JPS62261149A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に多層配線
構造体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、多層配線構造体を有する半導体装置の層間絶縁膜
として、化学気相成長法により形成されたシリコン酸化
膜、又はプラズマ化学気相成長により形成されたシリコ
ン窒化膜等が主として用いられている。しかしながら、
これらの無機膜を層間膜として用いた場合、下地の微細
凹凸を平坦化することはできない。

これらの無機膜に比べて、溶液塗布法によ多形成する有
機膜は平坦性が良いことは公知であり、これらの有機物
を層間絶縁膜として用いる検討が行われている。例えば
、電子通信学会予講集（１９７５年８月、ＣＰＭ７５−
５８）にあるように、ＰＩＱ樹脂を用いる方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ＰＩＱ等の有機樹脂膜を半導体装置のア
ルミニウム配線層間膜に適用した場合、下地にあるシリ
コン酸化膜あるいはシリコン窒化膜との密着性が不十分
である。さらに、ＰＩＱ樹脂膜上にシリコン窒化膜カバ
ーを形成する際に、ＰＩＱ樹脂膜に、しわ、あるいはク
ラックができやすい等の問題があるため、高信頼性が要
求される超微細高密度デバイスの製造には用いることが
できなかった。

本発明の目的は、上記問題点を除去し、すなわち、下地
にあるシリコン酸化膜あるいは、シリコン窒化膜との密
着性に優れ、さらに、シリコン金化膜カバーをデバイス
上に形成しても、しわ、あるいはクラックが生じない有
機樹脂膜を層間絶縁膜に用いることＫよシ、高信頼性が
要求される超微細高密度デバイスに適用できる多層配線
構造体の製造方法を提供することにある。

〔問題点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、下記の式（１）で表
わされるテトラカルボン酸二無水物と式（２）で表わさ
れるジアミンと式（３）で表わされるアミノシリコン化
合物とを混合反応せしめることによって形成されるポリ
アミド酸シリコン型中間体を含有してなる溶液を金属配
線を形成した半導体基板上に塗布する工程と、１００〜
４５０℃の温度で熱処理する工程とを含むことを特徴と
する。

ＮＨ，−Ｒ２−ＮＨ２・・・・・・（２）（式（１）〜
（３）において、ル′は４価の炭素環式芳香族基を表わ
し、Ｒ２は炭素数６〜３０個の芳香脂肪族基又は、炭素
数６〜３０個の炭素環式芳香族基、１υ及び几４はそれ
ぞれ独立の炭素数１〜６のアルキル基、又はフェニル基
であシ、Ｋは１≦に≦３の値である。） 本発明に用いられるポリアミド酸の平均分子量の適量範
囲は前記一定条件下での対数粘度数測定値が０．０５〜
５ｄｌｌｔであシ、適当な溶媒に可溶である。

前゛記対数粘度数（ηｉｎｈ　）とは、前記測定条件に
よシ定義された通りのものであるが、更に詳述すれば （ここにηはウベローデ粘度計を使用し、重合溶媒と同
一組成の溶媒中の濃度０．５重量％のものを温度３０＝
ｌ＝０．０１℃で測定した値であシ、η０はウベローデ
粘度計を使用し、同温度における同溶媒の測定値であり
、Ｃは濃度０．５ｆ／ｄｌである。） で示される。

本発明の原料について説明する。

式（１）で表わされるテトラカルボン酸二無水物として
次の化合物を挙げることができる。

ピロメリット酸二無水物、３．３’、４．４’−ビフェ
ニルテトラカルボン酸二無水物、２．２’、３゜３′−
ビフェニルテトラカルボン酸二ｍ水物、２　。

３　、３’、　４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物、３，３’、４，４’−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸二無水物、２，３．３’、４’−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸二無水物、２．２’、３．３’　−ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４
−ジカルボキシフェニル）−エーテルニ無水物、ビス゛
（３，４−ジカルボキシフェニル）−スルホンニ無水物
、ｌ　、２，５．６−ナフタリンテトラカルボン酸二無
水物、２，３，６．７−ナフタリンテトラカルボン酸二
無水物等。

また式（２）で表わされるジアミンの具体例としては次
の化合物を挙げることができる。

４．４′−ジアミノジフェニルエーテル、４．４’−ジ
アミノジフェニルメタン、４．４’−ジアミノジフェニ
ルスルホン、４．４’−ジアミノジフェニルスルフィド
、４．４’−ジアミノジフェニルチオエーテル、４．４
’−ジ（メタ−アミノフェノキ７）ジフェニルスルホン
　４　、４’−シ（ハラ−アミノフェノキシ）ジフェニ
ルスルホン、オルト−フェニレンジアミン、メタ−フェ
ニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、ベンジジ
ン、２．２’−ジアミノベンゾフェノン、４．４’−ジ
アミノベンゾフェノン、４，４−ジアミノジフェニル−
２゜２′−プロパン、１，５−ジアミノナフタレン、ｌ
。

