JP2001237240A - 低誘電率膜及びこの低誘電率膜を有する半導体素子 - Google Patents
低誘電率膜及びこの低誘電率膜を有する半導体素子Info
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Abstract
膜として適用することにより、CMP耐性が向上し、広
いプロセスマージンを確保でき、LSIの高性能化、高
信頼性、高歩留りが達成される低誘電率膜を提供する。 【解決手段】 シリコンウエハー上に膜厚0.5〜0.
6μmの膜を形成し、荷重10mgで測定した時の膜の
硬度DHT115 が0.7GPa以上で、1MHzで測定
した比誘電率が2.5〜3.0である低誘電率膜及びこ
の低誘電率膜を多層配線の層間絶縁膜として用いた半導
体素子。
Description
間絶縁膜として有用な低誘電率膜及びこの低誘電率を有
する半導体素子に関する。
ともない、配線間容量の増大による信号遅延時間の増大
が問題となってきている。従来から、比誘電率4.2程
度のCVD法によるSiO2 膜が層間絶縁膜として用い
られてきたが、デバイスの配線間容量を低減し、LSI
の動作速度を向上するため、より低誘電率な膜が求めら
れている。現在実用化されている低誘電率膜としては、
比誘電率が3.5程度のSiOF膜(CVD法)があげ
られる。比誘電率が2.5〜3.0の絶縁膜としては、
有機SOG(Spin On Glass)膜、有機ポ
リマー等が有力と考えられており、LSIの層間絶縁膜
に適用するための検討が盛んに行われている。
に要求される特性としては、耐熱性、プラズマ耐性、機
械強度等の特性があげられる。微細化したLSIの多層
配線工程においては、グローバル平坦化のため、CMP
(Chemical Mechanical Poli
shing)が必須であり、機械強度は特に重要な特性
となる。比誘電率が2.5〜3.0の低誘電率膜として
有力と考えられている有機SOG、有機ポリマーは、従
来のCVDで形成したSiO2 膜やSiOF膜よりも誘
電率は低いが、膜の機械強度が低いことが問題となって
いる。
響する特性としては、CMP時の応力による剥がれ、異
物による傷、ダマシンプロセスにおけるメタルCMP時
のエロージョン(絶縁膜の削れ)等があげられる。これ
らについて、膜の機械強度の改善により特性が顕著に改
善することが報告されている。LSIの高性能化に寄与
する低誘電率絶縁膜を用い、高歩留り、高信頼性を達成
するため、低誘電率膜の機械強度の改善が強く望まれて
いる。
2.5〜3.0で、LSIのCMP工程に耐える機械強
度を有する低誘電率膜及びこれを用いたLSIの高性能
化と、高信頼性、高歩留りを達成する半導体素子を提供
するものである。
ハー上に膜厚0.5〜0.6μmの膜を形成し、荷重1
0mgで測定した時の膜の硬度DHT115 が0.7GP
a以上で、1MHzで測定した比誘電率が2.5〜3.
