KR20030000480A - 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법 - Google Patents

저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법에 관한 것으로, 저유전 상수값을 갖는 SiO2에어로겔(aerogel)을 상압건조법에 의해 형성한 다음, 스핀 도포(spin coating)법에 의해 형성함으로써 공정 상의 위험 요소를 배재하여 공정의 안정도를 향상시키고, 그에 따른 소자의 동작 특성 및 신뢰도를 향상시키는 기술이다.

Description

저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법{Method for forming interlayer dielectric layer having low dielectric constant}
본 발명은 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 초저유전 상수값을 갖는 SiO2에어로겔(aeregel)을 합성하는 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법에 관한 것이다.
소자가 고성능화되면서 후속정(backend process)의 배선공정에서 RC 지연(delay)을 줄이려는 노력이 계속되고 있다.
RC지연을 줄이기 위한 방법 중에서 낮은 유전 상수값을 갖는 층간절연물질을 이용하는 방법이 있다. 이러한 층간절연물질은 낮은 유전 상수값 이외에도 낮은 누설전류, 고유전 항복력(high dielectric breakdown strength), 열적 안정성 및 기계적 강도 등이 요구된다.
현재 전 세계적으로 널리 이용되고 있는 층간절연물질은 유전 상수값이 대략 2. 5 ∼ 3.5 사이로 차세대 소자에서는 이보다 낮은 유전 상수값을 갖고, 형성공정이 단순한 층간절연물질이 요구된다.
그러나, 종래기술에 따른 반도체소자의 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법은 저유전 상수값을 갖는 SiO2에어로겔을 초임계 건조법에 의해 형성하였으나, 상기 초임계 건조법은 공정 상 위험한 요소가 많다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 저유전 상수값을 갖는 SiO2에어로겔을 상압건조법에 의해 형성한 후 스핀 도포(spin coating)법에 의해 도포하는 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법은,
TEOS와 IPA(isopropyl alcohol)을 교반시켜 혼합하는 공정과,
상기 TEOS와 IPA의 혼합물에 산성 촉매와 염기성 촉매를 순차적으로 첨가하여 축중합반응을 일으켜 SiO2졸(sol)을 형성하는 공정과,
상기 SiO2졸을 웨이퍼 상에 스핀 도포하는 공정과,
상기 웨이퍼를 IPA에 담구어 에이징공정을 실시하여 해중합시키는 공정과,
상기 구조를 유기용매를 이용하여 용매치환하는 공정과,
상기 구조의 표면개질 처리공정을 실시하는 공정과,
상기 구조를 상압에서 건조시켜 SiO2에어로겔을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 상세한 설명을 하기로 한다.
먼저, 상온에서 TEOS(tetra ethyl ortho silicate)와 IPA(isopropyl alcohol)을 교반시킨다.
다음, 산성촉매인 HCl과 염기성 촉매인 NH4OH를 차례대로 첨가하여 축중합반응을 통해 SiO2졸(sol)을 제조한다. 이때, 상기 산성 촉매 또는 염기성 촉매의 첨가를 생략하여 후속공정에서 형성되는 SiO2에어로겔의 기공 크기를 제어할 수도 있다.
그 다음, 상기 SiO2졸을 스핀 도포(spin coating)방법으로 도포한다. 이때, 제조된 SiO2졸의 점도에 따라 도포 조건이 변경된다.
다음, 상기 SiO2졸이 도포된 웨이퍼를 IPA에 담구어 에이징(aging)공정을 실시하여 해중합(depolymerization)시켜 다공성(porous)의 미세구조가 결정된다. 상기 에이징공정은 200℃의 온도에서 다음과 같은 반응을 거쳐 실시된다. 하기의 반응식은 반응의 흐름을 파악하기 위한 것으로 구체적으로 표기되어 있지 않다.
(CH3)2CHOH = C3H6+ H2O
TEOS + H2O = <Si>-OH + C2H5OH
<Si>-O-<Si> + C2H5OH = TEOS + <Si>-OH
<Si>-O-<Si> + H2O =<Si>-OH + OH
여기서, <Si> 는이다.
그 후, 탈이온수(deionized water) 및 IPA를 옵탄(optane), 헵탄(heptane), 헥산(hexane)과 같은 유기용매로 용매치환(solvent exchanging)한다. 용매치환을 실시한 후 상압건조가 용이하도록 TMCS(trimethyl chlorosilane)로 표면개질(surface modification) 처리를 실시한 다음, 상압건조공정을 실시한다. 상기 상압건조공정 시 SiO2그물 구조에 포함되어 있던 IPA 및 유기용매 등이 증발하게 되어 기공율이 90% 이상인 SiO2에어로겔이 합성된다. 이때, 상기 유기용매의 증발을 촉진하기 위하여 상기 유기용매의 끓는 점이하의 온도로 가열한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법은, 저유전 상수값을 갖는 SiO2에어로겔을 상압건조법에 의해 형성한 다음, 스핀 도포법에 의해 형성함으로써 공정 상의 위험 요소를 배재하여 공정의 안정도를 향상시키고, 그에 따른 소자의 동작 특성 및 신뢰도를 향상시키는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. TEOS와 IPA(isopropyl alcohol)을 교반시켜 혼합하는 공정과,
    상기 TEOS와 IPA의 혼합물에 산성 촉매와 염기성 촉매를 순차적으로 첨가하여 축중합반응을 일으켜 SiO2졸(sol)을 형성하는 공정과,
    상기 SiO2졸을 웨이퍼 상에 스핀 도포하는 공정과,
    상기 웨이퍼를 IPA에 담구어 에이징공정을 실시하여 해중합시키는 공정과,
    상기 구조를 유기용매를 이용하여 용매치환하는 공정과,
    상기 구조의 표면개질 처리공정을 실시하는 공정과,
    상기 구조를 상압에서 건조시켜 SiO2에어로겔을 형성하는 공정을 포함하는 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매치환공정은 옵탄, 헵탄 및 헥산 등의 유기용매를 이용하는 것을 특징으로 하는 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상압건조공정은 유기용매의 끓는 점 이하로 가열하여 실시되는 것을 특징으로 하는 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산성 촉매 또는 염기성 촉매 중에서 어느 한 가지의 첨가공정을 생략하는 것을 특징으로 하는 저유전 상수값을 갖는 층간절연막 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100927204B1 (ko) * 2007-11-23 2009-11-18 (주)아프로 알앤디 나노-기공성 실리카 에어로겔 박막의 제조 방법
CN108609621A (zh) * 2018-07-28 2018-10-02 西安建筑科技大学 一种二氧化硅气凝胶的制备方法

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