JPS63280443A - 半導体装置の多層配線形成方法 - 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】 〔概　要〕 本発明は、半導体集積回路の多層配線形成工程において
、層間絶縁膜としてりん酸エステル化したシリコーン樹
脂を用いることを特徴とする０本発明の樹脂を用いると
配線工程において生じる高段差を完全に平坦化すること
が可能であり、また、従来のシリコーン樹脂に見られる
ような高温でのクラックの発生もない。したがって、配
線の断線や絶縁不良等を起こすことなく多層配線を形成
することが可能となる。

（産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の多層配線形成方法に係り、
詳しくはＩＣ，ＬＳＩ等の高集積化の進んだ半導体の多
層配線を形成する際に下地段差を平坦化しつつ、優れた
絶縁性を有する膜を堤供することによる信輔性の高い多
層配線形成方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路においては、集積度が向上するとともに
、配線の容易さ、動作速度の向上を目的として配線を立
体化することが要求されて多層配線が開発された。多層
配線を形成する場合には、第一層配線を施した後絶縁膜
を介して第二層配線を施し、順次この工程を繰り返して
多層配線を形成する。

このとき層間絶縁膜として用いる材料としては、従来、
二酸化珪素、窒化珪素、りんガラス（ＰＳＧ）等の無機
膜をシラン系ガスを用いてＣＶＤ等の気相成長法により
形成したＳｉＯｘ系材料、あるいはポリイミド、シリコ
ーン樹脂などの高分子絶縁材料、またはこれらの積層体
が用いられているが、配線パターンの微細化に伴い信親
性という点でより特性の優れた材料が要求されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

多層配線を考える場合、第一層配線を施した半導体基板
表面は配線による凹凸を有するので、これを下地として
その上に無機膜を形成すると層間絶縁膜の表面は、下地
の凹凸をそのまま再現してしまう。このため、その上に
形成される上層配線の断線や絶縁不良等の原因となる。

したがって、凹凸を有する下地上に塗布したときに基板
表面を平坦になしうる層間絶縁材料の開発が望まれてい
た。

そこで、エッチバック法、バイアススパッタ法等の絶縁
膜製造プロセスにより平坦面を得る方法と樹脂をスピン
コード法により成膜して平坦な絶縁膜を得る方法が検討
されている。これらの方法の中で、プロセス的に簡単な
樹脂塗布法では、樹脂を塗布した後に加熱硬化させる必
要があるが、従来から用いられているポリイミド、シリ
コーン樹脂等の高分子材料は、４００℃程度の温度で酸
化されたり、下地基板との熱膨張の差から膜の歪みによ
るクラックの発生が見られる（熱分解したりして）とい
う欠点を有している。そのため、硬化工程等の加熱工程
において、破損しない耐熱性樹脂の開発が望まれていた
。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
凹凸を有する下地上に塗布したときに、表面を平坦にす
ることができ、しかも硬化工程等の熱処理によりクラン
クを発生して破損することのない高分子材料を用いて、
多層配線を形成する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〕

本発明は、即ち、半導体装置の多層配線の形成に際して
、眉間絶縁膜としてりん酸エステル化したシリコーン樹
脂を用いることを特徴とする方法を提供する。

本発明に有用なりん酸エステル化シリコーン樹脂は、一
般に、下記式、 〔上式中、Ｒ１は珪素を含んでいてもよい有機基であり
、Ｒ２はＨ、ＣＨｓ　　、Ｃ！Ｈｓ　、　ｎ　　ＣＪｓ
　。

ｉ　　ＣＪｓ　、　ＯＨ、ＯＣＨ３、０ＣＪ５　　、　
Ｏｎ　　ＣＪｓまたはＯ＝ｉ−Ｃ，Ｈ，であり、ｎは１
〜１０００の整数である〕を有する。

本発明の方法では、かかる耐熱樹脂を、単独であるいは
二酸化珪素、窒化珪素、燐ガラス（ＰＳＧ）等の無機物
質とともに用いることにより、層間絶縁膜を形成して多
層配線を行う。

〔作　用〕

本発明に有用な燐変性シリコーン樹脂は、重量平均分子
量が２０００〜１００００であり、従来周知のスピンコ
ード法により成膜することが可能である。

そして、これによって、凹凸表面を有する半導体基板表
面を平坦化することができる。

また、この燐変性シリコーン樹脂は、酸素雰囲気下で熱
処理して酸化することにより完全に無機化した後もクラ
ックを発生して破損することなく、１、５μ”ｍまでの
薄い膜として使用可能であるので、半導体集積回路の層
間絶縁膜としての使用に耐えうる。したがって、本発明
によれば、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、凹凸表面の平坦化が可能となる。

〔合成例〕

モノマとしてメチルトリメトキシシランとテトラメトキ
シシランを１対ｌのモル比で混合し、これにイオン交換
水５倍モルを加えた溶液を、５０℃で３時間加熱するこ
とにより、加水分解重縮合した低分子量重合体（重量平
均分子量約２０００）を得た。この樹脂溶液にブチルセ
ロソルブを添加し、エバボレートすることにより、溶液
中の水分を除去した。このようにして得られた低分子量
シリコ−ン樹脂のブチルセロソルブ溶液１００ｍｊ！と
脱水ピリジン１００ｒｒｌを三つロフラスコ中で混合し
、５０℃に加熱してクロロりん酸ジエチル１００ｍ１を
滴下する。滴下終了後、３時間の反応を行うことにより
りん変性シリコーン樹脂を合成した。

反応終了後、多量の水中に反応液を添加することにより
ポリマを沈澱させ、沈澱物をメチルイソブチルケトンに
溶解してりん変性シリコーン樹脂溶液を得た。

（実施例１） 上記の様に調製した樹脂溶液を、半導体素子を形成し、
第一層アルミ配線を施したシリコン基板（アルミ配線の
厚さは１．ｃｚｍ、最小線幅は１μｍ、最小線間隔は１
．５μｍ）上に３０００ｒｐｎ＋　、　３０　ｓの条件
（シリコン基板上で１μｍ厚に塗布可能な条件）でスピ
ンコード法により塗布した。塗布後、８０℃で２０分間
溶剤乾燥をし、２５０℃で３０分間および４５０℃で６
０分間の熱処理を施した。熱処理後の基板表面の段差は
、約０．３μｍであり、アルミ配線により生じた段差は
平坦化されていた。

つづいて、スルーホールを形成し、二層目のアルミ配線
を行い、保護層として１．３μｍ厚のりんガラス層を形
成した後、電極取り出し用窓あけを行って半導体装置を
得た。この装置は、大気中５００℃で１時間の加熱試験
および一り５℃→１５０℃の１０回の熱衝撃試験後も全
く不良は見られなかった。

（実施例２） 実施例１と同様にしてりん変性シリコーン樹脂層まで形
成（シリコン基板上で０．６μｍ厚に塗布可能な条件）
したのち、さらにりんガラスを０．３μｍの厚さに、公
知の方法で、形成した。この膜は、下地段差を０．４μ
ｍに平坦化していた。その後は実施例１と同様にして半
導体装置を製造して試験したところ、全く不良は見られ
なかった。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明により平坦化機
能を有し、高温酸素雰囲気下で使用しても膜の破損を起
こさない信頼性の高い絶縁膜を得ることが可能になる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体装置の多層配線の形成に際して、層間絶縁膜
   としてりん酸エステル化したシリコーン樹脂を用いるこ
   とを特徴とする方法。