JPS59178749A - 配線構造体 - 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】 （１）発明の技術分野 本発明は多層構造体に係シ、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わ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々シ多くの交差を必要と
するようになってきた。これによ少多層配線が必要にな
った。我々は先に基板上に一般式（Ｈ２−、ＱＲａＳｉ
Ｏ）ｎＣＲはＨ３Ｓ　ｉ　Ｏ。

Ｈ２ＣＨ３ＳｉＯ、Ｈ（ＣＨ３）２Ｓ１０もしく　？ｉ
：（ＣＨ５）　ｓ　ｓ　ｉｏでｓｂ、ａｕＯ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、ノヨセ７ソ／素子Ｊ、Ｊ及びバブルメモ
リーｉど微細／？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（８１０２）膜、
シラン系ガスを用いた気相成長による５ｉｏ２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″’ＧＫ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５ｔｙｘ膜形成に着目
すると、ポリジアルコキシシランＲＯｆ　（ＲＯ）　２
Ｓ　１０　；１）ｎＲＣ式中、Ｒは一価の炭化水素、例
えばＣＨ３，Ｃ２Ｈ５又は水素であシ、ＯＲの少々くと
も］／３はアルコキシ基である。〕を熱分解して５１０
２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
２〜０５μｍ以上の膜厚に塗布した場合は塗膜にクラッ
ク−が入シ、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。従っ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； ％式％ 〔式中、Ｒ１は全部がＨであるか又は少なくとも半数が
Ｈであシ、かつ残シが一０３ｉＨ３，−０８ｉＨ２ＣＨ
３゜−Ｏ８ＩＨ（ＣＨ３）、もしくは−０８Ｉ（Ｃ’Ｈ
３）３であシ；Ｒ２は一８ｉＨ３，−３ｉＨ２ＣＨ３，
−５ｉＨ（ＣＨ３）２もしくは−Ｓ　ｒ　（ＣＨｓ　）
　５であシ；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って、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：％式％） 〔式中、ＲはＩ（、ＳｉＯ、Ｈ２ＣＨ，ＳｉＯ、Ｈ（Ｃ
Ｈ，）２ＳｉＯもしくけ（ＣＨ３）３ＳｆＯであシ、＆
け０もしくは１で、分子中の平均値はＯ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Ｈ３ＳｊＯ
。

Ｈ２ＣＩ（３ＳｉＯ、Ｈ（ＣＨ３）２ＳｉＯもしくは（
ＣＨ３）３Ｓ　１０で封鎖しであるシリコーン樹脂を塗
布硬化させ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Ｈ３Ｓ　ｒＯ−ｅ（２Ｓ　１
０　）、　Ｓ　＋Ｈ３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５１０ｘ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
微細であシ、かつＳ１０の酸化による体積増加が歪を緩
和し、ピンホールを埋めふので、最終的に歪が小さくか
つ緻密で純粋な５ｉＯｘ（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（−Ｈ２ＳｉＯ９−Ｈは不安定である
が、末端をシリル化すると安定であり、これによって本
発明によって得られる装置は実際的なものになった。そ
してこの基本原理の利点は分子中にＳｔ。

０、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チ程度まで、多くても５
０％未満であるべきである。

本発明ヤ用いるシリコーン樹脂 Ｒ２０（弓ＳｌＯ＋ｎＲ２は比重は１．６〜１．７であ
シ、常温でｎ　（３の場合は液体であシ、ｎ≧３の場合
は粉末であシ、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（スピンコード）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、回転数によって行なうことが
できる。適当な膜厚ば０，５μ〜１．５μの範囲にあシ
、それよシ大きい場合は耐クラツク性を低下させ、それ
よシ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Ｒ２０−（Ｒ，ｉ　Ｓ　ｉ　Ｏ）−ｎＲ
２は回転塗布、スプレーなどの方法によるコーティング
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っている。従って微細配線を設け
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３００〜５
００℃で熱処理してＳｉＯｘ化して用いるのに好適であ
る。尚末端にＣＨ５基をもつものは４００℃以下あるい
は場合によって４７０℃以下では完全な５ｌＯｘには変
化し々いのであるが、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。５ｌ−ＣＨ５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ＣＨ５基あるいは５ｉ−ｃ結合の含有量を追跡するこ
とによって反応を確認できる。塗布と熱処理による５１
０ｘ化を繰シ返すことによって厚膜を得たυ、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％の減少であシ、はとん
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５Ｉ０２力とと組合せられた層であっても
よい。

（６）発明の実施例 １）樹脂の調製 ジェ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（ＣＨｓ　）２Ｈ８１０＋Ｈ
２Ｓ　ｔ　Ｏ）ｎＳ　ＩＨ（ＣＨ３）　２、〔ｎの平均
値は８であった。〕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Ｉ（３８１０（Ｈ２８１０）ｎＳｉ）（３［Ｔ
Ｉの平均値は１９であった〕を樹脂■とする。

