JP2003059920A - Applied liquid for insulating film formation and forming method for insulating film for semiconductor device - Google Patents

Applied liquid for insulating film formation and forming method for insulating film for semiconductor device

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JP2003059920A JP2002136916A JP2002136916A JP2003059920A JP 2003059920 A JP2003059920 A JP 2003059920A JP 2002136916 A JP2002136916 A JP 2002136916A JP 2002136916 A JP2002136916 A JP 2002136916A JP 2003059920 A JP2003059920 A JP 2003059920A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an applied liquid for insulating film formation and a forming method for insulating film for semiconductor device wherein fine grooves are completely buried; application thick enough to flatten steps in a base can be implemented; uniform flatness is obtained throughout a base pattern; an insulating film containing no water, low in permittivity, and excellent in film characteristics is formed; and siloxanes are used. SOLUTION: The applied liquid is an applied liquid for insulating film formation for use in the manufacture of semiconductor devices, contains siloxanes containing Si atoms bonded with at least one kind of organic substituent, the content X of the siloxanes expressed by a prescribed equation determined from an integral value of the signal of<29> Si-NMR spectrum satisfying a prescribed equation, and has a self-fluidization temperature not less than 150 deg.C and not more than 300 deg.C. The forming method for insulating film for semiconductor device uses this applied liquid.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、下地に凹凸が形成
されている基板表面を平坦化し、かつ電気絶縁する絶縁
膜、特に電子デバイスの配線構造体、例えばLSI多層
配線構造体を平坦化しかつ絶縁層を形成する層間絶縁膜
の前駆体として用いられるシロキサン類を含む溶液、す
なわち絶縁膜形成用塗布液において、特にSi原子と直
接結合した有機置換基をその構造の一部に含むシロキサ
ン類の単位構造の存在比率を求め、この値を用いて、前
記絶縁膜形成用シロキサン類を評価する方法、半導体装
置の製造に用いられるシロキサン類を用いた絶縁膜形成
用塗布液およびその製造方法ならびに半導体装置用絶縁
膜の形成方法およびこれを適用する半導体装置の製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention planarizes an insulating film for flattening and electrically insulating a substrate surface on which unevenness is formed on an underlayer, and in particular, a wiring structure of an electronic device, for example, an LSI multilayer wiring structure. In a solution containing siloxanes used as a precursor of an interlayer insulating film for forming an insulating layer, that is, in a coating liquid for forming an insulating film, a siloxane containing siloxanes having an organic substituent directly bonded to a Si atom as part of its structure is used. A method of evaluating the abundance ratio of the unit structure and using this value to evaluate the siloxanes for forming an insulating film, a coating liquid for forming an insulating film using siloxanes used for manufacturing a semiconductor device, a method for producing the same, and a semiconductor The present invention relates to a method of forming an insulating film for a device and a method of manufacturing a semiconductor device to which the insulating film is applied.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体装置の高集積化に伴
い、素子の配線の微細化および多層化が進むにつれて、
配線間に形成される段差がますます大きくなってきてい
る。このため、配線間に形成する絶縁材料の埋込性や、
膜を形成したあとでの表面の平坦性が大きな問題となっ
ている。平坦性の許容範囲は、フォト工程での解像度を
追従させるために、レジストの焦点深度が小さくなり、
例えば0.7μmのラインアンドスペースのパターンで
は表面の凹凸を200nm以下に抑える必要があるとい
う報告もある。この凹凸の抑制はチップあるいはウェー
ハ全域に亙って要求されるため、文字通り広域の完全平
坦化が必要である。
2. Description of the Related Art Conventionally, as semiconductor devices have been highly integrated and the wiring of elements has become finer and multilayered,
The steps formed between the wirings are becoming larger and larger. Therefore, the embedding property of the insulating material formed between the wiring,
The flatness of the surface after forming the film is a serious problem. The tolerance of flatness is such that the depth of focus of the resist is reduced in order to follow the resolution in the photo process.
For example, there is also a report that it is necessary to suppress surface irregularities to 200 nm or less in a 0.7 μm line-and-space pattern. Since the suppression of the unevenness is required over the entire area of the chip or the wafer, it is necessary to completely flatten the wide area literally.

【0003】これらの課題に対し、現在例えば特開昭6
1−77695号に示されたようなオゾンとテトラエト
キシシランを原料とした化学気相成長法(O3 −TEO
SAP−CVD)により絶縁膜を形成することで、下地
の段差を埋込み、緩和する方法が知られている。しかし
ながら、O3 −TEOS APCVDはステップカバレ
ッジが良く、優れた埋込性が得られるという特徴がある
ものの、膜の形成が配線にコンフォーマルに生じるため
に、基板上の広い範囲にわたっての平坦化は不可能であ
る。O3−TEOS APCVDには、広い平坦部と狭
い間隔で密集した配線パターン上での堆積速度が異なる
という欠点もあるため、配線の密度が場所によって異な
るようなパターンの上の平坦化も困難である。
With respect to these problems, for example, Japanese Laid-Open Patent Publication No.
Chemical vapor deposition (O 3 -TEO) using ozone and tetraethoxysilane as raw materials as shown in No. 1-77695.
A method is known in which an insulating film is formed by SAP-CVD) to fill and mitigate the steps of the base. However, although O 3 -TEOS APCVD has a feature that good step coverage and excellent burying property are obtained, since film formation conformally occurs in wiring, planarization over a wide range on the substrate is not possible. It is impossible. O 3 -TEOS APCVD also has a drawback that the deposition rate on a wide flat portion and a wiring pattern densely packed at a narrow interval is different, and thus flattening on a pattern in which the wiring density differs depending on the location is also difficult. is there.

【0004】また例えば L.B.Vines and S.K.Gupta,198
6 IEEE VLSI Multilevel Interconnect Conference,p.5
06,Santa Clara,CA(1986) あるいは R.Chebi and S.Mit
tal,1991 IEEE VLSI Multilevel Interconnect Confere
nce,p.61,Santa, Clara,CA(1991)あるいは B.M.Somero,
R.P.Chebi,E.U.Travis,H.B.Haver,andW.K.Morrow, 1992
IEEE VLSI Multilevel Interconnection Conf.,p.72,
Santa Clara,CA(1992)などに示されたような、化学的機
械的研磨法(CMP)によって厚く堆積した絶縁膜を表
面から研磨して平坦化する方法も知られている。CMP
によれば、条件さえ適切に設定すれば、ほぼ理想に近い
広域の平坦性の形状が得られるとされている。
Also, for example, LBVines and SKGupta, 198
6 IEEE VLSI Multilevel Interconnect Conference, p.5
06, Santa Clara, CA (1986) or R. Chebi and S. Mit
tal, 1991 IEEE VLSI Multilevel Interconnect Confere
nce, p.61, Santa, Clara, CA (1991) or BMSomero,
RPChebi, EUTravis, HBHaver, andW.K.Morrow, 1992
IEEE VLSI Multilevel Interconnection Conf., P.72,
There is also known a method of polishing an insulating film thickly deposited by chemical mechanical polishing (CMP) from the surface to flatten the surface, as shown in Santa Clara, CA (1992). CMP
According to the authors, even if the conditions are set appropriately, it is possible to obtain a flat shape in a wide area that is almost ideal.

【0005】しかしながら、CMPを行うに先立って、
配線間の溝の埋込みは別途行わなければならない。すな
わち溝の埋込みのために、他のCVDなどの方法を組み
合わせる必要がある。CMPそのものにも多数の大きな
課題があり、例えば、スループットの低下、パーティク
ルの発生、金属/アルカリ汚染、研磨終点の検出の不安
定性、装置コストの増大、などが指摘されており、まだ
広く使用されるには至っていない。
However, prior to performing CMP,
The groove between the wires must be filled separately. That is, it is necessary to combine other methods such as CVD for filling the groove. CMP itself has a number of major problems, such as reduction in throughput, generation of particles, metal / alkali contamination, instability of detection of polishing end point, and increase in equipment cost, and it is still widely used. Has not reached the end.

【0006】配線間の溝の埋込み技術だけに注目すれ
ば、基板にバイアスを加えた高密度プラズマCVD法
(バイアスドHDP CVD)が近年注目されている。
S.Matsuoand M.Kiuchi,Jpn.J.Appl.Phys.,22,L210(198
3), あるいは K.Machida and H.Oikawa,J.Vac.Sci.Tech
nol.,B4,818(1986) これは通常のCVD法とは異なり、
アルゴンイオンで基板表面を異方的にスパッタエッチン
グしながら酸化膜を堆積する方法であり、このときのプ
ラズマ源としては、プラズマイオン密度の高いECRや
ICPなどが使用される。HDPによる層間絶縁膜の形
成によれば、溝埋込み技術としてはほぼ満足されるが、
スパッタエッチング残りによる突起がパターン全面に発
生するため、平坦化はCMPなど別途の方法によらなけ
ればならない。また、パーティクルの発生や、堆積速度
が小さいため、スループットの低下などの問題も未だ解
決されていない。
If attention is paid only to a technique for filling a groove between wirings, a high-density plasma CVD method (biased HDP CVD) in which a bias is applied to a substrate has been paid attention in recent years.
S.Matsuo and M.Kiuchi, Jpn.J.Appl.Phys., 22, L210 (198
3), or K. Machida and H. Oikawa, J. Vac. Sci. Tech.
nol., B4,818 (1986) This is different from the usual CVD method.
This is a method of depositing an oxide film while anisotropically sputter etching the substrate surface with argon ions. At this time, ECR or ICP having a high plasma ion density is used as a plasma source. Although the formation of the interlayer insulating film by HDP is almost satisfactory as the trench filling technique,
Since projections due to sputter etching residue are generated on the entire surface of the pattern, flattening must be performed by another method such as CMP. Further, since the generation of particles and the low deposition rate, problems such as a decrease in throughput have not been solved yet.

【0007】一方、応用物理第57巻第12号(198
8)等に紹介されているスピン−オン−グラス法(SP
IN ON GLASS:SOG法)によって塗布によ
って絶縁膜を形成し、下地の凹凸を緩和する方法は、半
導体装置製造に広く一般的に用いられているものであ
る。例えば、LSI多層配線用層間絶縁膜にはSOG法
によるSiO2 質の硬化膜が一般的に用いられている。
SOGはオリゴシラノールあるいはオリゴシリケート類
を含む溶液を基板上にスピンコータによって塗布し、熱
硬化によってSiO2 質の硬化膜を形成させる技術、ま
たはその方法によって形成された絶縁膜、あるいは絶縁
膜形成のための塗布液を指す。SOG塗布液は狭い配線
間の溝の中にも流れ込む特性があるため、形成される膜
も配線間の溝の中に良好に埋め込まれると同時に広い平
坦凹部にも流れるため、比較的幅の広く高い段差を平坦
化できるという特長を併せ持っている。SOGのプロセ
スは400℃程度の低温で行われるため、熱ダメージを
受けやすいAl配線後の層間絶縁膜として賞用される。
On the other hand, Applied Physics Vol. 57, No. 12 (198
8) etc. introduced spin-on-glass method (SP
IN ON GLASS: SOG method) is a method of forming an insulating film by coating to reduce the unevenness of the underlying layer, which is widely used in the manufacture of semiconductor devices. For example, a hardened film of SiO 2 by the SOG method is generally used as an interlayer insulating film for LSI multilayer wiring.
SOG is a technique of applying a solution containing oligosilanol or oligosilicates on a substrate with a spin coater and forming a cured film of SiO 2 by heat curing, or an insulating film formed by the method, or for forming an insulating film Refers to the coating liquid. Since the SOG coating liquid has a property of flowing into the groove between the narrow wirings, the formed film is well filled in the groove between the wirings, and at the same time flows into the wide flat concave portion, so that the width is relatively wide. It also has the feature that it can flatten high steps. Since the SOG process is performed at a low temperature of about 400 ° C., it is favored as an interlayer insulating film after Al wiring which is easily damaged by heat.

【0008】従来、SOGの材料としてはSiと結合し
た有機置換基を一切含まない、一般式Si( OR ) n
(OH )4-n で表される無機SOGと呼ばれるオリゴシ
リケートが用いられてきた。無機SOGは加熱硬化の際
に約20%の体積収縮が起こるため、クラック耐性に乏
しく、1回の塗布でたかだか200ないし300nm程
度しか塗布できない。配線断面アスペクト比が1程度よ
り大きい配線による段差の緩和には、少なくとも配線高
さ程度のSOGの厚塗りが必要であるが、無機SOGは
割れが入るため、このような厚塗りができない。すなわ
ち、無機SOGは大きな断面アスペクト比を持つ段差パ
ターンの平坦化には使用することができなかった。
Conventionally, the material of SOG has the general formula Si (OR) n containing no organic substituent bonded to Si.
Oligosilicates called inorganic SOG represented by (OH) 4-n have been used. Since the volumetric shrinkage of about 20% occurs when the inorganic SOG is heat-cured, it has poor crack resistance and can be applied to only about 200 to 300 nm in one application. In order to alleviate the step due to the wiring having the wiring cross-sectional aspect ratio of about 1 or more, it is necessary to apply SOG at a thickness of at least about the wiring height, but since inorganic SOG is cracked, such thick coating cannot be performed. That is, inorganic SOG could not be used for flattening a step pattern having a large cross-sectional aspect ratio.

