JP2006028473A - Organic/inorganic composite, its manufacturing method, and semiconductor device using the same - Google Patents

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Akiro Masakado
彰朗 正角
Kunio Hirata
国男 平田
Shigeki Nomura
茂樹 野村
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic/inorganic composite which can form an insulating film having a low dielectric-constant, high mechanical strength and high flatness, to provide its manufacturing method, and to provide a semiconductor device using the composite. <P>SOLUTION: The organic/inorganic composite having a crosslinked structure by metal-oxygen bonding comprises a compound expressed in general formula (1). (In the formula, M is a metal or silicon, X is an -O- bond or an OH group involved in crosslinking, R<SP>1</SP>is an 8-20C atom-containing molecular chain group, R<SP>2</SP>is either one of a methyl, ethyl, propyl or phenyl group, n1 and n2 are each either 0, 1 or 2). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機無機複合体、その製造方法およびこれを用いた半導体装置に係り、特に低誘電率の有機無機複合体に関する。   The present invention relates to an organic / inorganic composite, a method for producing the same, and a semiconductor device using the same, and more particularly to an organic / inorganic composite having a low dielectric constant.

コンピュータなどの電子機器の著しい進展に伴い、半導体装置の微細化による高速化、軽量小型化、低消費電力化への要求が高まっている。これらの要求に応えて、近年ULSI(超大規模集積回路)での微細化、高集積化が進められており、この実現手段のひとつに、マイクロプロセッサなどの配線多層化による高集積化があげられる。
そしてこの配線多層化におけるもっとも大きな課題が層間絶縁膜の機能の向上である。層間絶縁膜には、高絶縁性、配線間容量の低減、微細な配線スペースヘの確実な成膜、表面の平坦化などの高機能が要求され、種々の検討がなされてきており、なかでも低誘電率化は大きな課題である。
With the remarkable progress of electronic devices such as computers, demands for higher speed, lighter weight, and lower power consumption due to miniaturization of semiconductor devices are increasing. In response to these demands, miniaturization and high integration in ULSI (ultra-large scale integrated circuit) have been promoted in recent years, and one of the means for realizing this is high integration by multilayer wiring such as a microprocessor. .
And the biggest problem in this multilayer wiring is improvement of the function of the interlayer insulating film. Interlayer insulation films are required to have high functions such as high insulation, reduction of inter-wiring capacitance, reliable film formation in fine wiring spaces, and surface flattening, and various studies have been made. Dielectric constant is a big issue.

また、半導体装置の表面を被覆保護する目的で形成されるパッシベーション膜についても、耐湿性等の機能とともに、この上層にボンディングパッドが形成される場合あるいは、再配列配線を形成するような場合にはこの膜と下層配線との間の寄生容量が駆動速度低下の深刻な原因となるため、低誘電率化が求められている。   In addition, with respect to a passivation film formed for the purpose of covering and protecting the surface of a semiconductor device, in addition to functions such as moisture resistance, when a bonding pad is formed on this upper layer, or when rearranged wiring is formed. Since the parasitic capacitance between this film and the lower layer wiring causes a serious decrease in driving speed, a reduction in dielectric constant is demanded.

現在、層間絶縁膜・配線間絶縁膜、パッシベーション膜に主として使用されている絶縁材料は、酸化シリコンSiO2であり、比誘電率kはおよそ4.0である。そして低誘電
率化を求めて、フッ素ドープ酸化シリコン(k:約3.7)、有機高分子材料(k:2.0〜2.7)等の新材料が検討されている。また、低誘電率化を求めて、シリコンポリマーなど種々の研究がなされている(特許文献1参照)。
しかしながら、さらなる高速化・高集積化が進むにつれて、これらの材料では誘電率が十分ではなく、さらなる低誘電率化が課題となっている。
At present, the insulating material mainly used for the interlayer insulating film, the inter-wiring insulating film, and the passivation film is silicon oxide SiO 2 , and the relative dielectric constant k is about 4.0. In order to reduce the dielectric constant, new materials such as fluorine-doped silicon oxide (k: about 3.7) and organic polymer materials (k: 2.0 to 2.7) have been studied. In addition, various researches such as silicon polymers have been made in order to reduce the dielectric constant (see Patent Document 1).
However, as the speed and integration increase further, the dielectric constant of these materials is not sufficient, and further reduction of the dielectric constant is a problem.

このような状況の中で、ガス中蒸発法も提案されている。ガス中蒸発法で成膜したシリコン超微粒子酸化膜(SiOx超微粒子膜)は、ナノポーラス膜であり、比誘電率1.83という極めて低い誘電率のものも得られている。しかしながら、このナノポーラス膜は、吸湿性が高く、使用環境下での比誘電率の増加が大きく、脆性のために取り扱いが難しい上、成膜工程も工数が多く煩雑で、実用に供し得る程度のものではなかった。また、高温下での形成となり、成膜時の熱により半導体装置の下地配線の劣化を生じたりするなどの問題もあった。   Under such circumstances, a gas evaporation method has also been proposed. A silicon ultrafine particle oxide film (SiOx ultrafine particle film) formed by a gas evaporation method is a nanoporous film, and an extremely low dielectric constant of 1.83 has been obtained. However, this nanoporous film is highly hygroscopic, has a large increase in relative dielectric constant under the environment of use, is difficult to handle due to brittleness, has a large number of man-hours in the film formation process, and can be put to practical use. It was not a thing. In addition, there is a problem that the formation is performed at a high temperature, and the underlying wiring of the semiconductor device is deteriorated by heat during film formation.

さらにまた、上述した膜は、空隙がランダムに形成された構造であって層間絶縁膜として用いようとすると、機械的強度が著しく低く、破損しやすく、半導体素子の信頼性低下の原因となっていた。
また、半導体装置の層間絶縁膜、パッシベーション膜などとして用いる場合、温度変化や、機械的衝撃に対する緩衝作用も重大な課題であり、CMP耐性が、半導体装置全体としての歩留まりに大きな影響を与えるものとなっている。
特開2002−167438号公報
Furthermore, the above-described film has a structure in which voids are randomly formed, and when used as an interlayer insulating film, the mechanical strength is remarkably low, it is easily damaged, and causes a decrease in reliability of the semiconductor element. It was.
In addition, when used as an interlayer insulating film, a passivation film, etc. of a semiconductor device, temperature change and buffering action against mechanical shock are also important issues, and CMP resistance greatly affects the yield of the entire semiconductor device. It has become.
JP 2002-167438 A

このように従来の絶縁膜では、層間絶縁膜等の半導体装置用として実用に供し得る程度の物性値をもたせようとすると、十分に誘電率を下げることができず、また、誘電率を上
げようとすると、耐熱性あるいは機械的強度が充分に得られないという問題があった。
特に、層間絶縁膜として用いる場合にはCMP(Chemical Mechanical Polishing)等
を用いて表面レベルの平坦化を行なうことが多い。しかしながらCMP工程においては研磨に絶え得る強度と靱性が必要である。
また、半導体装置は、製造工程中のみならず、特に大電流用途に用いられるデバイスでは、使用時においても、高温環境あるいは温度変化を受けやすく、配線パターンあるいは半導体装置にストレスを与えることとなり、半導体装置の劣化を生じ易いという問題もあった。
さらに、絶縁膜材料の製造方法における前駆体は、有機溶媒を含有することを特徴としているが、有機溶媒の特性によってはスピンコート法で絶縁膜を形成した場合、平坦性が得られない問題と、より低い誘電率が得られないという問題があった。
As described above, in the conventional insulating film, the dielectric constant cannot be lowered sufficiently and the dielectric constant should be increased if an attempt is made to provide a physical property value that can be practically used for a semiconductor device such as an interlayer insulating film. Then, there was a problem that sufficient heat resistance or mechanical strength could not be obtained.
In particular, when used as an interlayer insulating film, surface level planarization is often performed using CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. However, in the CMP process, it is necessary to have strength and toughness that can withstand polishing.
Also, semiconductor devices are not only in the manufacturing process, but especially in devices used for high current applications, even during use, they are susceptible to high-temperature environments or temperature changes, and stress is applied to wiring patterns or semiconductor devices. There is also a problem that the apparatus is likely to deteriorate.
Furthermore, the precursor in the method for producing an insulating film material is characterized by containing an organic solvent, but depending on the characteristics of the organic solvent, when an insulating film is formed by a spin coating method, flatness cannot be obtained. There is a problem that a lower dielectric constant cannot be obtained.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、低誘電率でしかも機械的強度の高く、平坦性の高い絶縁膜を形成できる有機無機複合体を提供すること、その製造方法およびその複合体を用いた半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an organic-inorganic composite capable of forming an insulating film having a low dielectric constant, high mechanical strength, and high flatness, and a method for producing the same. Another object is to provide a semiconductor device using the composite.

本発明は下記(1)〜(29)により達成された。
(1)金属−酸素結合による架橋構造を有する有機無機複合体において、下記一般式(1)で示される化合物を有することを特徴とする有機無機複合体。
The present invention has been achieved by the following (1) to (29).
(1) An organic-inorganic composite having a cross-linked structure by a metal-oxygen bond, wherein the organic-inorganic composite has a compound represented by the following general formula (1).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(式中、Mは金属又はシリコン、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、R1
は炭素数8〜20の炭素原子含有分子鎖基であり、R2はメチル、エチル、プロピル、又
はフェニル基のいずれかの基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。)
(In the formula, M is a metal or silicon, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and R 1
Is a carbon atom-containing molecular chain group having 8 to 20 carbon atoms, R 2 represents any one of methyl, ethyl, propyl, and phenyl groups, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2, is there. )

(2)前記Mはシリコンであることを特徴とする前記(1)に記載の有機無機複合体。 (2) The organic-inorganic composite as described in (1) above, wherein M is silicon.

(3)前記一般式(1)においてR1はポリメチレン基であることを特徴とする前記(1
)に記載の有機無機複合体。
(3) In the general formula (1), R 1 is a polymethylene group.
) Organic-inorganic composite described in the above.

(4)前記ポリメチレン基が下記一般式(2)で表されることを特徴とする前記(3)に記載の有機無機複合体。 (4) The organic-inorganic composite as described in (3) above, wherein the polymethylene group is represented by the following general formula (2).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(式中、nは整数を表す。) (In the formula, n represents an integer.)

(5)前記化合物が、下記一般式(3)で示される化合物であることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載の有機無機複合体。 (5) The organic-inorganic composite according to any one of (1) to (4), wherein the compound is a compound represented by the following general formula (3).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(式中、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。) (In the formula, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.)

(6)前記一般式(1)においてR1はベンゼン環を含む炭化水素基であることを特徴と
する前記(1)または(2)に記載の有機無機複合体。
(6) The organic-inorganic composite as described in (1) or (2) above, wherein R 1 in the general formula (1) is a hydrocarbon group containing a benzene ring.

