DE10164943B4 - Halbleitervorrichtung, umfassend als Zwischenschicht-Isolationsfilm einen Film mit niedriger Dielektrizitätskonstante - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung, umfassend als Zwischenschicht-Isolationsfilm einen Film mit niedriger dielektrischer Konstante, der eine relative dielektrische Konstante von 1,4 bis 2,92 aufweist und erhältlich ist durch Durchführen einer Wärmebehandlung mit einer Zusammensetzung, die umfasst:
ein Siloxanharz;
eine Siliziumverbindung, die im wesentlichen aus Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, in der das Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen, die eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) bilden, zu Siliziumatomen, wobei die Kohlenstoffatome und Siliziumatome die Hauptkette eines Moleküls der Siliziumverbindung bilden, im Bereich von 2:1 bis 12:1 liegt; und ein Lösungsmittel.

Description

  • Diese Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Films mit niedriger Dielektrizitätskonstante.
  • Es ist wichtig für die Integrierung und Miniaturisierung eines Halbleiters, die parasitäre Kapazität zu vermindern, die zwischen Leitungen in Vielschicht-Leitungsverfahren einer integrierten Halbleiterschaltung erzeugt wird, und die Verzögerung der Signalfortpflanzungsgeschwindigkeit (d. h. Leitungsverzögerung) zu vermindern.
  • Obwohl die Reduktion der Signalpropagationsgeschwindigkeit durch die parasitäre Kapazität eines Isolationsfilmes bisher erkannt wurde, war der Einfluss der Leitungsverzögerung auf die gesamte Vorrichtung bei den Halbleitervorrichtungen der Entwicklungen nicht so beachtlich, worin der Leitungsspalt größer als 1 μm ist.
  • Wenn der Leitungsspalt 1 μm oder weniger ist, wird jedoch der Einfluss auf die Vorrichtungsgeschwindigkeit groß. Insbesondere wenn eine Schaltung gebildet wird, wobei der Leitungsspalt 0,5 μm oder weniger ist, wie es in der nahen Zukunft zu erwarten ist, wird die parasitäre Kapazität zwischen den Leitungen die Vorrichtungsgeschwindigkeit mehr beeinflussen. Demzufolge wird dies ein großes Hindernis für die Integrierung und Miniaturisierung eines Halbleiters sein.
  • Während die Verminderung der Signalfortpflanzungsgeschwindigkeit in großem Umfang von dem Leitungswiderstand und der parasitären Kapazität zwischen den Leitungen bei der Vielschicht-Leitung einer integrierten Halbleiterschaltung abhängt, macht eine höhere Integration einer Vorrichtung die Breite einer Leitung und eines Leitungsspaltes enger, was zu einer Erhöhung des Leitungswiderstandes und der parasitären Kapazität zwischen Leitungen führt.
  • Die Kapazität eines Isolierfilmes kann vermindert werden, indem die Leitungsdicke dünner gemacht wird, wodurch die Querschnittsfläche vermindert wird. Das Dünnermachen der Leitung führt jedoch zu einem größeren Leitungswiderstand, und daher kann eine höhere Signalfortpflanzungsgeschwindigkeit nicht erzielt werden.
  • Demzufolge ist es erforderlich, um eine höhere Signalfortpflanzungsgeschwindigkeit zu erreichen, den Widerstand einer Leitung und die dielektrische Konstante eines Isolationsfilmes geringer zu machen, und es wird erwartet, dass diese Faktoren eine sehr wichtige Rolle für die Bestimmung von Eigenschaften einer zukünftigen Vorrichtung spielen.
  • Die Leitungsverzögerung (T) wird durch den Leitungswiderstand (R) und Widerstand (C) zwischen Leitungen wie in Gleichung 1 gezeigt, beeinflusst: T ∝ CR (1)
  • In der Gleichung 1 wird der Zusammenhang zwischen ε (Dielektrizitätskonstante) und C durch die Gleichung 1' dargestellt: C = ε0 εr·S/d (1')worin S eine Elektrodenfläche; ε0 eine dielektrische Konstante des Vakuums, εr eine relative dielektrische Konstante eines Isolationsfilms ist und d ein Leitungsspalt ist.
  • Die Leitungsverzögerung wird effektiv durch Verringerung der dielektrischen Konstante des Isolationsfilmes vermindert.
  • Anorganische Filme wie Siliziumdioxid (SiO2), Siliziumnitrid (SiN) und Phosphatsilicatglas (PSG) und organische Polymere wie Polyimid wurden bisher als Isolationsmaterialien verwendet.
  • Jedoch ist die dielektrische Konstante von CVD-SiO2-Filmen, die hauptsächlich für Halbleitervorrichtungen verwendet werden, etwa 4. Obwohl die dielektrische Konstante eines SiOF-Filmes, der nun als CVD-Film mit niedriger elektrischer Konstante Aufmerksamkeit erregt, etwa 3,3 bis 3,5 ist, ist dieser hygroskopisch, so dass dies zu einem Problem führt, dass die dielektrische Konstante durch Adsorption von Wasser erhöht wird.
  • Zusätzlich ist als Film mit einer geringen dielektrischen Konstante ein poröser Film aus einem Siloxanharz mit SiH-Bindungen bekannt. Wenn jedoch eine Halbleitervorrichtung mit einer alkalischen Lösung gewaschen wird, gibt es das Problem, dass stark hygroskopische SiOH-Gruppen als Hydrolyseergebnis gebildet werden, was zu einer erhöhten dielektrischen Konstante und zu dem Problem einer mechanischen Schädigung des Halbleiterteils wie Risse führt, die durch Waschen verursacht werden. Um diese Probleme zu lösen, wurde konventionell ein Schutzfilm wie ein SiO2-Film gebildet. Dies macht jedoch die Rate des Filmes mit einer geringen dielektrischen Konstante in einer Halbleitervorrichtung verhältnismäßig kleiner, und demgemäß wird sich die effektive dielektrische Konstante erhöhen, wenn Vielschichtleitungen gebildet werden.
  • Als Vergleich können organische Polymerfilme verwendet werden, damit eine geringere dielektrische Konstante erhalten wird. Jedoch sind die Glasübergangstemperaturen nur bei 200 bis 250°C, und die thermischen Expansionskoeffizienten sind groß, so dass die Schädigungen bei den Leitungen problematisch werden.
  • Die DE 101 13 110 A1 , die Stand der Technik nach §3(2) Nr. 1 PatG für die vorliegende Anmeldung bildet, beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat und einem Film mit niedriger Dielektrizitätskonstante, der aus Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante hergestellt ist, das Siloxanharz und Polycarbosilan enthält. Ausweislich der Beschreibung hat das Polycarbosilan eine Hauptkette aus (-Si-CH2-Si-), also ein Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen zu Siliziumatomen in der Hauptkette von 1:1.
  • Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, die oben erwähnten Probleme zu lösen, um schnelle und zuverlässige Halbleitervorrichtungen anzugeben, die einen Isolationsfilm mit einer geringeren dielektrischen Konstante aufweisen als die konventionellen Isolationsfilme.