８−ジアミノナフタレン等の芳香族ジアミン。

次に式（３）で表わされるアミノシリコン化合物として
は次の化合物を挙げることができる。

上記の原料化合物を溶媒中で反応させるための好ましい
溶媒（以下反応溶媒と言うことがある）として、Ｎ−メ
チル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド
、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシ
ド、テトラメチル尿素、ピリジン、ジメチルスルホン、
ヘキサメチルホルアミド、メチルホルムアミド、Ｎ−ア
セテルー２−ピロリドン、トルエン、キシレン、メチル
セロソルブ、エチルセロノルフ、メチルセロソルブ、ジ
エチレングリコール七ツメチルエーテル、ジエチレング
リコールジメチルエーテル、シクロペンタノン、シクロ
ヘキサノン吟の１種または２種以上を使用できる。

反応溶媒はこれと添加した原料との合計量基準で４０重
量−以上使用するのがよい。これ以下では攪拌操作が困
難である場合がある。

反応は０℃以上６０℃以下で行うのがよい。反応時間は
０．２〜２０時間反応せしめるのがよい。

酸、アミンの混合比は式（１）　、　（２）　、　（３
）の化合物のモル量を各々Ａ、Ｂ、Ｃとしたとき、２Ａ
＝２Ｂ＋Ｃから両辺のずれが±１０％以内くらいが特に
好ましい。

さらに１本発明による樹脂膜上に圧縮応力のプラズマ化
学気相成長シリコン窒化膜を形成する点、又、接着性の
点から、０．１≦「τであることが好ましい。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例に基づき図面を用いて説明する。

本実施例では、アミノシロキサンとして、で表わされる
Ｐ−アミノフェニルトリメトキシシランを用い、珪素原
子を含まないジアミンとして、４．４’−−ジアミノジ
フェニルニーデルを用い、また、芳香族テトラカルボン
酸二無水物として３゜３’、４．４’−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸二無水物を用い、各原料の混合比を３
　、３’　、　４　、４’−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸二無水物／４゜４′−ジアミノジフェニルエーテ
ル／Ｐ−アミノフェニルトリメトキシシラン＝２／１／
２　（モル比）にて、ジメチルアセトアミド溶媒中、ポ
リマー濃度２０重量％で温度１０℃で５時間、４０℃で
２時間反応を行い、２５℃での回転粘度３００センチボ
イズの塗布液を得た。また、このポリマーの対数粘度数
はα４３ｄｉ／ｌであった。

以下に上記の溶液を塗布・熱処理形成した樹脂膜ｔ−Ｍ
Ｏａ型半導体集積回路装置の３層配線層間絶縁膜として
用いた例を示す。

第１図は、本発明に基づいて作製したＭＯ８型半導体集
積回路装置の製造工程を示す断面図である。第１図（ａ
）に示すように、Ｐ型シリコン基板１０１に下側にチャ
ンネルストッパー１０２゜１０２′を持つ厚さ０．８μ
ｍ程度のシリコン酸化膜１０３．１０３’を形成し、次
に約４０ＯＡのゲート酸化膜１０４を形成した後、ゲー
ト電極となる約０．５μｍのポリシリコン層１０５を形
成する。

さらにソース領域１０６．ドレイン領域１０７を形成し
、酸化によシボリシリコン層１０５．ソース領域１０６
．ドレイン領域１０７上にシリコン酸化膜１０８を形成
する。

次に第１図（ｂ）に示すように、化学気相成長法により
、厚さ約１μｍのリンガラス１０９を形成し、ゲートポ
リシリコン１０５．ソース領域１０６゜ドレイン領域１
０７との電気的導通をとるべき部分に第１の開口１１０
を設ける。

次に第１図（Ｃ）に示すように約１μｍ厚のアルミニウ
ム金属膜を形成し、フォトエツチングにょシ第１のアル
ミニウム配線１１１を形成する。

次に第１図（（１）に示すように上記の溶液を毎分２０
００回転で３０秒間回転塗布し、窒素ガス雰囲気中で１
００℃、１時間、続いて２４０℃で３０分間のプリベー
クを行う。次に窒素ガス雰囲気中で４００℃、１時間の
ボストベークを行うことによって約１．５μｍ厚の第１
の層間絶縁膜１１２が形成できる。

続いて第１図（ｅ）に示すように、第１と第２のアルミ
ニウム配線間の導通をとるための第２の開口１１３をＣ
１１゛４と０２の混合ガスを用いるフォトエツチングに
よシ形成する。

