多層配線構造の形成方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハやガラス基板上に多層配線構造を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハやガラス基板上に形成されるデバイスは、下層配線と上層配線とをビアホールを介して電気的に接続してなる多層配線構造としたものが一般的である。
【０００３】
そして、下層配線と上層配線との間に絶縁膜のみを介在させただけでは、下層配線の凹凸がそのまま残ってしまい、この凹凸の上に上層配線をＣＶＤ等で形成することになり、断線等の原因になる。そこで、配線間の凹部をＳＯＧ（Spin-On-Glass：珪素化合物溶液、及びこの溶液を塗布・焼成することで形成される酸化珪素膜）で充填して平坦化を図る技術が通常行われている。中でも、Ｓi−Ｈ結合を含む無機ＳＯＧについては、例えば特開平８−３１６２２８号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−３１６２２８号公報にあっては、ＳＯＧとしてＳi−Ｈ結合を含む無機ＳＯＧを用いているため、有機ＳＯＧに比べ誘電率が高く、熱によるクラックが発生しやすい。
【０００５】
一方、有機ＳＯＧにあっては、無機ＳＯＧが抱える問題はないのであるが、酸素ガスを用いてレジストをアッシングする際に、ポアゾンドビア（ｐｏｉｓｏｎｅｄ ｖｉａ）と称する欠陥を生じやすい。特に、有機ＳＯＧにあってはＳiに有機基（例えばメチル基（ＣＨ3）等）が結合しており、このメチル基の原子半径は無機ＳＯＧの水素基の原子半径よりも大きいため、深刻な問題となる。
【０００６】
これを図５の従来の多層配線構造の形成方法に基づいて説明すると、先ず同図（ａ）に示すように、基板Ｗ上に下層配線１０１を施した後、ＣＶＤによってヒロック防止膜１０２を形成し、この上に同図（ｂ）に示すようにＳＯＧ膜１０３を形成し、この後、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＧ膜１０３の上に上層配線１０４を形成し、また同図（ｄ）に示すように、パターン化レジスト膜１０５を設け、同図（ｅ）に示すように、パターン化レジスト膜１０５をマスクとしてエッチング処理にてヒロック防止膜１０２、ＳＯＧ膜１０３と上層配線１０４にビアホール（スルーホール）１０６を形成し、次いで（ｆ）に示すようにプラズマによるアッシング処理にてパターン化レジスト膜１０５を除去する。更に同図（ｇ）に示すように、ビアホール１０６内にＡl等の導体１０７を充填して電気的に接続して多層配線構造となす。
【０００７】
そして、有機ＳＯＧを使用した場合には、図５（ｆ）に示すように、レジストをアッシングする際に、有機系の成分が分解し、水分等の生成物を膜中に蓄え、ポアゾンドビアと称する欠陥１０８を生じる。
【０００８】
そこで、図６に示す有機ＳＯＧを使用したエッチバック工程を必須とした方法が行われている。即ち、同図（ａ）に示すように、基板Ｗ上に下層配線１０１を施した後、ＣＶＤによってヒロック防止膜１０２を形成し、この上に有機ＳＯＧ膜１０３を形成し、次いで同図（ｂ）に示すように、酸素プラズマ等によって有機ＳＯＧ膜１０３を所定の厚みだけ除去するエッチバックを行って下層配線１０１の直上の有機ＳＯＧ膜１０３を除去し、この後同図（ｃ）に示すように、上層配線１０４を形成し、また同図（ｄ）に示すように、パターン化レジスト膜１０５を上層配線１０４上に被覆し、同図（ｅ）に示すように、エッチング処理、続けてアッシング処理にてヒロック防止膜１０２と上層配線１０４にビアホール１０６を形成するとともにレジスト膜を除去し、更に同図（ｆ）に示すように、このビアホール１０６内にＡl等の導体１０７を充填し電気的に接続して多層配線構造となす。
【０００９】
図６に示すようにエッチバックを行えば、有機ＳＯＧ膜１０３が存在する箇所にはビアホールを形成しないことになるので、ポアゾンドビアは発生しない。
しかしながら、最近では更なる微細化（例えば０．３μｍ以下）が要求されており、配線パターンが微細化されると、有機ＳＯＧ膜の厚さは、配線パターンが密な部分では厚くなり、配線パターンが粗な部分では薄くなる。
このような状態の有機ＳＯＧ膜をエッチバックすると、パターンが粗な部分において配線層までエッチングされてしまう不利がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係る多層配線構造の形成方法は、下層配線上に直接若しくはヒロック防止膜等の所定の膜を介して有機ＳＯＧ膜を形成し、この後、エッチバックを行わずに、有機ＳＯＧ膜上に上層配線を形成し、更にその上に設けたパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、次いで、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたプラズマによるアッシング処理を０．０１Torr〜３０．０Torrの圧力雰囲気下で行った後、前記ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００１１】
酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種とした処理を０．０１〜３０．０Torr好ましくは０．０１Torr〜１．２Torrという低い圧力下でアッシング処理を行うことで、有機ＳＯＧ膜のＳi原子に結合している有機基（例えばＣＨ3基等）の分解を抑制でき、その結果、アッシング処理の際にポアゾンドビア等を生じない。したがって、エッチバックを行わなくて済む。
【００１２】
前記有機ＳＯＧ膜の炭素含有量としては、５〜２５原子量％、好ましくは８〜２０原子量％とする。ここで、炭素含有量とは有機ＳＯＧ中の有機基の割合を示す尺度であり、詳しくは、有機ＳＯＧ形成用塗布液を調製するアルコキシシラン化合物の反応量から理論的に算出されるものであり、総元素の原子量合計に対する炭素原子量の割合である。
炭素含有量が上記の範囲より小さいと有機成分が少なすぎ厚膜化できないし、また、クラックも生じやすくなる上、低誘電率という有機ＳＯＧ本来の長所を失う。また、多すぎると上層に設けられる絶縁膜との密着性不足が起こり好ましくない。
【００１３】
上記炭素含有量を有する被膜を得るには、例えば、一般式（Ｉ）ＲnＳi（ＯＲ1）4-n （ただし、一般式（Ｉ）におけるＲは炭素数１〜４のアルキル基、アリール基であり、Ｒ1は炭素数が１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜２の整数である。）で表されるアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも１種を有機溶剤中、酸触媒下で加水分解し、縮合反応して得られる化合物を含んでなる塗布液を用いると好適である。
【００１４】
上記一般式で表される化合物の具体例としては、
（イ）ｎ=１の場合、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリプロポキシシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリプロポキシシラン、モノプロピルトリトリメトキシシラン、モノプロピルトリエトキシシランなどのモノアルキルトリアルコキシシラン、モノフェニルトリメトキシシラン、モノフェニルトリエトキシシランなどのモノフェニルトリアルコキシシラン