  • Zusätzlich verbessert diese Erfindung in vielen Fällen den chemischen Widerstand, insbesondere gegenüber alkalischen Lösungen eines Filmes auf Silicabasis und kann das Problem der sehr hygroskopischen Eigenschaften lösen, die bei konventionellen porösen Filmen aus einem Siloxanharz vorhanden sind.
  • Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung angegeben, die als Zwischenschicht-Isolationsfilm einen Film mit niedriger dielektrischer Konstante umfasst. Dabei meint die Bezeichnung "Film mit niedriger dielektrischer Konstante" (gelegentlich auch als "Film mit geringer dielektrischer Konstante" bezeichnet) einen Film, der eine relative dielektrische Konstante von 1,4 bis 2,92 aufweist. Der Film mit niedriger dielektrischer Konstante der Halbleitervorrichtung ist erhältlich durch Durchführen einer Wärmebehandlung mit einer Zusammensetzung, die folgendes umfasst: ein Siloxanharz; eine Siliziumverbindung, die im wesentlichen aus Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, in der das Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen, die eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) bilden, zu Siliziumatomen, wobei die Kohlenstoffatome und Siliziumatome die Hauptkette eines Moleküls der Siliziumverbindung bilden, im Bereich von 2:1 bis 12:1 liegt; und ein Lösungsmittel.
  • Es wurde festgestellt, dass ein Film, der durch Zugabe einer Siliziumverbindung mit einer oder mehreren Silizium-Kohlenstoffbindungen im Grundgerüst (Hauptkette) zu einem Siloxanharz erhalten wird, eine Natur aufweist, dass Chemikalien wie ein Alkali abgestoßen werden.
  • Es wurde ebenfalls festgestellt, dass dann, wenn die Verbindung zu einem Siloxanharz gegeben wurde, die Verbindung homogen in dem Siloxanharz wegen der hohen Kompatibilität dispergiert ist und dass der Widerstand gegenüber sauren und alkalischen Lösungen verbessert wird und selbst dann andauert, wenn die Verbindung zu dem Siloxanharz bei einem Gewichtsverhältnis von 0,1 Gew.Teilen, bezogen auf 100 Gew.Teile des Siloxanharzes zugegeben wird.
  • Es wurde ebenfalls festgestellt, dass eine Siliziumverbindung mit einer oder mehreren Silizium-Kohlenstoffbindungen im Gerüst eine hohe Feuchtigkeitsresistenz aufweist und dass daher die Zusammensetzung selbst bei der Bildung von porösen Filmen wirksam ist, die das Problem aufweisen, dass sie eine geringe Feuchtigkeitsresistenz haben, solange sie nicht verwendet werden.
  • Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die Kombination eines Siloxanharzes und einer solchen Siliziumverbindung Schädigungen (mechanische Schädigungen wie Risse), die bei einem Film mit geringer dielektrischer Konstante auf Siloxanbasis in einer alkalischen Lösung verursacht werden, was ein Problem bei Filmen mit einer geringen dielektrischen Konstante mit einer oder mehreren SiH-Bindungen gewesen ist, verhindern kann, und dass die Erhöhung der dielektrischen Konstante, die durch das hygroskopische Verhalten verursacht wird, in vielen Fällen gelöst werden kann, was ein anderes Problem für poröse Filme mit niedriger dielektrischer Konstante gewesen ist.
  • Eine solche Siliziumverbindung kann als Siliziumverbindung mit einer -X-Bindung (worin X (C)m (worin m = 2 oder 3) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) in der Hauptkette identifiziert werden.
  • Durch Verwendung einer Siliziumverbindung mit der erwähnten -X-Bindung (worin X (C)m) (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) in der Hauptkette zusammen mit einem Siloxanharz, Bilden eines Beschichtungsfilmes, der beide enthält, und Erwärmen des resultierenden Filmes ist es möglich, einen Film mit niedriger dielektrischer Konstante mit minimierter Hydrolyse und/oder Schädigungen durch die chemische Behandlung zu erzeugen, während die Erhöhung der dielektrischen Konstanten in einem Verfahren zur Erzeugung eines Halbleiters unterdrückt wird.
  • Es ist bevorzugt, dass die erwähnte Siliziumverbindung eine Struktur mit der Formel 2 aufweist:
    Figure 00070001
    (worin R4 und R5 gleich oder verschieden sind und jeweils ein H oder eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 9 Kohlenstoffatomen sind; R6 eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe ist; und p eine ganze Zahl von 20 bis 1000 ist).
  • Die Beschränkungen bezüglich R4, R5 und dem Polymerisationsgrad sind notwendig, um die Viskosität der Zusammensetzung vor der Bildung eines Filmes in einem angemessenen Bereich zu halten, während die Beschränkung bezüglich R6 wichtig ist, um die Wärmeresistenz des gebildeten Filmes mit geringer dielektrischer Konstante sicherzustellen.
  • Es ist bevorzugt, dass das erwähnte Siloxanharz eine Struktur mit der unten gezeigten Formel 3 aufweist:
    Figure 00080001
    (worin R1, R2 und R3 gleich oder verschieden sind und jeweils Wasserstoff, Fluor, Methylgruppe oder -O-Bindung sind und n eine ganze Zahl von 5 bis 1000 ist.)
  • Es ist nicht sehr bevorzugt, dass R1, R2 oder R3 eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe anstelle von Wasserstoff, Fluor oder Methylgruppe sind, weil die Eliminierung von Wasserstoff verstärkt wird, was zur Beschleunigung der Bildung einer Vernetzung führt. Es wurde festgestellt, dass, obwohl die -O-Bindung ebenfalls Vernetzungsreaktionen fördert, dies nicht zu praktischen Problemen führt.
  • Die -X-Bindung, die hierin verwendet wird, (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) bedeutet, wenn m z. B. 3 ist, einen Zustand, worin 3 Kohlenstoffatome in Serie als C-C-C gebunden sind, worin jeder Kohlenstoff eine andere Substituentengruppe als Wasserstoff aufweisen kann. Ein einfaches Beispiel für m = 3 ist eine Propylengruppe. m ist auf 2 oder 3 beschränkt, weil die Verminderung der Wärmeresistenz beobachtet werden kann, wenn m 4 oder größer ist. Eine Phenylengruppe ist ein Beispiel der substituierten oder unsubstituierten aromatischen Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen.
  • Versuche haben ergeben, dass eine Siliziumverbindung, die im wesentlichen aus Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, wenn das Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen, die eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substiutierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) bilden, zu Siliziumatomen in der Hauptkette des Moleküls von 2:1 bis 12:1 ist, erforderlich ist, weil diese einen Film mit niedriger dielektrischer Konstante und mit einer guten Ausgewogenheit einer niedrigen dielektrischen Konstanten, chemischer Resistenz gegenüber Säuren und Alkalien und Feuchtigkeitsresistenz ergibt.
  • Im Hinblick auf das Produktsionsverfahren ist das erwähnte Siloxanharz bevorzugt ein Siloxanharz, das durch Durchführen einer Wärmebehandlung mit einer Mischung mit einem Tetraalkoxysilan (a) und einem Alkyltrialkoxysilan und/oder Trialkoxysilan (b) bei einem molaren Verhältnis (a:b) von 0:1 bis 1:0 erhalten ist.
