JP5019178B2 - Process for removing and / or curing porogen using ultraviolet light to form porous low-k dielectric - Google Patents
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Description
本開示内容は、一般的に、半導体装置の製造に関し、特に、半導体装置内で使用される多孔性の低kの誘電体を形成するために紫外線を利用してポロゲンを除去及び/又はキュアするプロセスに関する。 The present disclosure relates generally to the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to removing and / or curing porogens using ultraviolet light to form porous low-k dielectrics used in semiconductor devices. About the process.
半導体装置や他のマイクロエレクトロニクス装置が、革新的にその寸法が小さくなるにつれ、当該装置におけるその要求が増し続けている。例えば、相互接続線間における容量性のクロストークを防止することが、装置が小さくなればなるほど、かなり重大性を増す。容量性のクロストークは、一般的に、導体間の距離と該導体間に置かれた材料(すなわち、絶縁体)の誘電率(k)の両方の関数である。かなりの関心が、低い誘電率を持つ新しい絶縁体を使用しながら、互いに導体を電気的に絶縁することに注がれてきた。シリカ(SiO2)が、約4という比較的低い誘電率のために当該装置内で伝統的に使用され、より早くから(すなわち、より大きな)適用の要求を満たしてきたけれども、このシリカは、寸法の縮小化(スケールダウン)に関し、適当ではないのである。 As semiconductor devices and other microelectronic devices are innovatively reduced in size, the demands on such devices continue to increase. For example, preventing capacitive crosstalk between interconnect lines becomes much more critical as devices get smaller. Capacitive crosstalk is generally a function of both the distance between conductors and the dielectric constant (k) of the material (ie, insulator) placed between the conductors. Considerable interest has been devoted to electrically insulating the conductors from one another while using new insulators with low dielectric constants. Although silica (SiO 2 ) has traditionally been used in the device due to its relatively low dielectric constant of about 4 and has met the requirements of applications earlier (ie, larger), this silica has dimensions It is not appropriate for reducing the scale (scale down).
低い誘電率を達成するために、本来的に低い誘電率を持つ材料を使用するか、及び/又は、多孔性(ポロシティ)を該材料に導入するか、のいずれか(若しくは両方)を選択することが可能である。後者は、効果的に誘電率を低下する。なぜならば、空気の誘電率が公称1であるからである。ポロシティは、様々な手段を通じて、低kの材料に導入されてきた。スピンオンの、低kの誘電体の場合、k値を低下することは、高い沸点の溶媒を使うことにより、テンプレート(経験的データ)を使うことにより、又はポロゲンをベースとする方法により、達成が可能である。しかし、半導体装置の製造において、多孔性の低k物質を集積化することが、一般的に難しいことが立証された。 In order to achieve a low dielectric constant, one chooses either (or both) to use a material with an inherently low dielectric constant and / or to introduce porosity into the material. It is possible. The latter effectively lowers the dielectric constant. This is because the dielectric constant of air is nominally 1. Porosity has been introduced into low-k materials through various means. For spin-on, low-k dielectrics, lowering the k-value can be achieved by using a high-boiling solvent, by using a template (empirical data), or by a porogen-based method. Is possible. However, it has proven to be generally difficult to integrate porous low-k materials in the manufacture of semiconductor devices.