樹脂−１１樹脂−■をトルエンに溶解した液をそれぞれ
樹脂液−１１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Ｉ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った。前記アルミニウ
ム配線の厚さは０．９μｍ１最小線幅は３μｍ、最小線
間隔は２μｍである。前記樹脂液を６０００　ｒｐｍ、
　　２０秒の条件で回転塗布し、８０℃、３０分の溶剤
乾燥及び４５０℃、６０分の熱処理を行なった。同一条
件で平板上に塗布して得られる膜厚は０．８μｍであっ
たが、前記アルミニウム配線上では０．４μｍ１スペ一
ス部では１．１μ？ｎであシ、段差は０．２μｍであっ
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１．３μｍのＰＳＧ層を形成し、電
極取出し用窓あけを行なっ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、−６
５℃←１５０’Ｃの１０回の熱衝撃試験、８５°Ｃ２９
０ｑ６ＲＨ下での６■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ｋかった。

以下示Ｓ ３）比較例１ 実施例１と同様に、但し前記樹脂液Ｉの代シにポリイミ
ドを同一膜厚に塗布し、３５０℃、３０分の硬化を行な
って、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・々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℃、９０ＳＲＨ下で
６■印加試験を行なった所、太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ｌ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４５
０℃、１時間の硬化を行な−っ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
℃、９０ＳＲＨ下での６ｖ印加試験をしたが、不良はな
かった。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ックが発生した。

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チの樹脂液■を塗布し硬化した後、もう一度樹脂液
■を塗布し硬化し、それが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った。その上の保護層も樹
脂液を用いて形成し、電極域シ出し窓を形成し、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ったが異
常及び不良は見られなかった。

７）実施例３ バブル発生のためのＬＰＥ（リキッドフェイズエピタキ
シャル）層の形成されたＧＧＧ　（ガリウムガドリニウ
ムガーネット）基板上に１ｏｏｏ１　のＳ　ｉＯ２層を
形成した。その上に厚さ４０００Ａ　のＡ１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であった。

次に濃度１５チの樹脂液−１を用い、４０００ｒｐｍ、
３０秒の条件で回転塗布し、６０℃、３０分間の溶剤乾
燥を行なった。この段階では樹脂は溶剤に可溶でおる。

次いで空気中３５０℃、６０分の硬化を行なった。平坦
基板に同一条件で塗布したとき樹脂膜の厚さは０．３５
μｍであった。さらに厚さ４０００Ｘのパーマロイパタ
ーンを形成し、その上に樹脂液−■を３００Ｏｒｐｍ、
３０秒の条件で回転塗布し、溶剤乾燥後、窒素中３００
℃、１８０分の硬化を行なった。平坦基板上では厚さ０
．４μｍとなる。その上にスパッタによって厚さ０．４
μｍの５ＩＯ２層を形成した。２層の絶縁層の窓あけを
ＣＦ４−０２（５％）の反応ガスを用いたドライエツチ
ングによっ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、ノぞ一マ
ロイｉ４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、絶縁不良は起きなか
った。このバブルメモリの正常の動作電圧は最大２４Ｖ
であシ、優れた信頼性があることがわかった。

８）比較例４ 実施例３と同様にして、但しコンダクタとノヤーマロイ
の間の絶縁層としてポリノエトキシシロキサン溶液を途
布し、空気中３５０℃、６０分処理して厚さ３５００Ｘ
（平坦基板上）の５ＩＯ２層を形成し、パーマロイ層の
上にはスフ４ツタによる厚さ１００ＯＯＸのＳ　ｉＯ２
層を形成した。このパズルメモリを実施例３で行なった
のと同様の電食試験を行なった所、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ィング樹脂
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。

特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士青水　朗 弁理士　西舘和之 弁理士　内田幸男 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に絶縁層及び導電性配線を一層もしくけそれ以上
   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： ％式％） 〔式中、ＲはＨ３ＳＩＯ、Ｈ２Ｃ馬ｓｔｏ　、　Ｈ（ｃ
   ａ、）２ｓｉ。 もしくは（ＣＨ３）　３Ｓ　ｔｏであシ、ａｈｏもしく
   け１１分子中のａの平均値はＯ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Ｈ３ＳｉＯ２Ｈ２Ｃ
   Ｈ，ＳｉＯ、Ｈ（ＣＨ３）２８１０もしくは（ｃｕ、）
   ３ｓｉ。 で封鎖しであるシリコーン樹脂を塗布硬化させた層で形
   成されていることを特徴とする配線構造体１