JPH03160746A - 半導体素子用平担化材料 - Google Patents

半導体素子用平担化材料

Info

Publication number
JPH03160746A
JPH03160746A JP30057089A JP30057089A JPH03160746A JP H03160746 A JPH03160746 A JP H03160746A JP 30057089 A JP30057089 A JP 30057089A JP 30057089 A JP30057089 A JP 30057089A JP H03160746 A JPH03160746 A JP H03160746A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polyimide resin
fine powder
insulating material
base material
heat treatment
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.)
Pending
Application number
JP30057089A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiji Fujino
藤野 誠二
Fumio Obara
文雄 小原
Toshiyuki Kawai
利幸 河合
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.)
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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 Nippon Soken Inc filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP30057089A priority Critical patent/JPH03160746A/ja
Publication of JPH03160746A publication Critical patent/JPH03160746A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

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、半導体素子の眉間絶縁膜材料、あるいはトレ
ンチ等の溝埋め用として使用される半導体素子用平坦化
材料に関する。
[従来の技術] 半導体基板に予め四部を形戒して、該凹部内に半導体チ
ップを接合固定した埋め込み型の素子が提案されている
。このような素子では、基板とチップの間に生じる渭を
埋め、あるいは基板およびチップ表面の段差をなくすた
めの平坦化層を形成する必要があり、チップ側の電極と
基板側の電極とを電気的に接続する際の、配線の段切れ
等を防止するために重要である。
半導体素子製造における平坦化技術としては、従来、■
絶縁性樹脂溶液を塗布、熱硬化する塗布法、■BPSG
膜等を形或した後、熱処理して表面を流動化する流動化
法、■平坦化しようとする層とエッチングレートの同じ
レジストを塗布して同時にエッチングするエッチバック
法、および■層状均一堆積法、等が知られている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このうち■、■、■の方法は、数μm以
下の段差を平坦化しようとする場合に有効な方法である
が、数μmを越える段差の平坦化には適していなかった
例えば■の塗布法は、ボリアミド酸溶液等をスビンコー
トした後、熱処理によって溶媒を揮発させ、続いて脱水
縮合によってポリイミドとして硬化させるものである。
ところが、ボリアミド酸溶液中の樹脂戒分は通常30%
程度、最大でも37%程度であるため、スビンコート直
後(熱処理前〉はほぼ平坦な面が得られるものの、熱処
理によって溶媒が揮発すると、段差量は最大37%緩和
されるにすぎない。このため、この方法で数lOμm、
数100μmの段差を平坦化しようとすると、塗布、熱
硬化処理を複数回必要とし工程が煩雑になるという問題
があった。
また、■の方法は、減圧CVD法等によって多結晶シリ
コンを段差部に堆積するもので、数10μm以上の段差
にも適用可能である。しかしながら、この方法では、堆
積時の温度が600’C程度と、アルミニウム等の配線
材料の耐黙温度以上であるため、配線工程を経た後では
採用することができなかった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、数lO
μm、数10.0μmといった大きな段差を、比較的低
温で、かつ簡単な工程で平坦化することを目的とするも
のて′ある。
[課題を解決するための千段] 本発明者等は、上記従来の課題を解決するために鋭意検
討を行ない、その結果、半導体素子の製゛造工程におい
て使用される平坦化材料として、ポリイミド系樹脂を基
材とし、これより熱膨張係数の小さい絶縁材料の微粉末
を50重量%以下の範囲で含有する材料を用いることで
平坦化が容易になることを見出した。
本発明において、基材であるポリイミド系樹脂の出発原
料としては、例えば、ジアミンと四塩基酸二無水物をア
ルコール等の極性溶媒中で反応させることによって得ら
れるポリアミド酸溶液が使用される。
絶縁材料微粉末としては、高い絶縁性を有し、かつ平坦
化材料自体の熱膨張係数を半導体基板の熱膨張係数に近
付けるため、基材であるポリイミド系樹脂(熱i張係数
:〜1xlO−”/’C)より熱膨張係数が小さいもの
を使用する。具体的には、SiO2、Si3N4等の微
粉末が挙げられる。
この絶縁材料微粉末の平均粒径は1μm以下であること
が望ましく、平均粒径が1μmより大きい場合には熱処
理後の平坦化層にクラックが発生するおそれがある。ま
た、平坦化層表面に絶縁材料微粉末が露出して1μmよ
り大きい突起となると、平坦化層上に配線層を形成した
場合、配線の段切れ、マイグレーション等半導体素子の
品質に悪影響を及ぼす原因となる。
絶縁材料微粉末の形状は、フレーク状あるいは短繊維状
のものが望ましい。これにより、冷熱サイクル等におけ
る信頼性を向上させることができ、加熱、冷却の繰返し
によって基材であるポリイミド系樹脂にクラックが発生
することを抑制する。
本発明の平坦化材料を半導体素子の平坦化に適用する場
合には、出発原料であるボリアミド酸溶液に、上記絶縁
材料の微粉末を所定量添加して撹拌、混合し、これを半