【0009】無機SOGのもつ上記欠点を解消し、膜の
収縮性、平坦性、エッチング速度、密着性、および耐ク
ラック性を向上させるため、Siと直接結合する有機置
換基を有する、すなわち化学構造の中に有機Siを含
む、一般式Rm Si( OR )n( OH )4-n-m で表され
る有機SOGと呼ばれるオリゴシロキサンが検討され、
開発されている。有機置換基としては、熱安定性、脱ガ
ス特性、耐プラズマ性、膜の降伏値や膜の柔軟性の関係
からメチル基が主に用いられているが、フェニル基など
他の種類の置換基が用いられることもある。有機SOG
は無機SOGに比べ、加熱硬化の際の膜の収縮率が小さ
く、したがって耐クラック性が高いことが特長となって
いる。また、CHF3 を含むエッチングガスに対するエ
ッチング速度がCVD膜程度に低いため、パターン上の
CVD酸化膜上に有機SOGを厚く塗布し、これを硬化
した上で、CHF3 を含むエッチングガスによってCV
D膜と同時にエッチングする(等速全面エッチバック
法)による平坦化のプロセスが容易に構成できることも
特長となっている。
In order to solve the above-mentioned drawbacks of the inorganic SOG and to improve the shrinkability, flatness, etching rate, adhesion and crack resistance of the film, it has an organic substituent directly bonded to Si, that is, a chemical structure. An oligosiloxane called organic SOG represented by the general formula R m Si (OR) n (OH) 4-nm , which contains organic Si therein, has been studied,
Being developed. As the organic substituent, a methyl group is mainly used because of its thermal stability, degassing property, plasma resistance, film yield value and film flexibility, but other types of substituents such as phenyl group. Is sometimes used. Organic SOG
Compared with inorganic SOG, has a feature that the shrinkage rate of the film at the time of heat curing is small, and therefore the crack resistance is high. Further, since the etching rate for the etching gas containing CHF 3 is as low as that of the CVD film, the organic SOG is applied thickly on the CVD oxide film on the pattern and cured, and then the CV is removed by the etching gas containing CHF 3.
Another feature is that the planarization process by etching simultaneously with the D film (constant-rate full-surface etchback method) can be easily configured.

【0010】しかしながら、従来の有機SOGにおいて
も、加熱による硬化は100℃程度から始まり、それに
伴って体積収縮が起こるため、塗布によっていったんは
平坦になった表面も、下地形状に追従した凹凸が現われ
てしまうため、平坦性はさほど良くはならないという問
題があった。また、塗布液の流動による平坦化の効果が
発揮される基板上の面積範囲は、たかだか10μmオー
ダーの局所的なものであるといわれ、10μm以上に広
い配線間の凹部と広い配線上の凸部の上での膜厚がほぼ
同じになってしまう。すなわち10μm以上のオーダー
の視野から見れば、凹部と凸部の段差は何ら緩和されて
いないことになる。このように、形成される膜厚には、
配線パターンの疎密に対する依存性があるため、チップ
/ウェーハレベルでの広域の平坦化には有機SOGは無
力である。
However, even in the conventional organic SOG, the curing by heating starts at about 100 ° C. and the volume contraction occurs with it, so that even the surface once flattened by application shows irregularities following the underlying shape. Therefore, there is a problem that the flatness is not so good. Further, it is said that the area range on the substrate where the flattening effect due to the flow of the coating solution is exerted is at most a local area of the order of 10 μm, and the recesses between the wirings as wide as 10 μm or more and the projections on the wide wiring are as large as possible. The film thickness on the top becomes almost the same. That is, when seen from the visual field of the order of 10 μm or more, the step difference between the concave portion and the convex portion is not relaxed at all. In this way, the film thickness formed is
The organic SOG is ineffective for planarizing a wide area at the chip / wafer level because it depends on the density of the wiring pattern.

【0011】また、有機SOGにおいても加熱硬化時に
少なくとも7%程度の体積収縮があり、500nm厚以
上の塗布形成によって、無機SOGと同様、収縮応力に
よるクラックが発生するおそれがある。有機SOGは、
膜質が悪く、水を含有あるいは吸収しやすいため、後工
程でSOGからの脱ガスによるトラブルが発生しやす
い。また水によって見掛け上の誘電率が上昇し、従って
線間容量による遅延が大きくなり、高速な配線用の絶縁
膜としては不利である、というようなさまざまな困難な
問題を有している。
In addition, organic SOG also has a volume shrinkage of at least about 7% when it is heat-cured, and cracks due to shrinkage stress may be generated by coating and forming with a thickness of 500 nm or more, like inorganic SOG. Organic SOG is
Since the film quality is poor and water is easily contained or absorbed, troubles due to degassing from SOG are likely to occur in the subsequent process. Further, water causes an increase in the apparent permittivity, and therefore the delay due to the line capacitance increases, which is disadvantageous as an insulating film for high-speed wiring.

【0012】SOGにおいても有機SOGの上記欠点に
対策したものが数種類報告されている。ひとつはラダー
シロキサンオリゴマーである。これは、構造式で現す
と、
Several types of SOG have been reported which have dealt with the above-mentioned drawbacks of organic SOG. One is a ladder siloxane oligomer. This is expressed by the structural formula,

【化3】 のようになり、各Siに対し1つのメチル基(あるいは
フェニル基)が結合し、さらに梯子状に規則正しい構造
をとったものである。ラダーシロキサンは、構造の規則
性が高いため加熱により結晶のように溶融流動するとい
う特徴があるものの、収縮率が大きく、クラック耐性が
非常に悪いため、厚塗りが不可能であること、および構
造上活性な水酸基(Si−OH)に乏しく、下地との密
着が悪く、剥がれを生じやすい、という致命的な欠点が
ある。
[Chemical 3] Thus, one methyl group (or phenyl group) is bonded to each Si, and a ladder-like ordered structure is formed. Ladder siloxane has a characteristic that it melts and flows like a crystal when heated due to its high regularity of structure, but it has a large shrinkage ratio and has very poor crack resistance, so thick coating is not possible. It has a fatal defect that it is poor in the upper active hydroxyl group (Si-OH), its adhesion to the base is poor, and peeling easily occurs.

【0013】また、別の対策として、ハイドロジェンシ
ロキサンオリゴマーやペルヒドロシラザンオリゴマーを
原料とした無機SOGも知られている。これらの新しい
SOGは、構造内にSiと直接結合する有機基を持た
ず、代わりにSiと直接結合する水素を持っているのが
特徴となっている。いずれも塗布乾燥後、加熱硬化中に
炉内雰囲気に含まれる酸素を吸収して体積膨張を起こす
ため、見掛け上の収縮率が小さく、厚塗りできるのが長
所である。しかし、塗布から乾燥までのあいだの収縮で
下地の凹凸形状がトレースされるという有機SOGと同
様の欠点があるため、広域の平坦性は望むべくもない。
さらに、加熱硬化後もフリーの水酸基を膜中に残すた
め、脱ガスの発生や高い誘電率を示す原因ともなってい
る。
As another measure, an inorganic SOG using a hydrogen siloxane oligomer or a perhydrosilazane oligomer as a raw material is also known. These new SOGs are characterized in that they do not have an organic group that directly bonds to Si in their structure, but instead have hydrogen that directly bonds to Si. In both cases, since oxygen contained in the atmosphere in the furnace is absorbed during heating and curing after coating and drying to cause volume expansion, the apparent shrinkage rate is small and thick coating is advantageous. However, the flatness in a wide area is not desirable because it has the same defect that the uneven shape of the base is traced due to the contraction from the application to the drying.
Furthermore, since free hydroxyl groups remain in the film even after heat curing, it is a cause of degassing and high dielectric constant.

【0014】以上列記した問題に対し、これまで材料面
からの解決法は未だ確立していない。一方、半導体装置
の絶縁膜、特に、LSI多層配線用層間絶縁膜の膜特性
の向上には、絶縁膜を形成するシロキサン類の分析が必
要である。一般に種々の材料中に含まれているシロキサ
ン類の分析には、試料をそのままあるいは適当な有機溶
媒にシロキサン類を抽出し、赤外分光光度法、核磁気共
鳴(NMR)法、プラズマ誘導結合発光分光分析法(特
開平4−40347号公報参照)等により分析する方法
が知られている。また、シロキサン類を化学的に分解し
て生じる分解生成物を検出し、定量する方法(特公昭6
2−8146号公報参照)も知られている。しかし、こ
れらの方法は、いずれも材料中の全Si量を測定するこ
とを目的とするものである。
To the problems listed above, no solution has been established so far in terms of materials. On the other hand, in order to improve the film characteristics of the insulating film of the semiconductor device, particularly the interlayer insulating film for LSI multilayer wiring, it is necessary to analyze siloxanes forming the insulating film. Generally, for the analysis of siloxanes contained in various materials, the sample itself or the siloxanes are extracted in an appropriate organic solvent, and the infrared spectrophotometric method, nuclear magnetic resonance (NMR) method, plasma inductively coupled emission method is used. A method of analyzing by a spectroscopic analysis method (see Japanese Patent Laid-Open No. 40403/1992) is known. Further, a method of detecting and quantifying a decomposition product generated by chemically decomposing siloxanes (Japanese Patent Publication No.
No. 2-8146) is also known. However, all of these methods are intended to measure the total amount of Si in the material.

【0015】ところで、上述したようにシロキサン類の
分析方法はいくつか知られているが、有機SOG中の有
機置換基の含有比率を分析する工業的に有用な方法は未
だ確立されておらず、特に、有機SOG、すなわち絶縁
膜形成用シロキサン類を半導体装置の絶縁膜、特にLS
I多層配線用層間絶縁膜の膜特性と結びつけて、正確か
つ簡単に分析し、評価する工業的に有用な方法は未だ確
立されていないという問題があった。また、半導体装置
の絶縁膜、特にLSI多層配線用層間絶縁膜の膜特性を
十分に向上させることができる絶縁膜形成用塗布液およ
びその製造方法ならびに半導体装置用絶縁膜の形成方法
が切望されていた。
By the way, although some methods for analyzing siloxanes are known as described above, an industrially useful method for analyzing the content ratio of the organic substituent in the organic SOG has not yet been established. In particular, organic SOG, that is, siloxanes for forming an insulating film, is used as an insulating film of a semiconductor device, especially LS
I There has been a problem that an industrially useful method for accurately and simply analyzing and evaluating it in association with the film characteristics of the I interlayer insulating film has not been established yet. Further, a coating liquid for forming an insulating film, a method for producing the same, and a method for forming an insulating film for a semiconductor device, which can sufficiently improve the film characteristics of an insulating film for a semiconductor device, particularly an interlayer insulating film for LSI multilayer wiring, have been earnestly desired. It was

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みてなされたものであって、微細な溝も
完全に埋め込むことが可能で、かつ下地段差を平坦化す
るのに十分な厚塗りができ、下地パターン全体の均一な
(グローバル)な平坦性を達成でき、さらに水を含まず
誘電率の低い、高速配線に有利な絶縁膜、すなわち膜特
性に優れた絶縁膜、特に半導体装置用層間絶縁膜を形成
することのできる、シロキサン類を用いる、絶縁膜形成
用塗布液および半導体装置用絶縁膜の形成方法を提供す
ることを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. It is possible to completely fill even fine grooves and to flatten the underlying step. An insulating film that can be applied with a sufficient thickness, can achieve uniform (global) flatness of the entire underlying pattern, and has a low dielectric constant that does not contain water and that is advantageous for high-speed wiring, that is, an insulating film with excellent film characteristics, In particular, it is an object of the present invention to provide a coating liquid for forming an insulating film and a method for forming an insulating film for a semiconductor device, which can form an interlayer insulating film for a semiconductor device, using siloxanes.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、シロキサ
ン類とそれを用いたLSI多層配線用層間絶縁膜の特性
について、鋭意研究を進めた結果、シロキサン類におけ
る有機置換基の含有比率、もしくは結合した有機置換基
の数の異なるSi原子の存在比率、すなわちシロキサン
類の単位構造の存在比率が膜の特性に大きく影響するこ
とを知見し、さらに、鋭意検討の結果、29Si−NMR
スペクトルのシグナル積分値からSOGの有機性を評価
することができ、その評価に従って、得られた有機SO
G塗布液を用いることにより、優れた膜特性を持つ絶縁
膜を形成することができることを知見し、本発明に至っ
たものである。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted earnest researches on the characteristics of siloxanes and an interlayer insulating film for LSI multilayer wiring using the siloxanes. As a result, the content ratio of organic substituents in siloxanes, or existence ratio of the number of different Si atoms bonded organic substituents, that is to finding that the presence ratio of the unit structure of siloxanes greatly influences the properties of the film, furthermore, a result of intensive studies, 29 Si-NMR
The organicity of SOG can be evaluated from the signal integration value of the spectrum, and the obtained organic SO
The inventors of the present invention have found that an insulating film having excellent film characteristics can be formed by using the G coating liquid, and have arrived at the present invention.

【0018】すなわち、本発明の第1の態様は、半導体
装置の製造に用いられる絶縁膜形成用塗布液であって、
少なくとも一種類の有機置換基と結合したSi原子を含
む下記式[1]で表されるシロキサン類を含み、かつ、
前記シロキサン類の29Si−NMRスペクトルのシグナ
ルの積分値から求められる下記式[2]で示される含有
比率Xが、下記式[2]を満足する、150℃以上30
0℃以下の自己流動化温度を有することを特徴とする絶
縁膜形成用塗布液を提供するものである。
That is, a first aspect of the present invention is a coating liquid for forming an insulating film, which is used for manufacturing a semiconductor device,
A siloxane represented by the following formula [1] containing a Si atom bonded to at least one kind of organic substituent, and
The content ratio X represented by the following formula [2] obtained from the integrated value of the signal of the 29 Si-NMR spectrum of the siloxane satisfies the following formula [2], and is 150 ° C. or higher 30
The present invention provides a coating liquid for forming an insulating film, which has a self-fluidizing temperature of 0 ° C or lower.

【化4】 上記式[1]において、 k、l、m、n:0〜1000の整数を示す。 R:飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、フェニル基か
ら選ばれる少なくとも1種の有機置換基を示し、同一で
あっても異なっていてもよく、フェニル基としては、置
換基を有するフェニル基でもよい。 酸素原子は、Si、R、Hのいずれかと結合する。
[Chemical 4] In the above formula [1], k, l, m, and n are integers of 0 to 1000. R: at least one organic substituent selected from a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, which may be the same or different, and the phenyl group is a phenyl group having a substituent. But it's okay. The oxygen atom is bonded to any of Si, R, and H.

