JPH09134917A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH09134917A JPH09134917A JP28865295A JP28865295A JPH09134917A JP H09134917 A JPH09134917 A JP H09134917A JP 28865295 A JP28865295 A JP 28865295A JP 28865295 A JP28865295 A JP 28865295A JP H09134917 A JPH09134917 A JP H09134917A
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- Japan
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- insulating film
- silica
- based insulating
- polysilazane
- flattening
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
に設けられた金属配線層を、この金属配線層を含む半導
体基板上に形成された下層シリカ系絶縁膜と、この下層
シリカ系絶縁膜上にポリシラザンを含む平坦化膜形成用
塗布液を用いて形成された平坦化用シリカ系絶縁膜と、
必要に応じてこの平坦化用シリカ系絶縁膜上に形成され
た上層シリカ系絶縁膜とを含む半導体装置において、下
層シリカ系絶縁膜の圧縮ストレスが−1×109dyne/c
m2以下であり、かつ上層シリカ系絶縁膜の圧縮ストレス
が−1×109dyne/cm2以下であり、平坦化膜形成用塗
布液中に含まれるポリシラザンが下記一般式[I]で示
される繰り返し単位を有することを特徴とする半導体装
置。 【効果】 多層半導体装置の金属配線層上に設けられる
平坦化用シリカ系絶縁膜の残留ストレスを下層シリカ絶
縁膜および上層シリカ系絶縁膜によってコントロールす
ることによって、シリカ系絶縁膜にクラックが発生する
ことを防止できる。 【化1】 (式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、水
素または炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基また
はアリール基である。)
Description
に詳しくは多層配線構造を有するとともに配線層上にシ
リカ系絶縁膜が設けられている半導体装置に関する。
を製造するに際しては、半導体基板上に金属配線層など
を設けると、金属配線層などによって半導体基板上に凹
凸が生じる。この凹凸面上にさらに金属配線層などを形
成しようとしても、凹凸段差で断線が生じることがあ
る。このため、金属配線層上にアルコキシシランなどの
部分加水分解物を含む塗布液を塗布してシリカ系絶縁膜
を形成して、配線層によって生じた凹凸面を高度に平坦
化することが行われている。
VD法などでシリカ被膜の絶縁層を形成し、このシリカ
被膜のうえに上述したような塗布液を用いて平坦化用シ
リカ系絶縁膜が形成されるのが一般的である。
プラズマCVD法などによってシリカ絶縁膜を設けるこ
とも試みられている。近年、上記の配線層の段差が大き
くなり、これに伴って、平坦化用絶縁膜の膜厚を厚くし
なければならないことが多くなっている。しかし、平坦
化用シリカ絶縁膜の膜厚を厚くすると、膜中に残存する
残留ストレスが大きくなり、このために、平坦化用絶縁
膜およびこの下層、さらに必要に応じて平坦化用絶縁膜
の上層に設けられているシリカ絶縁膜にクラックが発生
するなどの問題があった。
クラックが発生する原因について鋭意検討したころ、平
坦化用シリカ絶縁膜には引張ストレスが残留しており、
この引張ストレスによって平坦化用シリカ絶縁膜にクラ
ックが生ずることを見出し、この引張ストレスを、平坦
