JP2002043306A - 層間絶縁膜材料並びにそれを用いた半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜と異種材料との界面に剥離を生じ
させることのない有機層間絶縁膜材料の提供と、この層
間絶縁膜材料を用いて製造された高信頼性の半導体装置
及びその製造方法の提供。 【解決手段】 主剤である有機の架橋性絶縁膜形成材料
にアリル基及びアリル基とは別の反応性官能基の両方を
有するアリル化物を添加した層間絶縁膜材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造を形
成するための層間絶縁膜材料と、それを用いた半導体装
置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路等の半導体装置は
構造的に微細化が進んでおり、特に論理回路における多
層配線ではその傾向が顕著である。多層配線構造は、絶
縁膜を挟んで下層と上層に形成した配線層をビアを介し
て接続して形成される。微細化の進んだ多層配線構造に
おいては、金属配線間隔が微細になり、そのため隣接す
る金属配線間に発生するクロストーク（配線信号が隣の
配線にノイズとして載る現象）の問題が起こる。そのよ
うなクロストークの防止対策としては、配線間絶縁膜
（多層配線構造においては層間絶縁膜でもある）に低誘
電率の材料を使用することが挙げられる。

【０００３】半導体装置の隣接配線間のクロストークを
減少させるための技術は、例えば、１９９４ Ｓｙｍｐ
ｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏ１ｏｇｙ
Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ
ｓ中の“Ａ Ｐ１ａｎａｒｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｌｅｖ
ｅｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｓｃｈｅｍｅ Ｗｉ
ｔｈ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｌｏｗ−Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃ ＣｏｎｓｔａｎｔＰｏ１ｙｍｅｒｓ Ｆｏｒ Ｓｕ
ｂ−Ｑｕａｒｔｅｒ−Ｍｉｃｒｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ”のＦｉｇ．１等に開示されている。

【０００４】低誘電率の絶縁膜材料を使うことによる隣
接配線間クロストーク減少の効果を得るためには、絶縁
膜材料の比誘電率を３．５以下とする必要がある。現状
の層間絶縁膜材料の比誘電率は、代表的な無機系材料の
Ｐ−ＳｉＯで４〜４．５であるため、それに代わって比
誘電率が１．８〜３．５程度の有機系材料が有望視され
ている。このような有機系材料として、シルク（ＳｉＬ
Ｋ、ダウケミカル社製）やフレア（ＦＬＡＲ、アライド
社製）などが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の多層配線
構造において、層間絶縁膜は、種々の異種材料と接して
いる。層間絶縁膜材料及びこれと接する異種材料は、一
般に線膨張率を異にしており、そのため多層配線構造を
備えた半導体装置ではその製造過程における熱処理の際
に隣接する層間絶縁膜と異種材料の部材にそれぞれ応力
が発生する。この応力は絶縁膜と異種材料部材との界面
に剥離を生じさせる原因となり、多層配線の信頼性を低
下させるどころか、配線構造を形成できないという問題
さえ発生させる。この問題は、低誘電率の層間絶縁膜が
求められるような、より微細化した多層配線構造におい
て特に深刻となる。

【０００６】より具体的には、配線を形成する金属膜と
有機材料の層間絶縁膜との界面には、上述の熱処理時の
応力のために剥離が生じがちである。配線材料の金属と
して銅（Ｃｕ）を用いた場合、熱処理時のその拡散を防
止するため、絶縁膜との間にバリアメタル層が形成され
る。このバリアメタル層と有機材料の層間絶縁膜との界
面でも、やはり剥離が生じることがある。Ｃｕ配線をめ
っき法で形成する場合には、めっき操作後の平坦化のた
めに化学的機械研磨（ＣＭＰ）法が用いられ、その際に
はＳｉ₃ Ｎ₄ などの窒化膜がストッパーとして用いられ
る。有機絶縁膜と窒化膜も線膨張率が異なることから、
やはり熱処理時に発生する応力ために、両者の界面に剥
離が発生する間題が生じる。一方、有機絶縁膜上に酸化
膜を形成する場合にも、配線材料としてＣｕを用いる
と、同様に有機絶縁膜と酸化膜の界面で剥離する問題が
生じる。

【０００７】本発明は、このような問題点の解決のため
に、有機層間絶縁膜と異種材料との界面に剥離を生じさ
せることのない有機層間絶縁膜材料を提供するのを目的
とするものである。また、この層間絶縁膜材料を用いて
製造された高信頼性の多層配線構造の半導体装置及びそ
の製造方法を提供することも、本発明の目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の層間絶縁膜材料
は、絶縁膜を挟んで位置する上下の配線層をビアを介し
て接続した半導体装置における多層配線構造を形成する
のに用いられる絶縁膜材料であって、主剤である有機の
架橋性絶縁膜形成材料に、アリル基及びアリル基とは別
の反応性官能基の両方を有するアリル化物が添加されて
いることを特徴とする。

