JPH1140558A - 誘電体膜の製造方法 - Google Patents

誘電体膜の製造方法

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JPH1140558A
JPH1140558A JP9195276A JP19527697A JPH1140558A JP H1140558 A JPH1140558 A JP H1140558A JP 9195276 A JP9195276 A JP 9195276A JP 19527697 A JP19527697 A JP 19527697A JP H1140558 A JPH1140558 A JP H1140558A
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coating film
additive
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gas
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体膜中に金属微粒子を混合し、その金属
微粒子を選択的にエッチング除去することで低誘電率な
膜を形成する方法では、金属微粒子が膜中に残り、それ
が配線間の短絡の原因となって歩留りを低下させてい
た。 【解決手段】 水分を発生しうる材料（例えば水素化ヒ
ドロキシシルセスキオキサンまたはヒドロキシシラザ
ン）と、発生した水分と反応してガスを発生しうる添加
剤（例えばイソシアネート基を含む物質）とからなる塗
布剤を基板１０上に塗布して塗膜１４を形成する。その
後、例えば熱処理を行うことによって、塗膜１４から水
分を発生させ、その発生した水分と添加剤との反応によ
って塗膜１４からガスを発生させることで、塗膜１４中
に微細な空孔１５を形成し、低い誘電率（３．２〜３．
５）を有する誘電体膜１６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体膜の製造方
法に関し、詳しくは半導体装置の層間絶縁膜に用いる低
誘電率を有する誘電体膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】デザインルールの微細化が進行する中で
層間絶縁膜に起因する層間容量遅延の問題が指摘されて
いる。そのため、層間絶縁膜の低誘電率化の必要性が高
まっている。層間絶縁膜の低誘電率化の方法として、層
間絶縁膜中に空隙を積極的に形成し、実効的な誘電率を
低下させる方法が、特願平０５−２８３５４２号公報に
開示されている。この方法は、層間絶縁膜を構成する主
材料中にこの層間絶縁膜と異なる材料からなる微粒子
（アルミニウム）を混合した塗布材料を塗布し、これを
固化した後、上記主材料をエッチングせずに上記微粒子
をエッチングするようなエッチャントを用いて上記微粒
子を選択的にエッチング除去して、空隙を形成する。こ
のようにして、内部全体に分散して配置された空隙を備
えた層間絶縁膜を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記層
間絶縁膜の形成方法では、金属微粒子が層間絶縁膜中に
残り、それが配線間の短絡の原因となっていた。そして
短絡が発生した場合には歩留りを低下させていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた誘電体膜の製造方法である。すな
わち、水分を発生しうる材料とこの水分と反応してガス
を発生しうる添加剤とからなる塗布剤を基板上に塗布し
て塗膜を形成する。その後塗膜から水分を発生させて、
その発生した水分と添加剤との反応（化学反応）によっ
て塗膜からガスを発生させることを特徴とする誘電体膜
の製造方法である。上記塗膜から水分を発生させて、そ
の発生した水分と添加剤との反応によってガスを発生さ
せる工程は熱処理により行う。この熱処理により塗膜中
にガスを発生させることで、この塗膜中に空孔を形成す
る。上記水分を発生しうる材料には水素化ヒドロキシシ
ルセスキオキサンまたはヒドロキシシラザンを用いる。
また上記添加剤にはイソシアネート基を含む物質を用い
る。
【０００５】上記誘電体膜の製造方法では、塗膜中で発
生したガスがその塗膜から抜けることにより塗膜中に空
孔が形成されるので、この空孔により塗膜の誘電率が下
げられ、塗膜は低誘電率を有する誘電体膜となる。この
ような誘電体膜を層間絶縁膜として用いた場合には、上
下配線層間の静電容量、同一配線層内の配線間の静電容
量が低減される。そして、水分を発生しうる材料には水
素化ヒドロキシシルセスキオキサンまたはヒドロキシシ
ラザンを用い、添加剤にはイソシアネート基を含む物質
