JPH10144670A - 集積回路絶縁体及び方法 - Google Patents
集積回路絶縁体及び方法Info
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- JPH10144670A JPH10144670A JP9345669A JP34566997A JPH10144670A JP H10144670 A JPH10144670 A JP H10144670A JP 9345669 A JP9345669 A JP 9345669A JP 34566997 A JP34566997 A JP 34566997A JP H10144670 A JPH10144670 A JP H10144670A
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- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 パリレン単量体と、シロキサンを含む珪素・
炭素含有単量体との共重合体、共重合するための蒸着
法、その共重合体の集積回路のための絶縁体としての適
用法を与える。 【解決手段】 金属線+酸化物(450、490)の間
の、パリレンと環式シロキサンとの共重合体(432、
482)を有する金属間レベル誘電体、及びそれを共重
合するための蒸着法。共重合体のフッ素化は誘電率を低
下し、作動温度を上昇する。
炭素含有単量体との共重合体、共重合するための蒸着
法、その共重合体の集積回路のための絶縁体としての適
用法を与える。 【解決手段】 金属線+酸化物(450、490)の間
の、パリレンと環式シロキサンとの共重合体(432、
482)を有する金属間レベル誘電体、及びそれを共重
合するための蒸着法。共重合体のフッ素化は誘電率を低
下し、作動温度を上昇する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、一層詳しくは集積回路絶縁体及び製造方法に関す
る。
し、一層詳しくは集積回路絶縁体及び製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】集積回路は、珪素基体に形成されたソー
ス/ドレイン及び基体上の絶縁されたゲートを有する電
界効果トランジスターを、種々のレベルに形成された複
数の重なった金属(又はポリシリコン)配線と一緒に含
んでいるのが典型的である。絶縁層は、ゲート/ソース
/ドレインと、第一金属レベルから形成された配線との
間に存在し〔プレメタル(premetal)〕、段階
的な金属レベルの間にも存在する(金属間レベル誘電
体)。金属(又はポリシリコン)で満たされた絶縁層中
の垂直バイア(via)は、隣り合った金属レベル中に
形成された配線の間の接続、及びゲート/ソース/ドレ
インと第一金属レベル配線との間の接続をも与える。各
絶縁層は金属レベル又はゲートの配線の比較的凹凸のあ
る輪郭を覆わなければならず、これは同じ金属レベルの
中に近接した間隔の配線の間の間隙を含んでいる。ま
た、絶縁層の誘電率は、同じ金属レベル及び隣り合った
上と下の金属レベル中の近接した間隔の配線の間の容量
結合を制限するのに実際的な低いものであるべきであ
る。
ス/ドレイン及び基体上の絶縁されたゲートを有する電
界効果トランジスターを、種々のレベルに形成された複
数の重なった金属(又はポリシリコン)配線と一緒に含
んでいるのが典型的である。絶縁層は、ゲート/ソース
/ドレインと、第一金属レベルから形成された配線との
間に存在し〔プレメタル(premetal)〕、段階
的な金属レベルの間にも存在する(金属間レベル誘電
体)。金属(又はポリシリコン)で満たされた絶縁層中
の垂直バイア(via)は、隣り合った金属レベル中に
形成された配線の間の接続、及びゲート/ソース/ドレ
インと第一金属レベル配線との間の接続をも与える。各
絶縁層は金属レベル又はゲートの配線の比較的凹凸のあ
る輪郭を覆わなければならず、これは同じ金属レベルの
中に近接した間隔の配線の間の間隙を含んでいる。ま
た、絶縁層の誘電率は、同じ金属レベル及び隣り合った
上と下の金属レベル中の近接した間隔の配線の間の容量
結合を制限するのに実際的な低いものであるべきであ
る。
【0003】凹凸のある輪郭を覆う絶縁層を形成するの
に種々の方法が開発されており、それらは全て二酸化珪
素(酸化物)型絶縁体を形成する:付着した硼燐珪酸塩
ガラス(BPSG)の再流動化、典型的にはシロキサン
である回転付着ガラス(SOG)の使用、テトラエトキ
シシラン(TEOS)をプラズマ補助化学蒸着(PEC
VD)で付着しながらのスパッタリング、付着したガラ
ス+回転付着した平面化用ホトレジストの積層体のエッ
チングバック、及び化学・機械的研磨(CMP)が利用
されている。
に種々の方法が開発されており、それらは全て二酸化珪
素(酸化物)型絶縁体を形成する:付着した硼燐珪酸塩
ガラス(BPSG)の再流動化、典型的にはシロキサン
である回転付着ガラス(SOG)の使用、テトラエトキ
シシラン(TEOS)をプラズマ補助化学蒸着(PEC
VD)で付着しながらのスパッタリング、付着したガラ
ス+回転付着した平面化用ホトレジストの積層体のエッ
チングバック、及び化学・機械的研磨(CMP)が利用
されている。
【0004】これらの方法は全て二酸化珪素の比較的大
きな誘電率(大略3.9)を含む問題を有する。このこ
とは、配線をどの位近接させてパックすることができ、
然も低い容量結合を依然として維持することができるか
に対し限界を与える。
きな誘電率(大略3.9)を含む問題を有する。このこ
とは、配線をどの位近接させてパックすることができ、
然も低い容量結合を依然として維持することができるか
に対し限界を与える。
【0005】ラクスマン(Laxman)による、「低
ε誘電体:CVDフッ素化二酸化珪素」(CVD Fl
uorinated Silicon Dioxide
s)〔18 Semiconductor Inter