化用シリカ絶縁膜の下層あるいは上層に設けられたシリ
カ被膜の圧縮ストレスによって打消せば、平坦化用シリ
カ絶縁膜にクラックが発生するのを防止しうることを見
出して本発明を完成するに至った。
点を解決するもので、平坦化用絶縁膜の残留ストレスを
緩和し、平坦化用シリカ絶縁膜、その下層あるいは上層
に設けられたシリカ被膜のクラック発生を防止し得るよ
うな半導体装置を提供することを目的とする。
られた半導体基板と、この上に設けられた金属配線層
と、この金属配線層を含む半導体基板上に形成された下
層シリカ系絶縁膜と、この下層シリカ系絶縁膜上にポリ
シラザンを含む平坦化膜形成用塗布液を用いて形成され
た平坦化用シリカ系絶縁膜と、必要に応じてこの平坦化
用シリカ系絶縁膜上に形成された上層シリカ系絶縁膜と
を含む半導体装置において、下層シリカ系絶縁膜の圧縮
ストレスが−1×109dyne/cm2以下であり、かつ上層
シリカ系絶縁膜が設けられる場合には上層シリカ系絶縁
膜の圧縮ストレスが−1×109dyne/cm2以下であり、
平坦化膜形成用塗布液中に含まれるポリシラザンが下記
一般式[I]で示される繰り返し単位を有することを特
徴としている。
独立して、水素または炭素数1〜8のアルキル基、アル
コキシ基またはアリール基である。)
いて、図面を参照しながらより詳細に説明する。
体例の断面図を示す。シリコンなどの基板上に回路が形
成された半導体基板1上に、アルミニウムなどの金属配
線層2が設けられており、半導体基板1上には金属配線
層に基づく凹凸が形成されている。
マCVD法などにより下層シリカ系絶縁膜3が形成され
ている。この下層シリカ系絶縁膜3の膜厚は一般に30
0nm以上、好ましくは500〜1,000nmの範囲
であることが望ましい。
は、−1×109dyne/cm2以下、好ましくは−2×10
9dyne/cm2以下であることが望ましい。下層シリカ系絶
縁膜3の圧縮ストレスが−1×109dyne/cm2以下であ
ると、この下層シリカ系絶縁膜3上に設けられる平坦化
用シリカ系絶縁膜4の残留ストレス(引張ストレス)を
緩和することができ、該平坦化用シリカ系絶縁膜4にク
ラックが発生するのを効果的に防止できる。
1×109dyne/cm2以下とするには、たとえばプラズマ
CVDによって下層シリカ系絶縁膜3を形成する際の印
加電圧(プラズマ放電電圧)を調節することによって行
うことができる。
ンを含む平坦化膜形成用塗布液を用いて形成された平坦
化用シリカ系絶縁膜4が設けられている。この平坦化用
シリカ系絶縁膜4は、下記一般式[I]で示される繰り
返し単位を有する1種または2種以上のポリシラザンを
含んでいる。
独立して、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基、
およびアルコキシ基あるいはアリール基から選ばれる基
である。) 上記式[I]中のR1、R2およびR3は、それぞれ水素
原子、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜
8のアルコキシ基およびアリール基から選ばれる基であ
り、炭素原子数1〜8のアルキル基、特にメチル基、エ
チル基またはプロピル基が好ましい。
は、上記式[I]でR1、R2およびR 3がすべて水素原
子であり、1分子中にケイ素原子が55〜65重量%、
窒素原子が20〜30重量%、水素原子が10〜15重
量%であるような量で存在している無機ポリシラザンが
特に好ましい。このような無機ポリシラザンは、たとえ
ば特公昭63−16325号公報および米国特許第43
97828号明細書に開示された方法に従って製造する
ことができる。
するポリシラザンは、直鎖状であっても、環状であって
もよく、直鎖状のポリシラザンと環状のポリシラザンと
が混合して含まれていてもよい。
度Mw/Mn(重量平均分子量/数平均分量)が3.5
未満、特に2未満であることが好ましい。分散度が3.
