JPH02192729A - 絶縁層の製造方法 - 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】 〔概要〕 半導体集積回路の製造に関し、 平坦化作用をもつと共にクランク耐性に優れた〔産業上
の利用分野〕 本発明は平坦化作用をもつと共にクランク耐性に優れた
絶縁層の製造方法に関する。

ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体集積回路は集積度が向上して
おり、多層配線構造が採られている。

こ＼で、配線パターンについて言えばサブミクロン・パ
ターンが実用化されているが、電流容量を大きくするた
めに線路の高さは増加しており、例えばアルミニウム（
１／り配線の厚さが１μｍ、最少線幅が１μｍ、最少線
間隔１．５μｍのような配線パターンが実用化されてい
る。

多層配線構造はシリコン（Ｓｔ）基板上に生成されてい
る半導体素子領域を上記のような配線パターンで二次元
的に結ぶと共に、この配線パターンの上に眉間絶縁層を
設け、この絶縁層にバイアホールを穴開けし、この絶縁
層上に配線パターンを形成してバイアホールを通じて上
下の電子回路を回路接続する方法が行われている。

か＼る多層配線構造をとる場合、上下の電子回路の間に
介在して絶縁する眉間絶縁層は基板を平坦化でき、また
クランクの発生のないことが必要である。

［従来の技術］ 眉間絶縁層の形成材料としては無機および有機絶縁材料
が使われており、無機絶縁材料としては二酸化硅素（Ｓ
ｉＯ□）、窒化硅素（５ｉＪ４）や燐硅酸ガラス（略称
ＰＳＧ）などの材料があり、また有機絶縁材料としては
ポリイミドやシリコーン樹脂などがある。

そして、無機絶縁材料の場合、多くは化学気相成長法（
略称ＣＶＤ法）を用いて層形成が行われている。

例えば、ＰＳＧ　Ｎを形成する場合はＣＶＤ装置の中に
被処理基板をセットした後、シラン（ｓｉＨ４）、ホス
フィン（Ｐ）１イ）および酸素（０、）の混合ガスを供
給し、約４００　’Ｃに加熱しである被処理基板上で熱
分解することにより層間絶縁層を形成している。

然し、このようにして形成した眉間絶縁層は基板に対し
て均一に堆積されると云う特徴から、基板の凹凸を忠実
に再現してしまう。

また、狭いパターン間は完全に埋込みできずに空隙を生
じてしまう。

そのため、この上に配線パターンを形成する場合は、基
板面の配線パターンと交叉するクロスオーバ部で上部配
線の断線を生じやすく、またパターン間や段差部で絶縁
不良が生じやすい。

そこで、エッチバック法、バイアス・スパッタ法など層
間絶縁層の凹凸を平坦化する方法も採られているが、狭
いスペース部の完全な埋込みは困難であり、製造収率が
低いと云う問題がある。

また、有機絶縁物を使用する場合は、スピンコードなど
の樹脂塗布法が用いられており、平坦化は可能であるが
、耐熱性が低く、また加熱硬化の際にクランクなどが発
生しやすいなどの問題がある。

例えば、ポリイミドは約４００°Ｃで加熱して硬化させ
る際に酸化が生じる。

また、アルコキシシランのようなシリコーン樹脂は塗布
後に行われる加熱硬化によってスピンオングラス（略称
５ＯＧ）と言われる５ｉｎ２に近い熱膨張係数の小さな
構成材料となる。

然し、硬化反応の際に生ずる内部歪みと冷却の際の熱シ
ョックによって５０００Å以下の薄膜を形成する場合で
もクラックが発生しやすいと云う問題がある。

そのため、基板上の凹凸を平坦化でき、且つクランクな
どの発生のない層間絶縁層の形成材料が必要であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上記したようにＣＶＤ法で形成される無機の層間絶縁
層は基板上に均一に膜の堆積が起こるために平坦化する
ことは困難であり、一方、有機の眉間絶縁層は平坦化は
できるもの＼硬化処理工程で酸化や分解を生じたり、内
部歪みによってクランクを生ずると云う問題がある。

そこで、クランクが無く、且つ凹凸を平坦化できる絶縁
材料を実用化することが課題である。

（課題を解決するための手段〕 上記の課題は下記−形式で示される燐硅酸化合物を構造
単位とする樹脂を用いて絶縁層を形成することにより解
決することができる。

〔作用〕

本発明は燐硅酸ガラス（、ＰＳＧ）が材質が軟らかくク
ランクが発生しにくいと云う特徴を利用し、これを従来
のＣＶＯ法でなく樹脂液を加熱することにより形成する
ものである。

