JP2004204061A - Composition for low dielectric film, low dielectric film, and semiconductor device - Google Patents

Composition for low dielectric film, low dielectric film, and semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare a low dielectric film with a low dielectric constant, improved in the stability of the low dielectric constant and with a good formability of a thin film, and to obtain a composition, or the like, for producing the low dielectric film. <P>SOLUTION: The composition for producing the film with the low dielectric constant contains at least two kinds of polar components with mutually different polarity wherein the polarity of a polar component (A) is lower than that of a polar component (B), provided that the ratio of a polar group in all of substituted groups in the molecule of the polar component (A) is A% and the ratio of the polar group in all of substituted groups in the molecule of the polar component (B) is B%, a difference of the ratios (B-A) is ≥10%, the content of the polar component (A) is ≤30 mass% per the total amount of the polar components, and a weight average molecular weight of the polar component (A) is ≤1/4 of a weight average molecular weight of the polar component (B). The low dielectric film is formed by using the composition for the low dielectric film. A semiconductor device comprising a substrate, a plurality of insulating layers and a plurality of circuit layers formed by alternatively laminating on the substrate wherein at least one of the insulating layers is the low dielectric film, is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低誘電率であり、低誘電率の安定性に優れ、良好な薄膜形成性を有する低誘電率膜、そのための低誘電率膜用組成物、及び該低誘電率膜を有してなり、高速で信頼性の高い半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
IC、LSI等の半導体集積回路において、その多層配線の層間には絶縁膜(通常「層間絶縁膜」と呼ばれる。)が積層されている。前記層間絶縁膜の材料に対して、前記半導体集積回路の製造プロセスに耐え得る高い耐熱性、優れた膜強度、信号の高速化に必要な低い誘電率特性が要求される。前記半導体集積回路では、一般にシリコーン系材料が前記層間絶縁膜の材料として用いられてきている。そして、これらの中でもスピンオングラス(SOG)系材料(誘電率=3〜4)は成膜が容易であることから多くの分野で用いられている。
【0003】
近年、前記半導体集積回路等の半導体装置における前記層間絶縁膜には、更なる低誘電率化が要求されてきており、誘電率が3.0未満の材料で形成された絶縁膜、例えば、フロロカーボン系材料で形成された薄膜、ゾル−ゲル法により形成された多孔性シリコーン薄膜などが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
【0004】
しかし、前記フロロカーボン系材料で形成された薄膜の場合、配線やその他の部品との密着性が悪く、半導体装置内の応力により剥がれが生じてしまうという問題がある。
一方、前記多孔性シリコーン薄膜の場合、図1に示すように、該多孔性シリコーン薄膜内の細孔同士が接続して、該薄膜外に開放された細孔である所謂オープンポアが生じ易くなり、該オープンポアを介した吸湿によって誘電率が大きく変化してしまうという問題がある。また、オープンポアが生じた前記多孔性シリコーン薄膜上に金属その他の材料(例えばSiC、SiN、SiOなど)による薄膜を形成すると、該薄膜の材料が前記多孔性シリコーン薄膜内に前記オープンポアから侵入し、該多孔性シリコーン薄膜の性能(誘電率、絶縁性等)を変化させ劣化させてしまうという問題がある。更に、前記多孔性シリコーン薄膜は、その性質上、表面荒れ(表面の凹凸)や前記オープンポアからの脱ガスが生じ易いため、金属その他の材料(例えばSiC、SiN、SiOなど)による薄膜を形成した場合に薄膜形成性が十分でないという問題がある。この場合、前記多孔性シリコーン薄膜における前記オープンポアや前記表面荒れの発生を抑制し、薄膜形成性を向上させるには、極微分子を層間材料の成分として使用することが有効であるが、膜密度が大きくなるため誘電率が上昇してしまうという問題がある。
【0005】
他方、(1)分子の極性が小さくアルカリ溶解速度が遅い成分及び分子の極性が大きくアルカリ溶解速度が速い成分を含む、酸により分解してアルカリ溶液に可溶となる化合物と、(2)光の照射により酸を発生する化合物とを含有してなる感光性組成物を用いたパターン形成方法が提案されている(例えば、特許文献4参照)。しかし、ここでは、該感光性組成物を用いたパターン形成しか開示されてなく、低誘電率膜の形成については全く開示されていない。
【0006】
【特許文献1】
特開平8−46047号公報
【特許文献2】
特開平8−64680号公報
【特許文献3】
特開平9−213797号公報
【特許文献4】
特許第3290793号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来における問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、低誘電率であり、低誘電率の安定性に優れ、良好な薄膜形成性を有する低誘電率膜、そのための低誘電率膜用組成物、及び該低誘電率膜を有してなり、高速で信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段としては、後述する(付記1)から(付記14)に記載した通りである。
本発明の低誘電率膜用組成物は、互いに極性の異なる有極性成分を2種以上含有してなり、有極性成分(A)の極性が有極性成分(B)の極性よりも小さく、該有極性成分(A)の分子中の全置換基における極性基の比率をA%とし、該有極性成分(B)の分子中の全置換基における極性基の比率をB%とした時、比率差(B−A)が10%以上であり、該有極性成分(A)の含有量が、有極性成分の総量に対し、30質量%以下であり、該有極性成分(A)の重量平均分子量が、有極性成分(B)の重量平均分子量の1/4以下であることを特徴とする。該低誘電率膜用組成物を用いて低誘電率膜を形成すると、該低誘電率膜においては、前記有極性成分(A)と前記有極性成分(B)とが互いの極性の違いにより、極性が小さな有極性成分(A)が表面側に偏在する結果、前記オープンポアや前記表面荒れの発生が効果的に抑制される。該低誘電率膜は、内部に十分な量のクローズドポアを有した状体で低密度化するため、誘電率が低く、該低誘電率の安定性に優れ、緻密で滑らかな表面を有しており、金属その他の材料(例えばSiC、SiN、SiOなど)による薄膜形成性に優れる。
【0009】
本発明の低誘電率膜は、前記本発明の低誘電率膜用組成物を用いて形成される。このため、本発明の低誘電率膜は、低誘電率であり、かつ低誘電率の安定性が高く、オープンポアの発生が少なく、緻密で滑らかな膜表面を有し、金属その他の材料(例えばSiC、SiN、SiOなど)による薄膜形成性に優れるので、半導体装置等における層間絶縁膜等として好適である。
【0010】
本発明の半導体装置は、基板と、該基板上に交互に積層して形成した複数の絶縁層及び複数の配線層とを有してなり、該絶縁層の少なくとも一つが、前記本発明の低誘電率膜である。該低誘電率膜は、多孔質化されており、低誘電率でかつ誘電率安定性に優れ、応答速度の高速化に寄与するものであるので、応答速度の高速化が要求される半導体集積回路等に特に好適である。
近時、半導体集積回路が高集積化され、多層配線構造化されるようになり、配線幅・間隔が狭くなり、配線抵抗の上昇と配線間の寄生容量の増大が問題となってきている。前記半導体集積回路等のデバイスの性能を支配する大きな要素である、前記配線抵抗と前記配線間の寄生容量とによって、該半導体集積回路の多層配線構造における信号伝播速度が決定されることから、該配線抵抗の上昇と該配線間の寄生容量の増大は前記信号伝播速度の低下を招く原因として、克服しなければならない大きな問題である。該信号伝播速度の向上を図るためには、前記配線抵抗の低下と前記配線間の寄生容量(絶縁膜の誘電率)の低下とが必須である。前記配線間の寄生容量は、配線を薄くして断面積を小さくすると低減できるものの、配線を薄くすると前記配線抵抗が上昇してしまう。つまり、前記配線間の寄生容量の低下と前記配線抵抗の低下とは二律背反の関係にあるため、前記信号伝播速度の向上は容易ではない。しかし、低誘電率でかつ誘電率安定性に優れ、応答速度の高速化に寄与し得る本発明の低誘電率膜によれば、前記配線間の寄生容量の低下と前記配線抵抗の低下とを達成することができ、前記信号伝播速度の高速化が可能となる。本発明の半導体装置は、高速で信頼性の高いフラッシュメモリ、DRAM、FRAM、MOSトランジスタ、などに特に好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】
(低誘電率膜用組成物)
本発明低誘電率膜用組成物は、互いに極性の異なる有極性成分を2種以上含有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の成分を含有してなる。
前記有機極性成分は、極性を有する成分であり、少なくとも有極性成分(A)及び有極性成分(B)を含み、更に必要に応じて有極性成分(C)を含む。
【0012】
本発明においては、前記有極性成分(A)の極性が前記有極性成分(B)の極性よりも小さいことが必要である。この場合、該低誘電率膜用組成物を用いて低誘電率膜を形成すると、該低誘電率膜においては、前記有極性成分(A)と前記有極性成分(B)とが互いの極性の違いにより、極性が小さな有極性成分(A)が表面側に偏在する結果、前記オープンポアや前記表面荒れの発生が効果的に抑制される。
【0013】
前記有極成分(A)と前記有極成分(B)との極性の大小は、それぞれの分子中の全置換基に対する極性基の比率(%)の大小に基づいて決定される。したがって、前記極性基の前記分子中の全置換基に対する比率(%)が高いほど、極性が高いことを意味する。
前記極性基としては、例えば、アルコキシ基、水酸基、カルボキシル基などが挙げられる。これらの極性基は、前記有極性成分において、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。なお、該アルコキシ基としては、例えば、メトキシ機、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。
【0014】
本発明においては、前記有極性成分(A)の分子中の全置換基における極性基の比率をA%とし、前記有極性成分(B)の分子中の全置換基における極性基の比率をB%とした時、比率差(B−A)が10%以上であるのが好ましく、15%以上がより好ましい。具体的には、前記有極性成分(A)の分子中の全置換基における極性基の比率を30%とした場合には、前記有極性成分(B)の分子中の全置換基における極性基の比率は40%以上であるのが好ましい。
前記比率差(B−A)が10%未満であると、極性の差が十分でなく、低誘電率膜にオープンポアや表面荒れが発生し易くなる傾向がある。
【0015】
前記有極性成分(A)の前記低誘電率膜用組成物における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記有極性成分の総量に対し、30質量%以下であるのが好ましく、15質量%以下であるのがより好ましい。
前記有極性成分(A)の含有量が、30質量%を超えると、得られる膜が全体に緻密化して誘電率が上昇してしまうことがある。
【0016】
前記有極性成分(A)の重量平均分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記有極性成分(B)の重量平均分子量よりも小さいのが好ましく、前記有極性成分(B)の重量平均分子量の1/4以下であるのがより好ましく、1/5以下であるのが特に好ましい。
前記前記有極性成分(A)の重量平均分子量が、前記有極性成分(B)の重量平均分子量よりも大きいと、得られる低誘電率膜にオープンポアや表面荒れの抑制効果が十分でなくなる傾向がある。
【0017】
なお、前記有極性成分(A)の重量平均分子量と前記有極性成分(B)の重量平均分子量とは、一概には規定することはできないが、例えば、前記有極性成分(A)の重量平均分子量が20000未満であり、有極性成分(B)の重量平均分子量が20000以上であるのが好ましい。
【0018】