national 71(May 1995)〕には、
二酸化珪素の誘電率よりも低い誘電率を有する金属間レ
ベル誘電体として用いられるフッ素化二酸化珪素につい
てのリポートが要約されている。特に、四フッ化珪素
(SiF4)、シラン(SiH4)、及び酸素(O2)
の原料ガスを用いたPECVDは、10%までのフッ素
を含み、3.0〜3.7の範囲の誘電定数を有するSi
OxFyを蒸着することができる。しかし、この誘電率
は、依然として配線のパッキング密度に限界を与える。
ε誘電体:CVDフッ素化二酸化珪素」(CVD Fl
uorinated Silicon Dioxide
s)〔18 Semiconductor Inter
national 71(May 1995)〕には、
二酸化珪素の誘電率よりも低い誘電率を有する金属間レ
ベル誘電体として用いられるフッ素化二酸化珪素につい
てのリポートが要約されている。特に、四フッ化珪素
(SiF4)、シラン(SiH4)、及び酸素(O2)
の原料ガスを用いたPECVDは、10%までのフッ素
を含み、3.0〜3.7の範囲の誘電定数を有するSi
OxFyを蒸着することができる。しかし、この誘電率
は、依然として配線のパッキング密度に限界を与える。
【0006】有機重合体絶縁体は、低い誘電率の絶縁体
を与える別の方法を与える。化学蒸着(CVD)による
形成は、近接した間隔の配線の間の隙間を確実に満た
す。或る集積回路製造方法では、既に保護外側被覆とし
てポリイミドを用いている。しかし、ポリイミドは僅か
約3.2〜3.4の誘電率しか持たない問題を持ち、金
属間レベル誘電体として用いた時、後の加工を乱す水吸
収親和力を有する。プラスの面として、それは約500
℃までの温度許容性を有する。
を与える別の方法を与える。化学蒸着(CVD)による
形成は、近接した間隔の配線の間の隙間を確実に満た
す。或る集積回路製造方法では、既に保護外側被覆とし
てポリイミドを用いている。しかし、ポリイミドは僅か
約3.2〜3.4の誘電率しか持たない問題を持ち、金
属間レベル誘電体として用いた時、後の加工を乱す水吸
収親和力を有する。プラスの面として、それは約500
℃までの温度許容性を有する。
【0007】パリレンは、次のような構造を有する一連
のポリ−p−キシリレンに対する一般的用語である:
のポリ−p−キシリレンに対する一般的用語である:
【0008】
【化1】
【0009】これらの重合体は、低い誘電率(例えば、
2.35〜3.15)、低い水親和力を有し、溶媒及び
高温硬化を用いずに蒸気から等角(conformal
ly)蒸着することができる熱可塑性重合体系の重合体
である。脂肪族炭素に水素を有するパリレンは、N2雰
囲気中で約400℃までの温度で用いることができるの
に対し、脂肪族ペルフルオロ化はその有用な温度を約5
30℃まで上昇する。
2.35〜3.15)、低い水親和力を有し、溶媒及び
高温硬化を用いずに蒸気から等角(conformal
ly)蒸着することができる熱可塑性重合体系の重合体
である。脂肪族炭素に水素を有するパリレンは、N2雰
囲気中で約400℃までの温度で用いることができるの
に対し、脂肪族ペルフルオロ化はその有用な温度を約5
30℃まで上昇する。
【0010】ヨウ(You)その他による、「マイクロ
エレクトロニクス材料の化学的展望III」(Chem
ical Perspectives of Micr
oelectronic Materials II
I)の「前駆物質からのパリレンフイルムの蒸着」(V
apor Deposition of Paryle
ne Films from Precursors)
〔1992年11月30日、材料研究学会シンポジウム
予行集(Materials Research So
ciety Symposium Proceedin
gs)〕には、液体ジブロモテトラフルオロ−p−キシ
レン前駆物質を出発材料として、次にその前駆物質を3
50℃で活性単量体へ転化し、それが−15℃で基体上
に吸着し、重合することによりフッ素化パリレンを製造
する方法が記載されている。この反応は次のように思わ
れる:
エレクトロニクス材料の化学的展望III」(Chem
ical Perspectives of Micr
oelectronic Materials II
I)の「前駆物質からのパリレンフイルムの蒸着」(V
apor Deposition of Paryle
ne Films from Precursors)
〔1992年11月30日、材料研究学会シンポジウム
予行集(Materials Research So
ciety Symposium Proceedin
gs)〕には、液体ジブロモテトラフルオロ−p−キシ
レン前駆物質を出発材料として、次にその前駆物質を3
50℃で活性単量体へ転化し、それが−15℃で基体上
に吸着し、重合することによりフッ素化パリレンを製造
する方法が記載されている。この反応は次のように思わ
れる:
【0011】
【化2】
【0012】ヨウその他は、ジアルデヒド(テレフタル
アルデヒド)から前駆物質を合成している:
アルデヒド)から前駆物質を合成している:
【0013】
【化3】
【0014】ベンゼン環は、標準ハロゲン化法によりフ
ッ素化(部分的に)することもできる。そのようなフッ
素化は誘電率を低下し、有用な温度を上昇する。
ッ素化(部分的に)することもできる。そのようなフッ
素化は誘電率を低下し、有用な温度を上昇する。
【0015】パリレンフイルムは、中間生成物として活
性単量体の二量体を用いて蒸着することもできる。次の
反応:
性単量体の二量体を用いて蒸着することもできる。次の
反応:
【0016】
【化4】
【0017】のように、ヨウその他及びドルビエ(Do
lbier)その他による、米国特許第5,210,3
41号明細書参照。
lbier)その他による、米国特許第5,210,3
41号明細書参照。
【0018】しかし、これらの有機重合体は、屡々珪素