ポロゲンをベースとする低kの誘電体に伴う一つの大きな事項は、当該半導体装置内の誘電体物質以外の物又は他の構成要素に不利な影響を与えることなく、孔を作り出すためにポロゲンを除去するのに伴う困難性にある。当該方法の非常に多くのものは、フィルム(薄膜)を架橋結合し、揮発性のポロゲン要素を分解及び/又は除去し、並びに該フィルムの誘電率を低くするために、300℃以上の温度で30分以上の持続時間の、熱キュアプロセスを必要とする。上記温度では、当該装置の製造のために許容可能な熱容量を超えてしまう。さらに、上記態様で、孔を誘電体物質に導入すると、多孔性の誘電体物質全体の機械的な力を弱めうる。熱的特性及び機械的特性に影響を与えることに加えて、このようにキュアされた多孔性の誘電体物質は、比較的低いエッチング抵抗を有し、改良されたものが一般的に望まれるところの面積を有するのである。 One major issue with low-k dielectrics based on porogens is the use of porogens to create pores without adversely affecting non-dielectric materials or other components within the semiconductor device. The difficulty with removing. A very large number of such methods are used at temperatures above 300 ° C. to cross-link films (thin films), decompose and / or remove volatile porogen elements, and lower the dielectric constant of the films. Requires a thermal cure process with a duration of 30 minutes or more. The above temperature will exceed the heat capacity that is acceptable for manufacturing the device. Further, when pores are introduced into the dielectric material in the above embodiment, the mechanical force of the entire porous dielectric material can be weakened. In addition to affecting the thermal and mechanical properties, the porous dielectric material thus cured has a relatively low etch resistance, and where improvements are generally desired. It has the area of.
その結果、その他のキュア技術およびプロセスフローが、当該集積化を目的とする試みにおいて発展してきた。例えば、ポロゲンをベースとする物質から、多孔性の低kの誘電体を形成するプロセスでは、酸素含有雰囲気と組み合わせられた真空紫外(VUV)光又は紫外(UV)光が、該誘電体材料内部に孔を作製するための熱キュアプロセスに対して、交互に使用されてきた。しかし、これらの技術は、誘電体材料のポロゲンでない要素を化学修飾することによって、その結果得られたフィルムを劣化または破壊さえしてしまう。 As a result, other cure techniques and process flows have evolved in attempts aimed at such integration. For example, in a process of forming a porous, low-k dielectric from a porogen-based material, vacuum ultraviolet (VUV) light or ultraviolet (UV) light combined with an oxygen-containing atmosphere is generated inside the dielectric material. Have been used alternately for thermal curing processes to make holes. However, these techniques chemically modify non-porogenic elements of the dielectric material, thereby degrading or even destroying the resulting film.
多孔性の低k材料の集積化に直面するその他の主たる事項は、とりわけ、化学機械研磨(CMP)、プラズマエッチング、湿式処理、拡散障壁層の堆積、相互接続線の堆積、プラズマアッシング、及び化学処理、若しくは熱処理のような、他の処理ステップに耐えうる構造を提供する一方で、孔をどのように作製するかにある。連続処理中に、研磨剤等に接触した反応化学物質及び溶媒が孔へ貫通すると、誘電体フィルム(誘電体薄膜)を劣化することと、誘電率の増加すること、及び/又は、続く製造ステップに悪影響をさらに及ぼしうる残留物を残すことを可能としてしまう。多くの従来技術の方法が、装置製造中に、一枚又はそれ以上の枚数の薄い、孔無しの誘電体フィルムを用いながら、多孔性の誘電体フィルム層にキャップ(蓋手段)を与えることによって、上記問題を克服することを試みている。例えば、それは、反射制御及び/又は付加されたエッチング選択性を与えることにより、リソグラフィー処理を向上させるばかりか、CMPのような連続処理からのダメージに対して多孔性のフィルム層の表面を保護する。CMPに続く過酷な化学的なプロセスにおいて、反応ガス及び/又は溶媒が多孔性のフィルムを貫通する場合に、誘電体材料をさらに、劣化させ又は誘電率を増加させる。さらに、キャップの層を追加することが、当該装置の複雑さを増し、有効なk値を大きくし、さらなる処理プロセスを付加し、製造コストを増す。このことは、より小さい形状への装置のスケールにとして一般的に望ましくない。 Other major issues facing the integration of porous low-k materials are chemical mechanical polishing (CMP), plasma etching, wet processing, diffusion barrier layer deposition, interconnect line deposition, plasma ashing, and chemistry, among others. How to make a hole while providing a structure that can withstand other processing steps, such as processing or heat treatment. If reactive chemicals and solvents in contact with the abrasive or the like penetrate into the pores during continuous processing, the dielectric film (dielectric thin film) deteriorates, the dielectric constant increases, and / or the subsequent manufacturing steps. It is possible to leave a residue that can further adversely affect the process. Many prior art methods provide a cap (cover means) to a porous dielectric film layer while using one or more thin, non-perforated dielectric films during device manufacture. Trying to overcome the above problems. For example, it not only improves the lithography process by providing reflection control and / or added etch selectivity, but also protects the surface of the porous film layer against damage from continuous processes such as CMP. . In the harsh chemical process following CMP, the dielectric material is further degraded or increased in dielectric constant when reactive gases and / or solvents penetrate the porous film. Furthermore, the addition of a layer of cap increases the complexity of the device, increases the effective k value, adds additional processing processes, and increases manufacturing costs. This is generally undesirable as the device scales to smaller shapes.
