JP4467215B2 - Method for forming porous insulating film and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for forming porous insulating film and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い機械的強度を有し、低誘電率の多孔質絶縁膜を形成し得る多孔質絶縁膜の形成方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の集積度の増大及び素子密度の向上に伴い、半導体素子の多層化への要求が高まっている。このような半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体素子を接続する配線間の容量が増大し、信号伝播速度が低下するという配線遅延の問題が顕在化してきた。
【0003】
これまで、半導体デバイスの配線間隔が1μm以上の世代では、配線遅延がデバイス全体に及ぼす影響は大きなものではなかった。しかし、半導体集積回路の高集積化に伴い配線間隔が1μm以下となると、配線遅延がデバイス速度に及ぼす影響は無視できないものとなる。特に、今後0.5μm以下の配線間隔で回路を形成する場合には、配線間の寄生容量に起因する配線遅延がデバイス速度に重大な影響を及ぼすようになってくる。
【0004】
一般に、配線遅延Tは、配線抵抗Rと配線間の容量Cにより影響を受け、次の式で表されることが知られている。
【0005】
T∝CR
ここで、配線間の容量Cは、電極面積S、配線間隔d、真空の誘電率ε0、配線間絶縁膜の比誘電率εrを用いて次の式で表される。
【0006】
C=ε0εrS/d
したがって、配線遅延を小さくするためには、配線間絶縁膜の低誘電率化が有効な手段の一つであることがわかる。
【0007】
従来、半導体集積回路において、配線間絶縁膜の材料としては、二酸化珪素SiO2や、窒化珪素SiN、燐珪酸ガラス(PSG、Phospho Silicate Glass)などが用いられている。そして、半導体デバイスで最も用いられている、化学気相成長(CVD、Chemical Vapor Deposition)法により形成されたシリコン酸化膜の誘電率の値は4程度である。
【0008】
さらに、絶縁膜の低誘電率化を図るべく、配線間絶縁膜として、CVD法により形成した弗素添加シリコン酸化膜(SiOF膜)や、ポリイミド等の有機系高分子の適用が検討されている。また、膜中に多数の空孔を形成することにより誘電率の低減を図ったシリカ系多孔質膜を配線間絶縁膜に適用することが検討されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CVD法によるSiOF膜は、誘電率の値が約3.3〜3.5程度であり、誘電率の値が3以下の膜を形成することが困難であった。このため、配線間絶縁膜として適用した際に、配線間の容量低減を十分に図ることができなかった。また、SiOF膜は高い吸湿性を有しており、成膜後に誘電率が上昇してしまうことがあった。
【0010】
一方、ポリイミド等の有機系高分子は、2〜3程度の低い誘電率を有する。しかし、有機系高分子には耐熱性や密着性に難点があるため、半導体装置の製造プロセスに制約が加わってしまっていた。
【0011】
上述した背景から、今後必要とされる低誘電率を実現するためには、シリカ系多孔質膜が有望であると考えられている。しかし、シリカ系多孔質膜の場合、誘電率を低減するために膜中の空孔体積を増大すると、膜の機械的強度が極端に低下する。このため、化学的機械的研磨(CMP、Chemical Mechanical Polishing)等の工程中に破壊されやすいという難点がある。したがって、高速半導体デバイスの実現に不可欠な低誘電率絶縁膜の形成という観点からは、シリカ系多孔質膜によっても、十分な特性が得られていないというのが現状であった。
【0012】
本発明の目的は、機械的強度に優れ、かつ低誘電率の多孔質絶縁膜を形成し得る多孔質絶縁膜の形成方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、末端基の少なくとも一部が水素により終端されたアルコキシシランの部分加水分解縮合物と空孔形成用樹脂とを含む溶液を基板上に塗布する工程と、前記基板上に塗布した前記溶液を乾燥させ、前記基板上に前記部分加水分解縮合物と前記空孔形成用樹脂とを含む膜を形成する工程と、前記膜から前記空孔形成用樹脂を脱離させることにより、前記膜中に空孔を形成する工程と、100ppm〜10%の濃度で水蒸気を含む雰囲気中で前記膜を焼成し、前記膜中における前記部分加水分解縮合物の架橋形成を促進する工程とを有することを特徴とする多孔質絶縁膜の形成方法により達成される。
【0015】
また、上記の多孔質絶縁膜の形成方法において、前記膜を焼成する雰囲気に、バブリングにより水蒸気を供給するようにしてもよい。
【0016】
また、上記目的は、上記の多孔質絶縁膜の形成方法により半導体基板上に多孔質絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明による多孔質絶縁膜の形成方法は、末端基の少なくとも一部が水素により終端されたアルコキシシランの部分加水分解縮合物と空孔形成用樹脂とを含む溶液を基板上に塗布する工程と、前記基板上に塗布した前記溶液を乾燥させ、前記基板上に前記部分加水分解縮合物と前記空孔形成用樹脂とを含む膜を形成する工程と、前記膜から前記空孔形成用樹脂を脱離させることにより、前記膜中に空孔を形成する工程と、水蒸気を含む雰囲気中で前記膜を焼成し、前記膜中における前記部分加水分解縮合物の架橋形成を促進する工程とを有することに主たる特徴がある。
【0018】
半導体装置の配線層等の層間絶縁膜としては、配線間の寄生容量を低減し、配線遅延の発生を抑制するため、低誘電率であることが求められる。
【0019】
多孔質絶縁膜は、膜中に空孔を形成することにより誘電率の低減を実現するものである。膜中の空孔体積を増大することにより、より低誘電率の絶縁膜を得ることができる。しかしながら、空孔体積の増大に伴い膜の機械的強度が低下するために、機械的負荷の大きいCMPの適用が困難になるなど製造プロセスに制約が加わってしまっていた。この結果、多孔質絶縁膜によっても、半導体装置の絶縁膜として十分な低誘電率化を実現することはできていなかった。
【0020】
そこで、本発明では、アルコキシシランの部分加水分解縮合物からなる多孔質絶縁膜を所定の雰囲気下で焼成することにより、多孔質絶縁膜中の架橋形成を促進する。これにより、高い機械的強度を有し、かつ低誘電率の多孔質絶縁膜を形成することができる。
【0021】
以下、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法について詳述する。なお、本明細書にいう「基板」とは、シリコン基板などの半導体基板そのもののみならず、トランジスタ、配線層等が形成された半導体基板をも含むものである。
【0022】