（ロ）ｎ=２の場合、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジプロピルジジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシランなどのジアルキルジアルコキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどのジフェニルジアルコキシシラン
が挙げられる。これらの（イ）及び（ロ）を少なくとも１種使用することが必要である。
【００１５】
所望によりこれら（イ）、（ロ）と共縮合させることのできる他の成分として、上記一般式（Ｉ）で表わされる化合物のｎ＝０の場合、すなわち、（ハ）テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシランなどのテトラアルコキシシラン、等を用いることも有効である。
これらの中で実用上好ましい化合物は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランである。
【００１６】
これらのアルコキシシラン化合物は、１種用いてもよいし、２種以上用いてもよい。
具体的には、（イ）と（ハ）の２種を組み合わせた場合、若しくは（イ）と（ロ）と（ハ）の３種を組み合わせた場合、（イ）単独の場合が好適である。
その際の反応モル比は、（イ）と（ハ）の２種を組み合わせる場合、（ハ）テトラアルコキシシラン１モルに対し（イ）モノアルキルトリアルコキシシラン０．５〜４．０モル、好ましくは１．０〜２．０モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液がよい。
【００１７】
また、（イ）と（ロ）と（ハ）の３種を組み合わせる場合、（ロ）ジアルキルジアルコキシシラン１モルに対し（ハ）テトラアルコキシシラン０．５〜４モル、好ましくは１．０〜３．０モル及び（イ）モノアルキルトリアルコキシシラン０．５〜４モル、好ましくは０．５〜３．０モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液がよい。
【００１８】
また（イ）モノアルキルトリアルコキシシラン単独の場合は、ラダー型の加水分解縮合物が得られれやすく、このラダー型は緻密な膜を形成するため好ましい。
加水分解物は完全加水分解物であってもよいし、部分加水分解物であってもよい。加水分解度は水の添加量により調整することができ、目的とする有機ＳＯＧ被膜の特性により、適宜、水の添加量を調整すればよいが、一般には前記一般式で表されるアルコキシシラン化合物の合計量１モルに対し１．０〜１０．０倍モル、好ましくは１．５〜８．０倍モルの割合で反応させることが望ましい。この範囲より少なすぎると加水分解度が低くなり、被膜形成が困難であるので好ましくない。また、多すぎるとゲル化を起こしやすく保存安定性が悪くなるので好ましくない。
【００１９】
また、酸触媒としては、従来慣用的に使用されている有機酸、無機酸いずれも使用できる。有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機カルボン酸が挙げられる。無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸等の無機酸が挙げられる。
【００２０】
この場合、酸触媒を塗布液中の酸の濃度が、１〜１，０００ｐｐｍ、好ましくは、５〜５００ｐｐｍの範囲になるように酸触媒を加えるか、又は酸と加える水を混合し酸水溶液として加えて、加水分解させる。
加水分解反応は、通常５〜１００時間程度で完了する。また、室温から８０℃を超えない加熱温度で、アルコキシシラン化合物を含む有機溶剤に酸触媒水溶液を滴下して反応させることにより、短い反応時間で反応を完了させることもできる。このようにして加水分解したアルコキシシラン化合物は、縮合反応を生起し、その結果、被膜形成能を有することになる。
【００２１】
有機溶剤としては、従来慣用的に使用されている有機溶剤が使用できる。そのようなものとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールのような一価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールのような多価アルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートのような多価アルコール誘導体、酢酸、プロピオン酸のような脂肪酸などを挙げることができる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよいし２種以上組み合わせて用いてもよい。その使用量については、アルコキシシランの１モルに対し、１０〜３０モル倍量の割合で用いられる。
【００２２】
また、本発明における多層配線構造の形成方法は、ポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ被膜に対しても良好な結果が得られる。
このようなポリシラザンとしては、ゲルパーミュエーションクロマトフラフィー（ＧＰＣ）法により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が、１５００〜５０００の範囲にあるものが好ましく、特に１７００〜３０００の範囲にあるものが好適である。また、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）は１〜４の範囲にあるものが保存安定性が良好であるので好ましい。
【００２３】
特にポリシラザンは内部に活性な有機基（窒素原子、珪素原子に結合した水素）を有しており、これが架橋して増粘やゲル化を引き起こしやすく、これを防ぐためにヘキサメチルジシラザンで処理し、該活性水素の一部をトリメチルシリル基で置換したものが、保存安定性がより優れ好ましい。
【００２４】
ポリシラザンを溶解する有機溶剤としては、消防上、乾燥性及び塗布液の保存安定性の点から吸湿性が低いものが好ましい。このようなものとしては、例えば、炭素数４以上のアルキル基のジアルキルエーテル、キシレン、シクロヘキセン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ｐ−メンタン、デカリン、２，２，５−トリメチルヘキサン、ジペンテン、デカン、イソノナン、オクタンなどが挙げられるが、中でも炭素数４以上のアルキル基のジアルキルエーテルが好ましく、特にジブチルエーテルが好ましい。これらの有機溶剤は１種又は２種以上を混合して用いてもよい。
【００２５】
本発明における有機ＳＯＧ被膜形成用塗布液又はポリシラザンを含んでなる塗布液は、上記アルコキシシランの加水分解物又はポリシラザンを固形分濃度約５〜４０重量％、好ましくは１０〜２５重量％含むものが保存安定性、形成される被膜の厚膜化を考慮すると好ましい。
【００２６】
また、有機ＳＯＧ被膜の形成方法は、例えば、上記塗布液を半導体基板、ガラス基板、金属板、セラミック基板などの基板上に、スピンナー法、ロールコーター法、浸漬引き上げ法、スプレー法、スクリーン印刷法、刷毛塗り法などで塗布し、溶媒を飛散させるために乾燥させ塗膜を形成する。次いで、２５０〜５００℃の温度で焼成することにより、有機ＳＯＧ被膜が形成される。
