JPH1154498A - Insulating film of low dielectric constant, formation thereof, and semiconductor device using the same - Google Patents

Insulating film of low dielectric constant, formation thereof, and semiconductor device using the same

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JPH1154498A
JPH1154498A JP9205648A JP20564897A JPH1154498A JP H1154498 A JPH1154498 A JP H1154498A JP 9205648 A JP9205648 A JP 9205648A JP 20564897 A JP20564897 A JP 20564897A JP H1154498 A JPH1154498 A JP H1154498A
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JP
Japan
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layer
insulating film
hydrocarbon group
fluorine
polymer
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Withdrawn
Application number
JP9205648A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoko Katayama
倫子 片山
Shunichi Fukuyama
俊一 福山
Yoshihiro Nakada
義弘 中田
Jo Yamaguchi
城 山口
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Silicon Polymers (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new fluorocarbon-based insulation film having a low dielectric constant and improved contactability with a metal wiring, by providing an organic silicon polymer layer containing an organic group for which fluorine is substituted between a fluorocarbon polymer layer and a metal wiring layer. SOLUTION: An aluminum wiring layer is formed on the surface of a silicon substrate 1, and a first layer 2 of fluorinated organic silicon polymer is formed on the aluminum wiring layer. An amorphous fluorocarbon polymer layer 3 is formed thereon. A second layer 4 of fluorinated organic silicon polymer is formed on this amorphous fluorocarbon polymer layer 3, thus constituting an insulating film 5 made up of a multilayered body of the layers 2, 3 and 4. The lower surface of the silicon substrate 1 and the upper surface of the insulating film 5 are adhered to tension jigs 9 and 9' with adhesives 8 and 8', respectively. The jigs 9 and 9' are tensioned in opposite directions, and the separating force between the insulating film 5 and the aluminum wiring layer is used for contact.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の多
層配線構造における絶縁膜の形成方法に関する。本発明
の絶縁膜形成方法により、低誘電率でありしかも耐湿性
に優れた層間絶縁膜が得られるため、信頼性の高い高速
デバイスの提供が可能となる。
The present invention relates to a method for forming an insulating film in a multilayer wiring structure of a semiconductor integrated circuit. According to the method for forming an insulating film of the present invention, an interlayer insulating film having a low dielectric constant and excellent moisture resistance can be obtained, so that a highly reliable high-speed device can be provided.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子デバイスの高速化がますます
要望されている。デバイスの高速化を実現するために
は、配線抵抗の低下や、多層配線構造の層間絶縁膜の低
誘電率化等により、配線遅延を少なくする必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for faster electronic devices. In order to increase the speed of the device, it is necessary to reduce the wiring delay by lowering the wiring resistance and lowering the dielectric constant of the interlayer insulating film having a multilayer wiring structure.

