JP4183656B2 - Coating liquid for forming silica-based etching stopper film, silica-based etching stopper film, and method for forming semiconductor multilayer wiring - Google Patents

Coating liquid for forming silica-based etching stopper film, silica-based etching stopper film, and method for forming semiconductor multilayer wiring Download PDF

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本発明は、半導体の配線形成に用いられるエッチングストッパー膜形成用塗布液、該塗布液を用いて作製されたエッチングストッパー膜および該塗布液を用いた半導体多層形成方法に関するもので、詳しくは、エッチング耐性を備え、誘電率が3.5以下の低誘電率特性を有するシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液、該塗布液を用いて作製されたシリカ系エッチングストッパー膜および該塗布液を用いた半導体多層配線形成方法に関するものである。   The present invention relates to an etching stopper film forming coating solution used for semiconductor wiring formation, an etching stopper film produced using the coating solution, and a semiconductor multilayer forming method using the coating solution. A coating solution for forming a silica-based etching stopper film having resistance and a low dielectric constant having a dielectric constant of 3.5 or less, a silica-based etching stopper film produced using the coating solution, and a semiconductor using the coating solution The present invention relates to a multilayer wiring forming method.

周知のように、半導体集積回路における基本的配線構造は、半導体基板上に直接または間接的に形成された下層配線層と、この下層配線層上に層間絶縁層を介して形成された上層配線層とが、前記層間絶縁層を貫通するように形成されたビア配線によって接続されている構造である。この配線構造を複数化、多層化することによって、半導体集積回路の多層配線構造が形成される。   As is well known, a basic wiring structure in a semiconductor integrated circuit includes a lower wiring layer formed directly or indirectly on a semiconductor substrate, and an upper wiring layer formed on the lower wiring layer via an interlayer insulating layer. Are connected by via wirings formed so as to penetrate the interlayer insulating layer. A multilayer wiring structure of a semiconductor integrated circuit is formed by multiplying the wiring structure into multiple layers.

一般に前記多層配線構造の形成において、各層間絶縁膜層の間にエッチングストッパー膜が設けられる。エッチングストッパー膜は、エッチングを必要としない部分に施す耐エッチング性の被膜であり、多層配線形成する際、層間絶縁膜のエッチング時に下層がエッチングされないために設けられる。   Generally, in the formation of the multilayer wiring structure, an etching stopper film is provided between each interlayer insulating film layer. The etching stopper film is an etching-resistant film that is applied to a portion that does not require etching, and is provided in order to prevent the lower layer from being etched when the interlayer insulating film is etched when a multilayer wiring is formed.

無機系の層間絶縁膜のエッチングにはCH3F等のフッ素ガス系のエッチャントがよく用いられるため、無機系の層間絶縁膜上に設けられるエッチングストッパー膜の場合、当該ストッパー膜に求められる特性としては、当該エッチャントに対して、耐性が十分にあることが挙げられる。この観点から、従来から使用されているエッチングストッパー膜としては、CVD系のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が知られている。 Since etching of an inorganic interlayer insulating film often uses a fluorine gas-based etchant such as CH 3 F, in the case of an etching stopper film provided on an inorganic interlayer insulating film, the characteristics required for the stopper film Is sufficiently resistant to the etchant. From this point of view, CVD-based silicon oxide films, silicon nitride films, and the like are known as etching stopper films conventionally used.

しかしながら、現在、エッチングストッパー膜に求められる特性は、CH3F等のフッ素ガス系のエッチャントに対して、耐性があるだけでは不十分となってきている。すなわち、多層配線構造全体として低誘電率であることが求められており、特に銅配線や低誘電率層間絶縁膜を用いて形成される多層配線において、層間絶縁膜が低誘電率材料であることが求められるのみならず、この多層配線を構成するエッチングストッパー膜も低誘電率材料であることが求められている。この誘電率は、低ければ低いほど好ましく、4.0以下であることが特に求められている。 However, at present, the characteristics required for the etching stopper film are insufficient only with resistance to fluorine gas-based etchants such as CH 3 F. That is, the entire multilayer wiring structure is required to have a low dielectric constant, and the interlayer insulating film is a low dielectric constant material particularly in a multilayer wiring formed using a copper wiring or a low dielectric constant interlayer insulating film. In addition, the etching stopper film constituting the multilayer wiring is also required to be a low dielectric constant material. This dielectric constant is preferably as low as possible and is particularly required to be 4.0 or less.

従来から使用されているエッチングストッパー膜として上述したCVD系のシリコン酸化膜は、比誘電率が4.0〜4.5であり、シリコン窒化膜は、比誘電率7.0程度と双方共に誘電率が高い。   The above-described CVD-based silicon oxide film as an etching stopper film used conventionally has a relative dielectric constant of 4.0 to 4.5, and the silicon nitride film has a relative dielectric constant of about 7.0. The rate is high.

そこで、良好なドライエッチング耐性と4.0以下の低誘電率を同時に兼ね備えるエッチングストッパー膜の開発が行なわれてきたが、実用に供することができるものは未だ存在しない。従って、上記特性を有するエッチングストッパー膜及びこれを形成することのできる材料の実現が切に望まれていた。   Thus, although an etching stopper film having both good dry etching resistance and a low dielectric constant of 4.0 or less has been developed at the same time, there is no film that can be put into practical use. Therefore, realization of an etching stopper film having the above characteristics and a material capable of forming the etching stopper film has been strongly desired.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ドライエッチング耐性を備え、また誘電率3.5以下の低誘電率特性を有するシリカ系エッチングストッパー膜の形成に適した材料を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a material suitable for forming a silica-based etching stopper film having dry etching resistance and having a low dielectric constant characteristic of a dielectric constant of 3.5 or less. Is.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を進めたところ、特定のシリカ系化合物の加水分解生成物を主成分とするシリカ系塗布液を用いて形成した被膜は、良好なエッチング耐性を示し、また低誘電率を達成することを見出し、本発明をなすに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-mentioned problems. As a result, a film formed using a silica-based coating liquid mainly composed of a hydrolysis product of a specific silica-based compound is satisfactorily etched. It has been found that it exhibits resistance and achieves a low dielectric constant, and has led to the present invention.

すなわち、本発明のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液は、下記一般式(1)

Figure 0004183656
(式中、R1は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかであり、少なくとも1つはアルコキシ基を表す。R2は、アルキレン基、フェニレン基、あるいは下記一般式(2)
Figure 0004183656
(式中、R4はアルキレン基を表す。)で表される基のいずれかを表す。R3は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかであり、少なくとも1つはアルコキシ基を表す。nは、1〜20の整数を表す。)で表される化合物の加水分解生成物を含有してなる。 That is, the coating liquid for forming a silica-based etching stopper film of the present invention has the following general formula (1)
Figure 0004183656
(In the formula, R 1 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, and an alkoxy group, and at least one represents an alkoxy group. R 2 represents an alkylene group, a phenylene group, or the following general formula (2).
Figure 0004183656
(Wherein R 4 represents an alkylene group). R 3 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, and an alkoxy group, and at least one represents an alkoxy group. n represents an integer of 1 to 20. The hydrolysis product of the compound represented by this is contained.