一方、ポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ膜の形成方法についても、同様にして形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
塗布液の調製
テトラメトキシシラン２４６ｇ（１．６２モル）とモノメチルトリメトキシシラン２２０ｇ（１．６２モル）をプロピレングリコールモノプロピルエーテル６３５ｇ（５．３８モル）に溶解しかき混ぜた。次いで、純水１９４ｇ（１０．７８モル）と硝酸２４ｐｐｍを混合したものを、ゆっくりかき混ぜながら滴下したのち、約５時間かき混ぜ、その後室温で５日間静置させて固形分濃度１５重量％の溶液とした。
【００２８】
上記溶液を塗布液とし、この塗布液を基板上の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布して有機ＳＯＧ膜を形成した。有機ＳＯＧ被膜中の炭素含有量は次式より９．４原子量％であった。
Ｃ／（ＣＨ3ＳiＯ3/2＋ＳiＯ2）×１００
【００２９】
次いで、この有機ＳＯＧ膜上にエッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたアッシング処理を１．２Torrの圧力雰囲気下で施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００３０】
図１（ａ）は上記のアッシング処理時間を上の曲線から順にそれぞれ、６０秒、４５秒、３０秒、１５秒、未処理と異ならせた赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＳi−Ｃ結合が切れないことが分る。
【００３１】
一方、図１（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いてアッシング処理時間を３０秒として、圧力を上の曲線から順にそれぞれ５０Torr、４０Torr、３５Torr、３０Torrに変えてアッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＳi−Ｃ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００３２】
（実施例２）
塗布液の調製
テトラメトキシシラン３０４．４ｇ（２モル）とモノメチルトリメトキシシラン２７２．４ｇ（２モル）とジメチルジメトキシシラン１２０．２ｇ（１モル）とをイソプロピルアルコール６０８．６ｇ（８．２１モル）に溶解しかき混ぜた。次いで、純水２８８．０ｇ（１６モル）と硝酸４０ｐｐｍを混合したものを、ゆっくりかき混ぜながら滴下したのち、約５時間かき混ぜ、その後室温で５日間静置させて固形分濃度１６重量％の溶液とした。
【００３３】
上記溶液を塗布液とし、この塗布液を基板上の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布して有機ＳＯＧ膜を形成した。有機ＳＯＧ被膜中の炭素含有量は次式より１４．６原子量％であった。
３Ｃ／［（ＣＨ3）2ＳiＯ2/2＋ＣＨ3Ｓi3/2＋ＳiＯ2］×１００
【００３４】
次いで、この有機ＳＯＧ膜上に前記同様エッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、アッシング処理を１．０Torrの圧力雰囲気下で施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００３５】
図２（ａ）は上記のアッシング処理時間を上の曲線から順にそれぞれ、６０秒、４５秒、３０秒、１５秒、未処理と異ならせた赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＳi−Ｃ結合が切れないことが分る。
【００３６】
一方、図２（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いてアッシング処理時間を３０秒として圧力を上の曲線から順に、それぞれ５０Torr、４０Torr、３５Torr、３０Torrに変えてアッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＳi−Ｃ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００３７】
（実施例３）
塗布液の調製
モノメチルトリエトキシシランを酸触媒下、加水分解、縮合して得られたラダー型加水分解縮合物をエタノールに溶解した固形分濃度１０重量％の溶液を塗布液とした。この塗布液を基板状の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布して有機ＳＯＧ膜を形成した。なお、この塗布液から形成される有機ＳＯＧ被膜中の炭素含有量は次式より１７．９原子量％であった。
Ｃ／［（ＣＨ3）ＳiＯ3/2］×１００
【００３８】
次いで、この有機ＳＯＧ膜上に前記同様エッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、アッシング処理を０．８Torrの圧力雰囲気下で施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００３９】
図３（ａ）は上記のアッシング処理時間を上の曲線から順にそれぞれ、６０秒、４５秒、３０秒、１５秒、未処理と異ならせた赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＳi−Ｃ結合が切れないことが分る。
【００４０】
一方、図３（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いてアッシング処理時間を２０秒として圧力を４０Torr、３５Torr、３０Torr、０．０１Torrに変えてアッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＳi−Ｃ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００４１】
（実施例４）
塗布液の調製
ジクロロシランとアンモニアを原料として常法に従って合成されたポリシラザンにヘキサメチルジシラザンを添加し反応を行ったもの（重量平均分子量=２２００、数平均分子量=９５０、分散度=２．３）をジブチルエーテルに溶解し、固形分２０重量％の溶液とした。この塗布液を基板上の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布してＳＯＧ膜を形成した。
【００４２】
次いで、このＳＯＧ膜上に前記同様エッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、アッシング処理を０．０１Torrの圧力雰囲気下で３０秒間施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００４３】
図４（ａ）は上記のアッシング処理後の赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＮ−Ｈ結合が切れないことが分る。
【００４４】
