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JPH0230572B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0230572B2
JPH0230572B2 JP58052529A JP5252983A JPH0230572B2 JP H0230572 B2 JPH0230572 B2 JP H0230572B2 JP 58052529 A JP58052529 A JP 58052529A JP 5252983 A JP5252983 A JP 5252983A JP H0230572 B2 JPH0230572 B2 JP H0230572B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sio
resin
layer
film
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58052529A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59178749A (ja
Inventor
Shiro Takeda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP5252983A priority Critical patent/JPS59178749A/ja
Publication of JPS59178749A publication Critical patent/JPS59178749A/ja
Publication of JPH0230572B2 publication Critical patent/JPH0230572B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は多層構造体に係り、特に例えば半導体
装置、バブルメモリ装置などの微細パターンを有
する電子デバイスに関する。
(2) 技術の背景 電子回路の機能が増大しそれに用いられる電子
部品も次第に個別部品からIC及びLSIへと集積度
が増大するにつれて素子間の配線が複雑になり多
くの交差を必要とするようになつてきた。これに
より多層配線が必要になつた。我々は先に基板上
に一般式(H2-aRaSiO)o〔RはH3SiO,
H2CH3SiO,H(CH32SiOもしくは(CH33SiO
であり、aは0もしくは1で、分子中の平均値は
0と1の範囲にある。〕で表わされる樹脂を塗布
し、熱分解して酸化珪素膜を形成させる方法に関
する特許を出願しているが、本発明はこの樹脂を
配線構造体の絶縁層に適用したものである。
(3) 従来技術と問題点 従来、LSI、ジヨセフソン素子J.J及びバブルメ
モリーなど微細パターンを有するデバイスの層間
絶縁はシリコン基板の熱酸化による酸化珪素
(SiO2)膜、シラン系ガスを用いた気相成長によ
るSiO2系絶縁材料、あるいはポリイミド、シリ
コーン樹脂などの有機系絶縁材料などを用いて行
なわれているが、微細化、信頼性などに一長一短
がある。即ち層間絶縁において平担化機能、空気
中400〜1000℃に耐える耐熱性、及び例えば密着
性、耐電食性、厚膜形成性などの信頼性のすべて
を満足する材料が存在しないのが現状である。
今、平担化機能及び耐熱性という点で優れてい
るシリコーン樹脂の塗布及び熱処理によるSiOx
膜形成に着目すると、ポリジアルコキシシラン
RO〔―(RO)2SiO〕―oR〔式中、Rは一価の炭化水
素、例えばCH3,C2H5又は水素であり、ORの少
なくとも1/3はアルコキシ基である。〕を熱分解し
てSiO2にする方法が知られている。分子中にア
ルコキシ基を残す理由はすべてをOHにすると保
存安定性が非常に悪くなるからである。このポリ
ジアルコキシシランを塗布後熱分解するとアルコ
キシ基が飛散する際に塗膜に歪とピンホールを残
すので、材料の種類によるけれども、0.2〜0.5μ
m以上の膜厚に塗布した場合は塗膜にクラツクが
入り、それ以下の膜厚に塗布した場合は電食不良
の原因になる。従つて熱分解時に飛散する原子又
は原子団が極めて小さく、少ないシリコーン樹脂
が存在すれば、平担化機能、耐熱性に加えて前記
信頼性も優れた絶縁膜を形成することができるは
ずである。
(4) 発明の目的 本発明の目的は多層配線構造体において、平担
化機能、耐熱性に加えて信頼性のある優れた絶縁
膜を提供することである。
(5) 発明の構成 本発明は一般式: R2O(―R1 2SiO)―oR 〔式中、R1は全部がHであるか又は少なくとも
半数がHであり、かつ残りが−OSiH3,−
OSiH2CH3,−OSiH(CH3)、もしくは−OSi
(CH33であり;R2は−SiH3,−SiH2CH3,−SiH
(CH32もしくは−Si(CH33であり;nは1〜
100の整数である。〕 で表わされるシリコーン樹脂を、必要に応じて溶
剤を用いて、塗布し次いで加熱することによつ
て、前記良好な平担化機能、耐熱性、信頼性を有
する酸化珪素膜が形成されることを利用して、前
記膜を配線構造体における絶縁層として適用する
ようにしたものである。
即ち本発明は基板上に絶縁層及び導電性配線を