  • Für den Erhalt eines Siloxanharzes mit konsistenten Qualitäten ist es bevorzugt, das Harz zu erzeugen, indem während der Wärmebehandlung von 100 bis 400 Mol Alkohole aus 100 Molen von (a + b) im gesamten Tetraalkoxysilan (a) und Alkyltrialkoxyilan und/oder Trialkoxysilan (b) freigesetzt werden.
  • Es wurde ebenfalls festgestellt, dass es bevorzugt ist, dass die Kohlenstoffkonzentration in dem Siloxanharz in dem Bereich von 1 bis 80 Atom% pro Gesamtatome in dem Siloxanharz liegt, um eine konsistente geringe dielektrische Konstante zu erzielen. Es wird vermutet, dass die Hydrolyse bei der Bildung des Filmes mit geringer dielektrischer Konstante unterdrückt wird.
  • Es wurde ebenfalls festgestellt, dass es gleichermaßen bevorzugt ist, dass die Konzentration der Wasserstoffatome, die direkt an Silizium in dem Siloxanharz gebunden sind, im Bereich von 1 bis 25 Atom% bezogen auf die Gesamtatome in dem Siloxanharz liegt.
  • Ein Fall, bei dem beide Bedingungen erfüllt sind, ist ebenfalls eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele.
  • Es ist bevorzugt, dass das Gewichtsverhältnis der erwähnten Siliziumverbindung zu dem erwähnten Siloxanharz in dem Bereich von 0,001 bis 2 liegt, d. h. 0,1 bis 200 Gew.Teile des zuerst genannten bezogen auf 100 Gew.Teile des zuletzt genannten.
  • Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung ebenfalls eine Substanz enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Novolak-Harz, Epoxyharz, Acrylharz, Polyester, Polypropylen, Phenolverbindung, Imidazolverbindung und Adamantanverbindung.
  • Es wurde festgestellt, dass ein Acrylharz insbesondere unter den erwähnten Substanzen bevorzugt ist.
  • Es gibt verschiedene Arten von Arylharzen im Hinblick auf den Polymerisationsgrad, das Ausmaß der Copolymerisation usw. Ein angemessenes kann durch ein Versuchsverfahren ausgewählt werden.
  • Diese Substanzen werden zugegeben, um Poren durch Vaporisierung und Dissipation davon zu bilden, während ein Film mit geringer dielektrischer Konstante gebildet wird. Somit sind sie Dissipationsmittel (porenbildende Substanzen).
  • Obwohl ein Film mit niedriger dielektrischer Konstante mit einer noch niedrigeren dielektrischen Konstante durch die Bildung von Poren erzeugt werden kann, werden mechanische Eigenschaften wie Stärke gleichzeitig verschlechtert. Daher ist es wünschenswert, dass Poren mit angemessenen Größen auf angemessene Weise verteilt sind.
  • Es ist bevorzugt, von 5 bis 200 Gew.Teilen eines Dissipationsmittels bezogen auf 100 Gew.Teile eines Siloxanharzes zuzugeben.
  • Der Grund liegt darin, dass die dielektrische Konstante nicht genügend vermindert wird, wenn die Menge weniger als 5 Gew.Teile ist und dass die Stärke des Films vermindert wird, wenn die Menge mehr als 200 Gew.Teile ist.
  • Es wurde ebenfalls festgestellt, dass eine Substanz mit einem Koeffizienten des thermischen Gewichtsverlustes in einem spezifischen Bereich als oben erwähnte Substanz angemessen ist. Denn eine Substanz ist wünschenswert, die ihr Gewicht um 5 Gew.% oder mehr bei 150°C und um 90 Gew.% oder mehr bei 400°C verliert, wenn sie von normaler Temperatur bei einer Rate von 10°C/min aufgeheizt wird. Der Grund liegt vermutlich darin, dass die Bildung der erwähnten Poren angemessen gesteuert wird.
  • Es ist gewünscht, dass die Porosität der Poren von 10 bis 70 Vol.% pro Gesamtvolumen des Films mit niedriger dielektrischer Konstante ist. Wenn die Porosität weniger als 10 Vol.% ist, ist die Wirkung zur Erzeugung der Porosität gering. Wenn die Porosität 70 Vol.% übersteigt, werden die mechanischen Eigenschaften verschlechtert. Eine wünschenswerte durchschnittliche Porengröße (Durchmesser) liegt im Bereich von 50 bis 200 nm.
  • Die erwähnten Untersuchungen haben ergeben, dass ein Film mit niedriger dielektrischer Konstante mit einer oder mehreren SiO4-Bindungen, C-SiO3-Bindungen ebenso wie -X-Bindungen (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) und mit einer Porosität von 10 bis 70 Vol.% und einer relativen dielektrischen Konstante von 1,4 bis 2,5 eine niedrige dielektrische Konstante ergibt, die Hydrolyse unterdrückt und gute mechanische Eigenschaften aufweist. Ein Film mit niedriger dielektrischer Konstante mit solchen Eigenschaften kann durch Kombinieren eines Filmes mit einer Zusammensetzung mit einem Siloxanharz und einer Siliziumverbindung mit einer oder mehreren Silizium-Kohlenstoff-Bindungen in der Hauptkette mit Poren erreicht werden.
  • Als repräsentative mechanische Stärke ist es wünschenswert, dass die Zugfestigkeit beim Bruch von 30 bis 80 MPa ist, gemessen durch das Stud Pull Verfahren. Eine Zugfestigkeit beim Bruch von weniger als 30 MPa ist mechanisch nicht ausreichend. Wenn sie 80 MPa übersteigt, ist dies vom mechanischen Gesichtspunkt her nicht angemessen, sondern die dielektrische Konstante verschlechtert sich in vielen Fällen.
  • Diese Erfindung wurde in vielen Fällen als Ergebnis von Untersuchungen eines Systems mit einer oder mehreren SiO4-Bindungen, C-SiO3-Bindungen ebenso wie -X-Bindungen (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) erreicht. Wenn jedoch die erreichten Ergebnisse nur im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften beobachtet werden, kann überlegt werden, dass ein Film mit geringer dielektrischer Konstante mit einer Porosität von 10 bis 70 Vol.%, einer relativen dielektrischen Konstante von 1,4 bis 2,5 und einer Zugfestigkeit beim Bruch von 30 bis 80 MPa, gemessen durch das Stud Pull Verfahren, und der im wesentlichen aus Silizium, Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht, die erwähnten verschiedenen Wirkungen ergibt.
  • Diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung bedeutet:
  • 1 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung mit einem Aluminium (Al)-Leitung
  • 2 einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung mit einer Kupfer (Cu)-Leitung; und
  • 3 eine Halbleitervorrichtung, erhalten durch gewisse Modifizierung der Halbleitervorrichtung gemäß 2.
  • Merkmale dieser Erfindung werden beispielhaft unter Verwendung der Figuren, Tabellen und Beispiele erläutert. Diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Andere Merkmale können zu dem Rahmen und Umfang dieser Erfindung gehören.