を用いることから、熱処理を行うことで、塗膜の水素化
ヒドロキシシルセスキオキサンまたはヒドロキシシラザ
ンから水分が発生し、その発生した水分と添加剤のイソ
シアネート基とが化学反応して、ガス（この場合は炭酸
ガス）を発生する。そのため、塗膜中にはガスの発生に
より微細な空孔が容易に形成される。また、塗膜は、酸
化シリコン系の誘電体膜となるので、通常の酸化シリコ
ン膜の誘電率よりも低い誘電率を有する膜になる。しか
も塗膜を形成する塗布剤中には導電性物質が含まれなて
いないため、塗膜により形成された誘電体膜が配線間を
短絡することはない。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態の一例を、
図１の製造工程図によって説明する。図１では、一例と
して、誘電体膜として無機系絶縁膜である酸化シリコン
膜を形成する場合を説明する。この誘電体膜は配線層間
の層間絶縁膜として用いることが可能である。
【０００７】図１の（１）に示すように、半導体基板
（例えばシリコン基板）１１上に酸化シリコンからなる
絶縁膜１２およびこの絶縁膜１２上に配線層１３を形成
した基板１０を用意する。上記配線層１３は例えばアル
ミニウム系金属、銅系金属または高融点金属で形成され
ている。
【０００８】次いで図１の（２）に示すように、回転塗
布法によって、水素化ヒドロキシシルセスキオキサンに
グリセリンとヘキサメチレンジイソシアネートを反応さ
せたトリイソシアネートを５重量％添加した水素化ヒド
ロキシシルセスキオキサンを上記絶縁膜１２上に塗布し
て、配線層１３を覆う塗膜（酸化シリコン膜）１４を形
成する。すなわち、ここでは水分を発生しうる材料とし
て水素化ヒドロキシシルセスキオキサンを用い、水分と
反応してガスを発生しうる添加剤としてトリイソシアネ
ートを用いた。
【０００９】その後図１の（３）に示すように、大気中
で加熱処理を行うことによって、水素化ヒドロキシシル
セスキオキサンから発生したＨ2 Ｏとトリイソシアネー
トとが反応（化学反応）することにより、塗膜１４中に
炭酸ガスを発生させる。この大気中での熱処理条件は、
一例として、処理温度を４００℃、処理時間を３０分間
に設定した。
【００１０】続いて真空中で加熱処理を行うことによ
り、上記塗膜１４中に発生した炭酸ガスを排出させて空
孔１５を形成する。この真空中での熱処理条件は、一例
として、処理温度を４００℃、処理時間を３０分間に設
定した。このようにして、層間絶縁膜となる多孔質な酸
化シリコンからなる低誘電率な誘電体膜１６が形成され
る。
【００１１】そして上記第１実施形態の製造方法により
得られた誘電体膜１６の比誘電率を測定した結果、比誘
電率は３．５が得られた。これは従来の酸化シリコン膜
の比誘電率が４．２であることと比較して、低誘電率化
が達成されたといえる。
【００１２】上記製造方法では、無機系層間絶縁膜材料
として水素化ヒドロキシシルセスキオキサンを用いた
が、本材料に限定されることはなく、また上記加熱処理
条件等は、適宜変更可能である。さらに、組成物の組成
比を制御することで、空孔率、空孔の大きさ等を制御す
ることが可能である。
【００１３】上記第１実施形態の誘電体膜の製造方法で
は、塗膜１４中で発生したガスがその塗膜１４から抜け
ることにより塗膜１４中に空孔１５が形成される。この
ような空孔１５が塗膜１４中に存在することによって、
塗膜１４の誘電率が下げられ、低誘電率を有する誘電体
膜１６となる。このような誘電体膜１６を層間絶縁膜と
して用いた場合には、下層の配線層１３と上層の配線層
（図示省略）との間の静電容量、同一配線層、例えば下
層の配線層１３間の静電容量が低減される。よって、高
速の半導体デバイスの実現が可能になる。
【００１４】そして、水分を発生しうる材料には水素化
ヒドロキシシルセスキオキサンを用い、添加剤にはイソ
シアネート基を含む物質としてトリイソシアネートを用
いることから、熱処理を行うことで、塗膜１４の水素化
ヒドロキシシルセスキオキサンから水分が発生し、その
発生した水分と、トリイソシアネートのイソシアネート
基とが反応して、ガス（この場合は炭酸ガス）を発生す
る。そのため、塗膜１４中にはガスの発生により微細な
空孔１５が塗膜１４の全体に分散した状態で容易に形成
されることになる。また、塗膜１４は酸化シリコン系の
誘電体膜１６となるので、通常の酸化シリコン膜の誘電
率よりも低い誘電率を有する膜が形成されることにな
る。
【００１５】次に本発明の第２実施形態の一例を、前記
第１実施形態と同様に、図１の製造工程図によって説明
する。図１では、一例として、第１実施形態でて無機系
絶縁膜である酸化シリコン膜を形成する場合を説明す
る。この誘電体膜は配線層間の層間絶縁膜として用いる