【数3】 上記式[2]において、 A0 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合をもたないSiに帰属されるSiシグナルの面
積、 A1 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を1本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A2 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を2本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A3 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を3本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積を示す。
[Equation 3] In the above formula [2], Si obtained from A 0 : 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having no —C bond, A 1 : 29 Si—Si determined from Si-NMR spectrum
Area of Si signal attributed to Si having one —C bond, A 2 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having two —C bonds, A 3 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
The area of the Si signal attributed to Si having three —C bonds is shown.

【0019】また、前記式[1]において、k=0であ
ることが好ましい。さらに、前記式[1]において、k
=l=0であることが好ましい。また、前記自己流動化
を縮合硬化が起きるより低温で起こすことが好ましい。
In the above formula [1], it is preferable that k = 0. Furthermore, in the above formula [1], k
It is preferable that = 1 = 0. Further, it is preferable that the self-fluidization occurs at a lower temperature than the condensation curing.

【0020】また、本発明の第2の態様は、上記絶縁膜
形成用塗布液を用いることを特徴とする半導体装置用絶
縁膜の形成方法を提供するものである。
A second aspect of the present invention is to provide a method for forming an insulating film for a semiconductor device, characterized by using the above-mentioned coating liquid for forming an insulating film.

【0021】ここで、前記絶縁膜形成用塗布液を塗布後
乾燥し、150℃以上300℃以下の温度に保持して流
動化させ、さらに、350℃以上450℃以下の温度に
て硬化させる工程を含むことが好ましい。
Here, a step of drying the coating solution for forming an insulating film after coating, fluidizing by holding at a temperature of 150 ° C. to 300 ° C. and further curing at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. It is preferable to include.

【0022】さらに、本発明の第3の態様は、半導体装
置の製造に用いられる絶縁膜形成用塗布液であって、少
なくとも一種類の有機置換基と結合したSi原子を含む
下記式〔1〕で表されるシロキサン類を含み、かつ、前
記シロキサン類の29Si−NMRスペクトルのシグナル
の積分値から求められる下記式〔2〕で示される含有比
率Xが、下記式〔2〕を満足するシロキサン類を含む絶
縁膜形成用塗布液を用い、前記絶縁膜形成用塗布液を塗
布後乾燥し、150℃以上300℃以下の温度に保持し
て流動化させ、さらに、350℃以上450℃以下の温
度にて硬化させる工程を含むことを特徴とする半導体装
置用絶縁膜の形成方法を提供する。
Further, a third aspect of the present invention is a coating solution for forming an insulating film used in the manufacture of a semiconductor device, which comprises the following formula [1] containing a Si atom bonded to at least one kind of organic substituent. Siloxane containing the siloxane represented by the following formula, and the content ratio X represented by the following formula [2] obtained from the integrated value of the signal of the 29 Si-NMR spectrum of the siloxane satisfies the following formula [2]. A coating solution for forming an insulating film containing a compound is applied, dried after coating the coating solution for forming an insulating film, fluidized by being kept at a temperature of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, Provided is a method for forming an insulating film for a semiconductor device, which includes a step of curing at a temperature.

【化5】 上記式〔1〕において、 k、l、m、n:0〜1000の整数を示す。 R:飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、フェニル基か
ら選ばれる少なくとも1種の有機置換基を示し、同一で
あっても異なっていてもよく、フェニル基としては、置
換基を有するフェニル基でもよい。 酸素原子は、Si、R、Hのいずれかと結合する。
[Chemical 5] In the above formula [1], k, l, m, and n: integers from 0 to 1000 are shown. R: at least one organic substituent selected from a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, which may be the same or different, and the phenyl group is a phenyl group having a substituent. But it's okay. The oxygen atom is bonded to any of Si, R, and H.

【数4】 上記式〔2〕において、 A0 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合をもたないSiに帰属されるSiシグナルの面
積、 A1 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を1本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A2 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を2本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A3 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を3本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積を示す。 ここで、前記150℃以上300℃以下の温度への保持
を30秒以上行うことが好ましい。また、前記硬化を窒
素中で行うことが好ましい。
[Equation 4] In the above formula [2], Si obtained from A 0 : 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having no —C bond, A 1 : 29 Si—Si determined from Si-NMR spectrum
Area of Si signal attributed to Si having one —C bond, A 2 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having two —C bonds, A 3 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
The area of the Si signal attributed to Si having three —C bonds is shown. Here, it is preferable to maintain the temperature at 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower for 30 seconds or longer. Further, it is preferable to perform the curing in nitrogen.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に、本発明をさらに詳細に説
明する。本発明で用いられる絶縁膜形成用シロキサン類
の評価方法は、半導体装置用絶縁膜、例えばLSI多層
配線用層間絶縁膜形成などに用いられる絶縁膜形成用塗
布液に含まれる、少なくとも一種類の有機置換基と結合
したSi原子を含むシロキサン類の、結合した有機置換
基の数の異なるSi原子の少なくとも1種の存在比率を
分析し、これによって、または、これに基づいて、例え
ばシロキサン類中の有機置換基の含有比率を求め、これ
によって、シロキサン類、例えば、その有機性を評価す
る方法である。特に、29Si−NMRにおいて有機シリ
コンによるシグナルの面積から前記存在比率および含有
比率を求め、有機性を評価する方法である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail below. The method for evaluating siloxanes for forming an insulating film used in the present invention is to evaluate at least one organic compound contained in a coating liquid for forming an insulating film for a semiconductor device, for example, an insulating film for an LSI multilayer wiring. The siloxanes containing Si atoms bound to the substituents are analyzed for the abundance ratio of at least one Si atom with a different number of bound organic substituents, by or on this basis, for example in siloxanes. This is a method of determining the content ratio of organic substituents and evaluating the organicity of siloxanes, for example, by using the ratio. In particular, it is a method of evaluating the organicity by determining the existence ratio and the content ratio from the area of the signal due to organic silicon in 29 Si-NMR.

【0024】本発明において用いられるシロキサン類を
含む溶液、すなわち、絶縁膜形成用塗布液(以下、単に
塗布液という)としては、半導体装置用絶縁膜(以下、
単に絶縁膜という)を形成するための前駆体として用い
られ、少なくとも一種類の有機置換基と結合したSi原
子を含むシロキサン類の溶液あるいはこのようなシロキ
サン類を有機溶媒に溶解した溶液であれば、どのような
ものでもよいが、例えば、通常、SOG膜形成のための
SOG溶液、もしくは有機SOG溶液などを挙げること
ができる。ここで、有機置換基は、飽和炭化水素基、不
飽和炭化水素基およびフェニル基のいずれかであっても
よいし、あるいは2種以上を含んでいてもよい。さら
に、1つのSi原子に結合した有機置換基の数は1ない
し3のいずれであってもよい。
A solution containing siloxanes used in the present invention, that is, a coating liquid for forming an insulating film (hereinafter, simply referred to as a coating liquid) is an insulating film for a semiconductor device (hereinafter, referred to as a coating liquid).
It is used as a precursor for forming an insulating film) and is a solution of siloxanes containing Si atoms bonded to at least one kind of organic substituent or a solution of such siloxanes dissolved in an organic solvent. However, any SOG solution for forming an SOG film, an organic SOG solution, or the like can be used. Here, the organic substituent may be any of a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, or may contain two or more kinds. Further, the number of organic substituents bonded to one Si atom may be 1 to 3.

【0025】ここで、本発明に用いられるシロキサン類
としては、下記式〔1〕で表わすことができるが、これ
らの単位構造の結合の仕方は特に制限的ではなく、直鎖
型でも分岐型でもいずれでも良い。また、これらを混合
して用いてもよい。
Here, the siloxanes used in the present invention can be represented by the following formula [1], but the way in which these unit structures are bonded is not particularly limited, and they may be linear or branched. Either is fine. Further, these may be mixed and used.

【0026】[0026]

【化6】 上記式〔1〕において、 k、l、m、n:0〜1000の整数を示す。 R:飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、フェニル基か
ら選ばれる少なくとも1種の有機置換基を示し、同一で
あっても異なっていてもよく、フェニル基としては、置
換基を有するフェニル基でもよい。 酸素原子は、Si、R、Hのいずれかと結合する。
[Chemical 6] In the above formula [1], k, l, m, and n: integers from 0 to 1000 are shown. R: at least one organic substituent selected from a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, which may be the same or different, and the phenyl group is a phenyl group having a substituent. But it's okay. The oxygen atom is bonded to any of Si, R, and H.

【0027】このようなシロキサン類としては、絶縁膜
の形成を目的として用いられるシロキサンオリゴマーで
あるのが好ましく、より好ましくは、重合度が2〜50
0のシロキサンオリゴマーであるのが良い。すなわち、
上記式〔1〕で表されるシロキサンオリゴマーの下記単
位構造(a)〜(d)の繰り返し数〔k+l+m+n〕
は、2〜500の範囲内であるのがより好ましい。ここ
で、重合度(繰り返し数)が500を超えるとシロキサ
ンと溶媒から成る塗布溶液(SOG溶液)の粘度が高く
なりすぎ、また2未満であるとシロキサンが絶縁膜形成
工程で蒸発し易くなり、いずれの場合も、絶縁膜の形成
が困難となる。
Such siloxanes are preferably siloxane oligomers used for the purpose of forming an insulating film, and more preferably have a degree of polymerization of 2 to 50.
0 siloxane oligomer is preferred. That is,
Number of repeating unit structures (a) to (d) of the siloxane oligomer represented by the above formula [1] [k + l + m + n]
Is more preferably within the range of 2 to 500. Here, if the degree of polymerization (repetition number) exceeds 500, the viscosity of the coating solution (SOG solution) composed of siloxane and a solvent becomes too high, and if it is less than 2, siloxane easily evaporates in the insulating film forming step, In either case, it becomes difficult to form the insulating film.

【0028】[0028]

【化7】 上記単位構造(a)〜(d)において、Rは飽和炭化水
素基、不飽和炭化水素基、フェニル基から選ばれる少な
くとも1種の有機置換基を示し、同一であっても異なっ
ていてもよく、フェニル基としては、置換基を有するフ
ェニル基でもよい。
[Chemical 7] In the unit structures (a) to (d), R represents at least one organic substituent selected from a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, and may be the same or different. The phenyl group may be a phenyl group having a substituent.

【0029】本発明においては、絶縁膜形成用シロキサ
ン類を評価する際に、シロキサン類の有機置換基の含有
比率を分析する、もしくは結合した有機置換基の数の異
なるSi原子(Si−C結合の数が0〜4であるSi原
子)、すなわち、上記単位構造(a)〜(d)の少なく
とも1種を分析し、その存在比率を測定する。本発明に
用いられるシロキサン類の有機置換基の含有比率の分析
方法もしくは上記単位構造(a)〜(d)の存在比率の
測定方法は、限定されないが、核磁気共鳴(NMR)法
を用いるのが好ましい。より好ましくは、このような存
在比率は、29Si−NMRスペクトルのシグナルの積分
値から求めるのが好ましい。
In the present invention, when evaluating the siloxanes for forming an insulating film, the content ratio of the organic substituents of the siloxanes is analyzed, or Si atoms (Si—C bond having different numbers of bonded organic substituents) are analyzed. Si atoms whose number is 0 to 4), that is, at least one of the unit structures (a) to (d) is analyzed, and the abundance ratio thereof is measured. The method of analyzing the content ratio of the organic substituents of the siloxanes used in the present invention or the method of measuring the existence ratio of the unit structures (a) to (d) is not limited, but a nuclear magnetic resonance (NMR) method is used. Is preferred. More preferably, such abundance ratio is preferably obtained from the integrated value of the signal of the 29 Si-NMR spectrum.

【0030】核磁気共鳴(NMR)法を行うに際し、ま
ず、試料であるシロキサン類、例えば、SOG溶液を重
水素溶媒に溶解する。ここで用いる重水素溶媒は、重水
素溶媒を加えることによってSOG溶液中の構成成分が
溶液から分離しないものであれば特に制限はなく、たと
えば重クロロホルム、重アセトン、重メタノール等を用
いることができる。試料の濃度は低すぎると十分な検出
感度が得られず、また、高すぎると重水素溶媒の比率が
下がり、NMR装置の周波数安定性が良好でなくなるの
で10−90%が好ましい。
In carrying out the nuclear magnetic resonance (NMR) method, first, a sample siloxane, for example, an SOG solution is dissolved in a deuterium solvent. The deuterium solvent used here is not particularly limited as long as the components in the SOG solution are not separated from the solution by adding the deuterium solvent, and for example, deuterated chloroform, deuterated acetone, deuterated methanol and the like can be used. . If the concentration of the sample is too low, sufficient detection sensitivity cannot be obtained, and if it is too high, the ratio of the deuterium solvent decreases, and the frequency stability of the NMR apparatus becomes unsatisfactory, so 10-90% is preferable.