5以上のポリシラザンを含む塗布液を用いて、たとえ
ば、配線層が形成された半導体基板上にシリカ系被膜を
形成すると、配線層が平坦化できないことがある。
数平均分子量は、500〜10,000、特に1,000
〜10,000であることが好ましい。ポリシラザンの
数平均分子量が500未満の場合には、揮発性の低分子
量成分が多く、成膜性が悪い。逆にポリシラザンの数平
均分子量が10000を越えるポリシラザンを含む塗布
液を用いて、たとえば配線層が形成された半導体基板上
にシリカ系被膜を形成すると、塗布液を塗布する際の塗
布液の流動性が低下して配線層が平坦化できないことが
ある。
のSi/N比は、1.0〜1.30であることが好まし
い。本発明に係る平坦化膜形成用塗布液は、基本的に、
上記樹脂状ポリシラザンを固形分濃度が3〜40重量%
になるように有機溶媒に溶解することによって調製され
る。
記の樹脂状物質を分散または溶解し、塗布液に流動性を
付与するものであれば特に制限はないが、具体的には、
シクロヘキサン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、
エチルエーテル、エチルブチルエーテル、ジブチルエー
テル、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類
が挙げられる。これらの有機溶媒は単独でもしくは2種
以上を混合して用いられる。
記有機溶媒としては、水の溶解度が0.5重量%以下で
あるような有機溶媒が好ましい。このような有機溶媒を
塗布液に用いると、塗布液が吸湿して塗布液中のポリシ
ラザンなどが加水分解を起こすのが防止され、これによ
りポットライフの長い塗布液が得られる。
てシリカ系の平坦化膜を形成すると、塗布液から得られ
た塗膜を乾燥し、次いで従来のポリシラザン系塗布液の
場合よりも低温で焼成しても緻密性に優れ、かつ収縮ス
トレス、ボイド等の少ない平坦性に優れた被膜が得られ
る。
1、R2およびR3の全てが水素原子である無機ポリシラ
ザンである場合、このポリシラザンを含む塗布液を基材
上に塗布して乾燥・焼成することにより、さらに緻密
で、しかも耐クラック性に優れた被膜を得ることができ
る。
は、さらに各種の改質ポリシラザンを含んでいても良
い。すなわち、NHn(ROH)3-nで表されるアルカノ
ールアミン改質ポリシラザン(特開平6−128529
号公報)、β-ジケトンおよび/またはβ-ケトエステル
改質ポリシラザン(特開平6−157989号公報)、
RCOOR'で表されるカルボン酸および/またはカル
ボン酸エステル改質ポリシラザン(特開平7−3403
6号公報)、アルコール化合物改質ポリシラザン(特開
平7−82528号公報)およびフェノール化合物改質
ポリシラザンなどの改質ポリシラザンの1種または2種
以上を含んでいても良い。
て下層シリカ系絶縁膜3上に平坦化用シリカ系絶縁膜4
を形成するには、スプレー法、スピナー法、ディッピン
グ法、ロールコーター法、スクリーン印刷法などの方法
が採用できる。
0〜800℃、好ましくは250〜450℃で加熱硬化
処理すると、平坦化用シリカ系絶縁膜4が得られる。こ
の加熱硬化処理は、空気中、加湿雰囲気またはアンモニ
ア雰囲気中で行われるが、紫外線などの電磁波照射によ
る硬化処理を併用することもできる。
系絶縁膜4の膜厚は、200〜800nm、好ましくは
300〜500nm程度であることが望ましい。この平
坦化用シリカ系絶縁膜4の残留ストレスすなわち引張ス
トレスは、一般に、+1×109〜3×109dyne/cm2
程度である。
具体例の断面図を示す。この半導体装置は、図1に示し
た半導体装置の平坦化用シリカ系絶縁膜4上に、上層シ
リカ系絶縁膜5が設けられている。
系絶縁膜3と同様に、たとえばプラズマCVD法などに
よって形成される。この上層シリカ系絶縁膜5の膜厚
は、一般に600nm以下、好ましくは200〜600
nmの範囲であることが望ましい。
は、−1×109dyne/cm2以下、好ましくは−2×10
9dyne/cm2以下であることが望ましい。上層シリカ系絶
縁膜5の圧縮ストレスが−1×109dyne/cm2以下であ
ると、この上層シリカ系絶縁膜5の下に設けられている
平坦化用シリカ系絶縁膜4の残留ストレス(引張ストレ
ス)を緩和することができ、該平坦化用シリカ系絶縁膜
4にクラックが発生するのを効果的に防止できる。
1×109dyne/cm2以下とするには、たとえばプラズマ
CVDによって上層シリカ系絶縁膜5を形成する際の印
加電圧を調節することによって行うことができる。
および上層シリカ系絶縁膜5の圧縮ストレスは、薄膜ス
トレス測定装置(サイエンティフィック メジャメント
システム社製)により測定した。
の残留ストレスが、下層のシリカ絶縁膜および上層のシ
リカ絶縁膜の圧縮ストレスにより緩和される。その結
果、平坦化膜、下層および上層の絶縁膜にクラックがな
く、また緻密で平坦性に優れた平坦化膜が形成された多
層配線構造の半導体装置が得られる。
て次のような製造法でポリシラザンを合成した。
にピリジン600mlを入れ、撹拌しながらジクロロシラ
ン28.3gを加えて錯体(ピリジンアダクツ)を形成
させた。次いでこのピリジンアダクツを含む液中にアン
モニアを2時間吹き込んで反応生成物を含む液を得た。
この液中に含まれている沈澱を濾過して除去した後、濾
液を耐圧容器内で80℃で10時間加熱し、さらに12
0℃で10時間加熱重合した。次いで減圧して濾液から
ピリジンを除去することにより、反応器内に樹脂状のポ
リシラザンを得た。
数平均分子量は1,600、分散度は3.2であった。ま