【0003】層間絶縁膜の低誘電率化により高速デバイ
スを実現しようとする場合には、従来、層間絶縁膜の材
料として、二酸化珪素、窒化珪素、PSG等の無機材
料、あるいはポリイミド、シリコーン樹脂などの有機系
高分子絶縁材料、又はこれらの積層体が用いられてき
た。これらのうちの無機材料の誘電率は、CVD系材料
で最も誘電率の低いSiO2 で約4.0であって、有機
系高分子材料の一般的誘電率である2.5〜3.0より
高い。また、低誘電率の無機CVD材料として検討され
ているSiOFで約3.0〜3.5であるが、この材料
には吸湿により次第に誘電率が上昇してしまうという問
題がある。一方、比較的誘電率が低いとされている有機
系高分子材料は、従来法での微細加工が困難であり、ま
た半導体装置の製造工程でレジスト剥離などに利用され
るO2 プラズマ処理において有機基が酸化されるという
欠点を有している。また、O2 プラズマ処理において酸
化分解を起こさない材料としてフルオロカーボン系ポリ
マーが知られているが、この材料は金属配線との密着性
に劣るため実用化が困難であった。
In order to realize a high-speed device by lowering the dielectric constant of an interlayer insulating film, conventionally, as a material of the interlayer insulating film, an inorganic material such as silicon dioxide, silicon nitride, PSG, or a polyimide, silicone resin, or the like is used. Organic polymer insulating materials, or a laminate thereof. Among these, the dielectric constant of the inorganic material is about 4.0 for SiO 2 , which has the lowest dielectric constant among CVD materials, and is 2.5 to 3.0, which is the general dielectric constant of organic polymer materials. taller than. Further, SiOF, which is studied as a low dielectric constant inorganic CVD material, has a value of about 3.0 to 3.5, but this material has a problem that the dielectric constant gradually increases due to moisture absorption. Organic Meanwhile, relatively permittivity organic polymer material being a low, it is difficult to fine processing in the conventional method, also in the O 2 plasma treatment is utilized such as resist stripping in the manufacturing process of a semiconductor device It has the disadvantage that the groups are oxidized. Further, a fluorocarbon polymer is known as a material that does not cause oxidative decomposition in the O 2 plasma treatment, but this material has been inferior in adhesion to metal wiring and has been difficult to be put into practical use.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、多層配線
構造の層間絶縁膜を低誘電率化することで半導体集積回
路の高速化を図ろうとする様々なアプローチには、それ
ぞれに固有の問題がある。それらのうちで、フルオロカ
ーボン系ポリマーを使用するアプローチは、この材料が
無機系材料より低誘電率であり、しかもO2 プラズマ処
理に対する耐性を備えていることから、注目すべきもの
と言える。ところが、この材料は、ほかの低誘電率材料
に比べ上述のように金属配線との密着性に難があるた
め、単一の層として使用するのが困難であり、金属配線
層との間に密着性を確保するための別の層を設けること
が必要である。この密着性を確保するための密着層は、
層間絶縁膜にフルオロカーボン系ポリマーを使用する利
点を帳消しにしないように、それ自体もやはりできる限
り低誘電率であることが不可欠である。
As described above, various approaches to increase the speed of a semiconductor integrated circuit by lowering the dielectric constant of an interlayer insulating film having a multilayer wiring structure have their own problems. is there. Among them, the approach using fluorocarbon-based polymers is noteworthy because this material has a lower dielectric constant than inorganic materials and is more resistant to O 2 plasma treatment. However, this material is difficult to use as a single layer because of its poor adhesion to metal wiring as described above compared to other low dielectric constant materials, and it is difficult to use this material between metal wiring layers. It is necessary to provide another layer for ensuring adhesion. The adhesion layer to ensure this adhesion is
In order not to negate the advantage of using a fluorocarbon-based polymer for the interlayer insulating film, it is essential that the dielectric constant itself be as low as possible.

【0005】そこで、本発明は、低誘電率で且つ金属配
線に対する密着力の向上したフルオロカーボン系の新し
い絶縁膜と、この絶縁膜を形成する方法を提供すること
を目的とする。この方法により形成した低誘電率且つ高
密着力の絶縁膜を含む半導体装置を提供することも、本
発明の目的である。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a new fluorocarbon-based insulating film having a low dielectric constant and improved adhesion to a metal wiring, and a method for forming the insulating film. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device including an insulating film having a low dielectric constant and a high adhesion formed by this method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁膜は、金属
配線層と絶縁層とを積層した多層配線構造における絶縁
層を構成する膜であって、フルオロカーボンポリマー層
と、このフルオロカーボンポリマー層と当該配線層との
間に介在する、フッ素置換した有機基を含有している有
機珪素ポリマーの層とからなることを特徴とする。
An insulating film according to the present invention is a film constituting an insulating layer in a multilayer wiring structure in which a metal wiring layer and an insulating layer are laminated, and comprises a fluorocarbon polymer layer, And a layer of an organic silicon polymer containing a fluorine-substituted organic group interposed between the wiring layer and the wiring layer.

【0007】本発明の絶縁膜形成方法は、フルオロカー
ボンポリマー層と、この層の少なくとも片方の面に隣接
した、フッ素置換した有機基を含有している有機珪素ポ
リマーの層とからなるなる絶縁膜を形成する方法であっ
て、出発有機珪素ポリマーを製膜してからフッ素化処理
して、当該出発有機珪素ポリマーの有機基の少なくとも
一部をフッ素置換することにより、当該フッ素置換した
有機基を含有している有機珪素ポリマー層を形成するこ
とを特徴とする。
The method of forming an insulating film according to the present invention comprises forming an insulating film comprising a fluorocarbon polymer layer and a layer of an organic silicon polymer containing a fluorine-substituted organic group, adjacent to at least one surface of the layer. Forming a starting organic silicon polymer into a film and then performing a fluorination treatment to at least partially replace the organic groups of the starting organic silicon polymer with fluorine, thereby containing the fluorine-substituted organic group. And forming an organic silicon polymer layer.