一方、図４（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を３５Torrとして３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＮ−Ｈ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、有機ＳＯＧ膜のＳi原子に結合している有機基（例えばＣＨ3基等）の分解を抑制でき、その結果、レジストアッシング時にポアゾンドビア等を生じることがない。したがって、エッチバックを行わなくて済むので、工程を簡略化することができる。また、ポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ被膜についても同様なことが言える。
【００４６】
また、エッチバックを行わなくて済むので、エッチバックの際に下層配線までエッチングしてしまう虞れがなくなり、更なる微細化パターンの形成に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を１．２Torrとして所定時間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて、所定圧力において３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図２】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を１．０Torrとして所定時間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて所定圧力において、３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図３】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を０．８Torrとして所定時間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて所定圧力において２０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図４】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を０．０１Torrとして３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて所定圧力において３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図５】（ａ）〜（ｇ）は従来の平坦化方法を説明した図
【図６】（ａ）〜（ｆ）は従来のエッチバックを説明した図
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハやガラス基板上に多層配線構造を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハやガラス基板上に形成されるデバイスは、下層配線と上層配線とをビアホールを介して電気的に接続してなる多層配線構造としたものが一般的である。
【０００３】
そして、下層配線と上層配線との間に絶縁膜のみを介在させただけでは、下層配線の凹凸がそのまま残ってしまい、この凹凸の上に上層配線をＣＶＤ等で形成することになり、断線等の原因になる。そこで、配線間の凹部をＳＯＧ（Spin-On-Glass：珪素化合物溶液、及びこの溶液を塗布・焼成することで形成される酸化珪素膜）で充填して平坦化を図る技術が通常行われている。中でも、Ｓi−Ｈ結合を含む無機ＳＯＧについては、例えば特開平８−３１６２２８号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−３１６２２８号公報にあっては、ＳＯＧとしてＳi−Ｈ結合を含む無機ＳＯＧを用いているため、有機ＳＯＧに比べ誘電率が高く、熱によるクラックが発生しやすい。
【０００５】
一方、有機ＳＯＧにあっては、無機ＳＯＧが抱える問題はないのであるが、酸素ガスを用いてレジストをアッシングする際に、ポアゾンドビア（ｐｏｉｓｏｎｅｄ ｖｉａ）と称する欠陥を生じやすい。特に、有機ＳＯＧにあってはＳiに有機基（例えばメチル基（ＣＨ3）等）が結合しており、このメチル基の原子半径は無機ＳＯＧの水素基の原子半径よりも大きいため、深刻な問題となる。
【０００６】
これを図５の従来の多層配線構造の形成方法に基づいて説明すると、先ず同図（ａ）に示すように、基板Ｗ上に下層配線１０１を施した後、ＣＶＤによってヒロック防止膜１０２を形成し、この上に同図（ｂ）に示すようにＳＯＧ膜１０３を形成し、この後、同図（ｃ）に示すように、ＳＯＧ膜１０３の上に上層配線１０４を形成し、また同図（ｄ）に示すように、パターン化レジスト膜１０５を設け、同図（ｅ）に示すように、パターン化レジスト膜１０５をマスクとしてエッチング処理にてヒロック防止膜１０２、ＳＯＧ膜１０３と上層配線１０４にビアホール（スルーホール）１０６を形成し、次いで（ｆ）に示すようにプラズマによるアッシング処理にてパターン化レジスト膜１０５を除去する。更に同図（ｇ）に示すように、ビアホール１０６内にＡl等の導体１０７を充填して電気的に接続して多層配線構造となす。
【０００７】
そして、有機ＳＯＧを使用した場合には、図５（ｆ）に示すように、レジストをアッシングする際に、有機系の成分が分解し、水分等の生成物を膜中に蓄え、ポアゾンドビアと称する欠陥１０８を生じる。
【０００８】
そこで、図６に示す有機ＳＯＧを使用したエッチバック工程を必須とした方法が行われている。即ち、同図（ａ）に示すように、基板Ｗ上に下層配線１０１を施した後、ＣＶＤによってヒロック防止膜１０２を形成し、この上に有機ＳＯＧ膜１０３を形成し、次いで同図（ｂ）に示すように、酸素プラズマ等によって有機ＳＯＧ膜１０３を所定の厚みだけ除去するエッチバックを行って下層配線１０１の直上の有機ＳＯＧ膜１０３を除去し、この後同図（ｃ）に示すように、上層配線１０４を形成し、また同図（ｄ）に示すように、パターン化レジスト膜１０５を上層配線１０４上に被覆し、同図（ｅ）に示すように、エッチング処理、続けてアッシング処理にてヒロック防止膜１０２と上層配線１０４にビアホール１０６を形成するとともにレジスト膜を除去し、更に同図（ｆ）に示すように、このビアホール１０６内にＡl等の導体１０７を充填し電気的に接続して多層配線構造となす。
【０００９】
図６に示すようにエッチバックを行えば、有機ＳＯＧ膜１０３が存在する箇所にはビアホールを形成しないことになるので、ポアゾンドビアは発生しない。
しかしながら、最近では更なる微細化（例えば０．３μｍ以下）が要求されており、配線パターンが微細化されると、有機ＳＯＧ膜の厚さは、配線パターンが密な部分では厚くなり、配線パターンが粗な部分では薄くなる。
このような状態の有機ＳＯＧ膜をエッチバックすると、パターンが粗な部分において配線層までエッチングされてしまう不利がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係る多層配線構造の形成方法は、下層配線上に直接若しくはヒロック防止膜等の所定の膜を介して有機ＳＯＧ膜を形成し、この後、エッチバックを行わずに、有機ＳＯＧ膜上に上層配線を形成し、更にその上に設けたパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、次いで、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたプラズマによるアッシング処理を０．０１Torr〜３０．０Torrの圧力雰囲気下で行った後、前記ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００１１】
酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種とした処理を０．０１〜３０．０Torr好ましくは０．０１Torr〜１．２Torrという低い圧力下でアッシング処理を行うことで、有機ＳＯＧ膜のＳi原子に結合している有機基（例えばＣＨ3基等）の分解を抑制でき、その結果、アッシング処理の際にポアゾンドビア等を生じない。したがって、エッチバックを行わなくて済む。
【００１２】
前記有機ＳＯＧ膜の炭素含有量としては、５〜２５原子量％、好ましくは８〜２０原子量％とする。ここで、炭素含有量とは有機ＳＯＧ中の有機基の割合を示す尺度であり、詳しくは、有機ＳＯＧ形成用塗布液を調製するアルコキシシラン化合物の反応量から理論的に算出されるものであり、総元素の原子量合計に対する炭素原子量の割合である。
炭素含有量が上記の範囲より小さいと有機成分が少なすぎ厚膜化できないし、また、クラックも生じやすくなる上、低誘電率という有機ＳＯＧ本来の長所を失う。また、多すぎると上層に設けられる絶縁膜との密着性不足が起こり好ましくない。
【００１３】
上記炭素含有量を有する被膜を得るには、例えば、一般式（Ｉ）ＲnＳi（ＯＲ1）4-n （ただし、一般式（Ｉ）におけるＲは炭素数１〜４のアルキル基、アリール基であり、Ｒ1は炭素数が１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜２の整数である。）で表されるアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも１種を有機溶剤中、酸触媒下で加水分解し、縮合反応して得られる化合物を含んでなる塗布液を用いると好適である。
【００１４】
上記一般式で表される化合物の具体例としては、
（イ）ｎ=１の場合、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリプロポキシシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリプロポキシシラン、モノプロピルトリトリメトキシシラン、モノプロピルトリエトキシシランなどのモノアルキルトリアルコキシシラン、モノフェニルトリメトキシシラン、モノフェニルトリエトキシシランなどのモノフェニルトリアルコキシシラン
（ロ）ｎ=２の場合、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジプロピルジジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシランなどのジアルキルジアルコキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどのジフェニルジアルコキシシラン
が挙げられる。これらの（イ）及び（ロ）を少なくとも１種使用することが必要である。
【００１５】
所望によりこれら（イ）、（ロ）と共縮合させることのできる他の成分として、上記一般式（Ｉ）で表わされる化合物のｎ＝０の場合、すなわち、（ハ）テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシランなどのテトラアルコキシシラン、等を用いることも有効である。
これらの中で実用上好ましい化合物は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランである。
【００１６】
これらのアルコキシシラン化合物は、１種用いてもよいし、２種以上用いてもよい。
具体的には、（イ）と（ハ）の２種を組み合わせた場合、若しくは（イ）と（ロ）と（ハ）の３種を組み合わせた場合、（イ）単独の場合が好適である。
その際の反応モル比は、（イ）と（ハ）の２種を組み合わせる場合、（ハ）テトラアルコキシシラン１モルに対し（イ）モノアルキルトリアルコキシシラン０．５〜４．０モル、好ましくは１．０〜２．０モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液がよい。
【００１７】
また、（イ）と（ロ）と（ハ）の３種を組み合わせる場合、（ロ）ジアルキルジアルコキシシラン１モルに対し（ハ）テトラアルコキシシラン０．５〜４モル、好ましくは１．０〜３．０モル及び（イ）モノアルキルトリアルコキシシラン０．５〜４モル、好ましくは０．５〜３．０モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液がよい。
【００１８】
また（イ）モノアルキルトリアルコキシシラン単独の場合は、ラダー型の加水分解縮合物が得られれやすく、このラダー型は緻密な膜を形成するため好ましい。
加水分解物は完全加水分解物であってもよいし、部分加水分解物であってもよい。加水分解度は水の添加量により調整することができ、目的とする有機ＳＯＧ被膜の特性により、適宜、水の添加量を調整すればよいが、一般には前記一般式で表されるアルコキシシラン化合物の合計量１モルに対し１．０〜１０．０倍モル、好ましくは１．５〜８．０倍モルの割合で反応させることが望ましい。この範囲より少なすぎると加水分解度が低くなり、被膜形成が困難であるので好ましくない。また、多すぎるとゲル化を起こしやすく保存安定性が悪くなるので好ましくない。
【００１９】
また、酸触媒としては、従来慣用的に使用されている有機酸、無機酸いずれも使用できる。有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機カルボン酸が挙げられる。無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸等の無機酸が挙げられる。
【００２０】
この場合、酸触媒を塗布液中の酸の濃度が、１〜１，０００ｐｐｍ、好ましくは、５〜５００ｐｐｍの範囲になるように酸触媒を加えるか、又は酸と加える水を混合し酸水溶液として加えて、加水分解させる。
加水分解反応は、通常５〜１００時間程度で完了する。また、室温から８０℃を超えない加熱温度で、アルコキシシラン化合物を含む有機溶剤に酸触媒水溶液を滴下して反応させることにより、短い反応時間で反応を完了させることもできる。このようにして加水分解したアルコキシシラン化合物は、縮合反応を生起し、その結果、被膜形成能を有することになる。
【００２１】
有機溶剤としては、従来慣用的に使用されている有機溶剤が使用できる。そのようなものとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールのような一価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールのような多価アルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートのような多価アルコール誘導体、酢酸、プロピオン酸のような脂肪酸などを挙げることができる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよいし２種以上組み合わせて用いてもよい。その使用量については、アルコキシシランの１モルに対し、１０〜３０モル倍量の割合で用いられる。
【００２２】
また、本発明における多層配線構造の形成方法は、ポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ被膜に対しても良好な結果が得られる。