次に、アルミニウム金属膜をスパッタ法によシ約１μｍ
の厚さで埋積し、フォトエツチングによシ第１図（ｆ）
に示すように第２のアルミニウム配線１１４を形成する
。

次に、上記の工程（（１）〜（ｆ）と同様に第２の層間
絶縁膜１１５．第３の開口１１６．第３のアルミニウム
配線１１７を形成し、カバーとして約１μｍ厚のプラズ
マ化学気相成長シリコン窒化膜１１８を形成することに
よって第１図（ｇ）　Ｋ示すように３層のアルミニウム
配線構造を有するＭＯ８型半導体装置が形成できる。

〔発明の効果〕

ポリアミド酸シリコン型中間体から形成される樹脂膜を
用いる本発明に基づく多層配線構造体においては以下の
効果がある。

第１の効果は、本発明によるポリアミド酸シリコン型中
間体から３５０〜４５０℃の熱処Ｍを行うことによって
樹脂膜を形成する際に、第２図（ａ）Ｋ示すように、下
地基板（シリコン酸化膜、シリコン窒化膜）表面のシリ
コン原子に結合しているＯＨ基とポリアミド酸シリコン
型中間体に含有される８ｉ−ｏｔｔ’との脱アルコール
反応が起こるため、第２図（ｂ）に示すように、下地基
板のシリコン原子未結合手と５ｉ−０−８ｉ結合をつく
る。その結果、第３図にＡで示すように、本発明による
樹脂膜と下地基板との密着性は、第３図にＢで示す通常
のポリイミド膜に比べ完全なものとなる。

また、第２の効果は、本発明によって形成された樹脂膜
中には５ｉ−０結合が含まれていることか・　　らか、
熱膨張係数がＰ工Ｑ等の樹脂膜よりも小さいため、本発
明による樹脂膜上にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒
化膜全形成したときに、しわ。

あるいはクラックが生じないという利点も有する。

本発明に基つく３層アルミニウム配線構造体を用いたＭ
Ｏ８型半導体集積回路装置の歩留シは良好であり、耐湿
信頼性試験を行った結果、配線の腐食、素子の劣化は全
くないものであった。

上記の結果は、本発明による多層配線構造体は悄脂膜を
用いることくよる眉間絶縁膜の平坦化が当然の如く可能
であシ、アルミニウム配線の断糾を完全になくすること
が可能であること、さらに、本発明によって形成された
樹脂膜は、下地にあるシリコン酸化膜あるいは、シリコ
ン窒化膜との接着性に優れていることから、半導体基板
と該樹脂膜との界面からの水分の侵入が全くないことに
よるものである。

以上述べたように本発明は、高信頼性を要する半導体装
置の製造方法を提供することが可能となり、高集積、高
密度半導体集積回路形成に大きな効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＭＯ８型半導体集積回路装
置の製造工程を示す断面図、第２図（ａ）。 （ｂ）は半導体装置基板と本発明による樹脂膜との接着
の機構を示す説明図、第３図は化学気相成長によるリン
ガラス膜又はプラズマ化学気相成長によるシリコン窒化
膜と本発明による樹脂膜との接着性を示す一実測例図で
ある。 １０１・・・・・・Ｐ型シリコン基叛、１０２．１０２
’°゛°・°゛チヤンネルストツパー１０３，１０３’
・・・・・・シリコン酸化膜、１０４・・・・・・ゲー
ト酸化膜、１０５・・・・・・ゲートポリシリコン層、
１０６・・・・・・ソース領域、１０７・・・・・・ド
レイン領域、１０８・・・・・・シリコン酸化膜、１０
９・・・・・・気相成長によるリンガラス膜、１１ｏ・
・・・−・第１の開口、１１１・・・・・・第１のアル
ミニウム配線、１１２・・・・・・第１の樹脂層間絶縁
膜、１１３・・・・°・第２の開口、１１４・・・・・
・第２のアルミニウム配線、１１５・・・・・・第２の
樹脂層間絶縁膜、１１６・・・・・・第３の開口、１１
７・・・・・・第３のアルミニウム配線、１１８・・・
・・・プラズマ化学気相成長シリコン窒化膜。 ＄　２　図 Ｈ ３５０　　４ｔ）０　　４６ｏ 層ワーール逅戻（°Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ▲数式、化学式、表等があります▼（Ｒ′：４価の炭素
   環式芳香族）で表わされるテトラカルボン酸二無水物と
   ＮＨ＿２−Ｒ＾２−ＮＨ＿２（Ｒ＾２：炭素数６〜３０
   個の芳香脂肪族基または炭素環式芳香族基）で表わされ
   るジアミンと▲数式、化学式、表等があります▼ （Ｒ＾３、Ｒ＾４：それぞれ独立の炭素数１〜６のアル
   キル基またはフェニル基、１≦Ｋ≦３）であらわされる
   アミノシリコン化合物とを混合反応せしめることによっ
   て形成されたポリアミド酸シリコン型中間体を含む溶液
   を金属配線を形成した半導体基板上に塗布する工程と、
   １００〜４５０℃の温度で熱処理する工程とを含むこと
   を特徴とする半導体装置の製造方法。