JPH0259619B2

JPH0259619B2 -

Info

Publication number: JPH0259619B2
Application number: JP58229293A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Igarashi; Katsuhiko Yamaguchi; Kazuo Iko; Kazuyuki Miki
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1983-12-05
Filing date: 1983-12-05
Publication date: 1990-12-13
Also published as: JPS59107524A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は半導体素子の層間絶縁膜形成方法に
関する。従来、半導体素子の層間絶縁膜は、CVD
（Chemical Vapor Deposition）法などにより、
二酸化珪素の使用が検討されてきたが、薄肉の二
酸化珪素膜はクラツクが発生しやすい、ピンホー
ルが多数存在するなどの欠点があることから、半
導体への応用がおくれている。近年、この分野に
上記の二酸化珪素膜に代わる新規材料として、耐
熱性高分子とくにポリイミドが注目されている。
すなわち、この耐熱性高分子はワイヤボンデイン
グに耐えうる充分な耐熱性を有し、また卓越した
電気絶縁性、低応力歪、機械的強度など多くのす
ぐれた利点を有し、厚膜とした場合でもクラツク
が生じない、ピンホールが僅少に抑えられるなど
の点で注目を集めている有機材料である。このように、ポリイミドを中心とした耐熱性高
分子が各種半導体素子の層間絶縁膜として検討さ
れるようになつてきたが、この種の耐熱性高分子
にはシリコンウエハなどの素子表面との密着性に
劣り接着しにくいという欠点があり、これがため
半導体素子の信頼性がいまひとつ満足できるもの
とはいえなかつた。このことから、上記耐熱性高分子の密着性を改
善するための提案が種々なされており、そのひと
つに、ポリイミドに関し、芳香族テトラカルボン
酸二無水物とジアミノ化合物との重合反応により
ポリイミド前駆体を合成する際に、上記のジアミ
ノ化合物としてジアミノシロキサンを使用する方
法がある。この方法は、分子骨格中にジアミノシ
ロキサンから誘導されるSi−Ｏ−Si結合を導入し
て、この結合部分によりシリコンウエハなどを構
成する珪素含有材の珪素原子との間に化学的結合
の手を持たせ、これを珪素含有材への接着現象の
活性点として密着性の向上を図らんとするもので
ある。ところが、上記の提案法では、ジアミノシロキ
サンをジアミノ化合物中かなりの割合であるいは
ジアミノ化合物のすべてとして使用しているた
め、密着性の向上を図ることができたとしてもポ
リイミドからなる層間絶縁膜の耐湿特性を大きく
損なう問題がある。また、ジアミノシロキサンの
過剰使用はポリイミド本来の耐熱性、電気絶縁
性、機械的強度などの面でも必ずしも好ましいも
のとはいえなかつた。さらに、前記提案法のなか
には、ジアミノシロキサンを過剰使用して合成さ
れたポリイミド前駆体とジアミノシロキサンを全
く用いないでつまり分子内に珪素原子を含まない
ジアミンを用いて含成されたポリイミド前駆体と
の混合物とする方法もあるが、この場合でも混合
物中に占める珪素含有量が大であるため前述と同
様の問題が生じるばかりか、混合物であるが故に
密着性ないし耐湿特性さらにその他の一般特性が
ロツト間でばらつきやすく、安定した性能が得ら
れなかつた。一方、この種のシロキサン変性ポリイミド前駆
体は、耐熱性その他の一般特性上固有粘度の高い
高分子量体とされることが望まれるが、この場合
従来のシロキサン未変性のポリイミド前駆体にお
けると同様に、溶液粘度が高くなり実用的な固形
分濃度が得られない問題がある。たとえば、ポリ
イミド前駆体の合成時の仕込濃度は、一般に経済
的観点などから低くとも５〜15重量％程度とされ
