JP4594988B2 - 金属間誘電体として用いられる低k及び超低kの有機シリケート膜の疎水性の回復 - Google Patents
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Description
シリル化剤は2つの官能基を有することが好ましい。これは、(ビス)ジメチルアミノジメチルシラン又は(ビス)ジメチルアミノメチルシランを含むことができる。
液相シリル化はまた、上のパラグラフで規定された溶液を用いて、この溶液のスピン・コーティング又はスプレー・コーティングによって実施することができる。
図13に示されるように、BDMADMSによる液相シリル化とそれに続く400℃でのアニールは、多孔質低k膜の疎水性及びメチル含量を回復させる。
実施形態1は、一般に2官能基シリル化剤、特にBDMADMSの有効性を示す。実施形態1はまた、HMDS及びTMCSのような単官能基シリル化剤は、シリル化剤上の3つのメチル部分によってもたらされる立体障害のために、それらの2官能基の対応物ほどには効果的でないことを示す。しかし、シリル化剤のメチル部分をより小さな水素部分で適切に置き換えることによって、この問題を克服することが可能である。例えば、HMDSの代わりにテトラメチルジシラザン(TMDS)を用いると、立体障害が低減し、シリル化反応がより効果的になる。同様に、メチル部分が少なくとも部分的に水素類似物で置き換えられたアミノ、クロロ及びアルコキシ末端の単官能基シリル化剤により、上首尾のシリル化を実証することができる。従って、X及びYを、それぞれ、0から2まで及び3から1までの整数とする一般式RXHYSi−Aを有するシリル化剤は、有効なシリル化剤として用いることができる。上記の実施形態において説明されたように、シリル化反応に次いで、炉でアニールすることにより、全ての残りのシラノールが縮合され、機械的強度をさらに強くする新しいシロキサン結合が生成される。
多孔質低k膜の孔に浸透する必要のない用途のためには、アミノ、アルコキシ、クロロまたはシラザン末端の末端基を有し、その末端基上にモノ又はジアルキル、アリール、ビニルまたは水素部分を有する重合シロキサンを、低k膜の最表面上で単層を形成して、表面の疎水性を回復するために用いることができる。このようなシロキサンの一例はアミノ末端ポリジメチルシロキサンである。シリル化剤が、相互接続構造の形成のために有機シリケート中にトレンチ及びビアを形成するエッチング工程によって作成された間隙に流入するように、分子量は十分に小さいことを確実にすることが重要である。上記の実施形態において説明されたように、シリル化反応に次いで、炉でアニールすることにより、全ての残りのシラノールが縮合され、機械的強度をさらに強くする新しいシロキサン結合が生成される。
シリル化剤はまた、膜が堆積された直後に導入することができる。この場合の効率は、堆積後、膜中にどれほど多くのシラノールが存在するかに依存する。この実施形態においては、シリル化剤はまた、膜中にシラノールを導入するUV/オゾンのような処理、或いは穏和な酸化性プラズマへの暴露の後に導入することができる。前の実施形態におけるように、シリル化に続いて熱アニールが行われる。上記の3つの実施形態の何れかにおいて説明されたシリル化剤は、この方式で用いることができる。CVD堆積膜の場合、シリル化剤は共堆積されるか、或いはCVD誘電体の前駆体と共にチャンバ内に導入することができる。
1110:ビア・レベルの誘電体
1120:ライン・レベルの誘電体
1130:ハード・マスク層(積層体)
1150:ラインの位置
1170:ビアの位置
1180:ビア開口部
1190:デュアル・ダマシンのトレンチ及びビア構造
1200:導電性ライナー材料
1210:導電性充填材料
1220:キャッピング材料
1500、1510:フォトレジスト層
Claims (44)
- シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜であって、半導体チップ、又はチップ担体、或いは半導体ウェハ内の絶縁層中に用いられる有機シリケート膜の特性を回復する方法であって、
前記膜にアミノシランを含むシリル化剤を塗布するステップを含み、前記アミノシランは、一般式(R2N)XSiR’YR”Zを有し、X、Y及びZは、それぞれ、Xが1から3まで、並びにY及びZが3から0まで変化する整数であるが、X+Y+Zは常に4に等しく、R、R’及びR”は、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル、又はビニル部分の何れかであり、前記シリル化剤を塗布するときに、撹拌又は超音波処理のうちの1つを実施するステップをさらに含む、前記方法。 - シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜であって、半導体チップ、又はチップ担体、或いは半導体ウェハ内の絶縁層中に用いられる有機シリケート膜の特性を回復する方法であって、
前記膜にアミノシランを含むシリル化剤を塗布するステップを含み、前記アミノシランは、一般式(R2N)XSiR’Yを有し、X及びYは、それぞれ、3から2まで及び1から2までの整数であり、R及びR’は、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル及びビニル部分から成る群から選択され前記シリル化剤を塗布するときに、撹拌又は超音波処理のうちの1つを実施するステップをさらに含む、前記方法。 - 前記処理は、前記膜のエッチング、及び前記膜からのフォトレジスト材料の除去を含み、前記シリル化剤は、前記エッチング及び前記除去の後に塗布される、請求項2に記載の方法。
- 前記シリル化剤は、(ビス)ジメチルアミノジメチルシラン又は(ビス)ジメチルアミノメチルシランを含む、請求項1に記載の方法。
- シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有し、半導体チップ、チップ担体、或いは半導体ウェハ内の絶縁層中にある、有機シリケート膜の特性を回復する方法であって、
前記膜にシリル化剤を塗布するステップを含み、前記シリル化剤は、アミノ、アルコキシ、クロロ又はシラザン末端の末端基を有する重合シロキサンを含み、前記シロキサンは、アミノ末端ポリジメチルシロキサンを含む前記方法。 - シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有し、半導体チップ、チップ担体、或いは半導体ウェハ内の絶縁層中にある、有機シリケート膜の特性を回復する方法であって、
前記膜にシリル化剤を塗布するステップを含み、前記シリル化剤は、一般式RXHYSiZAを有し、X、及びYは、それぞれ、0から5まで、及び6から1までの整数であり、Zは2に等しい整数であり、Rは、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル又はビニル部分であり、Aはシラザンであり、前記シリル化剤を塗布するときに、撹拌又は超音波処理のうちの1つを実施するステップをさらに含む、前記方法。 - 前記処理は、前記膜のエッチング、及び前記膜からのフォトレジスト材料の除去を含み、前記シリル化剤は、前記エッチング及び前記除去の後に塗布される、請求項6に記載の方法。