【0031】29Si−NMR測定に用いる試料管はテフ
ロン(登録商標)製のものが好ましい。これは、通常の
ガラス製NMR試料管ではケイ酸ガラスに起因する29
iのシグナルが現われることを避けるためである。本発
明の目的で行なう29Si−NMRの測定においては水素
核のデカップリングはしないことが望ましい。これは、
29Si−NMRの核Overhauser効果因子の符
号が負であるため、試料によっては29Si−NMRシグ
ナルの強度が減衰することがあるためであり、また、シ
グナルの積分強度の定量性を確保するためである。ま
た、トリス(アセチルアセトナト)クロム(III) ,トリ
ス(アセチルアセトナト)鉄(III) 等の緩和試薬を加え
ることも測定時間短縮のために好ましい。
The sample tube used for 29 Si-NMR measurement is preferably made of Teflon (registered trademark). This is usually a glass NMR sample tube due to silicate glass 29 S
This is to prevent the i signal from appearing. In the 29 Si-NMR measurement performed for the purpose of the present invention, it is desirable not to decouple hydrogen nuclei. this is,
This is because the intensity of the 29 Si-NMR signal may be attenuated depending on the sample because the sign of the nuclear Overhauser effect factor of 29 Si-NMR is negative, and in order to ensure the quantification of the integrated intensity of the signal. Is. It is also preferable to add a relaxation reagent such as tris (acetylacetonato) chromium (III) or tris (acetylacetonato) iron (III) in order to shorten the measurement time.

【0032】測定によって得られた29Si−NMRスペ
クトルの各シグナルを帰属し、各々のシグナル面積から
前記単位構造(a)、(b)、(c)、(d)の存在比
率、またはさらに有機置換基と結合したSi原子の存在
比率を求める。有機置換基の含有比率については目的に
よっていくつかの異なった定義が可能であり、目的もし
くは必要に応じて使い分ければよい。例えば、Si−C
結合をもたないSiに帰属されるSiシグナルの面積を
0 、Si−C結合を一本有するSiに帰属されるSi
シグナルの面積をA1 、Si−C結合を二本有するSi
に帰属されるSiシグナルの面積をA2 およびSi−C
結合を三本有するSiに帰属されるSiシグナルの面積
をA3 で表すとき、有機性の尺度(Xで表わす)とし
て、例えば下記式〔3〕あるいは式〔4〕のような定義
ができる。
The respective signals of the 29 Si-NMR spectrum obtained by the measurement are assigned, and from the respective signal areas, the abundance ratios of the unit structures (a), (b), (c) and (d), or further organic The abundance ratio of Si atoms bonded to the substituent is calculated. The content ratio of the organic substituent can be defined in several different ways depending on the purpose, and it may be used properly according to the purpose or need. For example, Si-C
The area of the Si signal attributed to Si having no bond is A 0 , and the Si attributed to Si having one Si—C bond
Si having a signal area of A 1 and two Si—C bonds
The area of the Si signal attributed to A 2 and Si-C
When the area of the Si signal attributed to Si having three bonds is represented by A 3 , the organic scale (represented by X) can be defined by the following formula [3] or formula [4].

【0033】[0033]

【数5】 式〔3〕はシロキサン中のSi原子数に対する有機置換
基の数の比を表わす式であり、式〔4〕はシロキサン中
のSi原子数に対する有機Si原子数の比を表わす式で
ある。有機性を評価する式の形は分析の目的によって上
記式〔3〕、〔4〕に限ることなく定義できる。
[Equation 5] Formula [3] is a formula representing the ratio of the number of organic substituents to the number of Si atoms in siloxane, and formula [4] is a formula representing the ratio of the number of organic Si atoms to the number of Si atoms in siloxane. The form of the equation for evaluating the organicity can be defined according to the purpose of analysis without being limited to the above equations [3] and [4].

【0034】本発明で使用される評価方法によれば、有
機シロキサン類の有機置換基の含有比率の分析におい
て、従来法では不可能であった単位構造ごとの存在比率
を求めることができ、有機シロキサン中の有機置換基含
有比率を容易に決定できる。したがって、この評価方法
は、たとえば半導体装置の絶縁膜、特にLSI多層配線
用層間絶縁膜形成用に用いられる有機シロキサン類を含
む溶液中のシロキサン類の有機性評価に用いることがで
き、本発明で使用される評価方法により、この絶縁膜の
耐薬品性、耐水性等の膜特性があらかじめ予測可能とな
る。また本発明によれば、絶縁膜に用いられるSOG製
造時の品質管理が適確に行われるという効果も有する。
According to the evaluation method used in the present invention, in the analysis of the content ratio of the organic substituents of the organic siloxanes, the abundance ratio for each unit structure, which was impossible by the conventional method, can be obtained. The organic substituent content ratio in the siloxane can be easily determined. Therefore, this evaluation method can be used, for example, in the organic evaluation of siloxanes in a solution containing organic siloxanes used for forming an insulating film of a semiconductor device, particularly an interlayer insulating film for LSI multilayer wiring. Depending on the evaluation method used, the film properties such as chemical resistance and water resistance of this insulating film can be predicted in advance. Further, according to the present invention, there is also an effect that quality control at the time of manufacturing the SOG used for the insulating film is appropriately performed.

【0035】本発明第3の態様は上記評価方法に基づい
た、シロキサン類を用いる半導体装置用絶縁膜、例えば
LSI多層配線用層間絶縁膜(以下、単に絶縁膜とい
う)を形成するための塗布液を用いる絶縁膜の形成方法
である。
A third aspect of the present invention is a coating liquid for forming an insulating film for a semiconductor device using siloxanes, for example, an interlayer insulating film for LSI multilayer wiring (hereinafter simply referred to as an insulating film) based on the above evaluation method. Is a method of forming an insulating film.

【0036】以下に、本発明の第3の態様の絶縁膜の形
成方法で使用される絶縁膜形成用塗布液について説明す
る。ここで、本発明者等は、シロキサン類の前記化学構
造とSOG膜の特性に密接な関係があることを見出し
た。すなわち、前記式〔1〕で表わされるシロキサン類
29Si−NMRスペクトルのシグナルの積分値から求
められる下記存在比率Xが下記式〔2〕を満足するシロ
キサン類、好ましくはシロキサンオリゴマーを含む塗布
液を用いた場合、形成される絶縁膜の特性が優れている
ことを見出した。
The coating liquid for forming an insulating film used in the method for forming an insulating film according to the third aspect of the present invention will be described below. Here, the present inventors have found that there is a close relationship between the chemical structure of siloxanes and the characteristics of the SOG film. That is, a coating solution containing siloxanes, preferably siloxane oligomers, in which the following abundance ratio X obtained from the integrated value of the 29 Si-NMR spectrum signal of the siloxanes represented by the above formula [1] satisfies the following formula [2]: It has been found that the characteristics of the insulating film formed are excellent when using.

【0037】[0037]

【数6】 上記式〔2〕において、 A0 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合をもたないSiに帰属されるSiシグナルの面
積 A1 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を一本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積 A2 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を二本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積 A3 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を三本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積
[Equation 6] In the above formula [2], Si obtained from A 0 : 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal attributed to Si having no —C bond A 1 : 29 Si—Si determined from Si-NMR spectrum
-C combine one with the area of the Si signal ascribed to Si A 2: 29 Si-NMR determined from the spectrum, Si
-C combine two having the area of the Si signal ascribed to Si A 3: 29 Si-NMR determined from the spectrum, Si
-Area of Si signal attributed to Si having three C bonds

【0038】ここで、上記式〔2〕で示される含有比率
Xが、80%以上であるシロキサン類を含む塗布液を用
いた場合に、絶縁膜の特性が優れている理由は、(1)
吸水性が減るため、脱ガス量や誘電率が低く抑えられる
こと、(2)耐クラック性が向上するので厚塗りが可能
であること、および(3)ドライエッチングレートが低
くなるので、エッチバックマージンが広くとれること、
などが挙げられる。
Here, the reason why the characteristics of the insulating film are excellent when the coating liquid containing the siloxane whose content ratio X represented by the above formula [2] is 80% or more is used is (1)
Since the water absorption is reduced, the amount of degassing and the dielectric constant can be suppressed to a low level. (2) The crack resistance can be improved to enable thick coating, and (3) the dry etching rate can be reduced, so that etch back Wide margin,
And so on.

【0039】次に、本発明において提供される絶縁膜形
成用塗布液について説明する。本発明において提供され
る塗布液は、上述した有機性の尺度の評価を上記式
〔3〕によって行うものであるということができる。本
発明においては、組成式(CH3 y SiO2-y/2 (式
中のyは0.8以上1.3以下)で表される重量平均分
子量が1500以上6000以下の不規則構造をもつメ
チルシロキサンオリゴマーを、沸点が120℃以上20
0℃以下の有機化合物を主成分とする溶媒に溶解したこ
とを特徴とする塗布液を提供するものである。この塗布
液は、従来の有機SOG(yの範囲は0.3ないし0.
6)とは異なり、組成式中のyの値が0.8以上1.3
以下であることを特徴とし、また規則構造を有するラダ
ーシロキサンに対し、不規則構造を有することを特徴と
するものである。
Next, the insulating film forming coating solution provided in the present invention will be described. It can be said that the coating liquid provided in the present invention evaluates the above-mentioned organic scale by the above formula [3]. In the present invention, a disordered structure having a weight average molecular weight of 1500 or more and 6000 or less represented by a composition formula (CH 3 ) y SiO 2 -y / 2 (y in the formula is 0.8 or more and 1.3 or less) is used. Methyl siloxane oligomer with boiling point of 120 ℃ or more 20
The present invention provides a coating liquid, which is characterized by being dissolved in a solvent containing an organic compound at 0 ° C or lower as a main component. This coating solution is a conventional organic SOG (the range of y is 0.3 to 0.
Unlike 6), the value of y in the composition formula is 0.8 or more and 1.3.
It is characterized by the following, and is characterized by having an irregular structure with respect to the ladder siloxane having an ordered structure.

【0040】メチルシロキサンオリゴマーの組成式にお
いてyの値を0.8以上に限定することにより、メチル
シロキサンオリゴマーの加熱重合硬化の際の収縮をほと
んど無くすことができる。したがって、厚塗りができ、
平坦性に有利に働く。また、この限定により、メチルシ
ロキサンオリゴマーの吸水率をほとんど0にすることが
でき、さらに誘電率を3.5以下に低下することが可能
になるため、水を含まず誘電率の低い、高速配線に有利
なSOG膜を形成する、という特徴を付与することがで
きる。yの値が0.8に満たない場合は、通常の有機S
OGと類似の特性を示すようになり、収縮率、吸水率、
平坦化性能、誘電率は従来技術の範囲のものしか得られ
ない。また、yが1.3を超えると、加熱重合が困難と
なり、また膜を形成せずゴム状物となってしまうため、
yの上限を1.3とした。
By limiting the value of y to 0.8 or more in the composition formula of the methylsiloxane oligomer, it is possible to almost eliminate the shrinkage of the methylsiloxane oligomer during heat-polymerization curing. Therefore, it can be applied thickly,
Works favorably for flatness. Further, due to this limitation, the water absorption rate of the methyl siloxane oligomer can be made almost 0, and the dielectric constant can be lowered to 3.5 or less. It is possible to impart a feature of forming an SOG film which is advantageous to the above. When y is less than 0.8, normal organic S
It has similar properties to OG, and has shrinkage, water absorption,
The flattening performance and the dielectric constant can be obtained only within the range of the prior art. Further, when y exceeds 1.3, heat polymerization becomes difficult, and a rubber-like material is formed without forming a film.
The upper limit of y was 1.3.

【0041】従来の技術では、yの値が高くなるほど下
地との密着性が低下するとされ、実用に供することは不
可能であった。ラダーメチルシロキサンも、本発明と同
一の組成式で表され、また本発明のyの範囲にある(ラ
ダー構造が形成されるためにはy=1である必要があ
る)が、同様に密着性に乏しくかつ収縮が大きいという
問題があるため、利用するのは困難であることは、従来
の技術の中で記述したとおりである。
According to the conventional technique, the higher the value of y, the lower the adhesion to the base, and it was impossible to put it to practical use. Ladder methyl siloxane is also represented by the same composition formula as that of the present invention, and is within the range of y of the present invention (y = 1 is required for forming a ladder structure), but the adhesion is also the same. As described in the prior art, it is difficult to use due to the problems of poor heat resistance and large shrinkage.

【0042】本発明では、シロキサン骨格を不規則構造
とし、分子量を規定し、かつ溶媒を規定することによ
り、yが大きくなることによる密着低下の課題を解決し
ている。不規則構造の導入によって、密着に貢献する多
量のSi−OH終端がオリゴマーの構造中にとりこま
れ、かつSi−O−Si網目構造が疎になるため、膜を
ソフトにして応力を吸収する能力を高めることが、密着
力向上に寄与しているものと考えられる。不規則構造を
規定する適切なパラメータは未だ見い出されていない
が、従来の有機SOGは、たとえyを増加させても規則
構造をとりやすく、密着性に劣るものであると推定され
る。分子量も、1500未満であると重合時の体積収縮
が著しいため、内部応力が発生しやすく、割れや剥がれ
の原因となる。さらに、溶媒についても120℃未満の
沸点の溶媒を使うと、乾燥速度の面内差異によって塗布
ムラが発生しやすくなるばかりか、乾燥による応力の発
生が著しく、密着に悪影響を与える。
In the present invention, the problem of adhesion reduction due to increase in y is solved by defining the siloxane skeleton as an irregular structure, defining the molecular weight, and defining the solvent. The introduction of the disordered structure introduces a large amount of Si-OH terminations that contribute to adhesion into the oligomer structure and makes the Si-O-Si network structure sparse, thus making the film soft and absorbing stress. It is considered that the increase of the adhesiveness contributes to the improvement of the adhesive strength. Although an appropriate parameter that defines the disordered structure has not been found yet, it is presumed that the conventional organic SOG is likely to have a disordered structure even if y is increased and has poor adhesion. If the molecular weight is also less than 1500, volume shrinkage during polymerization is significant, and internal stress is likely to occur, causing cracking and peeling. Further, as for the solvent, if a solvent having a boiling point of less than 120 ° C. is used, not only coating unevenness is likely to occur due to in-plane difference in drying rate, but also stress due to drying is significantly generated, which adversely affects adhesion.