ているのが普通であるが、このように低い仕込み
濃度としたときでも、スピンコート、デイツピン
グあるいははけ塗りなどに適した溶液粘度を得る
ためには、重合反応後さらに相当量希釈しなけれ
ばならない。そして、かかる希釈操作は、製造ロ
ツト間での溶液粘度のバラツキや塗工作業を複雑
とする原因となり、また固形分濃度の著しい低下
によつて、形成される塗膜にハジキや偏肉現象を
生じさせ、ポリイミドからなる層間絶縁膜の性能
に悪影響をおよぼす結果となる。この発明、上記の観点から、高濃度状態で塗工
可能な粘度を示し、しかも素子表面に対して密着
性にすぐれかつ耐湿特性良好なポリイミドからな
る層間絶縁膜を与え、またこの絶縁膜がポリイミ
ド本来の耐熱性、電気絶縁性、機械的強度などを
具備しうるようなシロキサン変性ポリイミド前駆
体を得るために、鋭意検討を重ねた結果、見い出
されたものである。すなわち、この発明は、不活性溶媒中で、次の
一般式；（R₁は二価の有機基、R′は一価の有機基であり、
ｎは１〜1000の整数である）で表されるジアミノシロキサンと分子内に珪素原
子を含まないジアミンとからなるジアミノ化合物
を芳香族テトラカルボン酸二無水物と、上記ジア
ミノシロキサンがジアミノ化合物全体量の１〜４
モル％となる割合で重合反応させることにより、
珪素含有量が0.5重量％以下のシロキサン変性ポ
リイミド前駆体の溶液を得、この溶液を40〜80℃
で加熱熟成して上記前駆体の固有粘度を低下さ
せ、ついでこの溶液を半導体素子上に塗布したの
ち高温加熱処理してポリイミドからなる層間絶縁
膜を形成することを特徴とする半導体素子の層間
絶縁膜形成方法に係るものである。このように、この発明においては、ポリイミド
からなる層間絶縁膜の密着性を改善するために用
いられるジアミノシロキサンは、前記特定範囲が
必要かつ充分なものであり、かかる使用割合にす
ると、ポリイミド前駆体中に占める湿熱分解や酸
ないしアルカリにより切断されやすいシロキサン
結合部分がごく僅かなものとなるために、ポリイ
ミド絶縁膜の耐湿特性を低下させることがなく、
またポリイミド本来の耐熱性、電気絶縁性、機械
的強度などを損なう心配もないことを見い出し
た。一方、ジアミノシロキサンを上記使用割合にし
て合成されるシロキサン変性ポリイミド前駆体
は、このままでは従来の前駆体と同様に溶液粘度
が高くなる欠点を有している。ところが、前記こ
の発明により、重合反応後のポリイミド前駆体溶
液をさらに特定の温度下で加熱熟成すると、前駆
体の分子開裂ないし再配列によつてその固有粘度
が低下し、その後溶剤で希釈しなくとも塗布可能
な溶液粘度が得られること、およびこの方法で高
濃度でかつ低粘度の溶液としたときに、前記手段
によつて達成されたポリイミド絶縁膜としてのす
ぐれた密着性および耐湿特性はもちろんのこと、
耐熱性、機械的強度、電気絶縁性などにほとんど
悪影響をおよぼさないものであることを見い出し
たものである。この発明において一般式(1)で示されるジアミノ
シロキサンは、式中の２個のR₁および各R′がそ
れぞれ同一もしくは異なるものであつてもよく、
従来公知のものが広く包含される。その代表的な
ものを例示すると以下の如くである。この発明において用いられる分子内に珪素原子
を含まないジアミン（以下、単に珪素不含ジアミ
ンと称する）は、次の一般式(2)； H₂N−R₂−NH₂ ……(2) （R₂は珪素原子を含まない二価の有機基である）で表される芳香族ジアミン、脂肪族ジアミンおよ
び脂環族ジアミンが含まれ、式中のR₂は前記一
般式(1)中のR₁と同一であつても異なるものであ
つてもよい。とくに好適なのは芳香族ジアミンで
あるが、その代表例を示すと、たとえばメタフエ
ニレンジアミン、パラフエニレンジアミン、４・
4′−ジアミノジフエニルメタン、４・4′−ジアミ
ノジフエニルエーテル、２・2′−ビス（４−アミ
ノフエニル）プロパン、３・3′−ジアミノジフエ
ニルスルホン、４・4′−ジアミノジフエニルスル
ホン、４・4′−ジアミノジフエニルスルフイド、
ベンジジン、ベンジジン−３・3′−ジカルボン
