(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシラン、ニトロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、あるいはニトロン化合物を含有するフッ素系ポリイミド樹脂から選ばれ、フォトブリーチングにより比誘電率が低下するフォトブリーチング材料を用いて、基板上に配線パターン間を絶縁するための誘電体膜からなる層間絶縁膜を製造する方法において、
上記基板上に有機溶剤と上記フォトブリーチング材料との混合溶液を塗布した後、加熱して上記有機溶剤を蒸発させて上記誘電体膜を固化し、上記誘電体膜に紫外線光を照射し、その紫外線光の光エネルギーを調節することによって比誘電率を制御することを特徴とする層間絶縁膜の製造方法。
【請求項２】
ポリシラン、ニトロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、あるいはニトロン化合物を含有するフッ素系ポリイミド樹脂から選ばれ、フォトブリーチングにより比誘電率が低下するフォトブリーチング材料を用いて、基板上に配線パターン間を絶縁するための誘電体膜からなる層間絶縁膜を製造する方法において、
上記基板上に有機溶剤と上記フォトブリーチング材料との混合溶液を塗布した後、加熱して上記有機溶剤を蒸発させて上記誘電体膜を固化し、上記誘電体膜に波長０．６μｍ以下のレーザビームを照射して上記誘電体膜中の上記フォトブリーチング材料の一部および上記有機溶剤を蒸発・気化させることにより上記誘電体膜中に超微細な空隙を形成することを特徴とする層間絶縁膜の製造方法。
【請求項３】
上記フォトブリーチング材料中に無機材料および有機材料の少なくとも１つを更に混合することを特徴とする請求項１または２記載の層間絶縁膜の製造方法。
【請求項４】
上記フォトブリーチング材料中に光増感剤あるいは光重合開始剤を更に混合することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の層間絶縁膜の製造方法。
【請求項５】
上記誘電体膜の表面を、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を用いて電極および配線用の所望パターン形状に加工することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の層間絶縁膜の製造方法。
【請求項６】
上記誘電体膜を少なくとも２層積層することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の層間絶縁膜の製造方法。
【請求項７】
上記誘電体膜に紫外線光を照射した後、あるいは紫外線光と並行して、波長０．６μｍ以下のレーザビームを照射して上記誘電体膜中の上記フォトブリーチング材料の一部および上記有機溶剤を蒸発・気化させることにより上記誘電体膜中に超微細な空隙を形成することを特徴とする請求項１に記載の層間絶縁膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成され配線パターン間を絶縁する層間絶縁膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）や超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）等の半導体集積回路（ＩＣ）を用いたマルチチップやプリント基板等の装置のさらなる高機能化、高速化の研究開発が活発に行われている。
【０００３】
このような装置の高機能化、高速化を実現する技術の一つとして、複数のＩＣ間の多層配線構造における配線パターン自体の抵抗値を下げたり、配線パターンの分布容量を下げたりする新しいプロセスや材料等の技術開発が極めて重要になってきている。
【０００４】
ここで、配線パターン自体の抵抗値を下げるには配線パターンの幅を広げるか、抵抗率の低い（導電率の高い）材料を用いればよいが、配線パターンの幅を広げると分布容量が増加し、抵抗率の低い金や銀を用いると高価になってしまう。また、配線パターンの分布容量を下げるには配線パターンの幅を狭くしたり、配線パターン間の間隔を広げればよいが、配線パターンの幅が狭くなると配線パターン自体の抵抗値が増加し、配線パターン間の間隔を広げると装置が大型化してしまう。
【０００５】
そこで、配線パターンの分布容量を低下させるため、配線パターン間に低比誘電率の絶縁体を用いることが行われている。
【０００６】
図１１（ａ）〜（ｅ）は銅（Ｃｕ）と低比誘電率（Ｌｏｗ  Ｋ）膜とを用いた電極構造の工程図である。
【０００７】
まず、ｐ−ＳｉＮ基板１上にＨＳＱ（水素化シロキサン系材料）膜２ａ、ＴｉＮ膜３ａ及びＳｉＯ2 膜４ａを順次形成し、そのＳｉＯ2 膜４ａ上にフォトレジストパターン５を形成する。このフォトレジストパターン５をマスクにしてＳｉＯ2 膜４ａをドライエッチングしてＳｉＯ2 パターン４を形成する（図１１（ａ））。