(7)前記炭化水素基が下記一般式(4)で表されることを特徴とする前記(6)に記載の有機無機複合体。 (7) The organic-inorganic composite as described in (6) above, wherein the hydrocarbon group is represented by the following general formula (4).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(8)前記一般式(4)において、n、mが1〜20の整数の範囲にあることを特徴とする前記(7)に記載の有機無機複合体。 (8) In the said General formula (4), n and m exist in the range of the integer of 1-20, The organic inorganic composite as described in said (7) characterized by the above-mentioned.

(9)前記一般式(4)において、n、mが各々2であることを特徴とする前記(8)に記載の有機無機複合体。 (9) In the said General formula (4), n and m are 2, respectively, The organic-inorganic composite as described in said (8) characterized by the above-mentioned.

(10)前記化合物が、下記一般式(5)で示される化合物であることを特徴とする前記(1)、(2)、(6)、(7)、(8)および(9)のいずれかに記載の有機無機複合体。 (10) Any of the above (1), (2), (6), (7), (8) and (9), wherein the compound is a compound represented by the following general formula (5) An organic-inorganic composite according to any one of the above.

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(式中、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。) (In the formula, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.)

(11)さらに、下記一般式(6)で示される化合物を有することを特徴とする前記(1)に記載の有機無機複合体。 (11) The organic-inorganic composite as described in (1) above, further comprising a compound represented by the following general formula (6).

4-n3 − M − (R3n3 ・・・(6) X 4-n3 - M - ( R 3) n3 ··· (6)

(式中、Mは金属又はシリコン、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、R3
は炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基であり、n3は1、2または3のいずれかである。)
(Wherein M is a metal or silicon, X is an —O— bond or OH group involved in cross-linking, and R 3
Is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and n3 is either 1, 2 or 3. )

(12)前記一般式(6)で示される化合物の含有量が、前記一般式(1)で示される化合物と前記一般式(6)で示される化合物の合計量に対して5〜20質量%であることを特徴とする前記(11)に記載の有機無機複合体。 (12) The content of the compound represented by the general formula (6) is 5 to 20% by mass with respect to the total amount of the compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (6). The organic-inorganic composite as described in (11) above, wherein

(13)前記(1)乃至(12)のいずれかに記載の有機無機複合体を製造する方法であって、
複数の架橋性シリル基と、これに共有結合せしめられた炭素原子とを有する有機無機複合架橋性化合物とを含む混合物からなる前駆体を調整する工程と、
前記前駆体を基体上に成膜する工程と、
前記架橋性シリル基を加水分解/縮合させ、有機無機複合体を形成する縮合工程とを含むことを特徴とする有機無機複合体の製造方法。
(13) A method for producing the organic-inorganic composite according to any one of (1) to (12),
Preparing a precursor comprising a mixture comprising a plurality of crosslinkable silyl groups and an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a carbon atom covalently bonded thereto;
Depositing the precursor on a substrate;
And a condensation step of hydrolyzing / condensing the crosslinkable silyl group to form an organic-inorganic composite.

(14)前記前駆体は、沸点が100℃〜130℃の溶媒を含むことを特徴とする前記(13)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (14) The method for producing an organic-inorganic composite according to (13), wherein the precursor includes a solvent having a boiling point of 100 ° C to 130 ° C.

(15)前記縮合工程は、前記架橋性シリル基に対して0.5〜1.5当量の水を添加する工程を含むことを特徴とする前記(13)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (15) The production of the organic-inorganic composite according to (13), wherein the condensation step includes a step of adding 0.5 to 1.5 equivalents of water to the crosslinkable silyl group. Method.

(16)前記縮合工程は、さらに触媒を添加する工程を含むことを特徴とする前記(15)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (16) The method for producing an organic-inorganic composite according to (15), wherein the condensation step further includes a step of adding a catalyst.

(17)前記触媒はブレンステッド酸であることを特徴とする前記(16)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (17) The method for producing an organic-inorganic composite according to (16), wherein the catalyst is a Bronsted acid.

(18)前記前駆体溶液は、少なくとも下記一般式(7)で示される化合物を有することを特徴とする前記(13)乃至(17)のいずれかに記載の有機無機複合体の製造方法。 (18) The method for producing an organic-inorganic composite according to any one of (13) to (17), wherein the precursor solution includes at least a compound represented by the following general formula (7).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(式中、Mは金属又はシリコンであり、R1は炭素数8〜20の炭素原子含有分子鎖基で
あり、R2はメチル、エチル、プロピル、又はフェニル基のいずれかの基を表し、R5はCl、OCH3、OC25、OC65、OH又はOCOCH3基のいずれかの基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである)
(In the formula, M is a metal or silicon, R 1 is a carbon atom-containing molecular chain group having 8 to 20 carbon atoms, R 2 represents any group of methyl, ethyl, propyl, or phenyl group, R 5 represents any one of Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH and OCOCH 3 groups, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2)

(19)前記一般式(7)においてR1は下記一般式(4)で表されることを特徴とする
前記(18)に記載の有機無機複合体の製造方法。
(19) The method for producing an organic-inorganic composite as described in (18) above, wherein R 1 in the general formula (7) is represented by the following general formula (4).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(20)前記一般式(4)の構造がp体であることを特徴とする前記(19)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (20) The method for producing an organic-inorganic composite according to the above (19), wherein the structure of the general formula (4) is a p-form.

(21)前記一般式(7)においてR1は−(CH28− で表されるオクタメチレンで
あることを特徴とする前記(18)に記載の有機無機複合体の製造方法。
R 1 in (21) above general formula (7) - (CH 2) 8 - preparation method of organic-inorganic composite according to (18), which is a octamethylene represented by.

(22)前記一般式(7)において、R2はメチル基を、R5はOCH3またはOC25
を表すことを特徴とする前記(18)に記載の有機無機複合体の製造方法。
(22) In the general formula (7), the R 2 is a methyl group, method for producing R 5 is OCH 3 or an organic-inorganic composite according to (18), characterized in that representing the OC 2 H 5 group .

(23)前記前駆体溶液は、さらに下記一般式(8)で示される化合物を有することを特徴とする前記(18)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (23) The method for producing an organic-inorganic composite according to (18), wherein the precursor solution further includes a compound represented by the following general formula (8).

5 4-n3 − M − (R3n3 ・・・(8) R 5 4-n3 -M- (R 3 ) n3 (8)

(式中、Mは金属又はシリコンであり、R3は炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基で
あり、R5はCl、OCH3、OC25、OC65、OH又はOCOCH3基のいずれかの
基を表し、n3は1、2または3のいずれかである)
(Wherein M is a metal or silicon, R 3 is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and R 5 is Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH or Represents any group of OCOCH 3 groups, n3 is either 1, 2 or 3)

(24)前記一般式(8)で示される化合物の含有量が、前記一般式(7)で示される化合物と前記一般式(8)で示される化合物の合計量に対して5〜20質量%であることを特徴とする前記(23)に記載の有機無機複合体の製造方法。 (24) The content of the compound represented by the general formula (8) is 5 to 20% by mass with respect to the total amount of the compound represented by the general formula (7) and the compound represented by the general formula (8). The method for producing an organic-inorganic composite as described in (23) above, wherein

(25)前記(1)乃至(12)のいずれかに記載のシリコン−酸素結合による架橋構造有機無機複合体を用いたことを特徴とする半導体装置。 (25) A semiconductor device using the organic-inorganic composite having a crosslinked structure with a silicon-oxygen bond according to any one of (1) to (12).

(26)半導体基板または半導体基板上に形成された第1の配線導体と、第2の配線導体との間に介在せしめられる層間絶縁膜を具備し、
前記層間絶縁膜が、前記シリコン−酸素結合による架橋構造を有する有機無機複合体で構成されたことを特徴とする前記(25)に記載の半導体装置。
(26) comprising a semiconductor substrate or an interlayer insulating film interposed between the first wiring conductor formed on the semiconductor substrate and the second wiring conductor;
The semiconductor device according to (25), wherein the interlayer insulating film is formed of an organic-inorganic composite having a cross-linked structure by the silicon-oxygen bond.

(27)素子形成のなされた半導体基板表面にパッシベーション膜を形成してなり、前記パッシベーション膜が、前記シリコン−酸素結合による架橋構造を有する有機無機複合体で構成されたことを特徴とする前記(25)または(26)に記載の半導体装置。 (27) A passivation film is formed on a surface of a semiconductor substrate on which an element is formed, and the passivation film is composed of an organic-inorganic composite having a crosslinked structure by the silicon-oxygen bond. 25) The semiconductor device according to (26).

かかる構成によれば、R1における炭素数を8乃至20としたとき、分子中の直鎖の部
分の長さが長くなると、空孔径が大きくなり、空孔率を高めることができ、低誘電率の有機無機複合体を得ることができる。またこの有機無機複合体によれば、均一に空孔が形成され、骨格強度が高く応力により変形しにくい低誘電率薄膜を構成することができる。空孔が不均一である場合、応力歪を生じ易く、より変形しやすいだけでなく、クラックの発生点となりやすいという問題がある。半導体装置の製造工程においては、成膜後、研磨時の応力、あるいは後続工程におけるやCVDやエッチングにおいて応力を受け易いプロセスが多い。また実装工程においても、樹脂封止工程あるいはハンダリフロー時の熱など複数回の熱工程を経ることが多い。さらには製品となった後は、使用時の温冷繰り返しなどによる応力もある。
According to this configuration, when the number of carbon atoms in R 1 is 8 to 20, when the length of the straight chain portion in the molecule is increased, the pore diameter is increased and the porosity can be increased. Rate organic-inorganic composite can be obtained. Moreover, according to this organic-inorganic composite, it is possible to form a low dielectric constant thin film in which pores are uniformly formed, the skeleton strength is high, and the material is not easily deformed by stress. When the pores are non-uniform, there is a problem that stress strain is likely to occur, and not only is the deformation more likely to occur, but also the occurrence of cracks. In the manufacturing process of a semiconductor device, there are many processes that are susceptible to stress at the time of polishing after film formation, or stress in subsequent processes, CVD, or etching. Also, in the mounting process, a plurality of heat processes such as a resin sealing process or heat during solder reflow are often performed. Furthermore, after it becomes a product, there is stress due to repeated heating and cooling during use.

このような状況の中でCMP工程に耐え得る程度の強度を持ち、空隙率が十分に高く低誘電率となっている。
さらにまた、高度の靭性をもつため、温度変化に際しても、機械的衝撃に対する緩衝作用も大きく、温度変化を受けやすい場所でも信頼性の高い構造体あるいは構造体薄膜を提
供することが可能となる。また、十分な架橋密度を有する有機無機複合体であるため、環境変化に対する大きな寸法変化が見られず、強度変化も少ない。
In such a situation, it has a strength that can withstand the CMP process, and has a sufficiently high porosity and a low dielectric constant.
Furthermore, since it has a high degree of toughness, it can provide a highly reliable structure or structure thin film even in a place where it is susceptible to a temperature change due to a large buffering effect against a mechanical shock even when the temperature changes. Moreover, since it is an organic-inorganic composite having a sufficient crosslinking density, a large dimensional change with respect to an environmental change is not observed, and a change in strength is small.

