JPH01286435A

JPH01286435A - 半導体装置の製造方法および装置

Info

Publication number: JPH01286435A
Application number: JP11463188A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Sakuma; 憲之佐久間; Ikuo Yoshida; 吉田　育生; Yoshio Honma; 喜夫本間
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1989-11-17

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体装置、特に微細な溝等を有する半導体
装置の製造方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来方法によって製造された微細な溝構造を有する半導
体装置の断面構造を第４図に示す。従来は、半導体基板
１に孔や溝以下代表して溝と記す２を形成し、ポリイミ
ド樹脂４の膜を回転塗布法により形成していた。しかし
、前記溝幅が狭くなると溝内部に気泡５が発生するとい
う問題が生じた。この問題を解決する手段としては、溝
形成後、ポリイミド樹脂を塗布する前に、該樹脂の溶媒
であるジメチルアセトアミドを塗布する方法（特開昭６
２−２３５７４９号記載）が挙げられる。しかし、微細
加工が進むにつれ溝はますます狭く深くなる傾向にあり
、またジメチルアセトアミド等の溶媒の粘度も十分に低
くないためこれらを単に回転塗布しても溝内に十分満た
されず、溝内部に気泡が生じる場合のあることがわかっ
た。

（発明が解決しようとする課題〕上記従来技術は半導体基板に形成した溝が狭く深い微細
な構造となった場合について配慮されておらず、ジメチ
ルアセトアミド等の溶媒を塗布し形成したポリイミド樹
脂製の溝開口部に気泡が生じた。特に溝幅が１μｍ以下
の場合に本現象が顕著に現れる。この気泡が原因となり
、絶縁不良等の電気的特性の劣化やポリイミド樹脂膜の
最大のメリットである平坦性を損うという問題があった
。

また、ポリイミド樹脂膜を層間絶縁膜として用いた多層
配線構造で溝もしくは接続孔部において、前記の気泡発
生は、前記溝もしくは接続孔上にある上層の配線と、下
層の配線との絶縁性の悪化の原因ともなり深刻な問題で
ある。

本発明の目的は絶縁性を良好にし、且平坦性に優れた絶
縁膜を形成することにある。

ｒｓ題を解決するための手段〕上記目的は、ポリイミド樹脂の形成方法において、ポリ
イミド樹脂溶液を塗布する塗布室内をポリイミド樹脂の
溶媒の飽和蒸気圧に保ち、ポリイミド樹脂を塗布するこ
とにより、達成される。

〔作用〕

ポリイミド樹脂の溶媒の飽和蒸気圧で塗布室内を保つこ
とにより、引き続きポリイミド樹脂溶液を塗布する場合
は溝内に気泡は生じなくなる。また、塗布工程を更に安
定化させるためにはポリイミド樹脂溶液を塗布する前に
半導体基板上の溝等にジメチルアセトアミド等の溶媒を
満たすことが望ましいにれは２つの方法によって実現で
きる。

一つは飽和蒸気圧雰囲気中で溶媒を半導体基板上に滴下
、回転塗布する方法、もう一つは少なくとも半導体基板
を周囲よりも低い温度に保つことにより溶媒を半導体基
板上に凝結させる方法等である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図により説明
する。

第１図（ａ）は半導体基板１に幅１μｍ、深さ２μｍの
溝２を形成した６水溝２は加工マスクとしてホトレジス
トを用い、プレオン系ガスによる公知の反応性イオンエ
ツチング法により形成した。

次にポリイミド樹脂膜を形成するため、前記溝を形成し
た半導体基板１２を第２図に示す如き半導体製造装置の
塗布室１１内の基板ホルダ１３に固定した。

なお、半導体基板１２の固定方法は図３（ａ）に示すよ
うに、基板ホルダ台３１上に半導体基板３５を乗せ該半
導体基板３５の周辺の数ケ所に押え浴具３３を設け止め
具（ネジ等）３４により固定する機械的方法を用いた。