前記有極性成分は、前記有極性成分(A)及び前記有極性成分(B)のほかに、前記有極性成分(A)の極性よりも大きく、有極性成分(B)の極性よりも小さな極性を有する有極性成分(c)を含有するのが好ましい。この場合、該低誘電率膜用組成物を用いて低誘電率膜を形成すると、該低誘電率膜においては、前記有極性成分(A)と前記有極性成分(B)と前記有極性成分(C)とが互いの極性の違いにより、極性が小さな有極性成分(A)が表面側に偏在し、その内側に前記有極性成分(A)よりも極性が大きな前記有極性成分(C)が偏在し、更にその内側(基板側)に前記有極性成分(C)よりも極性が大きな前記有極性成分(B)が偏在する結果、前記オープンポアや前記表面荒れの発生が効果的に抑制される。
【0019】
前記有極性成分(C)の重量平均分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記有極性成分(A)の重量平均分子量よりも大きく、前記有極性成分(B)の重量平均分子量よりも小さいことが好ましい。
【0020】
前記有極性成分としては、極性を有している限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機シリコーン、ポリナフタレン等の合成樹脂、ポリボラジレン、などが挙げられ、その少なくとも1つが、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを加水分解して得られる有機シリコーンであるのが好ましい。
Si(OR)4−n・・・一般式(I)
一般式(I)中、Xは、水素原子、フッ素原子、アルキル基若しくはフッ素置換アルキル基、アリール基、又はビニル基を表す。
【0021】
前記アルキル基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができるが、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基、n−デシル基、イソデシル基、などが挙げられ、また、これらの基における水素原子の一部がフッ素原子で置換されたフッ素置換アルキル基などが挙げられる。
前記アリール基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができるが、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、などが挙げられる。
Rは、水素原子、前記アルキル基、前記アリール基、又はビニル基を表す。
nは、0〜3の整数を表す。
【0022】
前記アルコキシシランとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、テトラアルコキシシラン類、モノアルキルトリアルコキシシラン類、アルコキシシラン類、アミノアルキルアルコキシシラン類、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0023】
前記テトラアルコキシシラン類としては、例えば、Si(OCH、Si(OC、Si(OC)、Si(OC 、Si(OC、などが挙げられる。
【0024】
前記モノアルキルトリアルコキシシラン類としては、例えば、CHSi(OCH、CHSi(OC、CHSi(OC、CHSi(OC i、CHSi(OC、CSi(OCH、C25 Si(OC、CSi(OC、CSi(OC i、CSi(OC 、CSi(OCH、CSi(OC、CSi(OC、CSi(OC i、CSi(OC、C i Si(OCH、C i Si(OC、C i Si(OC、C i Si(OC7 i、C i Si(OC、CSi(OCH、CSi(OC、CSi(OC、C4Si(OC i、CSi(OC、などが挙げられる。
【0025】
前記アルコキシシラン類としては、例えば、HSi(OCH、HSi(OC、HSi(OC、HSi(OC i、HSi(OC49、などが挙げられる。
【0026】
前記アミノアルキルアルコキシシラン類としては、例えば、HN(CHSi(OCH、HN(CHSi(OC、HN(CHSi(OC、HN(CHSi(OC i、HN(CHSi(OC、HN(CHNHCSi(OCH、HN(CHNHCSi(OC、HN(CHNHCSi(OC、HN(CHNHCSi(OC i、HN(CHNHCSi(OC、HN(CH(CHSiOCH、HN(CH(CHSiOC、HN(CH(CHSiOC、HN(CH(CHSiOC i 、HN(CH(CHSiOC、HN(CH(CHSiOCH、HN(CH(CHSiOC、HN(CH(CHSiOC、HN(CH(CHSiOC i 、HN(CH(CHSiOC、HN(CHNH(CHNH(CHSi(OCH、HN(CHNH(CHNH(CHSi(OC、HN(CHNH(CHNH(CHSi(OC、HN(CHNH(CHNH(CHSi(OC 、HN(CHNH(CHNH(CHSi(OC、などが挙げられる。
【0027】
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、希釈剤、バインダー樹脂、界面活性剤などが挙げられる。
前記希釈剤としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類;酢酸エステル等のエステル類;セトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;キサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の炭化水素類;ンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ロリナート類、エチレングリコールモノメチルアセテート、エチレングリコールジアセテート等のグリコールアセテート類;ヘキサン等の炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;フロリナート類;N,N−メチル−2−ピロリドン等のアミド類、などが挙げられる。
【0028】
前記一般式(I)で表されるアルコキシシランを加水分解して得られる有機シリコーン(アルコキシシラン化合物重合体又はオリゴマー)は、分子中に、−Si−O−Si−結合の繰り返し単位構造を有する。なお、該有機シリコーンの生成には、触媒として、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、フッ酸等の無機酸触媒、シュウ酸、マレイン酸、スルホン酸、ギ酸等の有機酸触媒、アンモニア、トリメチルアンモニウム等のトリアルキルアンモニウム等の塩基性触媒、などを好適に使用することができる。以上のようにして得た有機シリコーンは、そのまま使用してもよいし、溶媒を除去した後、改めて溶媒に溶解させて使用してもよい。
【0029】
前記有極性成分における極性は、例えば、前記有極性成分(A)及び前記有極性成分(B)が前記アルコキシシランを加水分解して得られる有機シリコーンである場合には、残存するアルコキシ基及びそれが加水分解してできた水酸基などの極性基の量を適宜調整することによりコントロールすることができる。
【0030】
本発明の低誘電率膜用組成物においては、前記有極性成分(A)と前記有極性成分(B)とが少なくとも混在して含有されている。このような低誘電率膜用組成物を、基板上に塗布すると、図2(A)に示す通り、塗布直後においてはランダムに存在していたはずの極性が相対的に小さい方の分子(前記有極性成分(A))が、図2(B)に示す通り、時間の経過と共に塗布膜の表面側に移動し偏在する性質がある。このとき、極性が相対的に大きい方の分子(前記有極性成分(B))は、基板側に移動し偏在する性質がある。その結果、該本発明の低誘電率膜用組成物を基板上に塗布すると、前記極性が相対的に小さい方の成分(前記有極性成分(A))を塗布膜の表層に偏在させることができ、該塗布膜の表面のみ緻密でなめらかにすることができ、オープンポアや表面荒れの発生を効果的に抑制することができる一方、該塗布膜の内部はクローズドポアを十分に有するので、低密度化することができ、低い誘電率を安定に保持することができる。
【0031】
また、本発明の低誘電率膜用組成物において、前記有極性成分(A)の重量平均分子量が、前記有極性成分(B)の重量平均分子量よりも小さい場合、該低誘電率膜用組成物を基板上に塗布すると、図3(A)に示す通り、塗布直後においては、ランダムに存在していた前記有極性成分(A)と前記有極性成分(B)とが、図3(B)に示す通り、時間の経過と共に該有極性成分(A)が塗布膜の表面側に、該有極性成分(B)が塗布膜の基板側に集まる性質を有しているため、この性質を利用して該本発明の低誘電率膜用組成物を基板上に塗布すると、前記極性が相対的に小さい方の成分(前記有極性成分(A))を塗布膜の表層に偏在させることができ、該塗布膜の表面のみ緻密でなめらかにすることができ、オープンポアや表面荒れの発生を効果的に抑制することができる一方、該塗布膜の内部はクローズドポアを十分に有するので、低密度化することができ、低い誘電率を安定に保持することができる。
【0032】
本発明の低誘電率膜用組成物を用いて低誘電率膜を形成すると、得られる低誘電率膜においては、前記有極性成分(A)と前記有極性成分(B)とが互いの極性の違いにより、極性が小さな有極性成分(A)が表面側に偏在する結果、前記オープンポアや前記表面荒れの発生が効果的に抑制される。その結果、低誘電率であり、かつ低誘電率の安定性に優れ、緻密で滑らかな膜表面を有しているので、誘電率の安定性が高く、金属その他の材料(例えばSiC、SiN、SiOなど)の薄膜形成性に優れており、各種分野において好適に使用することができるが、以下の本発明の低誘電率膜及び半導体装置に特に好適に使用することができる。
【0033】
(低誘電率膜)
本発明の低誘電率膜は、前記本発明の低誘電率膜用組成物を用いて形成される。前記低誘電絶縁膜は、前記本発明の低誘電率膜用組成物を基板上に塗布した低誘電率膜に対し、焼成、紫外線照射、赤外線照射、電子線照射、X線照射及び酸素プラズマ照射のいずれかの処理を行うことによって形成されるが、これらの中でも、前記焼成が作業効率、コスト等の点で好ましい。
【0034】
前記低誘電率膜用組成物を基板上へ塗布する方法としては、特に制限はなく、公知の塗布方法の中から適宜選択することができ、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ニーダーコート法、カーテンコート法、ブレードコート法、等が挙げられる。これらの中でも、塗布効率等の点で、スピンコート法、ディップコート法、等が好ましい。
【0035】
前記塗布の後、必要に応じて溶媒等を乾燥させることができ、該乾燥の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、120〜350℃での熱処理(例えば、5〜10分間程度)で溶媒乾燥を行う。
前記溶媒乾燥の温度が、120℃未満であると溶媒乾燥が不十分となることがあり、350℃以上であると酸化によって性能が変化するおそれがある。
【0036】
前記焼成は、不活性雰囲気中(例えば、酸素濃度100ppm以下の不活性ガス中)、350〜450℃で(例えば30分間又はそれ以上)行うことができる。該焼成は、酸化分解を抑制するために不活性雰囲気中で行う必要があり、350℃未満であると配線を形成する際に塗布膜からの脱ガスが懸念され、450℃を超えるとクラックなどが生じるおそれがある。
【0037】
本発明の低誘電率膜においては、成膜直後における誘電率をXとし、25℃、50%RHで5時間放置後における誘電率をYとした時、誘電率差(Y−X)が、−0.1〜+0.1であるのが好ましく、−0.05〜+0.05であるのがより好ましい。このように、本発明の低誘電率膜は低誘電率であり、かつ低誘電率の安定性が高いものである。
なお、前記成膜直後における誘電率Xとしては、3.0以下であり、2.8以下が好ましい。
該誘電率は、低誘電率膜上に金電極を形成し、誘電率測定器を用いて測定することができる。
【0038】
前記低誘電率膜に形成された孔(空隙)の径(平均径)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、低誘電率特性に優れる点で、10nm以下が好ましく、8nm以下がより好ましい。
ここで、前記孔の径(平均径)は、透過型顕微鏡(TEM)により観察し測定することができる。
【0039】
前記低誘電率膜の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50〜3000nm程度が好ましい。
【0040】
本発明の低誘電率膜は、前記本発明の低誘電率膜用組成物を用いて形成されるため、低誘電率であり、かつ低誘電率の安定性が高く、オープンポアの発生が少なく、緻密で滑らかな膜表面を有し、金属その他の材料(例えばSiC、SiN、SiOなど)による薄膜形成性に優れ、半導体装置等における層間絶縁膜等として好適である。
【0041】
(半導体装置)
本発明の半導体装置は、基板と、該基板上に交互に積層して形成した複数の絶縁層及び複数の配線層とを含み、該絶縁層の少なくとも一つが、前記本発明の低誘電率膜であること以外には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択した部材等を有してなる。
本発明の半導体装置は、本発明の低誘電率膜を層間絶縁膜として有する結果、配線遅延が低下し、高速で信頼性が高く、フラッシュメモリ、DRAM、FRAM、MOSトランジスタ、などに好適である。
また、本発明の半導体装置においては、本発明の低誘電率膜(絶縁層)中を銅が拡散しないため、配線層を形成する金属配線の材料を、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、及び銅合金から好適に選択することができる。また、バリアメタルの材料を、チタン、チタン合金、タンタル、及びタンタル合金から好適に選択することができる。
【0042】
以下に、本発明の多層配線構造を有する半導体集積回路装置の一例について、図4〜図8を参照しながら説明する。
まず、図4に示す通り、従来の通常の工程によって、p型シリコン基板21に選択酸化法を用いて素子分離酸化膜22を形成した後、ゲート絶縁膜23、ゲート電極24、及び、SiN保護膜26からなるゲート構造体を形成し、サイドウォール25をマスクとしてAsイオンを注入することによってn型ソース・ドレイン領域27を形成する。
なお、図4においては、図示・説明を簡単にするためにLDD領域の形成工程等は省略する。
【0043】
次いで、全面に、厚さが、例えば、1μmのSiO膜28を堆積させて層間絶縁膜とした後、化学機械研磨(CMP)工程において研磨ストッパーとなるSiN膜29を、例えば、100nmの厚さに堆積する。
【0044】
図4に示す通り、n型ソース・ドレイン領域27に達するビアホールを形成した後、スパッタ法を用いて全面に、厚さが、例えば、50nmのTaN膜30を堆積させてバリアメタルとする。次いで、同じく、スパッタ法によってタングステン(W)を厚く堆積させた後、化学機械研磨(CMP)法によってSiN膜29が露出するまで研磨することによって、Wビア31を形成する。