本発明の有機無機複合体は、下記一般式(1)で示される化合物を含む。   The organic-inorganic composite of the present invention contains a compound represented by the following general formula (1).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

式中、Mは金属又はシリコン、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、R1
は炭素数8〜20の炭素原子含有分子鎖基であり、R2はメチル、エチル、プロピル、又
はフェニル基のいずれかの基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。R2がXの架橋に関与する場合は、R1と同様に、炭素数20より大きくなると耐熱性が低下したり、空隙が大きすぎて強度が低下したり、骨格が曲がりやすくなり、径の不均一化が生じてしまい、空隙分布が均一とならず、十分な強度あるいは靱性を得ることができない。一方、炭素数が8に満たないと分子直鎖が短すぎて、良好な多面体構造を形成できない。また、R2がヘテロ原子を有している場合は、酸あるいは熱による切断の可能性があ
るが、炭化水素化合物はこれら酸あるいは熱による攻撃を受けにくく極めて安定である。ここで炭化水素基としては、アルキレン鎖、含芳香族鎖などがあげられる。
In the formula, M is a metal or silicon, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and R 1
Is a carbon atom-containing molecular chain group having 8 to 20 carbon atoms, R 2 represents any one of methyl, ethyl, propyl, and phenyl groups, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2, is there. When R 2 is involved in the cross-linking of X, as in R 1 , when it has a carbon number greater than 20, the heat resistance decreases, the voids are too large, the strength decreases, and the skeleton tends to bend. Non-uniformity occurs, the void distribution is not uniform, and sufficient strength or toughness cannot be obtained. On the other hand, if the number of carbon atoms is less than 8, the molecular straight chain is too short to form a good polyhedral structure. Further, when R 2 has a hetero atom, there is a possibility of cleavage by acid or heat, but the hydrocarbon compound is extremely stable because it is not easily attacked by these acid or heat. Examples of the hydrocarbon group include an alkylene chain and an aromatic chain.

かかる構造によれば、誘電率としては、3.0以下の値を得ることができ、CMP耐性を持つ強度を有し、良好にCMPを行なうことができる。   According to such a structure, the dielectric constant can be a value of 3.0 or less, has a strength having CMP resistance, and can perform CMP satisfactorily.

また望ましくはこの有機無機複合体において、前記Mはシリコンである。シリコンは強酸、高温高湿度環境下でも安定であり、半導体装置中で悪影響を与えることがないため、有効である。   Desirably, in the organic-inorganic composite, M is silicon. Silicon is effective because it is stable in a strong acid, high temperature and high humidity environment and does not adversely affect the semiconductor device.

なお、金属−酸素結合としては、シリコン酸素結合の他、アルミニウム−酸素結合、チタン−酸素結合、ジルコニウム−酸素結合などの場合も有効であり、これらは強酸、高温高湿度環境下でも安定である。
また、シリコン−酸素結合を主として使用し、金属−酸素結合あるいはリン−酸素結合、ホウ素−酸素結合などを併用してもよい。シリコンと金属元素などとの原子比率は全金属原子100モル%とした場合、50モル%以上であるようにするのが望ましい。
The metal-oxygen bond is effective in the case of an aluminum-oxygen bond, a titanium-oxygen bond, a zirconium-oxygen bond, etc. in addition to a silicon oxygen bond, and these are stable even in a strong acid, high temperature and high humidity environment. .
Further, silicon-oxygen bonds are mainly used, and metal-oxygen bonds, phosphorus-oxygen bonds, boron-oxygen bonds, or the like may be used in combination. The atomic ratio between silicon and metal elements is preferably 50 mol% or more when the total metal atoms are 100 mol%.

また、本発明の有機無機複合体は、一般式(1)で表される化合物におけるR1が炭化
水素基であるものを含む。
1が炭化水素基であることにより、柔軟化、膜物性を制御する分子鎖であり、炭素原
子がない場合には不安定である。
The organic-inorganic composite of the present invention includes those in which R 1 in the compound represented by the general formula (1) is a hydrocarbon group.
Since R 1 is a hydrocarbon group, it is a molecular chain that controls flexibility and film properties, and is unstable when there are no carbon atoms.

本発明の有機無機複合体の一つとして、一般式(1)においてR1の炭化水素基が下記
一般式(2)で表される結合基(炭化水素基)であるものが好ましい。
One of the organic-inorganic composites of the present invention is preferably one in which the hydrocarbon group of R 1 in the general formula (1) is a linking group (hydrocarbon group) represented by the following general formula (2).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

一般式(2)で表される結合基において、nは8〜20の範囲にあるのが好ましい。R1に分岐がある場合には、架橋間を結ぶ結合が切断される可能性がある。これに対し本発
明の上記構成では、R1が直鎖状のポリメチレン鎖であるため、種々の外的因子に対して
安定であり、炭化水素鎖の疎水性により、作成膜の耐湿特性が向上して絶縁膜として有効になる。
In the linking group represented by the general formula (2), n is preferably in the range of 8-20. When R 1 has a branch, the bond connecting the bridges may be broken. On the other hand, in the above configuration of the present invention, R 1 is a linear polymethylene chain, so it is stable against various external factors, and the moisture resistance of the produced film is improved by the hydrophobicity of the hydrocarbon chain. Thus, it becomes effective as an insulating film.

また、安定性のみならず、直鎖状ポリメチレン鎖が多少の屈曲可能な構造であるために、膜に適度の柔軟性を付与することが可能であり、靱性が向上する。これら調整は主としてポリメチレン鎖の分子長を調整することによって達成可能である。ポリメチレン鎖の両末端にシリコン−酸素架橋を導入するための原料としては、種々のビス(加水分解性シリル)ポリメチレンが知られており、例えばポリメチレンがオクタメチレンのものは市販されている(ゲレスト社製:Ge1est)。   In addition to the stability, the linear polymethylene chain has a slightly bendable structure, so that an appropriate flexibility can be imparted to the film and the toughness is improved. These adjustments can be achieved mainly by adjusting the molecular length of the polymethylene chain. Various bis (hydrolyzable silyl) polymethylenes are known as raw materials for introducing silicon-oxygen bridges at both ends of the polymethylene chain. Manufactured by: Ge1est).

この他、両末端が不飽和結合となっている1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、1,13−テトラデカジエンなどにヒドロシリル化反応を行なうことにより、R1がオ
クタメチレン、デカメチレン、テトラデカメチレンに対応する原料を容易に合成することができ、炭素数が20までのポリメチレン鎖であればいずれも合成可能である。
さらにまたポリメチレン基の炭素数として、上述したように8〜20が望ましく、耐熱性、靱性、耐水性いずれに対しても満足できる性能を示すことができる。特に炭素数が8〜12のものがよい。
In addition, hydrosilylation reaction is performed on 1,7-octadiene, 1,9-decadiene, 1,13-tetradecadiene and the like, which are unsaturated bonds at both ends, so that R 1 is octamethylene, decamethylene, Raw materials corresponding to tetradecamethylene can be easily synthesized, and any polymethylene chain having up to 20 carbon atoms can be synthesized.
Further, the carbon number of the polymethylene group is preferably 8 to 20 as described above, and can exhibit satisfactory performance with respect to any of heat resistance, toughness, and water resistance. Particularly those having 8 to 12 carbon atoms are preferred.

また、一般式(1)におけるR1がオクタメチレン、R2はメチル基であり、下記一般式(3)で表される化合物が望ましい。 In the general formula (1), R 1 is octamethylene, R 2 is a methyl group, and a compound represented by the following general formula (3) is desirable.

Figure 2006028473
Figure 2006028473

式中、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。   In the formula, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.

これにより、メチレン基が8連鎖した構造体であるため、さらに原料を容易に入手することができる。
ポリメチレン基の両末端にSi−O架橋構造を有する構造体は、絶縁体の基本架橋構造体として極めて安定かつ有用である。この有機無機複合体は、複数の種類の分子を混合したものであってもよい。例えば、n1=1の有機無機複合体と、n2=2の有機無機複合体とを混合して用いることにより、架橋密度等の調整が可能であり、その結果、膜の空隙分布、空隙形状および空隙構造、靭性(柔軟性)などを調整することが可能となる。
また有機鎖長、置換基の種類などの異なった有機無機複合構造体を混合することによっても物性を調整できる。
Thereby, since it is a structure in which eight methylene groups are linked, further raw materials can be easily obtained.
A structure having Si—O crosslinked structures at both ends of a polymethylene group is extremely stable and useful as a basic crosslinked structure of an insulator. This organic-inorganic composite may be a mixture of a plurality of types of molecules. For example, by mixing and using an organic-inorganic composite with n1 = 1 and an organic-inorganic composite with n2 = 2, it is possible to adjust the crosslinking density and the like. It is possible to adjust the void structure, toughness (flexibility), and the like.
The physical properties can also be adjusted by mixing organic-inorganic composite structures having different organic chain lengths and types of substituents.

また、本発明の別の有機無機複合体として、一般式(1)においてR1の炭化水素基が下記一般式(4’)で示される構造体であるものも好ましい。   In addition, another organic-inorganic composite of the present invention is preferably a structure in which the hydrocarbon group of R1 in the general formula (1) is represented by the following general formula (4 ').

−R’−C64−R”− (o/m/p)いずれも可 (4’) -R'-C 6 H 4 -R " - (o / m / p) Any Yes (4 ')

上記一般式(4’)における R’、R”はポリメチレン鎖であり、炭素数が1〜20
の範囲にあるようにする。
R’、R”に分岐がある場合には、架橋間を結ぶ結合が切断される可能性がある。空隙の大きさの調整は主としてポリメチレン鎖分子長を調整することによって達成可能である。
In the general formula (4 ′), R ′ and R ″ are polymethylene chains having 1 to 20 carbon atoms.
Be in the range of.
When there is a branch in R ′ and R ″, the bond between the bridges may be broken. Adjustment of the void size can be achieved mainly by adjusting the polymethylene chain molecular length.

この場合、ポリメチレン鎖の両末端にシリコン−酸素架橋を導入するための原料としては、1,4−ビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼンが市販されている(ゲレスト社製:Ge1est)。この他、両末端が不飽和結合となっているジビニルベンゼンなどにヒドロシリル化反応を行なうことにより原料を容易に合成することができる。   In this case, 1,4-bis (trimethoxysilylethyl) benzene is commercially available as a raw material for introducing silicon-oxygen bridges at both ends of the polymethylene chain (Gerest: Ge1est). In addition, the raw material can be easily synthesized by performing a hydrosilylation reaction on divinylbenzene or the like having unsaturated bonds at both ends.