また、本発明のエッチングストッパー膜は、半導体多層配線形成において、層間絶縁膜間に設けられるエッチングストッパー膜であって、上記シリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を前記層間絶縁膜の表面に塗布し、該塗膜を乾燥、焼成して得られる。   The etching stopper film of the present invention is an etching stopper film provided between interlayer insulating films in the formation of semiconductor multilayer wiring, and the silica-based etching stopper film forming coating solution is applied to the surface of the interlayer insulating film. The coating film is obtained by drying and baking.

また、本発明の半導体多層配線形成方法は、
半導体基板上に形成された下層配線層と、その上に層間絶縁層を介して形成された上層配線層とが、前記層間絶縁層を上下に貫通するビア配線によって接続されている半導体多層配線の形成方法において、
前記下層配線層上に少なくとも層間絶縁層を積層する第1の層間絶縁層形成工程と、
前記層間絶縁層の表面に前記シリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を塗布して第1のエッチングストッパー膜を形成する第1のエッチングストッパー膜形成工程と、
前記第1のエッチングストッパー膜上に少なくとも層間絶縁層を積層する第2の層間絶縁層形成工程と
前記第2の層間絶縁層上に前記シリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を塗布して第2のエッチングストッパー膜を形成する第2のエッチングストッパー膜形成工程と、
前記第2のエッチングストッパー膜上にホトレジスト層を形成し、パターン露光の後、現像処理してホトレジストパターンを形成し、このホトレジストパターンをマスクとしてエッチングを行って第1のエッチング空間を形成する第1エッチング空間形成工程と、
前記第1エッチング空間に埋込材を充填する埋め込み工程と、
前記第2のエッチングストッパー膜上にホトレジスト層を形成し、このホトレジスト層にパターン光を照射し、現像して、ホトレジストパターンを形成するホトレジストパターン形成工程と、
前記ホトレジストパターンをマスクとしてエッチングを行って、前記第1エッチング空間の上部の前記層間絶縁層を所定のパターンに除去して前記第1エッチング空間と連通する第2のエッチング空間を形成する第2エッチング空間形成工程と、
前記第1のエッチング空間に残留している埋込材を除去し、銅を埋め込み配線を形成する配線形成工程とを有することを特徴とする。
In addition, the semiconductor multilayer wiring forming method of the present invention,
A semiconductor multilayer wiring in which a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate and an upper wiring layer formed thereon via an interlayer insulating layer are connected by a via wiring vertically passing through the interlayer insulating layer. In the forming method,
A first interlayer insulating layer forming step of laminating at least an interlayer insulating layer on the lower wiring layer;
A first etching stopper film forming step of forming a first etching stopper film by applying the silica-based etching stopper film forming coating solution on the surface of the interlayer insulating layer;
A second interlayer insulating layer forming step of laminating at least an interlayer insulating layer on the first etching stopper film; and a coating solution for forming the silica-based etching stopper film is applied on the second interlayer insulating layer to form a second A second etching stopper film forming step of forming the etching stopper film of
A photoresist layer is formed on the second etching stopper film, and after pattern exposure, development processing is performed to form a photoresist pattern, and etching is performed using the photoresist pattern as a mask to form a first etching space. Etching space forming step;
A filling step of filling the first etching space with a filling material;
Forming a photoresist layer on the second etching stopper film, irradiating the photoresist layer with pattern light, developing, and forming a photoresist pattern;
Etching is performed using the photoresist pattern as a mask, and the interlayer insulating layer above the first etching space is removed into a predetermined pattern to form a second etching space communicating with the first etching space. A space formation process;
And a wiring formation step of removing a filling material remaining in the first etching space and forming a wiring with copper buried therein.

なお、特開2000−309752号公報、特開2003−179050号公報に類似の化合物を用いた膜形成用組成物の開示が成されているが、この開示されている膜形成用組成物は層間絶縁膜を対象としたものである。一般的に知られているようにエッチングストッパー膜と層間絶縁膜とでは膜に求められる性質が異なるため、開示の膜形成用組成物と本発明のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液とは全く異なるものである。具体的には、層間絶縁膜はエッチャントによって適宜エッチングされる必要があるが、エッチングストッパー膜は、前記層間絶縁膜層の上に設けられ、層間絶縁膜を保護するものであるため、エッチャントに対して、耐性を有すことが必要となる。すなわち、エッチングストッパー膜は、エッチング時に下層の層間絶縁膜層がエッチングされないよう層間絶縁膜層と比べエッチングレートが高いことが要求される。このようにエッチングストッパー膜と層間絶縁膜とは膜の性質および用途が全く異なるものであるため、前記公報では開示されている膜形成用材料が、エッチングストッパー膜に使用できるとは言えない。また、エッチングストッパー膜として使用できる旨の記載および示唆は認められない。   In addition, although the film formation composition using the compound similar to Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-309752 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-179050 is made | formed, this disclosed film formation composition is an interlayer. The target is an insulating film. As generally known, since the properties required for the film are different between the etching stopper film and the interlayer insulating film, the disclosed film forming composition and the silica-based etching stopper film forming coating liquid of the present invention are completely different. Is different. Specifically, the interlayer insulating film needs to be appropriately etched with an etchant, but the etching stopper film is provided on the interlayer insulating film layer and protects the interlayer insulating film. It is necessary to have resistance. That is, the etching stopper film is required to have a higher etching rate than the interlayer insulating film layer so that the lower interlayer insulating film layer is not etched during etching. Thus, the etching stopper film and the interlayer insulating film have completely different properties and uses, and it cannot be said that the film forming material disclosed in the above publication can be used for the etching stopper film. Further, there is no description or suggestion that it can be used as an etching stopper film.

本発明により、エッチングストッパーとして好適な、すなわちドライエッチング耐性を備え、また誘電率3.5以下の低誘電率特性を有する、シリカ系エッチングストッパー膜の形成に適した材料を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a material suitable for forming a silica-based etching stopper film that is suitable as an etching stopper, that is, has dry etching resistance and has a low dielectric constant characteristic of a dielectric constant of 3.5 or less.

以下に、本発明の実施形態について説明する。
本発明のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液は、下記一般式(1)で表される化合物の加水分解生成物からなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The coating liquid for forming a silica-based etching stopper film of the present invention comprises a hydrolysis product of a compound represented by the following general formula (1).

Figure 0004183656
Figure 0004183656

一般式(1)中、R1は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかであり、少なくとも1つはアルコキシ基を表す。R2は、アルキレン基、フェニレン基、あるいは下記一般式(2)で表される基のいずれかを表す。 In general formula (1), R < 1 > is either a hydrogen atom, an alkyl group, or an alkoxy group, and at least one represents an alkoxy group. R 2 represents an alkylene group, a phenylene group, or a group represented by the following general formula (2).