ことが可能である。
【００１６】図１の（１）に示すように、半導体基板
（例えばシリコン基板）１１上に酸化シリコンからなる
絶縁膜１２およびこの絶縁膜１２上に配線層１３を形成
した基板１０を用意する。上記配線層１３は例えばアル
ミニウム系金属、銅系金属または高融点金属で形成され
ている。
【００１７】次いで図１の（２）に示すように、回転塗
布法によって、ヒドロキシシラザンにグリセリンとトリ
レンジイソシアネートを反応させたトリイソシアネート
を７重量％添加したヒドロキシシラザンを上記絶縁膜１
２上に塗布して、配線層１３を覆う塗膜（酸化シリコン
膜）１４を形成する。すなわち、ここでは水分を発生し
うる材料としてヒドロキシシラザンを用い、水分と反応
してガスを発生しうる添加剤としてトリイソシアネート
を用いた。
【００１８】その後図１の（３）に示すように、水蒸気
雰囲気下で加熱処理を行うことによって、Ｈ2 Ｏとトリ
イソシアネートとが反応（化学反応）することにより、
塗膜１４中に炭酸ガスを発生させる。この水蒸気雰囲気
下での熱処理条件は、一例として、処理温度を４００
℃、処理時間を３０分間に設定した。
【００１９】続いて真空中で加熱処理を行うことによ
り、上記塗膜１４中に発生した炭酸ガスを排出させて空
孔１５を形成する。この真空中での熱処理条件は、一例
として、処理温度を４００℃、処理時間を３０分間に設
定した。このようにして、層間絶縁膜となる多孔質な酸
化シリコンからなる低誘電率な誘電体膜１６が形成され
る。
【００２０】そして上記製造方法により得られた誘電体
膜１６の比誘電率を測定した結果、比誘電率は３．２が
得られた。これは従来の酸化シリコン膜の比誘電率が
４．２であることと比較して、低誘電率化が達成された
といえる。
【００２１】上記第２実施形態の製造方法では、無機系
層間絶縁膜材料としてヒドロキシシラザンを用いたが、
本材料に限定されることはなく、また上記加熱処理条件
等は、適宜変更可能である。さらに、組成物の組成比を
制御することで、空孔率、空孔の大きさ等を制御するこ
とが可能である。
【００２２】上記第２実施形態の誘電体膜の製造方法で
は、塗膜１４中で発生したガスがその塗膜１４から抜け
ることにより塗膜１４中に空孔１５が形成される。この
ような空孔１５が塗膜１４中に存在することによって、
塗膜１４の誘電率が下げられ、低誘電率を有する誘電体
膜１６となる。このような誘電体膜１６を層間絶縁膜と
して用いた場合には、下層の配線層１３と上層の配線層
（図示省略）との間の静電容量、同一配線層、例えば下
層の配線層１３間の静電容量が低減される。よって、高
速の半導体デバイスの実現が可能になる。
【００２３】そして、水分を発生しうる材料にはヒドロ
キシシラザンを用い、添加剤にはイソシアネート基を含
む物質としてトリイソシアネートを用いることから、熱
処理を行うことで、塗膜１４のヒドロキシシラザンから
水分が発生し、その発生した水分と、トリイソシアネー
トのイソシアネート基とが反応して、ガス（この場合は
炭酸ガス）が発生する。そのため、塗膜１４中にはガス
の発生により微細な空孔１５が塗膜１４の全体に分散し
た状態で容易に形成されることになる。また、塗膜１４
は酸化シリコン系の誘電体膜１６となるので、通常の酸
化シリコン膜の誘電率よりも低い誘電率を有する膜が形
成されることになる。
【００２４】上記第１，第２実施形態によって説明した
製造方法により形成される低誘電率を有する誘電体膜１
６はフッ素を含まないため、第２５回ＳＳＤＭ（Solid-
State Device Meeting）（１９９３）ｐ１６１に開示さ
れているテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）〔Ｓｉ（Ｏ
Ｃ2 Ｈ5 ）4 〕にフッ素（Ｆ）源としてヘキサフルオロ
エタン（Ｃ2 Ｆ6 ）を添加してフッ化酸化シリコン（Ｓ
ｉＯＦ）からなる低誘電率膜を形成する方法、また第４
０回応用物理学会関係連合講演会予講集１ａ−ＺＶ−９
に開示されているＴＥＯＳにフッ化窒素（ＮＦ3 ）を添
加してＳｉＯＦからなる低誘電率膜を形成する方法で生
じる問題である、導入するフッ素量の増加にともなって
膜質が劣化し、その劣化によって吸湿性が著しく劣化す
るという問題は起きない。
【００２５】また、従来のエアーギャップ構造では、上
層および下層配線間を空気層にするための上層配線を支
える支柱部を形成する必要がある。そのため、支柱部は
基本的に多層配線における最上層配線以外の下層配線層
の各々に対して電気的に分離されている必要があるの
で、配線構造が極端に複雑になり、製造上の困難性をと
もなうという問題が生じる。しかしながら、上記第１，
第２実施形態によって説明した製造方法により形成され