導体素子表面に塗布した後、熱処理する。熱処理温度は
、通常、200〜350℃であり、これにより溶液中の
溶媒が揮発し、さらに脱水反応によってイミド基が生成
して、絶縁材料微粉末を含有するポリイミド系樹脂膜と
なる。
熱処理後の平坦化材料中の、絶縁材料微粉末の含有量は
、重量割合で50%以下とする必要があり、含有量が5
0%を越えると、基材であるポリイミド系樹脂にクラッ
クが発生しやすくなるので好ましくない。50%を越え
ない範囲で、平坦化する段差の大きさ、講の深さを考慮
して、適宜含有量を設定するのがよい。
なお、本発明の平坦化材料は、他の戒分、例えば基板と
の接着性を改善するためのカブラー剤等を含んでいても
よい。また、塗布時、ポリアミド酸溶液に絶縁材料微粉
末を混入した後、粘度調整のため、絶縁材料微粉末の含
有量に応じて極性溶媒を適当量添加してもよい。
[作用] 第1図は本発明の平坦化材料■の概念図であり、基材で
あるポリイミド系樹脂2に絶縁材料の微粉末3を所定割
合で混入させてある。
基材であるポリイミド系樹脂2単独では、原料であるボ
リアミド酸溶液中の固形分量が限られ、熱処理による体
積収縮が著しいが、本発明では、絶縁材料微粉末3を添
加することで、ポリアミド酸溶液中の固形或分を増加さ
せ、熱処理後の体積収縮度合を著しく改善することがで
きる。従って数↓0μm以上の深い講部への適用が可能
で、表面の平坦性を保持できる。また絶縁材料を用いて
いるので、平坦化材料の絶縁性を損なうことがない。
さらに、添加される絶縁材科微粉末は、基材であるポリ
イミド系樹脂(熱膨張係数:〜IXIσ5/゜C)より
熟膨張係数が小さく、例えばSiO2では0 . 5 
X 1 0−6/’Cである。このため、平坦化材料全
体の熱膨張係数を、基板材料であるシリコンの熟膨張係
数(2.4〜3X106/’C)に近付けることができ
、熱負荷に対する半導体素子への影響を最低限に抑える
ことができる。
また熱処理温度は、ポリアミド酸溶液の溶媒を褌発させ
、脱水縮合させるに必要な温度があればよく、通常35
0℃以下の比較的低温での処理が可能であるので、素子
品質に,Q影響を与えることはない。
[実施例] 次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、?発明
はその要旨を越えない限り以下の実施例により何等限定
されるものではない。
実施例 ジアミンと四塩基酸二無水物を極性溶媒中で反応させて
得られたポリアミド酸溶液(デュポン社製、P1270
3D、商品名)を出発原料として用い、この溶液にSi
ns>微粉末を含有量が所定量となるように、撹拌しな
がら混入した。SiO■微粉末は平均粒径0.8μm、
フレーク状のものを用いた。
上記のようにして調製したSiO2微粉末を含有するボ
リアミド酸溶液を、通常のスピナによって、第2図(a
)に示す如く、上面にV字状の講41を設けたシリコン
基板4の上面一面に塗布した。講41は、幅(B)22
0μm、深さ(H)156μmであった。
その後、100℃でボリアミド酸溶液中の極性溶媒を揮
発させ、200℃でイミド化を促進し、最終の熱処理3
50℃で脱水縮合反応により硬化させ前記第l図で示し
たポリイミド系樹脂2と絶縁材料微粉末3からなる膜と
なし、平坦化層5とした。
平坦化層5中のSiO2微粉末の含有量と、溝4■にお
ける平坦化層5の凹量:A(μm)の関係を第2図(b
)に示す。また、含有量O%、44%、50%の場合の
試料の断面形状のSEM(走査型電子顕微鏡)観察像を
第3図(a)〜(c)に示した。
含有量の増加に伴い、四量:Aが直線的に低減しており
、含有量50%では微粉末を含有しない場合に比べ、凹
量:Aが約54%低減されていることがわかる。これは
第3図(a)〜(c)の比較によっても明らかで、Si
O2微粉末の添加により平坦性が改善されている様子が
わかる。また、含有量50%を越えるものでは、凹量:
Aは低減しているものの、基材であるポリイミド樹脂に
クラックの発生が観察された。
なお、第3図中、溝部表面に観察されるコントラストの
異なる層は、シリコン基板と平坦化層との密着性を改善
するために、通常形成される接着層であり、平坦性の改
善のみを目的とする場合には必ずしも必要ではない。
[発明の効果] 以上述べたように、半導体素子用平坦化材料として、絶
縁材料微粉末を混入させたポリイミド系樹脂を用いると
、数10μm、数100μmといった大きな段差を、比
較的低温で、かつ簡便な工程で平坦化することができる
。さらにポリイミド系樹脂は、通常、その熱膨張係数が
10−5オーダーであるのに対し、これより熱膨張係数
が小さい、例えば熟膨張係数が10−7〜10−6オー
ダーの絶縁材料微粉末を用いることにより、平坦化材料
全体の熱膨張係数を小さくすることができ、シリコン基
板内に構成される素子あるいはパッシベーション膜等へ
の影響を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体素子用平坦化材料の概念図、第
2図(a)は本発明実施例における試験方法を説明する
図、第2図(b)は絶縁材料微粉末の含有量と凹量との
関係を示す図、第3図(a)、(b)、(c)はそれぞ
れ絶縁材料微粉末含有量0%、44%、50%とした場
合の平坦化層の断面形状を示す電子顕微鏡写真である。 ■・・・・・・半導体素子用平坦化材料2・・・・・・
ポリイミド系樹脂 3・・・・・・絶縁材料微粉末 第1図 第2図 Q 微粉末含有率 ([1%)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ポリイミド系樹脂を基材とし、これより熱膨張係数の小
    さい絶縁材料の微粉末を50重量%以下の範囲で含有す
    ることを特徴とする半導体素子用平坦化材料。
JP30057089A 1989-11-17 1989-11-17 半導体素子用平担化材料 Pending JPH03160746A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30057089A JPH03160746A (ja) 1989-11-17 1989-11-17 半導体素子用平担化材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30057089A JPH03160746A (ja) 1989-11-17 1989-11-17 半導体素子用平担化材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03160746A true JPH03160746A (ja) 1991-07-10