Figure 0004183656
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一般式(2)中、R4はアルキレン基を表し、それぞれ異なるアルキレン基でも同一のアルキレン基でもよい。 In general formula (2), R 4 represents an alkylene group, and each may be a different alkylene group or the same alkylene group.

一般式(1)中、R3は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかであり、少なくとも1つはアルコキシ基を表す。nは、1〜20の整数を表す。nとして好ましくは1〜15であり、より好ましくは1〜10である。 In the general formula (1), R 3 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, and an alkoxy group, and at least one represents an alkoxy group. n represents an integer of 1 to 20. n is preferably 1 to 15, and more preferably 1 to 10.

上記一般式(1)で表される化合物の中でも、下記一般式(3)で表される化合物、または下記一般式(4)で表される化合物が特に好ましい。塗布液全体における炭素数の割合が、良好な電気特性(低誘電率化)、およびエッチング耐性を得る為に適度であるためである。   Among the compounds represented by the general formula (1), a compound represented by the following general formula (3) or a compound represented by the following general formula (4) is particularly preferable. This is because the ratio of the number of carbon atoms in the entire coating solution is appropriate for obtaining good electrical characteristics (lower dielectric constant) and etching resistance.

Figure 0004183656
(式中、R5はアルキル基を表す。)
Figure 0004183656
(In the formula, R 5 represents an alkyl group.)

Figure 0004183656
(式中、R5はアルキル基を表す。)
Figure 0004183656
(In the formula, R 5 represents an alkyl group.)

一般式(3)または(4)中、R5は、それぞれ異なるアルキル基でも同一のアルキル基でもよい。 In general formula (3) or (4), R 5 s may be different alkyl groups or the same alkyl group.

上記一般式(3)で表される化合物としては、例えばビストリメトキシシリルヘキサン、ビストリエトキシシリルヘキサン、ビストリプロポキシシリルヘキサン等が挙げられる。これらの中では、特にビストリメトキシシリルヘキサンが好ましい。   Examples of the compound represented by the general formula (3) include bistrimethoxysilylhexane, bistriethoxysilylhexane, and bistripropoxysilylhexane. Of these, bistrimethoxysilylhexane is particularly preferred.

上記一般式(4)で表される化合物としては、例えばビストリメトキシシリルジエチルベンゼン、ビストリエトキシシリルジエチルベンゼン、ビストリプロポキシシリルジエチルベンゼン等が挙げられる。これらの中では、特にビストリメトキシシリルジエチルベンゼンが好ましい。   Examples of the compound represented by the general formula (4) include bistrimethoxysilyldiethylbenzene, bistriethoxysilyldiethylbenzene, bistripropoxysilyldiethylbenzene, and the like. Of these, bistrimethoxysilyldiethylbenzene is particularly preferable.

上記一般式(1)で表される化合物の加水分解は、有機溶媒中で行なうのが好ましい。このような有機溶媒として、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の一価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等の多価アルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールのモノエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン等のケトン類、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の多価アルコールの水酸基をすべてアルキルエーテル化した多価アルコールエーテル類などが挙げられる。これらの中で多価アルコールの水酸基を全てアルキルエーテル化した多価アルコールエーテル類が好適である。これらの多価アルコールエーテル類が好適である。これらの有機溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。その使用量は、70〜99質量%の範囲とすることが好ましい。つまり、固形分濃度が30〜1質量%の範囲となるように使用することが好ましい。この範囲で反応を行うことにより、加水分解、脱水縮合反応速度の制御が容易となり、さらに溶液の保存安定性が向上する。   The hydrolysis of the compound represented by the general formula (1) is preferably performed in an organic solvent. Examples of such organic solvents include monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, and butyl alcohol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, and hexanetriol, and ethylene glycol monomethyl ether. , Ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol Monoethers of polyhydric alcohols such as ethyl monopropyl ether and propylene glycol monobutyl ether, esters such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isoamyl ketone, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol All hydroxyl groups of polyhydric alcohols such as diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, and diethylene glycol diethyl ether are all alkyl ethers. Polyhydric alcohol Such as ethers, and the like. Of these, polyhydric alcohol ethers obtained by alkylating all hydroxyl groups of the polyhydric alcohol are preferred. These polyhydric alcohol ethers are preferred. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount used is preferably in the range of 70 to 99% by mass. That is, it is preferable to use so that solid content concentration may be in the range of 30 to 1% by mass. By carrying out the reaction in this range, the hydrolysis and dehydration condensation reaction rates can be easily controlled, and the storage stability of the solution is further improved.

上記一般式(1)で表される化合物の加水分解は、有機溶媒にさらに水を加え、酸触媒の存在下で加水分解反応が進められる。酸触媒としては、従来慣用されている有機酸、無機酸の、いずれも使用できる。有機酸としては、例えば酢酸、プロピオン酸、酪酸のような有機カルボン酸などが挙げられる。無機酸としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸のような鉱酸などが挙げられる。工業的に入手容易、かつ安価であり、また形成されたシリカ系エッチングストッパー膜から層間絶縁膜等に悪影響が少ないなどの観点から、特に、硝酸、リン酸が好ましい。   In the hydrolysis of the compound represented by the general formula (1), water is further added to an organic solvent, and the hydrolysis reaction proceeds in the presence of an acid catalyst. As the acid catalyst, any conventionally used organic acid or inorganic acid can be used. Examples of the organic acid include organic carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, and butyric acid. Examples of inorganic acids include mineral acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid. Nitric acid and phosphoric acid are particularly preferred from the viewpoints of being easily available industrially and inexpensive and having little adverse effect on the interlayer insulating film and the like from the formed silica-based etching stopper film.

水の添加量は、反応系中のシリカ系原料のアルコキシ基(Si−OR基)の総モル数に対して、水が0.5〜1.5倍モルの範囲になるようにすることが好ましい。水の量が少なすぎると最終的に製造されたシリカ系エッチングストッパー膜形成用材料の経時での保存安定性は高いが、加水分解度が低く、加水分解物中に多くの有機基が残存することになる。このため、この材料を用いて被膜を形成すると、分解した有機成分に起因するガス発生が顕著になり好ましくない。逆に、製造時の水の使用量が多量であると製造された材料の保存安定性が低下し、やはり好ましくない。   The amount of water added is such that the water is in the range of 0.5 to 1.5 times the total number of moles of alkoxy groups (Si-OR groups) of the silica-based raw material in the reaction system. preferable. If the amount of water is too small, the finally produced silica-based etching stopper film-forming material has high storage stability over time, but the hydrolysis degree is low, and many organic groups remain in the hydrolyzate. It will be. For this reason, when a film is formed using this material, gas generation due to decomposed organic components becomes remarkable, which is not preferable. Conversely, if the amount of water used during production is large, the storage stability of the produced material is lowered, which is also not preferable.