一層もしくはそれ以上に構成した配線構造体にお
いて、前記絶縁層の全部もしくは一部が一般式: (H2-aRaSiO)o 〔式中、RはH3SiO,H2CH3SiO,H(CH32SiO
もしくは(CH33SiOであり、aは0もしくは1
で、分子中の平均値は0と1の範囲にある。〕 で表わされるポリシロキサンの末端をH3SiO,
H2CH3SiO,H(CH32SiOもしくは(CH33SiO
で封鎖してあるシリコーン樹脂を塗布し、300〜
500℃で熱処理してSiOx化した層で形成されてい
ることを特徴とする配線構造体を提供する。
本発明の基本的な原理は式H3SiO(―H2SiO)―o
SiH3からなるシリコーン樹脂を用いてSiOxを形
成すれば、熱分解時にHは容易に分解されるので
SiOx膜中の不純物量は少なく、Hは体積が小さ
いのでH飛散後の体積収縮歪は小さく、ピンホー
ルも微細であり、かつSiOの酸化による体積増加
が歪を緩和し、ピンホールを埋めるので、最終的
に歪が小さくかつ緻密で純粋なSiOx(x=1〜
2)膜を有する配線構造体が得られるということ
にある。前記のようにHO(―H2SiO)―oHは不安定
であるが、末端をシリル化すると安定であり、こ
れによつて本発明によつて得られる装置は実際的
なものになつた。そしてこの基本原理の利点は分
子中にSi,O,Hの他に多少のCH3が含まれても
失なわれることはない。但し本発明に用いる前記
シリコーン樹脂の分子中のR1は実質的に全部が
Hであることが好ましく、H以外の置換基の割合
は通常10%程度まで、多くても50%未満であるべ
きである。
本発明で用いるシリコーン樹脂R2O(―R1 2SiO)―
R2は比重1.6〜1.7であり、常温でn<3の場合
は液体であり、n≧3の場合は粉末であり、液体
の場合はそのまま塗布可能であるが、粉末の場合
又は例えば回転塗布(スピンコート)で基板に塗
布する場合などはトルエンなどの有機溶剤に溶解
してから塗布する。回転塗布の場合の膜厚調整は
分子量、溶剤の種類、樹脂濃度、回転数によつて
行なうことができる。適当な膜厚は0.5μ〜1.5μの
範囲にあり、それより大きい場合は耐クラツク性
を低下させ、それより小さい場合は絶縁効果を低
下させるが他の絶縁材料と組合せることで使用可
能である。
シリコーン樹脂R2O(―R1 2SiO)―oR2は回転塗布、
スプレーなどの方法によるコーテイングが可能で
あるので、凹凸のある基板に塗布し、その表面を
平担化する機能を持つている。従つて微細配線を
設けた半導体装置あるいはバブルメモリなどの配
線層間絶縁材料として、60〜300℃で予熱、そし
て300〜500℃で熱処理してSiOx化して用いるの
に好適である。尚末端にCH3基をもつものは400
℃以下あるいは場合によつて470℃以下では完全
なSiOxには変化しないのであるが、層間絶縁に
用いる場合には完全を期さなくても使用できる。
Si―CH3結合の熱分解は300〜350℃以上で起きる
が、例えば赤外吸収測定でCH3基あるいはSi―C
結合の含有量を追跡することによつて反応を確認
できる。塗布と熱処理によるSiOx化を繰り返す
ことによつて厚膜を得たり、深い穴や溝を埋める
ようにすれば平担化機能が強調され、かつ緻密な
膜を得ることができる。
本発明において体積収縮による膜厚の減少は通
常の50%程度に対してわずか3〜10%の減少であ
り、ほとんど収縮は見られない。
本発明の多層配線構造体における絶縁樹脂硬化
層は気相成長法によるSiO2などと組合せられた
層であつてもよい。
(6) 発明の実施例 (1) 樹脂の調製 ジエトキシシランをメチルイソブチルケトン
(MIBK)に溶かし水を加えてシラノール化し、
35℃で20時間縮合重合させた後、ジメチルクロル
シランを加えて得た粉末状のポリシロキサン
(CH32HSiO(―H2SiO)―oSiH(CH32、〔nの平均
値は8であつた。〕を樹脂―とする。
水を2%含むMIBK中にジクロルシランガスを
導入しさらにクロルシランでシリル化して得た粉
末状のポリシロキサンH3SiO(―H2SiO)―oSiH3〔n
の平均値は19であつた〕を樹脂とする。
樹脂―、樹脂―をトルエンに溶解した液を
それぞれ樹脂液―、樹脂液―とする。
(2) 実施例 1 前記のようにして25重量%の樹脂液を作成し
た。次にシリコン基板内にバイポーラ素子を形成
し、その上に1層目のアルミニウム配線を行なつ
た。前記アルミニウム配線の厚さは0.9μm、最小
線幅は3μm、最小線間隔は2μmである。前記樹
脂液を6000rpm、20秒の条件で回転塗布し、80
℃、30分の溶剤乾燥及び450℃,60分の熱処理を
行なつた。同一条件で平板上に塗布して得られる
膜厚は0.8μmであつたが、前記アルミニウム配線
上では0.4μm、スペース部では1.1μmであり、段
差は0.2μmであつた。次に1.0μmのPSGを公知の
方法で形成し、スルーホールの形成、2層目のア
ルミニウム配線の形成、さらに保護層として1.3μ
mのPSG層を形成し、電極取出し用窓あけを行
なつてバイポーラ素子装置を得た。この装置は空
気中500℃、1時間の加熱試験、−65℃←→150℃の
10回の熱衝撃試験、85℃,90%RH下での6V印
加、1000時間の試験及びこれらの試験を組合せた
