JPH04184444A

JPH04184444A - 感光性耐熱樹脂組成物と半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH04184444A
Application number: JP2314574A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Fukuyama; 俊一福山; Masaaki Yamagami; 山上　雅昭; Tomoko Kobayashi; 倫子小林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1992-07-01

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〕有機硅素重合体よりなる絶縁膜の形成方法に関し、感光性をもち、耐熱性に優れた樹脂を用いて平坦な絶縁
膜を形成することを目的とし、下記の組成式で表され、
紫外線照射によりネガ型のパターン形成か可能な感光性
耐熱樹脂組成物を使用し、配線パターンの形成か終わっ
た半導体基板上に該感光性耐熱樹脂組成物を塗布して樹
脂膜を形成し、配線パターン形成部を除いて紫外線照射
を施した後に現像を行って樹脂膜よりなるパターンを形
成したる後、更に該基板上に絶縁膜の形成を行い、平坦
な絶縁膜を得ることを特徴として半導体装置の製造方法
を構成する。

（Ｓｉ０２）　　、　（Ｒ’ＳｉＯ＋　　ｓ）　　ゆ　
（ＳＩＲ２３）、　　・・・（１）ニーで、Ｒ１は炭素数かｊ〜３の低級アルキル基、アリール基を
表し、同一または異なっていてもよい。

Ｒ２は少なくとも２０％以上がエチレンオキシドであり
、残りはビニル基、低級アルキル基またはアリール基よ
りなる。

ｎ、ｍ、１は正の整数を表す。

〔産業上の利用分野〕

本発明は感光性耐熱樹脂組成物に関する。

大量の情報を高速に処理する必要から半導体素子は集積
化か進んでおり、ＬＳＩやＶＬＳ　Ｉか実用化されてい
る。

こ＼で、従来から集積化は単位素子の微細化により行わ
れており、これに伴い、導体配線の最小線幅もサブミク
ロンのものか用いられてるようになった。

また、集積度の向上のために二次元構造ではなく三次元
構造か採られるようになった。

すなわち、シリコン（Ｓ］）単結晶基板を用いて二次元
構造をとる集積回路を形成した後、この上に化学気相成
長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ略称Ｃ〜ＩＤ法）や樹脂組成物を塗布するスピン
コード法などによって絶縁膜を作り、写真蝕刻技術（フ
ォトリソグラフィ）を用いてパイヤホールを形成した後
に、この上に二層目の配線を形成し、これを繰り返すこ
とにより多層化を行う方法か行われている。

このように多層化による集積度の向上か行われているか
、製造工数を少なくし、且つ歩留まりを向上するためＩ
こは耐熱性と平坦性か優れ、且つ上下の導体線路を連結
するスルーホールの形成か容易な絶縁膜の形成か必要で
ある。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造において、半導体基板上には多数
の半導体素子や導体線路か形成されるためにその表面は
凹凸化しており、段差かある。

そのため、この上に形成する層間絶縁膜は絶縁性か優れ
ていること以外に表面か平坦化できることか必要である
。

ニーで、眉間絶縁膜として無機絶縁物あるいは有機絶縁
物が使用されている。

そして、無機絶縁物としては二酸化硅素（Ｓ］０２）、
窒化硅素（５ｉＪ４）、燐硅酸ガラス（略称ＰＳＧ）な
どがあり、ＣＶＤ法などによって被処理基板上に形成さ
れている。

然し、ＣＶＤ法によって作られるＳｉＯ□膜、Ｓ＋３Ｎ
４膜やＰＳＧ膜などは耐熱性の面では優れているもの＼
、下地基板の凹凸を忠実に再現するために平坦化の目的
には添わない。

そこで、無機膜の堆積とエツチングとを同時に行い、膜
の凸部を削りながら成膜することにより平坦な無機膜を
得るバイアススパッタ法や、樹脂膜を上層に作り、樹脂
膜と無機膜とをコントロールエツチングすることにより
平坦な絶縁膜を得るエッチバック法などが検討されてい
る。

なお、層間絶縁膜にはこの上に形成する電子回路と下に
形成しである電子回路とを接続するだめのスルーホール
の形成か必要であるか、無機絶縁膜を使用する場合はフ
ォトレジストを使用する写真蝕刻技術（）才）−リソグ
ラフィ）により、改めて絶縁膜に孔開けを行うことか必
要である。

一方、有機絶縁膜の形成にはスピンコード法か使用でき
、この方法によると段差のある被処理基板上に平坦な膜
が形成できることから有利であり、材料としては耐熱性
か優れている有機化合物重合体か着目されている。

然し、従来より用いられているポリイミドは約４５０°
Ｃで分解か生ずることや、吸湿性か高く、また、不純物
としてアルカリ金属を含むと云う問題かある。

また、シリコーン樹脂は４００°Ｃ程度の温度で酸化さ
れたり、５００°Ｃ以上では熱分解か生し、これにより
生ずる歪みにより膜にクラックか発生し易いと云う問題
かある。