酸化物及び金属に対する接着性が悪く、450℃でのア
ルミニウム焼結のように集積回路製造で典型的に見られ
る後の加工での熱安定性が不充分なことを含めた問題を
有する。
酸化物及び金属に対する接着性が悪く、450℃でのア
ルミニウム焼結のように集積回路製造で典型的に見られ
る後の加工での熱安定性が不充分なことを含めた問題を
有する。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、パリレン単
量体と、シロキサンを含む珪素・炭素含有単量体との共
重合体、共重合を行うための蒸着法、その共重合体の集
積回路のための絶縁体としての適用法を与える。
量体と、シロキサンを含む珪素・炭素含有単量体との共
重合体、共重合を行うための蒸着法、その共重合体の集
積回路のための絶縁体としての適用法を与える。
【0020】本発明の利点には、低い誘電率、大きな熱
安定性、許容可能な熱伝導度、二酸化珪素及び金属への
良好な付着性、機械的強度、狭い間隙を満たすことがで
きる等角蒸着、エッチングし易さ、低いフイルム応力、
低い水吸収性、及び大きな電気抵抗率を有する層間レベ
ル誘電体を与えることが含まれる。
安定性、許容可能な熱伝導度、二酸化珪素及び金属への
良好な付着性、機械的強度、狭い間隙を満たすことがで
きる等角蒸着、エッチングし易さ、低いフイルム応力、
低い水吸収性、及び大きな電気抵抗率を有する層間レベ
ル誘電体を与えることが含まれる。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)(フッ
素化)パリレンと、少なくとも一つの不飽和炭素・炭素
結合を有する(フッ素化)珪素・炭素化合物からなる群
から選択された単量体の共重合体からなる絶縁材料を与
えることにより上記課題を解決する。
素化)パリレンと、少なくとも一つの不飽和炭素・炭素
結合を有する(フッ素化)珪素・炭素化合物からなる群
から選択された単量体の共重合体からなる絶縁材料を与
えることにより上記課題を解決する。
【0022】
【発明の実施の形態】好ましい第一の態様 図1〜図4は、集積回路製造中の金属線の間に絶縁誘電
体を形成する第一の好ましい態様による方法の諸工程を
立断面図で例示している。特に、図1の部分的に製造さ
れた回路から出発して、それは珪素基体102上にポリ
シリコンゲート104及びフィールド酸化膜106を有
し、それらはプレメタル(premetal)レベル誘
電体(PMD)110の下に配置され、PMD110上
には金属線112〜120があり、金属充填バイア12
2〜124がPMD110を通って伸びている。PMD
110は二酸化珪素でもよく、BPSGを形成するため
硼素及び燐のようなドーパントを含んでいることがあ
る。ドーパントは可動イオンをトラップする働きをす
る。実際、PMD110は、ゲートと接触した非ドープ
二酸化珪素と、非ドープ酸化物膜上のBPSGと共に層
状構造になっている。金属線はアルミニウムの上及び下
にTiNをクラッドしたものから作られていてもよい。
金属線112〜120は0.25〜0.5μmの幅及び
0.7μmの高さを持ち、線112〜116及び線11
8〜120の間の間隔は僅か0.25〜0.5μmであ
る。従って、金属線の間の絶縁体の誘電定数は、容量結
合を低くするためできるだけ小さい方がよい。
体を形成する第一の好ましい態様による方法の諸工程を
立断面図で例示している。特に、図1の部分的に製造さ
れた回路から出発して、それは珪素基体102上にポリ
シリコンゲート104及びフィールド酸化膜106を有
し、それらはプレメタル(premetal)レベル誘
電体(PMD)110の下に配置され、PMD110上
には金属線112〜120があり、金属充填バイア12
2〜124がPMD110を通って伸びている。PMD
110は二酸化珪素でもよく、BPSGを形成するため
硼素及び燐のようなドーパントを含んでいることがあ
る。ドーパントは可動イオンをトラップする働きをす
る。実際、PMD110は、ゲートと接触した非ドープ
二酸化珪素と、非ドープ酸化物膜上のBPSGと共に層
状構造になっている。金属線はアルミニウムの上及び下
にTiNをクラッドしたものから作られていてもよい。
金属線112〜120は0.25〜0.5μmの幅及び
0.7μmの高さを持ち、線112〜116及び線11
8〜120の間の間隔は僅か0.25〜0.5μmであ
る。従って、金属線の間の絶縁体の誘電定数は、容量結
合を低くするためできるだけ小さい方がよい。
【0023】図2に示すように、PMD110の上にパ
リレンと2,4,6,8−テトラビニル−2,4,6,
8−テトラメチル−シクロテトラシロキサン(TVTM
CTS)との共重合体の0.25μm厚の層130及び
金属線112〜120を等角蒸着する。蒸着は、図7に
例示した低圧(約13ミリトール)蒸着装置200で行
う。装置200は、バルブの付いた二つの入口を有する
蒸着室202を有する。一つの入口はTVTMCTS蒸
気のためであり、一つはパリレン単量体のためのもの
で、その単量体は室204中で昇華した二量体を、次に
炉206中で単量体へ分解することにより誘導される。
TVTMCTSは、室温で液体であり、60℃で約13
ミリトールの蒸気圧を有するのに対し、パリレン二量体
は室温で固体であり、120℃で昇華し、約13ミリト
ールの蒸気圧を有する。接続パイプ及び蒸着室202を
120℃より高い温度に維持し、それらの表面で凝縮又
は重合しないようにする。共重合のために基体102を
約−5℃に冷却する。単量体は無作為的に共重合し、ブ
ロック共重合体は形成しない。代表的反応は次の通りで
ある。
リレンと2,4,6,8−テトラビニル−2,4,6,
8−テトラメチル−シクロテトラシロキサン(TVTM
CTS)との共重合体の0.25μm厚の層130及び
金属線112〜120を等角蒸着する。蒸着は、図7に
例示した低圧(約13ミリトール)蒸着装置200で行
う。装置200は、バルブの付いた二つの入口を有する