本発明による多孔質絶縁膜の形成方法における多孔質絶縁膜材料は、アルコキシシランの部分加水分解縮合物と、脱離剤として機能する空孔形成用樹脂とを含む希釈剤からなるものである。以下に、本発明の多孔質絶縁膜材料の各組成物について詳述する。
【0023】
アルコキシシランとしては、加水分解縮合することができ、縮合重合後に溶剤に希釈することができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、テトラアルコキシシランや、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、メチルトリアルコキシシラン、メチルジアルコキシシラン、ジメチルジアルコキシシラン等を本発明の多孔質絶縁膜材料の組成物として適用することができる。また、これらの共重合体を本発明の多孔質絶縁膜形成材料の組成物として適用してもよい。このようなアルコキシシランが部分加水分解縮合することにより、シロキサン樹脂となり絶縁膜を形成する。
【0024】
なお、アルコキシシランとしては、一般式
1 l2 m3 nSi(OR44-l-m-n
(式中、R1、R2、R3は、H又はCH3基を表し、これらのうち、少なくとも一つがHであり、R4は、アルキル基を表す。また、l、m、nは、1≦1+m+n≦3を満たす0〜3の整数を表す。)
で示されるものが望ましい。このように末端基にHを有するアルコキシシランを用いることにより、後述するように膜中の酸化架橋を形成することができ、膜の機械的強度を向上することができる。
【0025】
なお、テトラアルコキシシラン、ジメチルジアルコキシシラン等の末端基にHを有していないものについては、末端基にHを有するアルコキシシランとの共重合体として用いることができる。
【0026】
空孔形成用樹脂としては、アルコキシシランの部分加水分解縮合物からなる膜中に空孔を形成するための脱離剤として機能するものであれば特に限定されるものではない。例えば、ノボラック系樹脂や、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン樹脂等を本発明の多孔質絶縁膜材料の組成物の空孔形成用樹脂として適用することができる。また、フェノール化合物、脂環式化合物、さらにこれらの化合物の高分子量体等を適用することもできる。
【0027】
また、空孔形成用樹脂の添加量は、アルコキシシランの部分加水分解縮合物よりなるシロキサン樹脂に対して1〜50wt%であることが望ましい。これは、脱離剤として機能する樹脂の添加量が1wt%以下では、誘電率の低減効果を得るために十分な空孔を絶縁膜中に形成することができないためである。また、50wt%以上では、絶縁膜中の空孔率が過度に上昇するため膜の機械的強度の低下を招くためである。
【0028】
希釈溶剤としては、上述のアルコキシシランからなるシロキサン樹脂及び空孔形成用樹脂が溶解することができるものであれば特に限定されるものではない。例えば、シクロヘキサノンや、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、オクタン、デカン、プロピレングリコール、プロピオングリコールモノメチルエーテル、プロピオングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピオングリコールモノプロピルエーテル等を希釈溶剤として用いることができる。
【0029】
次に、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法の手順について詳述する。
【0030】
まず、上述した多孔質絶縁膜の組成物であるアルコキシシランと、脱離剤として機能する空孔形成用樹脂とを希釈溶剤に溶解する。このとき、アルコキシシランの加水分解縮合を促進すべく、希釈溶剤に例えば硝酸のような酸を滴下してもよい。
【0031】
次いで、所定の反応時間、アルコキシシランの部分加水分解縮合を進行させる。その後、反応の際に生じた水分を脱水剤により除去し、副生成物であるアルコールを希釈溶剤中から分離除去する。
【0032】
次いで、この希釈溶剤を、例えばスピンコート法を用いて多孔質絶縁膜を形成すべき基板上に塗布する。
【0033】
次いで、多孔質絶縁膜形成材料を塗布した基板を120℃〜300℃の温度でアニールする。こうして溶剤乾燥と加熱による脱離剤の脱離処理を行う。なお、紫外線照射によって脱離剤の脱離処理を行ってもよい。こうして、アルコキシシランの部分加水分解縮合物であるシロキサン樹脂内に多数の空孔が形成され、多孔質絶縁膜を得る。
【0034】
次いで、基板上に形成された多孔質絶縁膜を、水蒸気を含む雰囲気下で300℃以上の加熱処理を行う。これにより、多孔質絶縁膜を形成するシロキサン樹脂の末端Hが酸化架橋を形成するのを促進する。膜中に酸化架橋が形成されることにより、シロキサン樹脂の機械的強度が向上する。こうして、低誘電率であるとともに、高い機械的強度を有する多孔質絶縁膜を得ることができる。
【0035】
上記のシロキサン樹脂の酸化架橋の形成を促進するための加熱処理を行う雰囲気は、100ppm〜10%程度の水蒸気を含んだ窒素等の不活性気体であることが好ましい。この水蒸気濃度の範囲は、次の理由によるものである。すなわち、水蒸気濃度が100ppm以下であると、シロキサン樹脂の酸化架橋効果が不十分であるため、多孔質絶縁膜の強度が低下することとなる。一方、水蒸気が10%以上の濃度で存在すると、シロキサン樹脂が過剰に酸化されてしまい、多孔質絶縁膜の誘電率の値が上昇することとなる。
【0036】
したがって、高い機械的強度を有し、かつ低誘電率の多孔質絶縁膜を得るためには、加熱処理による架橋形成の促進を行う雰囲気を100ppm〜10%程度の水蒸気を含んだ窒素等の不活性気体とすることが好ましい。
【0037】
水蒸気を含む不活性気体の雰囲気下での加熱処理には、例えば図1に示す焼成装置を用いることができる。
【0038】
図示するように、焼成装置は、多孔質絶縁膜形成材料を塗布した基板10の加熱処理が行われる反応炉12を有している。反応炉12内には、多孔質絶縁膜形成材料が塗布された複数の基板10を、垂直方向に所定の間隔で配列された状態で保持するボート14が設けられている。また、水蒸気を含む不活性気体を反応炉12内に導入するノズル16が、ボート14に保持された基板10の配列方向と平行に反応炉12の底部から設けられている。反応炉12の周囲には、基板10を加熱するためのヒータ18が配置されている。
【0039】
ノズル16の反応炉10底部から外部に出ている一端には、不活性気体を供給するための配管20が接続されている。また、配管20には、バブリングにより水蒸気を含む不活性気体を供給するための配管22が接続されている。配管22には、純水が蓄えられた水蒸気発生用容器24が途中に設けられており、バブリングにより水蒸気を含んだ不活性気体を供給することができるようになっている。
【0040】
加熱処理する際には、配管20及び配管22から不活性気体を供給し、ノズル16から反応炉12内に水蒸気を含む不活性気体を導入する。このとき、配管22からの不活性気体の流量を制御することにより、反応炉12内に導入する不活性気体中に含まれる水蒸気濃度を制御する。