【0045】
次いで、図5に示す通り、本発明の低誘電率膜用組成物(塗布液)をスピンコータを用いて塗布し、乾燥工程及び架橋工程を順次行うことにより、厚さが、例えば、450nmの有機絶縁膜(低誘電率膜)32を形成した。その後、SiN膜33を、例えば、50nmの厚さに堆積した。このSiN膜33も化学機械研磨(CMP)工程におけるストッパーとなる。本発明の低誘電率膜用組成物(塗布液)を用いると、SiN膜が均一な膜厚で良好に成膜できる。
【0046】
次に、図6に示す通り、CF+CHFを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を施すことによってSiN膜33をエッチングした後、SiN膜33をマスクとしてOを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を施すことによって絶縁膜32をエッチングしてWビア31に達する配線層用溝を形成した。
【0047】
次いで、スパッタ法により、全面に、例えば、厚さ50nmのTaN膜34及び厚さ50nmのCuシード層35を順次堆積した後、Cuシード層35をメッキベース層として電解メッキを行うことによってCuメッキ層36を600nmの厚さに成膜して配線層形成用溝を埋め込んだ。
【0048】
再び、化学機械研磨(CMP)法によってSiN膜33が露出するまでCuメッキ層36、Cuシード層35、及び、TaN膜34を研磨して除去することによって、図7に示す通り、Cuメッキ層36とCuシード層35とが一体になったCu埋込配線層37を形成した。
【0049】
次いで、図8に示す通り、上記絶縁膜32とSiN膜33の製造工程と全く同様にして、厚さが、例えば、400nmの絶縁膜38、50nmのSiN膜39、400nmの絶縁膜40、及び、50nmのSiN膜41を順次成膜した。
その後、CF+CHFを用いた反応性イオンエッチング(RIE)及びOを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を2度繰り返すことによって、絶縁膜38にCu埋込配線層37に達するビアホールを形成すると共に、絶縁膜40に配線層用溝を形成した後、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、50nmのTaN膜42,43及び50nmのCuシード層(図示せず)を順次堆積させた。次いで、厚さが1400nmのCuメッキ層(図示せず)を成膜して配線層形成用溝及びビアホールを埋め込んだ。
【0050】
次いで、再び、CMP法によってSiN膜41が露出するまでCuメッキ層、Cuシード層、及び、TaN膜42,43を研磨して除去することによって、Cuメッキ層とCuシード層とが一体になったCu埋込配線層44,45を形成した。なお、Cu埋込配線層44においては配線層とビアとが一体に形成される。
【0051】
この様な絶縁膜の形成工程、配線層用溝及びビアホールの形成工程、Cu埋込配線層の形成工程を必要回数だけ繰り返すことによって多層配線構造を有する半導体集積回路装置(半導体装置)が得られた。
【0052】
得られる多層配線構造を有する半導体集積回路装置(半導体装置)においては、低誘電率膜の誘電率は2.25程度であるので隣接する配線層に起因する寄生容量を大幅に低減することができ、かつ、誘電率、膜質のバラツキが極めて小さいので、デバイス特性及び信頼性をより向上させることができる。また、バリアメタルとなるTaN膜を厚さ50nmに堆積させているが、これは、TaN膜とCuシード層との密着性を改善させるためであるので、TaN膜を更に薄くしても問題がないものである。それによって、Cu埋込配線層におけるCuの比率が増えるので微細化に伴う配線抵抗の上昇を抑制することができる。
【0053】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【0054】
(合成例1)
−有機シリコーン(球状シロキサン樹脂)の合成−
メチルイソブチルケトン39.6gに、テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)を溶解した。これに、濃度400ppmの硝酸水5.4g(0.3モル)を10分間で滴下し、滴下終了後0.5時間の熟成反応を行い、テトラエトキシシランを共重合させ、球状シロキサン樹脂(有機シリコーン)を合成した。
続いて、トリメチルエトキシシラン11.8g(0.1モル)を10分間で滴下した。滴下終了後2時間の熟成反応を行い、先に合成した球状シロキサン樹脂の残存エトキシ基又は水酸基をシリル化した。
次に、硝酸マグネシウム5gを添加し、過剰の水分を除去した。ロータリエバポレータを用いて、反応溶液を除去した。更に、1,4−ジオキサンを使用して凍結乾燥を行った。
【0055】
得られた球状シロキサン樹脂について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量の測定を行ったところ、重量平均分子量(Mw)は約15,000であった。また、IR、NMRを用いて該球状シロキサン樹脂中の置換基の量を調べたところ、メチル基が約85%、エトキシ基が約10%、水酸基が約5%であり、極性基(エトキシ基及び水酸基)の合計量の該球状シロキサン樹脂全体に対する比率は15%であった。
【0056】
(合成例2)
−有機シリコーン(球状シロキサン樹脂)の合成−
メチルイソブチルケトン39.6gに、テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)を溶解した。これに、濃度400ppmの硝酸水16.2g(0.9モル)を10分間で滴下し、滴下終了後2時間の熟成反応を行い、テトラエトキシシランを共重合させて、球状シロキサン樹脂(有機シリコーン)を合成した。
続いて、トリメチルエトキシシラン5.9g(0.05モル)を10分間で滴下した。滴下終了後0.5時間の熟成反応を行った。先に合成した球状シロキサン樹脂の残存エトキシ基又は水酸基をシリル化した。
次に、硝酸マグネシウム5gを添加し、過剰の水分を除去した。ロータリエバポレータを用いて、反応溶液を除去した。更に、1,4−ジオキサンを使用して凍結乾燥を行った。
【0057】
得られた球状シロキサン樹脂について、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量の測定を行ったところ、重量平均分子量(Mw)は約80,000であった。また、IR、NMRを用いて該球状シロキサン樹脂中の置換基の量を調べたところ、メチル基が約55%、エトキシ基が約35%、水酸基が約10%であり、極性基(エトキシ基及び水酸基)の合計量のシロキサン樹脂全体に対する比率は45%であった。
【0058】
(合成例3)
−有機シリコーンの合成−
前記合成例2において、硝酸水量を8.1g(0.45モル)に変えた以外は、合成例2と同様にして、シロキサン樹脂(有機シリコーン)を合成した。
【0059】
得られたシロキサン樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量(Mw)が約35,000であった。また、IR、NMRを用いてシロキサン樹脂中の置換基の量を調べたところ、メチル基が約60%、エトキシ基が約30%、水酸基が約10%であり、極性基(エトキシ基及び水酸基)の合計量のシロキサン樹脂全体に対する比率は40%であった。
【0060】
(合成例4)
−有機シリコーンの合成−
前記合成例1において、トリエトキシシランを5.9g(0.05モル)に変えた以外は、合成例1と同様にして、シロキサン樹脂(有機シリコーン)を合成した。
【0061】
得られたシロキサン樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量(Mw)が約12,000であった。また、IR,NMRを用いてシロキサン樹脂中の置換基の量を調べたところ、メチル基が約60%、エトキシ基が約15%、水酸基が約25%であり、極性基(エトキシ基及び水酸基)の合計量のシロキサン樹脂全体に対する比率は40%であった。
【0062】
【表1】

Figure 2004204061
【0063】
(実施例1)
−低誘電率膜用組成物の調製−
合成例1で合成した有機シリコーン1gと、合成例2で合成した有機シリコーン9gを、メチルイソブチルケトンに溶解させて、固形分濃度17.5質量%の低誘電率膜用組成物を調製した。
【0064】
(比較例1)
−低誘電率膜用組成物の調製−
合成例1で合成した有機シリコーン10gを、メチルイソブチルケトンに溶解させて、固形分濃度17.5質量%の低誘電率膜用組成物を調製した。
【0065】
(比較例2)
−低誘電率膜用組成物の調製−
合成例2で合成した有機シリコーン10gを、メチルイソブチルケトンに溶解させて、固形分濃度17.5質量%の低誘電率膜用組成物を調製した。
【0066】
(比較例3)
−低誘電率膜用組成物の調製−
合成例1の有機シリコーン5gと、合成例2の有機シリコーン5gをメチルイソブチルケトンに溶解させて、固形分濃度17.5質量%の低誘電率膜用組成物を調製した。
なお、比較例3の低誘電率膜用組成物においては、極性が小さい有機シリコーンが全有機シリコーンの50質量%を占めている。
【0067】
(比較例4)
−低誘電率膜用組成物の調製−
合成例1の有機シリコーン1gと、合成例3の有機シリコーン9gとを、メチルイソブチルケトンに溶解させて、固形分濃度17.5質量%の低誘電率膜用組成物を調製した。
なお、比較例4の低誘電率膜用組成物においては、極性が小さい有機シリコーンの重量平均分子量が極性が大きい有機シリコーンの重量平均分子量の1/4を超えている。
【0068】
(比較例5)
−低誘電率膜用組成物の調製−
合成例2の有機シリコーン9gと、合成例4の有機シリコーン1gとを、メチルイソブチルケトンに溶解させて、固形分濃度17.5質量%の低誘電率膜用組成物を調製した。
なお、比較例5の低誘電率膜用組成物においては、極性基の比率差(B−A)が10%未満である。
【0069】
−低誘電率膜の形成−
次に、得られた実施例1及び比較例1〜5の低誘電率膜用組成物を、シリコンウエハ表面にスピンコート法にて塗布(回転数3000rpm、塗布時間20秒)し、200℃で熱処理して溶剤を蒸発させた後、酸素濃度100ppm以下の窒素雰囲気中で、400℃で30分間の熱処理を行った。この熱処理により、シロキサン樹脂が架橋し、実施例1及び比較例1〜5の低誘電率膜が形成された。
【0070】
得られた各低誘電率膜上に、1mmφの金電極を形成し、誘電率を測定した。また、成膜した後、25℃、50%RHで5時間放置した後で再び誘電率を測定した。結果を表2に示す。
【0071】
【表2】
Figure 2004204061
【0072】
表2の結果から、実施例1の低誘電率膜及び比較例2の低誘電率膜は重量平均分子量が小さい有機シリコーンのみで形成した比較例1の低誘電率膜に比べて、誘電率が低いことが確認できた。これは、比較例1の低誘電率膜の分子がすべて小さいために膜密度が上昇したためと推測される。
【0073】
また、実施例1及び比較例2の低誘電率膜について、成膜後5時間経過したところで再び誘電率を測定した結果から、実施例1の低誘電率膜の誘電率は2.25と変化がなかったのに対し、比較例2の低誘電率膜の誘電率は2.6まで上昇した。これは、比較例2の低誘電率膜内のオープンポアが大気中の水分を吸収してしまったためと推測される。
【0074】
また、比較例3の低誘電率膜の誘電率は2.31であり、実施例1の低誘電率膜の誘電率は2.3、比較例1の低誘電率膜の誘電率は2.27、比較例2の低誘電率膜の比誘電率は2.3と大差はなかった。しかし、比較例3の低誘電率膜を成膜後5時間経過したところで再び誘電率を測定したところ、実施例1の低誘電率膜の誘電率は2.3と変化しなかったのに対し、比較例3の低誘電率膜の誘電率は比較例2と同じく2.8まで上昇した。これは、比較例3の低誘電率膜は分子量の大きい分子で構成されている部分が多いため、オープンポアの発生を抑制できず、吸湿したためと推測される。
【0075】
比較例4の低誘電率膜の誘電率は2.3であったが、成膜後5時間経過したところで誘電率が2.9まで上昇した。
比較例5の低誘電率膜の誘電率は2.26であったが、成膜後5時間経過したところで誘電率が2.8まで上昇した。
【0076】
−低誘電率膜上への薄膜の形成−
次に、実施例1及び比較例2の低誘電率膜上にCVD法により厚さ50nmのSiN膜を形成した。
得られた実施例1及び比較例2の低誘電率膜上のSiN膜について、下記方法により、密着性(被覆性)及び膜厚不均一性(表面荒れ)を評価した。
【0077】
<密着性>
電子顕微鏡による像でSiN膜の状態を観察した。
<膜厚不均一性>
膜厚測定装置「エリプソメータ」(溝尻光学研究所製)を用いて膜厚、表面ラフネスを測定した。
【0078】
その結果、比較例2の低誘電率膜は、該低誘電率膜内へのSiN侵入(オープンポアのせいと考えられる)、密着不良(オープンポアからの脱ガスが原因と考えられる)、膜厚不均一(表面荒れが原因と考えられる)が認められた。これに対して、実施例1の低誘電率膜は、SiN膜が良好に薄膜形成できており、低誘電率で、しかも誘電率が安定であり、良好な薄膜形成性を備えていることが認められた。
また、実施例1と同様にして比較例5の低誘電率膜の上にCVD法により厚み50nmのSiOC膜を形成したが、特に密着性の改善効果は得られなかった。
【0079】
(実施例3)
−多層配線構造を有する半導体集積回路装置の作製−
実施例1の低誘電率膜用組成物を使用して、多層配線構造を有する半導体集積回路装置を作製した。
まず、図4に示したように、従来の通常の工程によって、p型シリコン基板21に選択酸化法を用いて素子分離酸化膜22を形成した後、ゲート絶縁膜23、ゲート電極24、及び、SiN保護膜26からなるゲート構造体を形成し、サイドウォール25をマスクとしてAsイオンを注入することによってn型ソース・ドレイン領域27を形成した。
なお、図4においては、図示・説明を簡単にするためにLDD領域の形成工程等は省略する。
【0080】
次いで、全面に、厚さが、例えば、1μmのSiO膜28を堆積させて層間絶縁膜とした後、化学機械研磨(CMP)工程において研磨ストッパーとなるSiN膜29を、例えば、100nmの厚さに堆積した。
【0081】
図4に示したように、n型ソース・ドレイン領域27に達するビアホールを形成した後、スパッタ法を用いて全面に、厚さが、例えば、50nmのTaN膜30を堆積させてバリアメタルとした。次いで、同じく、スパッタ法によってタングステン(W)を厚く堆積させた後、化学機械研磨(CMP)法によってSiN膜29が露出するまで研磨することによって、Wビア31を形成した。