試験後においても異常及び不良は見られなかつ
た。
(3) 比較例 1 実施例1と同様に、但し前記樹脂液の代りに
ポリイミドを同一膜厚に塗布し、350℃、30分の
硬化を行なつて、バイポーラ素子装置を得ようと
したが、ポリイミド膜上にPSG膜を形成した段
階でPSG膜は剥離した。
(4) 比較例 2 実施例1と同様に、但し層間絶縁層及び保護層
をポリイミドで形成してバイポーラ素子装置を得
た。これを窒素中500℃、1時間の耐熱試験をし
た所、ポリイミド層は茶褐色に変色した。さらに
85℃、90%RH下で6V印加試験を行なつた所、大
きなリーク電流が流れ、またポリイミド層が一部
剥離した。
(5) 比較例 3 実施例1と同様に、但し前記樹脂液の代りに
ラダー型のメチルポリシルセスキオキサンを塗布
し、窒素中450℃、1時間の硬化を行なつてバイ
ポーラ素子を得た。これを窒素中500℃、1時間
の耐熱試験及び、85℃、90%RH下での6V印加試
験をしたが、不良はなかつた。しかし空気中500
℃、1時間の耐熱試験をした所、電極窓あけ部の
一部にクラツクが発生した。
(6) 実施例 2 実施例1と同様に、但し1層目のアルミニウム
配線上に18%の樹脂液を塗布し硬化した後、も
う一度樹脂液を塗布し硬化し、それからスルー
ホール形成後、2層目のアルミニウム配線を行な
つた。その上の保護層も樹脂液を用いて形成し、
電極取り出し窓を形成し、バイポーラ素子を得
た。この半導体装置を実施例1で述べた試験を行
なつたが異常及び不良は見られなかつた。
(7) 実施例 3 バブル発生のためのLPE(リキツドフエイズエ
ピタキシヤル)層の形成されたGGG(ガリウムガ
ドリニウムガーネツト)基板上に1000ÅのSiO2
層を形成した。その上に厚さ4000ÅのAl層から
なるコンダクタパターンを形成した。コンダクタ
パターンの線幅は1〜50μm、スペースは1〜
100μmであつた。
次に濃度15%の樹脂液―を用い、4000rpm、
30秒の条件で回転塗布し、60℃、30分間の溶剤乾
燥を行なつた。この段階では樹脂は溶剤に可溶で
ある。次いで空気中350℃、60分の硬化を行なつ
た。平坦基板に同一条件塗布したとき樹脂膜の厚
さは0.35μmであつた。さらに厚さ4000Åのパー
マロイパターンを形成し、その上に樹脂液―を
3000rpm、30秒の条件で回転塗布し、溶剤乾燥
後、窒素中300℃、180分の硬化を行なつた。平坦
基板上では厚さ0.4μmとなる。その上にスパツタ
によつて厚さ0.4μmのSiO2層を形成した。2層の
絶縁層の窓あけをCF4―O2(5%)の反応ガスを
用いたドライエツチングによつて行ないバブルメ
モリを得た。得られたバブルメモリを85℃、90%
RHの環境に置き、パーマロイパターンとコンダ
クタパターンの間に300Vの直流電圧を100時間印
加したが、絶縁不良は起きながつた。このバブル
メモリの正常の動作電圧は最大24Vであり、優れ
た信頼性があることがわかつた。
(8) 比較例 4 実施例3と同様にして、但しコンダクタとパー
マロイの間の絶縁層としてポリジエトキシシロキ
サン溶液を塗布し、空気中350℃、60分処理して
厚さ3500Å(平坦基板上)のSiO2層を形成し、
パーマロイ層の上にはスパツタによる厚さ10000
ÅのSiO2層を形成した。このバブルメモリを実
施例3で行なつたのと同様の電食試験を行なつた
所、48時間で絶縁不良が発生した。
(7) 発明の効果 本発明によれば耐熱性、信頼性のあるコーテイ
ング樹脂を配線層間絶縁に用いることができるの
で高信頼性の多層構造体を得ることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に絶縁層及び導電性配線を一層もしく
    はそれ以上に構成した配線構造体において、前記
    絶縁層の全部もしくは一部が一般式: (H2-aRaSiO)o 〔式中、RはH3SiO,H2CH3SiO,H(CH32SiO
    もしくは(CH33SiOであり、aは0もしくは1
    で、分子中のaの平均値は0と1の範囲にある。〕
    で表わされるポリシロキサンの末端をH3SiO,
    H2CH3SiO,H(CH32SiOもしくは(CH33SiO
    で封鎖してあるシリコーン樹脂を塗布し、300〜
    500℃で熱処理してSiOx化した層で形成されてい
    ることを特徴とする配線構造体。
JP5252983A 1983-03-30 1983-03-30 配線構造体 Granted JPS59178749A (ja)

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JP5252983A JPS59178749A (ja) 1983-03-30 1983-03-30 配線構造体

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JPS59178749A JPS59178749A (ja) 1984-10-11
JPH0230572B2 true JPH0230572B2 (ja) 1990-07-06

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