酸、ベンジジン−３・3′−ジスルホン酸、ベンジ
ジン−３−モノカルボン酸、ベンジジン−３−モ
ノスルホン酸、３・3′−ジメトキシ−ベンジジ
ン、パラ−ビス（４−アミノフエノキシ）ベンゼ
ン、メタ−ビス（４−アミノフエノキシ）ベンゼ
ン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジ
アミンなどが挙げられる。この発明において上記のジアミノシロキサンと
珪素不含ジアミノとからなるジアミノ化合物と重
合反応させる芳香族テトラカルボン酸二無水物
は、次の一般式(3)；（Arは四価の有機基である）で表されるものであり、その代表的なものを例示
すると、たとえばピロメリツト酸二無水物、３・
3′・４・4′−ベンゾフエノンテトラカルボン酸二
無水物、３・3′・４・4′−ビフエニルテトラカル
ボン酸二無水物、２・３・3′・4′−ビフエニルテ
トラカルボン酸二無水物、２・３・６・７−ナフ
タレンテトラカルボン酸二無水物、１・２・５・
６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１・
４・５・８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水
物、２・2′−ビス（３・４−ジカルボキシフエニ
ル）プロパン二無水物、ビス（３・４−ジカルボ
キシフエニル）スルホン二無水物、３・４・９・
10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス
（３・４−ジカルボキシフエニル）エーテル二無
水物、２・2′−ビス（２・３−ジカルボキシフエ
ニル）プロパン二無水物、１・1′−ビス（２・３
−ジカルボキシフエニル）エタン二無水物、ベン
ゼン−１・２・３・４−テトラカルボン酸二無水
物、２・３・６・７−アントラセンテトラカルボ
ン酸二無水物、１・２・７・８−フエナントレン
テトラカルボン酸二無水物などがある。この発明にとくに好適な芳香族テトラカルボン
酸二無水物は、３・3′・４・4′−ビフエニルテト
ラカルボン酸二無水物である。この二無水物を使
用すると、高温高湿雰囲気下、たとえば121℃、
２気圧のプレツシヤークツカーテスト（以下、単
にPCTと略す）による電気特性がもつともすぐ
れた、つまり耐湿特性の極めて良好なポリイミド
が得られ、層間絶縁膜としての性能を大きく向上
させることができる。もちろん、他の二無水物を
使用する場合でも耐湿特性の向上を図りうる。この発明においては、上記のジアミノシロキサ
ンと珪素不含ジアミノとを同時に芳香族テトラカ
ルボン酸二無水物と重合反応させることが必要
で、たとえば両ジアミノ化合物を別々に重合させ
てのち混合する方式では、密着性および耐湿特性
のばらつきを生じ、品質の安定化を図りえない。この重合反応に用いられるジアミノシロキサン
は、すでに述べたように、ジアミノ化合物全体量
の１〜４モル％、好適に３〜3.5モル％であり、
また得られるシロキサン変性ポリイミド前駆体中
に含まれてくる珪素含有量が0.5重量％以下とな
るように、その使用量を設定しなければならな
い。これらの量的関係を満足しなければ、密着性
と耐湿特性との両立が難しくなる。このジアミノ
シロキサンと珪素不含ジアミノとからなるジアミ
ノ化合物の芳香族テトラカルボン酸二無水物に対
する使用割合は、通常等モルとされるが、必要に
応じて一方を多少多くしても差し支えない。重合反応は、従来公知の方法に準じて行えばよ
く、不活性溶媒の存在下、一般に窒素ガス気流中
で重合発熱を勘案して通常40℃以下、とくに好適
には30℃以下に制限しながら所定の重合度が得ら
れるまで反応させればよい。なお、半導体素子の層間絶縁膜としてのポリイ
ミドは、イオン性不純物に汚染されることをさけ
なければならない。Na⁺、K²、Ca²⁺などのカチ
オン性不純物、Cl^-などのアニオン性不純物など
からの汚染をうけないように注意しなければなら
ず、特にNa⁺イオンはポリイミドからなる層間絶
縁膜の電気特性に悪影響を及ぼす。そのため重合