Family

ID=17886432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30057089A Pending JPH03160746A (ja) 1989-11-17 1989-11-17 半導体素子用平担化材料

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03160746A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334031A (ja) * 1993-05-25 1994-12-02 Nec Corp 半導体装置の素子分離方法
US7262477B2 (en) 2002-04-30 2007-08-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06334031A (ja) * 1993-05-25 1994-12-02 Nec Corp 半導体装置の素子分離方法
US7262477B2 (en) 2002-04-30 2007-08-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mills et al. Benzocyclobutene (DVS-BCB) polymer as an interlayer dielectric (ILD) material
CA2009518C (en) Spin-on glass processing technique for the fabrication of semiconductor device
US5817582A (en) Process for making a semiconductor device having a TEOS based spin-on-glass
EP0262024A1 (en) Planarization method
US5928791A (en) Low dielectric constant material with improved dielectric strength
TW449898B (en) Hydrogen silsesquioxane thin films for low capacitance structures in integrated circuits
JP2005516394A (ja) 狭ギャップ充填用途の誘電フィルム
TWI848938B (zh) 疊層板
JP3054637B2 (ja) 集積回路のパッシベーション方法
JP3859540B2 (ja) 低誘電率絶縁膜形成用材料
JP2002534804A (ja) 有機ヒドリドシロキサン樹脂による誘電フィルム
JPH03160746A (ja) 半導体素子用平担化材料
KR20040005920A (ko) 적층 구조물 및 이의 제조 방법
JP2011162591A (ja) 三次元集積回路用の層間充填材組成物、塗布液、三次元集積回路の製造方法
JPH0826707A (ja) 窒化アルミニウム粉末
JP3095866B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPS5860563A (ja) 電子部品の保護膜
Zhuang et al. O 2 plasma treatment in polymer insulation process for through silicon vias
TWI883742B (zh) 樹脂組合物及其配製方法與預浸片
Shan et al. 3D Printing of AlN Polyimide Composite Ink for Wafer Channel Filling
TW200523953A (en) Zeolite-sol gel nano-composite low k dielectric
JPH0120531B2 (ja)
JPS61260638A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS63137433A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20250084452A (ko) 금속산화물 피막용 접착제, 이의 제조방법 및 금속산화물 피막 적층체