蒸着室202を有する。一つの入口はTVTMCTS蒸
気のためであり、一つはパリレン単量体のためのもの
で、その単量体は室204中で昇華した二量体を、次に
炉206中で単量体へ分解することにより誘導される。
TVTMCTSは、室温で液体であり、60℃で約13
ミリトールの蒸気圧を有するのに対し、パリレン二量体
は室温で固体であり、120℃で昇華し、約13ミリト
ールの蒸気圧を有する。接続パイプ及び蒸着室202を
120℃より高い温度に維持し、それらの表面で凝縮又
は重合しないようにする。共重合のために基体102を
約−5℃に冷却する。単量体は無作為的に共重合し、ブ
ロック共重合体は形成しない。代表的反応は次の通りで
ある。
【0024】
【化5】
【0025】加熱した分解器は約660℃の温度を有す
る。基体102は、凝縮又は重合のための充分低い温度
を有し、コモノマーに曝される唯一の表面である。パリ
レン単量体は別のパリレン単量体又はTVTMCTS単
量体と結合することができ、同様にTVTMCTS単量
体は別のTVTMCTS単量体又はパリレン単量体と結
合することができることに注意する。従って、共重合体
はパリレン単量体及びTVTMCTS単量体の種々の長
さの鎖長を有する単量体の鎖である。更に、各TVTM
CTS単量体の複数のビニル基は、次のように単一のT
VTMCTS単量体結合により二つ以上のビニル基を通
して単量体鎖の架橋を可能にする。
る。基体102は、凝縮又は重合のための充分低い温度
を有し、コモノマーに曝される唯一の表面である。パリ
レン単量体は別のパリレン単量体又はTVTMCTS単
量体と結合することができ、同様にTVTMCTS単量
体は別のTVTMCTS単量体又はパリレン単量体と結
合することができることに注意する。従って、共重合体
はパリレン単量体及びTVTMCTS単量体の種々の長
さの鎖長を有する単量体の鎖である。更に、各TVTM
CTS単量体の複数のビニル基は、次のように単一のT
VTMCTS単量体結合により二つ以上のビニル基を通
して単量体鎖の架橋を可能にする。
【0026】
【化6】
【0027】架橋は機械的強度を増大する。
【0028】得られる共重合体中のパリレン単量体対T
VTMCTS単量体の比は、室202へ入る単量体の流
量により調節することができる。パリレン単量体50%
及びTVTMCTS単量体50%からなる平均組成物
は、約2.1の誘電率、良好な二酸化珪素への接着性
(恐らくシロキサン環の開環及び酸化物への直接の結合
による)、及び良好な機械的強度を有する共重合体を生
ずる。
VTMCTS単量体の比は、室202へ入る単量体の流
量により調節することができる。パリレン単量体50%
及びTVTMCTS単量体50%からなる平均組成物
は、約2.1の誘電率、良好な二酸化珪素への接着性
(恐らくシロキサン環の開環及び酸化物への直接の結合
による)、及び良好な機械的強度を有する共重合体を生
ずる。
【0029】共重合体130を付着させた後、共重合体
130をフッ素・酸素系プラズマで異方的にエッチバッ
クし、共重合体が、隣り合った金属線の間及び出来れば
外側側壁上の空間にのみ残留するようにする。エッチバ
ックされた共重合体部分132を示す図3参照。
130をフッ素・酸素系プラズマで異方的にエッチバッ
クし、共重合体が、隣り合った金属線の間及び出来れば
外側側壁上の空間にのみ残留するようにする。エッチバ
ックされた共重合体部分132を示す図3参照。
【0030】エッチバックされた共重合体132及び露
出した金属線+露出した下のPMD上に、約1μmの厚
さまで(フッ素化)酸化物層を蒸着する。最後に、その
蒸着した(フッ素化)酸化物をCMPを用いて平らに
し、図4に示すように平坦な(フッ素化)酸化物142
を残す。酸化物142中にバイアを形成し、酸化物14
2上に別の金属配線の層を形成し、バイアを通して金属
配線112〜120へ接続を行う。酸化物蒸着は、プラ
ズマ補助TEOS(+フッ素源)蒸着により行い、共重
合体132+(フッ素化)酸化物142からなる第一金
属間レベル誘電体(IMD)を完了する。低い誘電率の
共重合体材料132が金属線間の最小の間隙を埋める。
出した金属線+露出した下のPMD上に、約1μmの厚
さまで(フッ素化)酸化物層を蒸着する。最後に、その
蒸着した(フッ素化)酸化物をCMPを用いて平らに
し、図4に示すように平坦な(フッ素化)酸化物142
を残す。酸化物142中にバイアを形成し、酸化物14
2上に別の金属配線の層を形成し、バイアを通して金属
配線112〜120へ接続を行う。酸化物蒸着は、プラ
ズマ補助TEOS(+フッ素源)蒸着により行い、共重
合体132+(フッ素化)酸化物142からなる第一金
属間レベル誘電体(IMD)を完了する。低い誘電率の
共重合体材料132が金属線間の最小の間隙を埋める。
【0031】図5〜6は、平面化酸化物142を、平面
化及び蒸着最上層酸化物152のための回転付着ガラス
142で置き換えた別のIMD構造を例示している。特
に、共重合体132のエッチバック後(図3参照)、水
素シルセスキオキサン(HSQ)を約0.5μmの平均
厚さまで回転付着させる。HSQ層142の厚さは、金
属線上僅か約0.2μmである。HSQを硬化する。図
5参照。
化及び蒸着最上層酸化物152のための回転付着ガラス
142で置き換えた別のIMD構造を例示している。特
に、共重合体132のエッチバック後(図3参照)、水
素シルセスキオキサン(HSQ)を約0.5μmの平均
厚さまで回転付着させる。HSQ層142の厚さは、金
属線上僅か約0.2μmである。HSQを硬化する。図
5参照。
【0032】次にHSQ層142上に酸化物層152を
約0.2μmの厚さまで蒸着する。図6参照。酸化物の
蒸着は、ここでもプラズマ補助TEOS蒸着により行
い、金属線、平面化用HSQ142、及び酸化物層15
2の間に、パリレン・TVTMCTS共重合体132か
らなる金属間レベル誘電体を完成する。
約0.2μmの厚さまで蒸着する。図6参照。酸化物の
蒸着は、ここでもプラズマ補助TEOS蒸着により行
い、金属線、平面化用HSQ142、及び酸化物層15
2の間に、パリレン・TVTMCTS共重合体132か
らなる金属間レベル誘電体を完成する。
【0033】共重合体132は、二酸化珪素の誘電率を
考慮してかなり分極していると予想される珪素・酸素結
合が存在するにも拘わらず、大略2.1の低い誘電率を
与える。しかし、共重合体132中のシロキサン環は、
効果的にマイクロボイドを与え、それによって誘電率を
低下する。
考慮してかなり分極していると予想される珪素・酸素結
合が存在するにも拘わらず、大略2.1の低い誘電率を
与える。しかし、共重合体132中のシロキサン環は、
効果的にマイクロボイドを与え、それによって誘電率を
低下する。
【0034】共重合体132は、二酸化珪素及び窒化物
+金属に対する良好な接着性(恐らく珪素及び酸素含有
による)、大きな熱安定性、狭い間隙を埋める等角蒸
着、パターン形成エッチングの容易さ、低いフイルム応
力、低い水吸収性、大きな電気抵抗率、大きな絶縁破壊
電圧、低い漏洩電流を与え、然も、アルミニウム系金属
化方法でヒルロック(hillock)を起こさない充
分低い温度で蒸着することができる。
+金属に対する良好な接着性(恐らく珪素及び酸素含有
による)、大きな熱安定性、狭い間隙を埋める等角蒸
着、パターン形成エッチングの容易さ、低いフイルム応
力、低い水吸収性、大きな電気抵抗率、大きな絶縁破壊
電圧、低い漏洩電流を与え、然も、アルミニウム系金属
化方法でヒルロック(hillock)を起こさない充
分低い温度で蒸着することができる。
【0035】前駆物質製造 パリレン−N二量体及びTVTMCTSは、両方共市販
されている製品であり、値段は夫々大略1.00ドル/
g及び0.50ドル/gである。
されている製品であり、値段は夫々大略1.00ドル/
g及び0.50ドル/gである。
【0036】種々の埋め込まれた重合体の好ましい態様 種々の第一の好ましい態様による埋め込まれた共重合体
には、炭素・水素結合の幾つかの水素をフッ素で置換し
たものが含まれる。特に、従来の技術で述べたように、
脂肪族フッ素化及び(又は)芳香族フッ素化パリレン単
量体(二量体)を用いることができる。同様に、TVT
MCTSのフッ素化したものを用いることができる。フ
ッ素化共重合体は一層低い誘電率及び一層良好な熱安定
性を有する。
には、炭素・水素結合の幾つかの水素をフッ素で置換し
たものが含まれる。特に、従来の技術で述べたように、
脂肪族フッ素化及び(又は)芳香族フッ素化パリレン単
量体(二量体)を用いることができる。同様に、TVT
MCTSのフッ素化したものを用いることができる。フ
ッ素化共重合体は一層低い誘電率及び一層良好な熱安定
性を有する。
【0037】同様に、TVTMCTS単量体は、3個又
は5個のシロキサン環のような関連する単量体又は関連
する単量体の混合物、メチル基よりはエチル基、ビニル
基よりはアリル基等で置き換えることができる。例え
ば、
は5個のシロキサン環のような関連する単量体又は関連
する単量体の混合物、メチル基よりはエチル基、ビニル
基よりはアリル基等で置き換えることができる。例え
ば、
【0038】
【化7】
【0039】埋め込まれた重合体の好ましい態様 図8は、第二の好ましい態様のIMD構造体及びその製
造方法を例示している。特に、第一の好ましい態様の場
合と同じように出発して、図1〜2に示したように、金
属線の上にパリレン・TVTMCTS共重合体130を
蒸着させるが、異方的にエッチバックはしない。
造方法を例示している。特に、第一の好ましい態様の場
合と同じように出発して、図1〜2に示したように、金
属線の上にパリレン・TVTMCTS共重合体130を
蒸着させるが、異方的にエッチバックはしない。
【0040】次に、水素シルセスキオキサン(HSQ)
のような平面化用ガラスの層140を平均約0.5μm
の厚さまで回転付着させる。HSQ層140の厚さは金
属線の上僅か約0.2μmである。HSQを硬化する。
これにより表面を平らにする。
のような平面化用ガラスの層140を平均約0.5μm
の厚さまで回転付着させる。HSQ層140の厚さは金
属線の上僅か約0.2μmである。HSQを硬化する。
これにより表面を平らにする。
【0041】次に、HSQ層140上に約0.2μmの
厚さまで酸化物層150を蒸着する。図8参照。フッ素
化されていてもよい酸化物層150は、HSQ140の
上に最上層を与える。この場合も酸化物の蒸着は、プラ
ズマ補助TEOS蒸着により行い、金属線、平面化用H
SQ140、及び最上層酸化物150を取り巻くパリレ
ン・TVTMCTS共重合体130からなる金属間レベ
ル誘電体を完成する。
厚さまで酸化物層150を蒸着する。図8参照。フッ素
化されていてもよい酸化物層150は、HSQ140の
上に最上層を与える。この場合も酸化物の蒸着は、プラ
ズマ補助TEOS蒸着により行い、金属線、平面化用H
SQ140、及び最上層酸化物150を取り巻くパリレ
ン・TVTMCTS共重合体130からなる金属間レベ
ル誘電体を完成する。
【0042】別法として、回転付着ガラスを用い、層の
いずれでも薄くするのに部分的エッチバックを行なって
もよい。特に、回転付着ガラスは、金属線を覆う共重合
体130の上では全て取り除き、間隙及び金属線の組の
間の低い領域中にだけ残留するようにする。
いずれでも薄くするのに部分的エッチバックを行なって
もよい。特に、回転付着ガラスは、金属線を覆う共重合
体130の上では全て取り除き、間隙及び金属線の組の
間の低い領域中にだけ残留するようにする。
【0043】多重金属層の好ましい態様 図9〜11は、IMDの第一の好ましい態様のものを、
二つの続く金属レベルのために2回続けて適用する場合
を示している。特に、図9は絶縁体402上の金属線4
12〜420の上に等角蒸着したパリレン・TVTMC
TS430を示している。金属線414〜420は、幅
が約0.25μm、高さ0.7μm、間隔が0.25μ