た、Si/N比は1.2であった。上記のポリシラザン
をキシレンに溶解し、固形分濃度20重量%の平坦化膜
形成用塗布液を得た。
まずプラズマCVD法で下層絶縁膜を形成した。
形成塗布液を塗布し、250℃で2分間乾燥したのち、
空気中で400℃、1時間、加熱硬化して基板を得た。
平坦化膜の膜厚は400nm、引張ストレスは、+2×
109dyne/cm2であった。なお、一部の基板は、さらに
そのうえにプラズマCVD法で上層絶縁膜を形成した。
評価した。評価法は、基板を400℃、30分の熱処理
を3回行ったのちのクラックの有無を金属顕微鏡で観察
した。
断面図である。
の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 回路が設けられた半導体基板と、この上
に設けられた金属配線層と、この金属配線層を含む半導
体基板上に形成された下層シリカ系絶縁膜と、この下層
シリカ系絶縁膜上にポリシラザンを含む平坦化膜形成用
塗布液を用いて形成された平坦化用シリカ系絶縁膜とを
含む半導体装置において、 下層シリカ系絶縁膜の圧縮ストレスが−1×109dyne
/cm2以下であり、 平坦化膜形成用塗布液中に含まれるポリシラザンが下記
一般式[I]で示される繰り返し単位を有することを特
徴とする半導体装置。 【化1】 (式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、水
素または炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基また
はアリール基である。) - 【請求項2】 回路が設けられた半導体基板と、この上
に設けられた金属配線層と、この金属配線層を含む半導
体基板上に形成された下層シリカ系絶縁膜と、この下層
シリカ系絶縁膜上にポリシラザンを含む平坦化膜形成用
塗布液を用いて形成された平坦化用シリカ系絶縁膜と、
この平坦化用シリカ系絶縁膜上に形成された上層シリカ
系絶縁膜とを含む半導体装置において、 下層シリカ系絶縁膜の圧縮ストレスが−1×109dyne
/cm2以下であり、かつ上層シリカ系絶縁膜の圧縮スト
レスが−1×109dyne/cm2以下であり、 平坦化膜形成用塗布液中に含まれるポリシラザンが下記
一般式[I]で示される繰り返し単位を有することを特
徴とする半導体装置。 【化2】 (式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、水
素または炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基また
はアリール基である。)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28865295A JP3227359B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28865295A JP3227359B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09134917A true JPH09134917A (ja) | 1997-05-20 |
JP3227359B2 JP3227359B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3227359B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7413987B2 (en) | 2002-10-02 | 2008-08-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing a semiconductor device |
WO2011093357A1 (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Hoya株式会社 | インプリント用モールド及びその製造方法 |
CN112251029A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-22 | 佛山科学技术学院 | 一种耐漏电起痕硅橡胶及其制备方法和应用 |
-
1995
- 1995-11-07 JP JP28865295A patent/JP3227359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7413987B2 (en) | 2002-10-02 | 2008-08-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing a semiconductor device |
WO2011093357A1 (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Hoya株式会社 | インプリント用モールド及びその製造方法 |
JP5677987B2 (ja) * | 2010-01-29 | 2015-02-25 | Hoya株式会社 | インプリント用モールド及びその製造方法、並びにインプリント用モールド基材 |
CN112251029A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-22 | 佛山科学技术学院 | 一种耐漏电起痕硅橡胶及其制备方法和应用 |
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