【0041】
次いで、所定の濃度の水蒸気を含む不活性気体で反応炉12内を満たした後、ヒータ18により基板10を所定の温度に加熱する。こうして、基板10上に形成された多孔質絶縁膜であるシロキサン樹脂の酸化架橋形成を促進する。
【0042】
上述のように、水蒸気を含む雰囲気中で焼成して多孔質絶縁膜中の酸化による架橋形成を促進することにより、不活性気体のみの雰囲気下で加熱処理する場合と比べて多孔質絶縁膜中の架橋密度を大幅に増大することができる。これにより、膜中に大きさ100nm以下の空孔を多数形成して誘電率の値を例えば2.5以下のように低誘電率化する場合にも、十分な機械的強度を得ることができる。
【0043】
次に、本発明による半導体装置の製造方法について図2乃至図5を用いて説明する。図2乃至図5は、本発明による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。ここでは、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により得られる多孔質絶縁膜を、ダマシン法で形成する半導体装置の多層配線の層間絶縁膜に適用する場合について述べる。なお、以下に記載する半導体装置における膜厚や膜材料等の製造条件は一例であり、適宜設計変更することができる。
【0044】
まず、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により、膜厚450nmの多孔質絶縁膜28をシリコン基板26上に形成する。次いで、TEOS(TetraEthOxySilane)を原料とするCVD法により、膜厚50nmのシリコン酸化膜30を多孔質絶縁膜28上に形成する(図2(a))。
【0045】
次いで、フォトリソグラフィーにより、シリコン酸化膜30上に、第1層目の配線パターンの形成予定領域を露出するレジスト膜32を形成する(図2(b))。
【0046】
次いで、パターニングしたレジスト膜32をマスクとして、CF4/CHF3を用いたRIE(Reactive Ion Etching)によりシリコン酸化膜30及び多孔質絶縁膜28をエッチングする。こうして、第1層目の配線パターン状の配線溝34を形成する(図2(c))。配線溝34の形成後、レジスト膜32を除去する。
【0047】
次いで、全面に、スパッタ法により膜厚50nmの窒化タンタル膜36及び膜厚50nmのシード銅膜38を順次形成する。次いで、シード銅膜38上に、電解メッキ法により膜厚600nmの銅膜40を形成する(図2(d))。
【0048】
次いで、CMPにより配線溝34以外の部分に形成されている銅膜40、シード銅膜38及び窒化タンタル膜36を除去する。ここで、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により形成された多孔質絶縁膜28は高い機械的強度を有しているので、CMPにより銅膜40等を容易に除去することができる。こうして、配線パターン状の配線溝34に埋め込まれた銅膜40からなる第1層目の配線層を形成する(図3(a))。
【0049】
次に、デュアルダマシン法により、第2層目の配線層と、第1層目の配線層と第2層目の配線層とを接続するビアとを同時に形成する。まず、上記の基板全面に、膜厚50nmのシリコン窒化膜42を形成する。次いで、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により、膜厚650nmの多孔質絶縁膜44を形成する。次いで、多孔質絶縁膜44上にシリコン窒化膜46を形成する。次いで、シリコン窒化膜46上に、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により膜厚450nmの多孔質絶縁膜48を形成する。さらに、多孔質絶縁膜48上に、TEOSを原料とするCVD法により膜厚50nmのシリコン酸化膜50を形成する(図3(b))。
【0050】
次いで、リソグラフィーにより、シリコン酸化膜50上にビアホールの形成予定領域を露出するレジスト膜52を形成する(図3(c))。
【0051】
次いで、パターニングしたレジスト膜52をマスクとして、CF4/CHF3を用いたRIEにより、シリコン酸化膜50、多孔質絶縁膜48、シリコン窒化膜46、多孔質絶縁膜44、シリコン窒化膜42を順次エッチングする。こうして、第1層目の配線層の銅膜40に接続するビアホール54を形成する(図4(a))。ビアホール54の形成後、レジスト膜52を除去する。
【0052】
次いで、リソグラフィーにより、全面に、第2層目の配線パターンの形成予定領域を露出するレジスト膜56を形成する(図4(b))。
【0053】
次いで、パターニングしたレジスト膜56をマスクとして、CF4/CHF3を用いたRIEによりシリコン酸化膜50及び多孔質絶縁膜48を順次エッチングする。こうして、第2層目の配線パターン状の配線溝58を形成する(図4(c))。配線溝58の形成後、レジスト膜56を除去する。
【0054】
次いで、全面に、スパッタ法により膜厚50nmの窒化タンタル膜60及び膜厚50nmのシード銅膜62を順次形成する。次いで、シード銅膜62上に電解メッキ法により膜厚600nmの銅膜64を形成する(図5(a))。
【0055】
次いで、CMPによりビアホール54及び配線溝58以外の部分に形成されている銅膜64、シード銅膜38及び窒化タンタル膜60を除去する。第1層目の配線層を形成したときと同様に、多孔質絶縁膜48、44は高い機械的強度を有しているので、CMPにより銅膜64等を容易に除去することができる。こうして、ビアホール54及び配線パターン状の配線溝58に埋め込まれた銅膜64からなる第2層目の配線層を形成する(図5(b))。
【0056】
以後、製造すべき半導体装置の構造に応じて上記の工程を繰り返すことにより、多層配線を形成する。
【0057】
上述のように、本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により形成される多孔質絶縁膜を半導体装置の配線間絶縁間膜として適用した場合、配線間容量を低減することができ、配線遅延を抑制することができる。さらに、低誘電率であるだけでなく十分な機械的強度を有するので、CMP等の製造工程において多孔質絶縁膜が破壊されることがなく、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0058】
このように、本発明によれば、アルコキシシランの部分加水分解縮合物からなる多孔質絶縁膜を、水蒸気を含む不活性気体の雰囲気下で加熱処理して膜中の酸化架橋の形成を促進するので、高い機械的強度を有し、かつ低誘電率の多孔質絶縁膜を形成することができる。
【0059】
【実施例】
[実施例1]
トリエトキシシラン41.6g(0.2mol)、メチルイソブチルケトン39.6gを200ml反応容器に仕込み、400ppmの硝酸水16.2g(0.9mol)を10分で滴下した。硝酸水の滴下終了後、2時間の熟成反応を行った。次いで、反応溶液に硫酸マグネシウム5gを添加して過剰の水分を除去した後、ロータリーエバポレータにより、副生成物のエタノールを含む溶媒を反応溶液が50mlになるまで除去した。こうして得られた反応溶液に、アダマンタンモノフェノール1.25gを添加し、多孔質絶縁膜形成用塗布液を作製した。