【0008】本発明の半導体装置は、金属配線層と絶縁
層を交互に積層して形成した多層配線構造を含む半導体
装置であって、絶縁層が、フルオロカーボンポリマー層
と、このフルオロカーボンポリマー層と当該配線層との
間に介在する、フッ素置換した有機基を含有している有
機珪素ポリマーの層とからなる絶縁膜により構成されて
いることを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a multilayer wiring structure formed by alternately laminating metal wiring layers and insulating layers, wherein the insulating layers are a fluorocarbon polymer layer, the fluorocarbon polymer layer and the fluorocarbon polymer layer. It is characterized by comprising an insulating film comprising an organic silicon polymer layer containing a fluorine-substituted organic group interposed between the wiring layer and the wiring layer.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】多層配線構造の層間絶縁膜として
有用な本発明の絶縁膜は、低誘電率で且つO 2 プラズマ
処理に対する耐性のあるフルオロカーボンポリマー層
と、このフルオロカーボンポリマー層と隣接金属配線層
との間に介在する、フッ素置換した有機基を含有してい
る有機珪素ポリマー(以下においては説明を簡単にする
ため「フッ素置換有機珪素ポリマー」と呼ぶことにす
る)の層とから構成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an interlayer insulating film of a multilayer wiring structure
Useful insulating films of the invention have low dielectric constants and O Twoplasma
Fluorocarbon polymer layer resistant to processing
And the fluorocarbon polymer layer and the adjacent metal wiring layer
Contains a fluorine-substituted organic group interposed between
Organosilicon polymer (the description will be simplified below)
Therefore, it will be called "fluorine-substituted organosilicon polymer".
Layer).

【0010】フルオロカーボンポリマー層の材料として
は、任意のフルオロカーボン系ポリマーを使用すること
ができる。一例として、半導体装置産業において周知の
アモルファス・フルオロカーボン(α−CF)を使用す
ることができ、α−CF層は例えばプラズマを利用した
化学気相成長により容易に形成することができる。
As the material for the fluorocarbon polymer layer, any fluorocarbon polymer can be used. As an example, amorphous fluorocarbon (α-CF) well known in the semiconductor device industry can be used, and the α-CF layer can be easily formed by, for example, chemical vapor deposition using plasma.

【0011】本発明の絶縁膜では、フルオロカーボンポ
リマー層と隣接金属配線層との間にフッ素置換有機珪素
ポリマー層が配置される。このポリマー層は、対応する
出発有機珪素ポリマーの被膜を形成してからそれをフッ
素化して得ることができる。配線層が絶縁層の下に存在
する場合には、フッ素置換有機珪素ポリマー層を形成し
てからフルオロカーボンポリマー層を形成するように
し、絶縁層の上に配線層が存在する場合には、フルオロ
カーボンポリマー層の形成後にその上にフッ素化有機珪
素ポリマー層を形成するようにする。言うまでもなく、
フッ素置換有機珪素ポリマー層は、絶縁層の上下に金属
配線層が配置される場合にはフルオロカーボンポリマー
層の上下に配置される。
In the insulating film of the present invention, a fluorine-substituted organic silicon polymer layer is disposed between the fluorocarbon polymer layer and the adjacent metal wiring layer. This polymer layer can be obtained by forming a coating of the corresponding starting organosilicon polymer and then fluorinating it. When the wiring layer exists below the insulating layer, the fluorine-substituted organosilicon polymer layer is formed before forming the fluorocarbon polymer layer, and when the wiring layer exists on the insulating layer, the fluorocarbon polymer layer is formed. After forming the layer, a fluorinated organosilicon polymer layer is formed thereon. not to mention,
The fluorine-substituted organosilicon polymer layer is arranged above and below the fluorocarbon polymer layer when metal wiring layers are arranged above and below the insulating layer.