  • Ein Merkmal dieser Erfindung ist eine Zusammensetzung, umfassend ein Siloxanharz, eine Siliziumverbindung, die im wesentlichen aus Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht und eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) in der Hauptkette in einem Molekül aufweist, worin das Verhältnis von Kohlenstoffatomen zu Siliziumatomen 2:1 bis 12:1 ist, und ein Lösungsmittel.
  • Normalerweise wird ein Siloxanharz durch Erwärmen einer Mischung, umfassend ein Tetraalkoxyilan, Alkyltrialkoxysilan und/oder Trialkoxysilan, ebenso wie ein Lösungsmittel mit anschließender Verdampfung einer vorbestimmten Menge an Alkohol hergestellt.
  • Obwohl die Siliziumverbindung normalerweise nach dem Erwärmen zugegeben wird, kann sie ebenfalls, falls möglich, vor dem Erwärmen zugegeben werden.
  • Siliziumverbindungen mit einer oder mehreren Silizium-Kohlenstoffbindungen im Gerüst, die zu einem Siloxanharz gemäß dieser Erfindung gegeben werden, umfassen Polydimethylcarbosilan, Polyhydromethylcarbosilan, Polydiethylcarbosilan, Polyhydroethylcarbosilan, Polycarbosilastyrol, Polyphenylmethylcarbosilan und Polydiphenylcarbosilan.
  • Es ist bevorzugt von 0,1 bis 200 Gew.Teilen einer Siliziumverbindung zu 100 Gew.Teilen eines Siloxanharzes zu geben. Wenn eine Siliziumverbindung in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.Teilen zugegeben wird, wird keine ausreichende chemische Resistenz erhalten. Wenn eine Siliziumverbindung in einer Menge von mehr als 200 Gew.Teilen zugegeben wird, wird die Stärke des erhaltenen Filmes vermindert.
  • Es gibt keine spezifische Beschränkung bezüglich des Siloxanharzes, das erfindungsgemäß verwendet wird, solange es mit einem Lösungsmittel verdünnt werden kann. Ein solches Siloxanharz umfasst ein Polymer vom Solgel-Typ, aus einem Tetraalkoxysilan, einem Trialkoxysilan, einem Methyltrialkoxysilan, einem Tetraalkoxysilan und Trialkoxysilan, ein Polymer vom Solgel-Typ aus einem Tetraalkoxysilan und Methyltrialkoxysilan, ein Solgel-Polymer aus einem Methyltrialkoxysilan und Trialkoxysilan, ein Solgel-Polymer aus einem Tetraalkoxysilan und einem Dimethylakoxysilan, Wasserstoffsilsesquioxan, Methylsilsesquioxan und einem fluorhaltigen Wasserstoffsilsesquioxan.
  • Eine Siliziumverbindung mit einer chemischen Struktur mit der Formel 2 ist bevorzugt, wenn eine Siliziumverbindung, wie sie oben beschrieben ist, durch eine chemische Struktur definiert wird. Ein Siloxanharz mit einer chemischen Struktur gemäß der Formel 3 ist bevorzugt, wenn ein Siloxanharz, wie oben beschrieben, durch eine chemische Struktur definiert wird.
  • Ein Film kann durch Schichten einer Zusammensetzung dieser Erfindung, zum Beispiel durch das Spinnbeschichtungsverfahren, gebildet werden. Es gibt keine spezifische Beschränkung bezüglich der Verdünnung des Lösungsmittels, solange dieses das Siloxanharz und die Siliziumverbindung mit einer oder mehreren Silizium-Kohlenstoffbindungen, die erfindungsgemäß verwendet wird, auflöst. Ein solches Lösungsmittel umfasst Cyclohexanon, Methylisobutylketon, Methylethylketon, Methylcellosolve, Ethylcellosolve, Octan, Decan, Propylenglycol, Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonomethyletheracetat, Diethylenglycol, Propylenglycol, Propylenglycolmonomethylether, Propylenglycolmonoethylether und Propylenglcolmonopropylether.
  • Erfindungsgemäß werden, wenn ein poröser Film oder dergleichen aus der erwähnten Zusammensetzung gebildet wird, eine ausreichende Alkaliresistenz (kaustische Resistenz) und Feuchtigkeitsresistenz realisiert.
  • Ein Film kann unter Verwendung eines Materials zur Bildung eines Filmes mit niedriger dielektrischer Konstante zum Beispiel durch Schichten der Zusammensetzung auf ein Substrat durch ein Spinnbeschichtungsverfahren, Verdampfung des Lösungsmittels bei einer Temperatur von 120 bis 250°C, mit anschließender Wärmebehandlung der beschichteten Zusammensetzung bei einer Temperatur von 300°C oder mehr zur Vernetzung des Siloxanharzes gebildet werden. Gemäß dieser Erfindung kann ebenfalls ein poröser Film gebildet werden, zum Beispiel durch Beschichten der erwähnten Zusammensetzung auf ein Substrat durch ein Spinnbeschichtungsverfahren und durch Durchführen einer Verdampfungsbehandlung des Lösungsmittels ebenso wie einer Dissipationsbehandlung des Dissipationsmittels bei einer Temperatur von 120 bis 250°C oder durch Durchführen der Verdampfungsbehandlung plus einer Dissipationsbehandlung mit UV-Licht-Bestrahlung, mit anschließender Wärmebehandlung der beschichteten Zusammensetzung bei einer Temperatur von 300°C oder mehr, zur Vernetzung des Siloxanharzes.
  • Beispiele dieser Erfindung werden nachfolgend angegeben.
  • Die folgenden Verfahren werden zur Analyse verwendet.
  • Das Molekulargewicht eines Siloxanharzes oder einer Siliziumverbindung wurde durch Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel bestimmt und als Molekulargewicht ausgedrückt, das in Polystyrol umgewandelt ist.
  • Das Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen, die eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstiutierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) bilden, zu Siliziumatomen in der Hauptkette eines Moleküls der Siliziumverbindung, wurde durch XPS (Röntgenstrahlenfotospektroskopie) bestimmt.
  • Die Kohlenstoffkonzentration pro Gesamtatome in einem Siloxanharz wurde durch XPS (Röntgenstrahlenfotospektroskopie) bestimmt.
  • Die Konzentration der Wasserstoffatome, die direkt an Silizium gebunden sind, pro Gesamtatome in einem Siloxanharz, wurden durch das Ergebnis der IR-Messung eines Ausgangsmaterials berechnet.
  • Der thermische Gewichtsverlust wurde durch den Gewichtsverlust durch Erwärmen von etwa 10 mg einer Probe in einer Anlage für die Thermogravimetrie bei einer Rate von 10°C/min von normaler Temperatur bis zu 500°C bestimmt.
  • Die Porosität wurde durch ein Stickstoffabsorptionsverfahren bestimmt.
  • Das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Rissen wurde durch Beobachtung mit einem optischen Mikroskop bestimmt.
  • Beispiel 1
  • Zu einer Mischung, bestehend aus 20,8 g (0,1 Mol) Tetraethoxysilan, 17,8 g (0,1 Mol) Methyltriethoxysilan und 39,6 g Methylisobutylketon in einem Reaktor wurden tropfenweise 16,2 g (0,9 Mol) einer wässrigen Lösung aus Salpetersäure mit 400 ppm Salpetersäure unter Rühren gegeben. Die Addition verlief über 10 min. Nach Vollendung der Zugabe wurde die Reaktion für weitere 2 h zur Reifung fortgesetzt. Die Reaktion wurde unter Rühren durchgeführt.