【0060】
次いで、上記の多孔質絶縁膜形成用塗布液をスピンコート法によりシリコン基板上に塗布した。続いて、シリコン基板をホットプレートにより250℃、3分間のベーキングを行った。次いで、シリコン基板を水蒸気濃度5000ppmのd窒素雰囲気中で350℃、30分間の焼成を行った。こうして、膜厚200nmの多孔質絶縁膜をシリコン基板上に形成した。
【0061】
シリコン基板上に形成した上記の多孔質絶縁膜上に1mmの金電極を形成し、容量・電圧特性を測定して誘電率の値を算出した。この結果、多孔質絶縁膜の誘電率の値は2.33であった。
【0062】
また、多孔質絶縁膜上にキャップ膜として膜厚100nmのシリコン窒化膜を形成してStud-pull試験を行い、多孔質絶縁膜の機械的強度を測定した。この結果、多孔質絶縁膜のStud-pull強度は58MPaであった。
【0063】
[比較例1]
実施例1と同様の方法により作製した多孔質絶縁膜形成用塗布液をスピンコート法によりシリコン基板上に塗布した。次いで、シリコン基板をホットプレートにより250℃、3分間のベーキングを行った。次いで、窒素雰囲気中で350℃、30分間の焼成を行った。こうして、膜厚200nmの多孔質絶縁膜をシリコン基板上に形成した。
【0064】
上記の多孔質絶縁膜について、第1実施例と同様にして誘電率及び機械的強度を求めた結果、誘電率の値は2.28であり、Stud-pull強度は16MPaであった。
【0065】
[比較例2]
実施例1と同様の方法により作製した多孔質絶縁膜形成用塗布液をスピンコート法によりシリコン基板上に塗布した。次いで、シリコン基板をホットプレートにより250℃、3分間のベーキングを行った。次いで、酸素濃度5000ppmの窒素雰囲気中で350℃、30分間の焼成を行った。こうして、膜厚200nmの多孔質絶縁膜をシリコン基板上に形成した。
【0066】
上記の多孔質絶縁膜について、第1実施例と同様にして誘電率及び機械的強度を求めた結果、誘電率の値は2.29であり、Stud-pull強度は49MPaであった。
【0067】
多孔質絶縁膜は、その材料の組成物である脱離剤の添加量を調整して膜中の空孔率を変えることにより、その誘電率の値を制御することが可能である。そこで、実施例1、比較例1、比較例2の多孔質絶縁膜の形成方法により、誘電率の値を変えて多孔質絶縁膜を形成した。そして、得られた多孔質絶縁膜についてStud-pull試験を行い、それぞれの場合について誘電率とStud-pull強度との関係を求めた。図3は、各実施例及び比較例の多孔質絶縁膜の形成方法により得られた多孔質絶縁膜の誘電率とStud-pull強度との関係を示すグラフである。
【0068】
図3から明らかなように、いずれの場合も誘電率の増加、すなわち膜中の空孔率の増加に伴い、Stud-pull強度の値が減少した。特に、比較例2の場合は、誘電率の増加に対するStud-pull強度の減少率が著しかった。一方、実施例1の場合は、全体的に誘電率の増加に対する機械的強度の変化の幅が小さかった。また、実施例1の場合は、比較例1及び比較例2の場合と比較して、全体的にStud-pull強度の値が大きかった。
【0069】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、末端基の少なくとも一部が水素により終端されたアルコキシシランの部分加水分解縮合物と空孔形成用樹脂とを含む溶液を基板上に塗布し、基板上に塗布した溶液を乾燥させ、基板上に部分加水分解縮合物と空孔形成用樹脂とを含む膜を形成し、膜から空孔形成用樹脂を脱離させることにより、膜中に空孔を形成し、水蒸気を含む雰囲気中で膜を焼成し、膜中における部分加水分解縮合物の架橋形成を促進するので、機械的強度に優れ、かつ低誘電率の多孔質絶縁膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による多孔質絶縁膜の形成方法に使用する焼成装置の構造の一例を示す概略図である。
【図2】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図3】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図4】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。
【図5】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。
【図6】本発明による多孔質絶縁膜の形成方法により形成した多孔質絶縁膜の誘電率と機械的強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10…基板
12…反応炉
14…ボート
16…ノズル
18…ヒータ
20…配管
22…配管
24…水蒸気発生用容器
26…シリコン基板
28…多孔質絶縁膜
30…シリコン酸化膜
32…レジスト膜
34…配線溝
36…窒化タンタル膜
38…シード銅膜
40…銅膜
42…シリコン窒化膜
44…多孔質絶縁膜
46…シリコン窒化膜
48…多孔質絶縁膜
50…シリコン酸化膜
52…レジスト膜
54…ビアホール
56…レジスト膜
58…配線溝
60…窒化タンタル膜
62…シード銅膜
64…銅膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a porous insulating film having a high mechanical strength and capable of forming a porous insulating film having a low dielectric constant and a method for manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with an increase in the degree of integration of semiconductor integrated circuits and an improvement in element density, there is an increasing demand for multilayer semiconductor elements. Along with the high integration of such semiconductor integrated circuits, the problem of wiring delay in which the capacitance between wirings connecting semiconductor elements increases and the signal propagation speed decreases has become apparent.
