[发明专利]绝缘膜材料、多层布线基板及其制造方法和半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及能够适合用于形成半导体集成电路中的多层布线内的绝缘膜的绝缘膜材料、具有使用该绝缘膜材料所形成的绝缘膜等的多层布线基板及其制造方法、和具有由该绝缘膜材料形成的绝缘膜等的半导体装置及其制造方法。

背景技术

近年来，伴随着半导体集成电路的集成度的增加以及元件密度的提高，尤其是对半导体元件的多层化的要求在不断提高。伴随着该半导体集成电路的高集成化，布线间隔变得更狭窄，因此，因布线间的电容增大所导致的布线延迟就成为问题。此处，前述布线延迟(T)用下式T∝CR表示，并受布线电阻(R)和布线间的电容(C)的影响。并且，介电常数(ε)和前述布线间的电容(C)的关系用下式C＝ε₀ε_r·S/d表示。在该式中，S表示电极面积，ε₀表示真空介电常数，ε_r表示绝缘膜的介电常数，d表示布线间隔。通过减薄布线厚度并减小电极面积而能够降低前述布线间的电容(C)，但是，当减薄布线厚度时，由于进一步导致前述布线电阻(R)的上升而不能实现高速化。因而，为了减小前述布线延迟(T)，实现高速化，绝缘膜的低介电常数化是有效的手段。

就具有多层布线结构的半导体装置而言，具有金属布线间隔变窄的倾向，由静电感应所引起的金属布线的阻抗增大，有可能造成应答速度的延迟和消耗电力的增大。因此，需要尽可能减少在半导体基板和金属布线之间或金属布线间设置的层间绝缘膜的比介电常数。

作为以往的绝缘膜材料，一直以来，使用二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)、磷硅玻璃(PSG)等无机材料；聚酰亚胺等有机系高分子材料等。

但是，在半导体装置中常用的CVD-SiO₂膜的介电常数高达4左右。另外，作为低介电常数CVD膜所一直研究的SiOF膜的介电常数为约3.3～3.5，但是，存在吸湿性高，介电常数随时间推移而上升的问题。

近年来，有人提出一种将通过加热而蒸发或者分解的有机树脂等添加于低介电常数膜形成用材料中，通过成膜时的加热使其多孔质化的多孔质被膜。该多孔质被膜具有空孔，因此，与以往相比能够实现低介电常数化，但是，在现阶段，以将空孔尺寸大至10nm以上而进一步降低介电常数为目的，提高空隙率(空孔的存在率)时，存在产生由吸湿引起的介电常数上升、膜强度降低的问题。

现在，为了实现膜的低介电常数化，通过涂布药液来进行膜的形成，实现膜密度的降低，作为该药液，已知有使用硅化合物的药液(参照专利文献1)。但是，使用硅化合物，尤其是聚碳硅烷化合物的情况下，存在难以形成膜的问题。作为其原因，可举出：聚碳硅烷化合物的结构用下式(-Si-R-)n-表示(其中，R是具有至少1个C的有机基团)，其键环境上具有与烃材料相近的结构，从而不进行交联。因此，就得到的膜而言，作为用于半导体装置的绝缘膜，其强度不够。

专利文献1：日本特开2001-127152号公报

发明内容

本发明的课题是，解决现有技术中的上述问题，实现以下的目的。即，本发明的目的在于提供：能够适合用于形成低介电常数且高强度的绝缘膜的绝缘膜材料；具有使用该绝缘膜材料所形成的绝缘膜等，能够降低布线间的寄生电容的多层布线基板及其制造方法；以及，具有包含使用前述绝缘膜材料所形成的绝缘膜等的多层布线结构的高速且可靠性高的半导体装置及其制造方法。

本发明人等鉴于前述课题，进行深入研究，结果得到如下认识。即，通过将以往的聚碳硅烷的硅氢键中的氢原子取代为羟基，合成具有硅烷醇基的聚碳硅烷化合物。此处，发现将聚碳硅烷进行硅烷醇化时，聚碳硅烷亲水化，能够与其他的亲水性溶剂或者亲水性化合物容易混合，与以往非常难以混合的硅烷化合物的混合变得容易，根据混合的硅烷化合物的种类、添加量等，能够随意变更特性和材料组成。另外，发现添加前述硅烷化合物，优选添加包含具有不饱和键的基团的硅烷化合物时，能够得到低介电常数且高强度的绝缘膜。另外，发现采用前述含有具有硅烷醇基的聚碳硅烷化合物的绝缘膜 材料时，两个羟基通过脱水缩合反应容易交联为硅氧烷键，因此，通过硅烷醇基的有意的脱水缩合反应促进聚碳硅烷化合物的交联，能够形成高强度且低介电常数的绝缘膜，从而完成本发明。

本发明是基于本发明人等的前述认识所完成的发明，作为用于解决前述课题的手段，为如下所述。即，

本发明的绝缘膜材料的特征在于，至少包含具有由下述结构式(1)表示的结构的聚碳硅烷化合物。 

结构式(1)