に際しては原料モノマー、溶媒ともに周知の方法
により充分精製したのち、使用すべきである。例
えばNa⁺イオンで5PPM以下、好適には1PPM以
下であることが望ましい。このような重合反応に用いられる不活性溶媒と
しては、たとえばＮ−メチル−２−ピロリドン、
Ｎ・N′−ジメチルアセトアミド、Ｎ・N′−ジメ
チルホルムアミド、Ｎ・N′−ジメチルスルホキ
シド、ヘキサメチルホスホルアミドなどの高極性
塩基性溶媒が用いられる。この種の溶媒はいずれ
も吸湿性が大きく、吸湿された水は重合時の分子
量の低下、貯蔵安定性の低下の原因となるので使
用に先だつて脱水剤で充分に脱水しておくのがよ
い。またこれらの溶媒とともにトルエン、キシレ
ン、ベンゾニトリル、ベンゼン、フエノールの如
き汎用溶媒を併用することもできる。しかしその
使用量は生成ポリイミド前駆体の溶解度を低下さ
せない範囲にすべきである。上記方法で合成されるシロキサン変性ポリイミ
ド前駆体の重合度は、反応物の固有粘度〔η〕を
調べることによつて簡単に検知できるものである
が、この固有粘度が1.3〜3.0となるまでの高重合
度とされていることが望ましい。これより低くな
るようでは、耐熱性その他の一般特性に好結果が
得られないからである。この明細書に記載される固有粘度〔η〕とは、
溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンを使用
し、測定温度30±0.01℃（恒温槽）で次式にした
がつて算出した値を意味するものである。〔η〕＝ln（ｔ／to）／ｃｔ；ウベローデ粘度計で測定されるポリマー溶液
の落下時間 To；上記同様に測定される溶媒の落下時間ｃ；ポリマー濃度（0.5重量％とする）この発明においては、上記の重合反応工程に引
続き同一反応容器内で窒素気流中、40〜80℃、好
適には50〜60℃まで昇温して加熱熟成を行う。こ
の加熱熟成によつて前記の重合反応で得た高重合
度のシロキサン変性ポリイミド前駆体に適度な分
子開裂ないし再配列を生じさせて、低分子量化す
るものである。低分子量化の度合は、溶液粘度とポリイミド特
性との関係によつて決められるものであり、一般
には固有粘度が0.3〜0.7となるようにするのが好
ましい。目安として、溶液濃度25重量％で溶液粘
度が1000〜20000センチポイズ程度である。上記
固有粘度があまりに低くなりすぎると、最終段階
での皮膜形成能に劣つてくるし、また層間絶縁膜
を形成したときの絶縁特性、耐熱性その他の諸特
性が損なわれる。加熱熟成温度をとくに40〜80℃に設定した理由
は、80℃を越える温度、とくに100℃以上になる
と架橋反応が進行しゲル化の危険があるためであ
り、また40℃より低くなると熟成の効果が充分に
得られず、熟成時間も長くなつて作業性を損なう
ためである。このようにして得られる最終生成物としてのシ
ロキサン変性ポリイミド前駆体は、その重合度が
低下しているといつても、飽くまでもつぎの一般
式(4)にて示されるように、珪素不含ジアミンとジ
アミノシロキサンがアミド結合を介して芳香族テ
トラカルボン酸二無水物へ付加した結合単位が、
ランダムであるポリマー構造を有するものであ
り、このポリイミド前駆体の分子鎖にシロキサン
結合がごく僅か組み込まれた構造を有することを
特徴としている。（R₁、R₂、R′、ｎおよびArは前記のとおり、ｌ
およびｍはともに正の整数で、ｍ／ｌ＋ｍ＝0.01
〜0.04である）（R₁、R₂、R′、Ar、ｎ、ｌおよびｍは前記のと
おりである）かかるシロキサン変性ポリイミド前駆体は、そ
の溶液粘度が低く、たとえば重合反応工程での仕
込み濃度を20〜25重量％ないしそれ以上としたと
きでも加熱熟成工程後にあえて希釈しなくとも、
スピンコート、デイツピングあるいははけ塗りな
どに適した粘度を有している。この発明においては、上記の前駆体溶液を上記
塗工法によりシリコンウエハの如き素子上に塗工
したのち、高温加熱処理して、脱水、環化するこ
とにより、シリコンウエハなどに対してすぐれた
密着性を示す前記の一般式(5)で示される如きポリ
