JPH02264956A - 感光性絶縁膜の形成方法 - 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〕 有機硅素重合体よりなる絶縁膜の形成方法に関し、 感光性をもち、耐熱性に優れた平坦な絶縁膜を形成する
ことを目的とし、 下記の一般式で表わされるポリシルアリーレンシロキサ
ンを溶剤に溶した樹脂溶液を被処理基板上に塗布して溶
剤乾燥を行った後、アリーレン基の吸収波長を含む遠紫
外光の露光と現像を行ってパターンを形成し、引き続い
て前記遠紫外光の照射と熱処理とを行って感光性樹脂膜
を形成する。

（Ｒ１ＳｉＯｘ／ｚ（Ｒ□Ｌ／り２１　　　　　　・・
・（１）こ〜で、 Ｒ１は少なくとも２０％以上がビニル基またはアリル基
であり、残りは低級アルキル基、低級アルコキシ基、ア
リール基またはハロゲン化アリール基、 ＲＸはアリーレン基、 ｎはｌＯ〜５００００の整数、 〔産業上の利用分野〕 本発明は感光性耐熱樹脂組成物に関する。

大量の情報を高速に処理する必要から半導体素子は集積
化が進んでおり、ＬＳＩやＶＬＳＩが実用化されている
。

こ−で、従来から集積化は単位素子の微細化により行わ
れており、これに伴い、導体線路の最小線幅もサブミク
ロンのものが用いられている。

然し、更に集積度を高めるにはこのような二次元構造で
なく三次元構造が必要となる。

すなわち、シリコン（Ｓｔ）単結晶基板を用いて二次元
構造をとる集積回路を形成した後、この上に化学気相成
長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ略称ＣｖＤ法）やスピンコード法などによって絶
縁層を作り、写真蝕刻技術（フォトリソグラフィ）を用
いてパイヤホールを形成した後に、この上に二層目の配
線を形成し、これを繰り返すことにより多層化を行う方
法も研究されている。

このように多層化による集積度の向上が行われているが
、製造工数を少なくし、且つ歩留まりを向上するために
は耐熱性と平坦性が優れ、且つ上下の導体線路を連結す
るスルーホールの形成が容易な絶縁膜の形成が要望され
ている。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造において、半導体基板上には多数
の半導体素子や導体線路が形成されるためにその表面は
凹凸化しており、段差がある。

そのため、この上に形成する眉間絶縁膜は絶縁性が優れ
ていること以外に表面が平坦化できることが必要である
。

こ−で、眉間絶縁膜には無機絶縁物あるいは有機絶縁物
が使用されている。

無機絶縁物としては二酸化硅素（５ｉ（ｈ）　、窒化硅
素（５ｉＪＬ　）、燐硅酸ガラス（略称ＰＳＧ）などが
あり、ＣＶＤ法などによって被処理基板上に形成されて
いる。

然し、ＣＶＤ法によって作られるＳｉＯ２膜、Ｓｉ＋Ｎ
ａ膜やＰＳＧ膜などは耐熱性の面では優れているもの＼
、下地基板の凹凸を忠実に再現するために平坦化の目的
には添わない。

そこで、無機膜の堆積とエツチングとを同時に行い、平
坦な無機膜を得るバイアススパッタ法や樹脂と無機膜の
コントロールエツチングを行い平坦な無機膜を得るエッ
チバック法などが検討されている。

なお、眉間絶縁膜にはこの上に形成する電子回路と下に
形成しである電子回路とを接続するためのスルーホール
の形成が必要であるが、無機絶縁膜を使用する場合はフ
ォトレジストを使用する写真蝕刻技術（フォトリソグラ
フィ）により、改めて絶縁膜に孔開けを行うことが必要
である。

一方、有機絶縁膜の形成にはスピンコード法が使用でき
、この方法によると段差のある被処理基板上に平坦な膜
が形成できることから極めて有利であり、材料としては
耐熱性が優れている有機硅素重合体が検討されている。

こ＼で、有機硅素化合物で側鎖にビニル基またはアリル
基を有するものは重合開始剤の存在のもとて紫外線を照
射すると、ビニル基またはアリル基の二重結合が切れて
ポリマーができることは公知である。

このように紫外線照射によってネガ型のパターンが形成
できる性質を利用すると、スピンコード法により形成し
た有機絶縁膜は半導体基板上に生じている段差を平坦化
できると共にスルーホールの同時形成も可能となる。