【0082】
次いで、図5に示したように、実施例1の低誘電率膜用組成物をスピーンコータによって塗布し、乾燥工程及び架橋工程を順次行うことによって厚さが、例えば、450nmの有機絶縁膜(低誘電率膜)32を形成した。その後、SiN膜33を、例えば、50nmの厚さに堆積した。このSiN膜33も化学機械研磨(CMP)工程におけるストッパーとなる。
このように実施例1の低誘電率膜用組成物を用いると、SiN膜が均一な膜厚で良好に成膜できた。
【0083】
図6に示すように、CF+CHFを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を施すことによってSiN膜33をエッチングした後、SiN膜33をマスクとしてOを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を施すことによって絶縁膜32をエッチングしてWビア31に達する配線層用溝を形成した。
【0084】
次いで、スパッタ法を用いて、全面に、例えば、厚さ50nmのTaN膜34及び厚さ50nmのCuシード層35を順次堆積した後、Cuシード層35をメッキベース層として電解メッキを行うことによってCuメッキ層36を600nmの厚さに成膜して配線層形成用溝を埋め込んだ。
【0085】
再び、化学機械研磨(CMP)法によってSiN膜33が露出するまでCuメッキ層36、Cuシード層35、及び、TaN膜34を研磨して除去することによって、図7に示したように、Cuメッキ層36とCuシード層35とが一体になったCu埋込配線層37を形成した。
【0086】
次いで、図8に示したように、上記絶縁膜32とSiN膜33の製造工程と全く同様にして、厚さが、例えば、400nmの絶縁膜38、50nmのSiN膜39、400nmの絶縁膜40、及び50nmのSiN膜41を順次成膜した。
その後、CF+CHFを用いた反応性イオンエッチング(RIE)及びOを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を2度繰り返すことによって、絶縁膜38にCu埋込配線層37に達するビアホールを形成すると共に、絶縁膜40に配線層用溝を形成した後、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、50nmのTaN膜42,43及び50nmのCuシード層(図示せず)を順次堆積させた。次いで、厚さが1400nmのCuメッキ層(図示せず)を成膜して配線層形成用溝及びビアホールを埋め込んだ。
【0087】
次いで、再び、CMP法によってSiN膜41が露出するまでCuメッキ層、Cuシード層、及び、TaN膜42,43を研磨して除去することによって、Cuメッキ層とCuシード層とが一体になったCu埋込配線層44,45を形成した。なお、Cu埋込配線層44においては配線層とビアとが一体に形成された。
【0088】
この様な絶縁膜の形成工程、配線層用溝及びビアホールの形成工程、Cu埋込配線層の形成工程を必要回数だけ繰り返すことによって多層配線構造を有する半導体集積回路装置が得られた。
【0089】
この実施例3においては、低誘電率膜の誘電率は2.25程度であるので隣接する配線層に起因する寄生容量を大幅に低減することができ、かつ、誘電率、膜質のバラツキが極めて小さいので、デバイス特性及び信頼性をより向上させることができた。
また、この実施例3においては、バリアメタルとなるTaN膜を厚さ50nmに堆積させているが、これは、TaN膜とCuシード層との密着性を改善させるためであるので、TaNを更に薄くしても問題がないものである。それによって、Cu埋込配線層におけるCuの比率が増えるので微細化に伴う配線抵抗の上昇を抑制することができた。
なお、実施例3の半導体装置において、実施例2の低誘電率膜を層間絶縁膜として用いた場合にも、同様の良好な結果が得られた。
【0090】
ここで、本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
(付記1) 互いに極性の異なる有極性成分を2種以上含有してなり、有極性成分(A)の極性が有極性成分(B)の極性よりも小さく、
該有極性成分(A)の分子中の全置換基における極性基の比率をA%とし、該有極性成分(B)の分子中の全置換基における極性基の比率をB%とした時、比率差(B−A)が10%以上であり、
該有極性成分(A)の含有量が、有極性成分の総量に対し、30質量%以下であり、
該有極性成分(A)の重量平均分子量が、有極性成分(B)の重量平均分子量の1/4以下であることを特徴とする低誘電率膜用組成物。
(付記2) 極性基が、アルコキシ基、水酸基及びカルボキシル基から選択される付記1に記載の低誘電率膜用組成物。
(付記3) 有極性成分(A)の重量平均分子量が20000未満であり、有極性成分(B)の重量平均分子量が20000以上である付記1から2のいずれかに記載の低誘電率膜用組成物。
(付記4) 有極性成分(A)の極性よりも大きく、有極性成分(B)の極性よりも小さな極性を有する有極性成分(c)を含有する付記1から3のいずれかに記載の低誘電率膜用組成物。
(付記5) 有極性成分の少なくとも1つが、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを加水分解して得られる有機シリコーンである付記1から4のいずれかに記載の低誘電率膜用組成物。
Si(OR)4−n・・・一般式(I)
(一般式(I)中、Xは、水素原子、フッ素原子、アルキル基若しくはフッ素置換アルキル基、アリール基、又はビニル基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、又はビニル基を表す。nは、0〜3の整数を表す。)
(付記6) アルコキシシランが、テトラアルコキシシラン類、モノアルキルトリアルコキシシラン類、アルコキシシラン類及びアミノアルキルアルコキシシラン類から選択される付記5に記載の低誘電率膜用組成物。
(付記7) 付記1から6のいずれかに記載の低誘電率膜用組成物を用いて形成されたことを特徴とする低誘電率膜。
(付記8) 低誘電率膜用組成物が基板上に塗布されて形成された低誘電率膜に対し、焼成、紫外線照射、赤外線照射、電子線照射、X線照射及び酸素プラズマ照射のいずれかの処理がされてなる付記7に記載の低誘電率膜。
(付記9) 低誘電率膜が、低誘電率膜用組成物をスピンコート法及びディップコート法のいずれかにより基板上に塗布された後、熱処理されて形成される付記8に記載の低誘電率膜。
(付記10) 熱処理が、120〜350℃で5〜10分で行われる付記8から9に記載の低誘電率膜。
(付記11) 焼成が、不活性雰囲気中、350〜450℃で行われる付記8から10のいずれかに記載の低誘電率膜。
(付記12) 成膜直後における誘電率をXとし、25℃、50%RHで5時間放置後における誘電率をYとした時、誘電率差(Y−X)が、−0.1〜+0.1である付記7から11のいずれかに記載の低誘電率膜。
(付記13) 基板と、該基板上に交互に積層して形成した複数の絶縁層及び複数の配線層とを含み、該絶縁層の少なくとも一つが、付記7から12のいずれかに記載の低誘電率膜であることを特徴とする半導体装置。
(付記14) 配線層が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、及び銅合金のいずれかで形成された付記12に記載の半導体装置。
【0091】
【発明の効果】
本発明によると、従来における問題を解決し、低誘電率であり、低誘電率の安定性に優れ、良好な薄膜形成性を有する低誘電率膜、そのための低誘電率膜用組成物、及び該低誘電率膜を有してなり、高速で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、多孔性シリコーン薄膜に形成されたオープンポア及びクローズドポアを説明するための概略断面図である。
【図2】図2は、極性が小さい分子(有極性成分)と極性が大きい分子(有極性成分)とを混合した溶液を基板上に塗布した場合(図2(A))、極性が小さい分子(有極性成分)が表面側に、極性が大きい分子(有極性成分)が基板側に集まる性質(図2(B))を説明するための模式図である。
【図3】図3は、極性が小さくかつ重量平均分子量が小さい分子(有極性成分)と、極性が大きくかつ重量平均分子量が大きい分子(有極性成分)とを混合した溶液を基板上に塗布した場合(図3(A))、極性が小さくかつ重量平均分子量が小さい分子(有極性成分)が表面側に、極性が大きくかつ重量平均分子量が大きい分子(有極性成分)が基板側に集まる性質(図3(B))を説明するための模式図である。
【図4】図4は、本発明の一実施例に係る多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造における、n型ソース・ドレイン領域の形成工程を説明するための概略断面図である。
【図5】図5は、本発明の一実施例に係る多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造において、本発明の低誘電率膜を形成した状態を説明するための概略断面図である。
【図6】図6は、本発明の一実施例に係る多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造において、配線層用溝の形成した状態を説明するための概略断面図である。
【図7】図7は、本発明の一実施例に係る多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造において、Cu埋込配線層を形成した状態を説明するための概略断面図である。
【図8】図8は、本発明の一実施例に係る多層配線構造を有する半導体集積回路装置の製造における、絶縁膜の形成工程、配線層用溝及びビアホールの形成工程、Cu埋込配線層の形成工程を必要回数繰り返して多層配線構造を有する半導体集積回路装置を形成する状態を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
21・・・シリコン基板
22・・・素子間分離膜
23・・・ゲート絶縁膜
24・・・ゲート電極
25・・・サイドウォール
26・・・SiN保護膜
27・・・n型ソース・ドレイン領域
28・・・SiO
29・・・SiN膜
30・・・TaN膜
31・・・Wビア
32・・・低誘電率膜
33・・・SiN膜
34・・・TaN膜
35・・・Cuシード層
36・・・Cuメッキ層
37・・・Cu埋込配線層
38・・・絶縁層
39・・・SiN膜
40・・・絶縁膜
41・・・SiN膜
42、43・・・TaN膜
44、45・・・Cu埋込配線層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention has a low dielectric constant, a low dielectric constant film having excellent stability of a low dielectric constant and a good thin film forming property, a composition for a low dielectric constant film therefor, and the low dielectric constant film. The present invention relates to a high-speed and highly reliable semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit such as an IC or an LSI, an insulating film (usually referred to as an "interlayer insulating film") is stacked between layers of the multilayer wiring. The material of the interlayer insulating film is required to have high heat resistance enough to withstand the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit, excellent film strength, and low dielectric constant required for high-speed signal. In the semiconductor integrated circuit, generally, a silicone-based material has been used as a material of the interlayer insulating film. Among them, a spin-on-glass (SOG) -based material (dielectric constant = 3 to 4) is used in many fields because of easy film formation.
[0003]
In recent years, there has been a demand for further lowering the dielectric constant of the interlayer insulating film in a semiconductor device such as the semiconductor integrated circuit, and an insulating film formed of a material having a dielectric constant of less than 3.0, for example, fluorocarbon A thin film formed of a system material, a porous silicone thin film formed by a sol-gel method, and the like have been proposed (for example, see Patent Documents 1 to 3).
[0004]
However, in the case of a thin film formed of the fluorocarbon-based material, there is a problem that adhesion to wiring and other components is poor, and peeling occurs due to stress in the semiconductor device.