【０００９】本発明の半導体装置は、基材上に形成し
た、絶縁膜を挟んで位置する上下の配線層をビアを介し
て接続した多層配線構造を有する半導体装置であって、
絶縁膜のうちの少なくとも一つが、主剤である有機の架
橋性絶縁膜形成材料にアリル基及びアリル基とは別の反
応性官能基の両方を有するアリル化物が添加された材料
から形成されていることを特徴とする。

【００１０】この半導体装置は、配線層を形成する工程
と絶縁膜層を形成する工程を繰り返すことにより基材上
に形成した、絶縁膜を挟んで位置する上下の配線層をビ
アを介して接続した多層配線構造を有する半導体装置の
製造方法であって、絶縁膜層形成工程のうちの少なくと
も一つを、主剤である有機の架橋性絶縁膜形成材料にア
リル基及びアリル基とは別の反応性官能基の両方を有す
るアリル化物が添加された材料を使用して行うことを特
徴とする方法により製造することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の層間絶縁膜材料において
は、層間絶縁膜を形成する主剤として、有機系の絶縁膜
形成材料を使用する。層間絶縁膜を使用する多層配線構
造を必要とする半導体装置では一般に、隣接配線間に発
生するクロストークの防止が不可欠であることから、本
発明の層間絶縁膜材料における主剤の有機絶縁膜形成材
料は比誘電率が例えば３．５以下であるような、低誘電
率有機材料であることが好ましい。そのような低誘電率
有機材料の例としては、架橋性材料としてダウケミカル
社より供給されるシルク（ＳｉＬＫ）やアライド社より
供給されるフレア（ＦＬＡＲ）を挙げることができ、こ
れらは１．８〜３．５の比誘電率を示す。その一方、隣
接配線間のクロストークがそれほど問題とならない多層
配線構造において使用する場合には、本発明の層間絶縁
膜材料における主剤の有機絶縁膜形成材料は、それほど
低誘電率である必要はない。このように、本発明の層間
絶縁膜材料における主剤の有機絶縁膜形成材料として
は、上記のような架橋性の低誘電率有機材料が好ましい
とは言え、層間絶縁膜の形成に通常使用されている有機
材料のうちのいずれを使用しても差し支えない。

【００１２】本発明の層間絶縁膜材料は、層間絶縁膜を
形成する主剤としての有機絶縁膜形成材料に、アリル化
物を添加して構成される。このアリル化物は、同一分子
内に、アリル基のほかに、アリル基とは別の反応性官能
基を有する有機化合物である。

【００１３】アリル化物中のアリル基は、形成した有機
層間絶縁膜において、それと接する他の有機材料層、最
も代表的には別の層間絶縁膜層、との親和性を発揮し、
それへの密着力を向上させる働きをすることから、隣接
有機層間の剥離を抑制することができる。隣接する層間
絶縁膜がともにアリル化物を添加した絶縁膜材料から形
成されている場合、この密着力の向上効果は一層大きく
なる。従って、本発明の層間絶縁膜材料を使って多層配
線構造を形成する場合には、各絶縁膜層を本発明の層間
絶縁膜材料から形成するのがより好ましい。

【００１４】アリル化物中のアリル基とは別の反応性官
能基は、形成した有機層間絶縁膜と有機材料以外の材料
の部材（例として、金属膜、バリアメタル膜、窒化膜、
酸化膜等）との密着性の向上に寄与する。アリル基以外
の反応性官能基の代表例を挙げると、ヒドロキシル基、
カルボキシル基、グリシジル基、ビニル基、フェノール
基、アミノ基、水酸基、シラノール基などである。理論
にとらわれるのは本意でないが、これらの反応性官能基
は、層間絶縁膜と接する有機材料以外の部材の表面に存
在する酸素や、水酸基もしくはシラノール基と反応し、
あるいは水素結合を形成することで、それらとの密着性
の向上に寄与するものと考えられる。アリル基以外の反
応性官能基は、アリル化物１分子中に２種以上存在して
も差し支えない。