このように、成功をもたらすような低kの候補は、いくつかのクリティカルな材料特性を示すことが要求される。例えば、酸化に対する化学的抵抗、プラズマによるアッシング、剥離及びクリーニング中における湿度の吸収、CMP処理、すなわち熱的安定性[(重量損失のないこと又は例えば400℃における繰り返される等温ソーク(isothermal soak)]、及び、CMP処理によって生じうるせん断力や層間剥離力(デラミネーション力)に耐えるためのライナーや障壁を含む基板への接着能力のような特性である。 Thus, low-k candidates that provide success are required to exhibit some critical material properties. For example, chemical resistance to oxidation, plasma ashing, moisture absorption during stripping and cleaning, CMP treatment, ie thermal stability [(no weight loss or repeated isothermal soak at eg 400 ° C.] And properties such as the ability to adhere to substrates including liners and barriers to withstand shear forces and delamination forces that can be generated by CMP processing.
したがって、半導体装置の集積化のため、多孔性の低kの誘電体材料の製造で、改良された方法を提供することが当該分野に必要である。少なくとも従来技術で述べられた問題のために、もし、その方法が、ポロゲン除去中に誘電体層又は他の装置要素の、物理的及び機械的な特性に影響を与えるように、該フィルムを化学修飾しないならば、その方法は望ましいのである。当該方法が、熱容量に関することに対しより好ましいならば、その方法は、より望ましいであろう。集積化を減ずる方法が、低kの誘電体材料に関連してなされるならば、さらに、より有益であろう。 Therefore, there is a need in the art to provide improved methods for the fabrication of porous low-k dielectric materials for semiconductor device integration. At least because of the problems described in the prior art, the film is chemically treated so that the method affects the physical and mechanical properties of the dielectric layer or other device elements during porogen removal. If not modified, the method is desirable. If the method is more preferred for the heat capacity, it will be more desirable. It would be even more beneficial if the method of reducing integration was done in connection with low k dielectric materials.
ここでは、半導体装置内に、多孔性の低kの誘電体材料及び電気的な相互接続構造を形成するための、紫外線を用いたポロゲン除去及び/又はキュアのためのプロセスが開示されている。本発明のプロセスは、マトリックス及びポロゲン材料を含む低kの誘電体材料を、基板上に堆積させ、前記低kの誘電体材料を、240ナノメータより長い波長を有する第一の紫外線照射パターンに露光させ、前記第一の紫外線照射パターンが、前記低kの誘電体材料の架橋結合密度を高め、かつ、前記ポロゲン材料の濃度が前記第一の紫外線照射パターンへの露光の前後で、同一の状態に維持されるようにし、さらに、前記低kの誘電体材料をパターン化し、かつ、前記パターン化された低kの誘電体材料の中に金属の相互接続構造を形成し、次に、前記低kの誘電体材料を240ナノメータ未満の広帯域の波長を有する第二の紫外線照射パターンに露光して、前記ポロゲン材料を前記マトリックスから取り除き、そして、多孔性の低kの誘電体材料を形成することを特徴としている。
Here, a process for porogen removal and / or cure using ultraviolet light to form porous low-k dielectric materials and electrical interconnect structures in a semiconductor device is disclosed. The process of the present invention deposits a low-k dielectric material comprising a matrix and a porogen material on a substrate and exposes the low-k dielectric material to a first ultraviolet radiation pattern having a wavelength longer than 240 nanometers. The first ultraviolet irradiation pattern increases the cross-linking density of the low-k dielectric material, and the concentration of the porogen material is the same before and after exposure to the first ultraviolet irradiation pattern. And patterning the low-k dielectric material and forming a metal interconnect structure in the patterned low-k dielectric material; k dielectric material is exposed to a second UV radiation pattern having a broadband wavelength of less than 240 nanometers to remove the porogen material from the matrix, and porous low k It is characterized by forming a conductor material.
