JP2705078B2 - 半導体素子表面の平坦化方法 - Google Patents
半導体素子表面の平坦化方法Info
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Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体集積回路の半導体素子表面を平坦化するための
方法に関し、 集積密度の高い半導体素子表面の段差を平坦化するこ
とができ、高温でクラックを発生することのない平坦化
膜を与えるために、 半導体素子表面を平坦化する方法において、平坦化用
樹脂としてりん変成シリコーン樹脂を用いることにより
構成する。
方法に関し、 集積密度の高い半導体素子表面の段差を平坦化するこ
とができ、高温でクラックを発生することのない平坦化
膜を与えるために、 半導体素子表面を平坦化する方法において、平坦化用
樹脂としてりん変成シリコーン樹脂を用いることにより
構成する。
本発明は、半導体集積回路の素子表面の平坦化方法に
関する。さらに詳しく述べるならば、本発明は、IC,LSI
等の集積密度の高い半導体素子の表面の段差を平坦化
し、上部配線工程での信頼性を向上せしめることのでき
る方法に関する。
関する。さらに詳しく述べるならば、本発明は、IC,LSI
等の集積密度の高い半導体素子の表面の段差を平坦化
し、上部配線工程での信頼性を向上せしめることのでき
る方法に関する。
半導体集積回路は、集積度が向上するとともに、素子
表面の段差も激しくなってきており、この段差上で配線
を行うと配線の切断等の問題を生じる。また、半導体集
積回路の高集積化に伴い、配線の線幅の微細化も進行し
ている。したがって、素子表面の段差による信頼性の低
減はますます問題となり、素子表面の段差を平坦化する
必要は極めて大きくなってきている。
表面の段差も激しくなってきており、この段差上で配線
を行うと配線の切断等の問題を生じる。また、半導体集
積回路の高集積化に伴い、配線の線幅の微細化も進行し
ている。したがって、素子表面の段差による信頼性の低
減はますます問題となり、素子表面の段差を平坦化する
必要は極めて大きくなってきている。
従来から、半導体に用いられている絶縁材料として
は、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た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、またはこれらの材料からな
る積層体が用いて行われているが、気相成長法では段差
の平坦化は困難であり、ポリイミドは400℃付近から分
解を開始し、1000℃近い高温で熱処理すると膜として使
用できなくなってしまう。また、シリコーン樹脂を用い
ると、熱処理によりSiOX化してクラックを生じる。クラ
ックの生じない程度の薄膜として用いた場合でも、溶剤
の抜けた跡や有機基の分解により膜密度が粗となってい
るため、フッ酸での洗浄を行うと簡単にエッチングされ
てしまうため絶縁膜として使用出来ない。
は、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た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、またはこれらの材料からな
る積層体が用いて行われているが、気相成長法では段差
の平坦化は困難であり、ポリイミドは400℃付近から分
解を開始し、1000℃近い高温で熱処理すると膜として使
用できなくなってしまう。また、シリコーン樹脂を用い
ると、熱処理によりSiOX化してクラックを生じる。クラ
ックの生じない程度の薄膜として用いた場合でも、溶剤
の抜けた跡や有機基の分解により膜密度が粗となってい
るため、フッ酸での洗浄を行うと簡単にエッチングされ
てしまうため絶縁膜として使用出来ない。
半導体素子表面に配線を施す場合、素子の形成された
基板表面は凹凸を有するので、これを下地としてその上
に無機膜を形成すると、無機膜の表面には下地の凹凸が
そのまま再現されてしまい、そのためその上に形成され
る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基板表面を平坦にな
しうる平坦化絶縁材料の開発が望まれていた。
基板表面は凹凸を有するので、これを下地としてその上
に無機膜を形成すると、無機膜の表面には下地の凹凸が
そのまま再現されてしまい、そのためその上に形成され
る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基板表面を平坦にな
しうる平坦化絶縁材料の開発が望まれていた。
上記目的を達成するため、エッチバック法、バイアス
スパッタ法等の無機膜製造技術面から膜表面の平坦化を
行う方法と樹脂を用いてスピンコート法により成膜して
平坦な絶縁膜を得る方法が検討されている。しかし、エ
ッチバック法やバイアススパッタ法は、プロセスが複雑
になり、あるいはスループットが遅い等の問題がある。
一方、これらの方法の中でプロセス的に簡単な樹脂塗布