On the other hand, in the case of the porous silicone thin film, as shown in FIG. 1, the pores in the porous silicone thin film are connected to each other, and so-called open pores, which are pores opened outside the thin film, easily occur. In addition, there is a problem that the dielectric constant is greatly changed by moisture absorption through the open pores. Further, when a thin film made of metal or other material (for example, SiC, SiN, SiO, etc.) is formed on the porous silicone thin film on which the open pores are formed, the material of the thin film invades the porous silicone thin film from the open pores. However, there is a problem that the performance (dielectric constant, insulating property, etc.) of the porous silicone thin film is changed and deteriorated. Further, since the porous silicone thin film is apt to cause surface roughness (surface irregularities) and degassing from the open pores due to its properties, a thin film made of metal or other materials (eg, SiC, SiN, SiO, etc.) is formed. In this case, there is a problem that the thin film forming property is not sufficient. In this case, in order to suppress the occurrence of the open pores and the surface roughness in the porous silicone thin film and to improve the thin film forming property, it is effective to use a micromolecule as a component of the interlayer material. However, there is a problem that the dielectric constant increases due to the increase in the dielectric constant.
[0005]
On the other hand, (1) a compound that is decomposed by an acid and becomes soluble in an alkaline solution, including (1) a compound having a small molecule polarity and a slow alkali dissolution rate and a component having a large molecule polarity and a fast alkali dissolution rate; A pattern forming method using a photosensitive composition containing a compound that generates an acid upon irradiation with a compound has been proposed (for example, see Patent Document 4). However, here, only the pattern formation using the photosensitive composition is disclosed, and the formation of a low dielectric constant film is not disclosed at all.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-46047
[Patent Document 2]
JP-A-8-64680
[Patent Document 3]
JP-A-9-21797
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 3290793
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects. That is, the present invention has a low dielectric constant, excellent stability of low dielectric constant, a low dielectric constant film having good thin film forming properties, a composition for a low dielectric constant film therefor, and the low dielectric constant film. It is an object of the present invention to provide a high-speed and highly reliable semiconductor device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Means for solving the above problems are as described in (Appendix 1) to (Appendix 14) described later.
The composition for a low dielectric constant film of the present invention contains two or more polar components having different polarities, and the polarity of the polar component (A) is smaller than the polarity of the polar component (B). When the ratio of polar groups in all the substituents in the molecule of the polar component (A) is A%, and the ratio of the polar groups in all the substituents in the molecule of the polar component (B) is B%, the ratio is as follows. The difference (BA) is 10% or more, the content of the polar component (A) is 30% by mass or less based on the total amount of the polar component, and the weight average of the polar component (A) is The molecular weight is not more than 1/4 of the weight average molecular weight of the polar component (B). When a low dielectric constant film is formed using the composition for a low dielectric constant film, in the low dielectric constant film, the polar component (A) and the polar component (B) are caused by a difference in polarity between each other. As a result, the polar component (A) having a small polarity is unevenly distributed on the surface side, so that the occurrence of the open pores and the surface roughness is effectively suppressed. The low dielectric constant film has a low dielectric constant, is excellent in stability of the low dielectric constant, has a dense and smooth surface, because the density of the low dielectric constant film is reduced in a state having a sufficient amount of closed pores therein. It is excellent in forming a thin film using metal and other materials (for example, SiC, SiN, SiO, etc.).
[0009]
The low dielectric constant film of the present invention is formed using the composition for a low dielectric constant film of the present invention. For this reason, the low dielectric constant film of the present invention has a low dielectric constant, high stability of low dielectric constant, less occurrence of open pores, a dense and smooth film surface, metal and other materials ( For example, SiC, SiN, SiO, etc.) are suitable for use as an interlayer insulating film in a semiconductor device or the like because of their excellent thin film-forming properties.
[0010]
A semiconductor device of the present invention includes a substrate, and a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers formed by being alternately stacked on the substrate. It is a dielectric constant film. The low dielectric constant film is made porous, has a low dielectric constant, is excellent in dielectric constant stability, and contributes to a high response speed. It is particularly suitable for circuits and the like.
In recent years, semiconductor integrated circuits have been highly integrated and have a multilayer wiring structure, wiring widths and intervals have been reduced, and an increase in wiring resistance and an increase in parasitic capacitance between wirings have become problems. The signal propagation speed in the multilayer wiring structure of the semiconductor integrated circuit is determined by the wiring resistance and the parasitic capacitance between the wirings, which are major factors that govern the performance of the device such as the semiconductor integrated circuit. The increase in the wiring resistance and the increase in the parasitic capacitance between the wirings are major problems that must be overcome as the causes of the decrease in the signal propagation speed. In order to improve the signal propagation speed, it is essential to reduce the wiring resistance and the parasitic capacitance (dielectric constant of the insulating film) between the wirings. Although the parasitic capacitance between the wirings can be reduced by making the wiring thinner and reducing the cross-sectional area, when the wiring is made thinner, the wiring resistance increases. That is, since the reduction in the parasitic capacitance between the wirings and the reduction in the wiring resistance have a trade-off relationship, it is not easy to improve the signal propagation speed. However, according to the low dielectric constant film of the present invention, which has a low dielectric constant and is excellent in dielectric constant stability and can contribute to an increase in response speed, the parasitic capacitance between the wirings and the wiring resistance are reduced. And the signal propagation speed can be increased. The semiconductor device of the present invention is particularly suitable for a flash memory, a DRAM, an FRAM, a MOS transistor, and the like, which have high speed and high reliability.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Composition for low dielectric constant film)
The composition for a low dielectric constant film of the present invention contains two or more polar components having different polarities from each other, and further contains other components appropriately selected as necessary.
The organic polar component is a component having polarity, and includes at least a polar component (A) and a polar component (B), and further includes a polar component (C) as necessary.
[0012]
In the present invention, it is necessary that the polarity of the polar component (A) is smaller than the polarity of the polar component (B). In this case, when the low dielectric constant film is formed using the composition for a low dielectric constant film, in the low dielectric constant film, the polar component (A) and the polar component (B) are mutually polar. As a result, the polar component (A) having a small polarity is unevenly distributed on the surface side, so that the occurrence of the open pores and the surface roughness is effectively suppressed.
[0013]
The magnitude of the polarities of the polar component (A) and the polar component (B) is determined based on the magnitude (%) of the ratio of the polar group to all the substituents in each molecule. Therefore, the higher the ratio (%) of the polar group to all the substituents in the molecule, the higher the polarity.
Examples of the polar group include an alkoxy group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. These polar groups may be the same or different in the polar component. In addition, as said alkoxy group, a methoxy machine, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, etc. are mentioned, for example.
[0014]
In the present invention, the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (A) is A%, and the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (B) is B%. %, The ratio difference (BA) is preferably 10% or more, more preferably 15% or more. Specifically, when the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (A) is 30%, the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (B) is Is preferably 40% or more.
If the ratio difference (BA) is less than 10%, the difference in polarity is not sufficient, and open pores and surface roughness tend to easily occur in the low dielectric constant film.
[0015]
The content of the polar component (A) in the composition for a low dielectric constant film is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the content may be based on the total amount of the polar component. It is preferably at most 30% by mass, more preferably at most 15% by mass.
When the content of the polar component (A) is more than 30% by mass, the resulting film may be densified as a whole and the dielectric constant may be increased.
[0016]
The weight average molecular weight of the polar component (A) is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it is preferably smaller than the weight average molecular weight of the polar component (B). The weight average molecular weight of the polar component (B) is more preferably 1/4 or less, and particularly preferably 1/5 or less.
When the weight-average molecular weight of the polar component (A) is larger than the weight-average molecular weight of the polar component (B), the obtained low dielectric constant film tends to have an insufficient effect of suppressing open pores and surface roughness. There is.
[0017]
The weight-average molecular weight of the polar component (A) and the weight-average molecular weight of the polar component (B) cannot be unequivocally defined. For example, the weight-average molecular weight of the polar component (A) Preferably, the molecular weight is less than 20,000, and the weight average molecular weight of the polar component (B) is 20,000 or more.
[0018]
The polar component has a polarity larger than the polarity of the polar component (A) and smaller than the polarity of the polar component (B), in addition to the polar component (A) and the polar component (B). It is preferable to contain a polar component (c) having the following formula: In this case, when the low dielectric constant film is formed using the composition for a low dielectric constant film, the polar component (A), the polar component (B), and the polar component Due to the difference in polarity between (C) and the polar component (A), the polar component (A) having a small polarity is unevenly distributed on the surface side, and the polar component (C) having a larger polarity than the polar component (A) inside the polar component (A). Are unevenly distributed, and the polar component (B) having a higher polarity than the polar component (C) is unevenly distributed on the inner side (substrate side). As a result, the occurrence of the open pores and the surface roughness is effectively suppressed. Is done.
[0019]
The weight average molecular weight of the polar component (C) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the weight average molecular weight of the polar component (A) is larger than that of the polar component (A). It is preferably smaller than the weight average molecular weight of the polar component (B).
[0020]
The polar component is not particularly limited as long as it has polarity, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.Examples include organic silicones, synthetic resins such as polynaphthalene, polyborazylene, and the like. At least one is preferably an organic silicone obtained by hydrolyzing an alkoxysilane represented by the following general formula (I).
XnSi (OR)4-n... General formula (I)
In the general formula (I), X represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group or a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, or a vinyl group.
[0021]
The alkyl group is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably one having 1 to 10 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, -Butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, n-hexyl group, isohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, isooctyl group, n-decyl group, isodecyl group, and the like. And a fluorine-substituted alkyl group in which part of a hydrogen atom in the group is substituted with a fluorine atom.
The aryl group is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group. .
R represents a hydrogen atom, the alkyl group, the aryl group, or a vinyl group.
n represents an integer of 0 to 3.
[0022]
The alkoxysilane is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include tetraalkoxysilanes, monoalkyltrialkoxysilanes, alkoxysilanes, and aminoalkylalkoxysilanes. Can be These may be used alone or in combination of two or more.
[0023]
Examples of the tetraalkoxysilanes include, for example, Si (OCH3)4, Si (OC2H5)4, Si (OC3H7), Si (OC3H7 i)4, Si (OC4H9)4, And the like.
[0024]
Examples of the monoalkyl trialkoxysilanes include, for example, CH3Si (OCH3)3, CH3Si (OC2H5)3, CH3Si (OC3H7)3, CH3Si (OC3H7 i )3, CH3Si (OC4H9)3, C2H5Si (OCH3)3, CTwo HFive Si (OC2H5)3, C2H5Si (OC3H7)3, C2H5Si (OC3H7 i )3, C2H5Si (OC4H9)3 , C3H7Si (OCH3)3, C3H7Si (OC2H5)3, C3H7Si (OC3H7)3, C3H7Si (OC3H7 i )3, C3H7Si (OC4H9)3, C3H7 i Si (OCH3)3, C3H7 i Si (OC2H5)3, C3H7 i Si (OC3H7)3, C3H7 i Si (OC3H7 i )3, C3H7 i Si (OC4H9)3, C4H9Si (OCH3)3, C4H9Si (OC2H5)3, C4H9Si (OC3H7)3, CFourH9Si (OC3H7 i )3, C4H9Si (OC4H9)3, And the like.
[0025]
As the alkoxysilanes, for example, HSi (OCH3)3, HSi (OC2H5)3, HSi (OC3H7)3, HSi (OC3H7 i )3, HSi (OCFour H9 )3, And the like.
