CN1157769C - 多孔性低介电常数材料的制造方法 - Google Patents
多孔性低介电常数材料的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1157769C CN1157769C CNB011310561A CN01131056A CN1157769C CN 1157769 C CN1157769 C CN 1157769C CN B011310561 A CNB011310561 A CN B011310561A CN 01131056 A CN01131056 A CN 01131056A CN 1157769 C CN1157769 C CN 1157769C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- constituent
- air pressure
- liquid
- advanced low
- low
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
一种多孔性低介电常数材料的制造方法，主要是利用临界点干燥的方式，配合压力、温度的变化，将特定湿膜组成物中的液体成分予以释出，而形成具有多孔性结构的低介电常数材料。具有高稳定性、不易碎裂、高硬度、粘着度佳、热膨胀系数低等优点；可兼容于化学机械研磨制程；具有制程简单及成本低，故可广泛地应用至各种需要使用低介电材料的应用场合中，例如积体电路的镶嵌制程、液晶显示器或通讯用积体电路等的应用上。
Description
技术领域
本发明是有关于一种介电材料的制造方法，特别是有关于一种多孔性低介电常数材料的制造方法。
背景技术
随着半导体制程技术的进步，芯片内部的组件及互连导线(interconnect)均向0.18μm或更小的尺寸发展，也使得RC(电阻一电容)时间延迟的效应对于线路运作效能的影响愈益明显，且不容忽视。为了降低RC时间延迟，方法之一是应用电阻系数低的导电物质来制作导线，例如铜制程。
另一方法是使用具有低介电常数(low-k)材料，来作为金属层间介电质(inter-metal dielectric：IMD)，以达到减少RC时间延迟的目的。
现今的技术潮流，多趋向于采用具有多孔性结构(porous structure)的介电质材料来制备出IMD层，以达到符合低介电常数的要求。因此，如何制造出具有多孔性结构的低介电常数材料，仍是在超大型集成电路(ULSI)技术领域中的主要课题。
目前制备低介电常数材料的方法，大多采用旋转涂布法(spin-oncoating)，使用材料以二氧化硅为主，称为旋涂玻璃(spin-on glass)，其为电浆促进式化学气相沉积法(PECVD)，或高密度电浆的电浆促进式化学气相沉积法(HDP PECVD)配合相对应的制程控制，来沉积二氧化硅层。其主要缺陷在于：
此材料的折射率约为1.46，二氧化硅层结构趋近为最紧密堆积，故介电常数在4.0左右，因此无法获致较佳的多孔性结构。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多孔性低介电常数材料的制造方法，主要是利用临界点干燥的方式，将特定湿膜组成物中的液体成分予以释出，并配合压力、温度的变化，克服现有技术的缺陷，达到形成具有多孔性结构的低介电常数材料的目的。
本发明的另一目的是提供一种多孔性低介电常数材料的制造方法，达到制得的低介电常数材料具有高稳定性、不易碎裂、高硬度、粘着度佳、热膨胀系数低的目的；更兼容于化学机械研磨(CMP)制程，达到制程简单及成本低的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种多孔性低介电常数材料的制造方法，其特征是，它至少依次包含如下步骤：
(1)提供一基板；
(2)形成一含有液体成分的第一组成物于该基板上；
(3)在第一气压下，通入液态气体混合入该第一组成物，制得第二组成物；
(4)改变该第一气压，使该液态气体进行挥发；该液态气体从该第二组成物挥发释出的同时，并带出该第二组成物中的液体成分，形成第三组成物；
(5)烘烤该第三组成物，以形成具有多孔性结构的第四组成物；
(6)固化该第四组成物；
所述的第一组成物是选自含硅有机溶液组成物、或含碳有机溶液组成物之一；所述的第一气压是大于所述的液态气体的临界点压力；所述的液态气体选自液态二氧化碳、液态氮、液态一氧化碳的其中之一。
在形成所述第一组成物之后，还包含对该第一组成物进行烘烤的步骤，部分去除该第一组成物的液体成分，以调整所述第一组成物的厚度。所述的改变第一气压的步骤，是进行减压动作，并在所述的第一气压降低至第二气压后，保持一特定时间，之后再继续减压动作。所述的第二气压是所述的液态气体的临界点压力。所述的烘烤第三组成物的步骤，是在不小于所述第一组成物的液体成分的沸点温度下进行。所述的烘烤第三组成物的步骤是以断续/梯度式的方式由低温至高温进行加热，并在各个不同的温度下保持一特定时间。所述的固化第四组成物的步骤，是在250-450℃之下，进行1-90分钟。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
附图说明
图1-图7是本发明的制造流程剖面示意图。
具体实施方式
参阅图1-图7，本发明的制造流程包括如下步骤：
步骤一，首先提供基板1作为启始材料，基板1是单纯地仅为基板的本体，或是已经过特定半导体制程，在基板1的本体上形成有特定的组件、线路或结构。
在本实施例中，基板1是半导体基板(例如硅基板)，其上并形成有铜导线层2及氮化硅绝缘层3，如图1所示；
步骤二，形成一含有液体成分的第一组成物10于基板1上，如图2所示；
上述第一组成物10是可选择自：含硅的有机溶液组成物、或是含碳有机溶液组成物。
在本实施例中，是选择硅胶作为上述第一组成物10。上述硅胶的成分，一般而言是具有SiO2溶于特定溶剂的组成，上述特定溶剂例如异丙醇。
此外，可使用喷洒、旋转涂布或射出等方式，将上述第一组成物10以薄膜的形式，形成于上述基板1之上。
步骤三，增加上述第一组成物10的薄膜厚度，使上述第一组成物10构成具有厚度d1的湿膜于基板1上，如图3所示；
步骤四，对上述第一组成物10进行轻微烘烤，以部分去除上述第一组成物10的液体成分(例如去除80％的异丙醇)，以调整上述第一组成物10的湿膜到达特定的厚度d2，如图4所示；