- 前記エッチング及び除去は、前記膜をプラズマに暴露することによって実施される、請求項3又は請求項7のいずれかに記載の方法。
- シングル・ダマシン又はデュアル・ダマシン工程が用いられ、前記シリル化剤を前記塗布するステップは、相互接続ライン及びビアのうちの少なくとも1つの画定の後、かつ導電体の堆積の前に実施される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤を前記塗布するステップは、導電性ライナーの堆積の前に実施される、請求項7に記載の方法。
- 前記シリル化剤は、液体のスピン・コーティング、基板の液体中への浸漬、液体による基板のスプレー・コーティング、気相法、又は超臨界二酸化炭素溶解法のうちの1つによって塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は、超臨界二酸化炭素中に、アルカン、アルケン、ケトン、エーテル、及びエステルのうちの少なくとも1つを含む群から選択される共溶媒と共に溶解される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は湿気がない状態で塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記膜をアニールするステップをさらに含む、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記アニールは少なくとも350℃の温度で実施される、請求項14に記載の方法。
- 前記アニールは、前記シリル化剤を塗布した後に実施される、請求項14に記載の方法。
- 前記アニールは、前記シリル化剤を塗布する前に実施される、請求項14に記載の方法。
- 前記シリル化剤を前記塗布するステップは、少なくとも25℃の温度で実施される、請求項17に記載の方法。
- 前記アニールは、前記膜中のシラノールの縮合、及び追加のシロキサン結合の形成のうちの少なくとも1つを促進するように実施される、請求項14に記載の方法。
- 前記シリル化剤は溶媒中に溶解される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記溶媒は、アルカン、アルケン、ケトン、エーテル、エステル、又はこれらの任意の組合せを含む群から選択される低表面張力の無極性有機溶媒である、請求項20に記載の方法。
- 前記溶媒は、前記膜内の孔に浸透するのに十分に低い表面張力を有する、請求項20に記載の方法。
- 前記シリル化剤は、前記溶媒中で、2重量パーセントと10重量パーセントの間の濃度を有する、請求項20に記載の方法。
- 前記シリル化剤は、前記溶媒中で、2分の1重量パーセント又はそれ以上の濃度を有する、請求項20に記載の方法。
- 前記シリル化剤は、30秒と1時間の間の時間をかけて塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は室温又はそれ以上の温度において塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 過剰のシリル化剤を除去するために前記膜をリンスするステップをさらに含む、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記膜をベークするステップをさらに含む、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記ベークするステップは、450℃までの温度で実施される、請求項28に記載の方法。
- 前記シリル化剤は、気相中で、室温と450℃の間の温度において30秒から1時間までの時間をかけて塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は、気相中で、実質的に250℃の温度において、5分かけて塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は、超臨界二酸化炭素中で、25℃と450℃の間の温度、1,000psiと10,000psiの間の圧力において、30秒から1時間までの時間をかけて塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は2官能基剤である、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記シリル化剤は、超臨界二酸化炭素又は気相媒体中で、75℃を越える温度において30秒を超える時間をかけて塗布される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記層を実質的に400℃において1分を越える時間アニールするステップをさらに含む、請求項34に記載の方法。
- 前記シリル化剤を前記塗布するステップは、前記膜中にシラノールを導入する、紫外線照射、オゾン暴露、穏和酸化性プラズマへの暴露又はそれらの組み合わせによる前記膜の処理に続いて実施される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 化学気相堆積チャンバ又は原子層堆積チャンバ内で実施される、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記回復される特性は、疎水性、弾性率、低誘電率、破壊強度及び硬度のうちの少なくとも1つを含む、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記膜は1つ又は複数の追加の金属間誘電体を含む、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の方法。
- 前記追加の金属間誘電体は、二酸化シリコン、フッ素化テトラエチルオルトシリケート、フッ素化シリカ・ガラス、フッ素化又は非フッ素化有機ポリマー、熱硬化性ポリマー、及び化学気相堆積ポリマーから成る群から選択される、請求項39に記載の方法。
- 前記追加の金属間誘電体は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾキサゾール、及び芳香族熱硬化性ポリマーの群から選択される有機ポリマーである、請求項39に記載の方法。
- 前記熱硬化性ポリマーはポリアリーレンエーテルをベースとする、請求項40に記載の方法。
- 前記化学気相堆積ポリマーはポリパラキシリレンである、請求項40に記載の方法。
- 内部に形成された複数の導電体を有する絶縁材料と、
シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、
シリル化剤と前記膜の有機シリケートとの反応生成物を含む有機シリケート膜の表面であって、前記シリル化剤は、アミノ、アルコキシ、クロロ又はシラザン末端の末端基を有する重合シロキサンを含み、前記シロキサンはアミノ末端ポリジメチルシロキサンである、表面とを備える製造物品。
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