イミドからなる層間絶縁膜を形成することができ
る。このポリイミド絶縁膜は耐湿特性に非常にす
ぐれているとともに、この本来の良好な耐熱性、
耐薬品性、機械的特性および卓越した電気絶縁性
を具備しており、半導体素子の層間絶縁膜として
すぐれた性能を発揮する。以下に、この発明の実施例を記載してより具体
的に説明する。実施例１撹拌装置、冷却管、温度計および窒素置換装置
を付した500mlのフラスコを水浴上に固定した。
水素化カルシウムで一昼夜乾燥しさらに窒素置換
後蒸留したＮ・N′−ジメチルホルムアミド148.71
ｇを上記フラスコ中に加え、窒素を流し込み、以
下の方法で重合反応を行つた。まず、１mlのマイクロシリジンによりビス（３
−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン
（前記式イのジアミノシロキサン）0.87ｇ
（0.0035モル）、ついで４・4′−ジアミノジフエニ
エーテル19.3ｇ（0.0965モル）を仕込み、溶解す
るまで撹拌した。その後、３・3′・４・4′−ビフ
エニルテトラカルボン酸二無水物29.4ｇ（0.1モ
ル）を徐々に添加した。反応系を30℃以下となる
ように保持しながら透明粘稠溶液となるまで撹拌
した。このようにして得られたシロキサン変性ポ
リイミド前駆体の25重量％溶液は、25℃BH型粘
度計で測定される粘度（以下同様）が測定上限
（2000000センチポイズ）以上であり、前駆体の固
有粘度は1.67、珪素含有量は0.397重量％であつ
た。つぎに、加熱熟成工程として、水浴を取り去つ
て湯浴に換え、同一の反応容器を55±５℃に加熱
撹拌し、窒素気流中６時間加熱熟成したのち、さ
らに引続き28時間、計34時間加熱熟成することに
より、固有粘度が0.42、溶液粘度が4400センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液をシリコンウエハ上にスピンコ
ートし、熱風乾燥機中150℃で１時間、200℃で１
時間、250℃で６時間加熱処理して、強靭なポリ
イミドからなる層間絶縁膜を形成した。このポリ
イミド絶縁膜の赤外吸収スペクトルは、1780cm^-1
および1720cm^-1にイミド基形成にもとづく＞Ｃ＝
Ｏの吸収が認められた。なお、上記スピンコート
は、3500r.p.mの回転数で前駆体溶液を２〜３ｇ
滴下する方法で行つた。実施例２精製Ｎ・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を125.91ｇとし、芳香族テトカルボン酸二無水物
としてピロメリツト酸二無水物21.8ｇ（0.1モル）
を使用した以外は、実施例１と同様に重合反応を
行つて、珪素含有量が0.469重量％、固有粘度が
1.65、溶液粘度が2000000センチポイズ以上の高
分子量のシロキサン変性ポリイミド前駆体の25重
量％溶液を得た。つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例１の場合と同様にして55±５℃で24時
間加熱熟成することにより、固有粘度0.38、溶液
粘度2200センチポイズとなるまで低分子量化し
た。この前駆体溶液をシリコンウエハ上に実施例１
と同様にスピンコートし、熱風乾燥機中で150℃
で１時間、200℃で１時間、300℃で１時間加熱処
理して強靭なポリイミドからなる層間絶縁膜を形
成した。実施例３精製Ｎ・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を156.53ｇとし、芳香族テトラカルボン酸二無水
物として３・3′・４・4′−ベンゾフエノンテトラ
カルボン酸二無水物32.2ｇ（0.1モル）を、珪素
不含ジアミンとして４・4′−ジアミノジフエニル
メタン19.107ｇ（0.0965モル）を使用した以外
は、実施例１と同様にして重合反応を行つて、珪
素含有量が0.377重量％固有粘度が1.38で、溶液
粘度が1700000センチポイズの高分子量のシロキ
サン変性ポリイミド前駆体の25重量％溶液を得