また、これらの樹脂は酸素プラズマ処理に当たって、酸
化による脱ガスやクラックの発生か見られると云う問題
かある。

そのため、耐熱性か高く、また吸湿性の少ない樹脂か必
要である。

また、スルーホールの形成のためにそれ自身か感光性を
有しており、紫外線など電離放射線の照射により架橋重
合か生ずるような感光性樹脂の開発か望ましいか、これ
らの必要条件を充分に満足する樹脂組成物は未だ実用化
されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

集積回路の形成に当たって層間絶縁膜の形成材料として
使用される樹脂組成物の必要条件は、■　４５０℃以上
の耐熱性かあり、熱処理によりクラックが生じないこと
、 ■　アルカリ金属などの腐食性不純物を含まぬこと、 ■　感光性をもっており、微細なスルーホールパターン
などを形成可能なこと、である。

また、信頼性の優れた集積回路を形成するためには平坦
性の優れた層間絶縁膜を形成する技術を確立しておくこ
とか必要である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は下記の組成式て表され、紫外線照射により
ネガ型のパターン形成か可能な感光性耐熱樹脂組成物を
使用し、配線パターンの形成か終わった半導体基板上に
感光性耐熱樹脂組成物を塗布して樹脂膜を形成し、配線
パターン形成部を除いて紫外線照射を施した後に現像を
行って樹脂膜よりなるパターンを形成したる後、更に基
板上に絶縁膜の形成を行い、平坦な絶縁膜を得ることを
特徴として半導体装置の製造方法を構成することにより
解決することかできる。

（Ｓｉ０２）ゎ　（Ｒ’５ｉ０１．５）ゆ　（Ｓ＋Ｒ２
５）＋　　・・・（１）ニーで、Ｒ１は炭素数か１〜３の低級アルキル基、アリール基を
表し、同一または異なっていてもよい。

Ｒ２は少なくとも２０％以上かエチレンオキシドてあり
、残りはビニル基、低級アルキル基またはアリール基よ
りなる。

ｎ、ｍ、ｌは正の整数を表す。

〔作用〕

本発明は一般式（１）で示されるポリオルガノシロキサ
ン樹脂を用いて層間絶縁膜を構成するものである。

この一般式（１）で表される樹脂の特徴は、Ｒ２が少な
くとも２０％以上がエチレンオキシドを含んで構成され
ており、そのために感光性と耐熱性とを同時に実現でき
ることである。

なお、ｎは１０〜１Ｏ１０００の整数を、ｍは０〜１０
，０００の整数を、またＩは８〜ｌ０００の整数を示し
ている。

また、この樹脂はネガ型の感光性を有しており、加熱硬
化を行う前に紫外線照射を行い、有機溶剤を用いて現像
することによりスルーホールなど、任意のパターン形成
を行うことかできる。

また、か＼る感光性を有する有機硅素化合物を用いて平
坦な層間絶縁膜を形成するには、第−層の配線を形成し
た基板上にスピンコード法により、この樹脂組成物を被
覆した後、第−層の配線か行われている部分以外に紫外
線の照射を行って現像することにより、配線か行われて
いない部分のみに樹脂膜を残すようにする。

次に、この上に従来のようにＣＶＤ法やスピンコード法
により絶縁膜を形成すれば、平坦な層間絶縁膜を形成す
ることかできる。

る。

〔実施例〕

合成例１：　（請求項１に対応）１０００ｃｃの四つ目フラスコにヘキサメチルジシロキ
サン２５．８ｇ　（０，２モル）、濃塩酸８０ｇ、イオ
ン交換水１２０ｇ、　　メタノール６０ｇ、メチルイソ
ブチルケトン３００　ｃｃを入れ、水浴にて還流温度に
まで加熱した後、テトラメトキシシラン３０．４４　ｇ
　（０，２モル）を滴下ロートを用いて２時間かけてゆ
っくり滴下した。

滴下終了後に約３０分に亙ってそのま一加熱を続け、分
子ｊｔ５．０　Ｘｌ０３（ポリスチレン換算）のンリコ
ーンボ１ｊマを得た。

この樹脂溶液の水層を除去した後に、ピリジン１００ｃ
ｃを添加し、ジメチルビニルクロルシラン１００　ｃｃ
を添加して未反応のシラノール残基をシリル化した。

そして、シリル化か終わった後、水洗を行い有機層への
メタノール添加によりポリマを沈澱回収した。

次に、凍結乾燥を行った二のポリマをジクロロメタンに
溶解し、水浴にて２０°Ｃに保持したま＼過酢酸３０Ｃ
Ｃを添加した。

反応か終了した後、亜硫酸水素ナトリウムの０゜５％水
溶液にて５回洗浄し、続いて純水にて１０回洗浄した。

そして、洗浄後に前記のヘースポリマと同様にして白色
粉末２０ｇを回収した。

合成した樹脂はメチルイソブチフケトンに溶解して２５
重量％の樹脂溶液とした。

合成例２　（請求項１に対応）１０００ｃｃの四つロフラスコにヘキサメチルンンロキ
サン１６．２４ｇ　（Ｏｉモル）、濃塩酸８０ｇ、イオ
ン交換水１２０ｇ、　　メタノール８０ｇ、メチルイソ
ブチルケトン１００　ｃｃを入れ、水浴にて還流温度に
まで加熱した後、テトラメトキシシラン３０．４４　ｇ
　（０゜２モル）とメチルトリメトキシシラン１５．２
ｇ　Ｃ０゜１モル）の混合物を滴下ロートを用いて２時
間つ・けてゆっくり滴下した。