  • Dann wurden 5 g Magnesiumsulfat zur Entfernung von überschüssigem Wasser zugegeben und durch die Reifung gebildeter Ethanol wurde durch einen Rotationsverdampfer entfernt, so dass das Volumen der Reaktionsmischung 50 ml wurde. Ethanol wurde in einer Menge von 0,7 Mol gebildet.
  • Zu der erhaltenen Reaktionsmischung wurden 20 ml Methylisobutylketon gegeben. Dann wurde Methylisobutylketon in einem Ofen bei 200°C entfernt. Es wurde festgestellt, dass die Reaktionsmischung Feststoffe mit 17,4 Gew.% enthielt. Zu der Reaktionsmischung wurden 1,74 g Methylhydropolycarbosilan zur Herstellung einer Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes gegeben.
  • Die obigen Reaktionen und die Behandlung mit dem Rotationsverdampfer wurden bei üblicher Temperatur und unter normalem Druck durchgeführt.
  • Die Analysen ergaben, dass das Molekulargewicht des Siloxanharzes und von Methylhydropolycarbosilan in der Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes 3500 bzw. 1800 war.
  • Das Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen, die eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) in der Hauptkette eines Moleküls Methylhydropolycarbosilan bildeten, zu Siliziumatomen war 3:1.
  • Die Kohlenstoffkonzentration, bezogen auf die Gesamtzahl der Atome des Siloxanharzes, war 13 Atom%.
  • Die Konzentration der Wasserstoffatome, die direkt an ein Silizium gebunden waren, bezogen auf die Gesamtatome des Siloxanharzes war 1 Atom%.
  • Beispiel 2
  • Die Behandlung wurde auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass 20,8 g (0,1 Mol) Tetraethoxysilan, 16,4 g (0,1 Mol) Triethoxysilan und 37,2 g Methylisobutylketion anstelle von 20,8 g (0,1 Mol) Tetraethoxysilan, 17,8 g (0,1 Mol) Methyltriethoxysilan und 39,6 g Methylisobutylketon verwendet wurden und dass Methylisobutylketon in einem Ofen bei 200°C entfernt wurde, wodurch festgestellt wurde, dass die Lösung 16,8 Gew.% eines Feststoff enthielt. Ethanol in einer Menge von 0,7 Mol wurde gebildet.
  • Zu der Reaktionsmischung wurden 1,68 g Methylhydropolycarbosilan auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 zugegeben, unter Herstellung einer Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes.
  • Die Analysen ergaben, dass das Molekulargewicht des Siloxanharzes in der Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes 2800 war.
  • Die Kohlenstoffkonzentration, bezogen auf die Gesamtatome in dem Siloxanharz war 2 Atom%.
  • Die Konzentration der Wasserstoffatome, die direkt an Silizium gebunden waren, bezogen auf die Gesamtatome in dem Siloxanharz, war 11 Atom%.
  • Beispiel 3
  • Die Behandlung wurde auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass 17,8 g (0,1 Mol) Methyltriethoxysilan, 16,4 g (0,1 Mol) Triethoxysilan und 37,2 g Methylisobutylketon anstelle von 20,8 g (0,1 Mol) Tetraethoxysilan, 17,8 g (0,1 Mol) Methyltriethoxysilan und 39,6 g Methylisobutylketon verwendet wurden und Methylisobutylketion wurde in einem Ofen bei 200°C entfernt, wobei festgestellt wurde, dass die Lösung 15,8 Gew.% Feststoff enthielt. Ethanol in einer Menge von 0,7 Mol wurde gebildet.
  • Zu der Reaktionsmischung wurden 1,58 g Methylhydropolycarbosilan auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 zugegeben, unter Herstellung einer Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes.
  • Die Analyse ergab, dass das Molekulargewicht des Siloxanharzes in der Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes 4500 war.
  • Die Kohlenstoffkonzentration, bezogen auf die Gesamtatome in dem Siloxanharz war 11 Atom%.
  • Die Konzentration der Wasserstoffatome, die direkt an Silizium gebunden waren, bezogen auf die Gesamtatome des Siloxanharzes, war 12 Atom%.
  • Beispiel 4
  • Zu der Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, wurden 1,74 g eines Acrylharzes gegeben, zur Herstellung einer Beschichtungslösung zur Bildung eines porösen Filmes.
  • Das Acrylharz verlor 10 Gew.% Gewicht bei 150°C und 100 Gew.% Gewicht bei 400°C.
  • Beispiel 5
  • Zu der Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes, der gemäß Beispiel 2 hergestellt war, wurden 1,68 g eines Harzes auf Polyesterbasis zur Herstellung einer Beschichtungslösung zur Bildung eines porösen Filmes gegeben.
  • Das erwähnte Harz auf Polyesterbasis verlor 10 Gew.% Gewicht bei 150°C und 95 Gew.% Gewicht bei 400°C.
  • Beispiel 6
  • Zu der Beschichtungslösung zur Bildung eines Filmes, die gemäß Beispiel 3 hergestellt war, wurden 1,58 g Atamantanmonophenol gegeben, zur Herstellung einer Beschichtungslösung zur Bildung eines porösen Filmes.
  • Das erwähnte Adamantanmonophenol verlor 60 Gew.% des Gewichtes bei 150°C und 100 Gew.% des Gewichtes bei 400°C.
  • Beispiel 7
  • Die Beschichtungslösungen zur Bildung von Filmen und die Beschichtungslösungen zur Bildung von porösen Filmen, hergestellt in den Beispielen 1 bis 6, wurden auf einen Si-Wafer bei 3000 Umdrehungen/min (Upm) für 20 s spinnbeschichtet, und Lösungsmittel wurden bei 200°C verdampft, und die erhaltenen Filme wurden unter einer Stickstoffatmosphäre mit Sauerstoff in Stickstoff bei 100 ppm oder weniger über 400°C 30 min lang vergütet, unter Bildung eines Isolationsfilmes mit geringer dielektrischer Konstante.
  • Auf die erhaltenen Filme wurden Au-Elektroden mit einer Dicke von 1 mm gebildet, und die relativen dielektrischen Konstanten der Filme, berechnet von den bestimmten elektrischen Kapazitäten sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
  • Dissipationsmittel wurden während des Vergütungsschrittes entfernt, unter Bildung von Poren.
  • Die Porosität der Poren war 48%, wenn die Beschichtungslösung von Beispiel 4 verwendet wurde, 42% wenn die Beschichtungslösung von Beispiel 5 verwendet wurde und 45%, wenn die Beschichtungslösung von Beispiel 6 verwendet wurde.
  • Die Analysen dieser Filme durch FT-IR und XPS bestätigen die Existenz von SiO4-Bindungen, C-SiO3-Bindungen und -X-Bindungen (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist).
  • Die Zugfestigkeit beim Bruch war 64 MPa, gemessen durch das Stud Pull Verfahren.