た。つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を、実施例１の場合と同様にして、55±５℃で
15時間加熱熟成することにより、固有粘度0.45
で、溶液粘度2300センチポイズとなるまで低分子
量化した。この前駆体溶液をシリコンウエハ上に実施例１
と同様にスピンコートしたのち加熱処理してポリ
イミドからなる層間絶縁膜を形成した。この絶縁
膜は、６ケ月経過後の引張抗張力が初期値の40％
に低下したが、層間絶縁膜としては充分に使用で
きる程度の強靭性であつた。比較例１精製Ｎ・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を148.27ｇ、４・4′−ジアミノフエニルエーテル
の使用量を19.9ｇ（0.0995モル）、ビス（３−ア
ミノプロピル）テトラメチルジシロキサンの使用
量を0.1243ｇ（0.0005モル）とした以外は、実施
例１と同様にして重合反応を行つて、珪素含有量
が0.057重量％、固有粘度が2.37で、溶液粘度が
2000000センチポイズの高分子量のシロキサン変
性ポリイミド前駆体の25重量％溶液を得た。つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例１と同様の操作で加熱熟成することに
より、固有粘度が0.41、溶液粘度が2700センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液
をシリコンウエハ上に実施例１と同様にスピンコ
ートしたのち加熱処理してポリイミドからなる層
間絶縁膜を形成した。比較例２精製Ｎ・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を149.22ｇ、４・4′−ジアミノフエニルエーテル
の使用量を18.6ｇ（0.093モル）、ビス（３−アミ
ノプロピル）テトラメチルジシロキサンの使用量
を1.7395ｇ（0.007モル）とした以外は、実施例
１と同様にして重合反応を行つて、珪素含有量が
0.791重量％、固有粘度が0.80で、溶液粘度が
50000センチポイズのシロキサン変性ポリイミド
前駆体の25重量％溶液を得た。つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例１と同様の操作で加熱熟成することに
より、固有粘度が0.45、溶液粘度が5100センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液
をシリコンウエハ上に実施例１と同様にスピンコ
ートしたのち加熱処理してポリイミドからなる層
間絶縁膜を形成した。比較例３ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシ
ロキサンと４・4′−ジアミノジフエニルエーテル
とを実施例２と同じ割合で別々にピロメリツト酸
二無水物と重合反応させたのち、両者を混合して
ポリイミド前駆体混合物の25重量％溶液を得た。
ジアミノシロキサンから得たポリイミド前駆体の
固有粘度は0.63、珪素不含ジアミンから得たポリ
イミド前駆体の固有粘度は2.00であつた。またポ
リイミド前駆体混合物中の珪素含有量は0.469重
量％で、溶液粘度は測定上限（2000000センチポ
イズ）以上であつた。つぎに、上記溶液を、さらに実施例１と同様の
操作で加熱熟成することにより、固有粘度が
0.53、溶液粘度が4100センチポイズとなるまで低
分子量化した。この前駆体溶液を実施例２と同様
にスピンコートしたのち、さらに同様に加熱処理
してポリイミドからなる層間絶縁膜を形成した。比較例４精製Ｎ・N′−ジメチルホルムアミドの使用量
を99.27ｇとし、芳香族テトラカルボン酸二無水
物としてピロメリツト酸二無水物を21.8ｇ（0.1
モル）、珪素不含ジアミンとしてパラ−フエニレ
ンジアミンを10.42ｇ（0.0965モル）、ジアミノシ
ロキサンとしてビス（３−アミノプロピル）テト