【０００８】
フォトレジストパターン５を除去し、ＳｉＯ2 パターン４をマスクとしてＴｉＮ膜３ａをドライエッチングし、ＴｉＮパターン３を形成する（図１１（ｂ））。
【０００９】
ＴｉＮパターン３をマスクにしてＨＳＱ膜２ａをドライエッチングする（図１１（ｃ））。
【００１０】
ＨＳＱ膜２及びＴｉＮパターン３、すなわち、ドライエッチング面全面にＴｉＮバリア６ａを形成し、ＣＶＤ法によってＴｉＮバリア６ａにＣｕ膜７ａを堆積して埋め込む（図１１（ｄ））。
【００１１】
ＣＭＰ（化学的機械研磨）によってＣｕ膜７ａ、ＴｉＮバリア６ａ及びＴｉＮパターン３の表面をＨＳＱ膜２が露出するまで研磨して平坦化させ、洗浄することにより、Ｃｕパターン７を電極とし低比誘電率のＨＳＱ膜２を有する電極構造が得られる（図１１（ｅ））。
【００１２】
また、図１１（ｅ）に示すような電極構造を繰り返し形成することにより多層配線が得られる。
【００１３】
ここで、Ｌｏｗ  Ｋ膜としてＨＳＱが用いられ、配線にＣｕ、窒化チタン等の薄膜が積層化され、さらに同図（ｅ）に示すように、ＣＭＰでの平坦化工程が用いられ、結果的に低抵抗値配線と、層間及び線間の低容量化が実現される。
【００１４】
ところで、さらなる高速化をめざすには、より比誘電率の低い誘電体膜が必要になることから、上記材料以外に、オルガノシロキサン系材料、有機ポリマ、カーボンドープオキサイド、フロロカーボン、ＳｉＯＦ、Ｈ含有ＳｉＯ2 等が検討されている。上記膜の形成方法としては、スピンコータで材料を回転塗布するスピンオン法やＣＶＤ法、表面重合法等が検討されている。また、有機材料と無機材料との混合膜も別の目的で検討され始め、分子線蒸着法が試みられている。
【００１５】
しかし、このような方法で得られる混合膜は蒸気圧が略近い蒸着源物質を使用しなければならず、非線形光学材料（例えば、ＳｎＣｌ2 とＣｄＳｅとの混合膜）用として検討されている。またスピンオン法も検討されているが、また具体的手法が見つかっていない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の誘電体膜及びその製造方法には次のような問題点がある。
【００１７】
(1) 従来の誘電体膜は、比誘電率（ｋ）が４．０〜２．５の範囲にあり、比誘電率（ｋ）が２．０以下の誘電体膜はまだ実現されていない。
【００１８】
(2) 有機材料のみからなる誘電体膜や無機材料のみからなる誘電体膜では低ｋ値が実現されていない。
【００１９】
(3) 有機材料と無機材料とを混合した誘電体膜が他の目的（光非線形材料用）で作製が試みられているが、蒸着法を用いているので、蒸気圧が近い材料を用いなければならない、という制限条件がつくので、低ｋ値膜を実現することが困難である。また、スピンオン法も考えられるが、具体的な実現手段はまだ見出されていない。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、製造が容易な低比誘電率の層間絶縁膜及びその製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の層間絶縁膜の製造方法は、ポリシラン、ニトロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、あるいはニトロン化合物を含有するフッ素系ポリイミド樹脂から選ばれ、フォトブリーチングにより比誘電率が低下するフォトブリーチング材料を用いて、基板上に配線パターン間を絶縁するための誘電体膜からなる層間絶縁膜を製造する方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチング材料との混合溶液を塗布した後、加熱して有機溶剤を蒸発させて誘電体膜を固化し、誘電体膜に紫外線光を照射し、その紫外線光の光エネルギーを調節することによって比誘電率を制御することを特徴としている。
【００３０】
本発明の層間絶縁膜の製造方法は、ポリシラン、ニトロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、あるいはニトロン化合物を含有するフッ素系ポリイミド樹脂から選ばれ、フォトブリーチングにより比誘電率が低下するフォトブリーチング材料を用いて、基板上に配線パターン間を絶縁するための誘電体膜からなる層間絶縁膜を製造する方法において、基板上に有機溶剤とフォトブリーチング材料との混合溶液を塗布した後、加熱して有機溶剤を蒸発させて誘電体膜を固化し、誘電体膜に波長０．６μｍ以下のレーザビームを照射して誘電体膜中のフォトブリーチング材料の一部および有機溶剤を蒸発・気化させることにより誘電体膜中に超微細な空隙を形成することを特徴としている。
【００３１】
上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造方法は、フォトブリーチング材料中に無機材料および有機材料の少なくとも１つを更に混合してもよい。