発明者等は半導体の眉間絶縁膜としてポリフェニレンシ
ロキサンを用いる方法を提案しており、（特願昭６３−
４３２８７．昭和６３年２月２７日出ｐａ）また、側鎖
にビニル基あるいはアリル基をもつポリシルフェニレン
シロキサンを感光性耐熱樹脂として使用できることを提
案している。

（特願昭６３−１８８９０６．昭和６３年７月２８日出
願）然し、ネガ型のパターン形成に必要なビニル基また
はアリル基は耐熱性が低いことから２００°Ｃ〜３００
℃の加熱によって分解が生じ、この時に生ずる歪によっ
て絶縁膜にクラックを生じ易いことが問題であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

先に記したように側鎖にビニル基またはアリル基をもつ
ポリシルフェニレンシロキサンのような有機硅素化合物
を用いるとネガ型のパターン形成が可能であり、これを
利用するとスルーホールを層間絶縁膜形成の際に開ける
ことができる。

然し、パターン形成後の熱処理によって眉間絶縁膜にク
ランクを生じ易いことが問題であり、この解決が課題で
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は下記の一般式で表わされるポリシルアリー
レンシロキサンを溶剤に溶した樹脂溶液を被処理基板上
に塗布して溶剤乾燥を行った後、アリーレン基の吸収波
長を含む遠紫外光の露光と現像を行ってパターンを形成
し、引き続いて前記遠紫外光の照射と熱処理とを行って
感光性樹脂膜を形成することにより解決することができ
る。

（Ｒ＋５ｉ（ｈｚ□（Ｒｔ）＋／ｚ　）　−・・・（１
）ニーで、 Ｒ，は少なくとも２０％以上がビニル基またはアリル基
であり、残りは低級アルキル基、低級アルコキシ基、ア
リール基またはハロゲン化アリール基、 Ｒ２はアリーレン基、 ｎは１０〜５００００の整数、 〔作用〕 側鎖にビニル基またはアリル基をもつポリシルフェニレ
ンシロキサンのように主鎖を繋ぐ中央部にアリーレン基
があり、側鎖にビニル基またはアリル基のような二重結
合のある基を備えた有機硅素化合物にアリーレン基の吸
収波長（２２０〜３２０ｎｍ）を含む遠紫外線を照射す
ると、アリーレン基はこの光のエネルギーを吸収し、側
鎖のビニル基またはアリル基の二重結合が切れて重合が
生じる。

然し、アリーレン基のように紫外線を吸収する基が存在
しない場合は重合は生じない。

本発明はこのように感光性を有する有機硅素化合物を用
いて平坦な絶縁膜を形成する際に、パターン（例えばス
ルーホール）形成後に行われる熱処理によって絶縁膜に
クラックが発生するのを防ぐにある。

こ＼で、クラックを生ずる理由は側鎖のビニル基または
アリル基の熱酸化分解によって生ずる絶縁膜の中の歪に
よって起こるものである。

ポリシルフェニレンシロキサンを含め、−綴代（１）で
表されるポリシルアリーレンシロキサンは側鎖に低級ア
ルキル基またはアリール基を有する場合は絶縁膜の耐熱
性は４５０°Ｃ以上であり、熱分解温度は５５０°Ｃ以
上であり、半導体装置の眉間絶縁膜として充分な耐熱性
を得られる。

そこで、ポリシルアリーレンシロキサンからなる従来の
絶縁膜が加熱によってクランクを生ずるのは膜中に残存
するビニル基やアリル基によることから、発明者等はパ
ターン形成の終わった絶縁膜に更に遠紫外線の照射を行
い、パターン形成の際に架橋反応に関与しなかったビニ
ル基あるいはアリル基を架橋させることにより絶縁膜の
中から２００〜３００°Ｃの熱処理で分解する成分を無
くするものである。

この処理により絶縁膜の耐熱性が向上し、パターン形成
後に行う熱処理に当たってクラックの発生を無くするこ
とができる。

本発明に係る層間絶縁層の形成方法は溶剤に溶解したポ
リシルアリーレンシロキサン樹脂液を従来と同様に表面
段差のある被処理基板上にスピンコードして平坦な絶縁
膜を作り、アリーレン基の吸収波長（２２０〜３２０ｎ
ｍ）を含む遠紫外線をスルーホール形成部を除く絶縁膜
に照射し、現像してスルーホールを形成する。

その後、パターン形成の終わった絶縁膜の全域にアリー
レン基の吸収波長（２２０〜３２０ｎｎ＋）を含む遠紫
外線を再び照射して未反応で残存しているビニル基ある
いはアリル基を総て架橋させるものである。