【0043】上記メチルシロキサンオリゴマーの重量平
均分子量を1500〜6000までに制限する理由は、
前記密着の問題の解決の他、1500未満であると連続
な塗布膜が形成されず、また6000を超えると塗布液
の粘度が高くなり過ぎるため、ストライエーションと呼
ばれる放射状の塗布ムラの発生が起こるためである。重
量平均分子量としては1500〜3500が最も好適で
ある。
The reason why the weight average molecular weight of the methyl siloxane oligomer is limited to 1500 to 6000 is as follows.
In addition to solving the above-mentioned problem of adhesion, if it is less than 1500, a continuous coating film is not formed, and if it exceeds 6000, the viscosity of the coating liquid becomes too high, so that radial coating unevenness called striation occurs. This is because. Most preferably, the weight average molecular weight is 1500 to 3500.

【0044】上記メチルシロキサンオリゴマーを溶解す
る溶媒としては、沸点120℃以上200℃以下の有機
化合物を主成分とする溶媒を用いる。沸点が120℃未
満であると、塗布中の回転により溶媒の大部分が揮発し
てしまうため、塗布液の十分な流れ込みによる平坦化が
達成できない。さらに、前記したように乾燥で発生する
応力による密着の低下が問題となる。一方、沸点が20
0℃を超えると、乾燥が著しく遅くなり、スループット
が低下する他、基板搬送中の欠陥の発生や、加熱工程中
の発泡や炭素の残留などが生じるため、使用できない。
より好適な溶媒の沸点の範囲は130〜160℃の間で
ある。
As a solvent for dissolving the methylsiloxane oligomer, a solvent containing an organic compound having a boiling point of 120 ° C. or more and 200 ° C. or less as a main component is used. If the boiling point is lower than 120 ° C., most of the solvent is volatilized by the rotation during coating, so that flattening cannot be achieved by sufficiently flowing the coating liquid. Further, as described above, the decrease in adhesion due to the stress generated by drying becomes a problem. On the other hand, the boiling point is 20
If the temperature exceeds 0 ° C., the drying will be significantly slowed down, the throughput will be reduced, defects will be generated during the transportation of the substrate, and foaming or carbon residue will be generated during the heating step, so that it cannot be used.
The more preferred solvent boiling point range is between 130 and 160 ° C.

【0045】なお、溶媒の粘性率は微細な溝の埋込性能
と塗布膜の均一性に大きな影響を及ぼす。好ましくは溶
媒の粘性率が25℃で2.0cP以下のものを使用す
る。すなわち、溶媒の粘性率が2.0cPより大きい
と、0.2μm以下の溝の埋込みが不完全になり、かつ
塗布時に、ストライエーションと呼ばれる、基板中心か
ら周囲にかけて放射状の縞模様となって発生する膜厚ム
ラが発生する頻度が著しく上がる。
The viscosity of the solvent has a great influence on the filling performance of fine grooves and the uniformity of the coating film. A solvent having a viscosity of 2.0 cP or less at 25 ° C. is preferably used. That is, when the viscosity of the solvent is larger than 2.0 cP, the groove of 0.2 μm or less is not completely filled, and a striation, which is called a striation, is formed from the center of the substrate to the periphery during coating. The frequency of occurrence of film thickness unevenness significantly increases.

【0046】本発明の要件を満たす溶媒としては、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
ルモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモ
ノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエー
テルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル、ジn−ブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジ
n−アミルエーテル、メチルn−アミルケトン、メチル
イソアミルケトン、酢酸n−アミル、酢酸イソアミル、
酢酸n−ヘキシル等が使用できる。
Solvents satisfying the requirements of the present invention include ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol dimethyl ether, di-n-butyl ether, diisobutyl ether, di-n. -Amyl ether, methyl n-amyl ketone, methyl isoamyl ketone, n-amyl acetate, isoamyl acetate,
N-hexyl acetate or the like can be used.

【0047】これらの溶媒は単独でも使用できるが、2
種以上のものを組み合わせて使用しても良い。また、メ
タノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセ
トン、メチルエチルケトン、水、酢酸ブチルなど、他の
低沸点溶媒を加えて粘性率を下げたり、塗布性能を向上
させたりするなどの手段をとることもできる。ただし、
沸点が120℃以上200℃以下以外の溶媒を加える割
合は、その体積割合が溶媒全体の50%を超えないこと
が好ましい。なお、後述する本発明の第1の態様の塗布
液、および本発明の第2または3の態様で使用される塗
布液においても、シロキサン類を溶解するために、上述
した溶媒を用いてもよいことはいうまでもない。
Although these solvents can be used alone, 2
You may use it in combination of 2 or more types. Further, other low boiling point solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, water, and butyl acetate may be added to lower the viscosity and improve the coating performance. However,
The volume ratio of the solvent having a boiling point other than 120 ° C. to 200 ° C. is preferably not more than 50% of the whole solvent. In the coating liquid of the first aspect of the present invention described below and the coating liquid used in the second or third aspect of the present invention, the above-mentioned solvent may be used to dissolve the siloxanes. Needless to say.

【0048】上記のような要件を満たした塗布液を用い
ると、詳しい理由は定かではないが、いったん乾燥固化
した膜が、加熱時に軟化し、再流動してさらに一層平坦
化するという、非常に特徴的な自己流動化と呼べる現象
が生じる。自己流動化による平坦化は、メチルシロキサ
ンオリゴマーの縮合硬化が起こるより低温の150〜2
00℃の範囲で起こる。この現象により、従来のSOG
に比べはるかに広域の平坦化が達成できる。
When the coating solution satisfying the above requirements is used, the detailed reason is not clear, but the film once dried and solidified is softened upon heating and reflowed to further flatten. A characteristic phenomenon called self-fluidization occurs. Planarization by self-fluidization is performed at a temperature of 150 to 2 which is lower than that at which condensation curing of methylsiloxane oligomer occurs.
It occurs in the range of 00 ° C. Due to this phenomenon, conventional SOG
A far wider area can be flattened compared to.

【0049】上記のような理由から、本発明で提供され
る塗布液のいずれか一方または両方の塗布液を用いるこ
とにより、下地パターン全体の均一な平坦性を達成で
き、また微細な溝も完全に埋め込むことが可能で、かつ
下地段差を平坦化するのに十分な厚塗りができ、さらに
水を含まず誘電率の低い、絶縁性に優れ、高速配線に有
利な絶縁膜を形成することができる。
For the above reasons, by using one or both of the coating solutions provided by the present invention, uniform flatness of the entire underlying pattern can be achieved and fine grooves can be completely formed. It is possible to form an insulating film that can be embedded in a substrate, can be applied with a sufficient thickness to flatten the underlying step, has a low dielectric constant without water, has excellent insulating properties, and is advantageous for high-speed wiring. it can.

【0050】このような特徴を有する有機SOG塗布液
は、後述する塗布液の製造方法で作製することができ
る。すなわち、アルコキシシランやアルキルアルコキシ
シランなどの化合物、特にテトラアルコキシシラン、メ
チルトリアルコキシシランおよびジメチルジアルコキシ
シランよりなる群から選ばれた1種の化合物もしくは2
種以上の混合物を原料とし、そのSi−CH3 のモル濃
度が原料全体のSiのモル濃度の80%以上130%以
下になるように配合し、原料全体のSiのモル濃度の2
ないし4倍モル量の水とを、有機カルボン酸を触媒とし
て、40℃以上80℃以下の温度に加熱して重合させ、
該重合生成物に沸点120℃以上200℃以下の有機化
合物を主成分とする溶媒を加えて希釈し、該希釈液を常
圧あるいは減圧下で蒸留して重合反応の副生成物の水と
アルコールを留去する。
The organic SOG coating liquid having such characteristics can be produced by the method for producing a coating liquid described later. That is, a compound such as alkoxysilane or alkylalkoxysilane, particularly one compound selected from the group consisting of tetraalkoxysilane, methyltrialkoxysilane and dimethyldialkoxysilane or 2
A mixture of two or more species is used as a raw material, and the mixture is mixed so that the molar concentration of Si—CH 3 is 80% or more and 130% or less of the molar concentration of Si in the entire raw material.
To 4 times the molar amount of water, using an organic carboxylic acid as a catalyst, to a temperature of 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower for polymerization,
A solvent containing an organic compound having a boiling point of 120 ° C. or more and 200 ° C. or less as a main component is added to the polymerization product to dilute it, and the diluted solution is distilled under normal pressure or reduced pressure to distill water and alcohol by-products of the polymerization reaction. Distill off.

【0051】テトラアルコキシシランとしては、テトラ
メトキシシラン(Si(OCH3 4 )、テトラエトキ
シシラン(Si(OC2 5 4 )が一般的に用いられ
る。また、メチルトリアルコキシシランとしては、メチ
ルトリメトキシシラン(CH 3 Si(OCH3 3 )あ
るいはメチルトリエトキシシラン(CH3 Si(OC 2
5 3 )が一般的に用いられる。また、ジメチルジア
ルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン
((CH3 2 Si(OCH3 2 )、ジメチルジエト
キシシラン((CH3 2 Si(OC2 5 2 )が用
いられる。これらの原料を、単独あるいは混合して、S
i−CH3 のモル濃度が原料全体のSiのモル濃度の8
0%以上130%以下になるようにあらかじめ配合して
おく。この値は、本発明において提供される塗布液にお
いて、メチルシロキサンオリゴマーの組成式を(C
3 y SiO2-y/2 と表したときのyの値に等しい。
すなわち、式中のyは0.8以上1.3以下とする必要
がある。
Examples of tetraalkoxysilanes include tetra
Methoxysilane (Si (OCH3) Four), Tetraetoki
Sisilane (Si (OC2HFive)Four) Is commonly used
It In addition, as methyltrialkoxysilane,
Lutrimethoxysilane (CH 3Si (OCH3)3)Ah
Ruiha methyltriethoxysilane (CH3Si (OC 2
HFive)3) Is commonly used. Also, dimethyldia
As lucoxysilane, dimethyldimethoxysilane
((CH3)2Si (OCH3)2), Dimethyl diet
Xysilane ((CH3)2Si (OC2HFive)2) Is for
Can be These raw materials may be used alone or in a mixture to obtain S
i-CH3Is 8 times the molar concentration of Si in the entire raw material.
Pre-blend to be 0% to 130%
deep. This value is in the coating liquid provided in the present invention.
And the compositional formula of the methylsiloxane oligomer is (C
H3)ySiO2-y / 2Is equal to the value of y.
That is, y in the formula must be 0.8 or more and 1.3 or less
There is.

【0052】たとえば、メチルトリメトキシシランを使
う場合は、単独で原料に用いる場合Si−CH3 /全S
i=100%でy=1に相当するので、そのまま使用で
きる。また、テトラメトキシシランとメチルトリメトキ
シシランを混合する場合は、その混合比rをr=[Si
(OCH3 4 ]/[CH3 Si(OCH3 3 ]とす
れば、0<r≦0.25とすれば0.8≦y<1.0と
することができる。テトラメトキシシランとジメチルジ
メトキシシランを混合する場合は、その混合比rをr=
[Si(OCH3 4 ]/[(CH3 2 Si(OCH
3 2 ]とおけば、7/13≦r≦1.5とすれば0.
8≦y≦1.3とすることができる。このように原料は
2種あるいは3種を組み合わせて使用することができ
る。
For example, when methyltrimethoxysilane is used alone as the raw material, Si--CH 3 / total S is used.
Since i = 100% corresponds to y = 1, it can be used as it is. When tetramethoxysilane and methyltrimethoxysilane are mixed, the mixing ratio r is r = [Si
If (OCH 3 ) 4 ] / [CH 3 Si (OCH 3 ) 3 ], then 0 ≦ r ≦ 0.25, and 0.8 ≦ y <1.0. When mixing tetramethoxysilane and dimethyldimethoxysilane, the mixing ratio r is r =
[Si (OCH 3 ) 4 ] / [(CH 3 ) 2 Si (OCH
3 ) 2 ], and if 7/13 ≦ r ≦ 1.5, then 0.
It can be set to 8 ≦ y ≦ 1.3. As described above, the raw materials can be used in combination of two kinds or three kinds.

【0053】配合ないしは単独原料に含まれるSi−C
3 のモル濃度が原料全体のSiのモル濃度の80%未
満であると、生成するメチルシロキサンオリゴマーを組
成式:(CH3 y SiO2-y/2 で表したときのyが
0.8未満となるため、前述した理由により、所望の特
性が発揮できない。また、配合ないしは単独原料に含ま
れるSi−CH3 のモル濃度が130%を超えると、同
様に生成するメチルシロキサンオリゴマーのyが1.3
を超えるため、前述した理由により、硬化膜が形成され
ない。
Si-C compounded or contained in a single raw material
When the molar concentration of H 3 is less than 80% of the molar concentration of Si in the whole raw material, y in the composition formula: (CH 3 ) y SiO 2 -y / 2 represented by y is 0. Since it is less than 8, the desired characteristics cannot be exhibited for the reasons described above. Further, when the molar concentration of Si—CH 3 contained in the mixture or the single raw material exceeds 130%, y of the similarly produced methylsiloxane oligomer is 1.3.
Therefore, the cured film is not formed for the reason described above.

【0054】この原料に、原料全体のSiのモル濃度の
2ないし4倍モル量の水を加え、ギ酸、酢酸、コハク酸
などの有機カルボン酸を加えると、ただちに縮合反応が
始まり、重合体の形成が行われる。水の量が原料の2倍
モル量未満であると、反応速度が著しく低下するばかり
か、重合体中のアルコキシル基の残存率が高くなるた
め、形成した膜中の炭素が残留しやすくなる。また、水
の量が原料の4倍モル量を超えると、生成反応が急速に
起こり過ぎるため、制御が困難になるばかりか、メチル
シロキサンオリゴマー中の自由水酸基(Si−OH)の
割合が高くなり過ぎるため、保存安定性に欠ける。
When water is added to this raw material in an amount of 2 to 4 times the molar concentration of Si of the entire raw material and an organic carboxylic acid such as formic acid, acetic acid or succinic acid is added, the condensation reaction starts immediately and the polymer The formation takes place. When the amount of water is less than twice the molar amount of the raw material, not only the reaction rate is remarkably lowered, but also the residual ratio of the alkoxyl group in the polymer is increased, so that carbon in the formed film is likely to remain. Further, when the amount of water exceeds four times the molar amount of the raw material, the production reaction takes place too rapidly, which makes control difficult and increases the proportion of free hydroxyl groups (Si-OH) in the methylsiloxane oligomer. Therefore, it lacks storage stability.