【００３２】
上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造方法は、フォトブリーチング材料中に光増感剤あるいは光重合開始剤を更に混合してもよい。
【００３５】
上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造方法は、誘電体膜の表面を、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程を用いて電極および配線用の所望パターン形状に加工してもよい。
【００３８】
上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造方法は、誘電体膜を少なくとも２層積層してもよい。
上記構成に加え本発明の層間絶縁膜の製造方法は、誘電体膜に紫外線光を照射した後、あるいは紫外線光と並行して、波長０．６μｍ以下のレーザビームを照射して誘電体膜中のフォトブリーチング材料の一部および有機溶剤を蒸発・気化させることにより誘電体膜中に超微細な空隙を形成してもよい。
【００３９】
本発明によれば、基板上にフォトブリーチング材料、無機材料及び有機材料のうち少なくともフォトブリーチング材料を含む誘電体膜を形成し、その誘電体膜に照射する紫外線光の光エネルギーを調節するという簡単な構成により層間絶縁膜の比誘電率を低くすることができる。この結果、配線パターンと層間絶縁膜とを積層した場合配線パターン間の比誘電率が低くなり、配線パターンの分布容量を低くすることができるので、信号の高速化を図ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４１】
図１は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の一実施の形態を示す断面図である。
【００４２】
同図において、基板１０上にフォトブリーチングからなる層間絶縁膜１１が形成されている。
【００４３】
基板１０としては、半導体材料（Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等）、高分子材料  （エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等）、磁性体材料（セラミックス、アルミナ等）、ガラス材料、上記材料を組合わせた材料あるいは上記材料を積層した材料等が用いられる。
【００４４】
層間絶縁膜１１としては、ポリシラン、ニトロン化合物を含有するシリコーン樹脂、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するポリメタクリル酸メチル、ｄｙｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ、ニトロン化合物を含有するフッ素系ポリイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂等が用いられる。
【００４５】
層間絶縁膜１１は、紫外線光照射によって比誘電率が低下する性質を有する。
【００４６】
図２は層間絶縁膜の紫外線光照射時間と比誘電率との関係を示す図であり、横軸が紫外線光照射時間軸であり、縦軸が比誘電率軸である。
【００４７】
これは、フォトブリーチング材料からなる層間絶縁膜としてトリアジン系増感剤を含んだポリシランを用いた例を示している。厚さ約１０μｍの層間絶縁膜の表面に紫外線光として１５０Ｗの水銀キセノンランプ（出力１２００ｍＷ／ｃｍ2 ）の光（ピーク波長３６５ｎｍ）を照射したものである。同図より紫外線光照射時間（すなわち、紫外線光の照射エネルギー）によって比誘電率を低下させることができることが分かる。なお、ポリシランからなる層間絶縁膜はトルエンに溶解させたトリアジン系光増感剤を含んだポリシランを基板上にスピンコーティング法によって塗布後、１２０℃で３０分間予備加熱し、ついで２００℃で２０分間ポストベークした膜である。
【００４８】
図３は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。以下、図１に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００４９】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上にフォトブリーチング材料と無機材料とを混合した層間絶縁膜１２を形成した点である。
【００５０】