步骤五，加压至第一气压之后，通入液态气体混合入上述第一组成物10中，制得第二组成物20，如图5所示；所使用的液态气体是选择自液态二氧化碳、液态氮或液态一氧化碳其中之一，上述第一气压必须大于上述液态气体的临界点压力。
在本实施例中，是将上述第一气压提高到20atm，再通入液态二氧化碳。上述液态二氧化碳则与上述第一组成物10的液体成分(溶剂异丙醇)互相充分混合，而达到溶剂转换的目的。
步骤六，变化上述第一气压，使上述经过溶剂转换后的液态CO2转换成为CO2气体21，而开始挥发。当上述液态CO2转换为气态的形式，而从上述第二组成物20中挥发释出的同时，将会一并带出上述第二组成物20中的液体成分(溶剂异丙醇)，使上述第二组成物20转换成第三组成物30，参阅图6所示；
在此，上述第一气压是被降压至上述液态气体的临界压力，而使上述液态气体转换为气态而挥发。在本实施例中，保持在温度22℃，将上述第一气压由20atm降压至上述液态CO2的临界压力(约5atm左右)，而使上述液态CO2转换为CO2气体而开始进行挥发。
由于上述CO2气体由上述第二组成物20挥发释出时，会一并将第二组成物20中的液体成分(溶剂异丙醇)予以带出，因此能够达到对上述第二组成物20进行临界干燥的目的，而得到具有孔状结构雏形的第三组成物30。
应该注意的是：为了控制第三组成物30的表面均匀度，当将第一气压(20atm)被降压至5atm时，必须在5atm下保持一特定时间，以便让CO2气体开始慢慢挥发，之后再进一步降压至例如2atm；以避免由于CO2气体挥发过快而造成第三组成物30的表面有火山孔状的凸出缺陷。
步骤七，进行烘烤，将上述第三组成物30烘干，使形成具有多孔性结构的第四组成物40，如图7所示；
烘烤时，是在常压的状态下进行。烘烤上述第三组成物30的步骤，是在不小于上述第一组成物10的液体成分(溶剂异丙醇)的沸点温度下进行。
在本实施例中，异丙醇的沸点约为40℃，故可使用高于40℃的温度，例如75℃，来对上述第三组成物30进行烘烤，使残留的异丙醇溶剂能够由上述第三组成物30的中挥发释出，得到具有多孔性结构的第四组成物40。
另外一种烘烤上述第三组成物30的方式，是以断续/梯度式地由低温至高温进行加热，并在各个不同的温度下保持一特定时间；以获取较佳的产能输出。例如，先以75℃温度烘烤30秒，再升温至150℃温度烘烤30秒，最后再升温至250℃温度烘烤30秒，而完成对上述第三组成物30的烘烤。
经烘烤而得的上述第4组成物40其主要成分是SiO2。
由于其具备特殊的多孔性结构，故能够提供相当低的介电常数。
步骤八，最后，固化上述第四组成物40，即得到具有多孔性结构的低介电常数材料。
固化第四组成物的步骤，是可在250-450℃之下，进行1-90分钟。
在本实施例中，若是以经过炉管的方式加热，是在400℃温度下进行固化30分钟；若是采用单一晶圆(single wafer)加热的方式，则是在425℃温度下进行固化1分钟。
依据实验结果，本发明方法制备而得的多孔性低介电常数材料的基本特性如下：
介电常数约为1.8(以椭圆仪分析所得)；
折射率约为1.2；
热稳定性大于350℃(以TGA和TDS分析所得)；
热收缩性以25-420℃来回3次后约为2％；
硬度为2-3Gpa。
以上述实施例而言，本发明所形成的多孔性低介电常数材料，其主要成分是SiO2，故具有高稳定性、不易碎裂、高硬度、粘着度佳、热膨胀系数低等优点；
此外更可兼容于化学机械研磨(CMP)制程：且本发明的多孔性低介电常数材料，在形成介层窗(via hole)时不会产生有毒气体。
本发明所形成的多孔性低介电常数材料，具有制程简单及成本低，故可广泛地应用至各种需要使用低介电材料的应用场合中，例如集成电路的镶嵌制程、液晶显示器或通讯用(高频)集成电路等的应用上。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉本项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所做些许的更动和润饰，都属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种多孔性低介电常数材料的制造方法，其特征是，它至少依次包含如下步骤：
(1)提供一基板；
(2)形成一含有液体成分的第一组成物于该基板上；
(3)在第一气压下，通入液态气体混合入该第一组成物，制得第二组成物；
(4)改变该第一气压，使该液态气体进行挥发；该液态气体从该第二组成物挥发释出的同时，并带出该第二组成物中的液体成分，形成第三组成物；
(5)烘烤该第三组成物，以形成具有多孔性结构的第四组成物；
(6)固化该第四组成物；
所述的第一组成物是选自含硅有机溶液组成物、或含碳有机溶液组成物之一；所述的第一气压是大于所述的液态气体的临界点压力；所述的液态气体选自液态二氧化碳、液态氮、液态一氧化碳的其中之一。
2、根据权利要求1所述的多孔性低介电常数材料的方法，其特征是：在形成所述第一组成物之后，还包含对该第一组成物进行烘烤的步骤，部分去除该第一组成物的液体成分，以调整所述第一组成物的厚度。
3、根据权利要求1所述的多孔性低介电常数材料的方法，其特征是：所述的改变第一气压的步骤，是进行减压动作，并在所述的第一气压降低至第二气压后，保持一特定时间，之后再继续减压动作。
4、根据权利要求3所述的多孔性低介电常数材料的方法，其特征是：所述的第二气压是所述的液态气体的临界点压力。
5、根据权利要求1所述的多孔性低介电常数材料的方法，其特征是：所述的烘烤第三组成物的步骤，是在不小于所述第一组成物的液体成分的沸点温度下进行。
6、根据权利要求1所述的多孔性低介电常数材料的方法，其特征是：所述的烘烤第三组成物的步骤是以断续/梯度式的方式由低温至高温进行加热，并在各个不同的温度下保持一特定时间。