0である低誘電率膜及びこの低誘電率膜を多層配線の層
間絶縁膜として用いた半導体素子に関する。
め、硬度が同じ膜でも膜厚によって得られる値が異な
る。そのため、薄膜の硬度を比較するためには、膜厚を
揃える必要があり、本発明の検討では、膜厚を0.5〜
0.6μmに揃えて測定を行った。従って、膜厚0.5
〜0.6μmという制限は測定のための条件で、本発明
の低誘電率膜を適用する際の膜厚を制限するものではな
い。
は、ナノ・インデンテーション・テスターと呼ばれる市
販の装置を用いることができる。この方法では、ダイヤ
モンド圧子を微少荷重で薄膜表面に押込んだ時の、荷重
と押込み深さから膜の硬度が計算される。硬度は、「硬
さ=試験荷重/試料と圧子の接触面積」で定義され、稜
間角115°の三角錐圧子を用いた時の硬度DHT115
は、測定によって得られる「押込み荷重」と「押込み深
さ」から以下の式で計算される。 DHT115 =0.0379 F/(h2 ) (Pa) F:押込み荷重 (N) h:押込み深さ (m)
ては、有機SOG膜、有機ポリマーが有力と考えられて
いるが、機械強度という点では、SiO2 骨格を有する
有機SOG膜の方が有利である。有機SOG膜の塗布液
としては、アルコキシシランの部分加水分解縮合物の溶
液が用いられる。塗布液の製造法としては、例えば、ア
ルコキシシラン類を、溶剤および触媒の存在下に水を添
加して加水分解縮合反応させる方法がある。この場合、
必要に応じて加熱を行ってもよい。触媒としては、塩
酸、硝酸、硫酸などの無機酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸な
どの有機酸等が使用できる。通常、生成物の分子量を、
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によ
り求めた標準ポリスチレン換算重量平均分子量で500
〜10000の範囲に設定するのが、熱分解性ポリマー
との相溶性、溶剤への溶解性の観点から好ましい。つい
で必要に応じて系内に存在する水を蒸留などにより除去
し、さらに触媒をイオン交換樹脂などで除去してもよ
い。
ものが使用可能である。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などのテトラ
アルコキシシラン類、メチルトリメトキシシラン、メチ
ルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、
フェニルトリメトキシシランなどのモノアルキルトリア
ルコキシシラン類、ビニルトリメトキシシラン、ビニル
トリエトキシシランなどのモノアルケニルトリアルコキ
シシラン類、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、
トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ペンタフル
オロブチルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシル
トリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメ
トキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシ
シラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシ
ラン、ヘプタデカフルオロウンデシルトリメトキシシラ
ン、(4−ペルフルオロブチルフェニル)トリメトキシ
シラン、(4−ペルフルオロヘキシルフェニル)トリメ
トキシシラン、(4−ペルフルオロオクチルフェニル)
トリメトキシシランなどの含フッ素アルコキシシラン
類、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ
−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポ
キシシラン類、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシ
ラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどの脂
肪族アミノシラン類、アミノフェニルトリメトキシシラ
ン、アミノフェニルトリエトキシシラン、N−フェニル
−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどの含芳香
環アミノシラン類。
としては例えば以下のものが使用可能である。メタノー
ル、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコ
ール系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、
酢酸ブチル等の酢酸エステル系溶媒、エチレングリコー
ルモノメチルアセテート、エチレングリコールジアセテ
ート等のグリコールアセテート系溶媒、N,N−メチル
−2ピロリドン等のアミド系溶媒、グリコールエーテル
系溶媒等。
コート法を用いるのが一般的である。例えば、スピンコ
ート後、ホットプレートでプリベークを行ない、最後に
炉を用いて最終硬化を行なう。プリベークは通常50〜
350℃の温度で、2〜3枚のホットプレートを用いて
低温から段階的に行なう。最終硬化温度は400〜45
0℃で、雰囲気は、有機基の分解を防ぐため、通常は窒
素雰囲気を用いる。
が多いほど低下するが、逆に有機含有量が多いと膜の強
度は低下する。そのため、低誘電率と高い機械強度を両
立させるためには、組成の最適化が重要となる。メチル
トリアルコキシシラン1モルに対し、テトラアルコキシ
シラン0〜0.25モルを添加した組成において、高い
機械強度と低誘電率が両立可能である。この組成で、シ
リコンウエハー上に膜厚0.5〜0.6μmの膜を形成
し、荷重10mgで測定した時の膜の硬度DHT
115 が、0.7GPa以上で、1MHzで測定した比誘
電率が2.5〜3.0という特性が得られる。また、メ
チルトリアルコキシシラン1モルに対し、テトラアルコ
キシシラン0.05〜0.25モルを添加した場合に
は、硬度は0.8GPa以上となり、機械強度に特に優
れ、比誘電率も本発明の値を示す。
ない、縦形炉を用いて、窒素雰囲気下、425℃で30
分の最終硬化が行なわれる。硬度の測定は、ENT−1
100(エリオニクス社製)を用いて行なわれ、1サン
プルにつき5回行ない平均値が求められる。比誘電率の
測定には、0.1Ω以下の低抵抗シリコンウエハーに
0.5〜0.6μmの硬化膜を作製したウエハーが用い
られる。硬化膜上にAl電極を形成して、Al電極とS
iウエハーで形成されるコンデンサーの容量を測定し、
膜厚と電極面積から、計算により比誘電率が求められ
る。容量測定は1MHzで行なわれる。1MHzで測定
した比誘電率2.5〜3.0の有機基を含有するポリシ
ロキサンからなる膜としては、シリコンウエハー上に膜
厚0.5〜0.6μmの膜を形成し、荷重10mgで測
定した時の膜の硬さDHT115 が、0.7〜1.3GP
aの膜が、機械強度に優れる。
ラン1モルに対し、テトラエトキシシランを0、0.