[0003]
So far, in the generation where the wiring interval of the semiconductor device is 1 μm or more, the influence of the wiring delay on the entire device has not been significant. However, when the wiring interval becomes 1 μm or less as the semiconductor integrated circuit is highly integrated, the influence of the wiring delay on the device speed cannot be ignored. In particular, when a circuit is formed with a wiring interval of 0.5 μm or less in the future, a wiring delay due to a parasitic capacitance between the wirings has a significant influence on the device speed.
[0004]
In general, it is known that the wiring delay T is affected by the wiring resistance R and the capacitance C between the wirings, and is expressed by the following equation.
[0005]
T∝CR
Here, the capacitance C between wirings is expressed by the following equation using the electrode area S, the wiring spacing d, the vacuum dielectric constant ε 0 , and the relative dielectric constant ε r of the inter-wiring insulating film.
[0006]
C = ε 0 ε r S / d
Therefore, it can be seen that reducing the dielectric constant of the inter-wiring insulating film is an effective means for reducing the wiring delay.
[0007]
Conventionally, in a semiconductor integrated circuit, as the material of the wiring insulating film, and silicon dioxide SiO 2, silicon nitride SiN, phosphosilicate glass (PSG, Phospho Silicate Glass), etc. are used. And the value of the dielectric constant of the silicon oxide film formed by the chemical vapor deposition (CVD) method most used in the semiconductor device is about 4.
[0008]
Furthermore, in order to reduce the dielectric constant of the insulating film, application of an organic polymer such as a fluorine-added silicon oxide film (SiOF film) formed by a CVD method or polyimide as an inter-wiring insulating film has been studied. Further, it has been studied to apply a silica-based porous film whose dielectric constant is reduced by forming a large number of pores in the film to the inter-wiring insulating film.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the SiOF film formed by the CVD method has a dielectric constant of about 3.3 to 3.5, and it is difficult to form a film having a dielectric constant of 3 or less. For this reason, when applied as an inter-wiring insulating film, the capacitance between the wirings could not be sufficiently reduced. In addition, the SiOF film has high hygroscopicity, and the dielectric constant may increase after film formation.
[0010]
On the other hand, organic polymers such as polyimide have a low dielectric constant of about 2-3. However, since organic polymers have difficulty in heat resistance and adhesion, restrictions have been imposed on the semiconductor device manufacturing process.
[0011]
From the background described above, a silica-based porous film is considered promising in order to realize a low dielectric constant required in the future. However, in the case of a silica-based porous film, when the pore volume in the film is increased in order to reduce the dielectric constant, the mechanical strength of the film is extremely lowered. For this reason, there exists a difficulty that it is easy to destroy during processes, such as chemical mechanical polishing (CMP, Chemical Mechanical Polishing). Therefore, from the viewpoint of forming a low dielectric constant insulating film that is indispensable for realizing a high-speed semiconductor device, the present situation is that sufficient characteristics are not obtained even with a silica-based porous film.
[0012]
An object of the present invention is to provide a method for forming a porous insulating film and a method for manufacturing a semiconductor device that can form a porous insulating film having excellent mechanical strength and a low dielectric constant.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The object is to apply on the substrate a solution containing a partial hydrolysis-condensation product of alkoxysilane in which at least some of the end groups are terminated with hydrogen and a pore-forming resin; Drying the solution, forming a film containing the partial hydrolysis-condensation product and the pore-forming resin on the substrate, and desorbing the pore-forming resin from the membrane; A step of forming pores therein, and a step of firing the film in an atmosphere containing water vapor at a concentration of 100 ppm to 10% to promote cross-linking of the partially hydrolyzed condensate in the film. This is achieved by a method for forming a porous insulating film characterized by the following.
[0015]
In the method for forming a porous insulating film, water vapor may be supplied by bubbling to an atmosphere for firing the film.
[0016]
The object is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a porous insulating film on a semiconductor substrate by the method for forming a porous insulating film.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method for forming a porous insulating film according to the present invention comprises a step of applying a solution containing a partial hydrolysis-condensation product of alkoxysilane having a terminal group terminated with hydrogen and a hole forming resin on a substrate. Drying the solution applied on the substrate to form a film containing the partial hydrolysis-condensation product and the hole forming resin on the substrate; and forming the hole forming resin from the film. A step of forming voids in the film by desorption, and a step of firing the film in an atmosphere containing water vapor to promote cross-linking of the partially hydrolyzed condensate in the film. There is a main feature.
[0018]
An interlayer insulating film such as a wiring layer of a semiconductor device is required to have a low dielectric constant in order to reduce parasitic capacitance between wirings and suppress the occurrence of wiring delay.
[0019]
The porous insulating film realizes a reduction in dielectric constant by forming pores in the film. By increasing the void volume in the film, an insulating film having a lower dielectric constant can be obtained. However, since the mechanical strength of the film decreases as the pore volume increases, the manufacturing process is restricted, such as the difficulty of applying CMP with a large mechanical load. As a result, even with the porous insulating film, it has not been possible to realize a sufficiently low dielectric constant as an insulating film of a semiconductor device.
[0020]
Therefore, in the present invention, a porous insulating film made of a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane is baked in a predetermined atmosphere to promote cross-linking formation in the porous insulating film. Thereby, a porous insulating film having a high mechanical strength and a low dielectric constant can be formed.
[0021]
Hereinafter, a method for forming a porous insulating film according to the present invention will be described in detail. The “substrate” in the present specification includes not only a semiconductor substrate itself such as a silicon substrate but also a semiconductor substrate on which a transistor, a wiring layer, and the like are formed.
[0022]
The porous insulating film material in the method for forming a porous insulating film according to the present invention comprises a diluent containing a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane and a hole forming resin that functions as a desorbing agent. Below, each composition of the porous insulating film material of this invention is explained in full detail.
[0023]
The alkoxysilane is not particularly limited as long as it can be hydrolytically condensed and can be diluted in a solvent after condensation polymerization. For example, tetraalkoxy silane, trialkoxy silane, dialkoxy silane, methyl trialkoxy silane, methyl dialkoxy silane, dimethyl dialkoxy silane and the like can be applied as the composition of the porous insulating film material of the present invention. Further, these copolymers may be applied as the composition of the porous insulating film forming material of the present invention. Such an alkoxysilane undergoes partial hydrolysis and condensation to form a siloxane resin and form an insulating film.