【0055】触媒としての有機酸の濃度は、あまり生成
物の構造や状態に影響を与えないので特に限定されない
が、高濃度すぎると液が酸性に傾き、塗布液の安定性に
影響があるため、可能な限りの低濃度、好ましくは原料
の1/1000モルないし1/100モル程度とする。
有機酸以外の、塩酸、燐酸などの無機酸は、塗布基板上
の金属等に影響を与えるため、使用しない。
The concentration of the organic acid as a catalyst is not particularly limited because it does not affect the structure or state of the product so much, but if the concentration is too high, the solution becomes acidic and the stability of the coating solution is affected. The concentration is as low as possible, preferably about 1/1000 mol to 1/100 mol of the raw material.
Inorganic acids other than organic acids, such as hydrochloric acid and phosphoric acid, do not use because they affect the metals on the coated substrate.

【0056】水の添加の後は、混合液は一般には相溶し
ないので、スターラーなどを使って激しく混合を続ける
必要がある。数分ないし数時間以内に、加水分解反応の
複生成物であるアルコールが生成し、また重合体の親水
性が増すため、相溶するようになる。この重合反応に先
立って、アルコール類などの溶剤を加えてあらかじめ希
釈することもできる。たとえば原料の0.5倍モルのメ
タノールの添加により、反応初期の発熱を軽減し、相溶
性を増して反応の安定性を向上させ、かつ重合反応を遅
延させることができる。このために加える溶剤として
は、原料の0.2〜3倍モル程度のメタノール、エタノ
ール、ジオキサンなどが使用される。
After the addition of water, the mixed solution is generally incompatible, so that vigorous mixing must be continued using a stirrer or the like. Within a few minutes to a few hours, an alcohol, which is a double product of the hydrolysis reaction, is produced, and the hydrophilicity of the polymer is increased, so that they become compatible with each other. Prior to this polymerization reaction, a solvent such as alcohols may be added for pre-dilution. For example, the addition of 0.5 times the molar amount of methanol as the starting material can reduce the heat generation in the initial stage of the reaction, increase the compatibility, improve the stability of the reaction, and delay the polymerization reaction. As the solvent to be added for this purpose, methanol, ethanol, dioxane or the like, which is about 0.2 to 3 times the molar amount of the raw material, is used.

【0057】メチルシロキサンオリゴマーを重量平均分
子量1500〜6000まで重合させるためには、前記
混合物を30℃以上80℃以下の温度に加熱する。配合
ないしは単独原料に含まれるSi−CH3 のモル濃度の
原料全体のSiのモル濃度に対する比yが比較的小さい
ときは低温で、またyが比較的大きいときは高温にして
重合させるのが好ましい。加熱温度が30℃未満では、
重合速度が極端に低下して所望の分子量のものが得られ
ない。また加熱温度が80℃を超えると、副生成物のア
ルコールの沸騰が起こったり、重合が極めて急速に起こ
るため、制御が困難である。一般的には50℃前後の温
度で、密栓して恒温器中に保管して反応を行わせるのが
好ましい。反応に要する時間は温度に依存するが、特に
限定されず、分子量を測定しつつ、4〜120時間程度
の間で適当な時間を選択すれば良い。
In order to polymerize the methylsiloxane oligomer to a weight average molecular weight of 1500 to 6000, the mixture is heated to a temperature of 30 ° C or higher and 80 ° C or lower. It is preferable to carry out the polymerization at a low temperature when the ratio y of the molar concentration of Si—CH 3 contained in the compound or the single raw material to the molar concentration of Si of the entire raw material is relatively small, and at a high temperature when y is relatively large. . If the heating temperature is less than 30 ° C,
The polymerization rate is extremely reduced, and the desired molecular weight cannot be obtained. On the other hand, if the heating temperature exceeds 80 ° C, boiling of alcohol as a by-product or polymerization occurs extremely rapidly, which makes control difficult. Generally, it is preferable that the reaction is carried out at a temperature of about 50 ° C., which is tightly closed and stored in a thermostat. The time required for the reaction depends on the temperature, but is not particularly limited, and an appropriate time may be selected from about 4 to 120 hours while measuring the molecular weight.

【0058】このようにして得られる重合生成物には、
はじめに原料として加えた水の他、副生成物のアルコー
ル、希釈のために溶剤を加えた場合は、その溶剤などが
共存する。これを除く必要があるが、そのまま蒸留ない
し乾燥すると、メチルシロキサンオリゴマーの濃度が急
激に上昇するため、重合反応速度が加速的に上昇し、分
子量数十万以上のゲル体になってしまうため、水やアル
コール、溶剤の除去に際しては、メチルシロキサンオリ
ゴマーの濃度を上昇させない工夫が必要となる。このた
めには、希釈に使用する主溶媒、すなわち沸点120℃
以上200℃以下の有機化合物を主成分とする溶媒を、
あらかじめ加えて希釈しておき、そのまま希釈液を常圧
あるいは減圧下で蒸留することが必要である。蒸留条件
として、水やアルコール、溶剤は留去されるが、主溶媒
は蒸留されない温度と圧力を選択することが重要であ
る。
The polymerization product thus obtained includes
In addition to water initially added as a raw material, alcohol as a by-product and, when a solvent is added for dilution, the solvent and the like coexist. It is necessary to remove this, but if it is distilled or dried as it is, the concentration of the methyl siloxane oligomer rises sharply, and the polymerization reaction rate accelerates, resulting in a gel with a molecular weight of several hundred thousand or more. When removing water, alcohol and solvent, it is necessary to devise a method that does not increase the concentration of the methylsiloxane oligomer. To do this, the main solvent used for dilution, ie boiling point 120 ° C
A solvent containing an organic compound as a main component at a temperature of 200 ° C. or higher,
It is necessary to add and dilute in advance, and then dilute the diluted solution as it is under normal pressure or reduced pressure. As distillation conditions, it is important to select a temperature and pressure at which water, alcohol, and solvent are distilled off, but the main solvent is not distilled.

【0059】主溶媒としては、前記の本発明において提
供される塗布液に用いるものと同一のものが使用できる
のはいうまでもない。このように水やアルコール、溶剤
を除去したメチルシロキサンオリゴマーの溶液はそのま
ま、あるいは適当な溶媒を加え、必要に応じて濾過、熟
成などの操作を加えたうえで、塗布液とすることができ
る。
Needless to say, the same main solvent as that used for the coating solution provided in the present invention can be used. Thus, the solution of the methylsiloxane oligomer from which water, alcohol and solvent have been removed can be used as it is, or after adding an appropriate solvent and optionally performing operations such as filtration and aging, a coating solution can be obtained.

【0060】本発明第3の態様の半導体装置用絶縁膜の
形成方法は、本発明において提供される絶縁膜形成用塗
布液を用いるものであり、絶縁膜形成用塗布液を塗布後
乾燥し、150℃以上300℃以下の温度に保持し、好
ましくは30秒以上保持して流動化させる工程を含むも
のである。この流動化させる工程の後、さらに350℃
以上450℃以下の温度にて窒素中で硬化させて、絶縁
膜を形成させることが好ましい。こうして、本発明にお
いて膜特性に優れた絶縁膜、特に層間絶縁膜を持つ半導
体装置を製造することができる。
The method for forming an insulating film for a semiconductor device according to the third aspect of the present invention uses the insulating film forming coating solution provided in the present invention, wherein the insulating film forming coating solution is applied and dried, It includes a step of fluidizing by holding at a temperature of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, preferably 30 seconds or more. After this fluidizing step, further 350 ° C
It is preferable to cure in nitrogen at a temperature of 450 ° C. or higher to form an insulating film. Thus, in the present invention, a semiconductor device having an insulating film having excellent film characteristics, particularly an interlayer insulating film, can be manufactured.

【0061】これは従来の有機SOGの膜の塗布形成方
法と大筋は同一であるが、本発明のSOGの自己流動化
温度が、150℃以上300℃以下の温度にあることに
注目し、150℃以上300℃以下の温度において好ま
しくは30秒以上保持して、自己流動平坦化を完結させ
ることに最大の特徴がある。すなわち、塗布乾燥された
膜が、この温度範囲において、再度流動化し、高い広域
の平坦性が得られるようになるからである。後に続く工
程は通常のSOGのキュアと呼ばれる工程にほかならな
い。
This is basically the same as the conventional organic SOG film coating and forming method, but the self-fluidizing temperature of the SOG of the present invention is 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. The most distinctive feature is that the temperature is kept at a temperature of not lower than 300 ° C. and not higher than 300 ° C. for preferably 30 seconds or longer to complete the self-flow flattening. That is, the coated and dried film is fluidized again in this temperature range, and a high wide area flatness can be obtained. The subsequent process is nothing but the process called normal SOG curing.

【0062】また、本発明の第1の態様に係る絶縁膜形
成用塗布液は、上記理由から、絶縁膜を形成するに際し
て、150℃以上300℃以下の温度において保持する
ことにより自己流動平坦化が可能な塗布液である。即
ち、本態様に係る絶縁膜形成用塗布液は、メチルシロキ
サンオリゴマーを有機化合物を主成分とする溶媒に溶解
したものであり、前記メチルシロキサンオリゴマー中の
Si−CH3 のモル濃度が、メチルシロキサンオリゴマ
ー全体のSiのモル濃度の80%以上130%以下であ
って、150℃以上300℃以下の自己流動温度を有す
ることを特徴とするものである。本態様において、メチ
ルシロキサンオリゴマーおよび有機化合物を主成分とす
る溶媒には、本発明において提供される絶縁膜形成用塗
布液にて説明したすべてのものが含まれる。
From the above reason, the coating liquid for forming an insulating film according to the first aspect of the present invention is kept at a temperature of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower to form a self-flowing flattening film. It is a coating liquid capable of That is, the insulating film forming coating solution according to the present embodiment is a solution of a methylsiloxane oligomer dissolved in a solvent containing an organic compound as a main component, and the molar concentration of Si—CH 3 in the methylsiloxane oligomer is methylsiloxane. It is characterized in that it has a self-fluidizing temperature of not less than 80% and not more than 130% of the molar concentration of Si of the entire oligomer and not less than 150 ° C and not more than 300 ° C. In this embodiment, the solvent containing a methylsiloxane oligomer and an organic compound as a main component includes all of those described in the coating liquid for forming an insulating film provided in the present invention.

【0063】また、本発明の第2の態様に係る半導体装
置用絶縁膜の形成方法は、本発明の第1の態様に係る絶
縁膜形成用塗布液を用いるものである。本態様におい
て、本発明の第1の態様に係る絶縁膜形成用塗布液を塗
布後乾燥し、150℃以上300℃以下の温度に保持し
て流動化させる工程を含むことが好ましく、この150
℃以上300℃以下の温度への保持を、30秒以上行う
ことが更に好ましい。また、前記流動化させる工程の
後、さらに350℃以上450℃以下の温度にて窒素中
で硬化させて絶縁膜を形成することが好ましい。
The method for forming an insulating film for a semiconductor device according to the second aspect of the present invention uses the coating liquid for forming an insulating film according to the first aspect of the present invention. In this embodiment, it is preferable to include a step of applying the insulating film-forming coating liquid according to the first embodiment of the present invention, drying it, and then maintaining the temperature at 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower for fluidization.
It is more preferable to maintain the temperature at not lower than 300 ° C. for not lower than 30 seconds. Further, after the fluidizing step, it is preferable to further cure in nitrogen at a temperature of 350 ° C. or higher and 450 ° C. or lower to form an insulating film.

【0064】[0064]

【実施例】以下に、本発明を実施例により具体的に説明
する。 (実施例1)市販有機SOGに含まれるシロキサンオリ
ゴマー中の前記単位構造(a)、(b)、(c)、
(d)の存在比率および有機置換基の含有比率を分析し
た。ここでは、試料A(住友化学製SF1014)およ
び試料B(東京応化製Type12000T)の2種類
の有機SOGを分析した。有機SOG(試料Aおよび試
料Bの各々)1.5mlおよびトリス(アセチルアセト
ナト)クロム(III) 約40mgを重アセトン1.5ml
に加えて溶解し、均一な溶液とした。この溶液を内径1
0mmのテフロン(登録商標)製NMR試料管に入れ、
フーリエ変換型NMR分光計(日本電子製GX270)
29Si−NMRを測定した。観測中心周波数53.6
7MHz、観測周波数範囲16kHz、データポイント
16kまたは32k、積算回数10000−4500
0、化学シフトの内部標準にはテトラメチルシランを用
いた。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. (Example 1) The unit structures (a), (b), (c) in the siloxane oligomer contained in the commercially available organic SOG,
The abundance ratio of (d) and the content ratio of the organic substituent were analyzed. Here, two types of organic SOGs, sample A (SF1014 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) and sample B (Type 12000T manufactured by Tokyo Ohka), were analyzed. 1.5 ml of organic SOG (each of sample A and sample B) and about 40 mg of tris (acetylacetonato) chromium (III) were added to 1.5 ml of heavy acetone.
Was added and dissolved to form a uniform solution. This solution is 1
Place it in a 0 mm Teflon (registered trademark) NMR sample tube,
Fourier transform NMR spectrometer (GX270, manufactured by JEOL Ltd.)
29 Si-NMR was measured. Observation center frequency 53.6
7MHz, observation frequency range 16kHz, data point 16k or 32k, number of integration 10000-4500
0, tetramethylsilane was used as an internal standard for chemical shift.