【００１５】本発明において使用することのできるアリ
ル化物の代表例としては、酢酸アリル、アセト酢酸アリ
ル、アリルアルコール、アリルアミン、アリルアミン塩
酸塩、アリル−２，３−エポキシプロピルエーテル、ア
リルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテル、アリ
ルグアイアコール、イソチオシアン酸アリル、４−アリ
ル−２−メトキシフェノール、１−アリルオキシ−２，
３−エポキシプロパン、３−アリルオキシ−１，２−プ
ロパンジオール、パーフルオロノナン酸アリル、パーフ
ルオロペンタン酸アリル、ｏ−アリルフェノール、アリ
ルメトキシシラン、ポリアリルフェノールなどが挙げら
れる。アリル化物は単独で用いても、複数を組み合わせ
て用いても差し支えない。

【００１６】アリル化物の添加法は、主剤である有機絶
縁膜形成材料に必要量のアリル化物を加えればよい。ア
リル化物の添加量が多すぎると、相対的に主剤の有機絶
縁膜形成材料の量が減少して、形成した層間絶縁膜の所
期の特性が損なわれかねず、少ないとアリル化物添加の
効果が期待できなくなる。本発明の層間絶縁膜材料にお
いては、アリル化物の添加量は、固形分としての主剤有
機絶縁膜形成材料１００質量部に対し、５０質量部以
下、望ましくは１０質量部以下、特に望ましくは５質量
部以下であり、少なくとも０．０１質量部以上添加する
ようにする。ここでの主剤有機絶縁膜形成材料の量は、
最終的に絶縁膜を形成する固形分としての量である。従
って、膜の形成のために層間絶縁膜材料とともに用いら
れる溶剤などは上記の量に含まれない。形成した絶縁膜
中に固形分として最終的に残る添加剤等、例えばコロイ
ダルシリカなどのチクソトロピック剤のようなものがあ
る場合、その量は上記の量には含まれない。

【００１７】本発明の層間絶縁膜材料を使用して、絶縁
膜層を形成する工程と配線層を形成する工程を繰り返す
ことにより、多層配線構造を有する半導体装置を製造す
ることができる。多層配線構造の形成には、いかなる方
法を用いてもよい。例えば、金属層のドライエッチング
とその後の層間絶縁膜の形成を繰り返すことで多層配線
構造を形成してもよく、あるいは、絶縁膜の形成及び絶
縁膜への配線溝・ビア孔の形成に続いてそれらの配線溝
・ビア孔へ金属材料を埋め込む、ダマシン法として知ら
れる方法により形成してもよい。ダマシン法は、配線溝
の形成及びそれへの金属材料の埋め込みと、ビア孔の形
成及びそれへの金属材料の埋め込みを別個の工程で行
う、シングルダマシン法と呼ばれる方法と、配線溝とビ
ア孔を同時に形成後それらへ金属材料を同時に埋め込
む、デュアルダマシン法と呼ばれる方法に大別され、ど
ちらの方法も本発明において利用することができる。

【００１８】一例として、本発明の層間絶縁膜材料を使
用するシングルダマシン法での多層配線構造の形成を説
明する。まず、基材（これはトランジスタに代表される
素子が形成されたシリコン等の半導体基板でもよく、あ
るいはそのような半導体基板上に何らかの層が形成され
ているものでもよい）上に、層間絶縁膜材料から膜を形
成し、そして周知のフォトリソグラフィー技術等を利用
してこの膜に所定のパターンで配線用の溝を形成する。
続いて、層間絶縁膜を備えた基材の全面に、スパッタ法
又はめっき法等を利用して配線材料の金属の膜を形成し
てから、溝部以外の領域の金属材料を化学的機械研磨
（ＣＭＰ）などの手法で除去して、溝部に配線層の金属
材料を埋め込む。次に、上記と同様にして、基材の全面
に層間絶縁膜材料の膜を形成し、ビア孔を形成し、そし
てこれらのビア孔に金属材料を埋め込んでビアを形成す
る。これらの一連の工程により、第一の配線層と第一の
層間絶縁膜層（この場合の層間絶縁膜層は、配線用の溝
を形成した膜と次にビア孔を形成した膜とから構成され
ている）とが形成される。続いて、これらの工程を必要
な回数だけ繰り返して、多層配線構造を有する半導体装
置を得ることができる。配線用の溝を形成した絶縁膜と
ビア孔を形成した膜との間に、酸化膜もしくは窒化膜、
あるいは酸化膜と窒化膜を形成することもできる。こう
して得られた半導体装置の最上層に更に保護膜を形成し
てもよく、またこの半導体装置には外部接続用の端子な
ども形成される。

【００１９】この半導体装置の製造方法において、絶縁
材料の有機層間膜は、例えば回転塗布法等の周知の方法
で形成した後、熱処理あるいは紫外線等の照射等により
架橋・硬化させることにより、層間絶縁膜にすることが
できる。絶縁材料に添加されて均一に分散されたアリル
化物のうちの、形成した膜の露出表面に存在するもの
が、この膜と接する膜等との密着性を向上させ、界面で
の剥離を効果的に抑制する。

