JPH05214296A - 酸化物被膜形成用塗布液および酸化物被膜の製造法 - Google Patents

酸化物被膜形成用塗布液および酸化物被膜の製造法

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JPH05214296A
JPH05214296A JP1796692A JP1796692A JPH05214296A JP H05214296 A JPH05214296 A JP H05214296A JP 1796692 A JP1796692 A JP 1796692A JP 1796692 A JP1796692 A JP 1796692A JP H05214296 A JPH05214296 A JP H05214296A
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JP
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oxide film
oiso
och
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metal alkoxide
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JP1796692A
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English (en)
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Hiroyuki Morishima
浩之 森嶋
Yasuo Shimamura
泰夫 島村
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 経時的に安定で、成膜性に優れ、基体表面上
に形成される酸化物被膜にはクラックの発生が無い酸化
物被膜形成用塗布液を提供する。 【構成】 (A)一般式 【化1】 (式中Rは、炭素数1〜4のアルキル基、mは4〜10
の整数を意味し、R同士は相異してもよい)で表される
アルコキシシラン化合物、 (B)一般式 M(OR′)2 (式中Mは原子価2の金属原子、R′は炭素数1〜4の
アルキル基を意味する)で表される金属アルコキシド化
合物 および/または 一般式 M(OR″OR′)2 (式中Mは原子価2の金属原子、R′は炭素数1〜4の
アルキル基、R″は炭素数1〜4のアルケニルを意味す
る)で表される金属アルコキシド化合物および (C)一般式 M′(OR′)3 (式中M′は原子価3の金属原子、R′は炭素数1〜4
のアルキル基を意味する)で表される金属アルコキシド
化合物を、溶媒および触媒の存在下に水を添加して、縮
重合させて得られる反応物を含んでなる酸化物被膜形成
用塗布液、この塗布液を用いた酸化物被膜の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物被膜形成用塗布
液及び酸化物被膜の製造法に関し、更に詳しくは熱的に
安定でかつ成膜性の良好な酸化物被膜の製造法及びこの
酸化物被膜形成用塗布液に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、IC、LSI等の半導体素子の層
間絶縁の方法として、シラノール化合物の加水分解縮合
物を焼成し、酸化物被膜を形成する方法が用いられてい
る。テトラエトキシシラン等の4官能シランを用いる方
法が最も多く知られているが、4官能シランのみを用い
る方法では、焼成してシリカ系被膜を形成する際に発生
する収縮応力が大きいために、膜厚が厚くなるとクラッ
クが発生するという問題がある。更に、シリカ系被膜の
密度が低いためドライエッチングでシリカ系被膜を加工
する際、シリカ系被膜のエッチング速度がCVD等で形
成される酸化膜と比較して著しく速く、その後の半導体
製造工程で配線の断線が生じるといった問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術の欠点を除去し、成膜性の良好な酸化物被膜を生成
する酸化物被膜形成用塗布液およびこれを用いた酸化物
被膜の製造法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため種々研究した結果、シリコン、アルミ等
の基体上でクラックが発生せず、更にドライエッチング
速度をCVD酸化膜等と同様になるような酸化物被膜を
形成するためには、(1)焼成時の硬化収縮歪を小さく
する、(2)膜の熱膨張係数を基体の値に近づける、
(3)膜の密度を高くするという条件を満たす塗布液を
用いることが必要であることを見出し、本発明に到達し
た。
【0005】本発明は、(A)一般式
【化2】 (式中Rは、炭素数1〜4のアルキル基、mは4〜10