この時、止め具３４を強く締めても該半導体基板３５に
損傷を与えないようにするため保護治具（バネ等）３２
を設けた。図の如く半導体基板１２を固定した後排気口
２１の弁２２を開きロータリポンプにより塗布室１１内
を１　ｔｏｒｒ以下に減圧した。次にポリイミド樹脂溶
液の溶媒であるジメチルアセトアミド１４の入った容器
１５の弁１６を開き塗布室１１内をジメチルアセトアミ
ドの飽和蒸気圧に保持した。

この時、排気口２１の弁２２を調整することにより塗布
室１１内を一定の圧力に保つことができる。

第１図（ａ）はこの時の半導体装置の断面構造図であり
、前記方法のうち、基板を冷却する場合には１周囲より
１０℃程度低くすることにより、容易に溶媒が溝内に満
たされた。これらの方法によって、ジメチルアセトアミ
ド３を半導体基板１上に一様に付着させ、かつ溝開口部
２においては溝内を上記溶剤で満たした。その後第２図
に示すようにポリイミド樹脂溶液１７が入った容器１８
に圧力送気口２０より圧力を加えポリイミド樹脂溶液用
弁１９を開きポリイミド樹脂溶液１７を半導体基板１２
上に滴下し、塗布むらができないよう数秒待った後基板
ホルダ１３を約５０００回転／分で３０秒回転させポリ
イミド樹脂溶液１７を均一に塗布した。回転終了後、ジ
メチルアセトアミド用弁１６を閉じ、排気用弁２２を全
開にして塗布室１１内を排気した。なお、このときジメ
チルアセトアミドの室温（２０℃）での飽和蒸気圧は約
１　ｔｏｒｒである為、塗布室内を少なくとも１ｔｏｒ
ｒ以下に減圧する必要がある。

次に排気用弁２２を閉じ、送気口２３の弁２４を徐々に
開き、窒素ガスを塗布室１１内に入れ大気圧に戻した。

その後半導体基板１２を基板ホルダ１３より外し、窒素
雰囲気中で２５０℃３０分。

３５０℃３０分の熱処理を加えた。その結果、第１図（
ｂ）に示すように、半導体基板１に形成した幅１μｍの
微細な溝２において気泡を発生させず平坦なポリイミド
樹脂膜４を実現することができた。また、ジメチルアセ
トアミド等の溶媒は、前記熱処理を行うことにより蒸発
するため、後の工程に影響を与える心配はない。

本実施例では半導体基板に形成した溝について示したが
、半導体基板上に形成される絶縁膜で構成された溝もし
くは接続孔であっても同様の効果を有する。なお、ポリ
イミド樹脂の溶媒はジメチルホルムアミド、メチルピロ
リドン／キシレン、−ピリジン等の他の溶媒であっても
よい。

また、第２図に示す製造装置において基板ホルダ１３に
加熱機能を加え熱処理を同製造装置内で行うことを有す
る装置であってもよい、また、製造装置の半導体基板の
固定を機械的方法について示したが、或は図３（ｂ）に
示すような基板ホルダ台３１に吸気孔３６を設け、該吸
気孔３６を少なくとも塗布室内より低い圧力として半導
体基板３５を吸引する方法（真空吸引力）、または図３
（ｃ）に示すような静電チャック３７による吸引力を利
用した方法（静電吸引法）でも良い。

本発明の他の実施例を第５図により説明する。

半導体基板１００に熱酸化５ｉＯｚ膜１０１を５００ｎ
ｍ形成し第１の配線１０２としてへ〇膜を周知のスパッ
タ法により０．９μｍ形成した。

次に第１の層間絶縁膜１０５としてポリイミド樹脂を前
記実施例で示した塗布方法により形成し、その上に薄い
無機膜を形成する。次に公知のホトエッチ法を用い接続
孔１０４になる部分の前記無機膜を取り除く。その後、
無機膜をマスクとして酸素プラズマによりポリイミド樹
脂を反応性イオンエツチングし接続孔１０４を形成した
。次に第２の配Ｉ＆１０３として接続孔等の側壁でも被
覆性の良いバイアススパッタ法によるＡＱ膜を０．９μ
ｍ形成した。その後節２の層間絶縁膜１０６に、再び前
記実施例で示した塗布方法によりポリイミド樹脂膜を２
μｍ形成し、第３の配線１０７としてバイアススパッタ
法によるＡｆｌ膜を０．９μｍ形成した。