【００２０】配線層を構成する金属材料としては、銅も
しくは銅合金、アルミニウムもしくはアルミニウム合
金、タングステン、あるいは金等の、半導体装置におい
て普通に用いられるものを用いることができる。なお、
上下の配線層を接続するビアも、これらの金属材料から
形成される。本発明により形成した層間絶縁膜は、これ
らの金属材料の部材に対して良好な密着性を示し、それ
との界面における剥離を抑制することができる。

【００２１】基板シリコン材料への、あるいは層間絶縁
膜への、熱処理時の配線金属材料の拡散を防止する目的
で、金属材料層形成前にバリアメタルを形成する場合が
あり、この場合のバリアメタル材料としては、チタン、
窒化チタン、チタンタングステン、窒化タンタル、タン
タル又はポリシリコンなどが一般に用いられる。本発明
により形成した層間絶縁膜は、これらのバリアメタル材
料に対しても良好な密着性を示し、それとの界面におけ
る剥離を抑制することができる。

【００２２】半導体装置の多層配線構造では、このほか
に酸化膜や窒化膜などが用いられることもある。本発明
により形成した層間絶縁膜は、これらの膜に対してもや
はり良好な密着性を示し、それとの界面における剥離を
抑制することができる。

【００２３】

【実施例】次に、実施例を参照して本発明を更に説明す
る。本発明がこれらの実施例に限定されるものでないこ
とは言うまでもない。下記の例における部数は、特に断
らない限り質量部数を表している。

【００２４】〔実施例１〕アライド社より入手したフレ
ア（ＦＬＡＲ）を主剤の有機絶縁膜形成材料として使用
した。ワニス状態のフレア１００部に対し、アリルフェ
ノール（関東化学社）０．５部を添加し、室温で十分に
撹枠して層間絶縁膜材料を調製した。図１（ａ）に示し
たように、この層間絶縁膜材料をシリコン基板１１上に
回転塗布法で塗布し、３００〜４００℃のＮ₂ 雰囲気中
で１０分間熱処理を行って、厚さ０．６μｍの絶縁膜１
３を成膜した。この後、絶縁膜を形成した基板をスパッ
タ装置内に入れ、有機絶縁膜表面をアルゴンガスプラズ
マにさらしてから、同装置で連続して厚さ０．３μｍの
チタン膜１５をスパッタ形成した（図１（ｂ））。次
に、図１（ｃ）に示したように、公知のフォトリソグラ
フィー技術によりパターニングしたフォトレジスト膜１
７をマスクにして、ＣＣｌ₄ 及びＳＦ₆ の混合ガスを用
いる反応性イオンエッチングにより、チタン膜１５をパ
ターニングして開口部１９を形成した。引き続き、Ｏ₂
及びＣＦ₄ の混合ガスを用いる反応性イオンエッチング
により、フォトレジスト膜１７を除去するととともに、
チタン膜１５をマスクにして絶縁膜１３に、配線の金属
材料を埋め込む溝となる開口部２１を形成した（図１
（ｄ））。

【００２５】次に、基板１１をアンモニア及び過酸化水
素を混合した水溶液中に浸漬し、チタン膜１５を除去し
てから、図２（ａ）に示したように、基板１１の絶縁膜
１３を形成した表面全体にバリアメタルとなるＴｉＮ膜
２３をスパッタ法により１００ｎｍの厚さで形成した。
続いて、同じく図２（ａ）に示したように、絶縁膜１３
上のＴｉＮ膜２３の上で厚さ約１μｍとなるようにＣｕ
膜２５を電解めっき法で成膜した。次いで、ＣＭＰにて
開口部２１（図１（ｄ））に相当する溝部のみにバリア
メタルとＣｕ膜（第一の金属膜）を残して平坦化し、第
一層の配線２７を形成した（図２（ｂ））。

【００２６】こうして平坦化した、絶縁膜１３と配線２
７の上面からなる表面全体に、上述の層間絶縁膜材料を
使って同じように厚さ０．６μｍの絶縁膜２９を成膜し
た（図２（ｃ））。続いて、先に図１（ｂ）〜１（ｄ）
と図２（ａ）及び２（ｂ）を参照して説明したのと同じ
ような操作を、次のように行った。