  • Beispiel 8
  • Im Hinblick auf jedes Beispiel 1 bis 6 wurden die Mengen des zugegebenen Polycarbosilans, wie in Tabellen 2 und 3 gezeigt, geändert, und Filme wurden auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 7 hergestellt, und die erhaltenen Filme wurden in 2,38 Gew.% einer wässrigen Tetramethylammoniumhydridlösung bzw. in 5 Gew.% einer wässrigen Ammoniumhydroxidlösung 1 min getränkt. Die Risse wurden beobachtet und die Änderungen der Filmdicke und der dielektrischen Konstante wurden bestimmt. Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, zeigten alle Auswertungspunkte nach der Tränkbehandlung keine Änderungen bezüglich der Auswertungspunkte vor der Tränkbehandlung, wenn 0,1 Gew.Teile oder mehr Polymethylhydrocarbosilan zugegeben waren.
  • Beispiel 9
  • Nachfolgend werden die Strukturen der Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung von Beschichtungslösungen gemäß Beispielen 1 bis 6 hergestellt sind, und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben.
  • Es ist festzustellen, dass Filme mit niedriger dielektrischer Konstante unter einer Bedingung gebildet wurden, die der von Beispiel 7 ähnlich war.
  • 1 erläutert einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung mit Aluminium (Al)-Leitungen. Ein Aktivbereich ist durch den feldoxidierten Film 2, der auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 1 gebildet ist, begrenzt. Ein MOSFET 3 ist in dem aktiven Bereich gebildet. Das MOSFET 3 umfasst einen Quellenbereich 3S, einen Drain-Bereich 3D, eine Gate-Elektrode 3G und Gate-oxidierten Film 3I
  • Ein Zwischenschicht-Isolationsfilm 10 aus SiO2 und ein Stopper-Film 11 aus SiN sind über dem Substrat gebildet, um MOSFET 3 zu bedecken. Ein Kontaktloch 12 ist in dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 10 bei einer Position gebildet, die dem Drain-Bereich 3D entspricht. Eine Sperrschicht 13 aus TiN bedeckt die Seitenwand und die Bodenfläche des Kontaktloches 12. Zusätzlich füllt ein Stöpsel 14 aus Wolfram (W) das Kontaktloch 12.
  • Die Sperrschicht 13 und der Stöpsel 14 sind durch das chemisch-mechanische Polieren (CMP) nach Niederschlagen eines TiN-Filmes und eines W-Filmes auf der gesamten Oberfläche des Substrates gebildet. Der TiN-Film wird durch Sputterverfahren niedergeschlagen. Der W-Film wird durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren (CVD) unter Verwendung von Wolframhexafluorid und Wasserstoff niedergeschlagen.
  • Auf die Oberfläche des Stopperfilms 11 werden erste Schichtleitungen 20 gebildet. Die ersten Schichtleitungen 20 haben eine Dreischichtstruktur, bestehend aus TiN-Film 21 mit einer Dicke von 50 nm (Boden), Cu-haltigem Al-Film 22 mit einer Dicke von 450 nm und TiN-Film 23 mit einer Dicke von 50 nm (oben) in dieser Reihenfolge. Der TiN-Film und der Al-Film werden durch das Plasmaätzverfahren unter Verwendung von Chlorwasserstoffgas mit einem Muster versehen. Teile der ersten Schichtleitungen 20 werden elektrisch mit den W-Stöpsel 14 verbunden.
  • Die Oberflächen der ersten Schichtleitungen 20 und des Stopperfilmes 11 werden mit dem Liner-Film 25, der aus SiO2 gemacht ist und eine Dicke von 50 nm hat, bedeckt. Der Liner-Film 25 wird durch CVD unter Verwendung von Tetraethylorthosilocat (TEOS) und Sauerstoff gebildet.
  • Auf den Liner-Film 25 wird ein Film mit geringer dielektrischer Konstante 26 gebildet. Der Film 26 mit geringer dielektrischer Konstante kann durch Spinnbeschichten der Beschichtungslösungen gemäß den Beispielen 4 bis 6 gebildet werden. Der Film mit geringer dielektrischer Konstante 26 wird gebildet, so dass die Dicke 500 nm ist, wenn von der flachen Oberfläche des Siliziumsubstrates gemessen wird.
  • Zur detaillierten Erläuterung werden Leitungen 20 gebildet, indem ein Metallmuster gebildet, das mit einer Schicht mit geringer dielektrischer Konstante umgeben ist, und anschließend ein chemisches mechanisches Polieren (CMP) der Oberfläche des Metallmusters zusammen mit der Oberfläche der Schicht mit niedriger dielektrischer Konstante durchgeführt wird, zur Bildung einer Schicht (oder Filmes 21, 22 oder 23) der Leitungen 20. Bei der Bildung der Leitungen wird der Film mit geringer dielektrischer Konstante 26 durch Laminieren der Schichten mit geringer dielektrischer Konstante wie oben beschrieben gebildet.
  • Auf den Film 26 mit geringer dielektrischer Konstante wird eine Abdeckschicht 27 aus SiO2, die eine Dicke von 1000 nm hat, gebildet. Die Abdeckschicht 27 wird durch CVD unter Verwendung von TEOS und Sauerstoff gebildet. Die obige Fläche der Abdeckschicht 27 wird durch CMP flach gemacht. Dieses Polieren wird so durchgeführt, dass die Gesamtfilmdicke des Liner-Filmes 25, des Filmes 26 mit geringer dielektrischer Konstante und der Abdeckschicht 27 1200 nm ist, wenn an einem Ort gemessen wird, an dem die ersten Schichtleitungen 20 nicht angeordnet sind.
  • In den drei Schichten aus dem Liner-Film 25, dem Film 26 mit geringer dielektrischer Konstante und der Abdeckschicht 27 wird ein Durchgangsloch 28 gebildet. Das Durchgangsloch 28 wird durch Plasmaätzen unter Verwendung von CF4 und CHF3 gebildet. Die Seitenwand und die Bodenfläche des Durchgangsloches 28 werden mit einer Sperrschicht 29 aus TiN beschichtet. Der W-Stöpsel 30 füllt das Durchgangsloch 28. Eine Sperrschicht 29 und der W-Stöpsel 30 werden auf ähnliche Weise wie die Bildung der unterliegenden Sperrschicht 13 und der Stöpsel 14 gebildet.
  • Auf die Abdeckschicht 27 werden zweite Schichtleitungen 40 gebildet. Der zweite Schicht-Linerfilm 41, Film mit geringer dielektrischer Konstante 42 und Abdeckschicht 43 werden so laminiert, dass die zweiten Schichtleitungen 40 bedeckt werden. Diese werden auf ähnliche Weise wie bei der Bildung der entsprechenden Teile der ersten Schicht gebildet.
  • Bei der Vielschicht-Leitungsstruktur, die in 1 gezeigt ist, sind die Spalte zwischen den Leitungen, die wechselseitig in der gleichen Leitungsschicht benachbart sind, mit einem Film mit geringer dielektrischer Konstante gemäß dieser Erfindung gefüllt, so dass die parasitäre Kapazität zwischen den Leitungen vermindert werden kann. Zusätzlich wird die Feuchtigkeitsresistenz des Filmes nicht abgebaut und eine geringe dielektrische Konstante wird aufrechterhalten, selbst nach der Behandlung unter Verwendung einer alkalischen Lösung.
