JPH04233732A - 半導体の製造工程で使用するスピン・オン誘電体 - Google Patents

半導体の製造工程で使用するスピン・オン誘電体

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JPH04233732A
JPH04233732A JP3226425A JP22642591A JPH04233732A JP H04233732 A JPH04233732 A JP H04233732A JP 3226425 A JP3226425 A JP 3226425A JP 22642591 A JP22642591 A JP 22642591A JP H04233732 A JPH04233732 A JP H04233732A
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Ping-Chang Lue
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に電子部品の製造
工程で使用する誘電体に関し、特に半導体の製造工程で
使用されるスピン・オン誘電体に関する。
【０００２】
【従来の技術】スピン・オン誘電体は半導体産業の分野
でスピン・オン・グラスとして使用されていた。これら
のスピン・オン誘電体を使用することは半導体の製造プ
ロセスの技術分野ではよく知られていた。スピン・オン
・グラスは通常オルガノシラン化合物と水とから生成さ
れ、それをアルコール溶媒中に溶解させる。こうして生
じた重合体はシロキサンと呼ばれ、半導体ウエハに応用
できる液体である。すなわちこれを一様な被覆を形成す
るように引き伸ばし、所望の基盤に粘着性結合を形成す
るように硬化させる。その硬化の際シロキサン重合体は
シリコン酸素結合すなわちガラスを形成することにより
基盤に付着する。そのことからこれらは、スピン・オン
・グラスと呼ばれ、主として誘電体物質として使用され
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これら従来のスピン・
オン・グラスは誘電率の高いものに限られていた。半導
体チップ上で導体を絶縁するとき、これらのスピン・オ
ン・グラスの高い誘電率は、その導体上に容量性負荷を
作り出し、高周波トランジスタおよび高密度のトランジ
スタの性能を低下させる。半導体工学の進歩によりトラ
ンジスタはより小さくなり、それに伴ってトランジスタ
から容量性負荷に供給される出力駆動能力も小さくなる
。こうしてスピン・オン・グラスの容量によりトランジ
スタの性能は落される。従来のスピン・オン・グラスの
誘電率は３．８を越えていた。誘電率が３．８程度のも
のは、誘電率が約３．９である二酸化シリコンと同程度
であるが、ポリイミド（２．８〜３．５）のような他の
誘電体よりも高く、極端な高周波に対する応用での空気
（１．０）に対しては非常に高い。従ってこれらのスピ
ン・オン・グラスは多くの半導体製品中で誘電体として
使用することが不適当なものとなってきた。
【０００４】上記理由から、本発明は低い誘電率を有す
るスピン・オン誘電体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、すべてのシリ
コン原子に分極還元基を有するオルガノシラン化合物，
溶媒，触媒および水から構成されることを特徴とする半
導体の製造工程で使用するスピン・オン誘電体である。 さらに本発明は、重合体中の各々のシリコン原子が、１
つの分極還元基および３つの酸素原子と結合し、その各
々の酸素原子がまた別のシリコン原子と結合しているシ
ロキサン重合体を形成することにより得られるスピン・
オン誘電体である。
【０００６】
【作用】本発明は半導体デバイスの製造工程で使用する
のに適した、低い誘電率を有するスピン・オン誘電体を
提供する。低い誘電率はシロキサン重合体を使用するこ
とにより得られ、そのシロキサン重合体は、分極が非常
に低い有機物基を有し、その有機物基は重合体中の分極
ひいてはその誘電率を減少させるために加えられる。
【０００７】物質の誘電率は、分子の分極と密接に関連
する。分極の大きい分子から構成される物質は、分極の
小さい分子から構成される物質よりも高い誘電率を有す
る。スピン・オン誘電体を生成する際に、分極の小さい
物質を使用すると、低い誘電率を有する誘電体物質が得
られるということが、知られている。有機化合物である
芳香族化合物はその特性の１つとして低い誘電率を有す
る化合物であり、フェニル，ビフェニルおよびナフタレ
ンは芳香族化合物の例である。芳香族化合物は、６つの
炭素から成る環から構成され、その環は炭素と炭素との
二重結合を３つ有する。そしてこの環状構造は、環内電
子を分散させ、非常に分極の小さい有機物となる。これ
が他の化合物に付着すると環の電荷分布は、付着した化
合物の分極を減少させるように機能する。従って芳香族
化合物から成る基は物質の分極を減少させ、誘電率を減
少させるために物質に加えることのできる分極還元基で
ある。
【０００８】
【実施例】図１に示すように、本発明は、スピン・オン
誘電体すなわち重合体の中ですべてのシリコン原子が分
極還元有機物基と結合しているシロキサン重合体を提供
する。シロキサン重合体は、４つの結合を有するシリコ
ン原子から構成され、そのシリコン原子の結合の１つは
分極還元基（ＰＲＧ：ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＲｅｄ
ｕｃｉｎｇ　　Ｇｒｏｕｐ）と結合しており、他の３つ
は酸素原子（Ｏ）と結合し、その各々の酸素原子はまた
別のシリコン原子と結合する。重合体の誘電率を減少さ
せるためには、ＰＲＧ基が、すべての重合体中のシリコ
ン原子と結合していなければならないということが知ら
れている。重合体の形成は、オルガノシラン化合物，水
，触媒および溶媒（アルコール，アセトン等）を混合す
ることにより達成される。オルガノシラン化合物は、シ
リコン原子から構成される分子を有し、そのシリコン原
子の４つの結合のうち１つが分極還元基と結合し、他の
３つの結合が加水分解可能な有機物基（エトキシ，メト
キシ，アセトキシ等）と結合している。上記物質が混合
されると、シリコン原子と結合している３つの加水分解
可能な有機物基が、最終的に酸素で置換される。酸素原
子は２つの結合を有するので、酸素原子の他の結合は別
のシリコン原子と結合し、その結果図１に示すような分
子構造を有する重合体が形成される。
【０００９】好適実施例では、分極還元基が芳香族化合
物で特にフェニル基である。フェニル基を有しオルガノ
シラン化合物から容易に形成できるものにフェニルトリ
エトキシシランがある。この化合物により、重合体中の
すべてのシリコン原子にフェニル基が結合しているシロ
キサン重合体を生成することが可能となる。すなわち所
望のポリフェニルシロキサン・ポリマは、オルガノシラ
ン化合物としてフェニルトリエトキシシラン，溶媒とし
てエタノール，触媒として塩酸および水をつぎに示す重
量比で混合することにより形成される。
【００１０】 フェニルトリエトキシシラン　　　　　　０．３７８エ
タノール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　０．５４６塩酸　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　０．０００４水　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．
０７５６Ｔｏｔａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１．００００重量比は上記に示す値から変
化し得るが、本質はフェニル基が各々のシリコン原子に
適切に付着するように重合体を形成することであり、上
記の数値はその一例である。この重合体を化学式で表現
すると次の通りである。
【００１１】（ＳｉｘＯｙ（Ｃ６Ｈ５）ｚ）ｎここでＣ
６Ｈ５＝フェニル基 Ｓｉ　　＝シリコン Ｏ　　　　＝酸素 ｘ＝ｚ＝１ ｙ　　＝１．５ ｎ　　＞＞２ である。
【００１２】この誘電体が半導体あるいは他の物質上で
硬化されると、フェニル基はシリコン原子に付着したま
ま残り、分子分極の効果を減少させる。硬化の後このポ
リフェニルシロキサンの誘電率は約２．４となる。フェ
ニル基は硬化後もシリコン原子に付着したまま残るので
、ポリフェニルシロキサンはガラスと純粋な有機物との
間の中間の物質となり、両者の性質を有する。すなわち
硬い膜を形成し、スピン・オン・グラス特有の酸素・プ
ラズマ・エッチング耐性および有機物の低い誘電的性質
を有する。これらの性質により、半導体の製造工程で使
用するスピン・オン誘電体として適切なものとなる。
【００１３】
【発明の効果】本発明はまた、半導体の製造工程で使用
するのに適したスピン・オン誘電体を製造する新しい方
法も提供している。本発明による低い誘電率は、トラン
ジスタの性能を落とさないプレーナ・誘電体を提供する
。従ってポリフェニルシロキサンは、高速バイポーラ，
高周波ＲＦトランジスタ，ＭＯＳ　　ＭＰＵ，その他の
半導体を含む多くの半導体製品で誘電体として使用する
のに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】スピン・オン誘電体を形成する重合体の一部の
分子構造。
【符号の説明】
Ｓｉ　　シリコン原子 Ｏ　　　　酸素原子 ＰＲＧ　　分極還元基

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　すべてのシリコン原子に分極還元基を
    有するオルガノシラン化合物；溶媒；触媒；および水；
    から構成されることを特徴とする半導体の製造工程で使
    用するスピン・オン誘電体。
  2. 【請求項２】　　オルガノシラン化合物がフェニルトリ
    エトキシシランであることを特徴とする請求項１記載の
    スピン・オン誘電体。
  3. 【請求項３】　　重合体中の各々のシリコン原子が誘電
    体の誘電率を減少させるために付着させた分極還元基を
    有するシロキサン重合体から構成されることを特徴とす
    る半導体の製造工程で使用するスピン・オン誘電体。
  4. 【請求項４】　　シロキサン重合体中の各々の分子が、
    ４つの結合を有するシリコン原子から成り、４つの結合
    のうち１つが分極還元基と結合し、他の３つがそれぞれ
    酸素原子と結合し、その各々の酸素原子がまた別のシリ
    コン原子と結合することを特徴とする請求項３記載のス
    ピン・オン誘電体。
JP3226425A 1990-08-16 1991-08-13 半導体の製造工程で使用するスピン・オン誘電体 Pending JPH04233732A (ja)

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