の整数を意味し、R同士は相異してもよい)で表される
アルコキシシラン化合物、 (B)一般式 M(OR′)2 (式中Mは原子価2の金属原子、R′は炭素数1〜4の
アルキル基を意味する)で表される金属アルコキシド化
合物 および/または 一般式 M(OR″OR′)2 (式中Mは原子価2の金属原子、R′は炭素数1〜4の
アルキル基、R″は炭素数1〜4のアルケニル基を意味
する)で表される金属アルコキシド化合物および (C)一般式 M′(OR′)3 (式中M′は原子価3の金属原子、R′は炭素数1〜4
のアルキル基を意味する)で表される金属アルコキシド
化合物を、溶媒および触媒の存在下に水を添加して、縮
重合させて得られる反応物を含んでなる酸化物被膜形成
用塗布液およびこれを用いた酸化物被膜の製造法に関す
る。
【0006】本発明に用いられるアルコキシシラン化合
物は、前記一般式で表され、緻密な酸化物被膜を得るた
めに4〜10量体が用いられる。アルコキシシラン化合
物は上記の一般式に該当する直鎖状の構造のほかにこの
式に該当しない枝分れした構造の化合物を一部に含んで
いても差支えない。
【0007】本発明に用いられる原子価2の金属原子を
含む金属アルコキシド化合物は、上記の一般式M(O
R′)2またはM(OR″OR′)2で表され、具体的に
は、
【化3】Mg(OCH32、 Mg(OC
252、 Mg(OC372、 Mg(Oiso−C
372、 Mg(OC492、 Mg(Oiso−C
492、 Mg(OCH2OCH32、 Mg(OC24OC
32、 Mg(OC36OCH32、 Mg(Oiso−C
36OCH32、 Mg(OC48OCH32、 Mg(Oiso−C
48OCH32、 Mg(OCH2OC252、 Mg(OC24OC
252、 Mg(OC36OC252、 Mg(Oiso−C
36OC252、 Mg(OC48OC252、 Mg(Oiso−C
48OC252、 Mg(OCH2OC372、 Mg(OC24OC
372、 Mg(OC36OC372、 Mg(Oiso−C
36OC372、 Mg(OC48OC372、 Mg(Oiso−C
48OC372
【化4】Ba(OCH32、 Ba(OC
252、 Ba(OC372、 Ba(Oiso−C
372、 Ba(OC492、 Ba(Oiso−C
492、 Ba(OCH2OCH32、 Ba(OC24OC
32、 Ba(OC36OCH32、 Ba(Oiso−C
36OCH32、 Ba(OC48OCH32、 Ba(Oiso−C
48OCH32、 Ba(OCH2OC252、 Ba(OC24OC
252、 Ba(OC36OC252、 Ba(Oiso−C
36OC252、 Ba(OC48OC252、 Ba(Oiso−C
48OC252、 Ba(OC2OC372、 Ba(OC24OC
372、 Ba(OC36OC372、 Ba(Oiso−C
36OC372、 Ba(OC48OC372、 Ba(Oiso−C
48OC372
【化5】Ca(OCH32、 Ca(OC
252、 Ca(OC372、 Ca(Oiso−C
372、 Ca(OC492、 Ca(Oiso−C
492、 Ca(OCH2OCH32、 Ca(OC24OC
32、 Ca(OC36OCH32、 Ca(Oiso−C
36OCH32、 Ca(OC48OCH32、 Ca(Oiso−C
48OCH32、 Ca(OCH3OC252、 Ca(OC24OC
252、 Ca(OC36OC252、 Ca(Oiso−C
36OC252、 Ca(OC48OC252、 Ca(Oiso−C
48OC252、 Ca(OCH2OC372、 Ca(OC24OC
372、 Ca(OC36OC372、 Ca(Oiso−C
36OC372、 Ca(OC48OC372、 Ca(Oiso−C
48OC372
【化6】Sr(OCH32、 Sr(OC
252、 Sr(OC372、 Sr(Oiso−C
372、 Sr(OC492、 Sr(Oiso−C
492、 Sr(OCH2OCH32、 Sr(OC24OC
32、 Sr(OC36OCH32、 Sr(Oiso−C
36OCH32、 Sr(OC48OCH32、 Sr(Oiso−C
48OCH32、 Sr(OCH2OC252、 Sr(OC24OC
252、 Sr(OC36OC252、 Sr(Oiso−C
36OC252、 Sr(OC48OC252、 Sr(Oiso−C
48OC252、 Sr(OCH2OC372、 Sr(OC24OC
372、 Sr(OC36OC372、 Sr(Oiso−C
36OC372、 Sr(OC48OC372、 Sr(Oiso−C
48OC372、 等が挙げられ、これらは1種または2種以上が用いら
れ、上記の一般式M(OR′)2で表される金属アルコ
キシド化合物と上記の一般式M(OR″OR′)2で表
される金属アルコキシド化合物とは併用してもよい。
【0008】本発明に用いられる原子価3の金属原子を