[0024]
As the alkoxysilane of the general formula R 1 l R 2 m R 3 n Si (OR 4) 4-lmn
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent H or CH 3 group, at least one of which is H, R 4 represents an alkyl group, and l, m and n are 1 represents an integer of 0 to 3 satisfying 1 ≦ 1 + m + n ≦ 3.)
Those indicated by are desirable. By using alkoxysilane having H at the terminal group as described above, an oxidative bridge in the film can be formed as described later, and the mechanical strength of the film can be improved.
[0025]
In addition, about the thing which does not have H in terminal groups, such as a tetraalkoxysilane and a dimethyl dialkoxysilane, it can use as a copolymer with the alkoxysilane which has H in a terminal group.
[0026]
The resin for forming pores is not particularly limited as long as it functions as a desorbing agent for forming pores in a film made of a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane. For example, a novolac resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a polyester resin, a polypropylene resin, or the like can be applied as the pore forming resin of the composition of the porous insulating film material of the present invention. In addition, phenol compounds, alicyclic compounds, and high molecular weight compounds of these compounds can also be applied.
[0027]
Moreover, it is preferable that the addition amount of the hole forming resin is 1 to 50 wt% with respect to the siloxane resin made of the partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane. This is because if the amount of the resin functioning as a desorbing agent is 1 wt% or less, sufficient holes cannot be formed in the insulating film to obtain the effect of reducing the dielectric constant. Further, if it is 50 wt% or more, the porosity in the insulating film is excessively increased, leading to a decrease in the mechanical strength of the film.
[0028]
The diluting solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the siloxane resin and the hole forming resin made of alkoxysilane. For example, cyclohexanone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, octane, decane, propylene glycol, propion glycol monomethyl ether, propion glycol monomethyl ether acetate, propion glycol monopropyl ether, or the like can be used as a diluent solvent.
[0029]
Next, the procedure of the method for forming a porous insulating film according to the present invention will be described in detail.
[0030]
First, the alkoxysilane that is the composition of the porous insulating film described above and the hole forming resin that functions as a desorbing agent are dissolved in a diluting solvent. At this time, an acid such as nitric acid may be added dropwise to the diluent solvent in order to promote hydrolysis and condensation of alkoxysilane.
[0031]
Next, partial hydrolysis condensation of alkoxysilane proceeds for a predetermined reaction time. Thereafter, water generated during the reaction is removed by a dehydrating agent, and alcohol as a by-product is separated and removed from the diluted solvent.
[0032]
Next, this diluted solvent is applied onto the substrate on which the porous insulating film is to be formed, for example, using a spin coat method.
[0033]
Next, the substrate coated with the porous insulating film forming material is annealed at a temperature of 120 ° C. to 300 ° C. In this way, the desorbing agent is removed by solvent drying and heating. Note that the desorbing agent may be desorbed by ultraviolet irradiation. Thus, a large number of pores are formed in the siloxane resin, which is a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane, and a porous insulating film is obtained.
[0034]
Next, the porous insulating film formed over the substrate is subjected to heat treatment at 300 ° C. or higher in an atmosphere containing water vapor. Thereby, it is promoted that the terminal H of the siloxane resin forming the porous insulating film forms an oxidative bridge. By forming oxidative crosslinks in the film, the mechanical strength of the siloxane resin is improved. Thus, a porous insulating film having a low dielectric constant and high mechanical strength can be obtained.
[0035]
The atmosphere in which the heat treatment for promoting the formation of oxidative crosslinking of the siloxane resin is preferably an inert gas such as nitrogen containing about 100 ppm to 10% water vapor. This range of water vapor concentration is due to the following reason. That is, when the water vapor concentration is 100 ppm or less, the oxidative crosslinking effect of the siloxane resin is insufficient, so that the strength of the porous insulating film is lowered. On the other hand, if water vapor is present at a concentration of 10% or more, the siloxane resin is excessively oxidized, and the dielectric constant value of the porous insulating film increases.
[0036]
Therefore, in order to obtain a porous insulating film having a high mechanical strength and a low dielectric constant, the atmosphere for promoting the crosslinking formation by the heat treatment is set to a non-volatile state such as nitrogen containing about 100 ppm to 10% water vapor. It is preferable to use an active gas.
[0037]
For the heat treatment in an atmosphere of an inert gas containing water vapor, for example, a baking apparatus shown in FIG. 1 can be used.
[0038]
As shown in the figure, the firing apparatus has a reaction furnace 12 in which a heat treatment of the substrate 10 coated with the porous insulating film forming material is performed. A boat 14 is provided in the reaction furnace 12 to hold a plurality of substrates 10 coated with a porous insulating film forming material in a state of being arranged in the vertical direction at a predetermined interval. A nozzle 16 for introducing an inert gas containing water vapor into the reaction furnace 12 is provided from the bottom of the reaction furnace 12 in parallel with the arrangement direction of the substrates 10 held by the boat 14. Around the reaction furnace 12, a heater 18 for heating the substrate 10 is disposed.
[0039]
A pipe 20 for supplying an inert gas is connected to one end of the nozzle 16 extending from the bottom of the reaction furnace 10 to the outside. Further, the pipe 20 is connected with a pipe 22 for supplying an inert gas containing water vapor by bubbling. The pipe 22 is provided with a water vapor generating container 24 in which pure water is stored, so that an inert gas containing water vapor can be supplied by bubbling.
[0040]
When performing the heat treatment, an inert gas is supplied from the pipe 20 and the pipe 22, and an inert gas containing water vapor is introduced into the reaction furnace 12 from the nozzle 16. At this time, the water vapor concentration contained in the inert gas introduced into the reaction furnace 12 is controlled by controlling the flow rate of the inert gas from the pipe 22.
[0041]
Next, after the inside of the reaction furnace 12 is filled with an inert gas containing a predetermined concentration of water vapor, the substrate 10 is heated to a predetermined temperature by the heater 18. In this way, the formation of oxidative crosslinking of the siloxane resin, which is a porous insulating film formed on the substrate 10, is promoted.
[0042]
As mentioned above, by firing in an atmosphere containing water vapor and promoting cross-linking formation by oxidation in the porous insulating film, in the porous insulating film as compared with the case where heat treatment is performed only in an inert gas atmosphere The crosslink density of can be greatly increased. As a result, sufficient mechanical strength can be obtained even when a large number of holes having a size of 100 nm or less are formed in the film and the dielectric constant is reduced to, for example, 2.5 or less. .