【0065】得られた29Si−NMRスペクトルの一例
を図1に示す。図中に示した各シグナルの面積から前記
0 ,A1 ,A2 ,A3 の相対比を求めた。なお、図1
のピーク面積は、対応する単位構造中のSiの原子数に
比例する。ここで、単位構造(a)および (c) の場
合、図示される複数のピーク面積の合計値となる。ま
た、前記式〔3〕で定義される有機置換基含有比率を算
出した結果を表1に示す。なお、この実施例においてR
はメチル基である。
An example of the obtained 29 Si-NMR spectrum is shown in FIG. The relative ratio of A 0 , A 1 , A 2 and A 3 was determined from the area of each signal shown in the figure. Note that FIG.
The peak area of is proportional to the number of Si atoms in the corresponding unit structure. Here, in the case of the unit structures (a) and (c), it is the total value of a plurality of peak areas shown in the figure. Table 1 shows the results of calculating the organic substituent content ratio defined by the above formula [3]. In this embodiment, R
Is a methyl group.

【0066】上記のとおり、本発明で使用される評価方
法を用いれば、有機シロキサン類の有機置換基の含有比
率の分析において、29Si−NMRの測定をすることに
より、従来法では不可能であった単位構造ごとの存在比
率を求めることができ、たとえば有機SOG中の単位構
造(a)、(b)、(c)および(d)の存在比率およ
び有機置換基含有比率を容易に決定できる。
As described above, when the evaluation method used in the present invention is used, in the analysis of the content ratio of the organic substituents of the organic siloxanes, 29 Si-NMR measurement is performed, which is impossible with the conventional method. The abundance ratio for each existing unit structure can be determined, and for example, the abundance ratio of the unit structures (a), (b), (c) and (d) and the organic substituent content ratio in the organic SOG can be easily determined. .

【0067】[0067]

【表1】 [Table 1]

【0068】(実施例2)原料として、メチルトリメト
キシシランとテトラメトキシシランを表2の割合でメタ
ノールに溶解し、これに表1に示す割合の水およびギ酸
0.002モルを加え、攪拌して30〜60℃で24時
間重合反応を行った。生成物にベンゼンとエチレングリ
コールモノエチルエーテルの1:1混合物650mlを
加え、減圧蒸留して過剰のメタノールと水を除き、固形
分濃度約20重量%の塗布液を作製した。この塗布液中
に含まれるシロキサンオリゴマーの重量平均分子量をゲ
ル浸透クロマトグラフィーで測定したところ、約3,0
00であり、これは重合度40〜50に相当するもので
あった。
(Example 2) As raw materials, methyltrimethoxysilane and tetramethoxysilane were dissolved in methanol in the proportions shown in Table 2, water and 0.002 mol of formic acid in the proportions shown in Table 1 were added, and the mixture was stirred. And a polymerization reaction was performed at 30 to 60 ° C. for 24 hours. 650 ml of a 1: 1 mixture of benzene and ethylene glycol monoethyl ether was added to the product, and distilled under reduced pressure to remove excess methanol and water to prepare a coating solution having a solid content concentration of about 20% by weight. When the weight average molecular weight of the siloxane oligomer contained in this coating solution was measured by gel permeation chromatography, it was about 3,0.
00, which corresponds to a degree of polymerization of 40 to 50.

【0069】この塗布液を、6インチ径のシリコンウェ
ーハ上に、回転数3,000rpmでスピンコートし、
150℃、200℃、250℃で各々60秒ベークし、
次いで窒素気流中400℃で30分加熱し、絶縁膜を作
製した。この膜について、収縮率、誘電率および吸水率
を測定した結果を式〔2〕におけるXの値と共に表2お
よび図2に併せて示した。
A 6-inch diameter silicon wafer was spin-coated with this coating solution at a rotation speed of 3,000 rpm,
Bake at 150 ℃, 200 ℃, 250 ℃ for 60 seconds each,
Then, it was heated in a nitrogen stream at 400 ° C. for 30 minutes to form an insulating film. The results of measuring shrinkage, dielectric constant and water absorption of this film are shown in Table 2 and FIG. 2 together with the value of X in the formula [2].

【0070】ここで、収縮率の評価方法は、洗浄後の半
導体基板に回転数を制御することによって膜厚の異なる
塗布膜を形成し、以下に示す式〔5〕から収縮率を求め
た。 収縮率(%)={(tb −ta )/tb }×100 〔5〕 ただし、ta は硬化処理後の膜厚、tb はプリベーク処
理後の膜厚である。
Here, the shrinkage rate was evaluated by forming coating films of different thicknesses on the semiconductor substrate after cleaning by controlling the number of rotations, and calculating the shrinkage rate from the following formula [5]. Shrinkage (%) = {(t b -t a) / t b} × 100 [5] However, t a is the thickness after curing, t b is the thickness after pre-baking.

【0071】誘電率は、洗浄後の半導体基板上全面にA
lの膜をスパッタリング法により形成し、この上に前記
の方法で回転数を制御することによって厚さ約300n
mの塗布膜を形成し、プリベーク、キュア処理を行った
後、メタルマスクを用いて約3mm角のAl電極を蒸着
し、膜の端の部分を希フッ酸でエッチングして下部全面
Alと蒸着Al膜の間での静電容量を計測し、電極面積
と膜厚から求めた。
The dielectric constant is A on the entire surface of the semiconductor substrate after cleaning.
a film having a thickness of about 300 n by controlling the rotation speed by the method described above.
After forming a coating film of m, pre-baking and curing treatment, an Al electrode of about 3 mm square is vapor-deposited using a metal mask, and the end portion of the film is etched with diluted hydrofluoric acid to vapor-deposit Al on the entire lower surface. The electrostatic capacitance between the Al films was measured and determined from the electrode area and the film thickness.

【0072】また、吸水率は、硬化処理の終わった膜を
クリーンルーム中で24時間放置し、膜中に含まれる水
を電解セル式水分計(MEA(Moisture Evaluation Ana
lyzer)デュポン社製)で400℃までの発生水分量を測
定することで計測した。表2および図2から明らかなよ
うに、Xと膜特性の間には明確な相関があり、またX≧
80%のときに、収縮率、誘電率および吸水量がいずれ
も小で、優れた膜特性が得られることがわかった。
Regarding the water absorption, the cured film was left in a clean room for 24 hours, and the water contained in the film was measured by an electrolytic cell moisture meter (MEA (Moisture Evaluation Ana
It was measured by measuring the amount of water generated up to 400 ° C. with a lyzer (made by DuPont). As is clear from Table 2 and FIG. 2, there is a clear correlation between X and the film properties, and X ≧
It was found that at 80%, the shrinkage rate, dielectric constant and water absorption were all small, and excellent film characteristics were obtained.

【0073】[0073]

【表2】 [Table 2]

【0074】(実施例3)まず、はじめに本発明で提供
される塗布液の製造方法に基づいて以下に示す手順で本
発明において提供されるSOG形成用の塗布液を製造し
た。なお、原料の配合比率、合成条件、代表的な膜物性
等はいずれも表3および4に列記した。表3は3種類の
原料の組み合わせを変化させたものであり、表4は各種
合成条件を変化させた場合のデータを掲げた。表3,4
には測定したデータについても記載した。測定方法の詳
細な説明は、以下に記載した。測定した膜物性は表3,
4とも同一のものである。なお、本発明の範囲以外のも
のは、番号の前に*印を付け、対照用の比較例とした。
Example 3 First, based on the method for producing a coating solution provided by the present invention, the coating solution for SOG formation provided by the present invention was produced by the following procedure. The raw material compounding ratios, synthesis conditions, and typical film properties are all listed in Tables 3 and 4. Table 3 shows various combinations of raw materials, and Table 4 shows data obtained when various synthesis conditions are changed. Tables 3 and 4
The measured data are also described in. A detailed description of the measuring method is given below. Table 3 shows the measured film properties.
4 is the same. In addition, those other than the scope of the present invention were marked with an asterisk (*) in front of the numbers to make a comparative example for control.

【0075】(塗布液の合成)原料として、いずれも純
度99%以上のテトラメトキシシラン、メチルトリメト
キシシラン、ジメチルジメトキシシランを表3および4
に示す割合で混合し、これに表3および4に示す割合の
水を加え、さらに1Nのギ酸水溶液をギ酸として0.0
02モルを加え、撹拌して均一な溶液とした後、密栓し
て表3および4に示した温度の恒温水槽に浸漬し、表3
および4に示す時間保持し、重合反応を行った。かかる
重合生成物に溶媒としてメチルn−アミルケトン(2−
ヘプタノン、沸点151℃)を加え、50℃で50To
rrの減圧下でロータリーエバポレータを用いて蒸留
し、過剰のメタノールと水を除いた。その後さらにメチ
ルn−アミルケトン(2−ヘプタノン)を用いて希釈
し、固形分濃度20重量%の塗布液を作製した。表4に
は、この塗布液中に含まれるシロキサンオリゴマーの重
量平均分子量をゲル浸透クロマトグラフィーで測定した
結果を掲げた。表4の実施例において合成された塗布液
は、いずれも本発明で提供される塗布液の条件を満たし
ていることがわかる。ただし、Si−O−Siネットワ
ークの不規則性については測定できる方法がないので除
外されるが、後述する収縮率が非常に小さいことから予
測して、ラダー構造などの規則構造をとっていないこと
が自ずから知られる。
(Synthesis of coating liquid) As a raw material, tetramethoxysilane, methyltrimethoxysilane and dimethyldimethoxysilane each having a purity of 99% or more were used.
The mixture was mixed in the proportions shown in Table 1, water in the proportions shown in Tables 3 and 4 was added, and a 1N formic acid aqueous solution was added as formic acid to 0.0
After adding 02 mol and stirring to form a uniform solution, the solution was sealed and immersed in a constant temperature water bath at the temperatures shown in Tables 3 and 4,
Polymerization reaction was carried out by holding for the times shown in 4 and 4. Methyl n-amyl ketone (2-
Heptanone, boiling point 151 ° C), and 50 To at 50 ° C
Distillation was carried out using a rotary evaporator under reduced pressure of rr to remove excess methanol and water. Then, it was further diluted with methyl n-amyl ketone (2-heptanone) to prepare a coating liquid having a solid content concentration of 20% by weight. Table 4 shows the results of measuring the weight average molecular weight of the siloxane oligomer contained in this coating solution by gel permeation chromatography. It can be seen that the coating solutions synthesized in the examples of Table 4 all satisfy the conditions of the coating solution provided by the present invention. However, it is excluded because there is no measurable method for the irregularity of the Si-O-Si network, but it is predicted that the shrinkage rate described below is very small and that it does not have a regular structure such as a ladder structure. Is known by itself.

【0076】この塗布液を6インチ径のシリコンウェー
ハ上に、回転数3000rpmでスピンコートし、15
0℃,200℃,250℃で各60秒ベークし、次いで
窒素気流中400℃で30分加熱し、塗布膜を作製し
た。この膜について、収縮率、誘電率および吸水率を測
定した結果を、下記組成式1におけるyの値と共に表3
に併せて示した。 (CH3)y SiO2-y/2 (組成式1) ここで収縮率、誘電率および吸水率は、実施例2と同様
にして測定し、評価した。
This coating solution was spin-coated on a silicon wafer having a diameter of 6 inches at a rotation speed of 3000 rpm, and
The coating film was prepared by baking at 0 ° C., 200 ° C. and 250 ° C. for 60 seconds each, and then heating in a nitrogen stream at 400 ° C. for 30 minutes. The results of measurement of shrinkage, dielectric constant and water absorption of this film are shown in Table 3 together with the value of y in the following composition formula 1.
Are also shown. (CH 3 ) y SiO 2 -y / 2 (Compositional Formula 1) Here, the shrinkage rate, dielectric constant and water absorption rate were measured and evaluated in the same manner as in Example 2.

【0077】表3および表4から明らかなように、yと
膜特性の間には明確な相関があり、また0.8≦y≦
1.3のときに収縮率が小さく、誘電率の小さい、水分
の少ないという優れた膜特性が得られることがわかっ
た。
As is clear from Tables 3 and 4, there is a clear correlation between y and the film characteristics, and 0.8 ≦ y ≦
It was found that when the ratio was 1.3, excellent film characteristics such as a low shrinkage ratio, a low dielectric constant, and a low water content were obtained.

【0078】次に、本発明における絶縁膜の形成方法に
ついて図面を参照して説明する。図3は、本発明にかか
わる絶縁膜の製造工程を示す部分断面図である。図3
(1)に示す工程では、所望の処理を施した半導体基板
1上に、厚さ1.2μmの配線層を形成した後、これを
パターニングし、配線幅=1μmの配線2a,2bおよ
び2c(配線2aと2bの間隔=配線2bと配線2cと
の間隔=1μm)からなるラインアンドスペース配線パ
ターン2、および配線幅=0.5μmの配線3a,3b
および3c(配線3aと3bの間隔=配線3bと配線3
cとの間隔=0.5μm)からなるラインアンドスペー
ス配線パターン3を形成した。配線パターン2と配線パ
ターン3との間隔は3μmとした。この工程により、半
導体基板1と配線パターン2および3との間に段差が発
生した。
Next, a method of forming an insulating film according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the manufacturing process of the insulating film according to the present invention. Figure 3
In the step shown in (1), after a wiring layer having a thickness of 1.2 μm is formed on the semiconductor substrate 1 which has been subjected to a desired process, the wiring layer is patterned to form wirings 2a, 2b and 2c (wiring width = 1 μm). Line-and-space wiring pattern 2 consisting of the distance between the wirings 2a and 2b = the distance between the wirings 2b and 2c = 1 μm, and the wirings 3a and 3b having the wiring width = 0.5 μm
And 3c (space between wirings 3a and 3b = wiring 3b and wiring 3)
The line-and-space wiring pattern 3 having a distance from c = 0.5 μm) was formed. The distance between the wiring pattern 2 and the wiring pattern 3 was 3 μm. By this step, a step was generated between the semiconductor substrate 1 and the wiring patterns 2 and 3.