酸触媒は、水を加えた後に加えてもよいし、水と混合して酸水溶液として加えてもよい。酸触媒の使用量は、上記加水分解系中のその濃度が100〜10000ppm、好ましくは100〜1000ppmの範囲になるように調製される。酸触媒の使用量が少なすぎると加水分解反応が十分に進行せず、逆に多すぎると反応液の経時変化が大きくなりやすく、やはり好ましくない。   The acid catalyst may be added after adding water, or may be mixed with water and added as an aqueous acid solution. The amount of the acid catalyst used is adjusted so that its concentration in the hydrolysis system is in the range of 100 to 10000 ppm, preferably 100 to 1000 ppm. If the amount of the acid catalyst used is too small, the hydrolysis reaction does not proceed sufficiently. Conversely, if the amount is too large, the change with time of the reaction solution tends to increase, which is also not preferable.

加水分解反応は、通常5〜100時間程度で完了する。反応時間を短縮するには、80℃を越えない加熱温度で、上記一般式(1)で表される化合物を含む有機溶剤に水と酸触媒を滴下するのがよい。   The hydrolysis reaction is usually completed in about 5 to 100 hours. In order to shorten the reaction time, it is preferable to add water and an acid catalyst dropwise to an organic solvent containing the compound represented by the general formula (1) at a heating temperature not exceeding 80 ° C.

このように調製されたシリカ系エッチングストッパー膜形成用材料は、このまま塗布液として使用することもできるが、濃縮処理、あるいは別途有機溶媒を配合して希釈するなどして、濃度調整して使用してもよい。この希釈に用いる有機溶媒としては、前記した有機溶媒を用いることが好ましい。   The silica-based etching stopper film-forming material prepared in this way can be used as it is as a coating solution, but it can be used by adjusting the concentration by concentration treatment or diluting by separately adding an organic solvent. May be. As the organic solvent used for the dilution, it is preferable to use the organic solvent described above.

溶媒としてアルコールを用いるか否かに関わりなく、上記一般式(1)で表される化合物の加水分解、縮重合反応のため、調整した塗布液には通常アルコール分が含まれている。塗布液中に含まれるアルコール分は最終的には塗布液全量の15質量%以下にすることが好ましい。塗布液中のアルコールの残存量が、15質量%を超えるような量であると、塗布液の保存安定性が低下したり、本来の被膜特性が失われたりする。アルコールが過剰に含まれている場合には、減圧蒸留で余分なアルコールを除去するのがよい。減圧蒸留は、例えば真空度、10〜300mmHg、好ましくは20〜150mmHg、温度20〜50℃で行なう。   Regardless of whether or not alcohol is used as the solvent, the adjusted coating solution usually contains an alcohol component due to hydrolysis and polycondensation reaction of the compound represented by the general formula (1). It is preferable that the alcohol content in the coating solution is finally 15% by mass or less of the total amount of the coating solution. When the residual amount of alcohol in the coating solution is more than 15% by mass, the storage stability of the coating solution is lowered, or the original film characteristics are lost. When alcohol is contained excessively, it is preferable to remove excess alcohol by distillation under reduced pressure. The vacuum distillation is performed at, for example, a degree of vacuum, 10 to 300 mmHg, preferably 20 to 150 mmHg, and a temperature of 20 to 50 ° C.

最終的に調製する塗布液に含まれるアルコール分を低く抑える観点から考えると、上記一般式(1)の加水分解反応を進める際使用する有機溶媒としては、多価アルコールの水酸基を全てエーテル化した多価アルコールエーテル類を用いることが好ましい。特にアルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましく、中でもプロピレングリコールモノプロピルエーテルが好ましい。   From the viewpoint of keeping the alcohol content in the coating solution to be finally prepared low, as the organic solvent used when the hydrolysis reaction of the general formula (1) proceeds, all the hydroxyl groups of the polyhydric alcohol are etherified. It is preferable to use polyhydric alcohol ethers. In particular, alkylene glycol monoalkyl ether is preferable, and propylene glycol monopropyl ether is particularly preferable.

加水分解反応終了後は、最終的な塗布液を得るために溶媒置換を行なってもよい。例えば、加水分解および重合反応終了後、得られた加水分解生成物の均一分散体をそのまま用い、用いた反応溶媒と比較し、沸点のより高い、他の塗布液に適した有機溶媒をこれにさらに配合する。この混合物を例えば、減圧下、分別蒸留が効率的に進行するような適正な中間の温度で蒸留を進め、選択的にシリカ系重合物を主成分とする分散質から反応溶媒を分離、除去する。   After completion of the hydrolysis reaction, solvent replacement may be performed in order to obtain a final coating solution. For example, after completion of the hydrolysis and polymerization reaction, the obtained uniform dispersion of the hydrolysis product is used as it is, and an organic solvent having a higher boiling point and suitable for other coating liquids is used as compared with the used reaction solvent. Further blend. For example, the mixture is distilled at an appropriate intermediate temperature so that the fractional distillation efficiently proceeds under reduced pressure, and the reaction solvent is selectively separated and removed from the dispersoid mainly composed of the silica-based polymer. .

最終的には、濃縮や希釈により固形分濃度を通常1〜20質量%程度に調整し、シリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液とする。   Finally, the solid content concentration is usually adjusted to about 1 to 20% by mass by concentration or dilution to obtain a coating solution for forming a silica-based etching stopper film.

得られたシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液は、層間絶縁膜層の表面に塗布し、その後加熱し、乾燥、焼成することによって被膜を形成する。塗布は、例えばスプレー法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法など、任意の方法を用いることができる。   The obtained coating liquid for forming a silica-based etching stopper film is applied to the surface of the interlayer insulating film layer, and then heated, dried and baked to form a film. For the application, any method such as a spray method, a spin coating method, a dip coating method, or a roll coating method can be used.

塗布した膜の乾燥は、塗布液中の溶媒が拡散して塗膜が形成されればよく、その手段、温度、時間などについて制限はない。一般的には、80〜300℃程度のホットプレート上で1〜6分程度加熱する。好ましくは3段階以上、段階的に昇温することが好ましい。具体的には、大気中又は窒素などの不活性ガス雰囲気中、70〜120℃程度のホットプレート上で30秒〜2分程度第1回目の乾燥処理を行なった後、130〜220℃程度で30秒〜2分程度第2回目の乾燥処理を行ない、さらに150〜300℃程度で30秒〜2分程度第3回目の乾燥処理を行なう。このようにして3段階以上、好ましくは3〜6段階程度の段階的な乾燥処理を行なうことによって、形成された塗膜の表面が均一なものとなる。   The coating film may be dried as long as the solvent in the coating solution diffuses to form a coating film, and there are no restrictions on the means, temperature, time, and the like. Generally, it is heated for about 1 to 6 minutes on a hot plate at about 80 to 300 ° C. It is preferable to raise the temperature stepwise, preferably in three or more steps. Specifically, after performing the first drying process for about 30 seconds to 2 minutes on a hot plate of about 70 to 120 ° C. in an air or an inert gas atmosphere such as nitrogen, the temperature is about 130 to 220 ° C. The second drying process is performed for about 30 seconds to 2 minutes, and the third drying process is performed at about 150 to 300 ° C. for about 30 seconds to 2 minutes. Thus, the surface of the formed coating film becomes uniform by performing stepwise drying treatment of three or more steps, preferably about 3 to 6 steps.