上記した具体的化合物の代表例としては下記一般式(5)で表される化合物が好ましい。   As a typical example of the specific compound described above, a compound represented by the following general formula (5) is preferable.

Figure 2006028473
Figure 2006028473

(式中、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n1、n2は0、1、または2のいずれかである)
上記の化合物は出発物質がジビニルベンゼンであるため、原料の入手が容易である。
(Wherein X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2)
Since the starting material of the above compound is divinylbenzene, the raw materials are easily available.

さらに、本発明の有機無機複合体は、下記一般式(6)で示される化合物を含有することが好ましい。   Furthermore, the organic-inorganic composite of the present invention preferably contains a compound represented by the following general formula (6).

4-n3 − M − (R3n3 ・・・(6) X 4-n3 - M - ( R 3) n3 ··· (6)

(式中、Mは金属又はシリコン、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、R3
は炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基であり、n3は1、2または3のいずれかである。)
(Wherein M is a metal or silicon, X is an —O— bond or OH group involved in cross-linking, and R 3
Is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and n3 is either 1, 2 or 3. )

本発明の有機無機複合体において、前述の一般式(1)で示される化合物の炭素総数が多くなれば、架橋密度が下がり、分子内の空間が増大するため、空孔率が高くなり、低誘電率となる。
それに、さらに上記一般式(6)で示される化合物を加えることにより、前述の一般式(1)で示される化合物だけで構成されているものよりも、架橋密度がより下がることより、分子内の空間がより増大するため、空孔率がより高くなり、より低誘電率となる。
また、一般式(6)で示される化合物のR基は疎水性であり、架橋点のシラノール基は親水性であるため、疎水性のR基を中心にシラノール基が離れるように位置しやすくなるため、均一な空間を形成しやすいと考えられる。
また、R基の疎水性のために、空間が開いていても、水分が入り込み難く、誘電率が悪化し難いと考えられる。
本発明の有機無機複合体は、大部分を、一般式(1)で示される化合物とすることにより、機械的強度を極端に低下させず、空孔率を高くする(低誘電率化)ことが出来る。
In the organic-inorganic composite of the present invention, if the total number of carbon atoms of the compound represented by the general formula (1) is increased, the crosslinking density is decreased and the space in the molecule is increased. Dielectric constant.
Furthermore, by adding a compound represented by the above general formula (6), the crosslink density is lower than that of the compound represented by the above general formula (1) alone. Since the space is further increased, the porosity is higher and the dielectric constant is lower.
In addition, since the R 3 group of the compound represented by the general formula (6) is hydrophobic and the silanol group at the cross-linking point is hydrophilic, the silanol group is located away from the hydrophobic R 3 group. Since it becomes easy, it is thought that it is easy to form a uniform space.
Moreover, due to the hydrophobicity of the R 3 group, even if the space is open, it is difficult for moisture to enter and the dielectric constant is unlikely to deteriorate.
The organic-inorganic composite of the present invention is mostly composed of the compound represented by the general formula (1), thereby increasing the porosity (lowering the dielectric constant) without extremely reducing the mechanical strength. I can do it.

前記一般式(6)で示される化合物の含有量は、特に限定されないが、前記一般式(1)で示される化合物と前記一般式(6)で示される化合物の合計量に対して、5〜20質
量%であることが好ましい。
The content of the compound represented by the general formula (6) is not particularly limited, but is 5 to 5 with respect to the total amount of the compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (6). It is preferably 20% by mass.

本発明の有機無機複合体の製造方法は、複数の架橋性シリル基と、これに共有結合せしめられた炭素原子とを有する有機無機複合架橋性化合物とを含む混合物からなる前駆体を調整する工程と、前記前駆体を基体上に成膜する工程と、前記架橋性シリル基を縮合させ、有機無機複合体を形成する縮合工程とを含むことを特徴とする。   The method for producing an organic-inorganic composite of the present invention comprises a step of preparing a precursor comprising a mixture containing a plurality of crosslinkable silyl groups and an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a carbon atom covalently bonded thereto. And a step of forming a film of the precursor on a substrate, and a condensation step of condensing the crosslinkable silyl group to form an organic-inorganic composite.

ここで、本発明の有機無機複合体は、前記前駆体を基体上に成膜する工程において、前駆体の塗布液中の溶媒としては、特に限定されないが、その沸点が100℃〜130℃の有機溶媒を使用することが好ましい。沸点が100℃〜130℃の有機溶媒を使用することにより、スピンコート法での絶縁膜の形成において、塗布液中において最適な加水分解、脱水縮合の反応が進行し、スピンコート時において適度な粘度を保持することにより塗布膜の平坦性を得ることができる。
溶媒の沸点が100℃以上であれば、スピンコートによる塗布時の放射状のスジの発生が確実に防止され、塗布膜の平坦性が保証される。また、前駆体の溶媒の沸点が130℃以下であると、塗布液に含まれる前駆体の相溶性が良くなり、均質な塗布膜が得られる。
沸点が100℃〜130℃の有機溶媒としては、1-ブタノール、iso-ブタノールなどがあげられる。
Here, the organic-inorganic composite of the present invention is not particularly limited as a solvent in the precursor coating solution in the step of forming the precursor on a substrate, but the boiling point thereof is 100 ° C to 130 ° C. It is preferable to use an organic solvent. By using an organic solvent having a boiling point of 100 ° C. to 130 ° C., in the formation of the insulating film by the spin coating method, the optimum hydrolysis and dehydration condensation reactions proceed in the coating liquid, and the spin coating is appropriate. The flatness of the coating film can be obtained by maintaining the viscosity.
If the boiling point of the solvent is 100 ° C. or higher, the generation of radial streaks during coating by spin coating is reliably prevented, and the flatness of the coating film is guaranteed. Moreover, when the boiling point of the solvent of the precursor is 130 ° C. or less, the compatibility of the precursor contained in the coating solution is improved, and a uniform coating film is obtained.
Examples of the organic solvent having a boiling point of 100 ° C. to 130 ° C. include 1-butanol and iso-butanol.

複数の架橋性シリル基すなわち、加水分解性シリル基と、これに共有結合した炭素原子を有する有機無機複合架橋性化合物を用い、加水分解とこれに続く脱水縮合反応により、Si−Oからなる架橋体を形成する。ここで加水分解性シリル基とは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、フェノキシなどのアルコキシ基が直接シリコン原子に結合したアルコキシシリル基、塩素などのハロゲンがシリコン原子に結合したハロゲン化シリル基、さらにアセトキシ基などのカルボキシシリル基などがあげられる。さらに、予め加水分解されたシラノール基、シラノレート基を用いることができ、この場合には加水分解は不要であり、縮合反応のみを行なえばよい。   Crosslinking of Si—O by hydrolysis and subsequent dehydration condensation reaction using a plurality of crosslinkable silyl groups, ie, an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a hydrolyzable silyl group and a carbon atom covalently bonded thereto. Form the body. Here, the hydrolyzable silyl group is an alkoxysilyl group in which an alkoxy group such as methoxy, ethoxy, propoxy or phenoxy is directly bonded to a silicon atom, a halogenated silyl group in which a halogen such as chlorine is bonded to a silicon atom, and an acetoxy group And carboxysilyl group. Furthermore, a silanol group or silanolate group hydrolyzed in advance can be used. In this case, hydrolysis is unnecessary, and only the condensation reaction needs to be performed.

前記縮合工程は、前記架橋性シリル基が、等当量系で縮合反応を生じるに必要な量の触媒を添加する工程を含むことが好ましい。   The condensation step preferably includes a step of adding an amount of a catalyst necessary for the crosslinkable silyl group to cause a condensation reaction in an equivalent equivalent system.

架橋反応工程では、下地材料などにダメージを与えない任意の温度範囲で加温することにより、目的とする膜を得ることができる。具体的には、室温から500℃程度までの任意の温度を挙げることができ、溶媒を充分に飛ばしかつ加水分解縮合するには好ましくは300℃以上であり、アルミ配線を用いる材料に適用する場合には400℃以下が望ましい。
本工程における加温の際にはオーブンによる加圧加熱など、公知の方法が使用可能である。また本方法を行なう際、加水分解・縮合を効率的に行なうため、あらかじめ前駆体混合溶液に水を添加しても良いし、また水蒸気下で加熱するようにしてもよい。
In the cross-linking reaction step, the target film can be obtained by heating in an arbitrary temperature range that does not damage the underlying material. Specifically, an arbitrary temperature from room temperature to about 500 ° C. can be mentioned, and it is preferably 300 ° C. or higher for sufficiently removing the solvent and hydrolytic condensation, and when applied to a material using aluminum wiring Is preferably 400 ° C. or lower.
In the case of heating in this step, a known method such as pressure heating with an oven can be used. Moreover, when performing this method, in order to perform a hydrolysis and condensation efficiently, water may be added to a precursor mixed solution beforehand, and you may make it heat under water vapor | steam.

また、架橋構造体の生成を加速するため、あらかじめ反応系内に触媒として塩酸、硫酸、リン酸などの酸を添加しておくようにしてもよい。また架橋構造化は、塩基によっても加速されるため、例えばアンモニア、水酸化ナトリウムなどの塩基触媒を用いることも可能である。望ましくは、前記触媒は酸、特に望ましくはブレンステッド酸である。酸触媒を用いることにより、均一な骨格構造をもつ有機無機複合体を形成することができる。   In order to accelerate the generation of the crosslinked structure, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or the like may be added as a catalyst in the reaction system in advance. Further, since the cross-linking structure is accelerated by a base, it is possible to use a base catalyst such as ammonia or sodium hydroxide. Preferably, the catalyst is an acid, particularly preferably a Bronsted acid. By using an acid catalyst, an organic-inorganic composite having a uniform skeleton structure can be formed.

前記縮合工程は、前記架橋性シリル基に対して0.5〜1.5当量の水を添加する工程を含むことを特徴とする。
さらに前記縮合工程は、触媒を添加する工程を含む。なお、この際触媒を水溶液状態で適量の水が存在するように触媒量を調整して添加しても良い。
ここで触媒としては酸を用いるのが望ましい。また、望ましくは、このブレンステッド酸触媒が水溶液であり、濃度N(規定)が0.1≦N≦3の範囲にある。
望ましくは、前記前駆体溶液は、下記一般式(7)で示される化合物を含む。
The condensation step includes a step of adding 0.5 to 1.5 equivalents of water to the crosslinkable silyl group.
Further, the condensation step includes a step of adding a catalyst. At this time, the catalyst amount may be adjusted and added so that an appropriate amount of water is present in an aqueous solution state.
Here, it is desirable to use an acid as the catalyst. Desirably, the Bronsted acid catalyst is an aqueous solution, and the concentration N (regulation) is in the range of 0.1 ≦ N ≦ 3.
Desirably, the precursor solution contains a compound represented by the following general formula (7).