る誘電率膜１６では、上記のような支柱部を形成する必
要がないので、容易に製造することが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
塗膜から発生させた水分と添加剤との反応によって塗膜
中にガスが発生するので、そのガスが塗膜から抜けるこ
とにより塗膜中に微細な空孔を容易に形成することがで
きる。そのため、塗膜は空孔により誘電率が低減された
誘電体膜となる。よって、簡便な製造方法で膜質が良好
でしかも低誘電率を有する誘電体膜を形成することが可
能になる。しかも塗膜を形成する塗布剤中には導電性物
質が含まれなていないため、塗膜により形成された誘電
体膜が配線間を短絡することはない。よって、歩留りの
向上が図れる。
【００２７】また、この製造方法により形成された誘電
体膜を層間絶縁膜として用いることで、上下配線層間の
静電容量、同一配線層内の配線間の静電容量を低減する
ことができ、層間絶縁膜に起因する層間容量遅延時間が
低減でき、消費電力の低減も図ることが可能になる。よ
って、配線間容量が小さく、高速な半導体集積回路を形
成することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体膜の製造方法に係わる第１，第
２実施形態を説明する製造工程図である。
【符号の説明】
１０…基板、１４…塗膜、１６…誘電体膜

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水分を発生しうる材料と該水分と反応し
    てガスを発生しうる添加剤とからなる塗布剤を基板上に
    塗布して塗膜を形成する工程と、 前記塗膜から水分を発生させる工程と、 前記発生した水分と前記添加剤との反応によってガスを
    発生させる工程とを備えたことを特徴とする誘電体膜の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 前記塗膜から水分を発生させる工程と、
    該発生した水分と前記添加剤との反応によってガスを発
    生させる工程とを熱処理により行うことを特徴とする請
    求項１記載の誘電体膜の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記熱処理により前記塗膜中にガスを発
    生させることによって該塗膜中に空孔を形成することを
    特徴とする請求項２記載の誘電体膜の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記水分を発生しうる材料には水素化ヒ
    ドロキシシルセスキオキサンまたはヒドロキシシラザン
    を用いることを特徴とする請求項１記載の誘電体膜の製
    造方法。
  5. 【請求項５】 前記水分を発生しうる材料には水素化ヒ
    ドロキシシルセスキオキサンまたはヒドロキシシラザン
    を用いることを特徴とする請求項２記載の誘電体膜の製
    造方法。
  6. 【請求項６】 前記水分を発生しうる材料には水素化ヒ
    ドロキシシルセスキオキサンまたはヒドロキシシラザン
    を用いることを特徴とする請求項３記載の誘電体膜の製
    造方法。
  7. 【請求項７】 前記添加剤にはイソシアネート基を含む
    物質を用いることを特徴とする請求項１記載の誘電体膜
    の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記添加剤にはイソシアネート基を含む
    物質を用いることを特徴とする請求項２記載の誘電体膜
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記添加剤にはイソシアネート基を含む
    物質を用いることを特徴とする請求項３記載の誘電体膜
    の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記添加剤にはイソシアネート基を含
    む物質を用いることを特徴とする請求項４記載の誘電体
    膜の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記添加剤にはイソシアネート基を含
    む物質を用いることを特徴とする請求項５記載の誘電体
    膜の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記添加剤にはイソシアネート基を含
    む物質を用いることを特徴とする請求項６記載の誘電体
    膜の製造方法。
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