このようなポリシラザンとしては、ゲルパーミュエーションクロマトフラフィー（ＧＰＣ）法により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が、１５００〜５０００の範囲にあるものが好ましく、特に１７００〜３０００の範囲にあるものが好適である。また、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）は１〜４の範囲にあるものが保存安定性が良好であるので好ましい。
【００２３】
特にポリシラザンは内部に活性な有機基（窒素原子、珪素原子に結合した水素）を有しており、これが架橋して増粘やゲル化を引き起こしやすく、これを防ぐためにヘキサメチルジシラザンで処理し、該活性水素の一部をトリメチルシリル基で置換したものが、保存安定性がより優れ好ましい。
【００２４】
ポリシラザンを溶解する有機溶剤としては、消防上、乾燥性及び塗布液の保存安定性の点から吸湿性が低いものが好ましい。このようなものとしては、例えば、炭素数４以上のアルキル基のジアルキルエーテル、キシレン、シクロヘキセン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ｐ−メンタン、デカリン、２，２，５−トリメチルヘキサン、ジペンテン、デカン、イソノナン、オクタンなどが挙げられるが、中でも炭素数４以上のアルキル基のジアルキルエーテルが好ましく、特にジブチルエーテルが好ましい。これらの有機溶剤は１種又は２種以上を混合して用いてもよい。
【００２５】
本発明における有機ＳＯＧ被膜形成用塗布液又はポリシラザンを含んでなる塗布液は、上記アルコキシシランの加水分解物又はポリシラザンを固形分濃度約５〜４０重量％、好ましくは１０〜２５重量％含むものが保存安定性、形成される被膜の厚膜化を考慮すると好ましい。
【００２６】
また、有機ＳＯＧ被膜の形成方法は、例えば、上記塗布液を半導体基板、ガラス基板、金属板、セラミック基板などの基板上に、スピンナー法、ロールコーター法、浸漬引き上げ法、スプレー法、スクリーン印刷法、刷毛塗り法などで塗布し、溶媒を飛散させるために乾燥させ塗膜を形成する。次いで、２５０〜５００℃の温度で焼成することにより、有機ＳＯＧ被膜が形成される。
一方、ポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ膜の形成方法についても、同様にして形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
塗布液の調製
テトラメトキシシラン２４６ｇ（１．６２モル）とモノメチルトリメトキシシラン２２０ｇ（１．６２モル）をプロピレングリコールモノプロピルエーテル６３５ｇ（５．３８モル）に溶解しかき混ぜた。次いで、純水１９４ｇ（１０．７８モル）と硝酸２４ｐｐｍを混合したものを、ゆっくりかき混ぜながら滴下したのち、約５時間かき混ぜ、その後室温で５日間静置させて固形分濃度１５重量％の溶液とした。
【００２８】
上記溶液を塗布液とし、この塗布液を基板上の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布して有機ＳＯＧ膜を形成した。有機ＳＯＧ被膜中の炭素含有量は次式より９．４原子量％であった。
Ｃ／（ＣＨ3ＳiＯ3/2＋ＳiＯ2）×１００
【００２９】
次いで、この有機ＳＯＧ膜上にエッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたアッシング処理を１．２Torrの圧力雰囲気下で施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００３０】
図１（ａ）は上記のアッシング処理時間を上の曲線から順にそれぞれ、６０秒、４５秒、３０秒、１５秒、未処理と異ならせた赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＳi−Ｃ結合が切れないことが分る。
【００３１】
一方、図１（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いてアッシング処理時間を３０秒として、圧力を上の曲線から順にそれぞれ５０Torr、４０Torr、３５Torr、３０Torrに変えてアッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＳi−Ｃ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００３２】
（実施例２）
塗布液の調製
テトラメトキシシラン３０４．４ｇ（２モル）とモノメチルトリメトキシシラン２７２．４ｇ（２モル）とジメチルジメトキシシラン１２０．２ｇ（１モル）とをイソプロピルアルコール６０８．６ｇ（８．２１モル）に溶解しかき混ぜた。次いで、純水２８８．０ｇ（１６モル）と硝酸４０ｐｐｍを混合したものを、ゆっくりかき混ぜながら滴下したのち、約５時間かき混ぜ、その後室温で５日間静置させて固形分濃度１６重量％の溶液とした。
【００３３】
上記溶液を塗布液とし、この塗布液を基板上の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布して有機ＳＯＧ膜を形成した。有機ＳＯＧ被膜中の炭素含有量は次式より１４．６原子量％であった。
３Ｃ／［（ＣＨ3）2ＳiＯ2/2＋ＣＨ3Ｓi3/2＋ＳiＯ2］×１００
【００３４】
次いで、この有機ＳＯＧ膜上に前記同様エッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、アッシング処理を１．０Torrの圧力雰囲気下で施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００３５】
図２（ａ）は上記のアッシング処理時間を上の曲線から順にそれぞれ、６０秒、４５秒、３０秒、１５秒、未処理と異ならせた赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＳi−Ｃ結合が切れないことが分る。
【００３６】
一方、図２（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いてアッシング処理時間を３０秒として圧力を上の曲線から順に、それぞれ５０Torr、４０Torr、３５Torr、３０Torrに変えてアッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＳi−Ｃ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００３７】
（実施例３）
塗布液の調製
モノメチルトリエトキシシランを酸触媒下、加水分解、縮合して得られたラダー型加水分解縮合物をエタノールに溶解した固形分濃度１０重量％の溶液を塗布液とした。この塗布液を基板状の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布して有機ＳＯＧ膜を形成した。なお、この塗布液から形成される有機ＳＯＧ被膜中の炭素含有量は次式より１７．９原子量％であった。
Ｃ／［（ＣＨ3）ＳiＯ3/2］×１００
【００３８】
次いで、この有機ＳＯＧ膜上に前記同様エッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、アッシング処理を０．８Torrの圧力雰囲気下で施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００３９】