含む金属アルコキシド化合物は、一般式M′(OR′)
3で表され、具体的には、
【化7】 B(OCH33 B(OC253 B(OC373 B(Oiso−C373 B(OC493 B(Oiso−C493 P(OCH33 P(OC253 P(OC373 P(Oiso−C373 P(OC493 P(Oiso−C493 Y(OCH33 Y(OC253 Y(OC373 Y(Oiso−C373 Y(OC493 Y(Oiso−C493 Tl(OCH33 Tl(OC253 Tl(OC373 Tl(Oiso−C373 Tl(OC493 Tl(Oiso−C493 Al(OCH33 Al(OC253 Al(OC373 Al(Oiso−C373 Al(OC493 Al(Oiso−C493 In(OCH33 In(OC253 In(OC373 In(Oiso−C373 In(OC493 In(Oiso−C49 等が挙げられ、これらは1種または2種以上が用いられ
る。
【0009】上記のアルコキシシラン化合物、および金
属アルコキシド化合物におけるアルキル基およびアルケ
ニル基の炭素数は、これら化合物の反応性の点から1〜
4の範囲とされる。
【0010】本発明に用いられる前記アルコキシシラン
化合物、原子価2の金属原子を含む金属アルコキシド化
合物および原子価3の金属原子を含む金属アルコキシド
化合物の割合には、特に制限は無いが、得られる酸化物
被膜の耐クラック性及びドライエッチング速度の点から
ケイ素原子1モルに対して 原子価2の金属原子を0.05〜0.20モル 原子価3の金属原子を0.05〜0.40モル の範囲とすることが好ましい。
【0011】本発明に用いられる溶媒としては、アルコ
ール系、酢酸エステル系、グリコールエーテル系、グリ
コールアセテート系、グリコール系、アミド系など種々
の溶媒が挙げられ、これらは1種または2種以上が用い
られる。本発明に用いられる触媒としては、塩酸、硫
酸、燐酸、硼酸、フッ酸、硝酸等の無機酸、シュウ酸、
マレイン酸、スルホン酸、ギ酸等の有機酸が挙げられ
る。
【0012】本発明の酸化物被膜形成用塗布液は、前記
の溶媒の存在下で、アルコキシシラン化合物と原子価2
の金属原子を含む金属アルコキシド化合物さらに原子価
3の金属原子を含む金属アルコキシド化合物とを混合
し、つぎに前記の触媒と水を添加した後、必要に応じて
加熱して縮重合させて得られる。
【0013】水の使用量は反応系に存在するアルコキシ
基1モルに対して0.5〜2.0モルの範囲とすること
が好ましい。溶媒および触媒の使用量には特に制限はな
く、これらは通常用いられる量で使用される。反応温度
は10〜80℃、好ましくは25〜60℃とされ、反応
時間に制限はない。緻密な酸化物被膜を形成するため
に、反応物の重量平均分子量は500〜5000の範囲
であることが好ましい。反応温度、反応時間等の選択に
よってこの分子量の調整を行うことができる。
【0014】このようにして得られた塗布液をガラス、
セラミックス、シリコンウエハー、回路の形成されたシ
リコンウエハー等の基体表面上に、浸積法、回転塗布法
等の方法で塗布した後、通常50〜200℃、好ましく
は100〜150℃で乾燥し、ついで通常400〜10
00℃、好ましくは300〜450℃で焼成して酸化物
被膜が形成される。本発明の酸化物被膜形成用塗布液を
用いて形成した酸化物被膜は、耐クラック性に優れ、し
かもエッチング性も良好である。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。 実施例1 テトラエトキシシランの4量体(日本コルコート株式会
社製エチルシリケート40)130g、ボロンイソプロ
ポキシドB(Oiso−C7340g及びマグネシ
ウムエトキシド15gをジメチルホルムアミド300g
に溶解し撹拌した。この溶液にマレイン酸4.0gを溶
解した。イオン交換水90gを滴下し終了後、50℃に
加熱して3時間反応を行い反応物溶液を作成した。この
反応物溶液の分子量を高速液体クロマトグラフ(日立2
63−50型)で測定した結果、重量平均分子量は30
00であった。更に、この反応物溶液をスピナーを用い
て2000rpmでシリコンウエハー上に塗布した後、
150℃に制御されたホットプレート上で1分間乾燥
し、ついで電気炉中400℃で1時間焼成したところ、
無色透明でクラックのない被膜が得られた。該被膜の膜
厚を測定したところ0.3μmであった。また該被膜の
赤外吸収スペクトルを測定したところSi−O−Si、
B−O、Mg−O結合に基ずく吸収が観察され、完全な
酸化物被膜であることが確認された。さらに、本酸化物
被膜をバレル型酸素プラズマ灰化装置(ヤマト科学製P
R−501A型)を用いて200Wで30秒間CF4
2混合ガスでエッチングしたところエッチング速度は
1000Å/minであり同時にエッチングしたCVD
酸化膜と同等であった。また前記塗布溶液を、厚さ1.
