JPS62261151A - 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、特に多層配線層
間絶縁膜を形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、多層配線層間絶縁膜としては、化学気相成長法に
より形成された、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜ある
いは、ポリイミド膜が用いられている。特にポリイミド
膜は、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸溶液を基板
上に回転塗布した後、熱処理して得られ、平坦性が良い
事が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来用いられているポリイミド膜はその
上に形成されるＡＪ配線との密着性が悪く、ｋｌ配線が
はがれ易いという問題点がある。

また３層以上の配線を形成する場合は、ポリイミド膜を
二層以上形成するが、ポリイミド同士の密着が悪く、上
層のポリイミドがはがれるという問題点もある。

この原因は、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸を塗
布した後の熱処理で、表面においてポリアミド酸の分子
端のカルボニル基が他の分子端に存在するアミン基とイ
ミド化反応を起こすため、更に上に形成されるＡＩ膜や
ポリイミド膜と化学結合するための結合の手を失なうこ
とに基づいている。

〔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Ａモルと式（２）で
表わされるジアミン８モルと式（３）で表わされるアミ
ノシリコン化合物Ｃモルとを式（４）及び式（５）で表
わされる関係で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、金属多
層配＃ｉｌを形成した半導体基板の主面に塗布する工程
と、その後熱処理する工程とを含むことを特徴とする。

ＮＨ，−ル”　　１ＮＨ２・・・・・・（２）（式（１
）〜（３）において、Ｒ′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、几３及びｋＬ
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〜
５ｄｌｌｆであシ、適量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±
０．０１℃で測定した値であり、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シ、Ｃ
は濃度０．５ｒ／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無水物、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、１，
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−アミノフェノキシ）ジフェニルスルホ
ン、４．４’−ジ（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’
−ジアミノベンシフエノン、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、１゜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
は次の化合物を挙けることができる。

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、ヘーメ
チルー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、
ヘキサメチルホスホルアミド、メチルホルムアミド、Ｎ
−アセチル−２−ピロリドン、トルエン、キシレン、メ
チルセロンルプ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ
、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、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
クロヘキサノン等の１種または２種以上を使用できる。

次に反応方法について説明する。式（１）で示されるテ
トラカルボン酸二無水物Ａモルと式（２）で示される２
７４７８モル及び式（３）で示されるアミノシリコン化
合°物Ｃモルとを反応溶媒中で反応させる。

このときＡ、Ｂ及びＣはそれらの間に式（４）及び式（
５）の関係が存在するように定める。

すなわち、Ｃ／（Ａ−８）が１未満の場合には酸分が必
要以上に過剰になシ、反応により得られたポリアミド酸
から形成された塗膜はしばしばその表面が平滑でなくそ
の実用上の価値を減じ、またけい素化合物に対する接着
性を減する場合があり好ましくない。一方Ｃ／（Ａ−Ｂ
）が１．８を超える場合、反応により得られたポリアミ
ド酸から形成された塗膜は皮膜間等の接着性が低下し好
ましくない。

Ｃ／（Ｂ＋Ｃ）が０．１未満ではＳｉ総数が少なくなる
場合があり、本発明に係る反応により得らすしたポリア
ミド酸から形成された塗膜のけい素及びけい素化合物に
対する接着性が低下する場合が、３るので好ましくない
。

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。

〔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、原料成分として３　、３’　、　４　、
４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、４゜
４／−ジアミノジフェニルエーテル及びＰ−アミノ゛フ
ェニルトリメトキシシランを用い、各々の比率を２／１
／１．６の混合比（モル比）で、ジメチルアセトアミド
溶媒中、ポリマー濃度２２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３０
０センチボイズの塗布液を侍た。このポリマーの対数粘
度数は０３９ｄｌｌ？でありた。

以下に、上記の溶液を塗布・熱処理した樹脂膜を３層配
線層間として用いた例を示す。

第１図は本発明の一実施例の製造工程を示す断面図であ
る。第１図（ａ）に示すように、第１のＡＪ配線２１の
形成工程まで完了した、ＭＯＳ）ランジスタを有するシ
リコン基板ｌ上に、第１図争）に示すように、上記塗布
溶液を回転数４００Ｏｒｐｍで回転塗布し、Ｎ！ガス雰
囲気中で１００℃、１時間、続いて２４０℃、３０分、
更に４００℃。