従来では第６図に示すように、接続孔１０４内部の気泡
１０８により第２の層間膜１０６上に段差が発生し、第
３の配線１０７と第２の配線１０３間の絶縁性が劣化す
る例が見られた０本実施例によ６ば微細な配線層間の接
続孔１０４においても気泡は発生せず平坦なポリイミド
樹脂層間膜１０６を形成することができ、絶縁性に優れ
た層間膜を得ることができた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体基板上に幅１μｍ以下の微細な
溝および接続孔にポリイミド樹脂膜を形成しても前記溝
や接続孔内には気泡が発生することはない、したがって
絶縁性、平坦性に優れたポリイミド樹脂膜を形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明のための半導体装置の加工工
程を示す断面図、第２図は本発明の実施例の半導体装置
製造装置の構造断面図、第３図は本発明の製造装置の半
導体基板チャック部の断面図、第４図は従来技術による
半導体装置の断面図。第５図は本発明の他の実施例の多層配線構造における接
続孔の断面構造図、第６図は従来方法による多層配線に
おける接続孔の断面構造図である。１・・・半導体基板、２・・・溝、３・・・溶媒（ジメ
チルアセトアミド）、４・・・ポリイミド樹脂膜、５・
・・気泡、１１・・・塗布室、１２・・・半導体基板、
１３・・・基板ホルダ、１４・・・溶媒（ジメチルアセ
トアミド）、１５・・・溶媒用容器、１６・・・溶媒用
弁、１７・・・ポリイミド樹脂溶液、１８・・・ポリイ
ミド樹脂用容器、１９・・・ポリイミド樹脂弁用、２０
・・・圧力送気口、２１・・・排気口、２２・・・排気
用弁、２３・・・送気口、２４・・・送気用弁、２５・
・・圧力送気用弁、３１・・・基板ホルダ台、３２・・
・保護治具、３３・・・押え治具、３４・・・止め具、
３５・・・半導体基板、３６・・・吸気口、３７・・・
静電チャック、１００・・・半導体基板、ｌｏｔ・・・
熱酸化膜、１０２・・・第１の配線、１０３・・・第２
の配線、１０４・・・接続孔、１０５・・・第１の層間
絶縁膜、１０６・・・第２の層間絶縁膜、１０７・・・
第３の配線、１０８・・・気泡。

Claims

【特許請求の範囲】１、半導体基板に微細な溝を形成し、この溝を塗布絶縁
膜で埋設する半導体装置の製造方法において、前記塗布
絶縁膜はその溶媒の飽和蒸気圧で保たれた塗布室を塗布
することを特徴とする半導体装置の製造方法。２、前記塗布絶縁膜がポリイミド樹脂であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造
方法。３、前記溶媒は、少なくともジメチルアセトアミド、ジ
メチルホルムアミド、メチルピロリドン、キシレン、ピ
リジン等のいずれかを含むことを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。４、塗布膜形成を行なう塗布室は（１）該室内を減圧す
る機能、（２）半導体基板を固定する機能、（３）上記
室内を溶媒の飽和蒸気圧に保つ機能、（４）塗布絶縁膜
を基板上に塗布する機能のうち少なく共（２）、（３）
、（４）の機能を併せ持つことを特徴とする半導体装置
の製造装置。５、前記半導体基板を固定する機能は、基板ホルダ上に
乗せた半導体基板の周辺を機械的に治具等で押える手段
、基板ホルダに穴を設け該穴内を少なくとも塗布室より
減圧し、該穴を介して半導体基板を吸引する手段、基板
ホルダに静電チャックを有し該静電力により半導体基板
を固定する手段のいずれか一者もしくは複数を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の半導体装
置の製造装置。６、塗布室を構成する部品や要素（以下部分と記す）の
うち、半導体基板を固定もしくは支持し、回転させる部
分のうち、少なくとも前記半導体基板を接する領域は他
の領域よりも低温に保つ機能を有することを特徴とする
特許請求の範囲第４項及び第５項記載の半導体装置の製
造装置。