【0012】フッ素置換有機珪素ポリマー層は、対応す
る出発有機珪素ポリマーをフッ素化して形成されるが、
この出発有機珪素ポリマーは、分子中にシロキサン結合
(Si−O−Si結合)を含まず、且つ製膜後にフッ素
化可能な有機基を有する限り、どのような有機珪素ポリ
マーであってもよい。本発明の絶縁膜のフッ素置換有機
珪素ポリマー層の出発ポリマーとして有用な有機珪素ポ
リマーの代表例は、下式
The fluorine-substituted organosilicon polymer layer is formed by fluorinating the corresponding starting organosilicon polymer,
This starting organic silicon polymer may be any organic silicon polymer as long as it does not contain a siloxane bond (Si-O-Si bond) in the molecule and has an organic group that can be fluorinated after film formation. Representative examples of the organosilicon polymer useful as a starting polymer of the fluorine-substituted organosilicon polymer layer of the insulating film of the present invention are represented by the following formula:

【0013】[0013]

【化3】 Embedded image

【0014】で表されるポリカルボシランであり、この
式のRは水素、炭素数1〜3の非芳香族炭化水素基、又
は芳香族炭化水素基であって、一つの珪素原子に結合し
た二つのR基のうちの少なくとも一方は水素以外の炭化
水素基であり、R’はそれぞれ独立に、水素、炭素数1
〜3の炭化水素基、又は芳香族炭化水素基であり、nは
正の整数である。炭化水素基の典型的な例は、メチル
基、エチル基等のアルキル基であり、また芳香族炭化水
素基の代表例はフェニル基である。
Wherein R is hydrogen, a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group, which is bonded to one silicon atom. At least one of the two R groups is a hydrocarbon group other than hydrogen, and R's are each independently hydrogen, a group having 1 carbon atom.
To 3 or an aromatic hydrocarbon group, and n is a positive integer. A typical example of the hydrocarbon group is an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, and a typical example of the aromatic hydrocarbon group is a phenyl group.

【0015】出発有機珪素ポリマーとしてポリカルボシ
ランを使用する場合について言えば、本発明の絶縁膜を
形成しようとする基板(この基板の表面には金属配線層
が存在する場合と、本発明の絶縁膜のフルオロカーボン
ポリマー層が存在する場合の両方がある)の上に、その
ポリカルボシランの被膜をを形成してから、フッ素化処
理を行ってポリカルボシランの有機基の水素原子の少な
くとも一部をフッ素で置換するようにする。このフッ素
置換のためのフッ素化処理は、ポリカルボシラン被膜を
例えばフッ素プラズマにさらすことで行うことができ
る。
Regarding the case where polycarbosilane is used as the starting organosilicon polymer, the substrate on which the insulating film of the present invention is to be formed (the case where a metal wiring layer exists on the surface of the substrate and the case where the insulating film of the present invention is used) A fluorocarbon polymer layer of the film is present), and then form a film of the polycarbosilane, and then perform a fluorination treatment to at least part of the hydrogen atoms of the organic groups of the polycarbosilane. Is replaced by fluorine. This fluorination treatment for fluorine substitution can be performed by exposing the polycarbosilane coating to, for example, fluorine plasma.

【0016】フッ素置換有機珪素ポリマーの出発ポリマ
ーとなるポリカルボシランのような有機珪素ポリマー
は、本質的に、無機の絶縁膜材料に比べて低誘電率で、
SiOFが示すような誘電率の上昇を招く吸湿性もな
く、更に平坦性にも優れているが、これらの特性はフッ
素化処理して有機基がフッ素置換された後にも失われる
ことがない。そして有機基がフッ素置換された有機珪素
ポリマーは、出発ポリマーに比べて更に誘電率が低下
し、しかも金属材料に対してフルオロカーボンポリマー
よりも各段に強い密着力を発現する。従って、このよう
な低誘電率且つ高密着力の層をフルオロカーボンポリマ
ー層と配線層との間に挿入することにより、フルオロカ
ーボンポリマー層による低誘電率化の効果を帳消しにす
ることなく、絶縁層と金属配線層との密着力を高めるこ
とができる。
The organosilicon polymer, such as polycarbosilane, which is the starting polymer of the fluorine-substituted organosilicon polymer, has a substantially lower dielectric constant than the inorganic insulating film material,
It has no hygroscopicity which causes an increase in the dielectric constant as shown by SiOF, and is excellent in flatness. However, these characteristics are not lost even after the fluorination treatment and the organic group is substituted with fluorine. The organic silicon polymer in which the organic group has been substituted with fluorine has a further lower dielectric constant than the starting polymer, and exhibits a stronger adhesion to the metal material than the fluorocarbon polymer. Therefore, by inserting such a layer having a low dielectric constant and a high adhesive force between the fluorocarbon polymer layer and the wiring layer, the effect of lowering the dielectric constant by the fluorocarbon polymer layer can be canceled without canceling the insulating layer and the metal. Adhesion with the wiring layer can be increased.