１時間の熱処理を施すことによって約１．５μｍの厚さ
の第１の層間絶縁膜としてのポリイミド膜３１を形成す
る。つぎに、周知の方法でフォトレジスドパターンをポ
リイミド膜３１上に形成し、ＣＦ４と０２の混合ガスを
用いたドライエツチングによシポリイミド膜を開口し、
フォトレジストを除去し、第１図（Ｃ）に示す様なスル
ーホールを形成する。

さらに第１図（ｄ）に示すように、その上に厚さ１μｍ
のＡｌ膜をスパッター法で形成し、周知の方法でパター
ニングし、第２のＡＩ配線２２を形成する。

次に第１図（ｅ）　、　（ｆ）に示す様に第２の眉間絶
縁膜としてポリイミド膜３２の形成とスルーホールの開
口とを、上記第１の層間絶縁膜の形成工程と同様に行な
い、次に第１図（ｇ）に示す様に第３のＡｌ配ｇ！２３
を、上記第２のＡｌ配線の形成工程と同様な方法で形成
する。

以上の工程により３層配線構造を有する半導体装置が形
成されるが、第２．及び第３のＡｌ配線は下地ポリイミ
ド膜と密着性が良く、また第１及び第２層間絶縁膜とし
てのポリイミド膜同士も密着性が良く、はがれのない高
信頼性の３層配線が形成出来る。

〔発明の効果〕

本発明の半導体装置の製造方法は、塗布液として用いる
ポリアミド酸において、分子末端に存在するカルボン酸
（アミノシリコン成分で封鎖されたものを含む）がアミ
ンシリコン成分より過剰であるため、熱処理によってイ
ミド化反応を行っても反応に寄与しないカルボン酸が残
シ、このカルボン酸及び、ポリマー中に存在するシロキ
サン結合によシ、ポリイミド膜とアルミニウム族及び、
ポリイミド膜相互の充分な接着強度が得られるという利
点を有する。

本発明によるポリイミド膜は、第２図に実線Ａで示すよ
うに１実＆！Ｂで示す従来のポリイド膜に比べ、膜上に
形成されたＡｌ膜との接着強度はいずれの熱処理温度で
も強く、また、第３図に実線Ａで示すように、実線Ｂで
示す従来のポリイミド膜に比べ、膜相互の接着強度もい
ずれの熱処Ｆｉ１！温度でも強い。

また、本発明による３層アルミニウム配線構造体を用い
たＭＵＳ型半導体集積回路装置の歩留りは良好であシ、
耐湿信頼性試験を行った結果、アルミニウム配ｍ、ポリ
イミド層間膜のはがれ、アルミニウム配線の腐食は全く
ないものであった。

上記の結果は、本発明の半導体装置の製造方法は層間膜
として、平坦性に優れたポリイミド膜を形成することに
よシ、当然の如くアルミニウム配線の断線を完全になく
することが可能であること、さらに、本発明による樹脂
膜がその膜中にＳｉＯ成分を含んでいることから、下地
、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜との接着性が
良いはかシでなく、該樹脂膜上のアルミニウム膜、又は
、該樹脂膜同志の接着性が良好であることから、半導体
基板とポリイミド樹脂膜、あるいはポリイミド膜間から
の水分の侵入がないことによる。

以上のことから、本発明は多層配線構造体を有する半導
体装置の製造方法として有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の一実施例の３層配線を
形成する方法を示す工程断面図、第２図は本発明による
ポリイミド膜とＡｌ６との接着強度を示す−笑施例図、
第３図は本発明によるポリイミド膜相互の接着強度を示
す一実測例図である。 １・・・・・・基板、２１・・・・・・第１ＡＡ’配線
、２２・・・・・・第２ＡＩ配線、２３・・・・・・第
３１配線、３１・・・・・・第１層間絶縁ポリイミド膜
、３２・・・・・・第２層間絶縁ポリイミド膜。 芽　／１！１

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をＡモ
   ルと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
   されるジアミンをＢモルと▲数式、化学式、表等があり
   ます▼ （ＯＲ＾３）＿Ｋ（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
   ）であられされるアミノシリコン化合物をＣモルとを各
   モル数が１≦Ｃ／Ａ−Ｂ≦１．８及び０．１≦Ｃ／Ｂ＋
   Ｃなる関係で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、その後熱処理
   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。