7、根据权利要求1所述的多孔性低介电常数材料的方法，其特征是：所述的固化第四组成物的步骤，是在250-450℃之下，进行1-90分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011310561A CN1157769C (zh) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 多孔性低介电常数材料的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011310561A CN1157769C (zh) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 多孔性低介电常数材料的制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1404109A CN1404109A (zh) | 2003-03-19 |
| CN1157769C true CN1157769C (zh) | 2004-07-14 |
Family
ID=4670332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB011310561A Expired - Fee Related CN1157769C (zh) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 多孔性低介电常数材料的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1157769C (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103178001B (zh) * | 2011-12-21 | 2016-06-01 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 处理多孔超低介电常数层的方法 |
-
2001
- 2001-09-10 CN CNB011310561A patent/CN1157769C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1404109A (zh) | 2003-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6759098B2 (en) | Plasma curing of MSQ-based porous low-k film materials | |
| US6140252A (en) | Porous dielectric material with improved pore surface properties for electronics applications | |
| CN100477106C (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| EP1814150B1 (en) | Coating liquid for formation of protective film for semiconductor processing, method for preparation thereof, and protective film for semiconductor processing provided therefrom | |
| US20020160614A1 (en) | Method of forming an interlayer dielectric film | |
| JP2001185547A (ja) | 極限低誘電率膜のためのキャッピング層 | |
| EP1889287A1 (en) | Ultraviolet curing process for spin-on dielectric materials used in pre-metal and/or shallow trench isolation applications | |
| KR100489456B1 (ko) | 반도체장치및그제조방법 | |
| CN1669130A (zh) | 用于低介电常数材料的夹层增粘剂 | |
| US20020132496A1 (en) | Ultra low-k dielectric materials | |
| US20030044532A1 (en) | Process for preparing porous low dielectric constant material | |
| JP2007273494A (ja) | 絶縁膜形成用組成物及び半導体装置の製造方法 | |
| WO1998047943A1 (en) | Stable inorganic polymers | |
| US20030062600A1 (en) | Process for optimizing mechanical strength of nanoporous silica | |
| KR100383498B1 (ko) | 반도체 장치 제조방법 | |
| JP3859540B2 (ja) | 低誘電率絶縁膜形成用材料 | |
| CN1157769C (zh) | 多孔性低介电常数材料的制造方法 | |
| JP2000340651A (ja) | 低誘電率膜の製造法 | |
| JP2915357B2 (ja) | 半導体装置、その製造方法及び多孔質膜の形成方法 | |
| JP2005050954A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2024521248A (ja) | 多層構造の製造方法 | |
| Ou et al. | Preparation of microporous ORMOSILs by thermal degradation of organically modified siloxane resin | |
| US7674390B2 (en) | Zeolite—sol gel nano-composite low k dielectric | |
| WO2010109824A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| EP1460685A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |