KR19990006791A - 감소된 유전상수를 갖는 개선된 실리카 절연 필름 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주성분이 이산화규소이며, 유전 상수를 감소하기 위하여 벤젠 핵과 같은 1종 이상의 유기 중합체가 분포되어 있는 절연체 및 그를 제조하기 위한 방법을 제공한다.

Description

감소된 유전 상수를 갖는 개선된 실리카 절연 필름 및 그의 제조 방법
본 발명은 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 절연 필름 및 그의 제조 방법 뿐만 아니라 반도체 장치에서 다수준 접속층 사이에 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 층간 절연체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이외에, 본 발명은 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 접속층 구조의 반도체 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
초대규모 집적 회로의 집적 밀도의 증가에 따라, 집적 반도체 장치의 특징적인 크기가 ㎛ 수준 이하로 감소되었으며, 또한 다수준 상호접속 기술이 더욱 중요하게 되었다. 상이한 수준의 상호접속층을 전기적으로 분리하기 위하여, 층간 절연체가 상이한 수준의 상호접속층 사이에 제공된다. 층간 절연체는 고온에서의 높은 안정성 및 높은 절연성뿐만 아니라 우수한 간격 충진성을 가져야 한다. 선행기술에서, 예를 들면 실리카 필름 또는 이산화규소 필름, 질화규소 필름 및 포스포-실리케이트 유리 필름이 상이한 수준의 상호접속층 사이에서 층간 절연체로서 사용되었다. 이러한 층간 절연체는 일반적으로 여러 화학적 증착법에 의하여 형성되었다.
최근에, 진전된 대규모 집적 회로의 설계 기준에 따라 집적 반도체 장치의 특징적인 크기의 축소에 대한 요구가 증가하고 있다. 집적 반도체 장치의 특징적인 크기의 추가의 축소는 집적된 개별적인 장치의 신호 지연보다는 상호접속층 사이의 와류 정전 용량에 기인한 상호접속층 상의 신호 전달에서의 지연이라는 심각한 문제를 초래한다. 대규모 집적 회로의 고속 성능에서의 개선은 집적 반도체 장치의 특징적인 크기의 현저한 수축이 실현될지라도 상호접속층 사이의 와류 정전 용량에 기인한 상호접속층 상의 신호 전달의 지연이라는 문제에 의하여 제한된다.
대규모 집적 회로의 고속 성능에서 추가의 개선을 실현하기 위하여, 가능한 상호접속층 사이의 와류 정전 용량을 감소시키는 것이 중요하다. 왜냐하면, 상호접속층 사이의 와류 정전 용량은 충간 절연체의 유전 상수에 따라 달라지기 때문이다. 상호접속층 사이의 와류 정전 용량을 감소시키기 위하여 층간 절연체의 유전 상수를 감소시키는 것이 필요하다. 실리카 필름은 LSI 공정의 경우에 이롭지만, 유전 상수를 εr =3.9로부터 크게 감소시키는 것이 어렵다.
문헌 (1994년의 Dry Process Symposium pp.133)에서, 유전 상수를 감소시키기 위한 시도로 불소를 실리카 필름에 도입하는 것이 제안되었다. 유전 상수를 약 3.5로 감소시키기 위하여 수십 %의 불소를 실리카 필름으로 도입하는 것이 필요하며, 그렇게 함으로써 실리카 필름이 흡습성을 나타내고, 또한 불소의 가수분해가 초래된다. 그 결과로, 불소는 실리카 필름에서 불안정하게 된다. 이러한 이유로, 불소 함유 실리카 필름의 유전 상수를 약 3.5 미만으로 감소시키는 것이 어려웠다.
스핀-온-유리 필름에 증착시키기 위한 스핀 도포법의 사용이 제안되었다. 이러한 스핀-온-유리 필름은 잔류 용매 또는 잔류 수분의 문제를 갖고 있다.
일본 특허 공개공보 제8-227888호에는 화학 증착법으로 실리카 필름에 알킬기를 첨가하는 것이 제안되어있다. 그러나, 알킬기는 고온에서 불안정하다.
이러한 상황에서, 상기 문제가 없는 신규한 실리카 필름 및 그를 형성하는 방법의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제를 갖지 않는 신규한 실리카 절연 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 감소된 유전 상수를 갖는 신규한 실리카 절연 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고온에서 충분한 안정성을 갖는 신규한 실리카 절연 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수분과 같은 어떠한 잔류 불순물도 갖지 않는 신규한 실리카 절연 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 문제를 갖지 않는 실리카 절연 필름을 형성하는 신규한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 절연 필름을 형성하는 신규한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고온에서 충분한 안정성을 갖는 실리카 절연 필름을 형성하는 신규한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수분과 같은 어떠한 잔류 불순물도 갖지 않는 실리카 절연 필름을 형성하는 신규한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 문제를 갖지 않는 개선된 실리카 층간 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 감소된 유전 상수를 갖는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고온에서 충분한 안정성을 갖는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수분과 같은 어떠한 잔류 불순물도 갖지 않는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상호접속층 사이의 와류 정전 용량을 감소시킬 수 있는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치가 상호접속층 사이의 와류 정전 용량에 기인한 상호접속층상의 신호 전달의 실질적인 지연이라는 문제를 갖지 않도록 하는 개선된 실리카 층간 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치가 상호접속층사이의 신호 혼선이라는 또 다른 문제를 갖지 않도록 하는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치가 고속 성능을 나타내도록 하는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치의 규모 축소를 허용하는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 문제를 갖지 않는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 감소된 유전 상수를 갖는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고온에서 충분한 안정성을 갖는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수분과 같은 어떠한 잔류 불순물도 갖지 않는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상호접속층 사이의 와류 정전 용량을 감소시킬 수 있는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치가 상호접속층 사이의 와류 정전 용량에 기인한 상호접속층상의 신호 전달의 실질적인 지연이라는 문제를 갖지 않도록 하는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치가 상호접속층사이의 신호 혼선이라는 다른 문제를 갖지 않도록 하는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치가 고속 성능을 나타내도록 하는 개선된 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조를 갖는 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 장치의 규모 축소를 허용하는 개선된 실리카 층간 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조를 포함하는 반도체 장치의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 1종 이상의 유기 중합체가 분포되어 있으며, 이산화규소를 주성분으로 갖는 절연체를 제공한다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 갖는 절연체에 1종 이상의 유기 중합체를 분포시키면 절연체의 유전 상수의 감소가 초래된다. 즉, 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소를 주성분으로 갖는 절연체는 임의의 유기 중합체가 없는 이산화규소를 주성분으로 갖는 절연체의 유전 상수보다 더 낮은 유전상수를 갖는다. 분포된 유기 중합체의 존재는 고밀도로 Si-O 결합의 형성을 방지하는 데 기여한다. 이것은 주성분으로 이산화규소를 갖는 절연체 또는 이산화규소 절연체의 밀도의 특정한 감소를 초래한다. 절연체 밀도의 감소는 그 유전 상수의 감소를 초래한다. 더욱이, 이산화규소로 유기 중합체를 도입하면 이산화규소에서의 Si-O 결합이 규소 및 유기 중합체 사이의 다른 결합 구조로 변화한다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태의 변화를 초래하여 전자 편향이 감소된다. 전자 편향이 감소되면 유전 상수도 또한 감소된다. 이러한 이유로, 유기 중합체를 이산화규소로 도입하면 주성분으로 이산화규소를 갖는 절연체의 유전상수도 감소된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 하기 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명에 따라 벤젠 핵이 분포되어 있는 실리카 절연 필름을 형성하기 위하여 사용되는 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템을 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따라 실란 유속이 0이고, 페닐트리메틸실란 유속이 50 sccm인 조건하에서 실리카 필름이 증착될 때 파수에 대한 실리카 필름의 측정된 적외선 흡광 스펙트럼을 나타내는 도표.
도 3은 본 발명에 따라 사용된 저압 화학 증착 시스템을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 9번째 실시태양에서 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 함유하는 실리카 필름을 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 나타내는 단편 단면의 정면도.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 따른 9번째 실시태양에서 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 함유하는 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 형성하는 방법을 나타내는 단편 단면의 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 10번째 실시태양에서 감소된 유전 상수를 갖는 다공성 실리카 필름을 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 나타내는 단편 단면의 정면도.
도 7a 내지 도 7h는 본 발명에 따른 10번째 실시태양에서 감소된 유전 상수를 갖는 다공성 실리카 필름을 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 형성하는 방법을 나타내는 단편 단면의 정면도.
도 8은 본 발명에 따른 11번째 실시태양에서 감소된 유전 상수를 갖는 다공성 실리카 필름을 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 나타내는 단편 단면의 정면도.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명에 따른 11번째 실시태양에서 감소된 유전 상수를 갖는 다공성 실리카 필름을 포함하는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 형성하는 또 다른 방법을 나타내는 단편 단면의 정면도.
제1의 본 발명은 하나 이상의 유기 중합체가 내부에 분포된, 이산화규소가 주성분인 절연체를 제공한다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 하는 절연체내에 하나 이상의 유기 중합체가 분포된 것은 절연체의 유전 상수를 감소시킬 것이다. 즉, 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하여 주성분으로서 이산화규소를 갖는 절연체는 임의의 유기 중합체 부재하에 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 분포된 유기 중합체의 존재는 고밀도에서 Si-O 결합의 형성을 방해하는 역할을 한다. 이는 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체 또는 이산화규소 절연체의 밀도를 어느 정도 감소시킨다. 절연체의 밀도 감소는 그의 유전 상수를 감소시키게 된다. 또한, 이산화규소로 유기 중합체가 도입되면 이산화규소에서의 Si-O 결합을 규소와 유기 중합체 사이의 다른 결합 구조들로 변환시킨다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태에서 한 변화를 일으켜 전자 편향을 감소시킨다. 전자 편향이 감소되면, 이때 유전 상수는 또한 감소된다. 이로 인해, 이산화규소로 유기 중합체를 도입하는 것은 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수를 감소시키게 된다.
유기 중합체가 절연체에 대해 고온에서의 안정성을 제공하기 위해 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조와 함께 유기 중합체를 포함하면, 이 때 절연체는 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성을 갖는다. 이 절연체는 안정하다. 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 특성들은 절연체에서 유기 성분의 함량을 증가시킨다. 절연체에서 유기 성분 함량의 증가는 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수를 또한 감소시키게 된다.
유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 하는 절연체에서 하나 이상의 벤젠 핵의 분포는 절연체의 유전 상수를 감소시킨다. 즉, 벤젠 핵이 분포되어 있으며, 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체는 임의의 벤젠 핵의 부재하에 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 분포된 벤젠 핵의 존재는 고밀도에서 Si-O 결합이 형성되는 것을 방해하는 역할을 한다. 이는 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체 또는 이산화규소 절연체의 밀도를 어느 정도 감소시킨다. 절연체의 밀도 감소는 그의 유전 상수를 감소시키게 된다. 또한, 이산화규소로 벤젠 핵이 도입되면 이산화규소에서의 Si-O 결합을 규소와 벤젠 핵 사이의 다른 결합 구조들로 변환시킨다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태에서 한 변화를 일으켜 전자 편향을 감소시킨다. 전자 편향이 감소되면, 이때 유전 상수는 또한 감소된다. 이로 인해, 이산화규소로 벤젠 핵을 도입하는 것은 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수를 감소시키게 한다. 벤젠 핵은 절연체에 대해 고온에서의 안정성을 제공하기 위해 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조와 함께 벤젠 핵을 포함하면, 이 때 절연체는 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성을 갖는다. 이 절연체는 안정하다. 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 이들 특성은 절연체에서 유기 성분의 함량을 증가시킨다. 절연체에서 유기 성분 함량의 증가는 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수를 또한 감소시키게 된다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 이 결합 구조는 절연체를 형성하기 위한 화학 증착시 벤젠 핵원으로서 페닐트리메틸실란 또는 페닐트리메톡시실란의 사용에 의해 형성될 수 있다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 것 또한 바람직하다. 이 결합 구조는 단일 벤젠 핵의 구조를 갖는 유기 구조, 예를 들면 톨루엔, 벤젠 및 크실렌의 사용에 의해 형성될 수 있다. 선택적으로, 다수의 벤젠 핵의 구조를 갖는 유기 구조, 예를 들면 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센은 또한 이용가능하다.
절연체가 30 중량% 이하의 탄소 함량을 갖는 것도 또한 바람직하다.
제2의 본 발명은 절연체가 내부에 분포된 하나 이상의 유기 중합체의 제거에 의해 형성되어 있는 포어 (pore)를 포함하며, 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체를 제공한다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체 내에 다수의 포어가 존재하는 것은 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 다수의 포어가 분포된 이산화규소 절연체는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
절연체가 강한 결합에 의해 가교 구조를 갖는 유기 중합체의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 포함한다는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체에 다수의 포어가 존재하는 것은 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 다수의 포어를 갖는 이산화규소 절연체는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하여 이산화규소 절연체의 유전 상수보다 더 낮은 유전 상수를 갖는다.
절연체가 벤젠 핵의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 포함한다는 것이 더욱 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체에 다수의 포어가 존재하는 것은 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 분포된 포어가 다수 존재하는 이산화규소 절연체는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하여 이산화규소 절연체의 유전 상수보다 더 낮은 유전 상수를 갖는다.
절연체가 규소 원자와 함께 강한 결합을 갖는 벤젠 핵을 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 더더욱 바람직하다.
또한, 절연체가 규소 원자와 함께 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 절연체가 30 중량% 이하의 탄소 함량에 상응하는 양으로 절연체에 분포된 벤젠 핵의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 갖는 것은 또한 바람직하다.
제3의 본 발명은 반도체 장치에 제공된 절연 필름을 제공한다. 절연 필름은 내부에 분포된 하나 이상의 유기 중합체를 포함하며, 이산화규소를 주성분으로 한다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 하는 절연 필름내에 하나 이상의 유기 중합체가 분포하는 것은 절연 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 즉, 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하여 주성분으로서 이산화규소를 갖는 절연체는 임의의 유기 중합체의 부재하에 이산화규소를 주성분으로 하는 절연체의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 분포된 유기 중합체의 존재는 고밀도에서 Si-O 결합의 형성을 방해하는 역할을 한다. 이는 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름 또는 이산화규소 절연 필름의 밀도를 어느 정도 감소시킨다. 절연 필름의 밀도 감소는 그의 유전 상수를 감소시키게 된다. 또한, 이산화규소로 유기 중합체가 도입되면 이산화규소에서의 Si-O 결합을 규소와 유기 중합체 사이의 다른 결합 구조들로 변환시킨다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태에서 변화를 일으켜 전자 편향을 감소시킨다. 전자 편향이 감소되면, 이때 유전 상수는 또한 감소된다. 이로 인해, 이산화규소로 유기 중합체를 도입하는 것은 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름의 유전 상수를 감소시키게 된다.
유기 중합체가 절연 필름에 대해 고온에서의 안정성을 제공하기 위해 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름이 강한 결합을 갖는 가교 구조와 함께 유기 중합체를 포함하면, 이 때 절연 필름은 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성을 갖는다. 이 절연 필름은 안정하다. 절연 필름의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 특성들은 절연 필름에서 유기 성분의 함량을 증가시킨다. 절연 필름에서 유기 성분 함량의 증가는 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름의 유전 상수를 더욱 감소시키게 된다.
유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 것은 더욱 바람직하다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 하는 절연 필름에서 하나 이상의 벤젠 핵류의 분포는 절연체의 유전 상수를 감소시킨다. 즉, 내부에 분포된 벤젠 핵을 포함하여 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름은 임의의 벤젠 핵의 부재하에 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 분포된 벤젠 핵의 존재는 고밀도에서 Si-O 결합의 형성을 방해하는 역할을 한다. 이는 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름 또는 이산화규소 절연 필름의 밀도를 어느 정도 감소시킨다. 절연 필름의 밀도 감소는 그의 유전 상수를 감소시키게 된다. 또한, 이산화규소로 벤젠 핵이 도입되면 이산화규소에서의 Si-O 결합을 규소와 벤젠 핵 사이의 다른 결합 구조들로 변환시킨다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태에서 한 변화를 일으켜 전자 편향을 감소시킨다. 전자 편향이 감소되면, 이때 유전 상수는 또한 감소된다. 이로 인해, 이산화규소로 벤젠 핵을 도입하는 것은 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름의 유전 상수를 감소시키게 한다. 벤젠 핵은 절연 필름에 대해 고온에서의 안정성을 제공하기 위해 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름이 강한 결합을 갖는 가교 구조와 함께 벤젠 핵을 포함하면, 이 때 절연 필름은 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성을 갖는다. 이 절연 필름은 안정하다. 절연 필름의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 이들 특성은 절연 필름에서 유기 성분의 함량을 증가시킨다. 절연 필름에서 유기 성분 함량의 증가는 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름의 유전 상수를 더욱 감소시키게 된다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 것은 더욱 바람직하다. 이 결합 구조는 절연 필름을 형성하기 위한 화학 증착시 벤젠 핵원으로서 페닐트리메틸실란 또는 페닐트리메톡시실란을 사용하여 형성시킬 수 있다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 것 또한 바람직하다. 이 결합 구조는 단일 벤젠 핵의 구조를 갖는 유기 구조, 예를 들면 톨루엔, 벤젠 및 크실렌을 사용하여 형성시킬 수 있다. 선택적으로, 다수의 벤젠 핵의 구조를 갖는 유기 구조, 예를 들면 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센은 또한 이용가능하다.