乾燥処理された塗膜は、次に焼成処理が施される。焼成は、300〜400℃程度の温度で、窒素雰囲気中で行なわれる。この焼成温度が、300℃未満では、焼成後のエッチングストッパー膜のエッチング耐性が不十分となるおそれがある。一方、400℃を超えるような焼成温度であると、誘電率を低く保つことが困難となるおそれがある。焼成は、窒素雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で行なうことによって良好なエッチングストッパー膜を形成することができる。   The dried coating film is then baked. Firing is performed at a temperature of about 300 to 400 ° C. in a nitrogen atmosphere. If the baking temperature is less than 300 ° C., the etching resistance of the etching stopper film after baking may be insufficient. On the other hand, if the firing temperature exceeds 400 ° C., it may be difficult to keep the dielectric constant low. A good etching stopper film can be formed by performing the baking in a nitrogen atmosphere or an inert gas atmosphere.

このようなエッチングストッパー膜を形成する方法によれば、エッチング耐性を備え、誘電率が3.5以下の低誘電率特性を有するシリカ系エッチングストッパー膜を形成することができる。また、同様にしてハードマスク膜を形成することもできる。   According to such a method for forming an etching stopper film, it is possible to form a silica-based etching stopper film having etching resistance and low dielectric constant characteristics having a dielectric constant of 3.5 or less. Similarly, a hard mask film can be formed.

本発明のエッチングストッパー膜の膜厚は、層間絶縁膜の2分の1以下、好ましくは5分の1以下、さらに好ましくは10分の1以下の膜厚であることが、当該膜の除去作業効率の点、また集積度の高い多層配線を形成する上で好ましい。なお、薄膜であればある程エッチング耐性は小さくなるため、10nm以上の膜厚とすることが望ましい。なお、実用上20nm以上、好ましくは30nm以上の膜厚で形成することが望ましい。   The film thickness of the etching stopper film of the present invention is 1/2 or less, preferably 1/5 or less, more preferably 1/10 or less of the interlayer insulating film. It is preferable in terms of efficiency and in forming a multilayer wiring with a high degree of integration. In addition, since etching resistance becomes so small that it is a thin film, it is desirable to set it as a film thickness of 10 nm or more. In practice, it is desirable to form the film with a thickness of 20 nm or more, preferably 30 nm or more.

本発明のシリカ系エッチングストッパー膜は、酸素プラズマによるエッチングやフッ素ガス系のエッチャントを用いたエッチング(RIE:リアクティブ・イオン・エッチング)に対して優れたエッチング耐性を示す。フッ素ガス系のエッチャントとしては、例えばCH3F、CH22、CHF3、F4、CF4、C26、C48、C35、SF6、SF6などが挙げられる。 The silica-based etching stopper film of the present invention exhibits excellent etching resistance against etching using oxygen plasma or etching using a fluorine gas-based etchant (RIE: reactive ion etching). Examples of the fluorine gas-based etchant include CH 3 F, CH 2 F 2 , CHF 3 , F 4 , CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , C 3 F 5 , SF 6 and SF 6. It is done.

本発明のエッチングストッパー膜は、シリカ系のエッチングストッパー膜でありながら、無機材料のエッチングを行なう上記フッ素系ガスに対して耐性を示し、しかも低誘電率である点に特徴を有する。また、本発明のシリカ系エッチングストッパー膜は、層間絶縁膜が有機系の場合であっても上記効果を有するエッチングストッパー膜として機能する。すなわち、本発明のエッチングストッパー膜は層間絶縁膜が有機系、無機系どちらであっても、その上に設けることができるため、汎用性が広い。   Although the etching stopper film of the present invention is a silica-based etching stopper film, the etching stopper film is characterized by being resistant to the above-described fluorine-based gas for etching an inorganic material and having a low dielectric constant. In addition, the silica-based etching stopper film of the present invention functions as an etching stopper film having the above effects even when the interlayer insulating film is an organic system. That is, the etching stopper film of the present invention can be provided on the interlayer insulating film regardless of whether the interlayer insulating film is organic or inorganic.

層間絶縁膜の上に塗布して形成した塗膜に対しては、プラズマ処理を施して、そのエッチング耐性をさらに向上させることができる。このようなプラズマ処理は、シリカ系エッチングストッパー膜形成性塗布液を塗布後、好ましくは乾燥処理を終え、焼成前の塗膜に対して行なう。プラズマ処理は、窒素雰囲気下、又はヘリウムなどの不活性雰囲気下で行なうことが好ましい。例えば、窒素ガス量100sccm、出力300w、圧力300mTorr、温度100℃の条件で1分間プラズマ照射を継続して行なう。   The coating film formed by coating on the interlayer insulating film can be subjected to plasma treatment to further improve its etching resistance. Such a plasma treatment is preferably performed on the coating film before firing after the silica-based etching stopper film-forming coating solution is applied, preferably after the drying treatment is finished. The plasma treatment is preferably performed in a nitrogen atmosphere or an inert atmosphere such as helium. For example, plasma irradiation is continuously performed for 1 minute under the conditions of a nitrogen gas amount of 100 sccm, an output of 300 w, a pressure of 300 mTorr, and a temperature of 100 ° C.

プラズマ処理によって、膜表面の改質が起こり、エッチング耐性の優れたシリカ系エッチングストッパー膜を形成することができる。但し、プラズマ処理を行なうとエッチング耐性を向上させることができる一方で、一般に誘電率を若干向上させてしまうことが知られているため、デバイスの設計構造等を考慮してプラズマ処理の実施を決定するのがよい。   The surface of the film is modified by the plasma treatment, and a silica-based etching stopper film having excellent etching resistance can be formed. However, it is known that the plasma resistance can improve the etching resistance, but generally the dielectric constant is slightly improved. Therefore, the implementation of the plasma processing is decided in consideration of the design structure of the device. It is good to do.

次に、本発明のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を用いた、半導体基板上に形成された下層配線層と、その上に層間絶縁層を介して形成された上層配線層とが、前記層間絶縁層を上下に貫通するビア配線によって接続されている半導体多層配線形成方法の一例を以下に説明する。図1および2は、多層配線構造の半導体装置の製造工程図である。図1から2へは連続した工程であり、図1の上から下に向かって第1〜4の工程を表し、図2の上から下に向かって第5〜8の工程という一連の工程を表している。   Next, the lower wiring layer formed on the semiconductor substrate using the coating solution for forming the silica-based etching stopper film of the present invention, and the upper wiring layer formed thereon via the interlayer insulating layer, An example of a method for forming a semiconductor multilayer wiring that is connected by via wiring that penetrates the interlayer insulating layer vertically will be described below. 1 and 2 are manufacturing process diagrams of a semiconductor device having a multilayer wiring structure. 1 to 2 is a continuous process, and represents the first to fourth processes from the top to the bottom of FIG. 1, and a series of processes of the fifth to eighth processes from the top to the bottom of FIG. Represents.