Figure 2006028473
Figure 2006028473

式中、Mは金属又はシリコン、R1は炭素数8〜20の炭素原子を含む分子鎖基であり
、R2はメチル、エチル、プロピル、又はフェニル基のいずれかの基を表し、R5はCl、OCH3、OC25、OC65、OH又はOCOCH3基のいずれかの基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。
In the formula, M is a metal or silicon, R 1 is a molecular chain group containing a carbon atom having 8 to 20 carbon atoms, R 2 represents any group of methyl, ethyl, propyl, or phenyl group, R 5 Represents a group of Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH or OCOCH 3 , and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.

前記Mはシリコンであることが好ましい。又、前記一般式(7)におけるR1は炭化水
素基が好ましく、下記一般式(4)又は下記一般式(2)で表される置換基である、ポリメチレン基、またはベンゼン環を含む炭化水素基が更に好ましい。
The M is preferably silicon. Further, R 1 in the general formula (7) is preferably a hydrocarbon group, and is a hydrocarbon containing a polymethylene group or a benzene ring, which is a substituent represented by the following general formula (4) or the following general formula (2). Groups are more preferred.

Figure 2006028473
Figure 2006028473

Figure 2006028473
Figure 2006028473

上記一般式(4)におけるn、mは1〜20の範囲が好ましく、一般式(2)におけるnは8〜20の範囲をとるものとする。
一般式(7)で表される具体的な化合物としては一般式(5’)及び一般式(3’)で示される化合物が好ましい。
N and m in the general formula (4) are preferably in the range of 1 to 20, and n in the general formula (2) is in the range of 8 to 20.
As a specific compound represented by General formula (7), the compound shown by General formula (5 ') and General formula (3') is preferable.

Figure 2006028473
Figure 2006028473

Figure 2006028473
Figure 2006028473

式中、R5はOCH3またはOC25基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。
なお、ここで架橋工程は100〜300℃で行い、その後、未反応で残留している架橋性シリル基を完全に反応させるため比較的高温(例えば300〜500℃)でエージングを行なうのが望ましい。
In the formula, R 5 represents an OCH 3 or OC 2 H 5 group, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.
Here, the crosslinking step is preferably performed at 100 to 300 ° C., and then, it is desirable to perform aging at a relatively high temperature (for example, 300 to 500 ° C.) in order to completely react the unreacted remaining crosslinkable silyl group. .

さらに、前記前駆体溶液は、下記一般式(7)で示される化合物に加えて、下記一般式(8)で示される化合物を含有することが好ましい。   Furthermore, the precursor solution preferably contains a compound represented by the following general formula (8) in addition to the compound represented by the following general formula (7).

5 4-n3 − M − (R3n3 ・・・(8) R 5 4-n3 -M- (R 3 ) n3 (8)

(式中、Mは金属又はシリコンであり、R3は炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基で
あり、R5はCl、OCH3、OC25、OC65、OH又はOCOCH3基のいずれかの
基を表し、n3は1、2または3のいずれかである。)
(Wherein M is a metal or silicon, R 3 is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and R 5 is Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH or Represents any group of OCOCH 3 groups, n3 is either 1, 2 or 3)

前記一般式(8)で示される化合物の含有量は、特に限定されないが、前記一般式(7)で示される化合物と前記一般式(8)で示される化合物の合計量に対して5〜20質量%であることが好ましい。   The content of the compound represented by the general formula (8) is not particularly limited, but is 5 to 20 with respect to the total amount of the compound represented by the general formula (7) and the compound represented by the general formula (8). It is preferable that it is mass%.

この有機無機複合体を使用温度以上の高温で加熱することが望ましい。加熱方法としては、通常の熱源による熱風加熱の他、遠赤外線加熱、電磁誘導加熱、マイクロ波加熱などでも良い。また併用してもよい。また、これらの工程において得られた膜は、必要に応じて水洗いしてもよい。その際用いる水は蒸留水、イオン交換水など金属イオンを含まないものが好ましい。さらに、このようにして膜を得た後に、紫外線や電子線を照射し、さらに架橋させるようにしてもよい。膜厚は、0.1μm〜50μm、好ましくは0.5μm〜5.0μmの範囲である。   It is desirable to heat this organic-inorganic composite at a high temperature that is equal to or higher than the operating temperature. As a heating method, in addition to hot air heating by a normal heat source, far infrared heating, electromagnetic induction heating, microwave heating, or the like may be used. Moreover, you may use together. Moreover, you may wash the film | membrane obtained in these processes with water as needed. The water used at that time is preferably water containing no metal ions, such as distilled water or ion-exchanged water. Further, after the film is obtained in this way, it may be further crosslinked by irradiation with ultraviolet rays or electron beams. The film thickness is in the range of 0.1 μm to 50 μm, preferably 0.5 μm to 5.0 μm.

本発明の半導体装置は、半導体基板または半導体基板上に形成された第1の配線導体と、第2の配線導体との間に介在せしめられる層間絶縁膜を具備し、前記層間絶縁膜が、シリコン−酸素結合による架橋構造体と、これに共有結合した炭素原子とを含む有機無機複合体で構成されたことを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate or a first wiring conductor formed on the semiconductor substrate and an interlayer insulating film interposed between the second wiring conductors, and the interlayer insulating film is made of silicon. -It is characterized by comprising an organic-inorganic composite containing a cross-linked structure with an oxygen bond and a carbon atom covalently bonded thereto.

かかる構成によれば、層間絶縁膜の誘電率の低減を図ることが可能となるため、層間容量の低減をはかり、高速駆動の半導体装置を提供することが可能となる。また、耐湿性も高いものとなる。
さらに、低温下での形成が可能であるため、下地に影響を与えることなく信頼性の高い膜を形成することが可能となる。
According to such a configuration, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be reduced, so that the interlayer capacitance can be reduced and a semiconductor device driven at high speed can be provided. Also, the moisture resistance is high.
Furthermore, since it can be formed at a low temperature, a highly reliable film can be formed without affecting the base.

本発明の半導体装置は、素子形成のなされた半導体基板表面にパッシベーション膜を形成してなり、前記パッシベーション膜が、シリコン−酸素結合による架橋構造体と、これに共有結合した炭素原子とを有する有機無機複合体で構成されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、極めて耐湿性に優れ信頼性の高い有効な膜を形成することができる。
The semiconductor device of the present invention is formed by forming a passivation film on the surface of a semiconductor substrate on which an element is formed, and the passivation film has an organic structure having a crosslinked structure formed by a silicon-oxygen bond and a carbon atom covalently bonded thereto. It is composed of an inorganic composite.
According to such a configuration, it is possible to form an effective film having excellent moisture resistance and high reliability.

本発明により、非誘電率が小さく、耐湿性が高くかつ可撓性が高く機械的特性に優れ、空孔率が高くかつ骨格密度の高く、独立空孔構造の有機無機複合体を提供することが可能となる。又、耐湿性、および機械的強度が高く低誘電率の絶縁膜を備え、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, an organic-inorganic composite having a small non-dielectric constant, high moisture resistance, high flexibility, excellent mechanical properties, high porosity, high skeleton density, and an independent pore structure is provided. Is possible. In addition, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device including an insulating film having high moisture resistance and high mechanical strength and a low dielectric constant.

第1の実施の形態
以下、本発明の半導体装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の第1の実施形態として、この低誘電率薄膜を層間絶縁膜として用いたMOSFETを含む半導体集積回路を備えた半導体装置について説明する。
First Embodiment Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As a first embodiment of the present invention, a semiconductor device including a semiconductor integrated circuit including a MOSFET using this low dielectric constant thin film as an interlayer insulating film will be described.

本実施の形態では、後述するような架橋性前駆体を用意し、この架橋性前駆体である架橋性シリル基に対して、0.5〜1.5当量の水が存在するように触媒量を調整して添加したブレンステッド酸触媒を加えて縮合反応を生ぜしめ、シリコン酸素結合による架橋構造体と、これに共有結合した炭素原子とを含み、空孔が独立構造を有する低誘電率薄膜を形成し、図1に示すように、これを層間絶縁膜7として半導体装置を形成する。   In the present embodiment, a crosslinkable precursor as described later is prepared, and the amount of catalyst is such that 0.5 to 1.5 equivalents of water is present with respect to the crosslinkable silyl group that is the crosslinkable precursor. A low dielectric constant thin film containing a crosslinked structure formed by silicon-oxygen bonds and a carbon atom covalently bonded to this, and having vacancies as independent structures. As shown in FIG. 1, this is used as an interlayer insulating film 7 to form a semiconductor device.

この半導体装置は、図1に示すように、素子分離のための絶縁膜2を形成したシリコン基板1にMOSFETなどの素子領域を形成するとともに、表面に多層配線を形成してなるもので、この層間絶縁膜7として、本実施の形態で示した1,4−ビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン又は1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタンを用いて半導体装置表面で縮合反応を生ぜしめ、形成した低誘電率薄膜を用いたことを特徴とするものである。   As shown in FIG. 1, this semiconductor device is formed by forming an element region such as a MOSFET on a silicon substrate 1 on which an insulating film 2 for element isolation is formed, and forming a multilayer wiring on the surface. As the interlayer insulating film 7, 1,4-bis (trimethoxysilylethyl) benzene or 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane shown in this embodiment is used to cause a condensation reaction on the surface of the semiconductor device. The low dielectric constant thin film formed is used.

この半導体装置は、4インチおよび6インチのシリコン基板1表面に形成されたゲート酸化膜3を介して形成されたゲート電極4と、低濃度不純物拡散領域5a、5b、高濃度不純物拡散領域6a、6bからなるLDD構造のソース・ドレイン領域とで構成されたMOSFETと、ソース・ドレイン領域の一方にコンタクトする第1層配線8と、本発明の低誘電率薄膜からなる層間絶縁膜に形成した、コンタクトホール9を介して形成された第2層配線10とを具備してなるものである。11はこの半導体装置を被覆するように形成された膜である。   This semiconductor device includes a gate electrode 4 formed through a gate oxide film 3 formed on the surface of a 4-inch and 6-inch silicon substrate 1, low-concentration impurity diffusion regions 5a and 5b, high-concentration impurity diffusion regions 6a, A MOSFET composed of a source / drain region having an LDD structure of 6b, a first layer wiring 8 in contact with one of the source / drain regions, and an interlayer insulating film made of a low dielectric constant thin film of the present invention; And a second layer wiring 10 formed through the contact hole 9. Reference numeral 11 denotes a film formed so as to cover the semiconductor device.