〔実施例〕

実施例１：　（樹脂溶液の調整） ゲルパーミエイションクロマトグラフィによるポリスチ
レン換算の平均重量分子量が２．３　ＸＩＯ’で、分散
度が２．４のポリーρ−ビニルメヂルシルフェニレンジ
シロキサン（１式（１）でＲｒ　位置のビニル：メチル
＝１：９）をメチルイソブチルケトンに溶解して２０重
量％の樹脂溶液を作った。

この樹脂溶液をＳｉ基板上に３００Ｏｒｐｍ、４５秒の
条件でスピンコードした場合、その膜厚は約１．４　μ
ｌであった。

実施例２： 実施例１で得た樹脂溶液をＳｉ基板上に２００Ｏｒｐｍ
。

４５秒の条件でスピンコードし、８０°Ｃで２０分の溶
剤乾燥（プリベーク）を行った後、波長が２２０〜３２
０　ｎｍの遠紫外線を出力６３０ｍ　Ｗで５００秒間に
亙って露光した。

なお、遠紫外線の露光を行っている間、基板表面を２０
０°Ｃ以下に保持してビニル基の熱分解が起るのを防い
だ。

第１図は遠紫外線照射の前後の赤外吸収スペクトルを示
すもので、溶剤乾燥の状態では存在していたビニル基の
吸収が遠紫外線の照射によって消失していることが判る
。

次に、第２図は遠紫外線照射をした膜としない膜との熱
重量分析の結果を示すもので、遠紫外線照射を行わない
膜２については２２０°Ｃ付近でビニル基の酸化分解に
よる急激な重量減少があり、また４５０″Ｃ付近でもメ
チル基の分解による急激な重量減少が見られるが、遠紫
外線の照射を行った膜ｌについてはこれに該当するよう
な急激な重量減少は観察できない。

実施例３： Ｓｉ基板上に導体線路がポリＳｔからなる半導体素子を
形成した。

こ−で、導体線路の厚さは１　ｔｌ　ｍ　＋　また最小
の線間隔は１．２μ−である。

この基板上に実施例１で得た樹脂溶液をスピンコード法
により３０００　ｒｐｍ、４５秒の条件で樹脂膜を形成
した。

塗布後に８０°Ｃｌ２Ｏ分の溶剤乾燥を行った後、７Ｊ
／ｃｍ”の露光量で波長が２２０〜３２０　ｎｍの遠紫
外線の照射を行い、この樹脂膜をメチルイソブチルケト
ンとメタノールの組成比が１：１の溶液を用いで現像し
て直径が２μｍのスルーホールを多数形成した。

次に、この樹脂膜に出力６３０ｍ　Ｗで波長が２２０〜
３２０　ｎｍの遠紫外線を５００秒間に亙って露光を行
い、ビニル基の架橋反応を終了させ、次に４００　’Ｃ
で１時間の熱処理を行って絶縁膜を形成した。

なお、配線パターンによる基板上の段差は１μｍあった
が、絶縁膜上の段差は０．２μｌに減少している。

以上のようにして形成した絶縁膜の上に更に第二層目の
ポリＳｉ配線を施し、これを順次同様な工程で四層配線
を行ったが、絶縁膜には全くクランクの発生は認められ
なかった。

また、半導体集積回路の製造工数が減り、製造コストの
低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に使用した樹脂の赤外吸収スペクトル、 第２図は熱重量分析結果、 である。 〔発明の効果〕 本発明によれば平坦化ができ且つ光照射によるパターン
形成が可能な絶縁膜を作ることができ、この絶縁膜は熱
処理によりクランクを生ずることなく使用することがで
きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記の一般式で表わされるポリシルアリーレンシロキサ
   ンを溶剤に溶した樹脂溶液を被処理基板上に塗布して溶
   剤乾燥を行った後、アリーレン基の吸収波長を含む遠紫
   外光の露光と現像を行ってパターンを形成し、引き続い
   て前記遠紫外光の照射と熱処理とを行うことを特徴とす
   る感光性絶縁膜の形成方法。 〔Ｒ＿１ＳｉＯ＿２＿／＿２（Ｒ＿２）＿１＿／＿２〕
   ＿ｎ…（１） こゝで、 Ｒ＿１は少なくとも２０％以上がビニル基またはアリル
   基であり、残りは低級アルキル基、低級アルコキシ基、
   アリール基またはハロゲン化アリール基、 Ｒ＿２はアリーレン基、 ｎは１０〜５００００の整数、