図３（ａ）は上記のアッシング処理時間を上の曲線から順にそれぞれ、６０秒、４５秒、３０秒、１５秒、未処理と異ならせた赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＳi−Ｃ結合が切れないことが分る。
【００４０】
一方、図３（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いてアッシング処理時間を２０秒として圧力を４０Torr、３５Torr、３０Torr、０．０１Torrに変えてアッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＳi−Ｃ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００４１】
（実施例４）
塗布液の調製
ジクロロシランとアンモニアを原料として常法に従って合成されたポリシラザンにヘキサメチルジシラザンを添加し反応を行ったもの（重量平均分子量=２２００、数平均分子量=９５０、分散度=２．３）をジブチルエーテルに溶解し、固形分２０重量％の溶液とした。この塗布液を基板上の下層配線を被覆するヒロック防止膜上に塗布してＳＯＧ膜を形成した。
【００４２】
次いで、このＳＯＧ膜上に前記同様エッチバックを行わずに、上層配線を形成し、更にパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、この後、枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて、アッシング処理を０．０１Torrの圧力雰囲気下で３０秒間施してレジスト膜を除去し、この後ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにした。
【００４３】
図４（ａ）は上記のアッシング処理後の赤外線吸光スペクトルであり、この図から、本発明の場合にはＮ−Ｈ結合が切れないことが分る。
【００４４】
一方、図４（ｂ）は、エッチングを行ってビアホールを形成するまでの条件は前記と同様とし、この後同じプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を３５Torrとして３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルであり、この図からアッシング時の圧力が高くなるとＮ−Ｈ結合が切れ、ＯＨ結合が生じることが分る。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、有機ＳＯＧ膜のＳi原子に結合している有機基（例えばＣＨ3基等）の分解を抑制でき、その結果、レジストアッシング時にポアゾンドビア等を生じることがない。したがって、エッチバックを行わなくて済むので、工程を簡略化することができる。また、ポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ被膜についても同様なことが言える。
【００４６】
また、エッチバックを行わなくて済むので、エッチバックの際に下層配線までエッチングしてしまう虞れがなくなり、更なる微細化パターンの形成に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を１．２Torrとして所定時間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて、所定圧力において３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図２】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を１．０Torrとして所定時間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて所定圧力において、３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図３】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を０．８Torrとして所定時間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて所定圧力において２０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図４】（ａ）は枚葉式ダウンストリーム型のプラズマアッシング装置を用いて雰囲気圧力を０．０１Torrとして３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ、（ｂ）は同じプラズマアッシング装置を用いて所定圧力において３０秒間アッシング処理した場合の赤外線吸光スペクトルのグラフ
【図５】（ａ）〜（ｇ）は従来の平坦化方法を説明した図
【図６】（ａ）〜（ｆ）は従来のエッチバックを説明した図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層配線と上層配線とをビアホールを介して電気的に接続してなる多層配線構造の形成方法において、前記下層配線上に直接若しくはヒロック防止膜等の所定の膜を介して有機ＳＯＧ膜を形成し、この後、エッチバックを行わずに、有機ＳＯＧ膜上に上層配線を形成し、更にその上に設けたパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、次いで、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたプラズマによるアッシング処理を０．０１Torr〜３０．０Torrの圧力雰囲気下で行った後、前記ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにしたことを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜の炭素含有量は５〜２５原子量％であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、
一般式 ＲnＳi（ＯＲ1）4-n・・・・・・・・・・・・・・・（Ｉ）
（ただし、一般式（Ｉ）におけるＲは炭素数１〜４のアルキル基、アリール基であり、Ｒ1は炭素数が１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜２の整数である。）で表されるアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも１種を有機溶剤中、酸触媒下で加水分解し、縮合反応して得られる化合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、テトラアルコキシシラン１モルに対しモノアルキルトリアルコキシシラン０．５乃至４モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項５】
請求項３に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、ジアルキルジアルコキシシラン１モルに対しテトラアルコキシシラン０．５乃至４モル及びモノアルキルトリアルコキシシラン０．５乃至４モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項６】