절연 필름이 30 중량% 이하의 탄소 함량을 갖는 것은 또한 바람직하다.
제4의 본 발명은 반도체 장치에 제공된 절연 필름을 제공한다. 절연 필름은 내부에 분포된 하나 이상의 유기 중합체의 제거에 의해 형성되는 포어를 포함하며, 이산화규소를 주성분으로 한다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름 내에 다수의 포어가 존재하는 것은 절연 필름의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 다수의 포어가 분포된 이산화규소 절연 필름은 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
절연 필름이 강한 결합에 의한 가교 구조를 갖는 유기 중합체를 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함한다는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름 내에 다수의 포어가 존재하는 것은 절연 필름의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 다수의 포어가 분포된 이산화규소 절연 필름은 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
절연 필름이 벤젠 핵의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 더욱 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 절연 필름에서 다수의 포어가 존재하는 것은 절연 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 내부에 분포된 다수의 포어가 존재하는 이산화규소 절연 필름은 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 절연 필름의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
절연 필름이 규소 원자와 함께 강한 결합을 갖는 벤젠 핵을 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 더더욱 바람직하다.
또한, 절연 필름이 규소 원자와 함께 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 절연 필름이 30 중량% 이하의 탄소 함량에 상응하는 양으로 절연체에 분포된 벤젠 핵의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 갖는 것은 또한 바람직하다.
제5의 본 발명은 반도체 장치에 제1 수준의 상호접속층 및 제1 수준의 상호접속층 위에 존재하는 제2 수준의 상호접속층 사이에 제공된 층간 절연체를 제공한다. 층간 절연체는 내부에 분포된 하나 이상의 유기 중합체를 포함하며, 이산화규소를 주성분으로 한다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 하는 층간 절연체내에 하나 이상의 유기 중합체가 분포하는 것은 층간 절연체의 유전 상수를 감소시킬 것이다. 즉, 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하여 주성분으로서 이산화규소를 갖는 층간 절연체는 임의의 유기 중합체 부재하에 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 분포된 유기 중합체의 존재는 고밀도에서 Si-O 결합의 형성을 방해하는 역할을 한다. 이는 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체 또는 이산화규소 층간 절연체의 밀도를 어느 정도 감소시킨다. 층간 절연체의 밀도 감소는 그의 유전 상수를 감소시키게 된다. 또한, 이산화규소로 벤젠 핵이 도입되면 이산화규소에서의 Si-O 결합을 규소와 벤젠 핵 사이의 다른 결합 구조들로 변환시킨다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태에서 한 변화를 일으켜 전자 편향을 감소시킨다. 전자 편향이 감소되면, 이때 유전 상수는 또한 감소된다. 이로 인해, 이산화규소로 벤젠 핵을 도입하는 것은 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체의 유전 상수를 감소시키게 한다.
유기 중합체는 층간 절연체에 대해 고온에서의 안정성을 제공하기 위해 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조와 함께 유기 중합체를 포함하면, 이 때 층간 절연체는 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성을 갖는다. 이 층간 절연체는 안정하다. 층간 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 이들 특성은 층간 절연체에서 유기 성분의 함량을 증가시킨다. 층간 절연체에서 유기 성분 함량의 증가는 층간 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시키게 된다.
유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 것은 더욱 바람직하다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 하는 층간 절연체에서 하나 이상의 벤젠 핵류의 분포는 층간 절연체의 유전 상수를 감소시킨다. 즉, 내부에 분포된 벤젠 핵을 포함하여 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체는 임의의 벤젠 핵의 부재하에 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 분포된 벤젠 핵의 존재는 고밀도에서 Si-O 결합의 형성을 방해하는 역할을 한다. 이는 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체 또는 이산화규소 층간 절연체의 밀도를 어느 정도 감소시킨다. 층간 절연체의 밀도 감소는 그의 유전 상수를 감소시키게 된다. 또한, 이산화규소로 벤젠 핵이 도입되면 이산화규소에서의 Si-O 결합을 규소와 벤젠 핵 사이의 다른 결합 구조들로 변환시킨다. 이러한 결합 구조의 변화는 전자 상태에서 한 변화를 일으켜 전자 편향을 감소시킨다. 전자 편향이 감소되면, 이때 유전 상수는 또한 감소된다. 이로 인해, 이산화규소로 벤젠 핵을 도입하는 것은 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체의 유전 상수를 감소시키게 한다. 벤젠 핵은 층간 절연체에 대해 고온에서의 안정성을 제공하기 위해 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조와 함께 벤젠 핵을 포함하면, 이 때 층간 절연체는 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성을 갖는다. 이 층간 절연체는 안정하다. 층간 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 이들 특성은 층간 절연체에서 유기 성분의 함량을 증가시킨다. 층간 절연체에서 유기 성분 함량의 증가는 층간 절연체의 고온에서의 높은 안정성 및 높은 분해 내성과 낮은 휘발성이란 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시키게 된다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 것은 더욱 바람직하다. 이 결합 구조는 절연 필름을 형성하기 위한 화학 증착시 벤젠 핵원으로서 페닐트리메틸실란 또는 페닐트리메톡시실란을 사용하여 형성시킬 수 있다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 것 또한 바람직하다. 이 결합 구조는 단일 벤젠 핵의 구조를 갖는 유기 구조, 예를 들면 톨루엔, 벤젠 및 크실렌을 사용하여 형성시킬 수 있다. 선택적으로, 다수의 벤젠 핵의 구조를 갖는 유기 구조, 예를 들면 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센은 또한 이용가능하다.
층간 절연체가 30 중량% 이하의 탄소 함량을 갖는 것은 또한 바람직하다.
제6의 본 발명은 반도체 장치에 제1 수준의 상호접속층 및 제1 수준의 상호접속층 위에 존재하는 제2 수준의 상호접속층 사이에 제공된 층간 절연체를 제공한다. 층간 절연체는 내부에 분포된 하나 이상의 유기 중합체의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 포함하며, 이산화규소를 주성분으로 한다. 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체 내에 다수의 포어가 존재하는 것은 층간 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 다수의 포어가 분포된 이산화규소 층간 절연체는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
층간 절연체가 강한 결합에 의한 가교 구조를 갖는 유기 중합체를 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함한다는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체 내에 다수의 포어가 존재하는 것은 층간 절연체의 유전 상수를 더욱 감소시킨다. 내부에 다수의 포어가 분포된 이산화규소 층간 절연체는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
층간 절연체가 벤젠 핵의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 더욱 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 하는 층간 절연체에서 다수의 포어가 존재하는 것은 층간 절연체의 유전 상수를 감소시킨다. 내부에 분포된 다수의 포어가 존재하는 이산화규소 층간 절연체는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 층간 절연체의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는다.
층간 절연체가 규소 원자와 함께 강한 결합을 갖는 벤젠 핵을 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 더더욱 바람직하다.
또한, 층간 절연체가 규소 원자와 함께 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거하여 형성되어 있는 포어를 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 층간 절연체가 30 중량% 이하의 탄소 함량에 상응하는 양으로 층간 절연체에 분포된 벤젠 핵의 제거에 의해 형성되어 있는 포어를 갖는 것은 또한 바람직하다.
제7의 본 발명은 하기 성분을 포함하는 다수준 상호접속층 구조를 제공한다. 적어도 제1 수준 상호접속층은 절연층 상에서 연장한다. 내부층 절연체는 절연층 상을 연장하여 내부층 절연체가 제1 수준 상호접속층을 커버하게 된다. 내부층 절연체는 1개 이상의 비아 홀을 갖는다. 내부층 절연체는 주성분으로 이산화규소를 갖는다. 적어도 제2 수준 상호접속층은 내부층 절연체 상에서 연장하여, 제2 수준 상호접속층이 내부층 절연체에 의해 제1 수준 상호접속층로부터 분리되게 되고, 제2 수준 상호접속층은 비아 홀을 통해 제1 수준 상호접속층과 전기적으로 접속하게 된다. 내부층 절연체가 내부에 분포된 1종 이상의 유기 중합체를 포함하는 것은 중요하다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 중의 1종 이상의 유기 중합체의 분포에 의해, 내부층 절연체의 유전 상수가 저하하게 된다. 즉, 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하여, 주성분으로 이산화규소를 갖는 내부층 절연체의 유전 상수는 임의의 유기 중합체가 없는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수보다 작다. 분포된 유기 중합체의 존재로 인해, Si-O의 고밀도 결합 형성을 방지하게 된다. 이로써, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 또는 이산화규소 내부층 절연체의 밀도가 특정하게 감소하게 된다. 내부층 절연체의 밀도 감소로 인해, 그의 유전 상수가 저하하게 된다. 또한, 유기 중합체의 이산화규소로의 도입은 이산화규소 내의 Si-O 결합을 규소와 유기 중합체 사이의 기타 결합 구조로 변화시킨다. 그러한 결합 구조의 변화로 인해, 전자 상태가 변화하여 전자 편향이 저하하게 된다. 전자 편향이 저하하는 경우, 유전 상수도 역시 저하한다. 이러한 이유 때문에, 유기 중합체의 이산화규소로의 도입은 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수를 저하시키게 된다.
바람직하게는, 고온안정성을 내부층 절연체에 제공하기 위해, 유기 중합체가 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조의 유기 중합체를 포함하는 경우, 내부층 절연체의 고온안정성 및 분해 내성은 크지만, 내부층 절연체의 낮은 휘발성은 내부층 절연체 내의 유기 성분 함량을 증대시킨다. 또한, 내부층 절연체 내의 유기 성분 함량의 증대로 인해, 내부층 절연체의 고온안정성 및 분해 내성은 크지만 휘발성은 적은 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수가 저하하게 된다.
추가로 바람직하게는, 유기 중합체가 벤젠 핵을 포함한다는 것이다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 내의 하나 이상의 벤젠 핵의 분포는 내부층 절연체의 유전 상수를 감소시킬 것이다. 즉, 내부에 분포된 벤젠 핵을 포함하는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수는 임의의 벤젠 핵도 없는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수보다 작다. 분포된 벤젠 핵의 존재는 Si-O가 고밀도로 결합되지 않도록 방지한다. 이로써, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 또는 이산화규소 내부층 절연체의 밀도가 특정하게 감소하게 된다. 내부층 절연체의 밀도 감소에 의해, 이의 유전 상수가 저하된다. 또한, 벤젠 핵의 이산화규소로의 도입에 의해 이산화규소 내의 Si-O 결합이 규소와 벤젠 핵 사이의 기타 결합 구조로 변화시킨다. 그러한 결합 구조의 변화로 인해, 전자 상태가 변화하여 전자 편향이 저하되게 된다. 전자 편향이 저하된 경우, 유전 상수도 역시 저하된다. 이러한 이유 때문에, 벤젠 핵의 이산화규소로의 도입은 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수를 저하시키게 된다. 벤젠 핵은 고온안정성을 내부층 절연체에 제공하기 위해, 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조의 벤젠 핵을 포함하는 경우, 내부층 절연체의 고온안정성 및 분해 내성은 크지만 휘발성은 적다. 이 내부층 절연체는 안정하다. 내부층 절연체의 높은 고온안정성, 높은 분해 내성 및 낮은 휘발성과 같은 특성으로 내부층 절연체 내의 유기 성분 함량이 증대하게 된다. 또한, 내부층 절연체 내의 유기 성분 함량의 증대로 인해, 내부층 절연체의 높은 고온안정성, 높은 분해 내성 및 낮은 휘발성의 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수가 저하하게 된다.
또한 바람직하게는, 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는다는 것이다. 이 결합 구조는 내부층 절연체의 형성을 위한 화학적 증착에서 페닐트리메틸실란 또는 페닐트리메톡시실란의 벤젠 핵원으로서의 사용에 의해 형성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 벤젠 핵은 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는다는 것이다. 이 결합 구조는 벤젠 단일 핵, 예를 들면 톨루엔, 벤젠 및 크실렌의 구조를 갖는 유기 물질의 사용에 의해 형성될 수 있다. 또는, 다수의 벤젠 핵, 예를 들면 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센의 구조를 갖는 유기 물질을 또한 사용할 수 있다.
또한 바람직하게는, 내부층 절연체의 탄소 함량이 30% 이하이라는 것이다.
제8의 본 발명은 하기 성분을 포함하는 다수준 상호접속층 구조를 제공한다. 1개 이상의 제1 수준 상호접속층은 절연층 상에서 연장하여 내부층 절연체가 제1 수준 상호접속층을 커버하게 된다. 내부층 절연체는 1개 이상의 비아 홀을 갖는다. 내부층 절연체는 이산화규소를 주성분으로 갖는다. 1개 이상의 제2 수준 상호접속층은 내부층 절연체 상에서 연장하여 제2 수준 상호접속층은 내부층 절연체에 의해 제1 수준 상호접속층로부터 분리되게 되고, 제2 수준 상호접속층은 비아 홀을 통해 제1 수준 상호접속층에 전기적으로 접속되게 된다. 내부층 절연체가 내부층 절연체 내에 분포된 1종 이상의 유기 중합체의 제거에 의해 형성된 포어를 포함한다는 것은 중요하다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 내의 다수의 포어의 존재로 인해, 내부층 절연체의 유전 상수가 추가로 저하되게 된다. 내부에 분포된 이산화규소 내부층 절연체 다수의 포어의 유전 상수는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소 내부층 절연체의 유전 상수보다 적다.
내부층 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는 유기 중합체의 제거에 의해 형성된 포어를 포함하는 것은 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 내의 다수의 포어의 존재는 내부층 절연체의 유전 상수를 추가로 저하시키게 된다. 내부에 분포된 이산화규소 내부층 절연체 다수의 포어의 유전 상수는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소 내부층 절연체의 유전 상수보다 적다.
내부층 절연체가 벤젠 핵에 의해 형성된 포어를 포함하는 것은 추가로 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 내의 다수의 포어의 존재로 인해, 내부층 절연체의 유전 상수가 추가로 저하되게 된다. 내부에 분포된 이산화규소 내부층 절연체 다수의 포어의 유전 상수는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소 내부층 절연체의 유전 상수보다 적다.
내부층 절연체가 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵의 제거에 의해 형성된 포어를 포함하는 것은 또한 바람직하다.
또한, 내부층 절연체가 규소 원자와의 결합 구조가 없는 벤젠 핵의 제거에 의해 형성된 포어를 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 내부층 절연체가 내부층 절연체 내에 30% 이하의 탄소 함량에 상응하는 양으로 분포된 벤젠 핵의 제거에 의해 형성된 포어를 포함하는 것은 바람직하다.
제9의 본 발명은 벤젠 핵을 포함하는 1종 이상의 유기 물질을 벤젠 핵원으로서 사용하여 절연체가 벤젠 핵을 포함하도록 하는 화학 증착법으로 이산화규소를 주성분으로 갖는 절연체를 형성하는 방법을 제공한다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 내에서의 하나 이상의 벤젠 핵의 분포로 인해, 내부층 절연체의 유전 상수가 저하하게 된다. 즉, 내부에 분포된 벤젠 핵을 포함하는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수는 임의의 벤젠 핵도 없는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수보다 적다. 분포된 벤젠 핵의 존재에 의해, Si-O 결합이 고밀도에서 형성되지 않도록 방지된다. 이로써, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 또는 이산화규소 내부층 절연체의 밀도가 특정하게 감소하게 된다. 내부층 절연체의 밀도 감소로 인해, 그의 유전 상수가 저하하게 된다. 또한, 벤젠 핵의 이산화규소로의 도입으로써 이산화규소 내의 Si-O 결합이 규소와 벤젠 핵 사이의 기타 결합 구조로 변화된다. 그러한 결합 구조의 변화로 인해, 전자 상태가 변화하여 전자 편향이 저하되게 된다. 전자 편향이 저하되는 경우, 유전 상수도 역시 저하된다. 이러한 이유 때문에, 벤젠 핵의 이산화규소로의 도입이 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수 저하를 초래한다. 벤젠 핵은 고온안정성을 내부층 절연체에 제공하기 위해, 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조의 벤젠 핵을 포함하는 경우, 내부층 절연체의 고온안정성 및 분해 내성은 크지만 휘발성은 적다. 이 내부층 절연체는 안정하다. 내부층 절연체의 높은 고온안정성, 높은 분해 내성 및 낮은 휘발성과 같은 특성으로써 내부층 절연체 내의 유기 성분 함량이 증대된다. 내부층 절연체 내의 유기 성분 함량의 증대로 인해, 내부층 절연체의 높은 고온안정성, 높은 분해 내성 및 낮은 휘발성의 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수가 추가로 저하되게 된다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 것은 바람직하다.
페닐트리메틸실란 및 페닐트리메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 벤젠 핵원으로서 사용하는 것은 또한 바람직하다.
또한, 유기 물질을 벤젠 핵원으로서 규소 원료와 함께 사용하는 것은 바람직하다.
또한, 유기 물질을 벤젠 핵원으로서 임의의 규소 원료 없이 사용하는 것도 바람직하다.
또한, 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않고, 유기 물질이 벤젠 핵원으로서 규소 원료와 함께 사용되는 것도 바람직하다.
추가로, 유기 물질이 단일 벤젠 핵 구조를 갖는 것도 바람직하다.
또한, 유기 물질이 톨루엔, 벤젠 및 크실렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 유기 물질이 다수의 벤젠 핵 구조를 갖는 것은 바람직하다.
추가로, 유기 물질이 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 화학 증착법이 플라즈마 화학 증착법인 것이 바람직하다. 예를 들면, 평행판 플라즈마 화학 증착법, 전자 시클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법 및 유도적으로 커플링된 플라즈마 화학 증착법을 이용할 수 있다.
또한, 화학 증착법이 저압 화학 증착법인 것도 바람직하다.
또한, 화학 증착법으로 절연체를 형성한 후, 벤젠 핵을 절연체로부터 제거함으로써 절연체 내에 포어를 형성하는 것도 바람직하다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 절연체 내의 다수의 포어 존재로 인해 절연체의 유전 상수가 추가로 저하되게 된다. 내부에 분포된 이산화규소 절연체 다수의 포어의 유전 상수는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소 절연체의 유전 상수보다 적다.
추가로, 벤젠 핵을 절연체로부터 제거하기 위해 제거 반응시킴으로써 벤젠 핵이 제거되는 것은 바람직하다.
또한, 플라즈마 중에 형성된 산소 라디칼에 노출시킴으로써 제거 반응을 초래하는 것은 바람직하다.
또한, 450℃ 이하의 온도에서 진공 중에 열처리함으로써 제거 반응을 초래하는 것은 바람직하다.
여전히, 450℃ 이하의 온도에서 불활성 기체 분위기에서 열처리함으로써 제거 반응을 초래하는 것은 보다 바람직하다.
또한, 산소 분위기에서 연소 반응을 초래함으로써 벤젠 핵을 제거하는 것은 바람직하다.
또한, 약 500℃ 이하의 온도를 유지하여, 절연체의 동일한 증착 시간에서 벤젠 핵의 제거 반응을 초래하고, 포어를 포함하는 절연체를 형성시킴으로써 화학 증착법을 수행하는 것은 바람직하다.
제10의 본 발명은 벤젠 핵을 포함하는 1종 이상의 유기 물질을 벤젠 핵원으로서 사용하여, 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는, 화학 증착법으로 반도체 장치 내의 이산화규소를 주성분으로 갖는 절연 필름을 형성시키는 방법을 제공한다. 이산화규소 또는 실리카를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 내의 하나 이상의 벤젠 핵의 분포로 인해 내부층 절연체의 유전 상수가 저하하게 될 것이다. 즉, 내부에 분포된 벤젠 핵을 포함하는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수는 임의의 벤젠 핵을 갖지 않는 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수보다 적다. 분포된 벤젠 핵의 존재로 인해 고밀도에서의 Si-O 결합 형성이 방지되도록 한다. 이로써 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체 또는 이산화규소 내부층 절연체의 밀도가 특정하게 감소하게 된다. 내부층 절연체의 밀도 감소는 이의 유전 상수 저하를 결과한다. 또한, 벤젠 핵의 이산화규소로의 도입은 이산화규소 내의 Si-O 결합을 규소와 벤젠 핵 사이의 기타 결합 구조로 변화시킨다. 그러한 결합 구조의 변화는 전자 상태를 변화시켜 전자 편향이 저하된다. 전자 편향이 저하된 경우, 유전 상수도 역시 저하된다. 이러한 이유 때문에, 벤젠 핵의 이산화규소로의 도입은 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수 저하를 초래한다. 벤젠 핵은 고온안정성을 내부층 절연체에 제공하기 위한 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는다. 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체가 강한 결합을 갖는 가교 구조의 벤젠 핵을 포함하는 경우, 내부층 절연체는 고온안정성 및 분해 내성이 크지만, 휘발성은 적다. 이 내부층 절연체는 안정하다. 내부층 절연체의 이러한 높은 고온안정성, 높은 분해 내성 및 낮은 휘발성으로 인해 내부층 절연체 중의 유기 성분 함량이 증대하게 된다. 내부층 절연체 중의 유기 성분 함량의 증대로 인해, 내부층 절연체의 높은 고온안정성, 높은 분해 내성 및 낮은 휘발성과 같은 유리하고 바람직한 특성을 유지하면서, 이산화규소를 주성분으로 갖는 내부층 절연체의 유전 상수가 추가로 저하하게 된다.
벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 것은 바람직하다.
추가로, 페닐트리메틸실란 및 페닐트리메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 벤젠 핵원으로서 사용하는 것은 바람직하다.
또한, 유기 물질을 벤젠 핵원으로서, 규소 원료와 함께 사용하는 것은 바람직하다.
또한, 유기 물질을 벤젠 핵원으로서, 임의의 규소 원료의 부재하에 단독 사용하는 것은 바람직하다.
또한, 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않고 유기 물질이 벤젠 핵원으로서, 규소 원료와 함께 사용되는 것은 바람직하다.
추가로, 유기 물질이 단일 벤젠 핵의 구조를 갖는 것은 바람직하다.
또한, 유기 물질이 톨루엔, 벤젠 및 크실렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 유기 물질이 다수의 벤젠 핵 구조를 갖는 것은 바람직하다.
추가로, 유기 물질이 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 것은 바람직하다.
또한, 화학 증착법이 플라즈마 화학 증착법인 것이 바람직하다. 예를 들면, 평행판 플라즈마 화학 증착법, 전자 시클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법 및 유도적으로 커플링된 플라즈마 화학 증착법을 이용할 수 있다.
또한, 화학 증착법이 저압 화학 증착법인 것은 바람직하다.
또한, 화학 증착법으로 절연 필름을 형성시킨 후, 벤젠 핵을 절연 필름으로부터 제거함으로써, 절연 필름 내의 포어를 형성시키는 것은 바람직하다. 주성분이 이산화규소인 절연 필름 내의 다수의 포어 존재로 인해, 절연 필름의 유전 상수가 추가로 저하되게 된다. 내부에 분포된 이산화규소 절연 필름 다수 포어의 유전 상수는 내부에 분포된 유기 중합체를 포함하는 이산화규소 절연 필름의 유전 상수보다 적다.
추가로, 벤젠 핵을 절연 필름으로부터 제거하기 위한 제거 반응을 초래함으로써 벤젠 핵을 제거하는 것은 바람직하다.
또한, 플라즈마 중에 형성된 산소 라디칼에 노출시킴으로써 제거 반응을 초래하는 것도 바람직하다.
또한, 450℃ 이하의 온도에서 진공 중에 열처리함으로써 제거 반응을 초래하는 것은 바람직하다.
또한, 450℃ 이하의 온도에서 불활성 가스 대기에서 열처리함으로써 제거 반응을 초래하는 것은 바람직하다.
또한, 산소 대기에서 연소 반응을 초래함으로써 벤젠 핵을 제거하는 것은 바람직하다.
또한, 약 500℃ 이하의 온도를 유지하여, 절연 필름의 동일한 증착 시간에서 벤젠 핵의 제거 반응을 초래하고, 포어를 포함하는 절연 필름을 형성시킴으로써 화학 증착법을 수행하는 것은 바람직하다.
제1 실시태양
본 발명에 따른 제1 실시태양은 화학 증착법에 의한 규소 기판 상에 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하는 방법이 자세히 설명된다. 도 1은 본 발명에 따른 제1 실시태양에서 사용된 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템의 개략도이다. 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템은 상부 전극(22) 및 하부 전극(23)을 가지는 반응 챔버(21)을 가진다. 규소 기판(24)는 하부 전극(23) 상에 위치한다. 하부 전극(23)은 지반선에 연결되어 하부 전극(23)이 대지 전위를 갖도록 유지된다. 상부 전극(22)는 고주파수 전력원(25)로부터 고주파수 전력을 받기 위해 고주파수 전력원(25)에 연결된다. 도시되지 않은 가열기가 규소 기판(24)를 가열하기 위해 하부 전극(23)에 인접하게 추가로 제공된다. 반응 챔버(21)은 원료 가스 도입 시스템(26)에 연결되어 원료 가스가 반응 챔버(21)에 공급된다. 반응 챔버(21)는 가스 방출 시스템(27)에 추가로 연결되어 사용된 가스가 반응 챔버(21)로부터 방출된다.
제1 실시태양에서, 페닐트리메틸실란, 실란 및 산소는 플라즈마 화학 증착법에 의해 실리카 절연 필름의 제조를 위한 원료 가스로서 사용된다. 각각의 원료 가스는 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21)내로 연속적 도입을 위한 도시되지 않은 질량 흐름 조절기에 의해 유속 조절이 이루어진다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 대한 규소 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란은 169℃의 비점을 갖는다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 처음에 스텐레스 실린더를 진공화시키기 위해 스텐레스 실린더에 충진시키고, 스텐레스 실린더를 100℃ 이하로 연속적으로 가열한다. 질량 흐름 조절기 및 반응 챔버(27)을 포함한 원료 가스 도입 시스템(26)은 페닐트리메틸실란이 가스 상태로 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21)로 공급되도록 페닐트리메틸실란의 응축 방지를 위해 또한 약 150℃ 이하까지 가열된다. 실란 및 산소는 또한 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21)내로 공급된다.
실란 기판(24)는 알루미늄층으로 피복된 규소 웨이퍼를 포함하고, 하부 전극(23) 상에 위치한다. 평행판 플라즈마 화학 증착은 다음 조건하에서 수행된다. 실란의 유속은 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화시킨다. 페닐트리메틸실란의 유속은 또한 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화시킨다. 산소의 유속은 100 sccm으로 고정한다. 압력은 0.1 Torr로 고정한다. 500W의 고주파수 전력은 상부 전극(22)에 인가시킨다. 기판 온도는 300℃로 유지시킨다.
적외선 흡광 스펙트럼의 측정은 실란 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는지 아닌지를 확증하기 위해 행한다. 도 2는 실리카 필름이 0의 실란 유속 및 50 sccm의 페닐트리메틸실란 유속인 조건하에서 증착되는 경우, 파수에 대해 실리카 필름의 적외선 흡광 스펙트럼의 개략적 도표이다. 흡수선은 약 1450 cm-1, 1500 cm-1및 1600 cm-1의 파수에서 나타난다. 이러한 흡수선은 벤젠 핵에 기인한 적외선의 흡수를 나타낸다. 벤젠 핵 이외의 탄화수소 조성물은 검출되지 않았다. 전술한 바는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란이 플라즈마 화학 증착법을 위한 원료 가스로서 사용되면, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름이 형성된다는 것을 나타낸다. 상기 적외선 흡광 스펙트럼에 따라, 실리카 필름에서 습기에 기인한 Si-OH 결합이 검출되지 않는다. 이는 실리카 필름이 잔류 습기가 없다는 의미이다.
또한, 페닐트리메틸실란 및 실란의 유속은 기타 실리카 필름의 추가의 플라즈마 화학 증착을 위해 바뀔수도 있어서, 실리카 필름의 조성물 및 이의 유전 상수가 측정된다. 실리카 필름의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해, 추가의 전극이 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 상에 제공되어 추가의 전극 및 기판 사이의 용량이 측정된다. 실리카 필름의 조성물의 전술한 분석으로부터, 플라즈마 화학 증착을 위해 실란만 사용되면, 실리카 필름이 벤젠 핵을 포함하지 않는다는 것이 이해된다. 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 유속 비율이 증가하면, 실리카 필름의 탄소 함량도 또한 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름내 벤젠 핵의 양이 또한 증가한다는 것을 의미한다. 플라즈마 화학 증착을 위해 실란의 사용없이 페닐트리메틸실란만 사용되면, 실리카 필름은 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 필름의 유전 상수 측정 결과로서, 실리카 필름의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 필름의 유전 상수가 감소한다는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 실란만 사용되면, 실리카 필름이 실리카의 유전 상수에 거의 일치하는 εr = 4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 페닐트리메틸실란의 유속 비의 증가는 실리카 필름의 유전 상수의 감소를 가져온다. 플라즈마 화학 증착을 위해 페닐트리메틸실란만 사용되면, 실리카 필름은 εr = 3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는 원료 가스로서 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 사용에 의한 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. 페닐트리메틸실란의 양을 조절함으로써 실리카 필름내 벤젠 핵의 함량을 조절하는 것도 또한 가능하다. 즉, 페닐트리메틸실란의 양의 증가는 실리카 필름내 벤젠 핵의 양을 증가시켜, 실리카 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 플라즈마 화학 증착을 위해 페닐트리메틸실란만 사용되면, 실리카 필름의 탄소 함량이 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수가 약 εr = 3이다. 또한, 페닐트리메틸실란이 연속적 플라즈마 화학 증착을 위해 반응 챔버에 가스 상태로 공급되면, 상당량의 잔류 불순물, 특히 잔류 습기가 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 실리카 필름에서 강한 결합의 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서 안정성을 갖는 실리카 필름을 제공한다.
이 실시태양에서, 플라즈마 화학 증착은 평행판 플라즈마 화학 증착 기구의 사용에 의해 수행된다. 그럼에도 불구하고, 임의의 기타 플라즈마 화학 증착법이 또한 사용가능하다. 예를 들면, 페닐트리메틸실란의 사용에 의해 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하기 위해, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법 및 유도성 커플된 플라즈마 화학 증착법이 사용가능하다.
제2 실시태양
본 발명에 따른 제2 실시태양은 화학 증착법에 의한 규소 기판 상에 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하는 다른 방법이 다시 도 1 및 도 2를 참고로 자세히 기재될 것이다. 이 실시태양에서, 제1 실시태양에서 사용된 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템이 사용된다. 도면을 참고로 한, 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템의 자세한 설명은 생략된다.
제2 실시태양에서, 페닐트리메톡시실란, 실란 및 산소는 플라즈마 화학 증착법에 의해 실리카 절연 필름의 제조를 위한 원료 가스로서 사용된다. 즉, 페닐트리메틸실란 대신에 페닐트리메톡시실란을 사용한다. 각각의 원료 가스는 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21)내로 연속적 도입을 위한 도시되지 않은 질량 흐름 조절기에 의해 유속 조절이 이루어진다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 대한 규소 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메톡시실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메톡시실란은 실온에서 액체 상태이다. 액체 상태의 페닐트리메톡시실란을 처음에 스텐레스 실린더를 진공화시키기 위해 스텐레스 실린더에 충진시키고, 스텐레스 실린더를 연속적으로 가열한다. 질량 흐름 조절기 및 반응 챔버(21)을 포함한 원료 가스 도입 시스템(26)은 페닐트리메톡시실란이 가스 상태로 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21)로 공급되도록 페닐트리메톡시실란의 응축 방지를 위해 또한 가열된다. 실란 및 산소는 또한 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21)내로 공급된다.
실란 기판(24)는 알루미늄층으로 피복된 규소 웨이퍼를 포함하고, 하부 전극(23) 상에 위치한다. 평행판 플라즈마 화학 증착은 다음 조건하에서 수행된다. 실란의 유속은 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화시킨다. 페닐트리메톡시실란의 유속은 또한 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화시킨다. 산소의 유속은 100 sccm으로 고정한다. 압력은 0.1 Torr로 고정한다. 500W의 고주파수 전력은 상부 전극(22)에 인가시킨다. 기판 온도는 300℃로 유지시킨다.
적외선 흡광 스펙트럼의 측정은 실란 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는지 아닌지를 확증하기 위해 행한다. 도 2는 실리카 필름이 0의 실란 유속 및 50 sccm의 페닐트리메톡시실란 유속인 조건하에서 증착되는 경우, 파수에 대해 실리카 필름의 적외선 흡광 스펙트럼의 개략적 도표이다. 흡수선은 약 1450 cm-1, 1500 cm-1및 1600 cm-1의 파수에서 나타난다. 이러한 흡수선은 벤젠 핵에 기인한 적외선의 흡수를 나타낸다. 벤젠 핵 이외의 탄화수소 조성물은 검출되지 않았다. 전술한 바는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란이 플라즈마 화학 증착법을 위한 원료 가스로서 사용되면, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름이 형성된다는 것을 나타낸다. 상기 적외선 흡광 스펙트럼에 따라, 실리카 필름에서 습기에 기인한 Si-OH 결합이 검출되지 않는다. 이는 실리카 필름이 잔류 습기가 없다는 의미이다.
또한, 페닐트리메톡시실란 및 실란의 유속은 기타 실리카 필름의 추가의 플라즈마 화학 증착을 위해 바뀔수도 있어서 실리카 필름의 조성물 및 그의 유전 상수가 측정된다. 실리카 필름의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해 추가의 전극이 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 상에 제공되어 추가의 전극 및 기판 사이의 용량이 측정된다. 실리카 필름의 조성물의 전술한 분석으로부터, 플라즈마 화학 증착을 위해 실란만 사용되면, 실리카 필름이 벤젠 핵을 포함하지 않는다는 것이 이해된다. 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란의 유속 비율이 증가하면, 실리카 필름의 탄소 함량도 또한 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름내 벤젠 핵의 양이 또한 증가한다는 것을 의미한다. 플라즈마 화학 증착을 위해 실란의 사용없이 페닐트리메톡시실란만 사용되면, 실리카 필름은 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 필름의 유전 상수 측정 결과로서, 실리카 필름의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 필름의 유전 상수가 감소한다는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 실란만 사용되면, 실리카 필름이 실리카의 유전 상수에 거의 일치하는 εr = 4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 페닐트리메톡시실란의 유속 비의 증가는 실리카 필름의 유전 상수의 감소를 가져온다. 플라즈마 화학 증착을 위해 페닐트리메톡시실란만 사용되면, 실리카 필름은 εr = 3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는 원료 가스로서 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란의 사용에 의한 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. 페닐트리메톡시실란의 양을 조절함으로써 실리카 필름내 벤젠 핵의 함량을 조절하는 것도 또한 가능하다. 즉, 페닐트리메톡시실란의 양의 증가는 실리카 필름내 벤젠 핵의 양을 증가시켜, 실리카 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 플라즈마 화학 증착을 위해 페닐트리메톡시실란만 사용되면, 실리카 필름의 탄소 함량이 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수가 약 εr = 3이다. 또한, 페닐트리메톡시실란이 연속적 플라즈마 화학 증착을 위해 반응 챔버에 가스 상태로 공급되면, 상당량의 잔류 불순물, 특히 잔류 습기가 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 실리카 필름에서 강한 결합의 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서 안정성을 갖는 실리카 필름을 제공한다.
이 실시태양에서, 플라즈마 화학 증착은 평행판 플라즈마 화학 증착 기구의 사용에 의해 수행된다. 그럼에도 불구하고, 임의의 기타 플라즈마 화학 증착법이 또한 사용가능하다. 예를 들면, 페닐트리메톡시실란의 사용에 의해 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하기 위해, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법 및 유도성 커플된 플라즈마 화학 증착법이 사용가능하다.
제3 실시태양
본 발명에 따른 제3 실시태양은 화학 증착법에 의한 규소 기판 상에 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하는 방법이 자세히 기재될 것이다. 도 3은 본 발명에 따른 제3 실시태양에 사용된 저압 화학 증착 시스템의 개략도이다. 저압 화학 증착 시스템은 기판(33)이 위치한 기판 홀더(32)를 가진 석영 반응 챔버(31)을 갖는다. 추가로, 가열기(36)이 석영 반응 챔버(31)을 가열하기 위해 석영 반응 챔버(31) 주위에 제공된다. 석영 반응 챔버(31)은 원료 가스가 석영 반응 챔버(31)내로 공급되는 원료 가스 도입 시스템(34)에 연결되어 있다. 석영 반응 챔버(31)은 가스 방출 시스템(35)에 추가로 연결되어 사용된 가스가 석영 반응 챔버(31)로부터 방출된다.
제3 실시태양에서, 페닐트리메틸실란, 실란 및 산소는 저압 화학 증착법에 의해 실리카 절연 필름의 제조를 위한 원료 가스로서 사용된다. 각각의 원료 가스는 원료 가스 도입 시스템(34)를 통해 석영 반응 챔버(31)내로 연속적 도입을 위한 도시되지 않은 질량 흐름 조절기에 의해 유속 조절이 이루어진다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 대한 규소 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란은 169℃의 비점을 갖는다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 처음에 스텐레스 실린더를 진공화시키기 위해 스텐레스 실린더에 충진시키고, 스텐레스 실린더를 연속적으로 가열한다. 질량 흐름 조절기 및 석영 반응 챔버(31)을 포함한 원료 가스 도입 시스템(34)는 페닐트리메틸실란이 가스 상태로 원료 가스 도입 시스템(34)를 통해 반응 챔버(31)로 공급되도록 페닐트리메틸실란의 응축 방지를 위해 또한 가열된다. 실란 및 산소는 또한 원료 가스 도입 시스템(34)를 통해 석영 반응 챔버(31)내로 공급된다.
각각의 실란 기판(33)은 알루미늄층으로 피복된 규소 웨이퍼를 포함하고, 기판 홀더(32) 상에 위치한다. 저압 화학 증착은 다음 조건하에서 수행된다. 실란의 유속은 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화시킨다. 페닐트리메틸실란의 유속은 또한 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화시킨다. 산소의 유속은 100 sccm으로 고정한다. 압력은 0.5 Torr로 고정한다. 샘플에 인접한 반응 튜브 온도는 500℃에서 유지시킨다. 기판 온도는 300℃로 유지시킨다.
적외선 흡광 스펙트럼의 측정은 실란 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는지 아닌지를 확증하기 위해 행한다. 흡수선은 약 1450 cm-1, 1500 cm-1및 1600 cm-1의 파수에서 나타난다. 이러한 흡수선은 벤젠 핵에 기인한 적외선의 흡수를 나타낸다. 벤젠 핵 이외의 탄화수소 조성물은 검출되지 않았다. 전술한 바는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란이 저압 화학 증착법을 위한 원료 가스로서 사용되면, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름이 형성된다는 것을 나타낸다. 상기 적외선 흡광 스펙트럼에 따라, 실리카 필름에서 습기에 기인한 Si-OH 결합이 검출되지 않는다. 이는 실리카 필름이 잔류 습기가 없다는 의미이다.
또한, 페닐트리메틸실란 및 실란의 유속은 기타 실리카 필름의 추가의 저압화학 증착을 위해 바뀔수도 있어서, 실리카 필름의 조성물 및 그의 유전 상수가 측정된다. 실리카 필름의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해 추가의 전극이 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 상에 제공되어 추가의 전극 및 기판 사이의 용량이 측정된다. 실리카 필름의 조성물의 전술한 분석으로부터, 저압 화학 증착을 위해 실란만 사용되면, 실리카 필름이 벤젠 핵을 포함하지 않는다는 것이 이해된다. 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 유속 비율이 증가하면, 실리카 필름의 탄소 함량도 또한 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름내 벤젠 핵의 양이 또한 증가한다는 것을 의미한다. 저압 플라즈마 화학 증착을 위해 실란의 사용없이 페닐트리메틸실란만 사용되면, 실리카 필름은 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 필름의 유전 상수 측정 결과로서, 실리카 필름의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 필름의 유전 상수가 감소한다는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 실란만 사용되면, 실리카 필름이 실리카의 유전 상수에 거의 일치하는 εr = 4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 페닐트리메틸실란의 유속 비의 증가는 실리카 필름의 유전 상수의 감소를 가져온다. 저압 플라즈마 화학 증착을 위해 페닐트리메틸실란만 사용되면, 실리카 필름은 εr = 3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는 원료 가스로서 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 사용에 의한 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다. 페닐트리메틸실란의 양을 조절함으로써 실리카 필름내 벤젠 핵의 함량을 조절하는 것도 또한 가능하다. 즉, 페닐트리메틸실란의 양의 증가는 실리카 필름내 벤젠 핵의 양을 증가시켜, 실리카 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 저압 화학 증착을 위해 페닐트리메틸실란만 사용되면, 실리카 필름의 탄소 함량이 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수가 약 εr = 3이다. 또한, 페닐트리메틸실란이 연속적 저압 플라즈마 화학 증착을 위해 반응 챔버에 가스 상태로 공급되면, 상당량의 잔류 불순물, 특히 잔류 습기가 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 실리카 필름에서 강한 결합의 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서 안정성을 갖는 실리카 필름을 제공한다.
이 실시태양에서, 단일 기판이 단일 저압 화학 증착 방법에서 처리된다. 그럼에도 불구하고, 다수의 기판이 단일 저압 화학 증착 방법에서 처리되는 것이 또한 가능하다. 다수의 기판의 저압 화학 증착의 배치-공정이 단일 웨이퍼 저압 화학 증착 공정이 수행되는 경우와 같이 실질적으로 동일한 실리카 필름을 제공하는 것이 확증된다.
제4 실시태양
본 발명에 따른 제4 실시태양에서는 화학 증착법에 의한, 규소 기판에 비해 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하는 일 방법에 대해 상세히 기술한다. 도 3에 도시된 제3 태양에서 사용된 것과 동일한 저압 화학 증착 시스템이 사용된다. 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
제4 실시태양에서, 페닐트리메틸실란 대신 페닐트리메톡시살란이 사용된다. 즉, 페닐트리메톡시실란, 실란 및 산소가, 저압 화학 증착법에 의한 실리카 절연 필름의 형성을 위한 원료 가스로 사용된다. 각각의 원료 가스는, 원료 가스 도입 시스템(34)을 통해 석영 반응 챔버(31) 내로 연속적으로 도입하기 위한 도시되지 않은 질량 흐름 조절기에 의해 유속 조절이 이루어진다. 페닐트리메톡시실란은 벤젠 핵에 규소가 결합된 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메톡시실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메톡시실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메톡시살란의 비등점은 169 ℃이다. 먼저 액체 상태의 페닐트리메톡시실란을 스테인레스 실린더에 충진하여 스테인레스 실린더를 진공화시키고, 이어서 스텐인레스 실린더를 가열한다. 질량 흐름 조절기를 포함한 원료 가스 도입 시스템(34) 및 반응 챔버(31)가 또한 페닐트리메톡시실란의 응축 방지를 위해 가열되어 가스 상태의 페닐트리메톡시실란이 원료 가스 도입 시스템(34)을 통해 석영 반응 챔버(31) 내로 공급된다. 실란 및 산소는 또한 원료 가스 도입 시스템(34)을 통해 석영 반응 챔버(31) 내로 공급된다.
각 규소 기판(33)은 알루미늄층으로 피복된 규소 웨이퍼를 포함하고, 기판 홀더(32) 상에 위치한다. 저압 화학 증착은 다음 조건하에서 수행된다. 실란의 유속은 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화된다. 페닐트리메톡시실란의 유속은 또한 0 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화된다. 산소의 유속은 100 sccm으로 고정된다. 압력은 0.5 Torr로 고정된다. 시료에 나란한 반응조 온도는 500 ℃로 유지된다. 기판 온도는 300℃로 유지된다.
적외선 흡광 스펙트럼의 측정을 수행하여 실란 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는지의 여부를 확인한다. 흡수선은 약 1450 cm-1, 1500 cm-1및 1600 cm-1의 파수에서 나타난다. 이러한 흡수선은 벤젠 핵에 기인한 적외선 방사선의 흡수를 나타낸다. 벤젠 핵 이외의 탄화수소 조성물은 검출되지 않았다. 전술한 사항은, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란이 저압 화학 증착법을 위한 원료 가스로서 사용되면, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름이 형성된다는 것을 나타낸다. 상기 적외선 흡광 스펙트럼에 따라, 실리카 필름 내의 수분에 기인한 Si-OH 결합은 검출되지 않는다. 이는 실리카 필름에 잔류 수분이 없다는 의미이다.
또한, 기타 실리카 필름의 추가의 저압 화학 증착을 위해 페닐트리메톡시실란 및 실란의 유속을 변화시켜 실리카 필름의 조성 및 이의 유전 상수를 측정한다. 실리카 필름의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 상에 추가의 전극을 제공하여 추가의 전극 및 기판 사이의 용량을 측정한다. 실리카 필름의 조성물에 대한 상기 분석으로부터, 저압 화학 증착을 위해 실란만이 사용되면 실리카 필름이 벤젠 핵을 포함하지 않음을 이해할 수 있었다. 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름의 탄소 함량도 또한 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름내 벤젠 핵의 양이 또한 증가하는 것을 의미한다. 저압 화학 증착을 위해 실란의 사용없이 페닐트리메톡시실란만이 사용되면, 실리카 필름은 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 필름의 유전 상수 측정 결과로서, 실리카 필름의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 필름의 유전 상수가 증가하는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 실란만이 사용되면, 실리카 필름은 실리카의 유전 상수에 거의 일치하는 εr = 4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 페닐트리메톡시실란의 유속 비의 증가는 실리카 필름의 유전 상수의 감소를 가져온다. 저압 화학 증착을 위해 페닐트리메톡시실란만이 사용되면, 실리카 필름은 εr = 3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메톡시실란을 원료 가스로서 사용함으로써 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능함을 나타낸다. 페닐트리메톡시실란의 양을 조절함으로써 실리카 필름내 벤젠 핵의 함량을 조절하는 것도 또한 가능하다. 즉, 페닐트리메톡시실란의 양의 증가는 실리카 필름내 벤젠 핵의 양을 증가시켜, 실리카 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 저압 화학 증착을 위해 페닐트리메톡시실란만이 사용되면, 실리카 필름의 탄소 함량은 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수는 약 εr = 3이다. 또한, 가스 상의 페닐트리메톡시실란이 연속적 저압 화학 증착을 위해 반응 챔버에 공급되면, 상당량의 잔류 불순물, 특히 잔류 수분이 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 실리카 필름 내의 강한 결합의 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서 안정성을 갖는 실리카 필름을 제공한다.
이 실시태양에서, 단일 기판은 단일한 저압 화학 증착법에 의해 처리된다. 그러나, 복수의 기판가 단일의 저압 화학 증착법에 의해 처리될 수도 있다. 복수의 기판의 배치식 저압 화학 증착법에 의해, 단일 웨이퍼 저압 화학 증착법이 수행되는 경우와 실질적으로 동일한 실리카 필름이 제공되는 것으로 확인되었다.
제5 실시태양
본 발명에 따른 제5 실시태양에서는 화학 증착법에 의한, 규소 기판에 비해 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하는 일 방법에 대해 상세히 기판한다. 도 1에 도시된 제1 태양에서 사용된 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템이 사용된다. 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
제5 실시태양에서, 페닐트리메틸실란 대신 톨루엔이 사용된다. 즉, 톨루엔, 실란 및 산소가, 플라즈마 화학 증착법에 의한 실리카 절연 필름의 형성을 위한 원료 가스로 사용된다. 각각의 원료 가스는, 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 연속적으로 도입하기 위한 도시되지 않은 질량 흐름 조절기에 의해 유속 조절이 이루어진다. 톨루엔은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 고리를 갖는 방향족 화합물이다. 톨루엔은 규소 공급 가스를 갖는 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성한다. 톨루엔은 실온에서 액체 상태이다. 먼저 액체 상태의 톨루엔을 스테인레스 실린더에 충진하여 스테인레스 실린더를 진공화시키고, 이어서 스텐인레스 실린더를 약 50 ℃ 이하로 가열한다. 질량 흐름 조절기 를 포함한 원료 가스 도입 시스템(26) 및 반응 챔버(21)가 또한 톨루엔의 응축 방지를 위해 약 100 ℃ 이하로 가열되어 가스 상태의 톨루엔이 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 석영 반응 챔버(21) 내로 공급된다. 실란 및 산소는 또한 원료 가스 도입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 공급된다.
각 규소 기판(24)은 알루미늄층으로 피복된 규소 웨이퍼를 포함하고, 기판 홀더(23) 상에 위치한다. 평행판 플라즈마 화학 증착은 다음 조건하에서 수행된다. 실란의 유속은 10 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화된다. 톨루엔의 유속은 또한 0 sccm 내지 10 sccm의 범위에서 변화된다. 산소의 유속은 100 sccm으로 고정된다. 압력은 0.1 Torr로 고정된다. 500 W의 고주파 전력을 상부 전극(22)에 가한다. 기판 온도는 300℃로 유지된다.
적외선 흡광 스펙트럼의 측정을 수행하여 실란 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는지의 여부를 확인한다. 적외선 흡광 스펙트럼의 측정 결과, 벤젠 핵에 기인한 적외선 방사선의 흡수를 나타내는 흡수선이 나타난 것이 확인되었다. 벤젠 핵 이외의 탄화수소 조성물은 검출되지 않았다. 전술한 사항은, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 갖는 방향족 화합물인 톨루엔이 플라즈마 화학 증착법을 위한 원료 가스로서 사용되면, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름이 형성된다는 것을 나타낸다. 상기 적외선 흡광 스펙트럼에 따라, 실리카 필름 내의 수분에 기인한 Si-OH 결합은 검출되지 않는다. 이는 실리카 필름에 잔류 수분이 없다는 의미이다.
또한, 기타 실리카 필름의 추가의 플라즈마 화학 증착을 위해 톨루엔 및 실란의 유속을 변화시켜 실리카 필름의 조성 및 이의 유전 상수를 측정한다. 실리카 필름의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 상에 추가의 전극을 제공하여 추가의 전극 및 기판 사이의 용량을 측정한다. 실리카 필름의 조성물에 대한 상기 분석으로부터, 플라즈마 화학 증착을 위해 실란만이 사용되면 실리카 필름이 벤젠 핵을 포함하지 않음을 이해할 수 이었다. 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 톨루엔의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름의 탄소 함량도 또한 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 톨루엔의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름내 벤젠 핵의 양이 또한 증가하는 것을 의미한다. 톨루엔의 유속이 플라즈마 화학 증착을 위한 실란의 유속과 동일하면, 실리카 필름은 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 필름의 유전 상수 측정 결과로서, 실리카 필름의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 필름의 유전 상수가 감소하는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 실란만이 사용되면, 실리카 필름은 실리카의 유전 상수에 거의 일치하는 εr = 4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 톨루엔의 유속 비의 증가는 실리카 필름의 유전 상수의 감소를 가져온다. 플라즈마 화학 증착을 위해 톨루엔만 사용되면, 실리카 필름은 εr = 3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는, 규소 공급 가스, 예를 들면 실란과 함께 벤젠 핵 원료 가스로서 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 톨루엔을 사용함으로써 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능함을 나타낸다. 톨루엔의 양을 조절함으로써 실리카 필름내 벤젠 핵의 함량을 조절하는 것도 또한 가능하다. 즉, 톨루엔의 양의 증가는 실리카 필름내 벤젠 핵의 양을 증가시켜, 실리카 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 플라즈마 화학 증착을 위해 톨루엔만이 사용되면, 실리카 필름의 탄소 함량이 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수가 약 εr = 3이다. 또한, 가스 상의 톨루엔이 연속적 플라즈마 화학 증착을 위해 반응 챔버에 공급되면, 상당량의 잔류 불순물, 특히 잔류 수분이 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 실리카 필름내의 강한 결합의 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서 안정성을 갖는 실리카 필름을 제공한다.
본 실시태양을 변형시켜, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체(예를 들면 페닐트리메틸실란 또는 페닐트리메톡시실란)와 결합된, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 방향족 화합물(예를 들면 톨루엔)을 사용하는 것이 또한 유용하다. 이 경우에, 실리카 필름 중 탄소 함량을 30 원자 % 이상으로 까지 증가시킬 수 있고 유전 상수를 εr=3 미만으로 감소시킬 수 있다. 고온에서의 실리카 필름의 높은 안정성을 유지하기 위해, 실리카 필름의 탄소 함량을 30% 이내로 감소시키는 것이 보다 좋은데, 이는 벤젠 핵의 강한 가교 구조로 인해 벤젠 핵이 비교적 안정한 경우에도, 실리카 필름의 과량의 탄소 함량은 고온에서 높은 안정성을 유지하기 어렵게하기 때문이다.
이 실시태양에서, 상대적으로 낮은 비점으로 인해 반응 챔버로 쉽게 주입할 수 있기 때문에 톨루엔이 벤젠 핵 원료 물질로서 사용된다. 그러나, 규소와 벤젠 핵의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 다른 방향족 화합물, 예를 들면 벤젠 또는 크실렌이 또한 유용하다. 또한, 벤젠 핵과 규소의 결합이 없는 복수개의 벤젠 핵 구조를 갖는 다른 방향족 화합물, 예를 들면 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센이 유용하다.
또한 본 태양에서, 플라즈마 화학 증착은 평행판 플라즈마 화학 증착 설비를 사용하여 수행되었다. 그러나, 임의의 다른 플라즈마 화학 증착법이 또한 유용하다. 예를 들면, 톨루엔을 사용하여 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하기 위해서, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법, 및 유도 결합 플라즈마 화학 증착법이 유용하다.
제6 실시태양
본 발명에 따른 제6 실시태양에서는 화학 증착법에 의한, 규소 기판에 비해 감소된 유전 상수를 갖는 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하는 일 방법에 대해 상세히 기판한다. 도 3에 도시된 제3 태양에서 사용된 것과 동일한 저압 화학 증착 시스템이 사용된다. 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
제6 실시태양에서, 페닐트리메틸실란 대신 톨루엔이 사용된다. 즉, 톨루엔, 실란 및 산소가, 저압 화학 증착법에 의한 실리카 절연 필름의 형성을 위한 원료 가스로 사용된다. 각각의 원료 가스는, 원료 가스 도입 시스템(34)을 통해 석영 반응 챔버(31) 내로 연속적으로 도입하기 위한 도시되지 않은 질량 흐름 조절기에 의해 유속 조절이 이루어진다. 톨루엔은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 고리를 갖는 방향족 화합물이다. 톨루엔은 규소 공급 가스를 갖는 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성한다. 톨루엔은 실온에서 액체 상태이다. 먼저 액체 상태의 톨루엔을 스테인레스 실린더에 충진하여 스테인레스 실린더를 진공화시키고, 이어서 스텐인레스 실린더를 가열한다. 질량 흐름 조절기를 포함한 원료 가스 도입 시스템(34) 및 반응 챔버(31)가 또한 톨루엔의 응축 방지를 위해 가열되어 가스 상태의 톨루엔이 원료 가스 도입 시스템(34)을 통해 석영 반응 챔버(31) 내로 공급된다. 실란 및 산소는 또한 원료 가스 도입 시스템(34)을 통해 반응 챔버(31) 내로 공급된다.
각 규소 기판(33)은 알루미늄층으로 피복된 규소 웨이퍼를 포함하고, 기판 홀더(32) 상에 위치한다. 저압 화학 증착은 다음 조건하에서 수행된다. 실란의 유속은 10 sccm 내지 50 sccm의 범위에서 변화된다. 톨루엔의 유속은 또한 0 sccm 내지 10 sccm의 범위에서 변화된다. 산소의 유속은 100 sccm으로 고정된다. 압력은 0.5 Torr로 고정된다. 기판 온도는 300℃로 유지된다.
적외선 흡광 스펙트럼의 측정을 수행하여 실란 절연 필름이 벤젠 핵을 포함하는지의 여부를 확인한다. 적외선 흡광 스펙트럼의 측정 결과, 벤젠 핵에 기인한 적외선 방사선의 흡수를 나타내는 흡수선이 나타난 것이 확인되었다. 벤젠 핵 이외의 탄화수소 조성물은 검출되지 않았다. 전술한 사항은, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 갖는 방향족 화합물인 톨루엔이 저압 화학 증착법을 위한 원료 가스로서 사용되면, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름이 형성된다는 것을 나타낸다. 상기 적외선 흡광 스펙트럼에 따라, 실리카 필름 내의 수분에 기인한 Si-OH 결합은 검출되지 않는다. 이는 실리카 필름에 잔류 수분이 없다는 의미이다.
또한, 기타 실리카 필름의 추가의 플라즈마 화학 증착을 위해 톨루엔 및 실란의 유속을 변화시켜 실리카 필름의 조성 및 이의 유전 상수를 측정한다. 실리카 필름의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해, 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 상에 추가의 전극을 제공하여 추가의 전극 및 기판 사이의 용량을 측정한다. 실리카 필름의 조성물에 대한 상기 분석으로부터, 저압 화학 증착을 위해 실란만이 사용되면 실리카 필름이 벤젠 핵을 포함하지 않음을 이해할 수 있었다. 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 톨루엔의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름의 탄소 함량도 또한 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 톨루엔의 유속 비가 증가하면, 실리카 필름내 벤젠 핵의 양이 또한 증가하는 것을 의미한다. 톨루엔의 유속이 저압 화학 증착을 위한 실란의 유속과 동일하면, 실리카 필름은 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 필름의 유전 상수 측정 결과로서, 실리카 필름의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 필름의 유전 상수가 감소하는 것이 또한 이해된다. 예를 들면, 실란만이 사용되면, 실리카 필름은 실리카의 유전 상수에 거의 일치하는 εr = 4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 톨루엔의 유속 비의 증가는 실리카 필름의 유전 상수의 감소를 가져온다. 톨루엔의 유속이 저압 화학 증착을 위한 실란의 유속과 동일하면, 실리카 필름은 εr = 3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는, 규소 공급 가스, 예를 들면 실란과 함께 벤젠 핵 원료 가스로서 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 톨루엔을 사용함으로써 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능함을 나타낸다. 톨루엔의 양을 조절함으로써 실리카 필름내 벤젠 핵의 함량을 조절하는 것도 또한 가능하다. 즉, 톨루엔의 양의 증가는 실리카 필름내 벤젠 핵의 양을 증가시켜, 실리카 필름의 유전 상수를 감소시킨다. 톨루엔의 유속이 실란과 동일하게 설정되면, 실리카 필름의 탄소 함량이 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수가 약 εr = 3이다. 또한, 가스상의 톨루엔이 연속적 저압 화학 증착을 위해 반응 챔버에 공급되면, 이로 인해 상당량의 잔류 불순물, 특히 잔류 수분이 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 실리카 필름 내의 강한 결합의 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서 안정성을 갖는 실리카 필름을 제공한다.
본 실시태양을 변형시켜, 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체(예를 들면 페닐트리메틸실란 또는 페닐트리메톡시실란)와 결합된 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 방향족 화합물(예를 들면 톨루엔)을 사용하는 것이 또한 유용하다. 이 경우에, 실리카 필름 중 탄소 함량을 30 % 이상으로 까지 증가시킬 수 있고 유전 상수를 εr=3 미만으로까지 감소시킬 수 있다. 고온에서의 실리카 필름의 높은 안정성을 유지하기 위해, 실리카 필름의 탄소 함량을 30% 이내로 감소시키는 것이 보다 좋은데, 이는 벤젠 핵의 강한 가교 구조로 인해 벤젠 핵이 비교적 안정한 경우에도, 실리카 필름의 과량의 탄소 함량은 고온에서 높은 안정성을 유지하기 어렵게하기 때문이다.
이 실시태양에서, 상대적으로 낮은 비점으로 인해 반응 챔버로 쉽게 주입할 수 있기 때문에 톨루엔이 벤젠 핵 원료 물질로서 사용된다. 그러나, 규소와 벤젠 핵의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 다른 방향족 화합물, 예를 들면 벤젠 또는 크실렌이 또한 유용하다. 또한, 벤젠 핵과 규소의 결합이 없는 복수개의 벤젠 핵 구조를 갖는 다른 방향족 화합물, 예를 들면 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센이 유용하다.
제7 실시태양
본 발명에 따른 제 7 실시태양을 보다 상세히 서술할 것이며, 여기에서는 제1 실시태양과 동일한 화학 증착 방법에 의해 형성된 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거함으로써 형성된 포어를 포함하는 실리카 필름을 형성하는 방법이 제공된다. 포어를 포함하는 실리카 필름은 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 제1 실시태양에서 사용한 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템을 이 실시태양에서도 사용한다. 그의 상세한 서술은 생략할 것이다.
제7 실시태양에서는, 페닐트리메틸실란 및 산소를 플라즈마 화학 증착 방법에 의한 실리카 절연 필름의 형성을 위한 원료 기체로서 사용한다. 개별적인 원료 기체들은 원료 기체 도입 시스템(26)을 통한 반응 챔버(21)로의 후속 혼입을 위해 예시되지 않은 질량 흐름 제어기에 의해 유속을 제어한다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 대한 규소의 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란의 비점은 169℃이다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 먼저 스테인레스 실린더에 채워 실린더를 진공시킨 후 이 실린더를 약 100℃ 이하로 가열한다. 페닐트리메틸실란의 농축을 막아 페닐메틸실란이 기체 상태로 원료 기체 혼입 시스템(26)을 통한 반응 챔버(21) 내로 공급되도록 원료 기체 혼입 시스템(26)을 또한 150℃로 가열한다. 산소를 또한 원료 기체 혼입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 공급한다.
규소 기판(24)는 구리 층으로 덮힌 규소 와퍼를 포함하고 바닥 전극(23) 상에 놓인다. 평행판 플라즈마 화학 증착은 하기 조건 하에서 실시한다. 페닐트리메틸실란의 유속은 50 sccm에 맞춘다. 산소의 유속은 100 sccm에 맞춘다. 압력은 0.1 토르에 맞춘다. 500 W의 고주파력을 상단 전극(22)에 가한다. 기판 온도는 300℃에 유지한다.
상기 플라즈마 화학 증착의 결과로서, 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름이 기판 위에 형성된다. 이 플라즈마 화학 증착 방법을 위한 조건이 탄소 함량이 30 원자%이고 유전 상수가 εr=3인 실리카 필름을 얻기 위한 제1 실시태양과 동일하기 때문에, 이 실시태양에서 형성된 실리카 필름 역시 탄소 함량이 약 30원자%이고, 유전 상수가 εr=3으로 예상된다.
벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름의 상기 플라즈마 화학 증착 후, 실리카 필름을 열처리하거나 진공 중에서 어닐링시켜 실리카 필름으로부터의 벤젠 핵 제거 반응을 유발시킨다. 온도를 증가시키며 실리카 필름으로부터 제거되는 성분을 모팅터링한다. 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거하는 반응은 약 450℃에서 개시됨을 확인하였다. 이 실시태양에서는 온도를 500℃로 증가시켜 이 온도에 유지함으로써 벤젠 핵만이 실리카 필름으로부터 선택적으로 제거되었고 벤젠 핵 이외의 다른 성분이 실리카 필름으로부터 제거되는 것은 관찰되지 않았다. 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 선택적으로 제거함으로써 다공성 실리카 필름이 형성된다. 즉, 실리카 필름은 벤젠 핵이 제거되어 형성된 많은 포어를 포함한다.
실리카 필름의 유전 상수를 측정하였다. 많은 포어를 포함하는 실리카 필름의 유전 상수는 εr=2.5로써 앞의 실시태양에서 형성된 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 보다 낮음을 확인하였다. 이는 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거하여 실리카 필름 내 많은 포어를 형성하면 실리카 필름의 유전 상수가 추가로 감소됨을 의미한다. 다공성 실리카 필름의 밀도는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름의 밀도 보다 낮다. 실리카 필름의 밀도가 감소되면 그의 유전 상수가 저하되는 것으로 볼 수 있다. 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거하여 다공성 실리카 필름이 형성되면 실리카 필름의 유전 상수 및 밀도가 감소된다. 실질적으로 실리카 필름의 밀도, 유전 상수 및 굴절율 이외의 특성 들은 벤젠 핵의 제거로 인해 변화되지 않고 유지됨을 확인하였다. 벤젠 핵의 제거에 의해 형성된 다공성 실리카 필름의 특성은 적어도 600℃ 이하의 열처리에 의해서는 변화되지 않고 유지됨을 확인하였다.
이 실시태양의 변형으로서, 벤젠 핵의 제거를 위해 진공 대신 아르곤 분위기 또는 질소 분위기와 같은 불활성 기체 분위기 내에서 어닐링을 수행할 수 있다.
이 실시태양의 다른 변형으로서, 벤젠 핵원 물질로서 페닐트리메틸실란 대신 페닐트리메톡시실란을 사용할 수도 있다. 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리메틸실란과 같이 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체 대신 규소 원료 기체와 함께 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센과 같은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 갖는 다른 유기 중합체를 사용하는 것이 또한 가능하다.
이 실시태양에 대한 추가 변형으로서 플라즈마 화학 증착법 대신 저압 화학 증착 방법을 실시하는 것이 또한 가능하다.
이 실시태양에 대한 또 다른 변형으로서, 상기 제거 반응 대신 산소 분위기 내에서의 연소 반응을 이용하여 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거할 수도 있다.
제8 실시태양
본 발명에 따른 제8 실시태양을 보다 상세히 서술할 것이며, 여기에서는 고온 플라즈마 화학 증착 방법 중에 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거함으로써 형성된 포어를 포함하는 실리카 필름을 형성하는 방법이 제공된다. 포어를 포함하는 실리카 필름은 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 보다 유전 상수가 낮다. 제1 실시태양에서 사용된 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템을 이 실시태양에서도 사용한다. 그의 상세한 서술은 생략할 것이다.
제8 실시태양에서는, 페닐트리메틸실란 및 산소를 플라즈마 화학 증착 방법에 의한 실리카 절연 필름의 형성을 위한 원료 기체로서 사용한다. 개별적인 원료 기체는 원료 기체 도입 시스템(26)을 통한 반응 챔버(21)로 후속 혼입을 위해 질량 흐름 제어기(예시되지 않음)에 의해 유속을 제어한다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 대한 규소의 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란의 비점은 169℃이다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 먼저 스테인레스 실린더에 채워 실린더를 진공시킨 후 이 실린더를 약 100℃ 이하로 가열한다. 페닐트리메틸실란의 농축을 막아 페닐메틸실란이 기체 상태로 원료 기체 혼입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 공급되도록 유량 제어기 및 반응 챔버(21)을 포함한 원료 기체 혼입 시스템(26)을 가열한다. 산소를 또한 원료 기체 혼입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 공급한다.