【0017】本発明の絶縁膜のフッ素置換有機珪素層
は、一般にはフルオロカーボンポリマー層よりかなり薄
くて差し支えなく、例えば、0.05〜0.2μm程度
の厚みを採用することができる。その一方、フルオロポ
リマー層は、所定の層間絶縁効果が得られるように定め
られた厚さを持つように形成される。
The fluorine-substituted organic silicon layer of the insulating film of the present invention may be generally much thinner than the fluorocarbon polymer layer, and may have a thickness of, for example, about 0.05 to 0.2 μm. On the other hand, the fluoropolymer layer is formed to have a predetermined thickness so as to obtain a predetermined interlayer insulating effect.

【0018】本発明によれば、金属配線層と、低誘電率
で且つ配線層との密着力に優れた絶縁層とを交互に積層
して形成した多層配線構造を含む半導体装置が実現可能
になる。この半導体装置は、絶縁層が低誘電率であるた
め高速動作が可能であり、絶縁層と配線層との密着力が
確保されていることに加えて、絶縁層の吸湿による誘電
率の経時的な上昇が抑制され、更に絶縁層にO2 プラズ
マ耐性があるため、高い信頼性を獲得することができ
る。
According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor device including a multilayer wiring structure formed by alternately laminating metal wiring layers and insulating layers having a low dielectric constant and excellent adhesion to the wiring layers. Become. This semiconductor device can operate at high speed because the insulating layer has a low dielectric constant. In addition to ensuring the adhesion between the insulating layer and the wiring layer, the semiconductor device has a dielectric constant due to moisture absorption of the insulating layer over time. Since the insulating layer has resistance against O 2 plasma, high reliability can be obtained.

【0019】[0019]

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。
本発明がこれらの実施例に少しも限定されないことは、
言うまでもないことである。
Next, the present invention will be further described with reference to examples.
It is noted that the invention is not in any way limited to these examples.
Needless to say.

【0020】〔実施例1〕配線厚8000Å(800n
m)、配線幅0.5μmのアルミニウム配線を施したシ
リコン基板上に、フッ素化有機珪素ポリマー(以下「S
iCF」と略記する)の第一の層(厚さ0.1μm)
と、アモルファス・フルオロカーボンポリマー(以下
「α−CF」と略記する)の層(厚さ0.5μm)と、
SiCFの第二の層(厚さ0.1μm)とから構成され
る積層構造の絶縁膜を、次に述べる条件で形成した。
[Embodiment 1] Wiring thickness of 8000Å (800n)
m), a fluorinated organic silicon polymer (hereinafter referred to as “S”) is formed on a silicon substrate provided with aluminum wiring having a wiring width of 0.5 μm.
iCF ") (0.1 μm thick)
And a layer (0.5 μm thick) of an amorphous fluorocarbon polymer (hereinafter abbreviated as “α-CF”);
An insulating film having a laminated structure composed of a second layer of SiCF (thickness: 0.1 μm) was formed under the following conditions.