まず、図1の第1の工程に示すように、基板1上に層間絶縁層(低誘電体層)2を形成する。この層間絶縁層(低誘電体層)2を構成する材料は、SiO2、カーボンドープドオキサイド(SiON)、SOG(spin on glass)等が用いられる。この層間絶縁層(低誘電体層)2の上にレジスト膜3を形成し、パターン化する。このパターン化したレジスト膜3をマスクとして層間絶縁層(低誘電体層)2を選択的にエッチングし、続いてレジスト膜3を除去することによって、第2の工程に示すように、配線溝(トレンチ)4を形成する。次に、前述のように配線溝4を形成した層間絶縁層(低誘電体層)2の表面に、バリアメタル膜5を堆積させることによって、配線溝4の内面に、この配線溝4内に埋め込むことになる銅と層間絶縁層(低誘電体層)2との接着性を向上させると同時に銅の層間絶縁層2中への拡散を防止するためのバリアメタル膜5を、形成する。その後、第3の工程に示すように、配線溝(トレンチ)4内に電解メッキ法などを用いて銅を埋め込み、下層配線層(金属層)6を形成する。 First, as shown in the first step of FIG. 1, an interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2 is formed on the substrate 1. As a material constituting the interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2, SiO 2 , carbon-doped oxide (SiON), SOG (spin on glass), or the like is used. A resist film 3 is formed on the interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2 and patterned. By using the patterned resist film 3 as a mask, the interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2 is selectively etched, and then the resist film 3 is removed, so that a wiring trench ( Trench) 4 is formed. Next, by depositing a barrier metal film 5 on the surface of the interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2 in which the wiring trench 4 is formed as described above, the inner surface of the wiring trench 4 is formed in the wiring trench 4. A barrier metal film 5 is formed to improve adhesion between the copper to be buried and the interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2 and at the same time prevent diffusion of copper into the interlayer insulating layer 2. Thereafter, as shown in the third step, copper is buried in the wiring groove (trench) 4 by using an electrolytic plating method or the like to form a lower wiring layer (metal layer) 6.

次に、この時点で層間絶縁層(低誘電体層)2の表面に付着している銅と残存バリアメタル5とを化学的研磨(CMP)により除去し、層間絶縁層(低誘電体層)2の表面を平坦化した後、その上に、第1の層間絶縁層(低誘電体層)7を形成する。   Next, copper and the remaining barrier metal 5 adhering to the surface of the interlayer insulating layer (low dielectric layer) 2 at this time are removed by chemical polishing (CMP), and the interlayer insulating layer (low dielectric layer) is removed. After the surface of 2 is planarized, a first interlayer insulating layer (low dielectric layer) 7 is formed thereon.

次に、本発明のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を用いて第1のエッチングストッパー膜8を形成する。さらにその上に、第2の層間絶縁層(低誘電体層)9を形成し、次いで、本発明のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を用いて第2のエッチングストッパー膜10を積層する。   Next, the 1st etching stopper film | membrane 8 is formed using the coating liquid for silica type etching stopper film | membrane formation of this invention. Furthermore, a second interlayer insulating layer (low dielectric layer) 9 is formed thereon, and then a second etching stopper film 10 is laminated using the silica-based etching stopper film forming coating solution of the present invention.

次いで、前記第2のエッチングストッパー膜10の上に、第1のエッチング空間(ビアホール)形成用のパターンを有するレジストマスク11を形成する。次に、第4の工程に示すように、前記レジストマスク11を用いてエッチングを行って、第2のエッチングストッパー膜10、第2の層間絶縁層(低誘電体層)9、第1のエッチングストッパー層8、および第1の層間絶縁層(低誘電体層)7を貫通し、下層配線層6の表面に至る第1のエッチング空間(ビアホール)12を形成する。   Next, a resist mask 11 having a pattern for forming a first etching space (via hole) is formed on the second etching stopper film 10. Next, as shown in the fourth step, etching is performed using the resist mask 11, and the second etching stopper film 10, the second interlayer insulating layer (low dielectric layer) 9, and the first etching are performed. A first etching space (via hole) 12 that penetrates the stopper layer 8 and the first interlayer insulating layer (low dielectric layer) 7 and reaches the surface of the lower wiring layer 6 is formed.

続いて、図2の第5の工程に示すように、前記第1のエッチング空間(ビアホール)12にホトレジスト材料などの埋込材13を充填する。次いで、この埋込材13の上に、第2のエッチング空間(トレンチ)形成用のパターンを有するレジストマスク14を形成する。このレジストマスク14を用いて、前記埋込材13をエッチバックして、第6の工程に示すように、所定厚みだけ第1のエッチング空間(ビアホール)12の底部に残し、さらに、第7の工程に示すように、第2のエッチングストッパー膜10と第2の層間絶縁層(低誘電体層)9とをエッチングして第2のエッチング空間(トレンチ15)を形成するとともに、ビアホール12の底部に残存している埋込材13を除去する。この後、前記第1のエッチング空間(ビアホール)12と第2のエッチング空間(トレンチ)15とに銅を埋め込んで、第8の工程に示すように、ビア配線16と上層配線層(金属層)17とを形成する。これにより、下層配線層(金属層)6と上層配線層(金属層)17とがビア配線16によって電気的に接続された多層配線構造が実現される。   Subsequently, as shown in the fifth step of FIG. 2, the first etching space (via hole) 12 is filled with an embedding material 13 such as a photoresist material. Next, a resist mask 14 having a pattern for forming a second etching space (trench) is formed on the filling material 13. Using this resist mask 14, the filling material 13 is etched back to leave a predetermined thickness at the bottom of the first etching space (via hole) 12 as shown in the sixth step. As shown in the process, the second etching stopper film 10 and the second interlayer insulating layer (low dielectric layer) 9 are etched to form a second etching space (trench 15), and at the bottom of the via hole 12 The embedding material 13 remaining in is removed. Thereafter, copper is buried in the first etching space (via hole) 12 and the second etching space (trench) 15, and as shown in the eighth step, the via wiring 16 and the upper wiring layer (metal layer). 17. Thereby, a multilayer wiring structure in which the lower wiring layer (metal layer) 6 and the upper wiring layer (metal layer) 17 are electrically connected by the via wiring 16 is realized.

以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

〔合成例1〕
ビストリメトキシシリルヘキサン3.0g(0.009モル)をプロピレングリコールモノプロピルエーテル18.0gに溶解し攪拌した。次いで、1.1g(0.054モル)の水に硝酸20μlを混合して調整した硝酸水溶液をゆっくりかき混ぜながら滴下していった。滴下終了後、攪拌を止め、室温(25℃)で1日間静置させることにより、SiO2換算濃度5質量%、固形分分子量(Mw)12000の溶液1を得た。
[Synthesis Example 1]
3.0 g (0.009 mol) of bistrimethoxysilylhexane was dissolved in 18.0 g of propylene glycol monopropyl ether and stirred. Next, an aqueous nitric acid solution prepared by mixing 20 g of nitric acid with 1.1 g (0.054 mol) of water was added dropwise while slowly stirring. After completion of the dropping, stirring was stopped and the solution was allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for 1 day to obtain a solution 1 having a SiO 2 conversion concentration of 5 mass% and a solid content molecular weight (Mw) of 12,000.