[0026]
Examples of the aminoalkylalkoxysilanes include, for example, H2N (CH2)3Si (OCH3)3, H2N (CH2)3Si (OC2H5)3, H2N (CH2)3Si (OC3H7)3, H2N (CH2)3Si (OC3H7 i)3, H2N (CH2)3Si (OC4H9)3, H2N (CH2)2NHC3H6Si (OCH3)3, H2N (CH2)2NHC3H6Si (OC2H5)3, H2N (CH2)2NHC3H6Si (OC3H7)3, H2N (CH2)2NHC3H6Si (OC3H7 i )3, H2N (CH2)2NHC3H6Si (OC4H9)3, H2N (CH2)3(CH3)2SiOCH3, H2N (CH2)3(CH3)2SiOC2H5, H2N (CH2)3(CH3)2SiOC3H7, H2N (CH2)3(CH3)2SiOC3H7 i , H2N (CH2)3(CH3)2SiOC4H9, H2N (CH2)3(CH3)2SiOCH3, H2N (CH2)3(CH3)2SiOC2H5, H2N (CH2)3(CH3)2SiOC3H7, H2N (CH2)3(CH3)2SiOC3H7 i , H2N (CH2)3(CH3)2SiOC4H9, H2N (CH2)2NH (CH2)2NH (CH2)2Si (OCH3)3, H2N (CH2)2NH (CH2)2NH (CH2)2Si (OC2H5)3, H2N (CH2)2NH (CH2)2NH (CH2)2Si (OC3H7)3, H2N (CH2)2NH (CH2)2NH (CH2)2Si (OC3H7 i)3, H2N (CH2)2NH (CH2)2NH (CH2)2Si (OC4H9)3, And the like.
[0027]
The other components are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include a diluent, a binder resin, and a surfactant.
Examples of the diluent include alcohols such as methanol and ethanol; esters such as acetate; ketones such as cetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; hydrocarbons such as xane, heptane and cyclohexane; Aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; lorinates, glycol acetates such as ethylene glycol monomethyl acetate and ethylene glycol diacetate; hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; And amides such as N, N-methyl-2-pyrrolidone.
[0028]
The organic silicone (alkoxysilane compound polymer or oligomer) obtained by hydrolyzing the alkoxysilane represented by the general formula (I) has a repeating unit structure of —Si—O—Si— bond in the molecule. . In addition, in order to produce the organic silicone, catalysts include inorganic acid catalysts such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid; organic acid catalysts such as oxalic acid, maleic acid, sulfonic acid, and formic acid; ammonia, and trimethylammonium. And other basic catalysts such as trialkylammonium. The organosilicone obtained as described above may be used as it is, or may be used after dissolving the solvent after removing the solvent.
[0029]
The polarity of the polar component is, for example, when the polar component (A) and the polar component (B) are organic silicones obtained by hydrolyzing the alkoxysilane, the remaining alkoxy group and the remaining alkoxy group. Can be controlled by appropriately adjusting the amount of a polar group such as a hydroxyl group formed by hydrolysis.
[0030]
In the composition for a low dielectric constant film of the present invention, the polar component (A) and the polar component (B) are mixed at least. When such a composition for a low dielectric constant film is applied on a substrate, as shown in FIG. 2A, a molecule having a relatively small polarity which should have been present at random immediately after the application (the above-described molecule). As shown in FIG. 2 (B), the polar component (A) moves to the surface of the coating film over time and is unevenly distributed. At this time, the molecule having a relatively large polarity (the polar component (B)) has a property of moving to the substrate side and being unevenly distributed. As a result, when the composition for a low dielectric constant film of the present invention is applied on a substrate, the component having the relatively smaller polarity (the polar component (A)) may be unevenly distributed on the surface layer of the applied film. And only the surface of the coating film can be made dense and smooth, and the occurrence of open pores and surface roughness can be effectively suppressed.On the other hand, since the inside of the coating film has sufficient closed pores, low Density can be increased, and a low dielectric constant can be stably maintained.
[0031]
In the composition for a low dielectric constant film of the present invention, when the weight average molecular weight of the polar component (A) is smaller than the weight average molecular weight of the polar component (B), When the object is applied on the substrate, the polar component (A) and the polar component (B), which existed at random immediately after the application, are replaced with the polar component (B) as shown in FIG. ), The polar component (A) gathers on the surface side of the coating film and the polar component (B) gathers on the substrate side of the coating film over time. When the composition for a low dielectric constant film of the present invention is applied on a substrate by utilizing, the component having a relatively small polarity (the polar component (A)) may be unevenly distributed on the surface layer of the coating film. It is possible to make the surface of the coating film dense and smooth, While it is possible to effectively suppress the raw, since the inside of the coating film has a sufficient closed pores, it is possible to lower density, a low dielectric constant can be stably held.
[0032]
When a low dielectric constant film is formed using the composition for a low dielectric constant film of the present invention, in the obtained low dielectric constant film, the polar component (A) and the polar component (B) have polarities opposite to each other. As a result, the polar component (A) having a small polarity is unevenly distributed on the surface side, so that the occurrence of the open pores and the surface roughness is effectively suppressed. As a result, it has a low dielectric constant, is excellent in stability of low dielectric constant, and has a dense and smooth film surface. Therefore, the stability of dielectric constant is high, and metals and other materials (for example, SiC, SiN, It is excellent in thin film forming properties such as SiO and can be suitably used in various fields, but can be particularly preferably used in the following low dielectric constant films and semiconductor devices of the present invention.
[0033]
(Low dielectric constant film)
The low dielectric constant film of the present invention is formed using the composition for a low dielectric constant film of the present invention. The low dielectric insulating film is formed by baking, ultraviolet irradiation, infrared irradiation, electron beam irradiation, X-ray irradiation and oxygen plasma irradiation on the low dielectric constant film obtained by applying the composition for a low dielectric constant film of the present invention on a substrate. Is formed by performing any one of the above-mentioned treatments, and among these, the above-mentioned baking is preferable in terms of work efficiency, cost, and the like.
[0034]
The method for applying the composition for a low dielectric constant film on a substrate is not particularly limited and can be appropriately selected from known application methods, for example, a spin coating method, a dip coating method, and a kneader coating method. , Curtain coat method, blade coat method and the like. Among these, a spin coating method, a dip coating method, and the like are preferable in terms of coating efficiency and the like.
[0035]
After the application, a solvent or the like can be dried as necessary. The drying temperature is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. However, heat treatment at 120 to 350 ° C ( For example, the solvent is dried for about 5 to 10 minutes.
If the solvent drying temperature is lower than 120 ° C., the solvent drying may be insufficient, and if the solvent drying temperature is higher than 350 ° C., the performance may be changed by oxidation.
[0036]
The firing can be performed at 350 to 450 ° C. (for example, for 30 minutes or more) in an inert atmosphere (for example, in an inert gas having an oxygen concentration of 100 ppm or less). The baking must be performed in an inert atmosphere in order to suppress oxidative decomposition. If the temperature is lower than 350 ° C., there is a concern that degassing from the coating film may occur when wiring is formed. May occur.
[0037]
In the low dielectric constant film of the present invention, when the dielectric constant immediately after the film formation is X and the dielectric constant after standing at 25 ° C. and 50% RH for 5 hours is Y, the dielectric constant difference (Y−X) is as follows: It is preferably -0.1 to +0.1, and more preferably -0.05 to +0.05. As described above, the low dielectric constant film of the present invention has a low dielectric constant and high stability of the low dielectric constant.
The dielectric constant X immediately after the film formation is 3.0 or less, preferably 2.8 or less.
The dielectric constant can be measured by forming a gold electrode on the low dielectric constant film and using a dielectric constant measuring device.
[0038]
The diameter (average diameter) of the pores (voids) formed in the low dielectric constant film is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Is preferable, and 8 nm or less is more preferable.
Here, the diameter (average diameter) of the holes can be observed and measured with a transmission microscope (TEM).
[0039]
The thickness of the low dielectric constant film is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably about 50 to 3000 nm.
[0040]
Since the low dielectric constant film of the present invention is formed using the composition for a low dielectric constant film of the present invention, the low dielectric constant film has a low dielectric constant, and the stability of the low dielectric constant is high, and the occurrence of open pores is small. It has a dense and smooth film surface, is excellent in forming a thin film of metal or other materials (for example, SiC, SiN, SiO, etc.), and is suitable as an interlayer insulating film in a semiconductor device or the like.
[0041]
(Semiconductor device)
The semiconductor device of the present invention includes a substrate, and a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers alternately formed on the substrate, wherein at least one of the insulating layers is the low dielectric constant film of the present invention. There is no particular limitation other than that the member has a member or the like appropriately selected according to the purpose.
The semiconductor device of the present invention has the low dielectric constant film of the present invention as an interlayer insulating film, resulting in reduced wiring delay, high speed and high reliability, and is suitable for flash memories, DRAMs, FRAMs, MOS transistors, and the like. .
Further, in the semiconductor device of the present invention, since copper does not diffuse in the low dielectric constant film (insulating layer) of the present invention, the material of the metal wiring forming the wiring layer is aluminum, aluminum alloy, copper, and copper alloy. Can be suitably selected from Further, the material of the barrier metal can be suitably selected from titanium, a titanium alloy, tantalum, and a tantalum alloy.
[0042]
Hereinafter, an example of a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 4, an element isolation oxide film 22 is formed on a p-type silicon substrate 21 using a selective oxidation method by a conventional process, and then a gate insulating film 23, a gate electrode 24, and a SiN protection film are formed. A gate structure including the film 26 is formed, and As ions are implanted using the sidewalls 25 as a mask to form n-type source / drain regions 27.
In FIG. 4, a process for forming an LDD region and the like are omitted for simplicity of illustration and description.
[0043]
Next, on the entire surface, for example, a 1 μm thick SiO2After depositing the film 28 to form an interlayer insulating film, a SiN film 29 serving as a polishing stopper is deposited to a thickness of, for example, 100 nm in a chemical mechanical polishing (CMP) step.
[0044]
As shown in FIG. 4, after a via hole reaching the n-type source / drain region 27 is formed, a TaN film 30 having a thickness of, for example, 50 nm is deposited on the entire surface by using a sputtering method to form a barrier metal. Next, similarly, after tungsten (W) is deposited thickly by the sputtering method, the W via 31 is formed by polishing until the SiN film 29 is exposed by the chemical mechanical polishing (CMP) method.
[0045]
Next, as shown in FIG. 5, the composition (coating solution) for a low dielectric constant film of the present invention is applied using a spin coater, and a drying step and a cross-linking step are sequentially performed. An insulating film (low dielectric constant film) 32 was formed. Thereafter, a SiN film 33 was deposited to a thickness of, for example, 50 nm. This SiN film 33 also serves as a stopper in a chemical mechanical polishing (CMP) step. When the composition (coating solution) for a low dielectric constant film of the present invention is used, a SiN film can be formed satisfactorily with a uniform film thickness.
[0046]
Next, as shown in FIG.4+ CHF3After the SiN film 33 is etched by performing reactive ion etching (RIE) using GaN, O 2 is etched using the SiN film 33 as a mask.2The insulating film 32 was etched by performing reactive ion etching (RIE) using, and a trench for a wiring layer reaching the W via 31 was formed.
[0047]
Next, for example, a TaN film 34 having a thickness of 50 nm and a Cu seed layer 35 having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering, and electrolytic plating is performed using the Cu seed layer 35 as a plating base layer to perform Cu plating. The layer 36 was formed to a thickness of 600 nm to fill the wiring layer forming groove.
[0048]
Again, the Cu plating layer 36, the Cu seed layer 35, and the TaN film 34 are polished and removed until the SiN film 33 is exposed by the chemical mechanical polishing (CMP) method, as shown in FIG. A Cu embedded wiring layer 37 in which the 36 and the Cu seed layer 35 were integrated was formed.
[0049]
Next, as shown in FIG. 8, the thickness of the insulating film 38 is, for example, 400 nm, the thickness of the SiN film 39 is 50 nm, the thickness of the insulating film 40 is 400 nm, and the manufacturing process of the insulating film 32 and the SiN film 33 is exactly the same. And a 50 nm SiN film 41 were sequentially formed.
Then, CF4+ CHF3Ion etching (RIE) using O2 and O2Is formed twice by repeating reactive ion etching (RIE) using GaAs to form a via hole reaching the Cu buried wiring layer 37 in the insulating film 38, and forming a wiring layer groove in the insulating film 40, followed by sputtering. On the entire surface, TaN films 42 and 43 having a thickness of, for example, 50 nm and a Cu seed layer (not shown) having a thickness of 50 nm were sequentially deposited. Next, a Cu plating layer (not shown) having a thickness of 1400 nm was formed to fill the wiring layer forming groove and the via hole.
[0050]
Next, the Cu plating layer, the Cu seed layer, and the TaN films 42 and 43 are polished and removed again until the SiN film 41 is exposed by the CMP method, whereby the Cu plating layer and the Cu seed layer are integrated. Cu embedded wiring layers 44 and 45 were formed. In the Cu embedded wiring layer 44, the wiring layer and the via are integrally formed.