【0021】SiCF層は、下式The SiCF layer has the following formula

【0022】[0022]

【化4】 Embedded image

【0023】で表されるポリカルボシラン(平均分子量
3000)の20wt%キシレン溶液を基板上にスピン
コートし、窒素雰囲気中において150℃でプリベーク
を行ってから、ダウンフロー型プラズマ発生装置にてフ
ッ素プラズマ処理を施して形成した。このフッ素プラズ
マ処理の条件は次のとおりであった。 印加電力 1.5kW 圧力 1.0Torr(133Pa) 基板温度 170℃ ガス NF3
A 20 wt% xylene solution of polycarbosilane (average molecular weight 3000) represented by the following formula is spin-coated on a substrate, prebaked at 150 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then subjected to fluorine by a down-flow type plasma generator. It was formed by performing a plasma treatment. The conditions of this fluorine plasma treatment were as follows. Applied power 1.5 kW Pressure 1.0 Torr (133 Pa) Substrate temperature 170 ° C. Gas NF 3

【0024】α−CF層は、平行平板型プラズマ装置を
用いて以下の条件で成膜を行った。 印加電力 13.56MHz、100W 圧力 1.0Torr(133Pa) 基板温度 400℃ ガス C2 2 20sccm C4 8 (シクロブタン) 100sccm O2 50sccm
The α-CF layer was formed using a parallel plate type plasma apparatus under the following conditions. Applied power 13.56 MHz, 100 W Pressure 1.0 Torr (133 Pa) Substrate temperature 400 ° C. Gas C 2 H 2 20 sccm C 4 F 8 (cyclobutane) 100 sccm O 2 50 sccm

【0025】形成した積層絶縁膜上に電極を形成し、誘
電率を測定した結果、2.3(1MHz)が示された。
また、2週間の大気放置後も、この絶縁膜の誘電率の上
昇は見られなかった。
An electrode was formed on the formed laminated insulating film, and the dielectric constant was measured. The result was 2.3 (1 MHz).
Further, even after being left in the air for two weeks, no increase in the dielectric constant of the insulating film was observed.

【0026】また、絶縁膜のアルミニウム配線層に対す
る密着力を評価するため、引張り試験を行った。この試
験は、図1に示したような引張試験用試料を作製して行
った。図1において、1はアルミニウム配線層(図示せ
ず)を表面に形成した基板であり、2はこのアルミニウ
ム配線層の上に形成したSiCF層、3はその上に形成
したα−CF層、4は更にその上に形成したSiCF層
であり、これらの2、3、4の積層体が本発明による絶
縁膜5を構成している。基板1の下面(絶縁膜5のない
方の面)と、絶縁膜5の上面を、それぞれ接着剤8及び
8’で引張治具9及び9’に接着した。両方の治具9及
び9’を反対方向に引っ張って、絶縁膜5のSiCF層
2を接触しているアルミニウム配線層から剥離するのに
要する力を測定して、密着力とした。試験の結果、本発
明のSiCF/α−CF/SiCF積層構造の絶縁膜
は、α−CF膜単層からなる比較用絶縁膜に比べて約5
倍の密着力を示した。
Further, a tensile test was performed to evaluate the adhesion of the insulating film to the aluminum wiring layer. This test was conducted by preparing a tensile test sample as shown in FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate on which an aluminum wiring layer (not shown) is formed, 2 denotes a SiCF layer formed on the aluminum wiring layer, 3 denotes an α-CF layer formed thereon, Is an SiCF layer further formed thereon, and a laminate of these 2, 3, and 4 constitutes an insulating film 5 according to the present invention. The lower surface of the substrate 1 (the surface without the insulating film 5) and the upper surface of the insulating film 5 were bonded to the tensile jigs 9 and 9 'with adhesives 8 and 8', respectively. By pulling both jigs 9 and 9 ′ in opposite directions, the force required to peel the SiCF layer 2 of the insulating film 5 from the aluminum wiring layer in contact was measured and defined as the adhesion force. As a result of the test, the insulating film of the SiCF / α-CF / SiCF laminated structure of the present invention was about 5 times smaller than the comparative insulating film consisting of a single α-CF film.
It showed twice the adhesion.