滴下終了後に約３０分に亙ってそのま一加熱を続（ｙ、
分子量３．０　ＸＩＯ’（ポリスチレン換算）のノリコ
ーンポリマを得た。

この樹脂溶液の水層を除去した後に、ピリジン１５０ｃ
ｃを添加し、ジメチルビニルクロルシラン１５０　ｃｃ
を添加して未反応のシラノール残基をシリル化した。

次に、凍結乾燥を行ったこのポリマをジクロロメタンに
溶解し、水浴にて２０°Ｃに保持したま″−過酢酸５０
ＣＣを添加した。

反応か終了した後、亜硫酸水素ナトリウムの０゜５９６
水溶液にて５回洗浄し、続いて純水（こで１０回洗浄し
た。

実施例１．（スルーホールをもつ集積回路形成例）合成
例１により調製した樹脂溶液を、半導体素子を形成して
あり、また第−層Ａ１配線を施したＳｉ基板上に１．５
μｍの厚さにスピンコードした。

ニーで、Ａｊ７配線の厚さは１μｍ、最小線幅は１μｍ
、最小線間隔は１．５μｍである。

塗布後、８０°Ｃで２０分に亙って溶剤乾燥を行い、続
いてスルーホール形成部を除いて露光可能なマスクを用
いてエキシマレーザ光による照射を行い、イソプロピル
アルコールに浸漬してスルーホールの形成された樹脂層
を得た。

この時、スルーホールは直径か１．５μｍであっ次に、
Ｓｉ基板をＮ２気流中て４５０°Ｃ，］時間の熱処理を
施した。

熱処理後の基板表面の段差は約０．２μｍであり、Ａ７
配線により生した段差は平坦化さていた。

続いて、二層目のＡ７配線を行い、保護層として１．２
μｍのＰＳＧ膜を形成した後、電極取り出し用の窓開け
を行って半導体装置を得た。

二の半導体装置は大気中で４５０°Ｃ，］時間の加熱試
験を行った後、−６５°Ｃ−１５０°Ｃの１０回の熱衝
撃試験後においても全く不良は存在しなかった。

実施例２：　（請求項２対応）合成例１により調製した樹脂溶液を、半導体素子を形成
してあり、また第−層Ａｌ配線を施したＳｉ基板上に１
．５μｍの厚さにスピンコードした。

二＼て、Ａβ配線の厚さは１μｍ、最小線幅は１μｍ、
最小線間隔は１，５μｍである。

塗布後、８０°Ｃて２０分に亙って溶剤乾燥を行った後
、第−層Ａ１配線を施した部分を除いて露光可能なマス
クを用いてエキシマレーザ光による照射を行い、アルカ
リ現像液（商品名ＭＰ−３１２）を用いて現像を行い、
配線間のみに樹脂を残した平坦化された表面を得た。

次に、この上にＣＶＤ法によりＰＳＧ膜を１μｍの厚さ
に形成した結果、段差のない層間絶縁膜を得た。

続いて、電子線露光により形成したレジストをマスクと
して直径０．５．ｃｚｍのスルーホールを形成し、更に
、この層間絶縁膜の上に二層目のＡ１配線を行い、この
上に保護膜として厚さか１．５μｍのＰＳＧ膜を形成し
て半導体装置か完成した。

この半導体装置は大気中で４５０°Ｃ，１時間の加熱試
験を行った後、−６５°Ｃ→１５０°Ｃの１０回の熱衝
撃試験後においても全く不良は存在しなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、感光性をもち、耐熱性か優れ、熱処理
に際してクラックの発生かない樹脂組成物を得ることが
でき、本発明の実施により半導体装置の形成に当たって
、スルーホールの形成をレジストを使用せずに行うこと
もてき、これにより製造工程の大幅の短縮が可能となる
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の組成式で表され、紫外線照射によりネガ型
のパターン形成が可能な感光性耐熱樹脂組成物。（ＳｉＯ＿２）＿ｎ（Ｒ＾１ＳｉＯ＿１＿．＿５）＿ｍ
（ＳｉＲ＾２＿３）＿ｌ…（１）こゝで、Ｒ＾１は炭素数が１〜３の低級アルキル基、アリール基
を表し、同一または異なっていてもよい。Ｒ＾２は少なくとも２０％以上がエチレンオキシドであ
り、残りはビニル基、低級アルキル基またはアリール基である。ｎ、ｍ、ｌは正の整数を表す。
（２）配線パターンの形成が終わった半導体基板上に請
求項１記載の感光性耐熱樹脂組成物を塗布して樹脂膜を
形成し、配線パターン形成部を除いて紫外線照射を施し
た後に現像を行って樹脂膜よりなるパターンを形成した
る後、更に該基板上に絶縁膜の形成を行い、平坦な絶縁
膜を得ることを特徴とする半導体装置の製造方法。