[0051]
A semiconductor integrated circuit device (semiconductor device) having a multilayer wiring structure can be obtained by repeating such a process of forming an insulating film, a process of forming a wiring layer groove and a via hole, and a process of forming a Cu buried wiring layer as necessary. Was.
[0052]
In the obtained semiconductor integrated circuit device (semiconductor device) having a multilayer wiring structure, the dielectric constant of the low dielectric constant film is about 2.25, so that the parasitic capacitance caused by the adjacent wiring layer can be significantly reduced. In addition, since variations in dielectric constant and film quality are extremely small, device characteristics and reliability can be further improved. In addition, a TaN film serving as a barrier metal is deposited to a thickness of 50 nm. This is to improve the adhesion between the TaN film and the Cu seed layer. Not something. Thereby, the ratio of Cu in the Cu embedded wiring layer is increased, so that an increase in wiring resistance due to miniaturization can be suppressed.
[0053]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.
[0054]
(Synthesis example 1)
-Synthesis of organic silicone (spherical siloxane resin)-
In 39.6 g of methyl isobutyl ketone, 20.8 g (0.1 mol) of tetraethoxysilane was dissolved. To this, 5.4 g (0.3 mol) of 400 ppm of nitric acid aqueous solution was added dropwise over 10 minutes, and after completion of the addition, an aging reaction was performed for 0.5 hour, and tetraethoxysilane was copolymerized to obtain a spherical siloxane resin (organic resin). Silicone) was synthesized.
Subsequently, 11.8 g (0.1 mol) of trimethylethoxysilane was added dropwise over 10 minutes. After completion of the dropping, an aging reaction was performed for 2 hours to silylate the residual ethoxy group or hydroxyl group of the spherical siloxane resin synthesized previously.
Next, 5 g of magnesium nitrate was added to remove excess water. The reaction solution was removed using a rotary evaporator. Furthermore, lyophilization was performed using 1,4-dioxane.
[0055]
When the weight average molecular weight of the obtained spherical siloxane resin was measured by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight (Mw) was about 15,000. Further, when the amount of the substituent in the spherical siloxane resin was examined using IR and NMR, it was found that the methyl group was about 85%, the ethoxy group was about 10%, the hydroxyl group was about 5%, and the polar group (ethoxy group) was used. And the hydroxyl group) was 15% with respect to the whole spherical siloxane resin.
[0056]
(Synthesis example 2)
-Synthesis of organic silicone (spherical siloxane resin)-
In 39.6 g of methyl isobutyl ketone, 20.8 g (0.1 mol) of tetraethoxysilane was dissolved. To this, 16.2 g (0.9 mol) of nitric acid solution having a concentration of 400 ppm was added dropwise over 10 minutes. After completion of the addition, an aging reaction was performed for 2 hours, and tetraethoxysilane was copolymerized to obtain a spherical siloxane resin (organic silicone). ) Was synthesized.
Subsequently, 5.9 g (0.05 mol) of trimethylethoxysilane was added dropwise over 10 minutes. After completion of the dropwise addition, an aging reaction was performed for 0.5 hour. The residual ethoxy groups or hydroxyl groups of the previously synthesized spherical siloxane resin were silylated.
Next, 5 g of magnesium nitrate was added to remove excess water. The reaction solution was removed using a rotary evaporator. Furthermore, lyophilization was performed using 1,4-dioxane.
[0057]
When the weight average molecular weight (Mw) of the obtained spherical siloxane resin was measured by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight (Mw) was about 80,000. Further, when the amount of the substituent in the spherical siloxane resin was examined by using IR and NMR, the methyl group was about 55%, the ethoxy group was about 35%, the hydroxyl group was about 10%, and the polar group (ethoxy group) was obtained. And the hydroxyl group) was 45% of the total amount of the siloxane resin.
[0058]
(Synthesis example 3)
-Synthesis of organic silicone-
A siloxane resin (organic silicone) was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 2 except that the amount of nitric acid was changed to 8.1 g (0.45 mol).
[0059]
The weight average molecular weight (Mw) of the obtained siloxane resin measured by gel permeation chromatography (GPC) was about 35,000. Further, when the amount of the substituent in the siloxane resin was examined using IR and NMR, it was found that the methyl group was about 60%, the ethoxy group was about 30%, the hydroxyl group was about 10%, and the polar groups (ethoxy group and hydroxyl group) were obtained. ) Was 40% of the total amount of the siloxane resin.
[0060]
(Synthesis example 4)
-Synthesis of organic silicone-
A siloxane resin (organic silicone) was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that triethoxysilane was changed to 5.9 g (0.05 mol) in Synthesis Example 1.
[0061]
The weight average molecular weight (Mw) of the obtained siloxane resin measured by gel permeation chromatography (GPC) was about 12,000. Further, when the amount of the substituent in the siloxane resin was examined using IR and NMR, it was found that the methyl group was about 60%, the ethoxy group was about 15%, the hydroxyl group was about 25%, and the polar groups (ethoxy group and hydroxyl group) were obtained. ) Was 40% of the total amount of the siloxane resin.
[0062]
[Table 1]
Figure 2004204061
[0063]
(Example 1)
-Preparation of composition for low dielectric constant film-
1 g of the organic silicone synthesized in Synthesis Example 1 and 9 g of the organic silicone synthesized in Synthesis Example 2 were dissolved in methyl isobutyl ketone to prepare a composition for a low dielectric constant film having a solid content concentration of 17.5% by mass.
[0064]
(Comparative Example 1)
-Preparation of composition for low dielectric constant film-
10 g of the organic silicone synthesized in Synthesis Example 1 was dissolved in methyl isobutyl ketone to prepare a composition for a low dielectric constant film having a solid content of 17.5% by mass.
[0065]
(Comparative Example 2)
-Preparation of composition for low dielectric constant film-
10 g of the organic silicone synthesized in Synthesis Example 2 was dissolved in methyl isobutyl ketone to prepare a composition for a low dielectric constant film having a solid content of 17.5% by mass.
[0066]
(Comparative Example 3)
-Preparation of composition for low dielectric constant film-
5 g of the organic silicone of Synthesis Example 1 and 5 g of the organic silicone of Synthesis Example 2 were dissolved in methyl isobutyl ketone to prepare a composition for a low dielectric constant film having a solid content of 17.5% by mass.
In the low dielectric constant film composition of Comparative Example 3, the organic silicone having a small polarity accounts for 50% by mass of the total organic silicone.
[0067]
(Comparative Example 4)
-Preparation of composition for low dielectric constant film-
1 g of the organic silicone of Synthesis Example 1 and 9 g of the organic silicone of Synthesis Example 3 were dissolved in methyl isobutyl ketone to prepare a composition for a low dielectric constant film having a solid content concentration of 17.5% by mass.
In the composition for a low dielectric constant film of Comparative Example 4, the weight average molecular weight of the organic silicone having a small polarity exceeds 1 / of the weight average molecular weight of the organic silicone having a large polarity.
[0068]
(Comparative Example 5)
-Preparation of composition for low dielectric constant film-
9 g of the organic silicone of Synthesis Example 2 and 1 g of the organic silicone of Synthesis Example 4 were dissolved in methyl isobutyl ketone to prepare a composition for a low dielectric constant film having a solid content of 17.5% by mass.
In the composition for a low dielectric constant film of Comparative Example 5, the ratio difference (BA) of polar groups is less than 10%.
[0069]
-Formation of low dielectric constant film-
Next, the obtained composition for a low dielectric constant film of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 was applied to the surface of a silicon wafer by a spin coating method (rotation speed: 3000 rpm, application time: 20 seconds). After heat treatment to evaporate the solvent, heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm or less. By this heat treatment, the siloxane resin was crosslinked, and the low dielectric constant films of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 were formed.
[0070]
A gold electrode of 1 mmφ was formed on each of the obtained low dielectric constant films, and the dielectric constant was measured. After the film was formed, it was left at 25 ° C. and 50% RH for 5 hours, and then the dielectric constant was measured again. Table 2 shows the results.
[0071]
[Table 2]
Figure 2004204061
[0072]
From the results shown in Table 2, the low dielectric constant film of Example 1 and the low dielectric constant film of Comparative Example 2 have a lower dielectric constant than the low dielectric constant film of Comparative Example 1 formed only of an organic silicone having a small weight average molecular weight. It was confirmed that it was low. This is presumably because the molecules of the low dielectric constant film of Comparative Example 1 were all small and the film density increased.
[0073]
Also, the dielectric constant of the low dielectric constant film of Example 1 and Comparative Example 2 was changed to 2.25 from the result of measuring the dielectric constant again after 5 hours from the film formation. However, the dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 2 increased to 2.6. This is presumably because the open pores in the low dielectric constant film of Comparative Example 2 absorbed moisture in the atmosphere.
[0074]
The dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 3 was 2.31, the dielectric constant of the low dielectric constant film of Example 1 was 2.3, and the dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 1 was 2.3. 27, the relative dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 2 was 2.3, which was not much different. However, when the dielectric constant was measured again 5 hours after the low dielectric constant film of Comparative Example 3 was formed, the dielectric constant of the low dielectric constant film of Example 1 did not change to 2.3. The dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 3 increased to 2.8 as in Comparative Example 2. This is presumably because the low-dielectric-constant film of Comparative Example 3 had many portions composed of molecules having a large molecular weight, and thus could not suppress the generation of open pores and absorbed moisture.
[0075]
Although the dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 4 was 2.3, the dielectric constant increased to 2.9 five hours after the film formation.
Although the dielectric constant of the low dielectric constant film of Comparative Example 5 was 2.26, the dielectric constant increased to 2.8 five hours after the film formation.
[0076]
-Formation of thin film on low dielectric constant film-
Next, a 50 nm thick SiN film was formed on the low dielectric constant films of Example 1 and Comparative Example 2 by the CVD method.
With respect to the obtained SiN films on the low dielectric constant films of Example 1 and Comparative Example 2, adhesion (coverability) and film thickness nonuniformity (surface roughness) were evaluated by the following methods.
[0077]
<Adhesion>
The state of the SiN film was observed by an image using an electron microscope.
<Thickness non-uniformity>
The film thickness and surface roughness were measured using a film thickness measuring device “Ellipsometer” (manufactured by Mizojiri Optical Laboratory).
[0078]
As a result, the low dielectric constant film of Comparative Example 2 showed that SiN penetrated into the low dielectric constant film (presumed to be due to open pores), poor adhesion (presumed to be caused by degassing from open pores), film Non-uniform thickness (probably due to surface roughness) was observed. On the other hand, the low dielectric constant film of Example 1 has a good thin film SiN film, has a low dielectric constant, has a stable dielectric constant, and has good thin film forming properties. Admitted.
Further, a 50 nm thick SiOC film was formed on the low dielectric constant film of Comparative Example 5 by the CVD method in the same manner as in Example 1, but no particular effect of improving the adhesion was obtained.
[0079]
(Example 3)
-Fabrication of a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure-
Using the composition for a low dielectric constant film of Example 1, a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure was manufactured.
First, as shown in FIG. 4, after a device isolation oxide film 22 is formed on a p-type silicon substrate 21 by using a selective oxidation method by a conventional process, a gate insulating film 23, a gate electrode 24, and A gate structure made of the SiN protective film 26 was formed, and As ions were implanted using the sidewalls 25 as a mask to form n-type source / drain regions 27.
In FIG. 4, a process for forming an LDD region and the like are omitted for simplicity of illustration and description.
[0080]
Next, on the entire surface, for example, a 1 μm thick SiO2After depositing the film 28 to form an interlayer insulating film, a SiN film 29 serving as a polishing stopper in a chemical mechanical polishing (CMP) step was deposited to a thickness of, for example, 100 nm.
[0081]
As shown in FIG. 4, after a via hole reaching the n-type source / drain region 27 is formed, a TaN film 30 having a thickness of, for example, 50 nm is deposited on the entire surface by a sputtering method to form a barrier metal. . Next, similarly, a tungsten (W) was deposited thickly by sputtering, and then polished by chemical mechanical polishing (CMP) until the SiN film 29 was exposed, thereby forming a W via 31.