図2(a)〜図2(e)にこの半導体装置の製造工程について説明する。
まず、シリコン基板1表面にゲート酸化膜3を介して形成されたゲート電極4を形成する。そして、このゲート電極4をマスクとして不純物拡散を行いソース・ドレイン領域を構成する低濃度不純物拡散領域5a、5bを形成する(図2(a))。
A manufacturing process of this semiconductor device will be described with reference to FIGS.
First, the gate electrode 4 formed on the surface of the silicon substrate 1 through the gate oxide film 3 is formed. Then, impurity diffusion is performed using the gate electrode 4 as a mask to form low-concentration impurity diffusion regions 5a and 5b constituting the source / drain regions (FIG. 2A).

続いて、CVD法によりこの上層に酸化シリコン膜を形成し、異方性エッチングを行い、ゲート電極の側壁にサイドウォール3sを形成する(図2(b))。   Subsequently, a silicon oxide film is formed on this upper layer by CVD, and anisotropic etching is performed to form a side wall 3s on the side wall of the gate electrode (FIG. 2B).

そして、このサイドウォール3sの形成されたゲート電極4をマスクとして高濃度の不純物拡散を行い、高濃度不純物拡散領域6a、6bを形成し、LDD構造のソース・ドレイン領域を形成する(図2(c))。
次に、層間絶縁膜7として本発明の方法を用いて、独立空孔構造の低誘電率薄膜を形成する。そして、この低誘電率薄膜からなる層間絶縁膜にフォトリソグラフィによりコンタクトホール9を形成した(図2(d))。
Then, high-concentration impurity diffusion is performed using the gate electrode 4 with the sidewall 3s formed as a mask to form high-concentration impurity diffusion regions 6a and 6b, and source / drain regions having an LDD structure are formed (FIG. 2). c)).
Next, a low dielectric constant thin film having an independent pore structure is formed as the interlayer insulating film 7 using the method of the present invention. Then, a contact hole 9 was formed in the interlayer insulating film made of the low dielectric constant thin film by photolithography (FIG. 2D).

この後、図2(e)に示すように第2層配線10を形成した。そして、最後に同様の方
法を用いて膜11としてこの低誘電率薄膜を形成した。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, the second layer wiring 10 was formed. Finally, this low dielectric constant thin film was formed as the film 11 using the same method.

この方法によれば、CMPが可能となる強度を持ち靭性が高く、機械的強度の高い低誘電率薄膜を低温下で形成することができ、成膜時および使用時において、膜自体のみならず、上層および下層の膜へのストレスを緩和する緩衝膜としても作用し、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
[実施例]
According to this method, it is possible to form a low dielectric constant thin film having a strength capable of CMP, high toughness, and high mechanical strength at a low temperature. Also, it acts as a buffer film that relieves stress on the upper and lower layers, and it is possible to provide a highly reliable semiconductor device.
[Example]

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
作成した層間絶縁膜は下記の4つの方法で評価した。
(1)強度評価
ナノインデンテータ(MTS System Corp. 製、Nano Indenter)を用い、ヤング率を測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, the scope of the present invention is not limited to these.
The prepared interlayer insulating film was evaluated by the following four methods.
(1) Strength evaluation The Young's modulus was measured using a nano indentator (manufactured by MTS System Corp., Nano Indenter).

(2)耐熱性評価
TGA(セイコーインスツルメンツ製 EXSTRA6200)で、窒素雰囲気下で1%重量減少時の温度を測定した。
(2) Heat resistance evaluation The temperature at the time of 1% weight reduction was measured by TGA (EXTRA6200 manufactured by Seiko Instruments Inc.) under a nitrogen atmosphere.

(3)誘電率評価
平滑に調製した膜を、インピーダンス測定器(ヒューレットパッカード製、HP4195A)を用い、周波数100KHzでの誘電率を測定した。
(3) Dielectric Constant Evaluation The dielectric constant at a frequency of 100 KHz was measured for a smoothly prepared film using an impedance measuring device (HP4195A, manufactured by Hewlett Packard).

(4)CMP耐性評価
研磨機として、6インチ仕様の定盤/1ヘッドの枚葉式CMP装置を使用し、基板吸着パッドを取り付けたホルダーに基板をセットし、CMPパッド(IC1000/Suba400;ロデール・ニッタ製)に、膜面を下にして前記ホルダーを載せ、加工荷重を6900Pa(1psi=6895Pa)に設定した。CMPパッドに研磨液(C1010;昭和電工製)を150cc/minの速度で滴下しながら、定盤およびヘッド回転数を50rpmで1分間研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄し、乾燥した。
このようにしてCMPにより研磨した後のウエハ表面を光学および電子顕微鏡で観察した。
クラック・はがれの発生 なし・・・○、有・・・×
(4) Evaluation of CMP resistance As a polishing machine, a 6-inch surface plate / 1-head single-wafer CMP apparatus is used, a substrate is set in a holder to which a substrate suction pad is attached, and a CMP pad (IC1000 / Suba400; Rodale) The above-mentioned holder was placed with the film surface facing downward, and the processing load was set to 6900 Pa (1 psi = 6895 Pa). The polishing liquid (C1010; manufactured by Showa Denko) was dripped onto the CMP pad at a speed of 150 cc / min, and the surface plate and the head rotation speed were polished at 50 rpm for 1 minute. The polished wafer was thoroughly washed with pure water and dried.
The wafer surface after polishing in this way by CMP was observed with an optical and electron microscope.
Occurrence of cracks and peeling None: ○, Yes: ×

(5)空孔率
BET理論により比表面積を求め、得られた比表面積からDH(Dollimore & Heal Method)法を適用して細孔径分布を計算し、得られた細孔径分布をスムージング処理し、そ
の積分値を細孔容積ΣVpとし、この細孔容積ΣVpの層間絶縁膜の体積に対する百分率で示した。
(5) Porosity Obtaining the specific surface area by the BET theory, applying the DH (Dollimore & Heal Method) method from the obtained specific surface area, calculating the pore size distribution, smoothing the obtained pore size distribution, The integrated value was defined as a pore volume ΣVp, and the pore volume ΣVp was expressed as a percentage of the interlayer insulating film volume.

(6)成膜均一性の評価
成膜乾燥後に目視で評価した。
均一に膜が形成されたと判断できたもの;○
波打ち、色むら、すじ等の不均一性が観察されたもの;(表中で記載)
(6) Evaluation of film formation uniformity Visual evaluation was performed after film formation and drying.
It was judged that a film was formed uniformly; ○
Observed non-uniformity such as wavy, uneven color, streaks; (described in the table)

1,4−ビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン1.0gを1−ブタノール1.0gに溶解し、1−ブタノール溶液を作成した。
一方、1N塩酸0.2gを1−ブタノール1.0gに加えた。この両者を合わせて氷冷しながら30秒間撹拌し、前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液をスピンコート法によ
り前記半導体装置表面に塗布した。ここでは30秒間で3000rpmまで回転速度を上げ、3000rpmに到達した時点で10秒間保持した。120℃で1時間養生し、そして400℃の窒素雰囲気中で30分焼成した。その結果、厚さ2μmの透明な低誘電率薄膜を形成した。
1.0 g of 1,4-bis (trimethoxysilylethyl) benzene was dissolved in 1.0 g of 1-butanol to prepare a 1-butanol solution.
Meanwhile, 0.2 g of 1N hydrochloric acid was added to 1.0 g of 1-butanol. These were combined and stirred for 30 seconds while cooling with ice to prepare a precursor solution. This precursor solution was applied to the surface of the semiconductor device by spin coating. Here, the rotation speed was increased to 3000 rpm in 30 seconds, and was held for 10 seconds when reaching 3000 rpm. It was cured at 120 ° C. for 1 hour and baked in a nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes. As a result, a transparent low dielectric constant thin film having a thickness of 2 μm was formed.

さらに、1psiの圧力下でCMPを行ったところ、膜のはがれ等もなく平滑に仕上げることが出来、CMP耐性を有することが確認された。   Further, when CMP was performed under a pressure of 1 psi, it was possible to finish the film smoothly without any peeling of the film, and it was confirmed that the film had CMP resistance.

この構成によれば、層間絶縁膜7の誘電率が低いため、第1層配線と第2層配線との間に形成される寄生容量は小さく抑えられ高速駆動可能な半導体装置を提供することが可能となる。   According to this configuration, since the dielectric constant of the interlayer insulating film 7 is low, the parasitic capacitance formed between the first layer wiring and the second layer wiring is suppressed to be small, and a semiconductor device capable of high speed driving is provided. It becomes possible.

(二官能前駆体の合成)
1,7−オクタジエン(和光純薬製)11.0gと、ジエトキシメチルシラン(信越シリコン社製)26.9gのトルエン溶液に、塩化白金酸(和光純薬製)とジビニルテトラメチルジシロキサン(Ge1est社製)から調製したカルステッド触媒(Karsted:USP3775452)溶液0.05mmolを混合し、30℃の窒素雰囲気下で24時間撹拌した。このようにして得られた反応混合物を蒸留にて精製し、1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタンを得た。構造は1H−NMR(Bruker製 核磁気共鳴分光機 DRX−300)で確認した。
(Synthesis of bifunctional precursor)
To a toluene solution of 11.0 g of 1,7-octadiene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 26.9 g of diethoxymethylsilane (manufactured by Shin-Etsu Silicon Co., Ltd.), chloroplatinic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and divinyltetramethyldisiloxane ( 0.05 mmol of a Karsted catalyst (Karsted: USP3777552) solution prepared from Ge1est Co., Ltd. was mixed and stirred under a nitrogen atmosphere at 30 ° C. for 24 hours. The reaction mixture thus obtained was purified by distillation to obtain 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane. The structure was confirmed by 1H-NMR (Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer DRX-300 manufactured by Bruker).

そして、前述の工程により形成した二官能前駆体である1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタン1.0gを1−ブタノール1.0gに溶解し、1−ブタノール溶液を調製した。   Then, 1.0 g of 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane, which is a bifunctional precursor formed by the above-described steps, was dissolved in 1.0 g of 1-butanol to prepare a 1-butanol solution.

一方、1N塩酸0.2gを1−ブタノール1.0gに加えた。この両者を併せて氷冷しながら30秒間撹拌し、前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液をスピンコート法により前記半導体装置表面に塗布し、室温(20℃)にて2時間養生して、厚さ2μmの透明な低誘電率薄膜を形成した。   Meanwhile, 0.2 g of 1N hydrochloric acid was added to 1.0 g of 1-butanol. These were combined and stirred for 30 seconds while cooling with ice to prepare a precursor solution. This precursor solution was applied to the surface of the semiconductor device by spin coating and cured at room temperature (20 ° C.) for 2 hours to form a transparent low dielectric constant thin film having a thickness of 2 μm.