請求項３に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、モノアルキルトリアルコキシシランから得られるラダー型加水分解縮合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項７】
下層配線と上層配線とをビアホールを介して電気的に接続してなる多層配線構造の形成方法において、前記下層配線上に直接若しくはヒロック防止膜等の所定の膜を介してポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ膜を形成し、この後、エッチバックを行わずに、該ＳＯＧ膜上に上層配線を形成し、更にその上に設けたパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、次いで、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたプラズマによるアッシング処理を０．０１〜３０．０Torrの圧力雰囲気下で行った後、前記ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにしたことを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項１】
下層配線と上層配線とをビアホールを介して電気的に接続してなる多層配線構造の形成方法において、前記下層配線上に直接若しくはヒロック防止膜等の所定の膜を介して有機ＳＯＧ膜を形成し、この後、エッチバックを行わずに、有機ＳＯＧ膜上に上層配線を形成し、更にその上に設けたパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、次いで、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたプラズマによるアッシング処理を０．０１Torr〜３０．０Torrの圧力雰囲気下で行った後、前記ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにしたことを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜の炭素含有量は５〜２５原子量％であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、
一般式 ＲnＳi（ＯＲ1）4-n・・・・・・・・・・・・・・・（Ｉ）
（ただし、一般式（Ｉ）におけるＲは炭素数１〜４のアルキル基、アリール基であり、Ｒ1は炭素数が１〜４のアルキル基であり、ｎは１〜２の整数である。）で表されるアルコキシシラン化合物から選ばれる少なくとも１種を有機溶剤中、酸触媒下で加水分解し、縮合反応して得られる化合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、テトラアルコキシシラン１モルに対しモノアルキルトリアルコキシシラン０．５乃至４モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項５】
請求項３に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、ジアルキルジアルコキシシラン１モルに対しテトラアルコキシシラン０．５乃至４モル及びモノアルキルトリアルコキシシラン０．５乃至４モルを反応させて得られる加水分解共縮合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項６】
請求項３に記載の多層配線構造の形成方法において、前記有機ＳＯＧ膜を形成するための塗布液は、モノアルキルトリアルコキシシランから得られるラダー型加水分解縮合物を含んでなる塗布液であることを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【請求項７】
下層配線と上層配線とをビアホールを介して電気的に接続してなる多層配線構造の形成方法において、前記下層配線上に直接若しくはヒロック防止膜等の所定の膜を介してポリシラザンを含んでなる塗布液から形成されるＳＯＧ膜を形成し、この後、エッチバックを行わずに、該ＳＯＧ膜上に上層配線を形成し、更にその上に設けたパターン化レジスト膜をマスクとしてエッチングを行ってビアホールを形成し、次いで、酸素ガスから誘導されるイオン又はラジカルを主反応種としたプラズマによるアッシング処理を０．０１〜３０．０Torrの圧力雰囲気下で行った後、前記ビアホールに導体を埋設して下層配線と上層配線とを電気的に接続するようにしたことを特徴とする多層配線構造の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許番号】特許第３９１６２８４号（Ｐ３９１６２８４）
【登録日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【発行日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−４５６４９
【出願日】平成９年２月２８日（１９９７．２．２８）
【公開番号】特開平１０−２４２１４０
【公開日】平成１０年９月１１日（１９９８．９．１１）
【審査請求日】平成１６年１月１９日（２００４．１．１９）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【参考文献】
【文献】特開平０５−０１３４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９−０５０９９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８−２４５７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１−３１９９４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９−０２２９０３（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【発行日】平成１９年５月１６日（２００７．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成９年２月２８日（１９９７．２．２８）
【公開番号】特開平１０−２４２１４０
【公開日】平成１０年９月１１日（１９９８．９．１１）
【審査請求日】平成１６年１月１９日（２００４．１．１９）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【参考文献】
【文献】特開平０５−０１３４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９−０５０９９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８−２４５７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１−３１９９４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９−０２２９０３（ＪＰ，Ａ）
[ Back to top ]