규소 기판(24)는 구리 층으로 덮힌 규소 와퍼를 포함하고 바닥 전극(23) 상에 놓여 있다. 평행판 플라즈마 화학 증착은 하기 조건 하에서 실시한다. 페닐트리메틸실란의 유속은 50 sccm에 맞춘다. 산소의 유속은 100 sccm에 맞춘다. 압력은 0.1 토르에 맞춘다. 500 W의 고주파력을 상단 전극(22)에 가한다. 기판 온도는 500℃에 유지하여 화학 증착 방법 중에 벤젠 핵의 제거 반응을 실시한다. 제7 실시태양에 기재된 바와 같이, 벤젠 핵을 실리카 필름으로부터 제거하는 반응은 450℃에서 개시된다. 기판 온도를 약 500℃에 유지하기 때문에 화학 증착은 벤젠 핵 이외의 성분을 추가 제거하지 않고 벤젠 핵만을 선택적으로 제거하는 반응이 실행된다.
상기 플라즈마 화학 증착의 결과로서, 포어를 포함하는 실리카 필름이 기판 위에 형성된다.
실리카 필름의 유전 상수를 측정하였다. 많은 포어를 포함하는 실리카 필름의 유전 상수는 εr=2.5로써 앞의 실시태양에서 형성된 벤젠 핵을 갖는 실리카 필름 보다 낮음을 확인하였다. 이는 벤젠 핵을 제거하여 실리카 필름 내 많은 포어를 형성함으로써 실리카 필름의 유전 상수가 추가로 감소됨을 의미한다. 다공성 실리카 필름의 밀도는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름의 밀도 보다 낮다. 실리카 필름의 밀도가 감소되면 그의 유전 상수가 저하되는 것으로 볼 수 있다. 화학 증착에 의해 실리카 필름이 형성되는 동시에 벤젠 핵이 제거되면 실리카 필름의 유전 상수 및 밀도가 감소된다. 화학 증착 중에 벤젠 핵을 제거하여 형성시킨 다고성 실리카 필름의 특성이 적어도 600℃ 이하의 열처리에 의해서는 변화되지 않고 유지됨을 확인하였다.
이 실시태양의 변형으로서, 벤젠 핵원 물질로서 페닐트리메틸실란 대신 페닐트리메톡시실란을 사용할 수도 있다. 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리메틸실란과 같이 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체 대신, 규소 원료 기체와 함께 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센과 같은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 갖는 다른 유기 중합체를 사용하는 것이 또한 가능하다.
이 실시태양에 대한 추가 변형으로서 플라즈마 화학 증착법 대신 저압 화학 증착 방법을 실시하는 것이 또한 가능하다.
제9 실시태양
본 발명에 따른 제9 실시태양을 보다 상세히 서술할 것이며, 여기에서는 화학 증착 방법에 의해 형성된 유전 상수가 감소된 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조를 함유한 반도체 장치가 제공된다. 도 4는 유전 상수가 감소된 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 갖는 다수준 상호접속층 구조를 갖는 반도체 장치를 예시하는 단편의 정면 단면도이다.
규소 기판(1)은 활성 영역을 갖는다. 규소 기판(1) 위에 신장된, 포스포-실리케이트 유리로 제조된 절연층(2)가 제공된다. 제1 수준 상호접속층들(3)이 절연층(2) 위에 제공되며, 이때, 제1 수준 상호접속층들(3)은 절연층(2) 내에 형성된 접촉 홀을 통해 규소 기판의 활성 영역과 전기적으로 접속된다. 제1 수준 상호접속층들(3)은 Al-Si-Cu 합금으로 제조되었다. 제1 수준 상호접속층들(3)의 최소 너비는 0.25 ㎛이고, 0.7 ㎛의 균일한 두께를 갖는다. 텅스텐으로 제조된 경유 플러그(5)가 제1 수준 상호접속층들(3) 상에 제공된다. 실리카 내층 절연체(4a)가 경유 플러그(5)와 제1 수준 상호접속층들(3)을 제외한 절연층(2) 위에 제공된다. 실리카 내층 절연체(4a)는 벤젠 핵을 포함하며, 정상의 실리카 절연 보다 낮은 유전 상수를 갖는다. 실리카 내층 절연체(4a)의 두께는 0.5 ㎛이다. 제2 상호접속층들(6)은 실리카 내층 절연체(4a) 위에 제공되어 있으며, 이때 제2 수준 상호접속층들(6)은 경유 플러그(5)를 통해 제1 수준 상호접속층들(3)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 수준 상호접속층들(6)은 Al-Si-Cu 합금으로 제조된다. 제2 수준 상호접속층들(6)의 최소 너비는 0.25 ㎛이고 0.7 ㎛의 균일한 두께를 갖는다.
상기 유전 상수가 감소된 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조를 갖는 반도체 장치를 형성하는 방법을 도 5a내지 도 5h를 참고하여 서술할 것이다.
도 5a를 살펴보면, 활성 영역(도시되지 않음)을 갖는 규소 기판(1)이 준비되어 있다.
도 5b를 살펴보면, 포스포-실리케이트 유리로 제조된 절연층(2)가 공지된 방법에 의해 규소 기판(1) 위에 형성되어 있다. 도시되지 않은 접촉 홀이 절연층(2)에 형성되어 있다. 다음으로 접촉 홀 내에 접촉 금속층이 형성된다.
도 5c를 살펴보면, Al-Si-Cu 합금층이 절연층(2) 상에 완전히 증착되며 이는 Al-Si-Cu 합금층이 0.7 ㎛의 균일한 두께를 갖도록 스퍼터링 방법에 의해 증착된다. 그리고나서 Al-Si-Cu 합금층은 광석판인쇄 기술에 의해 패턴화되어 절연층(2) 상에 제1 수준 상호접속층들(3)을 형성시키며, 이때, 제1 수준 상호접속층들(3)은 접촉 금속층과 접촉되어 접촉 금속층을 통해 규소 기판(1)에 전기적으로 접속된다.
도 5d를 살펴보면, 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)가 제1 실시태양에서 사용된 것과 동일한 플라즈마 화학 증착 방법에 의해 절연층(2)와 제1 수준 상호접속층들(3) 상에 완전히 증착된다. 제1 실시태양에서 사용된 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템을 이 실시태양에서도 사용한다. 그의 상세한 서술은 생략할 것이다.
이 실시태양에서는, 페닐트리메틸실란 및 산소를 플라즈마 화학 증착 방법에 의한 실리카 절연 필름의 형성을 위한 원료 기체로서 사용한다. 개별적인 원료 기체들은 원료 기체 도입 시스템(26)을 통한 반응 챔버(21)로의 후속 혼입을 위해 질량 흐름 제어기(예시되지 않음)에 의해 유속을 제어한다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 대한 규소의 결합 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란은 산화제와 반응하여 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성한다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란의 비점은 169℃이다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 먼저 스테인레스 실린더에 채워 실린더를 진공시킨 후 이 실린더를 약 100℃ 이하로 가열한다. 페닐트리메틸실란의 농축을 막아 페닐메틸실란이 기체 상태로 원료 기체 혼입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 공급되도록 원료 기체 혼입 시스템(26)을 또한 150℃로 가열한다. 실란 및 산소를 또한 원료 기체 혼입 시스템(26)을 통해 반응 챔버(21) 내로 공급한다.
평행판 플라즈마 화학 증착은 하기 조건 하에서 실시한다. 실란의 유속은 0 내지 50 sccm의 범위 내에서 변화한다. 페닐트리메틸실란의 유속 역시 0 내지 50 sccm의 범위 내에서 변화한다. 산소의 유속은 100 sccm에 맞춘다. 압력은 0.1 토르에 맞춘다. 500 W의 고주파력을 상단 전극(22)에 가한다. 기판 온도는 300℃에 유지한다.
또한 페닐트리메틸실란 및 실란의 유속을 다른 실리카 내층 절연체(4)의 추가 플라즈마 화학 증착에 맞게 변화시켜 실리카 내층 절연체(4)의 조성과 그의 유전 상수를 측정한다. 실리카 내층 절연체(4)의 각각의 유전 상수를 측정하기 위해, 벤젠 핵을 갖는 실리카 내층 절연체(4a) 상에 추가 전극을 제공하여, 추가 전극과 기판 사이의 용량을 측정한다. 상기 실리카 내층 절연체(4a)의 조성을 분석함으로써, 만일 플라즈마 화학 증착에 실란 만을 사용하는 경우, 실리카 내층 절연체(4a)가 벤젠 핵을 갖지 않음을 알 수 있었다. 만일 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 유속 비율을 증가시키면, 실리카 내층 절연체(4a)의 탄소 함량 역시 증가한다. 이는 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란의 유속 비를 증가시킬 경우, 실리카 내층 절연체(4a) 내의 벤젠 핵의 양 역시 증가함을 의미한다. 만일 플라즈마 화학 증착에 실란을 사용하지 않고 페닐트리메틸실란만을 사용한 경우, 실리카 내층 절연체(4a)는 약 30 원자%의 탄소 함량을 갖는다. 실리카 내층 절연체(4a)의 유전 상수를 측정한 결과, 만일 실리카 내층 절연체(4a)의 탄소 함량이 증가하면, 실리카 내층 절연체(4a)의 유전 상수가 감소함을 또한 알 수 있다. 예를 들어, 만일 실란 만을 사용한다면, 실리카 내층 절연체(4a)는 거의 실리카의 유전 상수에 해당하는 εr=4의 유전 상수를 갖는다. 실란에 대한 페닐트리메틸실란의 유속이 증가하면, 실리카 내층 절연체(4a)의 유전 상수는 감소한다. 만일 페닐트리메틸실란 만을 플라즈마 화학 증착에 사용하는 경우에는 실리카 내층 절연체(4a)가 εr=3의 유전 상수를 갖는다.
상기 실험 결과는 원료 기체로서 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 페닐트리메틸실란을 사용하여 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)를 형성할 수 있음을 제시한다. 또한 페닐트리메틸실란의 양을 조절함으로써 실리카 내층 절연체(4a) 내의 벤젠 핵의 함량 조절이 가능하다. 즉, 페닐트리메틸실란의 양을 증가시키면, 실리카 내층 절연체(4a) 내 벤젠 핵의 양이 증가되고, 이로써 실리카 내층 절연체(4a)의 유전 상수가 감소한다. 만일 페닐트리메틸실란 만을 플라즈마 화학 증착에 사용한다면, 실리카 내층 절연체(4a)의 탄소 함량은 약 30 원자%이고, 그의 유전 상수는 약 εr=3이다. 또한, 페닐트리메틸실란은 기체 상태로 후속 플라즈마 화학 증착을 위한 반응 챔버에 공급하는데, 이는 실질적인 잔류 불순물, 구체적으로 잔류 수분이 없는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)를 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 실리카 내층 절연체(4a) 내에서 강한 결합을 한 벤젠 핵은 유기 중합체 중에서 안정하여 고온에서도 안정한 실리카 내층 절연체(4a)를 제공한다.
벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)의 두께는 약 1.5 ㎛이다. 인접한 두 개의 제1 수준 상호접속층들(3) 간의 틈새의 가로세로비가 약 3 내지 4이어도, 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)는 임의의 빈틈을 형성하지 않고 인접한 두 개의 제1 수준 상호접속층들(3) 사이의 틈새 내로 매몰될 수 있다. 실리카 내층 절연체 내에 유기 중합체, 예를 들면 벤젠 핵을 포함하기 때문에 실리카 내층 절연체(4a)가 비교적 높은 가로세로비의 틈새 내에 매몰될수 있는 것으로 생각된다. 있다. 즉, 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체는 우수한 갭 메움 특성을 갖는다.
상기 실리카 내층 절연체(4a)는 제1 수준 상호접속층들(3)의 두께와 거의 같은 높이 차이를 갖는 상면을 갖는다.
도 5e를 살펴보면, 상기 실리카 내층 절연체(4a)의 고르지 못한 상면을 알칼리성 슬러리를 사용하는 화학 기계적 연마 방법을 사용하여 평탄화한다. 상기 실리카 내층 절연체(4a)를 약 1 ㎛로 연마하여 정확히 평탄화된 실리카 내층 절연체(4a)의 상면을 얻는다.
도 5f를 살펴보면, 후속 패턴화를 위해 실리카 내층 절연체(4a)의 정확히 평탄화된 상면 상에 포토레지스트 필름이 광석판인쇄 기술에 의해 완전히 부착되어 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 포토레지스트 패턴은 상기 실리카 내층 절연체(4a) 내와 제1 수준 상호접속층들(3) 상에 비아 홀을 형성하기 위해 CF4기체를 사용하는 건조 엣칭 방법을 위한 마스크로서 사용된다.
도 5g를 살펴보면, 0.7 ㎛의 두께를 갖는 Al-Si-Cu 합금 층이 상기 실리카 내층 절연체(4a)와 텅스텐 경유 플러그(5) 위에 스퍼터링 방법에 의해 완전히 증착된다. 그리고나서 Al-Si-Cu 합금층은 광석판인쇄 기술에 의해 패턴화되어 상기 실리카 내층 절연체(4a)과 텅스텐 경유 플러그(5) 위에 제2 수준 상호접속층들(6)을 형성하며, 이때, 제2 수준 상호접속층들(6)은 텅스텐 경유 플러그(5)와 접촉하여 텅스텐 경유 플러그(5)를 통해 제1 수준 상호접속층들(3)에 전기적으로 접속된다.
상기 서술한 바와 같이, 상기 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)는 우수한 갭 메움 특성을 가져 실리카 내층 절연체(4a)가 인접한 두 개의 제1 수준 상호접속층들(3) 사이의 비교적 높은 아스펙트 비율의 틈새 내로 매몰될 수 있게 한다.
또한, 상기 벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)는 제1 및 제2 수준 상호접속층들(3 및 6)과의 우수한 접착력을 갖는다.
또한, 제8 및 제9 실시태양에서 서술된 바와 같이, 실리카 내층 절연체(4a)으로부터 벤젠 핵을 제거하는 반응은 약 450℃에서 개시된다. 이는 실리카 내층 절연체(4a) 내에 포함된 벤젠 핵이 약 450℃ 이하의 온도에서 안정함을 의미한다. 만일, 실리카 내층 절연체(4a)가 형성된 후, 열처리를 약 450℃ 이하의 온도에서 실시한다면, 아무 문제가 없다.
또한, 열처리를 실리카 내층 절연체(4a)가 형성된 후 실시한다면, 제1 및 제2 수준 상호접속층들(3 또는 6) 내 금속과 실리카 내층 절연체(4a) 내에 함유된 벤젠 핵 사이의 반응이 일어나지 않는다.
벤젠 핵을 포함하는 실리카 내층 절연체(4a)의 유전 상수가 낮기 때문에, 이러한 실리카 내층 절연체(4a)는 상호접속층 사이의 큰 와류 용량으로 인한 상호접속층 상의 신호 전달의 실질적인 지연 및 인접한 두 상호접속층 상의 신호 혼선과 같은 종래의 심각한 문제점이 없는 반도체 장치를 형성한다.
이 실시태양에서, 플라즈마 화학 증착은 평행판 플라즈마 화학 증착 장치를 사용하여 실시하였다. 그럼에도 불구하고, 임의의 다른 플라즈마 화학 증착 방법이 또한 유효하다. 예를 들면, 페닐트리메틸실란을 사용하여 벤젠 핵을 포함하는 실리카 필름을 형성하기 위해, 전자 시클로트론 공명 플라즈마 화학 증착 방법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착 방법 및 유도 쌍 플라즈마 화학 증착 방법이 유효함이 확인되었다.
이 실시태양의 변형으로서, 벤젠 핵원 물질로서 페닐트리메틸실란 대신 페닐트리메톡시실란을 사용할 수도 있다. 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리메틸실란과 같은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체 대신 규소 원료 기체와 함께 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센과 같은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 다른 유기 중합체를 사용할 수 있다.
이 실시태양의 또다른 변형으로서, 플라즈마 화학 증착 대신 저압 화학 증착 방법을 실시할 수도 있다.
제10 실시태양
본 발명에 따른 제10 실시태양은 화학 증착법으로 형성되며 유전 상수가 작은 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체가 있는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공한다는 것을 다음에 상세히 설명할 것이다. 도 6은 유전 상수가 작은 실리카 층간 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 보여주는 부분적인 횡단 정면도이다.
규소 기판 (1)에는 활성 영역이 있다. 규소 기판 (1) 위에는 포스포-실리케이트 유리로 제조된 절연층 (2)가 펼쳐져 있다. 제1 상호접속층 (3)이 절연층 (2) 위에 있으며, 이 제1 상호접속층 (3)은 절연층 (2)에 형성되어 있는 접촉 홀을 통해 규소 기판의 활성 영역에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 상호접속층 (3)은 Al-Si-Cu 합금으로 만들어진다. 제1 상호접속층 (3)은 폭이 최소 0.25 ㎛이며, 두께는 0.7 ㎛로 일정하다. 제1 상호접속층 (3) 위에 텅스텐 비아 (via) 플러그 (5)가 있다. 비아 플러그 (5) 및 제1 상호접속층 (3)의 윗 부분을 제외한 나머지 절연층 (2) 위에 실리카 층간 절연체 (4b)가 제공된다. 실리카 층간 절연체 (4b)에는 실리카 층간 절연체로부터 벤젠 핵을 제거함으로써 형성된 홀이 있다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 절연체의 유전 상수보다 유전 상수가 낮다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 두께는 0.5 ㎛이다. 제2 상호접속층 (6)이 다공성 실리카 층간 절연체 (4b) 위에 제공되며, 이 제2 상호접속층 (6)은 비아 플러그 (5)를 통해 제1 상호접속층 (3)에 전기적으로 접속된다. 제2 상호접속층 (6)은 Al-Si-Cu 합금으로 만들어지며, 폭은 최소 0.25 ㎛이며, 두께는 0.7 ㎛로 일정하다.