【0027】〔実施例2〕5個のリングオーシュレータ
を形成した基板上に、実施例1と同様の条件で本発明の
SiCF/α−CF/SiCF積層構造の絶縁膜を形成
し、この絶縁膜にリングオーシュレータが直列に接続す
るようにスルーホールを形成後、2層目配線まで形成し
た基板と、比較試料としてテトラエトキシシラン(TE
OS)から形成したSiO2 絶縁膜を用いた基板を作製
した。それぞれの基板の配線遅延を比較した結果、本発
明による絶縁膜を用いた基板は約25%の配線遅延短縮
が可能であることがわかった。
[Embodiment 2] On a substrate on which five ring insulators are formed, an insulating film having a SiCF / α-CF / SiCF laminated structure of the present invention is formed under the same conditions as in Embodiment 1, and this insulating film is formed. After forming a through-hole so that a ring insulator is connected in series to the film, a substrate formed up to the second-layer wiring and tetraethoxysilane (TE) as a comparative sample
A substrate using an SiO 2 insulating film formed from OS) was manufactured. As a result of comparing the wiring delays of the respective substrates, it was found that the wiring delay of the substrate using the insulating film according to the present invention can be reduced by about 25%.

【0028】〔比較例〕平行平板型プラズマ装置を用
い、実施例1で使用したのと同様のアルミニウム配線層
を施したSi基板上に、以下の条件で約0.5μm厚の
SiOF膜を形成した。 印加電力 13.56MHz、100W 圧力 1.0Torr(133Pa) 基板温度 350℃ ガス TEOS 100sccm C4 8 300sccm O2 100sccm
Comparative Example Using a parallel plate type plasma apparatus, an SiOF film having a thickness of about 0.5 μm was formed on an Si substrate provided with the same aluminum wiring layer as used in Example 1 under the following conditions. did. Applied power 13.56 MHz, 100 W Pressure 1.0 Torr (133 Pa) Substrate temperature 350 ° C. Gas TEOS 100 sccm C 4 F 8 300 sccm O 2 100 sccm

【0029】形成した絶縁膜上に電極を形成し、誘電率
を測定した結果、3.1(1MHz)が示された。しか
し、2週間の大気放置後、誘電率は3.8まで上昇し
た。
An electrode was formed on the formed insulating film, and the dielectric constant was measured. The result was 3.1 (1 MHz). However, after two weeks in air, the dielectric constant rose to 3.8.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により、低誘電率で密着性に優れた絶縁膜の利用が可能
となり、多層配線構造における配線遅延の低減に効果的
である。これにより、高速デバイスを実現するとともに
信頼性の高い半導体装置を提供できる。
As is apparent from the above description, the present invention makes it possible to use an insulating film having a low dielectric constant and excellent adhesion, which is effective in reducing wiring delay in a multilayer wiring structure. Thus, a high-speed device can be realized and a highly reliable semiconductor device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1における引張試験のために作製した試
料を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a sample manufactured for a tensile test in Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アルミニウム配線基板 2、4…フッ素化有機珪素ポリマー層 3…アモルファス・フルオロカーボンポリマー層 5…絶縁膜 8、8’…接着剤 9、9’…引張治具 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Aluminum wiring board 2, 4 ... Fluorinated organic silicon polymer layer 3 ... Amorphous fluorocarbon polymer layer 5 ... Insulating film 8, 8 '... Adhesive 9, 9' ... Tensile jig

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 義弘 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 山口 城 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Yoshihiro Nakata 4-1-1, Kamidadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Shiro Yamaguchi 4-1-1 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture No. 1 Inside Fujitsu Limited