【0079】次に、図3(2)に示す工程では、図3
(1)に示す工程で得た半導体基板1および配線パター
ン2および3の全面に、テトラエトキシシラン(TEO
S)をベースとしたプラズマCVD法により、SiO2
層4を300nmの厚さで形成した。このCVD酸化膜
4は、ステップカバレッジが良好であるが、膜の形成が
下地の形状(段差)に沿って行われるため、配線間の溝
を埋め込むことはできなかった。
Next, in the step shown in FIG.
Tetraethoxysilane (TEO) is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 and the wiring patterns 2 and 3 obtained in the step (1).
S) -based plasma CVD method for SiO 2
Layer 4 was formed with a thickness of 300 nm. The CVD oxide film 4 has good step coverage, but it is impossible to fill the groove between the wirings because the film is formed along the shape (step) of the base.

【0080】次いで、図3(3)に示す工程では、絶縁
膜の原料として、前記の方法によって合成した表3およ
び4に掲げた各種の塗布液を使用し、スピンコーティン
グ法により、0.7〜1.1μmの厚さで絶縁膜5を塗
布し、窒素雰囲気中で80℃,150℃,230℃でそ
れぞれ60秒間ずつ加熱するプリベーク処理を行った。
その後、400℃で30分間の窒素中キュア(硬化)処
理を施し、絶縁膜5を形成した。こうして、本発明で提
供される半導体装置6を製造した。得られた半導体装置
6の絶縁膜5の断面を観察した。平坦性の評価は、図4
に示す平坦性の尺度(DOP)を用いて具体的にその傾
向を調べた。なお、平坦性の尺度であるDOP(%)は
下記式で求めた。 DOP(%)={1−(θ/90)(d0 /dm ) }×
100 ここで、θは、図4に示すように配線7によって生じた
絶縁膜8の段差の傾き、d0 は絶縁膜8の高低差、dm
は配線7の厚さである。
Next, in the step shown in FIG. 3C, various coating liquids listed in Tables 3 and 4 synthesized by the above-mentioned method are used as raw materials for the insulating film, and spin coating is performed to form 0.7 The insulating film 5 was applied to a thickness of up to 1.1 μm and prebaked by heating at 80 ° C., 150 ° C., and 230 ° C. for 60 seconds in a nitrogen atmosphere.
Then, a curing (curing) treatment in nitrogen was performed at 400 ° C. for 30 minutes to form the insulating film 5. Thus, the semiconductor device 6 provided by the present invention was manufactured. The cross section of the insulating film 5 of the obtained semiconductor device 6 was observed. Evaluation of flatness is shown in FIG.
The tendency was specifically examined using the flatness scale (DOP) shown in FIG. The DOP (%), which is a measure of flatness, was calculated by the following formula. DOP (%) = {1- (θ / 90) (d 0 / d m )} ×
100 Here, θ is the inclination of the step of the insulating film 8 caused by the wiring 7 as shown in FIG. 4, d 0 is the height difference of the insulating film 8, and d m
Is the thickness of the wiring 7.

【0081】平坦性の測定の結果は表3および4に記載
した。いずれも、本発明によるSOGを使用することに
より、優れた平坦性を達成できたことがわかる。
The results of the flatness measurement are shown in Tables 3 and 4. It can be seen that excellent flatness can be achieved by using the SOG according to the present invention.

【0082】[0082]

【表3】 [Table 3]

【0083】[0083]

【表4】 [Table 4]

【0084】[0084]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明で提供され
るシロキサン類、特にメチルシロキサンオリゴマーを含
む塗布液を用いれば、膜特性に優れた半導体装置用絶縁
膜、例えばLSI多層配線用層間絶縁膜の形成が可能と
なる。すなわち、本発明で提供される塗布液およびこれ
を用いる絶縁膜の形成方法によれば、膜特性に優れた絶
縁膜、すなわち下地パターン全体の均一な平坦性を達成
でき、また微細な溝も完全に埋め込むことが可能で、か
つ優れたクラック耐性を有し、下地段差を平坦化するの
に十分な厚塗りができ、さらに水を含まず誘電率の低
い、高速配線に有利な絶縁膜、特に半導体装置用層間絶
縁膜を形成することができる。
As described above in detail, the use of the coating liquid containing the siloxanes, particularly methyl siloxane oligomer, provided by the present invention makes it possible to obtain an insulating film for a semiconductor device having excellent film characteristics, such as an interlayer for an LSI multilayer wiring. An insulating film can be formed. That is, according to the coating solution provided by the present invention and the method for forming an insulating film using the same, an insulating film having excellent film characteristics, that is, uniform flatness of the entire underlayer pattern can be achieved and fine grooves can be completely formed. , Which has excellent crack resistance, can be applied thick enough to flatten the underlying step, and has a low dielectric constant that does not contain water and is advantageous for high-speed wiring, especially An interlayer insulating film for a semiconductor device can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例1において用いた試料A(表1参照)
29Si−NMRスペクトルである。
FIG. 1 is a sample A used in Example 1 (see Table 1).
29 is a 29 Si-NMR spectrum of

【図2】 実施例2において式〔2〕で定義されるXと
絶縁膜の収縮率、比誘電率および吸水率との関係を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between X defined by formula [2] and the contraction rate, relative permittivity, and water absorption rate of the insulating film in Example 2.

【図3】 (1)、(2)および(3)は、それぞれ本
発明に係る半導体装置用絶縁膜の製造における配線層パ
ターン形成工程、CVD酸化膜形成工程および絶縁膜形
成工程の各工程を示す部分断面模式図である。
3 (1), (2) and (3) respectively show a wiring layer pattern forming step, a CVD oxide film forming step and an insulating film forming step in the production of an insulating film for a semiconductor device according to the present invention. It is a partial cross-sectional schematic diagram shown.

【図4】 実施例3において測定した平坦性の尺度であ
るDOPを求める方法を示す絶縁膜の段差部分の断面模
式図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a stepped portion of an insulating film showing a method of obtaining DOP which is a measure of flatness measured in Example 3.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 与洋 東京都千代田区内幸町2丁目2番3号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 Fターム(参考) 4J035 BA01 BA06 BA11 BA16 CA01K EA01 EB10 LB01 4J038 DL031 KA06 NA21 PB09 PC03 5F058 AD05 AF04 AG01 AH02 BA09 BC02 BD04 BF27 BF46 BH04 BJ02    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yoh Ota             2-3-2 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo             Saki Steel Co., Ltd. Tokyo head office F-term (reference) 4J035 BA01 BA06 BA11 BA16 CA01K                       EA01 EB10 LB01                 4J038 DL031 KA06 NA21 PB09                       PC03                 5F058 AD05 AF04 AG01 AH02 BA09                       BC02 BD04 BF27 BF46 BH04                       BJ02

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体装置の製造に用いられる絶縁膜形成
用塗布液であって、少なくとも一種類の有機置換基と結
合したSi原子を含む下記式[1]で表されるシロキサ
ン類を含み、かつ、前記シロキサン類の29Si−NMR
スペクトルのシグナルの積分値から求められる下記式
[2]で示される含有比率Xが、下記式[2]を満足す
る、150℃以上300℃以下の自己流動化温度を有す
ることを特徴とする絶縁膜形成用塗布液。 【化1】 上記式[1]において、 k、l、m、n:0〜1000の整数を示す。 R:飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、フェニル基か
ら選ばれる少なくとも1種の有機置換基を示し、同一で
あっても異なっていてもよく、フェニル基としては、置
換基を有するフェニル基でもよい。酸素原子は、Si、
R、Hのいずれかと結合する。 【数1】 上記式[2]において、 A0 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合をもたないSiに帰属されるSiシグナルの面
積、 A1 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を1本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A2 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を2本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A3 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を3本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積を示す。
1. A coating liquid for forming an insulating film, which is used for manufacturing a semiconductor device, comprising siloxanes represented by the following formula [1] containing Si atoms bonded to at least one kind of organic substituent, And 29 Si-NMR of the siloxanes
An insulating material having a self-fluidization temperature of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower satisfying the following formula [2], the content ratio X represented by the following formula [2] being obtained from the integral value of the signal of the spectrum. Coating liquid for film formation. [Chemical 1] In the above formula [1], k, l, m, and n are integers of 0 to 1000. R: at least one organic substituent selected from a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, which may be the same or different, and the phenyl group is a phenyl group having a substituent. But it's okay. The oxygen atom is Si,
Combines with either R or H. [Equation 1] In the above formula [2], Si obtained from A 0 : 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having no —C bond, A 1 : 29 Si—Si determined from Si-NMR spectrum
Area of Si signal attributed to Si having one —C bond, A 2 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having two —C bonds, A 3 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
The area of the Si signal attributed to Si having three —C bonds is shown.
【請求項2】前記式[1]において、k=0であること
を特徴とする請求項1に記載の絶縁膜形成用塗布液。
2. The coating solution for forming an insulating film according to claim 1, wherein k = 0 in the formula [1].
【請求項3】前記式[1]において、k=l=0である
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜形成用塗布
液。
3. The coating liquid for forming an insulating film according to claim 1, wherein k = 1 and 0 in the formula [1].
【請求項4】前記自己流動化を縮合硬化が起きるより低
温で起こすことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
記載の絶縁膜形成用塗布液。
4. The coating liquid for forming an insulating film according to claim 1, wherein the self-fluidization occurs at a lower temperature than the condensation curing.
【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の絶縁膜形
成用塗布液を用いることを特徴とする半導体装置用絶縁
膜の形成方法。
5. A method for forming an insulating film for a semiconductor device, which comprises using the coating liquid for forming an insulating film according to claim 1.
【請求項6】前記絶縁膜形成用塗布液を塗布後乾燥し、
150℃以上300℃以下の温度に保持して流動化さ
せ、さらに、350℃以上450℃以下の温度にて硬化
させる工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の半
導体装置用絶縁膜の形成方法。
6. An insulating film-forming coating liquid is applied and then dried,
The insulating film for a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of fluidizing by holding at a temperature of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less and further curing at a temperature of 350 ° C. or more and 450 ° C. or less. Forming method.
【請求項7】半導体装置の製造に用いられる絶縁膜形成
用塗布液であって、少なくとも一種類の有機置換基と結
合したSi原子を含む下記式〔1〕で表されるシロキサ
ン類を含み、かつ、前記シロキサン類の29Si−NMR
スペクトルのシグナルの積分値から求められる下記式
〔2〕で示される含有比率Xが、下記式〔2〕を満足す
るシロキサン類を含む絶縁膜形成用塗布液を用い、前記
絶縁膜形成用塗布液を塗布後乾燥し、150℃以上30
0℃以下の温度に保持して流動化させ、さらに、350
℃以上450℃以下の温度にて硬化させる工程を含むこ
とを特徴とする半導体装置用絶縁膜の形成方法。 【化2】 上記式〔1〕において、 k、l、m、n:0〜1000の整数を示す。 R:飽和炭化水素基、不飽和炭化水素基、フェニル基か
ら選ばれる少なくとも1種の有機置換基を示し、同一で
あっても異なっていてもよく、フェニル基としては、置
換基を有するフェニル基でもよい。 酸素原子は、Si、R、Hのいずれかと結合する。 【数2】 上記式〔2〕において、 A0 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合をもたないSiに帰属されるSiシグナルの面
積、 A1 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を1本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A2 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を2本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積、 A3 29Si−NMRスペクトルから求められる、Si
−C結合を3本有するSiに帰属されるSiシグナルの
面積を示す。
7. A coating liquid for forming an insulating film used in the manufacture of a semiconductor device, comprising siloxanes represented by the following formula [1] containing Si atoms bonded to at least one kind of organic substituent, And 29 Si-NMR of the siloxanes
A coating solution for forming an insulating film is prepared by using a coating solution for forming an insulating film containing a siloxane having a content ratio X represented by the following formula [2], which is obtained from an integral value of a spectrum signal. After coating, dry it to 150 ℃ or higher 30
It is kept at a temperature of 0 ° C. or lower to be fluidized, and further 350
A method for forming an insulating film for a semiconductor device, which comprises a step of curing at a temperature of ℃ to 450 ° C. [Chemical 2] In the above formula [1], k, l, m, and n: integers from 0 to 1000 are shown. R: at least one organic substituent selected from a saturated hydrocarbon group, an unsaturated hydrocarbon group and a phenyl group, which may be the same or different, and the phenyl group is a phenyl group having a substituent. But it's okay. The oxygen atom is bonded to any of Si, R, and H. [Equation 2] In the above formula [2], Si obtained from A 0 : 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having no —C bond, A 1 : 29 Si—Si determined from Si-NMR spectrum
Area of Si signal attributed to Si having one —C bond, A 2 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
Area of Si signal assigned to Si having two —C bonds, A 3 : Si obtained from 29 Si-NMR spectrum
The area of the Si signal attributed to Si having three —C bonds is shown.
【請求項8】前記150℃以上300℃以下の温度への
保持を30秒以上行うことを特徴とする請求項6または
7に記載の半導体装置用絶縁膜の形成方法。
8. The method for forming an insulating film for a semiconductor device according to claim 6, wherein the holding at the temperature of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower is carried out for 30 seconds or longer.
【請求項9】前記硬化を窒素中で行うことを特徴とする
請求項6〜8のいずれかに記載の半導体装置用絶縁膜の
形成方法。
9. The method for forming an insulating film for a semiconductor device according to claim 6, wherein the curing is performed in nitrogen.
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