【００２７】絶縁膜２９の表面に厚さ０．３μｍのチタ
ン膜をスパッタ形成した。次に、パターニングしたフォ
トレジスト膜をマスクとし、ＣＣｌ₄ 及びＳＦ₆ の混合
ガスを用いる反応性イオンエッチングにより、チタン膜
に開口部を形成した。引き続き、フォトレジスト膜を除
去するととともに、絶縁膜２９に開口部を形成した。次
いで、チタン膜を除去し、基板１１の絶縁膜２９を形成
した表面全体にＴｉＮ膜３１（図２（ｄ））をスパッタ
法により２０ｎｍの厚さで形成し、そしてＣｕ膜を電解
めっき法で成膜してからＣＭＰにて絶縁膜２９の開口部
のみにＣｕ膜を残して平坦化し、第一層の配線２７を後
に形成する上層配線と接続するＣｕプラグ（第二の金属
膜）３３（図２（ｄ））を形成した。

【００２８】上述の各工程を繰り返すことにより、図３
に例示したようにシリコン基板１１上に第一層の配線２
７、第二層の配線３７、及び第三層の配線３８を含む多
層配線構造４１を備えた半導体装置４０を得た。この図
には、各層の配線の下層に形成したバリアメタル層は、
簡潔にするため図示されていない。

【００２９】この多層配線構造を備えた半導体装置に対
し熱衝撃試験（−５５〜１２５℃）を１００サイクル行
い、試験後の層間絶縁膜とＣｕ配線又はビア（プラグ）
との界面の剥離の有無を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に
よる断面観察で評価したところ、界面の剥離は確認され
なかった。

【００３０】〔実施例２〕実施例１で説明した多層配線
構造の形成過程において絶縁膜１３の形成（図１
（ａ））後、高密度プラズマＣＶＤによりＳｉＦ₄ ガ
ス、Ｏ₂ ガス、Ａｒガスを使用してフッ素含有量２〜１
５ｗｔ％のフッ素含有シリコン酸化膜５１（図４）を成
膜したことを除いて、実施例１と同様にして多層配線構
造を備えた半導体装置を得た。この半導体装置に対し熱
衝撃試験（−５５〜１２５℃）を１００サイクル行い、
試験後の界面剥離の有無をＳＥＭによる断面観察で評価
したところ、剥離は確認されなかった。

【００３１】〔実施例３〕実施例１で説明した多層配線
構造の形成過程においてＣＭＰによる第一層配線２７の
形成（図２（ｂ））後、高密度ブラズマＣＶＤによりＳ
ｉ₃ Ｎ₄ 膜５３（図５）を成膜したことを除いて、実施
例１と同様にして多層配線構造を備えた半導体装置を得
た。この半導体装置に対し熱衝撃試験（−５５〜１２５
℃）を１００サイクル行い、試験後の界面剥離の有無を
ＳＥＭによる断面観察で評価したところ、剥離は確認さ
れなかった。

【００３２】〔実施例４〕実施例１で説明した多層配線
構造の形成過程において絶縁膜１３の形成（図１
（ａ））後、高密度プラズマＣＶＤによりＳｉＦ₄ ガ
ス、Ｏ₂ ガス、Ａｒガスを使用してフッ素含有量２〜１
５ｗｔ％のフッ素含有シリコン酸化膜５１’（図６）を
成膜したことと、ＣＭＰによる第一層配線２７の形成
（図２（ｂ））後、高密度ブラズマＣＶＤによりＳｉ₃
Ｎ₄ 膜５３’（図６）を成膜したことを除いて、実施例
１と同様にして多層配線構造を備えた半導体装置を得
た。この半導体装置に対し熱衝撃試験（−５５〜１２５
℃）を１００サイクル行い、試験後の界面剥離の有無を
ＳＥＭによる断面観察で評価したところ、剥離は確認さ
れなかった。

【００３３】〔比較例１〕アライド社より入手したフレ
ア（ＦＬＡＲ）をアリルフェノールの添加なしに層間絶
縁膜材料として使用したことを除き、実施例１を繰り返
して半導体装置を製作した。この半導体装置に対し熱衝
撃試験（−５５〜１２５℃）を１００サイクル行い、試
験後の界面剥離の有無をＳＥＭによる断面観察で評価し
たところ、有機絶縁膜との全ての界面に剥離が認められ
た。

【００３４】〔比較例２〕アライド社より入手したフレ
ア（ＦＬＡＲ）をアリルフェノールの添加なしに層間絶
縁膜材料として使用したことを除き、実施例２を繰り返
して半導体装置を製作した。この半導体装置に対し熱衝
撃試験（−５５〜１２５℃）を１００サイクル行い、試
験後の界面剥離の有無をＳＥＭによる断面観察で評価し
たところ、有機絶縁膜との全ての界面に剥離が認められ
た。