mであり、金属線412は、幅が約0.4μmで、垂直
バイア接続のために金属線の幅が広くなっていることを
示している。この場合も、金属は上と下の両方にTiN
のようなものでクラッドしたアルミニウムにすることが
できる。
二つの続く金属レベルのために2回続けて適用する場合
を示している。特に、図9は絶縁体402上の金属線4
12〜420の上に等角蒸着したパリレン・TVTMC
TS430を示している。金属線414〜420は、幅
が約0.25μm、高さ0.7μm、間隔が0.25μ
mであり、金属線412は、幅が約0.4μmで、垂直
バイア接続のために金属線の幅が広くなっていることを
示している。この場合も、金属は上と下の両方にTiN
のようなものでクラッドしたアルミニウムにすることが
できる。
【0044】図10は近接した間隔の金属線の間を埋
め、両側の側壁を形成するため、エッチバックした重合
体432を示している。図10は、金属線及び重合体を
約0.7μmの厚さまで覆う平面化酸化物450を示し
ている。酸化物450は、平面化のための同時スパッタ
リングを用いたプラズマ補助蒸着によるか、又は平面化
のために犠牲層のエッチバックを用いてもよい。
め、両側の側壁を形成するため、エッチバックした重合
体432を示している。図10は、金属線及び重合体を
約0.7μmの厚さまで覆う平面化酸化物450を示し
ている。酸化物450は、平面化のための同時スパッタ
リングを用いたプラズマ補助蒸着によるか、又は平面化
のために犠牲層のエッチバックを用いてもよい。
【0045】図11は、酸化物450を通って第一レベ
ル金属線412を、第二レベル金属線462へ、酸化物
450上の他の第二レベル金属線464〜470と一緒
に接続する金属充填バイア452を示している。エッチ
バック重合体482は、近接した間隔の金属線462〜
470の間を充填し、両側の側壁スペーサーを形成し、
平面化酸化物490が第二レベル金属線を覆っている。
金属充填バイア492は、第二レベル金属線470を、
酸化物490上に後で形成された第三レベル金属線(図
示されていない)へ接続する。金属充填バイア452及
び492は、最初にホトリトグラフによるパターン化を
行い、酸化物をエッチングし、次にブランケット蒸着+
エッチバック又は選択的蒸着によりタングステンを充填
することにより形成してもよい。それら金属線はブラン
ケット金属蒸着し、次にホトリトグラフによるパターン
化及び異方的エッチングにより形成されている。
ル金属線412を、第二レベル金属線462へ、酸化物
450上の他の第二レベル金属線464〜470と一緒
に接続する金属充填バイア452を示している。エッチ
バック重合体482は、近接した間隔の金属線462〜
470の間を充填し、両側の側壁スペーサーを形成し、
平面化酸化物490が第二レベル金属線を覆っている。
金属充填バイア492は、第二レベル金属線470を、
酸化物490上に後で形成された第三レベル金属線(図
示されていない)へ接続する。金属充填バイア452及
び492は、最初にホトリトグラフによるパターン化を
行い、酸化物をエッチングし、次にブランケット蒸着+
エッチバック又は選択的蒸着によりタングステンを充填
することにより形成してもよい。それら金属線はブラン
ケット金属蒸着し、次にホトリトグラフによるパターン
化及び異方的エッチングにより形成されている。
【0046】重合体再充填の好ましい態様 図12〜15は、IMDの第三の好ましい態様のもの
を、二つの続く金属レベルのために2度続けて適用した
場合の垂直断面図を例示している。実際、図12は、絶
縁層510上の金属線512〜520を示し、平面化酸
化物層530がそれら金属線の上に存在する。金属線5
14、516、518、及び520は、最小の線幅、約
0.25μmの幅、及び約0.7μmの高さを有するの
に対し、金属線512はバイア配列を容易にするために
約0.4μmまで増大した幅を示している。金属線の
対、514と516及び518と520の金属線間隔は
最小の約0.25μmであるが、他の間隔はそれより大
きい。金属線は、ブランケット蒸着及びそれに続くホト
リトグラフによるパターン化により形成され、金属はク
ラッドされたアルミニウムでもよい。
を、二つの続く金属レベルのために2度続けて適用した
場合の垂直断面図を例示している。実際、図12は、絶
縁層510上の金属線512〜520を示し、平面化酸
化物層530がそれら金属線の上に存在する。金属線5
14、516、518、及び520は、最小の線幅、約
0.25μmの幅、及び約0.7μmの高さを有するの
に対し、金属線512はバイア配列を容易にするために
約0.4μmまで増大した幅を示している。金属線の
対、514と516及び518と520の金属線間隔は
最小の約0.25μmであるが、他の間隔はそれより大
きい。金属線は、ブランケット蒸着及びそれに続くホト
リトグラフによるパターン化により形成され、金属はク
ラッドされたアルミニウムでもよい。
【0047】最小金属線間隔をホトリトグラフにより位
置付け、それら最小間隔から酸化物530をエッチング
除去する。エッチングは異方的プラズマエッチでもよ
く、又は金属に関して選択的にすることができ、横のエ
ッチング停止材として金属線を用いることもできる。下
の絶縁体510へのオーバーエッチを用いてもよい。酸
化物をエッチングした後、前に記載したように、パリレ
ン・TVTMCTS共重合体540を等角蒸着する。少
なくとも0.125μmの厚さまで等角蒸着することに
より最小間隙を埋める。約0.4μmの重合体蒸着を例
示する図13参照。
置付け、それら最小間隔から酸化物530をエッチング
除去する。エッチングは異方的プラズマエッチでもよ
く、又は金属に関して選択的にすることができ、横のエ
ッチング停止材として金属線を用いることもできる。下
の絶縁体510へのオーバーエッチを用いてもよい。酸
化物をエッチングした後、前に記載したように、パリレ
ン・TVTMCTS共重合体540を等角蒸着する。少