〔合成例2〕
ビストリメトキシシリルジエチルベンゼン5.0g(0.013モル)をプロピレングリコールモノプロピルエーテル25.7gに溶解し攪拌した。次いで、1.4g(0.078モル)の水に硝酸30μlを混合して調整した硝酸水溶液をゆっくりかき混ぜながら滴下していった。滴下終了後、攪拌を止め、室温(25℃)で1日間静置させることにより、SiO2換算濃度5質量%、固形分分子量(Mw)14000の溶液2を得た。
[Synthesis Example 2]
Bistrimethoxysilyldiethylbenzene 5.0 g (0.013 mol) was dissolved in propylene glycol monopropyl ether 25.7 g and stirred. Next, an aqueous nitric acid solution prepared by mixing 30 μl of nitric acid with 1.4 g (0.078 mol) of water was added dropwise while slowly stirring. After completion of the dropping, stirring was stopped and the solution was allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for 1 day to obtain a solution 2 having a SiO 2 conversion concentration of 5 mass% and a solid content molecular weight (Mw) of 14,000.

[ドライエッチング耐性評価]
下記実施例1、2及び比較例1で得られた被膜1〜3に対してドライエッチング処理を行い、処理前後の膜厚変化を分光エリプソメータ「DHA−XA2」(溝尻工学工業所社製 測定波長:633nm)を用いて測定し、その膜厚変化をドライエッチング耐性評価とした。なお、ドライエッチング処理は以下の様にして行った。
処理条件は、酸化膜エッチャー(製品名「TCE7612−XX」;東京応化工業株式会社製)を用いて、出力400W、圧力300mTorr下、エッチング組成は、CF4/CF3=25/25(cc/min)、He:100(cc/min)の条件下において、30秒間のドライエッチング評価を行った。
[Dry etching resistance evaluation]
The coatings 1 to 3 obtained in the following Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are subjected to dry etching treatment, and the change in film thickness before and after the treatment is measured with a spectroscopic ellipsometer “DHA-XA2” (manufactured by Mizoji Engineering Co., Ltd. : 633 nm), and the change in film thickness was evaluated as dry etching resistance evaluation. The dry etching process was performed as follows.
The processing conditions were an oxide film etcher (product name “TCE7612-XX”; manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), an output of 400 W, a pressure of 300 mTorr, and an etching composition of CF 4 / CF 3 = 25/25 (cc / min), He: 100 (cc / min), dry etching evaluation for 30 seconds was performed.

[誘電率測定]
下記実施例1、2及び比較例1で得られた被膜1〜3に対して誘電率測定装置SSM495(日本SSM社製)を用いて、被膜の膜厚方向の真空に対する比誘電率を測定した。
[Dielectric constant measurement]
Using the dielectric constant measuring device SSM495 (manufactured by SSM Japan) for the coatings 1 to 3 obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 below, the relative dielectric constant with respect to the vacuum in the film thickness direction of the coating was measured. .

<実施例1>
合成例1で調整した塗布液(溶液1)をスピンコート法によってシリコンウェーハ上に塗布し、ホットプレート上で大気中、80℃、1分間の加熱処理を行った。次いで150℃で1分間、さらに200℃で1分間の加熱処理を行った(乾燥処理)。
次いで、窒素雰囲気中、350℃で30分間の加熱処理(焼成処理)を行い、膜厚350nmの被膜1を形成した。得られた被膜1に対して、上記のドライエッチング耐性評価、及び誘電率測定を行った。
その結果、被膜1は、約22nmの膜厚変化(膜厚減少)であり、良好なドライエッチング耐性が認められた。また、約3.31の誘電率を示し、良好な低誘電率特性が認められた。
<Example 1>
The coating solution (solution 1) prepared in Synthesis Example 1 was applied onto a silicon wafer by a spin coating method, and was subjected to heat treatment at 80 ° C. for 1 minute in the air on a hot plate. Next, heat treatment was performed at 150 ° C. for 1 minute and further at 200 ° C. for 1 minute (drying treatment).
Next, heat treatment (baking treatment) was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to form a coating film 1 having a thickness of 350 nm. The obtained coating 1 was subjected to the above dry etching resistance evaluation and dielectric constant measurement.
As a result, the film 1 had a film thickness change (film thickness decrease) of about 22 nm, and good dry etching resistance was recognized. The dielectric constant was about 3.31, and good low dielectric constant characteristics were observed.

<実施例2>
実施例1において、溶液1の代わりに合成例2で調整した塗布液(溶液2)を用いた以外は、実施例1と同様にして被膜2を形成し、得られた被膜2に対して上記の評価を行った。
その結果、被膜2は、約30nmの膜厚変化(膜厚減少)であり、良好なドライエッチング耐性が認められた。また、約3.48の誘電率を示し、良好な低誘電率特性も認められた。
<Example 2>
In Example 1, except that the coating solution (solution 2) prepared in Synthesis Example 2 was used instead of the solution 1, the coating 2 was formed in the same manner as in Example 1, and the above coating 2 was obtained with respect to the obtained coating 2 Was evaluated.
As a result, the film 2 had a film thickness change (film thickness decrease) of about 30 nm, and good dry etching resistance was recognized. The dielectric constant was about 3.48, and good low dielectric constant characteristics were also observed.

<比較例1>
実施例1において、溶液1の代わりに、トリアルコキシシランの加水分解生成物を含有する塗布液であるT−12(製品名;東京応化工業社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして被膜3を形成し、得られた被膜3に対して上記の評価を行った。
その結果、被膜3は、約3.21の誘電率を示し、誘電率特性は良好であったが、約110nmの膜厚変化(膜厚減少)を示し、ドライエッチング耐性は低かった。
<Comparative Example 1>
In Example 1, instead of Solution 1, T-12 (product name; manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), which is a coating solution containing a hydrolysis product of trialkoxysilane, was used. Thus, the coating film 3 was formed, and the above-described evaluation was performed on the coating film 3 obtained.
As a result, the coating film 3 showed a dielectric constant of about 3.21, and had good dielectric constant characteristics, but showed a film thickness change (film thickness reduction) of about 110 nm and low dry etching resistance.

以上のように、本発明にかかるシリカ系エッチングストッパー膜形成用材料は、ドライエッチング耐性を備え、また誘電率3.5以下の低誘電率特性を有するため、銅配線および低誘電率(Low−k)層間絶縁膜から構成される多層配線形成方法に用いて好適である。   As described above, since the material for forming a silica-based etching stopper film according to the present invention has dry etching resistance and has a low dielectric constant characteristic of a dielectric constant of 3.5 or less, copper wiring and a low dielectric constant (Low− k) Suitable for use in a method for forming a multilayer wiring composed of an interlayer insulating film.