すなわち、ＳｉＯ□を主構成分とするスピンオングラス
（ＳＯＧ）は１２００’Ｃ程度にまで加熱しなければ軟
化しないのに較べ、（１）式で示される構造を単位構造
とするＰＳＧは燐（Ｐ）を構造中に含むことによって７
００〜８００°Ｃで軟化し、また熱膨張係数もＳＯＣに
較べると大きい。

また、有機成分を含まないことから、大気など酸素含有
雰囲気中で加熱しても酸化による内部歪を生ずることも
ない。

これらのことから、（１）で示す構造の低分子量重合体
を基板上に塗布して後、加熱してＰＳＧ膜とする場合で
も３μｍ以内の厚さであればクラックを発生することは
ない。

また、当然スピンコード法を用いて塗布することができ
るため基板面を平坦化することができ、狭いスペース部
も完全に埋込み可能であり、従って層間絶縁層の形成に
適している。

〔実施例〕

合成例： モノマとしてトリメトキシシリル燐酸［（Ｃ）１３０）
＋ＳｉＯ］　：ｌＰＯを用い、モノマとイオン交換水を
１：１６のモル比で混合し、これにブチルセロソルブを
加えて２倍に希釈した溶液を５０’Ｃで１５分間加熱す
ることにより加水分解重縮合した低分子量重合体を加熱
藤発させ、加水分解生成物であるメタノールと水を除去
した。

蒸発分がなくなってから、得られた低分子量樹脂のブチ
ルセロソルブ溶液を更にメチルセロソルブにより濃度調
整を行い樹脂溶液を得た。

実施例１： 脣配線の厚さ１μｍ２最小線幅１μｍ、最小線間隔１．
５μｍの第１層へ２配線が施されているＳｉ基板の上に
、上記の樹脂溶液を回転速度３０００ｒｐｍ３時間３０
秒の条件で１μｍの厚さにスピンコードした。

次に、８０°Ｃで２０分加熱して溶剤を乾燥して後、０
□ガス雰囲気の下で、４５０°Ｃ１６０分間の熱処理を
行い、層間絶縁層を形成したが、基板表面の段差は約０
．２μｍに改善されており、へ！配線による表面段差は
平坦化されていた。

続いて、この眉間絶縁層にバイア形成用の六開けを行っ
た後、二層めのｉ配線を行い、次に、１．３μｍの厚さ
の絶縁層を形成した後に電極取り出し用の窓開けを行っ
てｒｃ素子が完成した。

この素子に対し、大気中５００°Ｃで１時間の加熱試験
と、１０回に及ぶ一６５°Ｃ→１５０°Ｃの熱衝撃試験
を行ったが不良は全（認められなかった。

実施例２； ポリＳｉの厚さ１μｍ、最小線幅１μｍ、最小線間隔１
．５μｍの第１層ポリＳｉ配線が施されているＳｉ基板
の上に、上記の樹脂溶液を回転速度３０００ｒｐｍ１時
間３０秒の条件で１μｍの厚さにスピンコードした。

次に、８０°Ｃで２０分加熱して溶剤を乾燥して後、９
００°Ｃで３０分間の熱処理を行い、眉間絶縁層を形成
したが、基板表面の段差は約０．３　μ概に改善されて
おり、ポリＳｉ配線による表面段差は平坦化されていた
。

続いて、この層間絶縁層にバイア形成用の穴開けをし、
ポリＳｉ上の酸化膜を除去するために２．５％弗酸（Ｉ
ＩＦ）による処理を施した後、二層めのポリＳｉ配線を
行い、次に、１．３μｍの厚さの絶縁層を形成した後に
電極取り出し用の窓開けを行ってＩＣ素子が完成した。

この素子に対し、大気中５００　’Ｃで１時間の加熱試
験と、１０回に及ぶ一６５゛Ｃ→１５０°Ｃの熱衝撃試
験を行ったが不良は全く認められなかった。

〔発明の効果〕

本発明の実施により被処理基板の平坦化ができ且つクラ
ック発生のない絶縁層の形成が可能となり、これにより
半導体集積回路の製造歩留まりと信頼性を向上すること
ができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多層配線構造をとる半導体集積回路の絶縁層として、下
   記の一般式（１）で示される燐硅酸化合物を構成単位と
   する樹脂を用いることを特徴とする絶縁層の製造方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（１）