[0043]
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5 are process sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. Here, a case where the porous insulating film obtained by the porous insulating film forming method according to the present invention is applied to an interlayer insulating film of a multilayer wiring of a semiconductor device formed by a damascene method will be described. Note that the manufacturing conditions such as the film thickness and film material in the semiconductor device described below are examples, and the design can be changed as appropriate.
[0044]
First, the porous insulating film 28 having a thickness of 450 nm is formed on the silicon substrate 26 by the porous insulating film forming method according to the present invention. Next, a 50 nm-thickness silicon oxide film 30 is formed on the porous insulating film 28 by CVD using TEOS (TetraEthOxySilane) as a raw material (FIG. 2A).
[0045]
Next, a resist film 32 is formed on the silicon oxide film 30 by photolithography to expose a region where a first-layer wiring pattern is to be formed (FIG. 2B).
[0046]
Next, using the patterned resist film 32 as a mask, the silicon oxide film 30 and the porous insulating film 28 are etched by RIE (Reactive Ion Etching) using CF 4 / CHF 3 . In this way, the first-layer wiring pattern-shaped wiring groove 34 is formed (FIG. 2C). After the formation of the wiring trench 34, the resist film 32 is removed.
[0047]
Next, a tantalum nitride film 36 having a thickness of 50 nm and a seed copper film 38 having a thickness of 50 nm are sequentially formed on the entire surface by sputtering. Next, a copper film 40 having a film thickness of 600 nm is formed on the seed copper film 38 by electrolytic plating (FIG. 2D).
[0048]
Next, the copper film 40, the seed copper film 38, and the tantalum nitride film 36 formed on portions other than the wiring trench 34 are removed by CMP. Here, since the porous insulating film 28 formed by the porous insulating film forming method according to the present invention has high mechanical strength, the copper film 40 and the like can be easily removed by CMP. Thus, a first wiring layer made of the copper film 40 embedded in the wiring groove 34 in the wiring pattern is formed (FIG. 3A).
[0049]
Next, the dual damascene method is used to simultaneously form a second wiring layer and vias that connect the first wiring layer and the second wiring layer. First, a silicon nitride film 42 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface of the substrate. Next, a porous insulating film 44 having a thickness of 650 nm is formed by the method for forming a porous insulating film according to the present invention. Next, a silicon nitride film 46 is formed on the porous insulating film 44. Next, a 450 nm-thick porous insulating film 48 is formed on the silicon nitride film 46 by the porous insulating film forming method according to the present invention. Further, a 50 nm thick silicon oxide film 50 is formed on the porous insulating film 48 by a CVD method using TEOS as a raw material (FIG. 3B).
[0050]
Next, a resist film 52 is formed on the silicon oxide film 50 by lithography to expose a region where a via hole is to be formed (FIG. 3C).
[0051]
Next, using the patterned resist film 52 as a mask, the silicon oxide film 50, the porous insulating film 48, the silicon nitride film 46, the porous insulating film 44, and the silicon nitride film 42 are sequentially formed by RIE using CF 4 / CHF 3. Etch. In this way, a via hole 54 connected to the copper film 40 of the first wiring layer is formed (FIG. 4A). After the formation of the via hole 54, the resist film 52 is removed.
[0052]
Next, a resist film 56 is formed on the entire surface by lithography to expose a region where a second-layer wiring pattern is to be formed (FIG. 4B).
[0053]
Next, using the patterned resist film 56 as a mask, the silicon oxide film 50 and the porous insulating film 48 are sequentially etched by RIE using CF 4 / CHF 3 . In this way, the wiring trench 58 in the second layer wiring pattern is formed (FIG. 4C). After the formation of the wiring trench 58, the resist film 56 is removed.
[0054]
Next, a tantalum nitride film 60 having a thickness of 50 nm and a seed copper film 62 having a thickness of 50 nm are sequentially formed on the entire surface by sputtering. Next, a copper film 64 having a thickness of 600 nm is formed on the seed copper film 62 by electrolytic plating (FIG. 5A).
[0055]
Next, the copper film 64, the seed copper film 38, and the tantalum nitride film 60 formed in portions other than the via hole 54 and the wiring groove 58 are removed by CMP. As in the case of forming the first wiring layer, since the porous insulating films 48 and 44 have high mechanical strength, the copper film 64 and the like can be easily removed by CMP. Thus, a second wiring layer made of the copper film 64 embedded in the via hole 54 and the wiring groove 58 in the wiring pattern is formed (FIG. 5B).
[0056]
Thereafter, the above process is repeated according to the structure of the semiconductor device to be manufactured, thereby forming a multilayer wiring.
[0057]
As described above, when the porous insulating film formed by the porous insulating film forming method according to the present invention is applied as an inter-wiring insulating film of a semiconductor device, the inter-wiring capacitance can be reduced, and the wiring delay can be reduced. Can be suppressed. Furthermore, since it has not only a low dielectric constant but also sufficient mechanical strength, the porous insulating film is not broken in the manufacturing process such as CMP, and the reliability of the semiconductor device can be improved.
[0058]
As described above, according to the present invention, the porous insulating film made of a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane is heat-treated in an inert gas atmosphere containing water vapor to promote the formation of oxidative crosslinks in the film. Therefore, a porous insulating film having high mechanical strength and low dielectric constant can be formed.
[0059]
【Example】
[Example 1]
41.6 g (0.2 mol) of triethoxysilane and 39.6 g of methyl isobutyl ketone were charged into a 200 ml reaction vessel, and 16.2 g (0.9 mol) of 400 ppm nitric acid solution was added dropwise over 10 minutes. After completion of the dropwise addition of nitric acid, an aging reaction was performed for 2 hours. Next, 5 g of magnesium sulfate was added to the reaction solution to remove excess water, and then a solvent containing ethanol as a by-product was removed by a rotary evaporator until the reaction solution reached 50 ml. To the reaction solution thus obtained, 1.25 g of adamantane monophenol was added to prepare a coating solution for forming a porous insulating film.