1、0.2、0.4、0.5モルの比率で用いて、加水
分解縮合反応によりポリシロキサン塗布液1〜5を得
た。フラスコ内でモノメチルトリエトキシシラン、テト
ラエトキシシランと溶媒のプロピレングリコールモノプ
ロピルエーテルを混合し、攪拌を行ないながら水で希釈
した酢酸を滴下し、反応を行なった。この時、フラスコ
に冷却管を設置し、ウオーターバスを用いて溶液の温度
を60〜65℃に制御した。添加した水の量は、用いた
アルコキシシランのアルコキシ基と等モルで、酢酸はア
ルコキシシラン1.0モルに対し、0.01モルとし
た。塗布液の不揮発分濃度は、必要な膜厚が得られるよ
う10〜20重量%の範囲で調整した。ここで、不揮発
分濃度の計算は、シロキサンオリゴマーの加水分解性基
が全て縮合してSi−O−Siの結合を形成したと仮定
して計算した重量を用いており、以下では全て同じ計算
方法を用いた。水と触媒の滴下終了後、4時間程度攪拌
し、ウオーターバスを外した。溶液の温度が30℃以下
に下がるまで攪拌を行った後、溶液を密閉容器に移して
23℃で2日間放置した。その時のシロキサンオリゴマ
ーの分子量をGPCで測定した結果、分子量はサンプル
によらずほぼ同じで、ポリスチレン換算の数平均分子量
は1000程度、重量平均分子量は1500程度であっ
た。その後は冷凍庫(−18℃)で保管を行なった。
プのポリシロキサン(東芝シリコン社製 TSR127
B)を用い、不揮発分濃度20重量%のトルエン溶剤の
塗布液6を作製した。このポリシロキサンのポリスチレ
ン換算の数平均分子量は4000程度、重量平均分子量
は8000程度であった。市販のフェニルラダータイプ
のポリシロキサン(東芝シリコン社製 TSR144)
を用い、不揮発分濃度20重量%のキシレン溶剤の塗布
液7を作製した。このポリシロキサンのポリスチレン換
算の数平均分子量は4000程度、重量平均分子量は1
10000程度であった。
り塗布膜の形成を行なった。基板はベアのシリコンウエ
ハーを用いた。塗布回転数は、最終硬化後(425℃)
の膜厚が、0.5〜0.6μmになるように各塗布液ご
とに調整した。スピンコート後は、ホットプレートで1
50℃/30sec、250℃/30secのベークを
連続して行なった。最終硬化は、縦型炉を用いて窒素雰
囲気中で、425℃/30minの処理を行なった。
った。硬度はエリオニクス社製のナノ・インデンテーシ
ョン・テスターENT−1100を用い、最大荷重10
mg、負荷速度1mg/secで測定した。測定は1サ
ンプルにつき5回測定し、平均値を求めた。比誘電率
は、直径2mmのAl電極を膜上に形成し、Al電極と
シリコンウエハーで形成されるキャパシターの容量を測
定し、膜厚とAl電極の面積から計算した。容量測定は
インピーダンスアナライザを用いて1MHzで行なっ
た。また、膜厚は、エリプソメトリーを用いて測定し
た。
塗布液1と塗布液6はポリシロキサンの組成は同じで、
比誘電率も等しい結果が得られたが、硬度は顕著に異な
ることが分かった。塗布液6のポリシロキサンは市販の
もので製造方法は不明であるが、ポリシロキサンの合成
方法の違いが膜強度に影響していると考えられる。塗布
液2〜5ではアルコキシシランとしてテトラエトキシシ
ランを添加することで膜硬度が向上しているが、比誘電
率の増加は小さい。塗布液7の硬度が低いのは、膜の有
機含有量が高いためと考えられる。塗布液2〜5におい
てテトラエトキシシランの代わりに、トリアルコキシシ
ランHSi(OR)3 (Rは炭素数1〜5のアルキル
基)を用いても同様の結果が得られた。その場合膜の耐
熱性はやや低下するが、膜の硬度及び比誘電率も本発明
の範囲となりLSIの層間膜として適用可能な範囲であ
る。
有するため、半導体素子の層間絶縁膜として適用するこ
とにより、CMP耐性が向上し、広いプロセスマージン
を確保でき、LSIの高性能化と、高信頼性、高歩留り
が達成される。
Claims (4)
- 【請求項1】 シリコンウエハー上に膜厚0.5〜0.
6μmの膜を形成し、荷重10mgで測定した時の膜の
硬度DHT115 が0.7GPa以上で、1MHzで測定
した比誘電率が2.5〜3.0である低誘電率膜。 - 【請求項2】 有機基を有するポリシロキサンからなる
膜である請求項1記載の低誘電率膜。 - 【請求項3】 ポリシロキサン塗布液を用いたスピンコ
ート法によって形成された膜である請求項1又は2記載