そして、第2層配線10を形成したのち、最後に同様の方法を用いて膜11としてこの低誘電率薄膜を形成した。この構成によれば、層間絶縁膜7の誘電率が低いため、第1層配線と第2層配線との間に形成される寄生容量は小さく抑えられ高速駆動可能な半導体装置を提供することが可能となる。
さらに縮合反応の更なる進行、溶媒の蒸発を企図した架橋固定化反応では、窒素フロー下において400℃30分間焼成することが望ましい。
Then, after the second layer wiring 10 was formed, this low dielectric constant thin film was finally formed as the film 11 using the same method. According to this configuration, since the dielectric constant of the interlayer insulating film 7 is low, the parasitic capacitance formed between the first layer wiring and the second layer wiring is suppressed to be small, and a semiconductor device capable of high speed driving is provided. It becomes possible.
Furthermore, in the cross-linking immobilization reaction intended to further progress the condensation reaction and evaporate the solvent, it is desirable to bake at 400 ° C. for 30 minutes under a nitrogen flow.

実施例2において合成した二官能前駆体である1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタン0.45gおよびn−オクチルトリエトキシシラン0.05gを1−ブタノール4.5gに溶解し、溶液を調製した。
一方、1N塩酸0.1gを前記溶液に加え、室温で10分間撹拌し、前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液をスピンコート法により前記半導体装置表面に塗布し、室温(20℃)にて1時間養生して、無色透明で弾力性をもつ低誘電率薄膜を形成した。
1,5-bis (diethoxymethylsilyl) octane (0.45 g) and n-octyltriethoxysilane (0.05 g) synthesized in Example 2 were dissolved in 1-butanol (4.5 g), and the solution was dissolved. Prepared.
On the other hand, 0.1 g of 1N hydrochloric acid was added to the above solution and stirred at room temperature for 10 minutes to prepare a precursor solution. This precursor solution was applied onto the surface of the semiconductor device by spin coating and cured at room temperature (20 ° C.) for 1 hour to form a colorless, transparent, and elastic low dielectric constant thin film.

そして、第2層配線10を形成したのち、最後に同様の方法を用いて膜11としてこの低誘電率薄膜を形成した。この構成によれば、層間絶縁膜7の誘電率が3.01となり、第1層配線と第2層配線との間に形成される寄生容量は小さく抑えられ高速駆動可能な半導体装置を提供することが可能となる。
さらに縮合反応の更なる進行、溶媒の蒸発を企図した架橋固定化反応では、窒素フロー下において425℃、30分間焼成することが望ましい。
Then, after the second layer wiring 10 was formed, this low dielectric constant thin film was finally formed as the film 11 using the same method. According to this configuration, the dielectric constant of the interlayer insulating film 7 is 3.01, and a semiconductor device capable of being driven at high speed with a small parasitic capacitance formed between the first layer wiring and the second layer wiring is provided. It becomes possible.
Further, in the cross-linking immobilization reaction intended to further proceed the condensation reaction and evaporate the solvent, it is desirable to bake at 425 ° C. for 30 minutes under a nitrogen flow.

前記実施例2において、1−ブタノールの代わりにiso−プロパノール前駆体溶液を形成したほかは前記実施例2と同様にして層間絶縁膜7を形成した。
4インチ基板の場合は半導体装置表面に塗布後、塗布膜表面が均一で、平坦な膜が得られた。6インチ基板の場合は半導体装置表面に塗布後、外周縁部から5mm程度内側の部分において、部分的に塗布厚が厚くなり、また波打ちが生じていたが、それ以外は均一な膜が得られた。
In Example 2, an interlayer insulating film 7 was formed in the same manner as in Example 2 except that an iso-propanol precursor solution was formed instead of 1-butanol.
In the case of a 4-inch substrate, a flat film with a uniform coating film surface was obtained after coating on the surface of the semiconductor device. In the case of a 6-inch substrate, after coating on the surface of the semiconductor device, the coating thickness was partially thick and wavy at the inner portion about 5 mm from the outer peripheral edge, but a uniform film was obtained otherwise. It was.

前記実施例2において、1−ブタノールの代わりに1−ヘキサノール前駆体溶液を形成したほかは前記実施例2と同様にして層間絶縁膜7を形成した。
4インチ基板の場合は半導体装置表面に塗布後、塗布膜表面が均一で平坦な膜が得られた。6インチ基板の場合は半導体装置表面に塗布後、外周縁部から5mm程度内側の部分において、外周縁部に向けて連続的に塗布厚が厚くなっていると思われる色ムラが見られたが、それ以外は均一な膜が得られた。
(比較例1)
In Example 2, an interlayer insulating film 7 was formed in the same manner as in Example 2 except that a 1-hexanol precursor solution was formed instead of 1-butanol.
In the case of a 4-inch substrate, a uniform and flat film was obtained after coating on the surface of the semiconductor device. In the case of a 6-inch substrate, after coating on the surface of the semiconductor device, color unevenness was observed in the portion about 5 mm inside from the outer peripheral edge, and the coating thickness seemed to increase continuously toward the outer peripheral edge. Otherwise, a uniform film was obtained.
(Comparative Example 1)

実施例2において、1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタンの代わりに1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン前駆体溶液を調製したほかは実施例2と同様にして層間絶縁膜7を形成した。
この場合は半導体装置表面に塗布後、1psiの圧力下でCMPを行ったところCMP耐性を持たない脆い膜となってしまい、光学顕微鏡で観察できる0.3mm2ぐらいのレ
ベルの膜のはがれが多数観察できた。
In Example 2, an interlayer insulating film 7 was prepared in the same manner as in Example 2 except that a 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane precursor solution was prepared instead of 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane. Formed.
In this case, after coating on the surface of the semiconductor device, when CMP is performed under a pressure of 1 psi, it becomes a brittle film having no CMP resistance, and there are many peelings of the film at a level of about 0.3 mm 2 that can be observed with an optical microscope. I was able to observe.

以上のようにして形成した実施例1〜5および比較例1の方法で形成した層間絶縁膜について前述した6つの評価方法で評価を行なった。この評価結果を次表に示す。   The interlayer insulating films formed by the methods of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 formed as described above were evaluated by the six evaluation methods described above. The evaluation results are shown in the following table.

Figure 2006028473
Figure 2006028473

上記表1から明らかなように、実施例1〜3の層間絶縁膜は低誘電率でかつクラックやはがれのない信頼性の高いものとなっている。また耐熱性やヤング率についても層間絶縁膜として、あるいはパッシベーション膜として有効な値を得ることができた。
これに対し、比較例1の層間絶縁膜はクラックやはがれが生じてしまい、層間絶縁膜として必要な機械的強度が十分ではなかった。
As apparent from Table 1, the interlayer insulating films of Examples 1 to 3 have a low dielectric constant and high reliability without cracks or peeling. Further, effective values of heat resistance and Young's modulus were obtained as an interlayer insulating film or a passivation film.
On the other hand, the interlayer insulating film of Comparative Example 1 was cracked or peeled off, and the mechanical strength required for the interlayer insulating film was not sufficient.

なお、前駆体溶液の組成については、前記実施形態の組成に限定されることなく、適宜
調製可能である。ただし、シリル基を加水分解するための触媒をブレンステッド酸で構成したが、ブレンステッド酸に限定されることなく、宜変使用可能である。また、脱水縮合にブレンステッド酸をもちいたが、ブレンステッド酸に限定されることなく、宜変使用可能である。さらに、前駆体溶液の形成に際しては、加熱により予備架橋を行なうようにしてもよい。
また、成膜後加熱焼成してもよく、加熱雰囲気は窒素雰囲気中が望ましい。
また、加熱工程を追加することにより、耐熱性、耐湿性が向上し、リーク電流の低減を図ることが可能となる。
In addition, about the composition of a precursor solution, it can prepare suitably, without being limited to the composition of the said embodiment. However, although the catalyst for hydrolyzing the silyl group is composed of Bronsted acid, the catalyst is not limited to Bronsted acid and can be used in various ways. In addition, although Bronsted acid is used for dehydration condensation, the present invention is not limited to Bronsted acid and can be used as appropriate. Further, when the precursor solution is formed, preliminary crosslinking may be performed by heating.
Further, the film may be heated and fired after film formation, and the heating atmosphere is preferably in a nitrogen atmosphere.
In addition, by adding a heating step, heat resistance and moisture resistance are improved, and leakage current can be reduced.

〔第2の実施の形態〕
なお、前記第1の実施形態では、スピンコート法によって低誘電率薄膜を形成したが、前駆体溶液に浸せきすることによって行ってもよい。また、前駆体溶液に浸漬して成膜する、ディップコート法を用いてもよい。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the low dielectric constant thin film is formed by spin coating. However, the low dielectric constant thin film may be immersed in the precursor solution. Alternatively, a dip coating method may be used in which a film is immersed in the precursor solution.

すなわち、基板を、前駆体溶液の液面に対して所望の速度で下降させて溶液中に沈め、静置する。そして所望の時間経過後再び、基板を垂直に所望の速度で上昇させて溶液から取り出す。そして、必要に応じて、加熱焼成することにより、有機無機複合体を形成する。   That is, the substrate is lowered at a desired speed with respect to the liquid level of the precursor solution, submerged in the solution, and allowed to stand. Then, after the desired time has elapsed, the substrate is lifted vertically at a desired speed and removed from the solution. And if necessary, an organic-inorganic composite is formed by heating and baking.

なお、前記実施の形態では、半導体装置の層間絶縁膜への有機無機複合膜の適用例について説明したが、シリコンデバイスのみならず、HBT、半導体レーザなど化合物半導体を用いたデバイス、マイクロ波ICなどの高周波デバイス、フィルムキャリアなどを用いたマイクロ波伝送線路あるいは多層プリント基板、などにも適用可能である。
また、本発明の低誘電率薄膜は、膜としてのみならずバルク体あるいはテープ状体として形成し、半導体装置に貼着するものに対しても有効である。
In the above embodiment, the application example of the organic-inorganic composite film to the interlayer insulating film of the semiconductor device has been described. However, not only a silicon device but also a device using a compound semiconductor such as an HBT or a semiconductor laser, a microwave IC, or the like. The present invention can also be applied to a microwave transmission line using a high-frequency device, a film carrier, or a multilayer printed board.
In addition, the low dielectric constant thin film of the present invention is effective not only as a film but also as a bulk body or a tape-like body and attached to a semiconductor device.

本発明の低誘電率薄膜は、シリコンデバイス、HBT、化合物半導体を用いたデバイス、高周波デバイス、マイクロ波伝送線路あるいは多層プリント基板などに適用可能である。   The low dielectric constant thin film of the present invention is applicable to silicon devices, HBTs, devices using compound semiconductors, high frequency devices, microwave transmission lines, multilayer printed boards, and the like.