유전 상수가 작고 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체가 있는 상기의 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제작하는 방법을 도 7a 내지 7h를 참조하여 설명할 것이다.
도 7a에서 보는 바와 같이, 규소 기판 (1)을 준비하며, 이 기판은 활성 영역 (도시되지 않음)을 갖는다.
도 7b를 참조하면, 포스포-실리케이트 유리로 제조된 절연층 (2)가 공지 방법으로 규소 기판 (1) 위에 형성된다. 접촉 홀 (도시되지 않음)이 절연층 (2)에 형성되며, 그 다음 접촉 금속층이 접촉 홀 내부에 형성된다.
도 7c를 참조하면, 절연층 (2) 위에 Al-Si-Cu 합금층을 그 두께가 0.7 ㎛가 되도록 스퍼터링법으로 완전히 증착시킨다. 그 다음 Al-Si-Cu 합금층을 사진석판술 (photolithography technique)로 패턴화하여 절연층 (2) 위에 제1 상호접속층 (3)을 형성시키며, 이 제1 상호접속층 (3)은 접촉 금속층과 접해 있어서 이 접촉 금속층을 통해 규소 기판 (1)에 전기적으로 접속된다.
도 7d를 참조하면, 홀을 포함하는 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 절연층 (2) 위에 완전히 증착시키며, 제7 실시태양에 사용된 것과 동일한 플라즈마 화학 증착법으로 제1 상호접속층 (3)을 형성한다. 또한, 제7 실시태양에서 사용된 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템을 이 실시태양에서도 사용한다. 이에 대한 자세한 설명은 생략할 것이다.
이 실시태양에서는, 플라즈마 화학 증착법에 의해 실리카 절연 필름을 제조하는데 있어서 원료 기체로 페닐트리메틸실란 및 산소를 사용한다. 개별 원료 기체를 원료 기체 도입계 (26)를 통해 반응 챔버 (21)로 연속 도입하기 위해 질량 흐름 조절기 (도시하지 않음)를 통해 각 원료 기체의 유속을 조절한다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 규소가 결합된 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란을 산화제와 반응시키면 벤젠 핵이 포함된 실리카 층간 절연체가 형성된다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란의 끓는점은 169 ℃이다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 우선 스테인레스 실린더에 넣고 이 실린더를 진공화한 후 약 100 ℃까지 가열한다. 페닐트리메틸실란의 액화를 막아 기체 상태로 원료 기체 도입계 (26)을 통해 반응 챔버 (21)로 주입되도록 하기 위해, 질량 흐름 조절기 및 반응 챔버 (21)이 장착된 원료 기체 도입계 (26)도 약 150 ℃까지 가열한다. 또한, 산소도 원료 기체 도입계 (26)을 통해 반응 챔버 (21) 내로 주입한다.
평행판 플라즈마 화학 증착을 다음과 같은 조건하에서 수행한다. 페닐트리메틸실란의 유속은 50 sccm으로, 산소의 유속은 100 sccm으로 설정한다. 압력은 0.1 Torr로 조절한다. 500 W의 고주파수 전원을 상부 전극 (22)에 걸어준다. 기판 온도를 300 ℃로 유지한다.
상기의 플라즈마 화학 증착의 결과, 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체가 기판 위에 형성된다. 탄소 함량이 약 30 원자%이고 유전 상수가 εr=3인 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 얻기 위한 이 플라즈마 화학 증착법의 조건이 제1 실시태양에서와 같기 때문에, 이 실시태양에서 형성되는 실리카 층간 절연체의 탄소 함량과 유전 상수는 각각 약 30 원자% 및 εr=3일 것으로 예상된다.
벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체를 상기와 같이 플라즈마 화학 증착으로 형성시킨 후, 실리카 층간 절연체를 열처리하거나 진공 상태에서 가열 냉각하여 벤젠 핵을 실리카 층간 절연체로부터 제거한다. 실리카 층간 절연체로부터 구성성분이 제거되는지를 관찰하면서 온도를 증가시킨다. 실리카 층간 절연체로부터 벤젠 핵이 제거되는 반응이 약 450 ℃에서 개시됨이 확인되었다. 이 실시태양에서는, 온도를 500 ℃까지 높인 후 그대로 유지하여, 단지 벤젠 핵만이 실리카 층간 절연체로부터 선택적으로 제거되고 다른 구성 성분은 제거되지 못하도록 했다. 실리카 층간 절연체로부터 벤젠 핵을 선택적으로 제거하면, 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)가 생성된다. 즉, 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)는 벤젠 핵을 실리카 층간 절연체로부터 제거함으로써 생겨난 많은 홀을 포함한다.
다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 유전 상수를 측정했다. 많은 홀을 포함하는 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 유전 상수는 εr=2.5로서, 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체보다 낮다는 것이 확인되었다. 이는 실리카 층간 절연체에서 벤젠 핵을 제거하여 실리카 층간 절연체에 많은 홀을 생성시키면 실리카 층간 절연체 (4b)의 유전 상수를 더 감소시킬 수 있음을 의미한다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 밀도는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체의 밀도보다 낮다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 밀도 감소가 그 유전 상수를 저하시키는 원인으로 생각할 수 있다. 실리카 층간 절연체에서 벤젠 핵을 제거하여 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 형성하면 실리카 층간 절연체의 유전 상수 및 밀도가 감소된다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 밀도, 유전 상수 및 굴절 지수 이외의 다른 성질은 벤젠 핵의 제거에 의해 실질적으로 변화되지 않은 채 남아있다는 것이 확인되었다. 또한 벤젠 핵의 제거로 생긴 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 성질은 적어도 600 ℃ 이하의 열처리에 의해서는 변화되지 않는다는 것도 추가로 확인되었다.
다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 두께는 약 1.5 ㎛이다. 이웃한 두 개의 제1 상호접속층 (3) 사이의 틈의 가로세로비는 약 3 내지 4이지만, 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)는 어떠한 빈 공간도 생기지 않게 이웃한 두 제1 상호접속층 (3)의 사이의 틈으로 묻힐 수 있다. 실리카 층간 절연체에서 홀의 존재가 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 상대적으로 높은 가로세로비의 틈으로 묻힐 수 있도록 하는 것으로 생각할 수 있다. 즉, 다공성 실리카 층간 절연체는 간격 충진성이 우수하다.
상기의 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 상부 표면은 제1 상호접속층 (3)의 두께와 거의 동일한 수준 차이를 갖는다.
도 7e를 참조하면, 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 불균일 상부 표면은 화학 기계적 연마법을 사용하여 평탄화할 수 있으며, 여기에 알칼리성 슬러리를 사용한다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 상부 표면을 엄격하게 평탄화하기 위해 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 약 1 ㎛ 정도로 연마한다.
도 7f를 참조하면, 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)의 엄밀하게 평탄화된 상부 표면 전체에 포토레지스트 필름을 도포하고 사진석판술로 패턴화하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 실리카 층간 절연체 (4b)에 그리고 제1 상호접속층 (3) 위에 비아 홀을 형성하기 위해서, CF4기체를 사용하는 건식 에칭 공정용 마스크로서 포토레지스트 패턴을 사용한다.
도 7g를 참조하면, 비아 홀 내에 텅스텐 비아 플러그 (5)가 묻히도록 텅스텐층의 선택적인 화학 증착을 수행한다.
도 7h와 참조하면, Al-Si-Cu 합금층이 두께가 0.7 ㎛가 되도록 스퍼터링법으로 상기 실리카 층간 절연체 (4b) 및 텅스텐 비아 플러그 (5) 위에 완전히 Al-Si-Cu 합금층을 증착시킨다. 그 다음 Al-Si-Cu 합금층을 사진석판술로 패턴화하여 제2 상호접속층 (6)을 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4b) 및 텅스텐 비아 플러그 (5) 위에 형성하며, 여기서 제2 상호접속층 (6)은 텅스텐 비아 플러그 (5)와 접해 있어서, 제1 상호접속층 (3)과 텅스텐 비아 플러그 (5)를 통해 전기적으로 접속된다.
상기한 바와 같이, 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)는 우수한 간격 충진성을 갖고 있어서, 실리카 층간 절연체 (4b)가 이웃한 두 제1 상호접속층 (3) 사이의 상대적으로 높은 가로세로비의 틈으로 묻힐 수 있게 한다.
또한, 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)는 제1 및 제2 상호접속층 (3) 및 (6)과의 접착성이 우수하다.
다공성 실리카 층간 절연체 (4b)는 유전 상수가 작기 때문에, 이 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 사용하면, 이웃한 두 상호접속층 사이에 큰 와류 용량으로 인한 상호접속층 상에서 신호 전달의 실질적 지연 및 이웃한 두 상호접속층 상의 신호 혼선 등 종래의 심각한 문제점을 극복한 반도체 장치를 얻을 수 있다.
이 실시태양에서, 플라즈마 화학 증착은 평행판 플라즈마 화학 증착 장치를 사용하여 수행한다. 그러나 어떠한 다른 플라즈마 화학 증착법도 사용할 수 있다. 예를 들면, 페닐트리메틸실란을 사용하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하기 위해서는 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법, 유도쌍 플라즈마 화학 증착법 등을 사용할 수 있다.
이 실시태양에 대한 변형태로는, 벤젠 핵을 제거하기 위해, 진공 대신에 아르곤 분위기 또는 질소 분위기와 같은 불활성 기체 분위기에서 가열 냉각을 수행할 수도 있다.
이 실시태양에 대한 또다른 변형태에서는, 벤젠 핵 원료 물질로서 페닐트리메틸실란 대신에 페닐트리메톡시실란을 사용하는 것도 가능하다. 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리메틸실란 등의 벤젠 핵과 규소의 결합 구조의 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체에서는 규소 원료 기체와 함께 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센과 같은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 다른 유기 중합체를 사용하는 것도 가능하다.
이 실시태양에 대한 다른 변형태의 경우, 플라즈마 화학 증착법 대신에 저압 화학 증착법을 수행할 수도 있다.
이 실시태양에 대한 또다른 변형태에서는, 상기 제거 반응 대신에 산소 분위기에서 연소 반응을 통해 실리카 필름으로부터 벤젠 핵을 제거하는 것도 가능하다.
제11 실시태양
본 발명에 따른 제11 실시태양은, 화학 증착법으로 형성되며 유전 상수가 작은 벤젠 핵 포함 실리카 층간 절연체가 있는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제공한다는 것을 다음에 상세히 설명할 것이다. 도 8은 유전 상수가 작은 실리카 층간 절연체를 갖는 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 보여주는 부분적인 횡단 정면도이다.
규소 기판 (1)에는 활성 영역이 있다. 규소 기판 (1) 위에는 포스포-실리케이트 유리로 제조된 절연층 (2)가 펼쳐져 있다. 제1 상호접속층 (3)이 절연층 (2) 위에 있으며, 이 제1 상호접속층 (3)은 절연층 (2)에 형성되어 있는 접촉 홀을 통해 규소 기판의 활성 영역에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 상호접속층 (3)은 Al-Si-Cu 합금으로 만들어진다. 제1 상호접속층 (3)은 폭이 최소 0.25 ㎛이며, 두께는 0.7 ㎛로 일정하다. 제1 상호접속층 (3) 위에 텅스텐 비아 (via) 플러그 (5)가 있다. 비아 플러그 (5) 및 제1 상호접속층 (3)의 윗 부분을 제외한 나머지 절연층 (2) 위에 실리카 층간 절연체 (4c)가 제공된다. 실리카 층간 절연체 (4c)에는 실리카 층간 절연체로부터 벤젠 핵을 제거함으로써 형성된 홀이 있다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 절연체의 유전 상수보다 유전 상수가 낮다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 두께는 0.5 ㎛이다. 제2 상호접속층 (6)이 다공성 실리카 층간 절연체 (4c) 위에 제공되며, 이 제2 상호접속층 (6)은 비아 플러그 (5)를 통해 제1 상호접속층 (3)에 전기적으로 접속된다. 제2 상호접속층 (6)은 Al-Si-Cu 합금으로 만들어지며, 폭은 최소 0.25 ㎛이며, 두께는 0.7 ㎛로 일정하다.
유전 상수가 작고 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체가 있는 상기의 다수준 상호접속층 구조의 반도체 장치를 제작하는 방법을 도 9a 내지 9h를 참조하여 설명할 것이다.
도 9a에서 보는 바와 같이, 규소 기판 (1)을 준비하며, 이 기판은 활성 영역 (도시되지 않음)을 갖는다.
도 9b를 참조하면, 포스포-실리케이트 유리로 제조된 절연층 (2)가 공지 방법으로 규소 기판 (1) 위에 형성된다. 접촉 홀 (도시되지 않음)이 절연층 (2)에 형성되며, 그 다음 접촉 금속층이 접촉 홀 내부에 형성된다.
도 9c를 참조하면, 절연층 (2) 위에 Al-Si-Cu 합금층을 그 두께가 0.7 ㎛가 되도록 스퍼터링법으로 완전히 증착시킨다. 그 다음 Al-Si-Cu 합금층을 사진석판술로 패턴화하여 절연층 (2) 위에 제1 상호접속층 (3)을 형성시키며, 이 제1 상호접속층 (3)은 접촉 금속층과 접해 있어서 이 접촉 금속층을 통해 규소 기판 (1)에 전기적으로 접속된다.
도 9d를 참조하면, 홀을 포함하는 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)를 절연층 (2) 위에 완전히 증착시키며, 제7 실시태양에 사용된 것과 동일한 플라즈마 화학 증착법으로 제1 상호접속층 (3)을 형성한다. 또한, 제7 실시태양에서 사용된 것과 동일한 평행판 플라즈마 화학 증착 시스템을 이 실시태양에서도 사용한다. 이에 대한 자세한 설명은 생략할 것이다.
이 실시태양에서는, 플라즈마 화학 증착법에 의해 다공성 실리카 절연 필름을 제조하는데 있어서 원료 기체로 페닐트리메틸실란 및 산소를 사용한다. 개별 원료 기체를 원료 기체 도입계 (26)를 통해 반응 챔버 (21)로 연속 도입하기 위해 질량 흐름 조절기 (도시하지 않음)를 통해 각 원료 기체의 유속을 조절한다. 페닐트리메틸실란은 벤젠 핵에 규소가 결합된 구조를 갖는다. 페닐트리메틸실란을 산화제와 반응시키면 벤젠 핵이 포함된 실리카 층간 절연체가 형성된다. 페닐트리메틸실란은 실온에서 액체 상태이다. 페닐트리메틸실란의 끓는점은 169 ℃이다. 액체 상태의 페닐트리메틸실란을 우선 스테인레스 실린더에 넣고 이 실린더를 진공화한 후 약 100 ℃까지 가열한다. 페닐트리메틸실란의 액화를 막아 기체 상태로 원료 기체 도입계 (26)을 통해 반응 챔버 (21)로 주입되도록 하기 위해, 질량 흐름 조절기 및 반응 챔버 (21)이 장착된 원료 기체 도입계 (26)도 가열한다. 또한, 산소도 원료 기체 도입계 (26)을 통해 반응 챔버 (21) 내로 주입한다.
평행판 플라즈마 화학 증착을 다음과 같은 조건하에서 수행한다. 페닐트리메틸실란의 유속은 50 sccm으로, 산소의 유속은 100 sccm으로 설정한다. 압력은 0.1 Torr로 조절한다. 500 W의 고주파수 전원을 상부 전극 (22)에 걸어준다. 화학 증착 공정에서 벤젠 핵의 제거 반응을 일으키기 위해 기판 온도를 500 ℃로 유지한다. 제7 실시태양에서 기재한 바와 같이, 실리카 층간 절연체로부터 벤젠 핵의 제거 반응은 450 ℃에서 개시된다. 기판 온도를 500 ℃로 유지하여 화학 증착시키면 벤젠 핵을 제외한 어떠한 다른 구성성분의 제거도 일어나지 않도록하면서 벤젠 핵을 선택적으로 제거할 수 있다.