なくとも0.125μmの厚さまで等角蒸着することに
より最小間隙を埋める。約0.4μmの重合体蒸着を例
示する図13参照。
【0048】図14は、重合体540をエッチバックし
て、最小間隙中にだけ重合体充填物542を残す。重合
体をエッチバックした後、約0.5μmの酸化物550
を蒸着する。
て、最小間隙中にだけ重合体充填物542を残す。重合
体をエッチバックした後、約0.5μmの酸化物550
を蒸着する。
【0049】金属線512のような金属線の広い部分ま
で、酸化物530〜550中のバイアをホトリトグラフ
により定め、エッチングすることにより金属レベルを完
成する。次にそのバイアを選択的金属蒸着又はブランケ
ット蒸着及びエッチバックにより充填する。それらバイ
アは障壁層を用いてタングステンを充填してもよい。金
属充填バイア560は、今述べ金属レベルと同じやり方
で形成した第二金属レベルへの接続を与える。図12参
照。別法として、バイア560を充填する金属を蒸着
し、パターン化して1回の工程で第二レベル金属線を形
成してもよい。これは、化学蒸着のような等角金属蒸着
法、又はアルミニウムのような金属の最流動法でもよ
い。場合によりスパッタリングにより障壁金属層を最初
に付着させてもよい。
で、酸化物530〜550中のバイアをホトリトグラフ
により定め、エッチングすることにより金属レベルを完
成する。次にそのバイアを選択的金属蒸着又はブランケ
ット蒸着及びエッチバックにより充填する。それらバイ
アは障壁層を用いてタングステンを充填してもよい。金
属充填バイア560は、今述べ金属レベルと同じやり方
で形成した第二金属レベルへの接続を与える。図12参
照。別法として、バイア560を充填する金属を蒸着
し、パターン化して1回の工程で第二レベル金属線を形
成してもよい。これは、化学蒸着のような等角金属蒸着
法、又はアルミニウムのような金属の最流動法でもよ
い。場合によりスパッタリングにより障壁金属層を最初
に付着させてもよい。
【0050】シランの好ましい態様 パリレン単量体とTVTMCTS単量体との共重合体中
の環式シロキサンは、分極性珪素・酸素結合を除去して
誘電率を減少させ、然も、依然として珪素酸化物又は窒
化物への接着結合のための珪素を維持させるため、シラ
ン誘導体で置換してもよい。特にジビニルジメチルシラ
ンは、パリレン単量体と共重合するためのビニル基を含
み、然も一つの単量体当たり二つのビニル基が存在して
機械的に強い共重合体を与える架橋を可能にしている。
反応は次のようなものであろう。
の環式シロキサンは、分極性珪素・酸素結合を除去して
誘電率を減少させ、然も、依然として珪素酸化物又は窒
化物への接着結合のための珪素を維持させるため、シラ
ン誘導体で置換してもよい。特にジビニルジメチルシラ
ンは、パリレン単量体と共重合するためのビニル基を含
み、然も一つの単量体当たり二つのビニル基が存在して
機械的に強い共重合体を与える架橋を可能にしている。
反応は次のようなものであろう。
【0051】
【化8】
【0052】勿論、シランは架橋を増大するため三つ又
は四つのビニル基を持っていてもよい。
は四つのビニル基を持っていてもよい。
【0053】シリルシクロの好ましい態様 不飽和シリルシクロ化合物も、パリレンとの共重合のた
めの単量体を与えることができる。コモノマー環中の二
重結合は共重合に関与する。特に、トリメチルシリル−
シクロペンタジエン(最終的飽和環型を含む)、ビス
(トリメチルシリル)シクロペンタジエン(最終的飽和
環を含む)、及びトリス(トリメチルシリル)シクロペ
ンタジエン(最終的飽和環を含む)のようなシクロペン
タジエン誘導体である。これらの共重合体は次のような
構造を有するであろう。
めの単量体を与えることができる。コモノマー環中の二
重結合は共重合に関与する。特に、トリメチルシリル−
シクロペンタジエン(最終的飽和環型を含む)、ビス
(トリメチルシリル)シクロペンタジエン(最終的飽和
環を含む)、及びトリス(トリメチルシリル)シクロペ
ンタジエン(最終的飽和環を含む)のようなシクロペン
タジエン誘導体である。これらの共重合体は次のような
構造を有するであろう。
【0054】
【化9】
【0055】勿論、六員環、珪素に結合するメチル基の
代わりにエチル基、環中の二重結合、水素に対するフッ
素置換等のような変更したものも同様な共重合体を生ず
る。
代わりにエチル基、環中の二重結合、水素に対するフッ
素置換等のような変更したものも同様な共重合体を生ず
る。
【0056】適用 金属(又は他の伝導性)線の間の上記共重合体は、種々
の型の集積回路に適用することができる。例えば、DR
AMは、ビットライン、語線ストラップ、アドレス・デ
ーター母線等のような多数の組みの長い平行導線を有
し、共重合体がそのような多数の組みの平行線を確実に
接着し、然も、容量結合を欠如するためそれらの中の間
隙を充填している。共重合体は直接トランジスタのすぐ
上(例えば、図3の金属線112と114の間)に位置
しているか、又はトランジスタの上から離れて(例え
ば、図3の金属線118と120の間)に位置している
か、又は他の金属線の上又は下に配置されていてもよ
い。
の型の集積回路に適用することができる。例えば、DR
AMは、ビットライン、語線ストラップ、アドレス・デ
ーター母線等のような多数の組みの長い平行導線を有
し、共重合体がそのような多数の組みの平行線を確実に
接着し、然も、容量結合を欠如するためそれらの中の間
隙を充填している。共重合体は直接トランジスタのすぐ
上(例えば、図3の金属線112と114の間)に位置
しているか、又はトランジスタの上から離れて(例え
ば、図3の金属線118と120の間)に位置している
か、又は他の金属線の上又は下に配置されていてもよ
い。
【0057】変更 好ましい態様の共重合体の変更したものを、珪素・炭素
結合及び不飽和炭素・炭素結合の両方を含む化合物(一
種又は多種)とパリレンとの共重合の特徴を維持しなが
ら、作ることができる。例えば、パリレン+二種類の他