【００３５】〔比較例３〕アライド社より入手したフレ
ア（ＦＬＡＲ）をアリルフェノールの添加なしに層間絶
縁膜材料として使用したことを除き、実施例３を繰り返
して半導体装置を得た。この半導体装置に対し熱衝撃試
験（−５５〜１２５℃）を１００サイクル行い、試験後
の界面剥離の有無をＳＥＭによる断面観察で評価したと
ころ、有機絶縁膜との全ての界面に剥離が認められた。

【００３６】〔比較例４〕アライド社より入手したフレ
ア（ＦＬＡＲ）をアリルフェノールの添加なしに層間絶
縁膜材料として使用したことを除き、実施例４を繰り返
して半導体装置を得た。この半導体装置に対し熱衝撃試
験（−５５〜１２５℃）を１００サイクル行い、試験後
の界面剥離の有無をＳＥＭによる断面観察で評価したと
ころ、有機絶縁膜との全ての界面に剥離が認められた。

【００３７】以上説明した本発明の特徴を要約して付記
すると次のとおりである。 （付記１）絶縁膜を挟んで位置する上下の配線層をビア
を介して接続した半導体装置における多層配線構造を形
成するのに用いられる絶縁膜材料であって、主剤である
有機の架橋性絶縁膜形成材料に、アリル基及びアリル基
とは別の反応性官能基の両方を有するアリル化物が添加
されていることを特徴とする層間絶縁膜材料。〔１〕 （付記２）前記アリル基とは別の反応性官能基がヒドロ
キシル基、カルボキシル基、グリシジル基、ビニル基、
フェノール基、アミノ基、水酸基又はシラノール基であ
る、付記１記載の層間絶縁膜材料。〔２〕 （付記３）前記アリル化物が酢酸アリル、アセト酢酸ア
リル、アリルアルコール、アリルアミン、アリルアミン
塩酸塩、アリル−２，３−エポキシプロピルエーテル、
アリルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ア
リルグアイアコール、イソチオシアン酸アリル、４−ア
リル−２−メトキシフェノール、１−アリルオキシ−
２，３−エポキシプロパン、３−アリルオキシ−１，２
−プロパンジオール、パーフルオロノナン酸アリル、パ
ーフルオロペンタン酸アリル、ｏ−アリルフェノール、
アリルメトキシシラン又はポリアリルフェノールであ
る、付記１記載の層間絶縁膜材料。〔３〕 （付記４）前記アリル化物の添加量が、前記主剤である
有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量部
以上且つ５０質量部以下である、付記１から３までのい
ずれか一つに記載の層間絶縁膜材料。 （付記５）前記アリル化物の添加量が、前記主剤である
有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量部
以上且つ１０質量部以下である、付記１から３までのい
ずれか一つに記載の層間絶縁膜材料。 （付記６）前記アリル化物の添加量が、前記主剤である
有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量部
以上且つ５質量部以下である、付記１から３までのいず
れか一つに記載の層間絶縁膜材料。 （付記７）前記主剤の有機絶縁膜形成材料が３．５以下
の比誘電率を有する、付記１から６までのいずれか一つ
に記載の層間絶縁膜材料。〔４〕 （付記８）前記配線層とビアを形成する材料が、銅もし
くは銅合金、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、
タングステン、又は金である、付記１から７までのいず
れか一つに記載の層間絶縁膜材料。 （付記９）前記配線層がバリアメタルの上に形成される
ものである、付記１から８までのいずれか一つに記載の
層間絶縁膜材料。 （付記１０）前記バリアメタルの材料が、チタン、窒化
チタン、チタンタングステン、窒化タンタル、タンタル
又はポリシリコンである、付記９記載の層間絶縁膜材
料。 （付記１１）前記多層配線構造に酸化膜及び窒化膜のう
ちの少なくとも一つが含まれている、付記１から１０ま
でのいずれか一つに記載の層間絶縁膜材料。 （付記１２）基材上に形成した、絶縁膜を挟んで位置す
る上下の配線層をビアを介して接続した多層配線構造を
有する半導体装置であって、絶縁膜のうちの少なくとも
一つが、主剤である有機の架橋性絶縁膜形成材料にアリ
ル基及びアリル基とは別の反応性官能基の両方を有する
アリル化物が添加された材料から形成されていることを
特徴とする半導体装置。〔５〕 （付記１３）前記アリル基とは別の反応性官能基がヒド
ロキシル基、カルボキシル基、グリシジル基、ビニル
基、フェノール基、アミノ基、水酸基又はシラノール基
である、付記１２記載の層間絶縁膜材料。 （付記１４）前記アリル化物が酢酸アリル、アセト酢酸
アリル、アリルアルコール、アリルアミン、アリルアミ
ン塩酸塩、アリル−２，３−エポキシプロピルエーテ
ル、アリルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテ
ル、アリルグアイアコール、イソチオシアン酸アリル、
４−アリル−２−メトキシフェノール、１−アリルオキ
シ−２，３−エポキシプロパン、３−アリルオキシ−
１，２−プロパンジオール、パーフルオロノナン酸アリ
ル、パーフルオロペンタン酸アリル、ｏ−アリルフェノ
ール、アリルメトキシシラン又はポリアリルフェノール