別の実施形態は、ポロゲン材料を包含する誘電体層からポロゲン材料を除去し、該誘電率を低下させるプロセスであって、一定の時間で、240ナノメータ未満の波長を含む、広帯域照射パターンを持つ紫外線照射に、前記誘電体層から前記ポロゲン材料を揮発するのに有効な強度で、前記誘電体層を露光し、前記誘電体層の周りにガスを流し、前記揮発されたポロゲン材料を除去し、前記誘電体層の誘電体率を低下させることを含むプロセスである。 Another embodiment is a process for removing porogen material from a dielectric layer that includes the porogen material and reducing the dielectric constant, having a broadband illumination pattern that includes a wavelength of less than 240 nanometers over a period of time. Exposing the dielectric layer with an intensity effective to volatilize the porogen material from the dielectric layer upon UV irradiation, flowing a gas around the dielectric layer, and removing the volatilized porogen material , A process comprising reducing the dielectric constant of the dielectric layer.
さらに、他の実施形態は、電気的な相互接続構造を形成するプロセスであって、低k誘電体材料を基板に堆積させることを含む。低kの誘電体材料は、マトリックス及びポロゲン材料を含み、低kの誘電体フィルムを第一の紫外線照射パターンへ露光させて、前記第一の紫外線照射パターンが、前記低kの誘電体フィルムの架橋結合密度を高めるのに効果的であり、かつ、前記ポロゲン材料の濃度が前記第一の紫外線照射パターンへの露光の前後で、実質的に同一の状態に維持するようにし、前記低kの誘電体材料をパターン化し、かつ、前記パターン化された低kの誘電体材料の中で金属の相互接続構造を形成し、及び、前記低kの誘電体材料を、前記ポロゲン材料の実質的にすべてを効果的に除去するための量で、第二の紫外線照射パターンへ露光することを特徴とするプロセスである。 Yet another embodiment is a process of forming an electrical interconnect structure, comprising depositing a low-k dielectric material on a substrate. The low-k dielectric material includes a matrix and a porogen material, wherein the low-k dielectric film is exposed to a first ultraviolet irradiation pattern, and the first ultraviolet irradiation pattern is exposed to the low-k dielectric film. Effective to increase the crosslink density, and the porogen material concentration is maintained substantially the same before and after exposure to the first UV irradiation pattern, and the low k Patterning a dielectric material and forming a metal interconnect structure in the patterned low-k dielectric material; and forming the low-k dielectric material substantially from the porogen material. It is a process characterized by exposing to the second ultraviolet irradiation pattern in an amount for effectively removing everything.
上記記載内容及び他の特徴は、添付の図面および詳細な説明によって例示されている。これらの図面は例示された実施形態であり、同様の要素は同様の番号が付されている。 The foregoing description and other features are exemplified by the accompanying drawings and detailed description. These drawings are exemplary embodiments, and like elements are given like numbers.