のコモノマーを用いることもできる。特に、シロキサン
環は二つから六つ以上のシロキサンでもよく、但し大き
な環はミクロボイドの特性を失うことがある。シロキサ
ン環の官能基の大きさは変えることができ、珪素は異な
った基の対(例えば、2,4−ジビニル−2,8,8−
トリメチル−4,6−ジエチル−6−アリル−シクロテ
トラシロキサン)を持つことも可能である。同様に、シ
リルシクロコモノマーを変えることもできる。更に、C
F3、C2F5、C3F7、…のような簡単なフッ素化
基を環に置換してもよい。実際、異なったフッ素含有量
を有するコモノマーの共重合体を用いることができる。
結合及び不飽和炭素・炭素結合の両方を含む化合物(一
種又は多種)とパリレンとの共重合の特徴を維持しなが
ら、作ることができる。例えば、パリレン+二種類の他
のコモノマーを用いることもできる。特に、シロキサン
環は二つから六つ以上のシロキサンでもよく、但し大き
な環はミクロボイドの特性を失うことがある。シロキサ
ン環の官能基の大きさは変えることができ、珪素は異な
った基の対(例えば、2,4−ジビニル−2,8,8−
トリメチル−4,6−ジエチル−6−アリル−シクロテ
トラシロキサン)を持つことも可能である。同様に、シ
リルシクロコモノマーを変えることもできる。更に、C
F3、C2F5、C3F7、…のような簡単なフッ素化
基を環に置換してもよい。実際、異なったフッ素含有量
を有するコモノマーの共重合体を用いることができる。
【0058】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)(a)パリレン又はフッ素処理済みパリレンと、
少なくとも一つの不飽和炭素・炭素結合を有する珪素・
炭素化合物又はフッ素処理済み珪素・炭素化合物から成
る群から選択されたコモノマーの共重合体から成る絶縁
材料。 (2)(a)基体の表面上のデバイス、及び(b)前記
活性(active)デバイス上の絶縁層で、パリレン
又はフッ素処理済みパリレンと、少なくとも一つの不飽
和炭素・炭素結合を含む珪素・炭素化合物又はフッ素処
理済み珪素・炭素化合物から成る群から選択されたコモ
ノマーの共重合体を含む絶縁層を備えた集積回路。 (3) 金属線+酸化物(450、490)の間
の、パリレンと環式シロキサンとの共重合体(432、
482)を有する金属間レベル誘電体、及びそれを共重
合するための蒸着法。共重合体のフッ素化は誘電率を低
下し、作動温度を上昇する。
る。 (1)(a)パリレン又はフッ素処理済みパリレンと、
少なくとも一つの不飽和炭素・炭素結合を有する珪素・
炭素化合物又はフッ素処理済み珪素・炭素化合物から成
る群から選択されたコモノマーの共重合体から成る絶縁
材料。 (2)(a)基体の表面上のデバイス、及び(b)前記
活性(active)デバイス上の絶縁層で、パリレン
又はフッ素処理済みパリレンと、少なくとも一つの不飽
和炭素・炭素結合を含む珪素・炭素化合物又はフッ素処
理済み珪素・炭素化合物から成る群から選択されたコモ
ノマーの共重合体を含む絶縁層を備えた集積回路。 (3) 金属線+酸化物(450、490)の間
の、パリレンと環式シロキサンとの共重合体(432、
482)を有する金属間レベル誘電体、及びそれを共重
合するための蒸着法。共重合体のフッ素化は誘電率を低
下し、作動温度を上昇する。
【図1】第一の好ましい態様及び方法の工程を示す垂直
断面図である。
断面図である。
【図2】第一の好ましい態様及び方法の工程を示す垂直
断面図である。
断面図である。
【図3】第一の好ましい態様及び方法の工程を示す垂直
断面図である。
断面図である。
【図4】第一の好ましい態様及び方法の工程を示す垂直
断面図である。
断面図である。
【図5】第一の好ましい態様及び方法の工程を示す垂直
断面図である。
断面図である。
【図6】第一の好ましい態様及び方法の工程を示す垂直
断面図である。
断面図である。
【図7】付着装置を示す図である。
【図8】第二の好ましい態様及び方法を例示する図であ
る。
る。
【図9】第二の好ましい態様を続けて適用する場合を示
す図である。
す図である。
【図10】第二の好ましい態様を続けて適用する場合を
示す図である。
示す図である。
【図11】第二の好ましい態様を続けて適用する場合を
示す図である。
示す図である。
【図12】第三の好ましい態様を続けて適用する場合を
例示する図である。
例示する図である。
【図13】第三の好ましい態様を続けて適用する場合を
例示する図である。
例示する図である。
【図14】第三の好ましい態様を続けて適用する場合を
例示する図である。
例示する図である。
【図15】第三の好ましい態様を続けて適用する場合を
例示する図である。
例示する図である。
102 珪素 104 ゲート 106 フィールド酸化物膜 110 プレメタル・レベル誘電体 112 金属線 114 金属線 116 金属線 118 金属線 120 金属線 122 バイア 124 バイア 130 重合体 132 重合体 140 HSQ 142 HSQ 150 酸化物層 152 酸化物層 200 蒸着装置 202 蒸着室 204 昇華室 206 炉 402 絶縁体 412 金属線 416 金属線 418 金属線 420 金属線 430 重合体 432 重合体 450 酸化物 452 バイア 482 重合体 490 酸化物 492 バイア 510 絶縁体 512 金属線 514 金属線 516 金属線 518 金属線 520 金属線 530 酸化物 540 重合体 542 重合体 550 酸化物 560 バイア
Claims (1)
- 【請求項1】 (a)パリレン又はフッ素処理済みパ
リレンと、少なくとも一つの不飽和炭素・炭素結合を有
する珪素・炭素化合物又はフッ素処理済み珪素・炭素化
合物から成る群から選択されたコモノマーの共重合体か
ら成る絶縁材料。
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