の低誘電率膜。 - 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の低誘電率膜を
多層配線の層間絶縁膜として用いた半導体素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000052080A JP2001237240A (ja) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | 低誘電率膜及びこの低誘電率膜を有する半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2000052080A JP2001237240A (ja) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | 低誘電率膜及びこの低誘電率膜を有する半導体素子 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100508901B1 (ko) * | 2002-04-18 | 2005-08-17 | 주식회사 엘지화학 | 유기실리케이트 중합체 및 이를 함유하는 절연막 |
KR100508900B1 (ko) * | 2002-04-18 | 2005-08-17 | 주식회사 엘지화학 | 유기실리케이트 중합체 및 이를 함유하는 절연막 |
KR100508902B1 (ko) * | 2002-05-06 | 2005-08-17 | 주식회사 엘지화학 | 유기실리케이트 중합체 및 이를 함유하는 절연막 |
US7345351B2 (en) | 2003-04-09 | 2008-03-18 | Lg Chem, Ltd. | Coating composition for insulating film production, preparation method of insulation film by using the same, insulation film for semi-conductor device prepared therefrom, and semi-conductor device comprising the same |
-
2000
- 2000-02-23 JP JP2000052080A patent/JP2001237240A/ja active Pending
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KR100508901B1 (ko) * | 2002-04-18 | 2005-08-17 | 주식회사 엘지화학 | 유기실리케이트 중합체 및 이를 함유하는 절연막 |
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KR100508902B1 (ko) * | 2002-05-06 | 2005-08-17 | 주식회사 엘지화학 | 유기실리케이트 중합체 및 이를 함유하는 절연막 |
US7345351B2 (en) | 2003-04-09 | 2008-03-18 | Lg Chem, Ltd. | Coating composition for insulating film production, preparation method of insulation film by using the same, insulation film for semi-conductor device prepared therefrom, and semi-conductor device comprising the same |
US7648894B2 (en) | 2003-04-09 | 2010-01-19 | Lg Chem, Ltd. | Coating composition for insulating film production, preparation method of insulation film by using the same, insulation film for semi-conductor device prepared therefrom, and semi-conductor device comprising the same |
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