상기의 플라즈마 화학 증착의 결과, 기판 위에 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)가 형성된다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 유전 상수를 측정했다. 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체 (4c)를 기판 위에 형성된다. 많은 홀을 포함하는 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 유전 상수는 εr=2.5로서, 전기한 실시태양에서 형성된 벤젠 핵을 갖는 다공성 실리카 층간 절연체 보다 낮은 값을 갖는다. 이는 벤젠 핵을 제거하여 다공성 실리카 층간 절연체 (4b)에 많은 홀을 생성시키는 것이 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 유전 상수의 추가 감소를 낳는다는 것을 의미한다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 밀도는 벤젠 핵을 포함하는 실리카 층간 절연체의 밀도보다 낮다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 밀도 감소가 그 유전 상수를 저하시키는 원인으로 생각할 수 있다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)가 화학 증착에 의해 형성되는 동시에 벤젠 핵을 제거하면 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 유전 상수 및 밀도가 감소된다. 화학 증착시 벤젠 핵의 제거로 생긴 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 성질은 적어도 600 ℃ 이하의 열처리에 의해서는 변화되지 않는다는 것이 확인되었다.
다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 두께는 약 1.5 ㎛이다. 이웃한 두 개의 제1 상호접속층 (3) 사이의 틈의 가로세로비는 약 3 내지 4이지만, 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)는 어떠한 빈 공간도 생기지 않게 이웃한 두 제1 상호접속층 (3)의 사이의 틈으로 묻힐 수 있다. 실리카 층간 절연체에서 홀의 존재가 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)를 상대적으로 높은 가로세로비의 틈으로 묻힐 수 있도록 하는 것으로 생각할 수 있다. 즉, 다공성 실리카 층간 절연체는 간격 충진성이 우수하다.
상기의 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 상부 표면은 제1 상호접속층 (3)의 두께와 거의 동일한 수준 차이를 갖는다.
도 9e를 참조하면, 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 불균일 상부 표면은 화학 기계적 연마법을 사용하여 평탄화할 수 있으며, 여기에 알칼리성 슬러리를 사용한다. 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)의 상부 표면을 엄격하게 평탄화하기 위해 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)를 약 1 ㎛ 정도 연마한다.
도 9f를 참조하면, 실리카 층간 절연체 (4c)의 엄밀하게 평탄화된 상부 표면 전체에 포토레지스트 필름을 도포하고 사진석판술로 패턴화하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 실리카 층간 절연체 (4c)에 그리고 제1 상호접속층 (3) 위에 비아 홀을 형성하기 위해서, CF4기체를 사용하는 건식 에칭 공정용 마스크로서 포토레지스트 패턴을 사용한다.
도 9g를 참조하면, 비아 홀 내에 텅스텐 비아 플러그 (5)가 묻히도록 텅스텐층의 선택적인 화학 증착을 수행한다.
도 9h와 참조하면, Al-Si-Cu 합금층이 두께가 0.7 ㎛가 되도록 스퍼터링법으로 상기 실리카 층간 절연체 (4c) 및 텅스텐 비아 플러그 (5) 위에 완전히 Al-Si-Cu 합금층을 증착시킨다. 그 다음 Al-Si-Cu 합금층을 사진석판술로 패턴화하여 제2 상호접속층 (6)을 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4c) 및 텅스텐 비아 플러그 (5) 위에 형성하며, 여기서 제2 상호접속층 (6)은 텅스텐 비아 플러그 (5)와 접해 있어서, 제1 상호접속층 (3)과 텅스텐 비아 플러그 (5)를 통해 전기적으로 접속된다.
상기한 바와 같이, 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)는 우수한 간격 충진성을 갖고 있어서, 실리카 층간 절연체 (4c)가 이웃한 두 제1 상호접속층 (3) 사이의 상대적으로 높은 가로세로비의 틈으로 묻힐 수 있게 한다.
또한, 상기 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)는 제1 및 제2 상호접속층 (3) 및 (6)과의 접착성이 우수하다.
다공성 실리카 층간 절연체 (4c)는 유전 상수가 작기 때문에, 이 다공성 실리카 층간 절연체 (4c)를 사용하면, 이웃한 두 상호접속층 사이에 큰 와류 용량으로 인한 상호접속층 상에서 신호 전달의 실질적 지연 및 이웃한 두 상호접속층 상의 신호 혼선 등 종래의 심각한 문제점을 극복한 반도체 장치를 얻을 수 있다.
이 실시태양에서, 플라즈마 화학 증착은 평행판 플라즈마 화학 증착 장치를 사용하여 수행한다. 그러나 어떠한 다른 플라즈마 화학 증착법도 사용할 수 있다. 예를 들면, 페닐트리메틸실란을 사용하여 벤젠 핵을 포함한 실리카 필름을 형성하기 위해서는 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 화학 증착법, 헬리콘파 플라즈마 화학 증착법, 유도쌍 플라즈마 화학 증착법 등을 사용할 수 있다.
이 실시태양에 대한 또다른 변형태에서는, 벤젠 핵 원료 물질로서 페닐트리메틸실란 대신에 페닐트리메톡시실란을 사용하는 것도 가능하다. 페닐트리메톡시실란 및 페닐트리메틸실란 등의 벤젠 핵과 규소의 결합 구조의 벤젠 핵을 갖는 유기 중합체에서는 규소 원료 기체와 함께 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센과 같은 벤젠 핵과 규소의 결합 구조가 없는 벤젠 핵을 갖는 다른 유기 중합체를 사용하는 것도 가능하다.
이 실시태양에 대한 또다른 변형태에서는, 플라즈마 화학 증착 대신에 저압 화학 증착법을 수행하는 것도 가능하다.
본 발명이 어디에 속하는지가 본 발명의 변형으로부터 당업계에서 통상의 지식을 갖는 자에게 명백해질 것이나, 상기에 예시된 실시태양은 결코 제한적 의미로 고려되어서는 안될 것이다.
따라서, 본 발명의 의미과 범위에 속하는 모든 변형도 특허청구범위에 의해 포괄된다.
본 발명에 따라, 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 절연 필름 및 그의 제조 방법이 제공된다. 또한, 반도체 장치에서 다수준 접속층 사이에 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 층간 절연체 및 그의 제조 방법과, 감소된 유전 상수를 갖는 실리카 층간 절연체를 포함하는 다수준 접속층 구조의 반도체 장치 및 그의 제조 방법이 제공된다.

Claims (86)

1종 이상의 유기 중합체가 분포되어 있는, 주성분으로 이산화규소를 포함하는 절연체.
제1항에 있어서, 상기 유기 중합체가 강한 결합의 가교 구조를 갖는 절연체.
제2항에 있어서, 상기 유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 절연체.
제3항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 절연체.
제3항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 절연체.
제3항에 있어서, 30 원자% 이하의 탄소 함량을 갖는 절연체.
절연체에 분포된 1종 이상의 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는, 주성분으로 이산화규소를 갖는 절연체.
제7항에 있어서, 강한 결합의 가교 구조를 갖는 상기 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연체.
제8항에 있어서, 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연체.
제9항에 있어서, 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연체.
제9항에 있어서, 규소원자와의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연체.
제9항에 있어서, 30 원자% 이하의 탄소함량에 해당하는 양으로 절연체에 분포된 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연체.
주성분이 이산화규소이며, 1종 이상의 유기 중합체가 분포되어있는, 반도체 장치에 제공되는 절연 필름.
제13항에 있어서, 상기 유기 중합체가 강한 결합을 갖는 가교 구조를 갖는 절연 필름.
제14항에 있어서, 상기 유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 절연 필름.
제15항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 절연 필름.
제15항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소원자와의 결합 구조를 갖지 않는 절연 필름.
제15항에 있어서, 30 원자% 이하의 탄소 함량을 갖는 절연 필름.
주성분이 이산화규소이며, 절연 필름에 분포되어 있는 1종 이상의 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는, 반도체 장치에 제공되는 절연 필름.
제19항에 있어서, 강한 결합의 가교 구조를 갖는 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연 필름.
제20항에 있어서, 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연 필름.
제21항에 있어서, 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연 필름.
제21항에 있어서, 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연 필름.
제21항에 있어서, 30 원자% 이하의 탄소 함량에 해당하는 양으로 절연 필름에 분포된 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 절연 필름.
반도체 장치에서 제1 수준의 상호접속 층 및 제1 수준의 상호접속 층위에 놓이는 제2 수준의 상호접속 층 사이에 제공되며, 주성분이 이산화규소이며, 1종 이상의 유기 중합체가 분포되어 있는 층간 절연체.
제25항에 있어서, 상기 유기 중합체는 강한 결합의 가교 구조를 갖는 층간 절연체.
제26항에 있어서, 상기 유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 층간 절연체.
제27항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 층간 절연체.
제27항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 층간 절연체.
제27항에 있어서, 30 원자% 이하의 탄소 함량을 갖는 층간 절연체.
반도체 장치에서 제1 수준의 상호접속 층 및 제1 수준의 상호접속 층위에 놓이는 제2 수준의 상호접속층 사이에 제공되며, 주성분이 이산화규소이며, 층간 절연체에 분포된 1종 이상의 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 층간 절연체.
제31항에 있어서, 강한 결합의 가교 구조를 갖는 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 갖는 층간 절연체.
제32항에 있어서, 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 층간 절연체.
제33항에 있어서, 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 층간 절연체.
제33항에 있어서, 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 층간 절연체.
제33항에 있어서, 30 원자% 이하의 탄소 함량에 해당하는 양으로 분포된 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 층간 절연체.
절연층 상에 확장하는 하나 이상의 제1 수준 상호접속층,
하나 이상의 비아 홀을 가지며, 주성분이 이산화규소인, 상기 제1 수준 상호접속층을 덮도록 상기 절연층 상에 확장하는 층간 절연체,
상기 제1 수준 상호접속층으로부터 상기 층간 절연체에 의하여 분리되며, 상기 제1 수준 상호접속층에 상기 비아 홀을 통하여 전기적으로 접속되도록 상기 층간 절연체상에 확장하는 하나 이상의 제2 수준 접속층을 포함하며,
상기 층간 절연체에는 1종 이상의 유기 중합체가 분포되어 있는 다수준 상호접속층 구조물.
제37항에 있어서, 상기 유기 중합체가 강한 결합의 가교 구조를 갖는 다수준 상호접속층 구조물.
제38항에 있어서, 상기 유기 중합체가 벤젠 핵을 포함하는 다수준 상호접속층 구조물.
제39항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 다수준 상호접속층 구조물.
제39항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 다수준 상호접속층 구조물.
제39항에 있어서, 상기 층간 절연체가 30 원자% 이하의 탄소 함량을 갖는 다수준 상호접속층 구조물.
절연층 상에 확장하는 하나 이상의 제1 수준 상호접속층,
하나 이상의 비아 홀을 가지며, 주성분이 이산화규소이고, 상기 제1 수준 상호접속층을 덮도록 상기 절연층 상에 확장하는 층간 절연체, 및
상기 제1 수준 접속층으로부터 상기 층간 절연체에 의하여 분리되며, 상기 제1 수준 상호접속층에 상기 비아 홀을 통하여 전기적으로 접속되도록 상기 층간 절연체상에 확장하는 하나 이상의 제2 수준 접속층을 포함하며,
상기 층간 절연체는 층간 절연체에 분포되어 있는 1종 이상의 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 것인 다수준 상호접속층 구조물.
제43항에 있어서, 상기 층간 절연체가 강한 결합의 가교 구조를 갖는 상기 유기 중합체를 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 다수준 상호접속층 구조물.
제44항에 있어서, 상기 층간 절연체가 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 다수준 상호접속층 구조물.
제45항에 있어서, 상기 층간 절연체가 규소 원자와의 결합 구조를 갖는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 다수준 상호접속층 구조물.
제45항에 있어서, 상기 층간 절연체가 규소 원자와의 결합 구조를 갖지 않는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 다수준 상호접속층 구조물.
제45항에 있어서, 상기 층간 절연체가 30 원자% 이하의 탄소 함량에 해당하는 양으로 층간 절연체에 분포되어 있는 벤젠 핵을 제거함으로써 형성되는 포어를 포함하는 다수준 상호접속층 구조물.
절연체가 벤젠 핵을 포함하도록 벤젠 핵원으로써 벤젠 핵을 포함하는 1종 이상의 유기 물질을 사용하는 화학 증착법에 의한, 주성분으로 이산화규소를 포함하는 절연체의 형성 방법.
제49항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소원자와의 결합 구조를 갖는 방법.
제50항에 있어서, 상기 벤젠 핵원으로서 페닐트리메틸실란 및 페닐트리메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이 사용되는 방법.
제50항에 있어서, 상기 벤젠 핵원으로서 유기물질이 규소 원료 물질과 함께 사용되는 방법.
제50항에 있어서, 상기 벤젠 핵원으로서 유기물질이 임의의 규소 원료 물질없이 단독으로 사용되는 방법.
제49항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소원자와의 결합 구조를 갖지 않으며, 상기 벤젠 핵원으로서 상기 유기물질이 규소 원료 물질과 함께 사용되는 방법.
제54항에 있어서, 상기 유기 물질이 단일 벤젠 핵 구조를 갖는 방법.
제55항에 있어서, 상기 유기 물질이 톨루엔, 벤젠 및 크실렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 방법.
제54항에 있어서, 상기 유기 물질이 다수의 벤젠 핵 구조를 갖는 방법.
제57항에 있어서, 상기 유기 물질이 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 방법.
제49항에 있어서, 상기 화학 증착법이 플라즈마 화학 증착법인 방법.
제49항에 있어서, 상기 화학 증착법이 저압 화학 증착법인 방법.
제49항에 있어서, 상기 화학 증착법에 의하여 절연체를 형성한 후에 절연체로부터 벤젠 핵을 제거하여 절연체에 포어를 형성하는 방법.
제61항에 있어서, 절연체로부터 벤젠 핵을 제거하기 위한 제거 반응을 통하여 벤젠 핵을 제거하는 방법.
제62항에 있어서, 상기 제거 반응이 플라즈마에 의하여 생성된 산소 라디칼에 노출함으로써 이루어지는 방법.
제62항에 있어서, 상기 제거 반응이 450 ℃ 이상의 온도로 진공에서 열처리함으로써 이루어지는 방법.
제62항에 있어서, 상기 제거 반응이 450 ℃ 이상의 온도로 불활성 기체 분위기하에서 열처리함으로써 이루어지는 방법.
제61항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 산소 분위기하에서 연소 반응에 의하여 제거되는 방법.
제49항에 있어서, 상기 화학 증착법이 약 500 ℃ 이상의 온도로 유지하여 상기 절연체의 증착과 동시에 벤젠 핵의 제거 반응이 일어나도록 하여 수행함으로써 포어를 포함하는 절연체를 형성하는 방법.
절연 필름이 상기 벤젠 핵을 포함하도록 벤젠 핵원으로서 벤젠 핵을 포함하는 1종 이상의 유기 물질을 사용하는 화학 증착법에 의한 반도체 장치에서 주성분으로 이산화규소를 포함하는 절연 필름의 형성 방법.
제68항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소원자와의 결합 구조를 갖는 방법.
제69항에 있어서, 상기 벤젠 핵원으로서 페닐트리메틸실란 및 페닐트리메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용되는 방법.
제69항에 있어서, 상기 벤젠 핵원으로서 유기물질이 규소 원료 물질과 함께 사용되는 방법.
제70항에 있어서, 상기 벤젠 핵원으로서 유기물질이 임의의 규소 원료 물질없이 단독으로 사용되는 방법.
제68항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 규소원자와의 결합 구조를 갖지 않으며, 상기 벤젠 핵원으로서 상기 유기물질이 규소 원료 물질과 함께 사용되는 방법.
제73항에 있어서, 상기 유기 물질이 단일 벤젠 핵 구조를 갖는 방법.
제74항에 있어서, 상기 유기 물질이 톨루엔, 벤젠 및 크실렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 방법.
제73항에 있어서, 상기 유기 물질이 다수의 벤젠 핵 구조를 갖는 방법.
제76항에 있어서, 상기 유기 물질이 나프탈렌, 비페닐 및 안트라센으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 방법.
제68항에 있어서, 상기 화학 증착법이 플라즈마 화학 증착법인 방법.
제68항에 있어서, 상기 화학 증착법이 저압 화학 증착법인 방법.
제68항에 있어서, 상기 화학 증착법에 의하여 절연 필름을 형성한 후에 절연 필름으로부터 벤젠 핵을 제거하여 절연 필름에 포어를 형성하는 방법.
제80항에 있어서, 절연 필름으로부터 벤젠 핵을 제거하기 위한 제거 반응을 통하여 벤젠 핵이 제거되는 방법.
제81항에 있어서, 상기 제거 반응이 플라즈마에 의하여 생성된 산소 라디칼에 노출함으로써 이루어지는 방법.
제81항에 있어서, 상기 제거 반응이 450 ℃ 이상의 온도로 진공에서 열처리함으로써 이루어지는 방법.
제81항에 있어서, 상기 제거 반응이 450 ℃ 이상의 온도로 불활성 기체 분위기하에서 열처리함으로써 이루어지는 방법.
제80항에 있어서, 상기 벤젠 핵이 산소 분위기하에서 연소 반응에 의하여 제거되는 방법.
제68항에 있어서, 상기 화학 증착법이 약 500 ℃ 이상의 온도로 유지하여 상기 절연 필름의 증착과 동시에 벤젠 핵의 제거 반응이 일어나도록 수행함으로써 포어를 포함하는 절연 필름을 형성하는 방법.
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