  • 2 erläutert einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung mit Kupfer (Cu)-Leitungen. Die Strukturen der Teile von dem Silizumsubstrat 1 bis zur Stopper-Schicht 11 sind die gleichen wie die entsprechenden Teile der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung. Somit haben diese Teile in der 2 die gleichen Bezugsziffern und Bedeutungen wie in dem entsprechenden Teil von 1.
  • Auf den Stopperfilm 11 wird ein Film 50 mit geringer dielektrischer Konstante gebildet. Der Film 50 mit geringer dielektrischer Konstante wird unter Verwendung von filmbildenden Materialien entsprechend den erwähnten Beispelen gebildet, so dass die Dicke 450 nm ist, wenn von einer flachen Oberfläche des Siliziumsubstrates gemessen wird. Über den Film 50 mit geringer dielektrischer Konstante wird die Abdeckschicht 51 gebildet, die aus SiO2 hergestellt ist und eine Dicke von 50 nm hat. Die Abdeckschicht 51 wird durch CVD unter Verwendung von TEOS und Sauerstoff gebildet.
  • Eine Leitungsrille 52 der ersten Schicht wird entlang dem Film 50 mit geringer dielektrischer Konstante und der Abdeckschicht 51 gebildet. Die Leitungsrille 52 der ersten Schicht wird durch Plasmaätzen unter Verwenden von CF4 und CHF3 gebildet. Auf die Bodenfläche der Leitungsrille 52 der ersten Schicht erscheint die obere Fläche des Stöpsels 14.
  • Die Seitenwand und die Bodenfläche der Leitungsrille 52 der ersten Schicht werden mit einer Sperrschicht 53 bedeckt, die aus TaN gebildet ist und eine Dicke von 50 nm hat. Die Leitung 54 der ersten Schicht aus Cu füllt die Leitungsrille 52.
  • Nachfolgend folgen Beschreibungen von Verfahren zur Bildung der Sperrschicht 53 und der Leitung 54 der ersten Schicht.
  • Über das gesamte Substrat, einschließlich der inneren Oberfläche der Leitungsrille der ersten Schicht wird ein TaN-Film durch ein Sputterverfahren gebildet. Auf dem gebildeten Film wird weiterhin ein Cu-Film mit einer Dicke von 50 nm durch ein Sputter-Verfahren gebildet. Ein Cu-Film mit einer Dicke von 600 nm wird durch elektrolytisches Plattieren unter Verwendung des gebildeten Cu-Filmes als Elektrode gebildet. Exzessive Teile der Cu- und TaN-Filme werden durch CMP entfernt und die Sperrschicht 53 und die Leitung 54 der ersten Schicht werden in der Leitungsrille 52 der ersten Schicht gelassen.
  • Auf die Abdeckschicht 51 werden ein Diffusionsverhinderungsfilm 60, der aus SiN hergestellt ist und eine Dicke von 50 nm hat, ein Film 61 mit geringer dielektrischer Konstante, ein Stopperfilm 62, der aus SiN gebildet ist und eine Dicke von 50 nm hat, ein Film 63 mit geringer elektrischer Konstante und eine Abdeckschicht 64, die aus SiN gebildet ist und eine Dicke von 50 nm hat, laminiert. Der Film 60 zur Verhinderung der Diffusion und der Stopperfilm 62 werden durch Plasma-CVD unter Verwendung von Silan und einem Ammoniakgas gebildet. Filme 61 und 63 mit geringer dielektrischer Konstante werden unter Verwendung der Zusammensetzung auf Siliziumbasis gemäß dieser Erfindung gebildet. Die Filme 61 und 63 mit geringer dielektrischer Konstante werden so gebildet, dass die Dicken 650 bzw. 400 nm sind, wenn von der flachen Oberfläche des Siliziumsubstrates gemessen wird.
  • Umgeben durch den Film 60 zur Verhinderung der Diffusion und den Film 61 mit geringer dielektrischer Konstante wird das Durchgangsloch 68 gebildet. Umgeben durch den Stopperfilm 62, den Film 63 mit geringer dielektrischer Konstante und der Abdeckschicht 64 wird eine Leitungsrille 69 der zweiten Schicht gebildet. Die inneren Oberflächen des Durchgangsloches 68 und die Leitungsrille 69 der zweiten Schicht werden mit der Sperrschicht 70 bedeckt, die aus TaN hergestellt ist und eine Dicke von 50 nm hat. Die Leitung der zweiten Schicht 72 aus Cu füllt das Durchgangsloch 68 und die Leitungsrille 69 der zweiten Schicht 69. Die Leitung 72 der zweiten Schicht wird durch ein Dual-Damascus-Verfahren gebildet.
  • Nachfolgend wird das Dual-Damascus-Verfahren kurz erläutert. Zunächst wird ein Durchgangsloch 68 gebildet, das von der Abdeckschicht 64 zu der oberen Oberfläche der Leitung 54 der ersten Schicht reicht. Dann wird die Leitungsrille 69 der zweiten Schicht gebildet, die von der Abdeckschicht 64 zu der oberen Fläche des Films 61 mit geringer dielektrischer Konstante reicht. Die Sperrschicht 70 und die Leitung 72 der zweiten Schicht werden auf eine Weise gebildet, die der Bildung der unterliegenden Sperrschicht 53 und der Leitung 54 der ersten Schicht ähnlich ist.
  • Die Leitung 54 der ersten Schicht und die Leitung 72 der zweiten Schicht werden durch Filme 50, 61 und 63 mit geringer dielektrischer Konstante umgeben, so dass die Verminderung der parasitären Kapazität zwischen Leitungen erreicht werden kann. Zusätzlich werden diese Filme 50, 61 und 63 mit geringer dielektrischer Konstante mit Zusammensetzungen auf Siliziumbasis gemäß dieser Erfindung gebildet, so dass die dielektrische Konstante niedrig gehalten werden kann, ohne dass die Feuchtigkeitsresistenz selbst nach der Behandlung durch eine alkalische Behandlungslösung vermindert wird.
  • 3 erläutert eine Halbleitervorrichtung, hergestellt durch geringe Modifizierung der Halbleitervorrichtung gemäß 2.
  • Ein Stopperfilm 62 aus Siliziumnitrid wird zwischen dem Film 61 mit geringer dielektrischer Konstante und dem Film 63 mit geringer dielektrischer Konstante in der Halbleitervorrichtung gemäß 2 angeordnet, während der Stopperfilm 62 in 3 nicht vorhanden ist, und der Film 63 mit geringer dielektrischer Konstante mit dem Film 61 mit geringer dielektrischer Konstante in der Halbleitervorrichtung in Kontakt steht.
  • Eine solche Struktur kann erhalten werden, indem Materialien für die Filme mit geringer dielektrischer Konstante ausgewählt werden, so dass die Ätzrate des überliegenden Filmes 63 mit geringer dielektrischer Konstante schneller ist als die des unterliegenden Filmes 61 mit geringer dielektrischer Konstante unter der gleichen Ätzbedingung.