法は、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は400℃程度で
分解するため、素子表面の平坦化には使用できない。ま
た、シリコーン樹脂は、400〜500℃の温度で酸化された
り、熱分解したりして、膜の歪みによるクラックの発生
が見られるという欠点を有している。そのため、1000℃
付近まで熱的に安定であり、硬化工程や加熱工程におい
て破損しない耐熱性樹脂の開発が望まれていた。
スパッタ法等の無機膜製造技術面から膜表面の平坦化を
行う方法と樹脂を用いてスピンコート法により成膜して
平坦な絶縁膜を得る方法が検討されている。しかし、エ
ッチバック法やバイアススパッタ法は、プロセスが複雑
になり、あるいはスループットが遅い等の問題がある。
一方、これらの方法の中でプロセス的に簡単な樹脂塗布
法は、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は400℃程度で
分解するため、素子表面の平坦化には使用できない。ま
た、シリコーン樹脂は、400〜500℃の温度で酸化された
り、熱分解したりして、膜の歪みによるクラックの発生
が見られるという欠点を有している。そのため、1000℃
付近まで熱的に安定であり、硬化工程や加熱工程におい
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、表面を平坦に
でき、しかも硬化工程等の熱処理によりクラックを発生
して破損することのない平坦化膜を与えることのできる
方法を提供することにある。
り、凹凸を有する下地上に塗布したとき、表面を平坦に
でき、しかも硬化工程等の熱処理によりクラックを発生
して破損することのない平坦化膜を与えることのできる
方法を提供することにある。
上記問題点は、半導体素子表面の平坦化を行う際にり
ん変成シリコーン樹脂を用いる半導体装置の絶縁膜形成
方法により解決出来る。ここで、りん変成シリコーン樹
脂としては、クロロシラン類あるいはアルコキシシラン
類を加水分解重縮合した低分子重合体の水酸基をクロロ
りん酸によりりん酸エステル化して得られる下記の高分
子化合物を用いる。
ん変成シリコーン樹脂を用いる半導体装置の絶縁膜形成
方法により解決出来る。ここで、りん変成シリコーン樹
脂としては、クロロシラン類あるいはアルコキシシラン
類を加水分解重縮合した低分子重合体の水酸基をクロロ
りん酸によりりん酸エステル化して得られる下記の高分
子化合物を用いる。
［上式中Ｒは−CH3,−C2H5,−C2H3,n−C3H7,i−C3H7,−
C6H5,−OH,−OCH3,−OC2H5,−Ｏ−ｎ−C3H7または−Ｏ
−ｉ−C3H7を表し、この化合物の重量平均分子量は1000
〜1000000であるものとする］ 上記一般式においてＲが有機基である化合物は、いず
れも使用可能である。しかし、本発明においては、これ
らの化合物は、酸素雰囲気下で加熱して無機膜として使
用されるので、膜の内部応力をなるべく少なくするため
に、容積の小さな原子あるいは分子であるのが望まし
い。また、上記樹脂は、単独で平坦化に用いてもよく、
あるいは二酸化ケイ素、窒化ケイ素、燐ガラス（PSG）
等の無機膜と併用して成膜してもよい。
C6H5,−OH,−OCH3,−OC2H5,−Ｏ−ｎ−C3H7または−Ｏ
−ｉ−C3H7を表し、この化合物の重量平均分子量は1000
〜1000000であるものとする］ 上記一般式においてＲが有機基である化合物は、いず
れも使用可能である。しかし、本発明においては、これ
らの化合物は、酸素雰囲気下で加熱して無機膜として使
用されるので、膜の内部応力をなるべく少なくするため
に、容積の小さな原子あるいは分子であるのが望まし
い。また、上記樹脂は、単独で平坦化に用いてもよく、
あるいは二酸化ケイ素、窒化ケイ素、燐ガラス（PSG）
等の無機膜と併用して成膜してもよい。
本発明の方法に用いられるりん変成シリコーン樹脂
は、多くの有機溶媒に可溶であり、従来よく知られたス
ピンコート法により成膜可能である。したがって、これ
を用いることにより、凹凸表面を有する半導体素子表面
を容易に平坦化することができる。
は、多くの有機溶媒に可溶であり、従来よく知られたス
ピンコート法により成膜可能である。したがって、これ
を用いることにより、凹凸表面を有する半導体素子表面
を容易に平坦化することができる。
また、このりん変成シリコーン樹脂は、酸素雰囲気
下、420℃以上で加熱することにより無機膜のりんガラ
スとなる。そのため、1000℃以上の温度においても熱分
解を起こさない膜が得られる。さらに、りんガラスは、
1000℃以下の温度で溶融するため、熱処理により膜を緻
密化することも可能であり、これによって従来のシリコ
ーン樹脂で問題となっていた酸処理に際して容易にエッ
チングされてしまうという問題も同時に解決することが
できる。
下、420℃以上で加熱することにより無機膜のりんガラ
スとなる。そのため、1000℃以上の温度においても熱分
解を起こさない膜が得られる。さらに、りんガラスは、
1000℃以下の温度で溶融するため、熱処理により膜を緻
密化することも可能であり、これによって従来のシリコ
ーン樹脂で問題となっていた酸処理に際して容易にエッ
チングされてしまうという問題も同時に解決することが
できる。
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
合成例 モノマーとして、メチルトリメトキシシラン100gとテ
トラメトキシシラン100gを混合し、これにイオン交換水
100gを添加した。この溶液を水浴を用いて約50℃に加熱
し、３時間反応させた。反応終了後、溶液にメチルセロ
ソルブ100ccを添加し、エバポレートにより溶液中の水
分と反応生成物のメタノールとを除去した。このとき、
得られたポリマーの分子量（ポリスチレン換算）は2000
であった。
トラメトキシシラン100gを混合し、これにイオン交換水
100gを添加した。この溶液を水浴を用いて約50℃に加熱
し、３時間反応させた。反応終了後、溶液にメチルセロ
ソルブ100ccを添加し、エバポレートにより溶液中の水
分と反応生成物のメタノールとを除去した。このとき、
得られたポリマーの分子量（ポリスチレン換算）は2000
であった。
得られた低分子量シリコーン樹脂のメチルセロソルブ
溶液50ccをさらにフラスコ中で10℃以下に冷却し、これ
にクロロりん酸ジエチル30ccを添加した。添加終了後、
徐々に昇温して70℃で反応をおこなった。反応はピリジ
ンを滴下しつつ行った。反応終了後、多量のイオン交換
水中に反応溶液を添加してポリマを沈澱回収した。得ら
れたポリマーは、第１図の赤外吸収スペクトルからわか
るように、900cm-1のシリコンについた水酸基の吸収が
みられない。
溶液50ccをさらにフラスコ中で10℃以下に冷却し、これ
にクロロりん酸ジエチル30ccを添加した。添加終了後、
徐々に昇温して70℃で反応をおこなった。反応はピリジ
ンを滴下しつつ行った。反応終了後、多量のイオン交換
水中に反応溶液を添加してポリマを沈澱回収した。得ら
れたポリマーは、第１図の赤外吸収スペクトルからわか
るように、900cm-1のシリコンについた水酸基の吸収が
みられない。
実施例１ 上記の様にして合成したポリマーをメチルイソブチル
ケトンに溶解した樹脂溶液を、半導体素子を形成したシ
リコン基板（表面段差は0.7μｍ、溝幅は0.5μｍ）上に
3000rpm,30sの条件（シリコン基板上で1.0μｍ厚に塗布
可能な条件）でスピンコート法により塗布した。塗布
後、80℃で20分間溶剤乾燥し、次いで250℃で30分間お
よび450℃で60分間の熱処理を施した。熱処理後の基板
表面の段差は、約0.2μｍであり、素子により生じた段
差は平坦化されていた。つづいて900℃で１時間の熱処
理を行ったが、膜には全くクラックの発生は見られなか
った。さらに、りんガラス膜をCVDにより5000Åの厚さ
で形成後スルーホールを形成し、第一層目配線を施した
後、保護膜としてさらにりんガラス膜を形成し、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
−65℃→150℃の10回の熱衝撃試験後も全く不良が見ら
れなかった。
ケトンに溶解した樹脂溶液を、半導体素子を形成したシ
リコン基板（表面段差は0.7μｍ、溝幅は0.5μｍ）上に
3000rpm,30sの条件（シリコン基板上で1.0μｍ厚に塗布
可能な条件）でスピンコート法により塗布した。塗布
後、80℃で20分間溶剤乾燥し、次いで250℃で30分間お
よび450℃で60分間の熱処理を施した。熱処理後の基板
表面の段差は、約0.2μｍであり、素子により生じた段
差は平坦化されていた。つづいて900℃で１時間の熱処
理を行ったが、膜には全くクラックの発生は見られなか
った。さらに、りんガラス膜をCVDにより5000Åの厚さ
で形成後スルーホールを形成し、第一層目配線を施した
後、保護膜としてさらにりんガラス膜を形成し、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
−65℃→150℃の10回の熱衝撃試験後も全く不良が見ら
れなかった。
実施例２ 実施例１と同様にして調製した樹脂溶液を、半導体素
子を形成したシリコン基板（表面段差は0.7μｍ、溝幅
は0.5μｍ）上に2000rpm,30sの条件（シリコン基板上で
1.3μｍ厚に塗布可能な条件）でスピンコート法により
塗布した。塗布後、80℃で20分間溶剤乾燥し、次いで25
0℃で30分間および450℃で60分間の熱処理を施した。熱
処理後の基板表面の段差は、約0.1μｍであり、半導体
素子による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、第一層目の配線を行い、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、−65℃
→150℃の10回の熱衝撃試験後も全く不良が見られなか
った。
子を形成したシリコン基板（表面段差は0.7μｍ、溝幅
は0.5μｍ）上に2000rpm,30sの条件（シリコン基板上で
1.3μｍ厚に塗布可能な条件）でスピンコート法により
塗布した。塗布後、80℃で20分間溶剤乾燥し、次いで25
0℃で30分間および450℃で60分間の熱処理を施した。熱
処理後の基板表面の段差は、約0.1μｍであり、半導体
素子による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、第一層目の配線を行い、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、−65℃
→150℃の10回の熱衝撃試験後も全く不良が見られなか
った。
本発明の方法により、平坦化機能を有し、1000℃以上
まで使用可能な樹脂膜を用いて、半導体素子表面の平坦
化を行うことにより、信頼性の高い半導体装置の製造が
可能となる。
まで使用可能な樹脂膜を用いて、半導体素子表面の平坦
化を行うことにより、信頼性の高い半導体装置の製造が
可能となる。
第１図は、合成例で合成されたりん変性シリコーン樹脂
の赤外吸収スペクトル図である。
の赤外吸収スペクトル図である。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体素子形成後に素子表面を平坦化する
ための方法であって、平坦化用樹脂として、下記式、 ［上式中Ｒは−CH3,−C2H5,−C2H3,n−C3H7,i−C3H7,−
C6H5,−OH,−OCH3,−OC2H5,−Ｏ−ｎ−C3H7または−Ｏ
−ｉ−C3H7を表し、この化合物の重量平均分子量は1000
〜1000000であるものとする］で示されるりん変成シリ
コーン樹脂を用いることを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記りん変成シリコーン樹脂を酸素あるい
は大気雰囲気下で熱処理し、りんガラス化することを特
徴とする請求項１記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027404A JP2705078B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 半導体素子表面の平坦化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63027404A JP2705078B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 半導体素子表面の平坦化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01204431A JPH01204431A (ja) | 1989-08-17 |
| JP2705078B2 true JP2705078B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=12220134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63027404A Expired - Lifetime JP2705078B2 (ja) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | 半導体素子表面の平坦化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2705078B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7109653B2 (en) | 2002-01-15 | 2006-09-19 | Seiko Epson Corporation | Sealing structure with barrier membrane for electronic element, display device, electronic apparatus, and fabrication method for electronic element |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62290139A (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | Fujitsu Ltd | 耐熱樹脂組成物 |
-
1988
- 1988-02-10 JP JP63027404A patent/JP2705078B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 第３２回応用物理学関係連合講演会講演予稿集（昭和６０年）ｐ．３７５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01204431A (ja) | 1989-08-17 |
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