酸化に原因するクラ
ックの発生は認められない。スルーホール部へアルミニ
ウムを埋め込んだ後、層間絶縁膜の上に、先に説明した
第１配線層の形成と同様な手法に従って第２のアルミニ
ウム配線層を膜厚１μm で形成する。この第２の配線層
の上には、保護膜として燐珪酸ガラスをＣＶＤ法により
膜厚１．３μm で形成する。この保護膜を選択的にエッ
チングして電極取り出し用の窓開けを行う。このように
して製造された半導体装置を大気中で４５０℃で１時間
の加熱試験を行った後、−６５〜＋１５０℃で１０回の
熱サイクル試験に供したところ、断線不良は全く発生し
ないことが確認される。
【００８０】例１０ 前記例９に記載の手法を繰り返す。但し、本例の場合、
絶縁材料として、ポリカルボシランに代えてポリカルボ
シラスチレンを使用する。得られた結果は、前記例９の
結果に匹敵するものである。例えば、得られた絶縁膜
は、平坦性が極めてよく、グローバルな平坦化が達成さ
れていることを示している。第１配線層によって生じた
段差は０．３μm 以下に平坦化されている。また、この
時の絶縁膜の誘電率を測定したところ、２．８である。
スルーホールの形成後、酸素プラズマを用いて使用済レ
ジストの剥離を行うが、絶縁膜のどこにも、酸化に原因
するクラックの発生は認められない。さらに、製造され
た半導体装置を大気中で４５０℃で１時間の加熱試験を
行った後、−６５〜＋１５０℃で１０回の熱サイクル試
験に供したところ、断線不良は全く発生しないことが確
認される。
【００８１】例１１ 本例は比較例である。前記例９に記載の手法を繰り返
す。但し、本例の場合、絶縁材料として、ポリカルボシ
ランの代わりにシロキサン結合及び側鎖メチル基含有の
有機ＳＯＧ（ポリメチルシルセスキオキサン）を使用す
る。フッ素プラズマによるラジカル反応を行う間に膜そ
のものがエッチングされてしまい、半導体装置を得るま
でに至らない。
【００８２】例１２ 本例は比較例である。前記例９に記載の手法を繰り返
す。但し、本例の場合、絶縁材料として、ポリカルボシ
ランの代わりにポリスチレン樹脂を使用する。フッ素プ
ラズマによるラジカル反応を行い、フッ素化を行った
後、酸素雰囲気下で４５０℃で３０分間の熱処理を施す
間に、耐熱性不足が原因と考察されるが、樹脂の有機基
が分解し、クラックが発生する。本例でも、したがっ
て、半導体装置を得るまでに至らない。
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば、層間絶縁膜の形成材料
としてポリカルボシランを使用することにより、クラッ
クの発生がなく、また、グローバルな平坦化を行うこと
ができ、これにより、信頼性の高い半導体集積回路の製
造が可能となる。この絶縁膜は、装置の製造工程で破損
せしめられることもない。そして、この絶縁膜の絶縁特
性は、従来の無機膜を用いた方法で得られる膜のそれと
同等である。また、ポリカルボシランは、必要に応じ
て、半導体集積回路の保護膜としても有利に使用するこ
ともできる。また、ポリカルボシランはスピンコートが
可能であるので、従来の無機膜使用の方法に必須であっ
た高価なＣＶＤ装置などの使用を回避することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面が平坦でない絶縁膜を有する従来の半導体
装置の断面図である。
【図２】表面が平坦な絶縁膜を有する本発明による半導
体装置の断面図である。
【図３】多層配線構造を有する本発明による半導体装置
の断面図である。
【図４】本発明の好ましい１態様による半導体装置の製
造を順をおって示した断面図である。
【図５】本発明の好ましい１態様による、フッ素置換ポ
リカルボシランからの絶縁膜の形成を順を追って示した
断面図である。
【図６】図５に示した絶縁膜の形成において、水素原子
のフッ素原子による置換を順を追って示した断面図であ
る。
【符号の説明】
１…基板 ２…金属層 ２ａ…幅の広いパターン ２ｂ…幅の狭いパターン ３…層間絶縁膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ３０Ｂ 29/06 ５０１ Ｚ 8216−4Ｇ (72)発明者 内藤 正規 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 工藤 寛 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大倉 嘉之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体装置を製造するに当たって、下記
    の工程：次の一般式（１）によって表されるポリカルボ
    シラン： 【化１】 （上式において、 R1は、水素、１〜４個の炭素原子を有している置換もし
    くは非置換のアルキル基又は置換もしくは非置換のアリ
    ール基を表し、 R2は、置換もしくは非置換のメチレン又はメチン基を表
    し、そしてｍ及びｎは、それぞれ、１０＜ｍ＋ｎ＜１０
    ００及びｎ／ｍ＜０．３の条件を満たす正の整数を表
    す）の溶液を内部に導電性成分が作り込まれている基板
    上に適用する工程、そして塗布後のポリカルボシランの
    膜を酸化性雰囲気中で３５０℃以上の温度で加熱して前
    記ポリカルボシラン膜をシリコン酸化膜に変換する工
    程、を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記一般式（１）のポリカルボシランの
    溶液を前記基板上にスピンコートし、３５０℃以下の温
    度に加熱し、次いで、酸化性雰囲気中で４００℃以上の
    温度で加熱する、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記一般式（１）のポリカルボシラン
    （式中、R1は水素原子又はメチル基であり、そしてR2は
    メチレン基又はメチン基である）が、式（１）により表
    されるけれどもｎ／ｍ比を異にするポリカルボシラン
    の、非プロトン性の極性溶媒又はハロゲン化炭化水素か
    ら選ばれた溶媒中の溶液から回収された不溶分である、
    請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記一般式（１）のポリカルボシラン
    （式中、R1は水素原子又はメチル基であり、そしてR2は
    メチレン基又はメチン基である）が、式（１）により表
    されるけれどもｎ／ｍ比を異にするポリカルボシランか
    らゲルパーミエイションクロマトグラフィを用いた分子
    量分画により回収されたフラクションであり、該フラク
    ションの重量平均分子量は、ポリスチレンの分子量に換
    算して２０００以下である、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記一般式（１）のポリカルボシラン
    （式中のR1、R2、ｍ及びｎは前記定義に同じである）の
    溶液を前記基板上にスピンコートし、反応性ガスとして
    フッ素を使用したプラズマ処理に供してポリカルボシラ
    ン分子の１個もしくはそれ以上の水素原子を１個もしく
    はそれ以上のフッ素原子で置換し、次いで、フッ素置換
    ポリカルボシランを酸化性雰囲気中で３５０℃以上の温
    度で加熱する、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 得られたシリコン酸化膜の上に、その内
    部に導電性成分が作り込まれているもう１つの素子を形
    成する工程をさらに含んでなる、請求項１〜５のいずれ
    か１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 内部に導電性成分が作り込まれている層
    が最上層であり、得られたシリコン酸化膜が周囲環境に
    対する保護膜として作用する、請求項１〜５のいずれか
    １項に記載の方法。
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