[0082]
Next, as shown in FIG. 5, the composition for a low dielectric constant film of Example 1 was applied by a spin coater, and a drying step and a cross-linking step were sequentially performed. (Dielectric constant film) 32 was formed. Thereafter, a SiN film 33 was deposited to a thickness of, for example, 50 nm. This SiN film 33 also serves as a stopper in a chemical mechanical polishing (CMP) step.
As described above, when the composition for a low dielectric constant film of Example 1 was used, a SiN film was successfully formed with a uniform film thickness.
[0083]
As shown in FIG.4+ CHF3After the SiN film 33 is etched by performing reactive ion etching (RIE) using GaN, O 2 is etched using the SiN film 33 as a mask.2The insulating film 32 was etched by performing reactive ion etching (RIE) using, and a trench for a wiring layer reaching the W via 31 was formed.
[0084]
Next, by using a sputtering method, for example, a TaN film 34 having a thickness of 50 nm and a Cu seed layer 35 having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface, and electrolytic plating is performed by using the Cu seed layer 35 as a plating base layer. The Cu plating layer 36 was formed to a thickness of 600 nm to fill the wiring layer forming groove.
[0085]
Again, the Cu plating layer 36, the Cu seed layer 35, and the TaN film 34 are polished and removed until the SiN film 33 is exposed by the chemical mechanical polishing (CMP) method, as shown in FIG. A Cu embedded wiring layer 37 in which the plating layer 36 and the Cu seed layer 35 were integrated was formed.
[0086]
Then, as shown in FIG. 8, the thickness of the insulating film 38 is, for example, 400 nm, the thickness of the SiN film 39 is 50 nm, and the thickness of the insulating film 40 is 400 nm, in exactly the same manner as the manufacturing process of the insulating film 32 and the SiN film 33. , And a 50 nm SiN film 41 were sequentially formed.
Then, CF4+ CHF3Ion etching (RIE) using O2 and O2Is formed twice by repeating reactive ion etching (RIE) using GaAs to form a via hole reaching the Cu buried wiring layer 37 in the insulating film 38, and forming a wiring layer groove in the insulating film 40, followed by sputtering. On the entire surface, TaN films 42 and 43 having a thickness of, for example, 50 nm and a Cu seed layer (not shown) having a thickness of 50 nm were sequentially deposited. Next, a Cu plating layer (not shown) having a thickness of 1400 nm was formed to fill the wiring layer forming groove and the via hole.
[0087]
Next, the Cu plating layer, the Cu seed layer, and the TaN films 42 and 43 are polished and removed again until the SiN film 41 is exposed by the CMP method, whereby the Cu plating layer and the Cu seed layer are integrated. Cu embedded wiring layers 44 and 45 were formed. In the Cu embedded wiring layer 44, the wiring layer and the via were formed integrally.
[0088]
A semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure was obtained by repeating such steps of forming an insulating film, forming a wiring layer groove and a via hole, and forming a Cu embedded wiring layer a required number of times.
[0089]
In the third embodiment, since the dielectric constant of the low dielectric constant film is about 2.25, the parasitic capacitance caused by the adjacent wiring layer can be significantly reduced, and the variation in the dielectric constant and film quality is extremely small. Because of the small size, device characteristics and reliability could be further improved.
In the third embodiment, a TaN film serving as a barrier metal is deposited to a thickness of 50 nm. This is to improve the adhesion between the TaN film and the Cu seed layer. There is no problem with thinning. As a result, the ratio of Cu in the Cu-embedded wiring layer increases, so that an increase in wiring resistance due to miniaturization can be suppressed.
In the semiconductor device of Example 3, similar good results were obtained when the low dielectric constant film of Example 2 was used as an interlayer insulating film.
[0090]
Here, the preferred embodiments of the present invention are as follows.
(Supplementary Note 1) Two or more polar components having different polarities are contained, and the polarity of the polar component (A) is smaller than the polarity of the polar component (B).
When the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (A) is A%, and the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (B) is B%, The ratio difference (BA) is 10% or more,
The content of the polar component (A) is 30% by mass or less based on the total amount of the polar component;
A composition for a low dielectric constant film, wherein the weight average molecular weight of the polar component (A) is 1/4 or less of the weight average molecular weight of the polar component (B).
(Supplementary Note 2) The composition for a low dielectric constant film according to Supplementary Note 1, wherein the polar group is selected from an alkoxy group, a hydroxyl group, and a carboxyl group.
(Supplementary note 3) The low dielectric constant film according to any one of Supplementary notes 1 and 2, wherein the weight average molecular weight of the polar component (A) is less than 20,000 and the weight average molecular weight of the polar component (B) is 20,000 or more. Composition.
(Supplementary Note 4) The low-temperature light-emitting device according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, further including a polar component (c) having a polarity larger than the polarity of the polar component (A) and smaller than the polarity of the polar component (B). Composition for dielectric constant film.
(Supplementary Note 5) For a low dielectric constant film according to any one of Supplementary Notes 1 to 4, wherein at least one of the polar components is an organic silicone obtained by hydrolyzing an alkoxysilane represented by the following general formula (I). Composition.
XnSi (OR)4-n... General formula (I)
(In the general formula (I), X represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group or a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, or a vinyl group. R represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a vinyl group. And n represents an integer of 0 to 3.)
(Supplementary Note 6) The composition for a low dielectric constant film according to Supplementary Note 5, wherein the alkoxysilane is selected from tetraalkoxysilanes, monoalkyl trialkoxysilanes, alkoxysilanes, and aminoalkylalkoxysilanes.
(Supplementary Note 7) A low dielectric constant film formed using the composition for a low dielectric constant film according to any one of Supplementary Notes 1 to 6.
(Supplementary Note 8) For the low dielectric constant film formed by applying the composition for a low dielectric constant film on a substrate, any one of baking, ultraviolet irradiation, infrared irradiation, electron beam irradiation, X-ray irradiation, and oxygen plasma irradiation is performed. 8. The low dielectric constant film according to supplementary note 7, which has been treated.
(Supplementary note 9) The low dielectric constant film according to Supplementary note 8, wherein the low dielectric constant film is formed by applying the composition for a low dielectric constant film on a substrate by one of a spin coating method and a dip coating method, and then performing a heat treatment. Rate membrane.
(Supplementary Note 10) The low dielectric constant film according to Supplementary notes 8 to 9, wherein the heat treatment is performed at 120 to 350 ° C for 5 to 10 minutes.
(Supplementary Note 11) The low dielectric constant film according to any one of Supplementary Notes 8 to 10, wherein the firing is performed in an inert atmosphere at 350 to 450 ° C.
(Supplementary Note 12) Assuming that the dielectric constant immediately after the film formation is X and the dielectric constant after standing at 25 ° C. and 50% RH for 5 hours is Y, the dielectric constant difference (Y−X) is −0.1 to +0. 12. The low dielectric constant film according to any one of supplementary notes 7 to 11, wherein
(Supplementary Note 13) The semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 7 to 12, including a substrate, and a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers formed by being alternately stacked on the substrate. A semiconductor device characterized by being a dielectric constant film.
(Supplementary Note 14) The semiconductor device according to supplementary note 12, wherein the wiring layer is formed of any one of aluminum, an aluminum alloy, copper, and a copper alloy.
[0091]
【The invention's effect】
According to the present invention, the conventional problems are solved, the dielectric constant is low, the stability of the low dielectric constant is excellent, the low dielectric constant film having a good thin film forming property, the composition for the low dielectric constant film, and A high-speed and highly reliable semiconductor device having the low dielectric constant film can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining open pores and closed pores formed in a porous silicone thin film.
FIG. 2 shows a case where a solution in which a molecule having a small polarity (polar component) and a molecule having a large polarity (polar component) are mixed is applied onto a substrate (FIG. 2A); FIG. 2B is a schematic diagram for explaining a property (FIG. 2B) in which molecules (polar components) gather on the surface side and molecules (polar components) having high polarity gather on the substrate side.
FIG. 3 is a diagram showing a mixture of a molecule having a small polarity and a small weight-average molecular weight (polar component) and a molecule having a large polarity and a large weight-average molecular weight (a polar component) applied to a substrate. In this case (FIG. 3A), molecules having a small polarity and a small weight average molecular weight (polar component) gather on the surface side, and molecules having a large polarity and a large weight average molecular weight (polar component) gather on the substrate side. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining properties (FIG. 3B).
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a step of forming n-type source / drain regions in manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a state in which a low dielectric constant film of the present invention is formed in manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure according to one embodiment of the present invention. .
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a state in which a wiring layer groove is formed in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a state in which a Cu embedded wiring layer is formed in manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a step of forming an insulating film, a step of forming wiring layer grooves and via holes, and a step of forming a Cu embedded wiring layer in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure according to one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for illustrating a state in which a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure is formed by repeating the forming step as many times as necessary.
[Explanation of symbols]
21 ... Silicon substrate
22 ・ ・ ・ Element separation film
23 ... Gate insulating film
24 ... Gate electrode
25 ・ ・ ・ Sidewall
26 ... SiN protective film
27 ... n-type source / drain regions
28 ... SiO2film
29 ... SiN film
30 ... TaN film
31 ・ ・ ・ W via
32 ・ ・ ・ Low dielectric constant film
33 ... SiN film
34 ... TaN film
35 ... Cu seed layer
36 ... Cu plating layer
37 ... Cu embedded wiring layer
38 ... insulating layer
39 ... SiN film
40 ... insulating film
41 ... SiN film
42, 43 ... TaN film
44, 45 ... Cu embedded wiring layer

Claims (5)

互いに極性の異なる有極性成分を2種以上含有してなり、有極性成分(A)の極性が有極性成分(B)の極性よりも小さく、
該有極性成分(A)の分子中の全置換基における極性基の比率をA%とし、該有極性成分(B)の分子中の全置換基における極性基の比率をB%とした時、比率差(B−A)が10%以上であり、
該有極性成分(A)の含有量が、有極性成分の総量に対し、30質量%以下であり、
該有極性成分(A)の重量平均分子量が、有極性成分(B)の重量平均分子量の1/4以下であることを特徴とする低誘電率膜用組成物。
It contains two or more polar components having different polarities, and the polarity of the polar component (A) is smaller than that of the polar component (B).
When the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (A) is A%, and the ratio of the polar group in all the substituents in the molecule of the polar component (B) is B%, The ratio difference (BA) is 10% or more;
The content of the polar component (A) is 30% by mass or less based on the total amount of the polar component;
A composition for a low dielectric constant film, wherein the weight average molecular weight of the polar component (A) is 1/4 or less of the weight average molecular weight of the polar component (B).
極性基が、アルコキシ基、水酸基及びカルボキシル基から選択される請求項1に記載の低誘電率膜用組成物。The composition for a low dielectric constant film according to claim 1, wherein the polar group is selected from an alkoxy group, a hydroxyl group, and a carboxyl group. 有極性成分の少なくとも1つが、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを加水分解して得られる有機シリコーンである請求項1から2のいずれかに記載の低誘電率膜用組成物。
Si(OR)4−n・・・一般式(I)
(一般式(I)中、Xは、水素原子、フッ素原子、アルキル基若しくはフッ素置換アルキル基、アリール基、又はビニル基を表す。Rは、水素原子、アルキル基、アリール基、又はビニル基を表す。nは、0〜3の整数を表す。)
3. The composition for a low dielectric constant film according to claim 1, wherein at least one of the polar components is an organic silicone obtained by hydrolyzing an alkoxysilane represented by the following general formula (I).
X n Si (OR) 4-n General formula (I)
(In the general formula (I), X represents a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group or a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, or a vinyl group. R represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a vinyl group. N represents an integer of 0 to 3.)
請求項1から3のいずれかに記載の低誘電率膜用組成物を用いて形成されたことを特徴とする低誘電率膜。A low dielectric constant film formed using the composition for a low dielectric constant film according to claim 1. 基板と、該基板上に交互に積層して形成した複数の絶縁層及び複数の配線層とを含み、該絶縁層の少なくとも一つが、請求項4に記載の低誘電率膜であることを特徴とする半導体装置。A substrate, comprising a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers alternately laminated on the substrate, wherein at least one of the insulating layers is the low dielectric constant film according to claim 4. Semiconductor device.
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