[0060]
Subsequently, the above-mentioned coating liquid for forming a porous insulating film was applied onto a silicon substrate by a spin coating method. Subsequently, the silicon substrate was baked on a hot plate at 250 ° C. for 3 minutes. Next, the silicon substrate was baked at 350 ° C. for 30 minutes in a d nitrogen atmosphere having a water vapor concentration of 5000 ppm. Thus, a porous insulating film having a thickness of 200 nm was formed on the silicon substrate.
[0061]
A 1 mm gold electrode was formed on the porous insulating film formed on the silicon substrate, and capacitance / voltage characteristics were measured to calculate a dielectric constant value. As a result, the dielectric constant value of the porous insulating film was 2.33.
[0062]
Further, a 100-nm-thick silicon nitride film was formed as a cap film on the porous insulating film, and a stud-pull test was performed to measure the mechanical strength of the porous insulating film. As a result, the stud-pull strength of the porous insulating film was 58 MPa.
[0063]
[Comparative Example 1]
A coating liquid for forming a porous insulating film produced by the same method as in Example 1 was applied on a silicon substrate by spin coating. Next, the silicon substrate was baked on a hot plate at 250 ° C. for 3 minutes. Next, baking was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Thus, a porous insulating film having a thickness of 200 nm was formed on the silicon substrate.
[0064]
With respect to the porous insulating film, the dielectric constant and mechanical strength were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the value of the dielectric constant was 2.28 and the stud-pull strength was 16 MPa.
[0065]
[Comparative Example 2]
A coating liquid for forming a porous insulating film produced by the same method as in Example 1 was applied on a silicon substrate by spin coating. Next, the silicon substrate was baked on a hot plate at 250 ° C. for 3 minutes. Next, firing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 5000 ppm. Thus, a porous insulating film having a thickness of 200 nm was formed on the silicon substrate.
[0066]
With respect to the porous insulating film, the dielectric constant and mechanical strength were determined in the same manner as in Example 1. As a result, the value of the dielectric constant was 2.29 and the stud-pull strength was 49 MPa.
[0067]
The value of the dielectric constant of the porous insulating film can be controlled by changing the porosity in the film by adjusting the addition amount of the releasing agent which is the composition of the material. Therefore, the porous insulating film was formed by changing the value of the dielectric constant by the porous insulating film forming method of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. Then, a Stud-pull test was performed on the obtained porous insulating film, and a relationship between the dielectric constant and the Stud-pull strength was obtained in each case. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the dielectric constant and the Stud-pull strength of the porous insulating films obtained by the porous insulating film forming methods of the examples and comparative examples.
[0068]
As is clear from FIG. 3, the value of the Stud-pull intensity decreased with increasing dielectric constant, that is, with increasing porosity in the film. In particular, in the case of Comparative Example 2, the decrease rate of the Stud-pull intensity with respect to the increase of the dielectric constant was remarkable. On the other hand, in the case of Example 1, the range of change in mechanical strength with respect to the increase in dielectric constant was small overall. Further, in the case of Example 1, the value of the Stud-pull intensity was generally large as compared with the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a solution containing a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane in which at least some of the end groups are terminated with hydrogen and a pore-forming resin is applied onto the substrate, The applied solution is dried to form a film containing the partial hydrolysis-condensation product and the hole forming resin on the substrate, and the holes are formed in the film by removing the hole forming resin from the film. In addition, since the film is fired in an atmosphere containing water vapor and the cross-linking formation of the partial hydrolysis condensate in the film is promoted, a porous insulating film having excellent mechanical strength and a low dielectric constant can be formed. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the structure of a baking apparatus used in a method for forming a porous insulating film according to the present invention.
FIG. 2 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 3 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 4 is a process cross-sectional view (part 3) illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 5 is a process cross-sectional view (part 4) illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the dielectric constant and mechanical strength of a porous insulating film formed by the method for forming a porous insulating film according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 12 ... Reaction furnace 14 ... Boat 16 ... Nozzle 18 ... Heater 20 ... Piping 22 ... Piping 24 ... Water vapor generating container 26 ... Silicon substrate 28 ... Porous insulating film 30 ... Silicon oxide film 32 ... Resist film 34 ... Wiring Groove 36 ... Tantalum nitride film 38 ... Seed copper film 40 ... Copper film 42 ... Silicon nitride film 44 ... Porous insulating film 46 ... Silicon nitride film 48 ... Porous insulating film 50 ... Silicon oxide film 52 ... Resist film 54 ... Via hole 56 ... resist film 58 ... wiring trench 60 ... tantalum nitride film 62 ... seed copper film 64 ... copper film

Claims (3)

末端基の少なくとも一部が水素により終端されたアルコキシシランの部分加水分解縮合物と空孔形成用樹脂とを含む溶液を基板上に塗布する工程と、
前記基板上に塗布した前記溶液を乾燥させ、前記基板上に前記部分加水分解縮合物と前記空孔形成用樹脂とを含む膜を形成する工程と、
前記膜から前記空孔形成用樹脂を脱離させることにより、前記膜中に空孔を形成する工程と、
100ppm〜10%の濃度で水蒸気を含む雰囲気中で前記膜を焼成し、前記膜中における前記部分加水分解縮合物の架橋形成を促進する工程と
を有することを特徴とする多孔質絶縁膜の形成方法。
Applying a solution containing a partially hydrolyzed condensate of alkoxysilane having at least part of the end groups terminated with hydrogen and a pore-forming resin on the substrate;
Drying the solution applied on the substrate, and forming a film containing the partial hydrolysis-condensation product and the pore-forming resin on the substrate;
Forming vacancies in the film by desorbing the pore-forming resin from the film; and
Firing the film in an atmosphere containing water vapor at a concentration of 100 ppm to 10%, and promoting the cross-linking of the partially hydrolyzed condensate in the film. Method.
請求項1記載の多孔質絶縁膜の形成方法において、
前記膜を焼成する雰囲気に、バブリングにより水蒸気を供給する
ことを特徴とする多孔質絶縁膜の形成方法。
In the method of forming a porous insulating film according to claim 1 Symbol placement,
A method for forming a porous insulating film, wherein water vapor is supplied by bubbling to an atmosphere for firing the film.
請求項1又は2記載の多孔質絶縁膜の形成方法により半導体基板上に多孔質絶縁膜を形成する工程を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a claim 1 or 2, wherein the porous insulating film forming a porous insulating film on a semiconductor substrate by forming methods.
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