無機材料としては、ＳｉＯ2 、ＳｉＯ2 にＢ、Ｐ、Ｔｉ、Ｋ、Ｎａ等のドーパントを添加した材料が、例えばアルコール溶液に溶けた状態（東京応化製のスピンオングラス、ＳｉＯ2 系被膜形成用溶液等）で用いられる。そして前述したトルエンに溶けたポリシラン溶液と混合し、スピンコーティング法により基板１０上に塗布される。ついでプリベーク、ポストベークを行って硬化させる。このような層間絶縁膜１２の場合にも紫外線光を照射することによって比誘電率を調節したり、制御したりすることができる。なお、フォトブリーチング材料と無機材料との添加割合は、比誘電率の値によって任意に決めることができる。
【００５１】
図４は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【００５２】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上に、フォトブリーチング材料と有機材料とを混合した層間絶縁膜１３を形成した点である。
【００５３】
有機材料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、オルガノシロキサン系樹脂等の種々のものを用いることができる。これらの有機材料は、トルエン、キシレン、ベンゼン等の溶剤に溶かし、前述したフォトブリーチング材料と混合して用いられる。これらの有機材料の混合比率も限定されるものではない。
【００５４】
図５は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【００５５】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上に、前述したようなフォトブリーチング材料と無機材料と有機材料とを混合した層間絶縁膜１４を形成した点である。
【００５６】
このように３種類の材料を混合することにより、層間絶縁膜１４の比誘電率をより広い範囲から選択することができ、紫外線光照射により、その比誘電率をさらに低くすることもできる。
【００５７】
図６は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【００５８】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上に、フォトブリーチング材料と無機材料とを混合した膜中に超微細な空隙を形成した層間絶縁膜１５を形成した点である。
【００５９】
このような超微細な空隙は、例えば図３に示す層間絶縁膜の表面にフォトブリーチング材料に強く吸収されるレーザ光（例えばエキシマレーザ光）を紫外線光を照射した後、あるいは紫外線光と並行して照射することによって形成される。
【００６０】
なお、上記レーザ光として、波長が０．６μｍ以下のもので、エキシマレーザ光以外に、ＹＡＧレーザの高調波（第２、第３高調波）光や、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光等を用いてもよい。
【００６１】
図７は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【００６２】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上に、２種類（あるいは多種類）の材料を積層した層間絶縁膜１６を形成した点である。同図に示す層間絶縁膜１６は、フォトブリーチング材料１６−１と無機材料１６−２とを交互に積層したものである。
【００６３】
このように層間絶縁膜１６の表面を無機材料１６−２となるように形成することにより、ＣＭＰによる研磨が容易となったり、表面にレーザ光を照射してフォトブリーチング材料中に超微細な空隙を形成する際の表面の凹凸の発生を抑えることができる。なお、フォトブリーチング材料１６−１や無機材料１６−２の代わりに、図１〜図６に示した層間絶縁膜１１〜１５を用いてもよい。
【００６４】
図８は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【００６５】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上に、超微細な空隙を有するフォトブリーチング材料と無機材料とを混合した層間絶縁膜１７の上に無機材料膜１８を形成した点である。このような実施の形態においても低比誘電率が得られる。
【００６６】
図９は本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【００６７】
図１に示した実施の形態との相違点は、基板１０上に、パターン化した層間絶縁膜１９を形成した点である。
【００６８】
このパターン化した層間絶縁膜１９の表面上に、図１１（ｅ）に示したようなＣｕパターン７からなる電極や配線パターンを形成することができる。
【００６９】
図１０（ａ）は図１〜図８に示した層間絶縁膜の表面上に紫外線光を照射する前の状態を示し、図１０（ｂ）は紫外線光照射後の状態を示す図である。
【００７０】
比誘電率がεb で厚さがｔb の層間絶縁膜２０（図１０（ａ））が、紫外線光２１の照射により比誘電率がεa で厚さがｔa の層間絶縁膜２２に変化していることが分かる（図１０（ｂ））。
【００７１】
紫外線光照射による比誘電率の変化の例は既に図２に示したが、膜厚ｔは数％から３０数％まで低下させることができる。この数値は紫外線光２１の照射エネルギーで調節することができる。このように比誘電率を低くし、膜厚を薄くすることにより、配線パターンの分布容量を小さくすることができ、装置の厚さをその分だけ薄くすることができる。
【００７２】
本発明は上述した各実施の形態に限定されない。例えば、フォトブリーチング材料層の上面に有機材料層を形成してもよく、紫外線光照射後にフォトブリーチング材料層の上面に紫外線光遮蔽層（あるいは紫外線光吸収層）を形成してもよい。
【００７３】
層間絶縁膜の表面へのレーザ光照射は、線状あるいはある幅を有する面状の連続発振のレーザビームを所望速度でスキャニングするか、パルス状発振させたレーザビームのパルス周期と繰り返し周波数とを調節することによってフォトブリーチング材料を部分的に蒸発、気化させて超微細な空隙を形成するように操作すればよい。なお、このレーザビーム照射に際して、層間絶縁膜の表面を酸化性雰囲気に保つことにより、効果的にフォトブリーチング材料中に超微細な空隙を形成することができる。
【００７４】
また、基板自体を４０℃から１５０℃の範囲で加熱しながら層間絶縁膜中に超微細な空隙を形成してもよい。これは加熱によりフォトブリーチング材料の蒸発・気化を促進させることができるからである。
【００７５】
ところで、上記実施の形態では説明しなかったが、フォトブリーチング材料中に光増感剤、あるいは光重合開始剤が含まれていると、紫外線光照射による比誘電率の低下を促進させることができる。光増感剤としては、トリアジン系（例えばパラメトキシスチリルトリアジン、ジメトキシトリアジン等）のような紫外線吸収剤が好ましい。なお、光増感剤あるいは光重合開始剤は０．５％〜１０％の範囲内で添加するのが好ましい。添加量が多い程、比誘電率低下の促進効果は大きい。
【００７６】
以上において本発明によれば、
(1) 比誘電率を紫外線光照射によって制御することができる層間絶縁膜が得られる。
【００７７】
(2) 比誘電率は紫外線光の照射エネルギーで調節することが容易である。
【００７８】
(3) フォトブリーチング材料として、熱的安定性に優れたポリシラン材料を用いることにより、半導体デバイス製造プロセス中の熱履歴によって層間絶縁膜の特性劣化を抑えることができる。
【００７９】
(4) 層間絶縁膜中のフォトブリーチング材料に紫外線光照射後、あるいは紫外線光照射中に、フォトブリーチング材料への吸収率の高いレーザ光を照射することにより、超微細な空隙を形成してさらに比誘電率を低くすることができる。
【００８０】
(5) フォトブリーチング材料以外に、無機材料や有機材料を混合して層間絶縁膜を形成することにより、比誘電率の値を広い範囲で制御することができる。
【００８１】
(6) 層間絶縁膜をスピンコーティング法で基板上に塗布し、ベーキングによって硬化させることにより形成することができるので、平坦な膜表面を実現することができる。
【００８２】
(7) 基板上に、フォトブリーチング材料層と、無機材料層（あるいは有機材料層）とを交互に積層させ、その最上積層の無機材料層表面に紫外線光を照射して比誘電率を低下させることができる。また、レーザビームを照射してフォトブリーチング材料の一部を蒸発・気化させて超微細な空隙を形成することにより、さらに比誘電率を低下させることができる。しかも最上積層表面は無機材料層で平坦に覆われているので、ほとんどＣＭＰ研磨が必要でなくなる。
【００８３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００８４】
製造が容易な低比誘電率の層間絶縁膜及びその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】層間絶縁膜の紫外線光照射時間と比誘電率との関係を示す図である。
【図３】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図９】本発明の層間絶縁膜の製造方法を適用した層間絶縁膜の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は図１〜図８に示した層間絶縁膜の表面上に紫外線光を照射する前の状態を示し、（ｂ）は紫外線光照射後の状態を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は銅（Ｃｕ）と低比誘電率（Ｌｏｗ  Ｋ）膜とを用いた電極構造の工程図である。
【符号の説明】
１０  基板
１１〜１５  層間絶縁膜（誘電体膜）
【図１】
0003840886.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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