である、付記１２記載の半導体装置。 （付記１５）前記アリル化物の添加量が、前記主剤であ
る有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量
部以上且つ５０質量部以下である、付記１２から１４ま
でのいずれか一つに記載の半導体装置。 （付記１６）前記アリル化物の添加量が、前記主剤であ
る有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量
部以上且つ１０質量部以下である、付記１２から１４ま
でのいずれか一つに記載の半導体装置。 （付記１７）前記アリル化物の添加量が、前記主剤であ
る有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量
部以上且つ５質量部以下である、付記１２から１４まで
のいずれか一つに記載の半導体装置。 （付記１８）前記主剤の有機絶縁膜形成材料が３．５以
下の比誘電率を有する、付記１２から１７までのいずれ
か一つに記載の半導体装置。 （付記１９）前記配線層とビアを形成する材料が、銅も
しくは銅合金、アルミニウムもしくはアルミニウム合
金、タングステン、又は金である、付記１２から１８ま
でのいずれか一つに記載の半導体装置。 （付記２０）前記配線層がバリアメタルの上に形成され
たものである、付記１２から１９までのいずれか一つに
記載の半導体装置。 （付記２１）前記バリアメタルの材料が、チタン、窒化
チタン、チタンタングステン、窒化タンタル、タンタル
又はポリシリコンである、付記２０記載の半導体装置。 （付記２２）前記多層配線構造に酸化膜及び窒化膜のう
ちの少なくとも一つが含まれている、付記１２から２１
までのいずれか一つに記載の半導体装置。 （付記２３）配線層を形成する工程と絶縁膜層を形成す
る工程を繰り返すことにより基材上に形成した、絶縁膜
を挟んで位置する上下の配線層をビアを介して接続した
多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、
絶縁膜層形成工程のうちの少なくとも一つを、主剤であ
る有機の架橋性絶縁膜形成材料にアリル基及びアリル基
とは別の反応性官能基の両方を有するアリル化物が添加
された材料を使用して行うことを特徴とする半導体装置
の製造方法。〔６〕 （付記２４）前記アリル基とは別の反応性官能基がヒド
ロキシル基、カルボキシル基、グリシジル基、ビニル
基、フェノール基、アミノ基、水酸基又はシラノール基
である、付記２３記載の方法。 （付記２５）前記アリル化物が酢酸アリル、アセト酢酸
アリル、アリルアルコール、アリルアミン、アリルアミ
ン塩酸塩、アリル−２，３−エポキシプロピルエーテ
ル、アリルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテ
ル、アリルグアイアコール、イソチオシアン酸アリル、
４−アリル−２−メトキシフェノール、１−アリルオキ
シ−２，３−エポキシプロパン、３−アリルオキシ−
１，２−プロパンジオール、パーフルオロノナン酸アリ
ル、パーフルオロペンタン酸アリル、ｏ−アリルフェノ
ール、アリルメトキシシラン又はポリアリルフェノール
である、付記２３記載の方法。 （付記２６）前記アリル化物の添加量が、前記主剤であ
る有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量
部以上且つ５０質量部以下である、付記２３から２５ま
でのいずれか一つに記載の方法。 （付記２７）前記アリル化物の添加量が、前記主剤であ
る有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量
部以上且つ１０質量部以下である、付記２３から２５ま
でのいずれか一つに記載の方法。 （付記２８）前記アリル化物の添加量が、前記主剤であ
る有機絶縁膜形成材料１００質量部に対し０．０１質量
部以上且つ５質量部以下である、付記２３から２５まで
のいずれか一つに記載の方法。 （付記２９）前記主剤の有機絶縁膜形成材料が３．５以
下の比誘電率を有する、付記２３から２８までのいずれ
か一つに記載の方法。 （付記３０）前記配線層とビアを形成する材料が、銅も
しくは銅合金、アルミニウムもしくはアルミニウム合
金、タングステン、又は金である、付記２３から２９ま
でのいずれか一つに記載の方法。 （付記３１）前記配線層をバリアメタルの上に形成す
る、付記２３から３０までのいずれか一つに記載の方
法。 （付記３２）前記バリアメタルの材料が、チタン、窒化
チタン、チタンタングステン、窒化タンタル、タンタル
又はポリシリコンである、付記３１記載の方法。 （付記３３）前記多層配線構造に酸化膜及び窒化膜のう
ちの少なくとも一つが含まれる、付記２３から３２まで
のいずれか一つに記載の方法。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多層配線構造中に界面剥離のない高信頼性の半導体装置
の提供が可能となる。層間絶縁膜材料に低誘電率の有機
材料を使用することで、特に、微細化の進んだ多層配線
構造を有する半導体装置の信頼性を高める効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体装置における第一層配線の製
造工程の前半を説明する図である。