  • Wenn die Ätzrate des darüber liegenden Filmes 63 mit geringer dielektrischer Konstante höher ist als die des unten liegenden Filmes 61 mit geringer dielektrischer Konstante wird der unten liegende Film 61 mit geringer dielektrischer Konstante, der nach Entfernen des darüber liegenden Filmes 63 mit geringer dielektrischer Konstante durch Ätzen freigelegt ist, langsamer geätzt, wenn die Leitungsrille der zweiten Schicht durch Ätzen nach Bildung des Durchgangslochs 68 gebildet wird, mit dem Ergebnis, dass der darüber liegende Film 63 mit geringer dielektrischer Konstante entfernt werden kann, ohne dass der Film 61 mit geringer dielektrischer Konstante entfernt wird. Tabelle 1 Relative dielektrische Konstanten von Beschichtungen
    Beispiel 1 2,92
    Beispiel 2 2,88
    Beispiel 3 2,79
    Beispiel 4 2,12
    Beispiel 5 2,16
    Beispiel 6 2,14
    Tabelle 2 Ergebnisse des Eintauchens in 2,38%-ige wässrige Tetramethylammoniumhydridlösung
    Zugeg. Polycarbosilan (Gew.-Teile) Vorhand. od. Abwesehn. v. Rissen Beispiel Änder. der Filmdicke Änder. d. rel. dielektrischen Konstante
    Beispiel Beispiel
    1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
    0 – + + – + + –54 nm –34 nm –38 nm –45 nm –39 nm –52 nm +0.6 +0.4 +1.2 +0.6 +0.8 +0.5
    0.05 – + + – + + –12 nm –18 nm –23 nm –21 nm –22 nm –19 nm +0.2 +0.3 +0.4 +0.4 +0.5 +0.4
    0.1 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    10 – – – – – – –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    50 – – – – – – –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    100 – – – – – – –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    160 – – – – – – –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    200 – – – – – – –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    250 – – – – – – –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm –12 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    Tabelle 3 Die Ergebnisse des Eintauchens in 3,5%-ige wässrige Ammoniaklösung
    Zugeg Polycarbosilan (Gew.-Teile) Vorhand. od. Abwesehn. v. Rissen Beispiel Änder. der Filmdicke Änder. d. rel. dielektrischen Konstante
    Beispiel Beispiel
    1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
    0 – – + – – + –32 nm –31 nm –35 nm –36 nm –15 nm –34 nm +0.8 +0.3 +0.2 +0.4 +0.2 +0.4
    0.05 – – + – – + –5 nm –9 nm –5 nm –8 nm –5 nm –12 nm +0.2 +0.2 +0.2 +0.3 +0.2 +0.2
    0.1 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    10 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    50 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    100 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    180 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    200 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
    250 – – – – – – < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < –1 nm < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1 < ± 0.1
  • Ein Film mit niedriger dielektrischer Konstante, der in der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung enthalten ist, weist eine niedrige dielektrische Konstante auf. Der Film weist ebenfalls eine ausgezeichnete Resistenz gegenüber Chemikalien wie Säuren und Alkalien, und eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsresistenz auf, so dass eine dielektrische Konstante des Filmes durch Absorption von Feuchtigkeit nur wenig erhöht wird. Der Film wird als Zwischenschicht-Isolationsfilm mit niedriger dielektrischer Konstante für die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung verwendet. Die Verwendung dieses Isolationsfilmes ermöglicht den Erhalt von ausgezeichneten integrierten Halbleiterschaltungen mit einer schnellen Antwort und/oder einer guten Resistenz (chemische Resistenz) gegenüber der Erzeugung von Rissen oder Ähnlichem.

Claims (8)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend als Zwischenschicht-Isolationsfilm einen Film mit niedriger dielektrischer Konstante, der eine relative dielektrische Konstante von 1,4 bis 2,92 aufweist und erhältlich ist durch Durchführen einer Wärmebehandlung mit einer Zusammensetzung, die umfasst: ein Siloxanharz; eine Siliziumverbindung, die im wesentlichen aus Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, in der das Zahlenverhältnis von Kohlenstoffatomen, die eine -X-Bindung (worin X (C)m (worin m 2 oder 3 ist) oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Gruppe mit 9 oder weniger Kohlenstoffatomen ist) bilden, zu Siliziumatomen, wobei die Kohlenstoffatome und Siliziumatome die Hauptkette eines Moleküls der Siliziumverbindung bilden, im Bereich von 2:1 bis 12:1 liegt; und ein Lösungsmittel.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, worin die Siliziumverbindung eine Struktur mit der Formel (2) hat:
    Figure 00320001
    (worin R4 und R5 gleich oder verschieden sind und jeweils ein H oder eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 9 Kohlenstoffatomen sind; R6 eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe ist; und p eine ganze Zahl von 20 bis 1000 ist).
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Siloxanharz eine Struktur mit der Formel (3) hat:
    Figure 00330001
    (worin R1, R2 und R3 gleich oder verschieden sind und jeweils Wasserstoff, Fluor, Methylgruppe oder -O-Bindung sind und n eine ganze Zahl von 5 bis 1000 ist).
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Siloxanharz erhältlich ist durch: Durchführen einer Wärmebehandlung mit einer Mischung aus einem Tetraalkoxysilan (a) und einem Alkyltrialkoxysilan und/oder Trialkoxysilan (b) bei einem molaren Verhältnis (a:b) von 0:1 bis 1:0; und Freisetzen von 100 bis 400 Molen Alkoholen aus 100 Molen von (a + b), der Gesamtmenge des Tetraalkoxysilans (a) und des Alkyltrialkoxysilans und/oder Trialkoxysilans (b).
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Kohlenstoffkonzentration im Siloxanharz im Bereich von 1 bis 80 Atom% liegt, bezogen auf die Gesamtatome des Siloxanharzes.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Konzentration der Wasserstoffatome, die direkt an Silizium in dem Siloxanharz gebunden sind, im Bereich von 1 bis 25 Atom% liegt, bezogen auf die Gesamtatome des Siloxanharzes.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin von 0,1 bis 200 Gew.Teilen der Siliziumverbindung, bezogen auf 100 Gew.Teile des Siloxanharzes verwendet sind.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Leitung umfasst, die ein kupferhaltiges Material und den Film mit niedriger dielektrischer Konstante umfasst, wobei die Leitung gebildet wird durch Bilden eines Metallmusters, umfassend ein kupferhaltiges Material und umgeben mit einer Schicht mit niedriger dielektrischer Konstante und durch Durchführen eines chemisch-mechanischen Polierens der Oberfläche des Metallmusters zusammen mit der Oberfläche der Schicht mit niedriger dielektrischer Konstante, unter Bildung der Leitung oder einer Schicht aus der Leitung, worin der Film mit der niedrigen dielektrischen Konstante als Laminat gebildet ist und die Schicht mit der niedrigen dielektrischen Konstanten als Teil des Laminates enthält, und wobei der Film mit niedriger dielektrischer Konstante wie in mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert ist.
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