ラメチルジシロキサンを0.87ｇ（0.0035モル）使
用した以外は、実施例１と同様にして重合反応を
行つて、珪素含有量が0.594重量％、固有粘度が
1.58で、溶液粘度が1800000センチポイズのシロ
キサン変性ポリイミド前駆体の25重量％溶液を得
た。つぎに、加熱熟成工程として、上記の前駆体溶
液を実施例１と同様の操作で加熱熟成することに
より、固有粘度が0.39、溶液粘度が1900センチポ
イズとなるまで低分子量化した。この前駆体溶液
をシリコンウエハ上に実施例１と同様にスピンコ
ートしたのち、さらに加熱処理してポリイミドか
らなる層間絶縁膜を形成した。つぎに、上記実施例１〜３および比較例１〜４
で得られたポリイミド絶縁膜の同一環境条件下で
の密着性および電気絶縁性につき試験した。ま
た、ポリイミド絶縁膜を形成する際のスピンコー
トによる塗布性（塗膜の状態）を目視にて観察し
た。これらの結果は、次の表に示されるとおりで
あつた。なお、実施例１〜３における「Ｂ」と
は、各実施例の結果であり、「Ａ」とは参考のた
めに各実施例において加熱熟成工程を省略し、重
合反応工程で得た高分子量、高粘度のシロキサン
変性ポリイミド前駆体溶液を塗布可能な程度にま
で溶媒で希釈してポリイミドからなる層間絶縁膜
を形成したときの試験結果である。

【表】上記の表から明らかなように、この発明によれ
ば、シリコンウエハなどの素子表面への塗布性に
すぐれ、クラツク、ピンホールなど塗膜欠陥に起
因する欠点を克服でき、密着性、耐熱性、低応力
性、機械的強度にすぐれ、また耐湿特性にもすぐ
れるポリイミドからなる層間絶縁膜を形成でき、
半導体素子の安定供給ならびに信頼性向上に寄与
するものであることがわかる。またこの発明にお
いて芳香族テトラカルボン酸二無水物として３・
3′・４・4′−ビフエニルテトラカルボン酸二無水
物を用いた実施例１によればその効果がとくに顕
著となることも明らかである。一方、この発明とは異なり、重合反応後加熱処
理を行わないもの（各実施例の「Ａ」）では、い
ずれも塗布性が悪くなり、またジアミノシロキサ
ンの使用量が少ないもの（比較例１）逆に使用量
が多いもの（比較例２、４）では、密着性を損な
うか耐湿特性が悪くなり、さらにジアミノシロキ
サンの使用量がこの発明の範囲内にあつてもジア
ミノシロキサンと珪素不含ジアミンとを別々に芳
香族テトラカルボン酸二無水物と反応させる方法
を採ると（比較例３）、密着性や耐湿特性などに
好結果が得られないことも判る。なお、別の実験として、実施例１における加熱
熟成工程での加熱処理時間を６時間として固有粘
度0.75、溶液粘度30000センチポイズのシロキサ
ン変性ポリイミド前駆体をつくり、これを用いて
前記同様にポリイミドからなる層間絶縁膜を形成
したところ、スピンコート時の塗膜性状はある程
度改良されていたが、偏肉発生がややみられ実施
例１に較べて塗布性に劣つていた。また、逆に加
熱処理時間を60時間として固有粘度0.28、溶液粘
度600センチポイズのシロキサン変性ポリイミド
前駆体をつくり、これを用いてポリイミドからな
る層間絶縁膜を形成したところ、低分子量化が進
みすぎているため絶縁膜にミクロクラツクが発生
し、絶縁破壊電圧が低下し、半導体素子の層間絶
縁膜としての性能を発揮させえなかつた。

Claims

【特許請求の範囲】１不活性溶媒中で、次の一般式；（R₁は二価の有機基、R′は一価の有機基であり、
ｎは１〜1000の整数である）で表されるジアミノシロキサンと分子内に珪素原
子を含まないジアミンとからなるジアミノ化合物
を芳香族テトラカルボン酸二無水物と、上記ジア
ミノシロキサンがジアミノ化合物全体量の１〜４
モル％となる割合で重合反応させることにより、
珪素含有量が0.5重量％以下のシロキサン変性ポ
リイミド前駆体の溶液を得、この溶液を40〜80℃
で加熱熟成して上記前駆体の固有粘度を低下さ
せ、ついでこの溶液を半導体素子上に塗布したの
ち高温加熱処理してポリイミドからなる層間絶縁
膜を形成することを特徴とする半導体素子の層間
絶縁膜形成方法。