本発明の実施の形態の半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の半導体装置の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the semiconductor device of an embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 絶縁膜
3 ゲート酸化膜
4 ゲート電極
5a,5b 低濃度不純物拡散領域(ソース・ドレイン領域)
6a,6b 高濃度不純物拡散領域(ソース・ドレイン領域)
7 層間絶縁膜
8 第1層配線
9 コンタクトホール
10 第2層配線
11 膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Insulating film 3 Gate oxide film 4 Gate electrode 5a, 5b Low concentration impurity diffusion region (source / drain region)
6a, 6b High concentration impurity diffusion region (source / drain region)
7 Interlayer insulating film 8 First layer wiring 9 Contact hole 10 Second layer wiring 11 Film

Claims (27)

金属−酸素結合による架橋構造を有する有機無機複合体において、下記一般式(1)で示される化合物を有することを特徴とする有機無機複合体。
Figure 2006028473
(式中、Mは金属又はシリコン、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、R1
は炭素数8〜20の炭素原子含有分子鎖基であり、R2はメチル、エチル、プロピル、又
はフェニル基のいずれかの基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。)
An organic-inorganic composite having a crosslinked structure with a metal-oxygen bond, comprising a compound represented by the following general formula (1):
Figure 2006028473
(In the formula, M is a metal or silicon, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and R 1
Is a carbon atom-containing molecular chain group having 8 to 20 carbon atoms, R 2 represents any one of methyl, ethyl, propyl, and phenyl groups, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2, is there. )
前記Mはシリコンであることを特徴とする請求項1に記載の有機無機複合体。   2. The organic-inorganic composite according to claim 1, wherein M is silicon. 前記一般式(1)においてR1はポリメチレン基であることを特徴とする請求項1に記
載の有機無機複合体。
The organic-inorganic composite according to claim 1, wherein R 1 in the general formula (1) is a polymethylene group.
前記ポリメチレン基が下記一般式(2)で表されることを特徴とする請求項3に記載の有機無機複合体。
Figure 2006028473
(式中、nは整数を表す。)
The organic-inorganic composite according to claim 3, wherein the polymethylene group is represented by the following general formula (2).
Figure 2006028473
(In the formula, n represents an integer.)
前記化合物が、下記一般式(3)で示される化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の有機無機複合体。
Figure 2006028473
(式中、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。)
The organic-inorganic composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the compound is a compound represented by the following general formula (3).
Figure 2006028473
(In the formula, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.)
前記一般式(1)においてR1はベンゼン環を含む炭化水素基であることを特徴とする
請求項1または2に記載の有機無機複合体。
The organic-inorganic composite according to claim 1 or 2, wherein R 1 in the general formula (1) is a hydrocarbon group containing a benzene ring.
前記炭化水素基が下記一般式(4)で表されることを特徴とする請求項6に記載の有機無機複合体。
Figure 2006028473
The organic-inorganic composite according to claim 6, wherein the hydrocarbon group is represented by the following general formula (4).
Figure 2006028473
前記一般式(4)において、n、mが1〜20の整数の範囲にあることを特徴とする請求項7に記載の有機無機複合体。   In the said General formula (4), n and m exist in the range of the integer of 1-20, The organic inorganic composite of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 前記一般式(4)において、n、mが各々2であることを特徴とする請求項8に記載の有機無機複合体。   In the said General formula (4), n and m are 2, respectively, The organic-inorganic composite of Claim 8 characterized by the above-mentioned. 前記化合物が、下記一般式(5)で示される化合物であることを特徴とする請求項1、2、6,7、8および9のいずれかに記載の有機無機複合体。
Figure 2006028473
(式中、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n1、n2は0、1、または2のいずれかである。)
The organic-inorganic composite according to any one of claims 1, 2, 6, 7, 8, and 9, wherein the compound is a compound represented by the following general formula (5).
Figure 2006028473
(In the formula, X is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2.)
さらに、下記一般式(6)で示される化合物を有することを特徴とする請求項1に記載の有機無機複合体。
4-n3 − M − (R3n3 ・・・(6)
(式中、Mは金属又はシリコン、Xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、R3
は炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基であり、n3は1、2または3のいずれかである。)
Furthermore, it has a compound shown by following General formula (6), The organic inorganic composite of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
X 4-n3 - M - ( R 3) n3 ··· (6)
(Wherein M is a metal or silicon, X is an —O— bond or OH group involved in cross-linking, and R 3
Is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and n3 is either 1, 2 or 3. )
前記一般式(6)で示される化合物の含有量が、前記一般式(1)で示される化合物と前記一般式(6)で示される化合物の合計量に対して5〜20質量%であることを特徴とする請求項11に記載の有機無機複合体。   The content of the compound represented by the general formula (6) is 5 to 20% by mass with respect to the total amount of the compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (6). The organic-inorganic composite according to claim 11. 請求項1乃至12のいずれかに記載の有機無機複合体を製造する方法であって、
複数の架橋性シリル基と、これに共有結合せしめられた炭素原子とを有する有機無機複合架橋性化合物とを含む混合物からなる前駆体を調整する工程と、
前記前駆体を基体上に成膜する工程と、
前記架橋性シリル基を加水分解/縮合させ、有機無機複合体を形成する縮合工程とを含むことを特徴とする有機無機複合体の製造方法。
A method for producing the organic-inorganic composite according to any one of claims 1 to 12,
Preparing a precursor comprising a mixture comprising a plurality of crosslinkable silyl groups and an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a carbon atom covalently bonded thereto;
Depositing the precursor on a substrate;
And a condensation step of hydrolyzing / condensing the crosslinkable silyl group to form an organic-inorganic composite.
前記前駆体は、沸点が100℃〜130℃の溶媒を含むことを特徴とする請求項13に記載の有機無機複合体の製造方法。   The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 13, wherein the precursor contains a solvent having a boiling point of 100C to 130C. 前記縮合工程は、前記架橋性シリル基に対して0.5〜1.5当量の水を添加する工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の有機無機複合体の製造方法。   The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 13, wherein the condensation step includes a step of adding 0.5 to 1.5 equivalents of water to the crosslinkable silyl group. 前記縮合工程は、さらに触媒を添加する工程を含むことを特徴とする請求項15に記載の有機無機複合体の製造方法。   The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 15, wherein the condensation step further includes a step of adding a catalyst. 前記触媒はブレンステッド酸であることを特徴とする請求項16に記載の有機無機複合体の製造方法。   The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 16, wherein the catalyst is a Bronsted acid. 前記前駆体溶液は、少なくとも下記一般式(7)で示される化合物を有することを特徴とする請求項13乃至17のいずれかに記載の有機無機複合体の製造方法。
Figure 2006028473
(式中、Mは金属又はシリコンであり、R1は炭素数8〜20の炭素原子含有分子鎖基で
あり、R2はメチル、エチル、プロピル、又はフェニル基のいずれかの基を表し、R5はCl、OCH3、OC25、OC65、OH又はOCOCH3基のいずれかの基を表し、n1、n2は0、1、または2のいずれかである)
The method for producing an organic-inorganic composite according to any one of claims 13 to 17, wherein the precursor solution includes at least a compound represented by the following general formula (7).
Figure 2006028473
(In the formula, M is a metal or silicon, R 1 is a carbon atom-containing molecular chain group having 8 to 20 carbon atoms, R 2 represents any group of methyl, ethyl, propyl, or phenyl group, R 5 represents any one of Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH and OCOCH 3 groups, and n1 and n2 are either 0, 1, or 2)
前記一般式(7)においてR1は下記一般式(4)で表されることを特徴とする請求項
18に記載の有機無機複合体の製造方法。
Figure 2006028473
In the said General formula (7), R < 1 > is represented by following General formula (4), The manufacturing method of the organic inorganic composite of Claim 18 characterized by the above-mentioned.
Figure 2006028473
前記一般式(4)の構造がp体であることを特徴とする請求項19に記載の有機無機複合体の製造方法。   20. The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 19, wherein the structure of the general formula (4) is a p-form. 前記一般式(7)においてR1は−(CH28− で表されるオクタメチレンであるこ
とを特徴とする請求項18に記載の有機無機複合体の製造方法。
Wherein R 1 in the general formula (7) - (CH 2) 8 - in the production method of the organic-inorganic composite according to claim 18, characterized in that a octamethylene represented.
前記一般式(7)において、R2はメチル基を、R5はOCH3またはOC25基を表す
ことを特徴とする請求項18に記載の有機無機複合体の製造方法。
In the general formula (7), the R 2 is a methyl group, R 5 is a manufacturing method of the organic-inorganic composite according to claim 18, characterized in that represents the OCH 3 or OC 2 H 5 group.
前記前駆体溶液は、さらに下記一般式(8)で示される化合物を有することを特徴とする請求項18に記載の有機無機複合体の製造方法。
5 4-n3 − M − (R3n3 ・・・(8)
(式中、Mは金属又はシリコンであり、R3は炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基で
あり、R5はCl、OCH3、OC25、OC65、OH又はOCOCH3基のいずれかの
基を表し、n3は1、2または3のいずれかである)
The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 18, wherein the precursor solution further includes a compound represented by the following general formula (8).
R 5 4-n3 -M- (R 3 ) n3 (8)
(Wherein M is a metal or silicon, R 3 is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and R 5 is Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH or Represents any group of OCOCH 3 groups, n3 is either 1, 2 or 3)
前記一般式(8)で示される化合物の含有量が、前記一般式(7)で示される化合物と前記一般式(8)で示される化合物の合計量に対して5〜20質量%であることを特徴とする請求項23に記載の有機無機複合体の製造方法。   The content of the compound represented by the general formula (8) is 5 to 20% by mass with respect to the total amount of the compound represented by the general formula (7) and the compound represented by the general formula (8). The method for producing an organic-inorganic composite according to claim 23. 請求項1乃至12のいずれかに記載のシリコン−酸素結合による架橋構造有機無機複合体を用いたことを特徴とする半導体装置。   13. A semiconductor device using the organic-inorganic composite having a crosslinked structure with a silicon-oxygen bond according to any one of claims 1 to 12. 半導体基板または半導体基板上に形成された第1の配線導体と、第2の配線導体との間に介在せしめられる層間絶縁膜を具備し、
前記層間絶縁膜が、前記シリコン−酸素結合による架橋構造を有する有機無機複合体で構成されたことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置。
An interlayer insulating film interposed between the first wiring conductor formed on the semiconductor substrate or the semiconductor substrate and the second wiring conductor;
26. The semiconductor device according to claim 25, wherein the interlayer insulating film is composed of an organic-inorganic composite having a cross-linked structure by the silicon-oxygen bond.
素子形成のなされた半導体基板表面にパッシベーション膜を形成してなり、前記パッシベーション膜が、前記シリコン−酸素結合による架橋構造を有する有機無機複合体で構成されたことを特徴とする請求項25または26に記載の半導体装置。   27. A passivation film is formed on a surface of a semiconductor substrate on which an element is formed, and the passivation film is composed of an organic-inorganic composite having a crosslinked structure by the silicon-oxygen bond. A semiconductor device according to 1.
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