【図２】実施例１の半導体装置における第一層配線の製
造工程の後半を説明する図である。

【図３】本発明による半導体装置を模式的に説明する図
である。

【図４】実施例２で形成したシリコン酸化膜を含む多層
配線構造を説明する図である。

【図５】実施例３で形成したＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を含む多層配
線構造を説明する図である。

【図６】実施例４で形成したシリコン酸化膜とＳｉ₃ Ｎ
₄ 膜を含む多層配線構造を説明する図である。

【符号の説明】

１１…シリコン基板 １３、２９…絶縁膜 ２７…第一層配線 ３３…Ｃｕプラグ ３７…第二層配線 ３８…第三層配線 ４０…半導体装置 ４１…多層配線構造

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH04 HH08 HH09 HH11 HH12 HH13 HH18 HH19 HH21 HH23 HH32 HH33 JJ04 JJ08 JJ09 JJ11 JJ12 JJ13 JJ18 JJ19 JJ21 JJ23 JJ32 JJ33 KK04 KK08 KK09 KK11 KK12 KK13 KK18 KK19 KK21 KK23 KK32 KK33 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 QQ09 QQ13 QQ19 QQ27 QQ37 QQ48 RR06 RR11 RR21 SS01 SS11 SS15 SS22 TT04 XX14 XX23 5F058 AA08 AA10 AC06 AF04 AG01 AH02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁膜を挟んで位置する上下の配線層を
   ビアを介して接続した半導体装置における多層配線構造
   を形成するのに用いられる絶縁膜材料であって、主剤で
   ある有機の架橋性絶縁膜形成材料に、アリル基及びアリ
   ル基とは別の反応性官能基の両方を有するアリル化物が
   添加されていることを特徴とする層間絶縁膜材料。
2. 【請求項２】 前記アリル基とは別の反応性官能基がヒ
   ドロキシル基、カルボキシル基、グリシジル基、ビニル
   基、フェノール基、アミノ基、水酸基又はシラノール基
   である、請求項１記載の層間絶縁膜材料。
3. 【請求項３】 前記アリル化物が酢酸アリル、アセト酢
   酸アリル、アリルアルコール、アリルアミン、アリルア
   ミン塩酸塩、アリル−２，３−エポキシプロピルエーテ
   ル、アリルエチルエーテル、アリルグリシジルエーテ
   ル、アリルグアイアコール、イソチオシアン酸アリル、
   ４−アリル−２−メトキシフェノール、１−アリルオキ
   シ−２，３−エポキシプロパン、３−アリルオキンー
   １，２−プロパンジオール、パーフルオロノナン酸アリ
   ル、パーフルオロペンタン酸アリル、ｏ−アリルフェノ
   ール、アリルメトキシシラン又はポリアリルフェノール
   である、請求項１記載の層間絶縁膜材料。
4. 【請求項４】 前記主剤の架橋性有機絶縁膜形成材料が
   ３．５以下の比誘電率を有する、請求項１から３までの
   いずれか一つに記載の層間絶縁膜材料。
5. 【請求項５】 基材上に形成した、絶縁膜を挟んで位置
   する上下の配線層をビアを介して接続した多層配線構造
   を有する半導体装置であって、絶縁膜のうちの少なくと
   も一つが、主剤である有機の架橋性絶縁膜形成材料にア
   リル基及びアリル基とは別の反応性官能基の両方を有す
   るアリル化物が添加された材料から形成されていること
   を特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 配線層を形成する工程と絶縁膜層を形成
   する工程を繰り返すことにより基材上に形成した、絶縁
   膜を挟んで位置する上下の配線層をビアを介して接続し
   た多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であっ
   て、絶縁膜層形成工程のうちの少なくとも一つを、主剤
   である有機の架橋性絶縁膜形成材料にアリル基及びアリ
   ル基とは別の反応性官能基の両方を有するアリル化物が
   添加された材料を使用して行うことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。