0μm、ライン&スペース幅が0.5〜5.0μmのア
ルミ配線が形成されたシリコンウエハー上に前記と同様
な条件で成膜したところ、無色透明でクラックのない酸
化物被膜が得られた。また前記溶液を40℃の恒温槽内
で30日保管後、粘度を測定したが合成直後の粘度と変
化は無かった。
【0016】比較例1 Si(OC254 130.0g B(Oiso−C373 75.0g Ba(OC252 10.0g をエチルアルコール1000gに溶解し、この溶解にマ
レイン酸4.0gを溶解させた水70gを添加し、加水
分解、縮合を行い反応物溶液を作成した。この反応物溶
液をスピナーを用いて2000rpmでシリコンウエハ
ー上に塗布した後、150℃に制御されたホットプレー
ト上で1分間乾燥し、ついで電気炉中400℃で1時間
焼成したところ、膜厚0.3μmでクラックのない被膜
が得られた。さらに、本酸化物被膜をバレル型酸素プラ
ズマ灰化装置(ヤマト科学製PR−501A型)を用い
て200Wで30秒間CF4/O2の混合ガスでエッチン
グしたところエッチング速度は3000Å/minであ
り同時にエッチングしたCVD酸化膜の3倍であった。
また前記溶液を40℃の恒温槽内で保管したところ3日
でゲル化した。
【0017】比較例2 Si(OCH34 152.0g をプロピレングリコールモノプロピルエーテル600g
に溶解し、この溶液にマレイン酸2.0gを溶解させた
水100.0gを添加し、加水分解、縮合を行い反応物
溶液を作成した。また、この反応物溶液の分子量を高速
液体クロマトグラフ(日立263−50型)で測定した
結果、重量平均分子量は500であった。更に、この反
応物溶液をスピナーを用いて2000rpmでシリコン
ウエハー上に塗布した後、150℃に制御されたホット
プレート上で1分間乾燥し、ついで電気炉中400℃で
1時間焼成したところ、無色透明でクラックのない被膜
が得られた。該被膜の膜厚を測定したところ0.25μ
mであった。さらに、本酸化物被膜をバレル型酸素プラ
ズマ灰化装置(ヤマト科学製PR−501A型)を用い
て200Wで30秒間CF4/O2の混合ガスでエッチン
グしたところエッチング速度は2000Å/minであ
り同時にエッチングしたCVD酸化膜の2倍であった。
また前記溶液を、厚さ1.0μm、ライン&スペース幅
が0.5〜5.0μmのアルミ配線が形成されたシリコ
ンウエハー上に前記と同様な条件で成膜したところ、膜
には多数のクラックが存在していた。また前記溶液を4
0℃の恒温槽内で3日保管後、粘度を測定したが、合成
直後の粘度の3倍になっていた。
【0018】
【発明の効果】本発明の酸化物被膜形成用塗布液は、経
時的に安定で、成膜性に優れるため、該塗布液を用いて
基体表面上に形成した酸化物被膜には、1.5μm程度
の厚さにしてもクラックの発生が無い。本発明の酸化物
被膜形成用塗布液は、電子部品、特に半導体の多層配線
における層間断差の被膜、磁気バブルメモリー等の素子
表面平坦化等に有効である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 L 7735−4M

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)一般式 【化1】 (式中Rは、炭素数1〜4のアルキル基、mは4〜10
    の整数を意味し、R同士は相異してもよい)で表される
    アルコキシシラン化合物、 (B)一般式 M(OR′)2 (式中Mは原子価2の金属原子、R′は炭素数1〜4の
    アルキル基を意味する)で表される金属アルコキシド化
    合物 および/または 一般式 M(OR″OR′)2 (式中Mは原子価2の金属原子、R′は炭素数1〜4の
    アルキル基、R″は炭素数1〜4のアルケニル基を意味
    する)で表される金属アルコキシド化合物および (C)一般式 M′(OR′)3 (式中M′は原子価3の金属原子、R′は炭素数1〜4
    のアルキル基を意味する)で表される金属アルコキシド
    化合物を、溶媒および触媒の存在下に水を添加して、縮
    重合させて得られる反応物を含んでなる酸化物被膜形成
    用塗布液。
  2. 【請求項2】 反応物の重量平均分子量が500〜50
    00の範囲である請求項1記載の酸化物被膜形成用塗布
    液。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の塗布液を、基体表面上に
    塗布後、50〜200℃で乾燥し、ついで300〜10
    00℃で焼成する酸化物被膜の製造法。
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