多層配線構造の半導体装置の前半の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the first half of the semiconductor device of a multilayer wiring structure. 多層配線構造の半導体装置の図1に続く後半の製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the latter half of the semiconductor device having a multilayer wiring structure following FIG. 1;

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 層間絶縁層(低誘電体層)
3 レジスト膜
4 配線溝(トレンチ)
5 バリアメタル膜
6 下層配線層(金属層)
7 第1の層間絶縁層(低誘電体層)
8 第1のエッチングストッパー膜
9 第2の層間絶縁層(低誘電体層)
10 第2のエッチングストッパー膜
11 レジストマスク
12 第1のエッチング空間(ビアホール)
13 第1のエッチング空間(ビアホール)中の埋込材
14 レジストマスク
15 第2のエッチング空間(トレンチ)
16 ビア配線
17 上層配線層(金属層)
1 substrate 2 interlayer insulation layer (low dielectric layer)
3 Resist film 4 Wiring trench
5 Barrier metal film 6 Lower wiring layer (metal layer)
7 First interlayer insulating layer (low dielectric layer)
8 First etching stopper film 9 Second interlayer insulating layer (low dielectric layer)
10 Second etching stopper film 11 Resist mask 12 First etching space (via hole)
13 Filling material in first etching space (via hole) 14 Resist mask 15 Second etching space (trench)
16 Via wiring 17 Upper wiring layer (metal layer)

Claims (5)

無機層間絶縁膜間に設けられるエッチングストッパー膜を形成するための塗布液であって、
下記一般式(1)
Figure 0004183656
(式中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかであり、少なくとも1つはアルコキシ基を表す。Rは、アルキレン基、フェニレン基、あるいは下記一般式(2)
Figure 0004183656
(式中、Rはアルキレン基を表す。)で表される基のいずれかを表す。Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかであり、少なくとも1つはアルコキシ基を表す。nは、1〜20の整数を表す。)
で表される化合物の加水分解生成物を含有してなるシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液。
A coating solution for forming an etching stopper film provided between inorganic interlayer insulating films,
The following general formula (1)
Figure 0004183656
(In the formula, R 1 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, and an alkoxy group, and at least one represents an alkoxy group. R 2 represents an alkylene group, a phenylene group, or the following general formula (2).
Figure 0004183656
(Wherein R 4 represents an alkylene group). R 3 is any one of a hydrogen atom, an alkyl group, and an alkoxy group, and at least one represents an alkoxy group. n represents an integer of 1 to 20. )
A coating solution for forming a silica-based etching stopper film, comprising a hydrolysis product of a compound represented by the formula:
上記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(3)
Figure 0004183656
(式中、Rはアルキル基を表す。)
で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液。
The compound represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (3).
Figure 0004183656
(In the formula, R 5 represents an alkyl group.)
The coating liquid for forming a silica-based etching stopper film according to claim 1, wherein the coating liquid is a compound represented by the formula:
上記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(4)
Figure 0004183656
(式中、Rはアルキル基を表す。)
で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液。
The compound represented by the general formula (1) is represented by the following general formula (4).
Figure 0004183656
(In the formula, R 5 represents an alkyl group.)
The coating liquid for forming a silica-based etching stopper film according to claim 1, wherein the coating liquid is a compound represented by the formula:
半導体多層配線形成において、無機層間絶縁膜間に設けられるエッチングストッパー膜であって、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を前記無機層間絶縁膜の表面に塗布し、該塗膜を乾燥、焼成して得られるエッチングストッパー膜。
In semiconductor multilayer wiring formation, an etching stopper film provided between inorganic interlayer insulating films,
The etching stopper film | membrane obtained by apply | coating the coating liquid for silica type etching stopper film formation of any one of Claims 1-3 to the surface of the said inorganic interlayer insulation film, and drying and baking this coating film.
半導体基板上に形成された下層配線層と、その上に無機層間絶縁を介して形成された上層配線層とが、前記無機層間絶縁を上下に貫通するビア配線によって接続されている半導体多層配線の形成方法において、
前記下層配線層上に少なくとも無機層間絶縁を積層する第1の層間絶縁形成工程と、
前記無機層間絶縁の表面に請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を塗布して第1のエッチングストッパー膜を形成する第1のエッチングストッパー膜形成工程と、
前記第1のエッチングストッパー膜上に少なくとも無機層間絶縁を積層する第2の層間絶縁形成工程と
前記第2の層間絶縁上に請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ系エッチングストッパー膜形成用塗布液を塗布して第2のエッチングストッパー膜を形成する第2のエッチングストッパー膜形成工程と、
前記第2のエッチングストッパー膜上にホトレジスト層を形成し、パターン露光の後、現像処理してホトレジストパターンを形成し、このホトレジストパターンをマスクとしてエッチングを行って第1のエッチング空間を形成する第1エッチング空間形成工程と、
前記第1エッチング空間に埋込材を充填する埋め込み工程と、
前記第2のエッチングストッパー膜上にホトレジスト層を形成し、このホトレジスト層にパターン光を照射し、現像して、ホトレジストパターンを形成するホトレジストパターン形成工程と、
前記ホトレジストパターンをマスクとしてエッチングを行って、前記第1エッチング空間の上部の前記無機層間絶縁を所定のパターンに除去して前記第1エッチング空間と連通する第2のエッチング空間を形成する第2エッチング空間形成工程と、
前記第1のエッチング空間に残留している埋込材を除去し、銅を埋め込み配線を形成する配線形成工程と、
を有することを特徴とする半導体多層配線形成方法。
A lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, thereon and the inorganic interlayer insulating film an upper wiring layer formed over the inorganic interlayer insulating film semiconductor multilayer are connected by a via wiring that penetrates vertically In the method of forming the wiring,
A first interlayer insulating film forming step of laminating at least an inorganic interlayer insulating film on the lower wiring layer;
The 1st etching stopper film | membrane formation which apply | coats the coating liquid for a silica type etching stopper film formation of any one of Claims 1-3 on the surface of the said inorganic interlayer insulation film , and forms a 1st etching stopper film | membrane Process,
A second interlayer dielectric film forming step for laminating at least an inorganic interlayer insulating film on the first etching stopper film,
The second etching stopper film for forming a second etching stopper film by coating a silica-based etching stopper film-forming coating liquid according to any one of claims 1 to 3 on the second interlayer insulating film Forming process;
A photoresist layer is formed on the second etching stopper film, and after pattern exposure, development processing is performed to form a photoresist pattern, and etching is performed using the photoresist pattern as a mask to form a first etching space. An etching space forming step,
An embedding step of filling the filler material in the first etching space,
Forming a photoresist layer on the second etching stopper film, irradiating the photoresist layer with pattern light, developing, and forming a photoresist pattern;
The etching is performed using the photoresist pattern as a mask to form the first upper portion of the inorganic interlayer second etching space insulating film is removed in a predetermined pattern communicating with said first etching space etched space a second etching space forming step,
A wiring formation step of removing a filling material remaining in the first etching space and forming a wiring with copper embedded;
A method for forming a semiconductor multilayer wiring, comprising:
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