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属配線層と絶縁層とを積層した多層配
線構造における絶縁層を構成する膜であって、フルオロ
カーボンポリマー層と、このフルオロカーボンポリマー
層と当該配線層との間に介在する、フッ素置換した有機
基を含有している有機珪素ポリマーの層とからなること
を特徴とする絶縁膜。
1. A film constituting an insulating layer in a multilayer wiring structure in which a metal wiring layer and an insulating layer are laminated, comprising: a fluorocarbon polymer layer; and a fluorine film interposed between the fluorocarbon polymer layer and the wiring layer. An organic silicon polymer layer containing a substituted organic group.
【請求項2】 前記フッ素置換した有機基を含有してい
る有機珪素ポリマーが、下式 【化1】 で表されるポリカルボシラン(この式のRは水素、炭素
数1〜3の非芳香族炭化水素基、又は芳香族炭化水素基
であって、一つの珪素原子に結合した二つのR基のうち
の少なくとも一方は水素以外の炭化水素基であり、R’
はそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜3の炭化水素基、
又は芳香族炭化水素基であり、nは正の整数である)を
フッ素化して得られたものである、請求項1記載の絶縁
膜。
2. The organosilicon polymer containing a fluorine-substituted organic group is represented by the following formula: Wherein R is hydrogen, a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group, wherein two R groups bonded to one silicon atom are represented by At least one of them is a hydrocarbon group other than hydrogen, and R ′
Is each independently hydrogen, a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms,
Or an aromatic hydrocarbon group, wherein n is a positive integer), obtained by fluorinating the insulating film.
【請求項3】 炭化水素基であるRがメチル基であり、
R’が水素である、請求項2記載の絶縁膜。
3. The hydrocarbon group R is a methyl group,
The insulating film according to claim 2, wherein R 'is hydrogen.
【請求項4】 フルオロカーボンポリマー層と、この層
の少なくとも片方の面に隣接した、フッ素置換した有機
基を含有している有機珪素ポリマーの層とからなるなる
絶縁膜を形成する方法であって、出発有機珪素ポリマー
を製膜してからフッ素化処理して、当該出発有機珪素ポ
リマーの有機基の少なくとも一部をフッ素置換すること
により、当該フッ素置換した有機基を含有している有機
珪素ポリマー層を形成することを特徴とする絶縁膜形成
方法。
4. A method for forming an insulating film comprising a fluorocarbon polymer layer and a layer of an organosilicon polymer containing a fluorine-substituted organic group adjacent to at least one surface of the layer, An organic silicon polymer layer containing the fluorine-substituted organic group by subjecting the starting organic silicon polymer to film formation and then fluorinating to at least partially replace the organic groups of the starting organic silicon polymer with fluorine; Forming an insulating film.
【請求項5】 前記出発有機珪素ポリマーが、下式 【化2】 で表されるポリカルボシラン(この式のRは水素、炭素
数1〜3の非芳香族炭化水素基、又は芳香族炭化水素基
であって、一つの珪素原子に結合した二つのR基のうち
の少なくとも一方は水素以外の炭化水素基であり、R’
はそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜3の炭化水素基、
又は芳香族炭化水素基であり、nは正の整数である)で
ある、請求項4記載の方法。
5. The starting organosilicon polymer has the following formula: Wherein R is hydrogen, a non-aromatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon group, wherein two R groups bonded to one silicon atom are represented by At least one of them is a hydrocarbon group other than hydrogen, and R ′
Is each independently hydrogen, a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms,
Or an aromatic hydrocarbon group, and n is a positive integer).
【請求項6】 炭化水素基であるRがメチル基であり、
R’が水素である、請求項5記載の方法。
6. The hydrocarbon group R is a methyl group,
The method of claim 5, wherein R 'is hydrogen.
【請求項7】 前記出発有機珪素ポリマーのフッ素化処
理をフッ素ガスによるプラズマにて行う、請求項4から
6までのいずれか一つに記載の方法。
7. The method according to claim 4, wherein the fluorination of the starting organosilicon polymer is performed by plasma using fluorine gas.
【請求項8】 金属配線層と絶縁層を交互に積層して形
成した多層配線構造を含む半導体装置であって、絶縁層
が、フルオロカーボンポリマー層と、このフルオロカー
ボンポリマー層と当該配線層との間に介在する、フッ素
置換した有機基を含有している有機珪素ポリマーの層と
からなる絶縁膜により構成されていることを特徴とする
半導体装置。
8. A semiconductor device including a multilayer wiring structure formed by alternately stacking metal wiring layers and insulating layers, wherein the insulating layer is formed between a fluorocarbon polymer layer and the fluorocarbon polymer layer and the wiring layer. And an organic silicon polymer layer containing a fluorine-substituted organic group interposed therebetween.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002284998A (en) * 2001-03-23 2002-10-03 Fujitsu Ltd Silicon-based composition, low dielectric constant film, semiconductor apparatus and method for low dielectric constant film production
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KR101173075B1 (en) * 2003-06-16 2012-08-13 디지털옵틱스 코포레이션 유럽 리미티드 Methods and apparatus for packaging integrated circuit devices

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