本開示内容は、一般的に、多孔性の低kの誘電体フィルムを含む電気的な相互接続構造を形成するためのプロセス(製造方法)に指向されたものである。このプロセスは、低kの誘電体フィルムからポロゲン材料を除去して、低kの誘電体フィルムを形成するUVキュアプロセスを含んでいる。以下に詳細に記載されるようなUVキュアプロセスは、当該相互接続構造の形成後に生じ、かつ、集積回路の製造プロセス内で、多孔性の低kの誘電体材料を集積化する手段を提供する。ここで使用されているように、「多孔性の低kの誘電体材料」という語句は、一般的に、マトリックスと除去可能なポロゲンとを含み、UVプロセスによってポロゲンを除去した後の多孔性の誘電体材料が、3.0未満の誘電率(k)を持ってなる材料を指す。 The present disclosure is generally directed to a process (manufacturing method) for forming an electrical interconnect structure including a porous low-k dielectric film. The process includes a UV cure process that removes the porogen material from the low-k dielectric film to form a low-k dielectric film. The UV cure process as described in detail below occurs after the formation of the interconnect structure and provides a means for integrating porous low-k dielectric materials within the integrated circuit manufacturing process. . As used herein, the phrase “porous low-k dielectric material” generally includes a matrix and a removable porogen, and the porous after removal of the porogen by a UV process. A dielectric material refers to a material having a dielectric constant (k) of less than 3.0.
電気的な相互接続構造を形成するプロセスは、ポロゲンを含有する低kの誘電体材料の層を、基板へ堆積又はコーティングすることを、一般的に含む。そして、上記層は、ポロゲン材料の実質量を除去することなく、まず架橋結合密度を増加させるのに効果的な強度及び時間で、第一の紫外線照射パターンへ露光されることが可能である。除去されるポロゲン材料の量は、孔の充填比が、例えば、処理前の、孔の充填比の、プラスマイナス20%内にあるような範囲であって、実質的に影響を与えないままにするような量である。そして、上記層は、プロセスフローにおいて、望まれるならば、ハード的なマスクを含む従来のリソグラフィー技術を使用しながらパターン化される。それから、パターン化された低kの誘電体材料は、パターン化された低kの誘電体層に備えられたビア(貫通孔)/トレンチ(溝)内における、銅の相互接続構造の連続堆積のために一般的に使用される障壁/銅シード層と共に、一般的にコーティングされる。次に、通常、当該基板は、この基板表面を平坦化するために化学機械研磨(CMP)処理に配される。低kの誘電体層を実質上孔の無いものとして維持することで、平坦化を行う化学機械研磨(CMP)処理は、該集積化に害となる影響はない。例えば、最小限に孔を存在させるために、エッチング選択性が維持される。同様に、反応性ガス及び/又は溶媒が、孔の無い誘電体フィルムを貫通しえないので、CMP処理の後に続く、過酷な化学的プロセスが、誘電体材料を劣化させることもなく、又は誘電率を増加させることもない。 The process of forming the electrical interconnect structure generally includes depositing or coating a layer of low-k dielectric material containing porogen onto the substrate. The layer can then be exposed to the first UV irradiation pattern with an intensity and time effective to increase the crosslink density without first removing a substantial amount of porogen material. The amount of porogen material removed is in a range such that the pore fill ratio is within, for example, plus or minus 20% of the pore fill ratio before processing, while remaining substantially unaffected. It is an amount to do. The layer is then patterned in the process flow using conventional lithography techniques including a hard mask, if desired. The patterned low-k dielectric material is then used for the continuous deposition of copper interconnect structures within vias / trenches provided in the patterned low-k dielectric layer. Typically coated with a barrier / copper seed layer commonly used for this purpose. Next, the substrate is typically subjected to a chemical mechanical polishing (CMP) process to planarize the substrate surface. By maintaining the low-k dielectric layer substantially free of holes, a chemical mechanical polishing (CMP) process that provides planarization has no detrimental effect on the integration. For example, etch selectivity is maintained to minimize the presence of holes. Similarly, because reactive gases and / or solvents cannot penetrate the dielectric film without pores, the harsh chemical processes that follow the CMP process do not degrade the dielectric material or It does not increase the rate.
そして、当該装置が、第二の紫外線照射パターンに露光されるが、それは、低kの誘電体及び銅の相互接続構造へと導くための、これらの処理プロセスの後である。当該装置は、低kの誘電体層から実質的にすべての除去可能なポロゲン材料を除去するのに効果的な強度及び時間の条件下にあり、これによって、多孔性の低kの誘電体層を作製する。上記多孔性の低k材料のために得られる誘電率は、低kの誘電体材料を、第二の紫外線照射パターンへ露光する結果、有効に減少する。 The device is then exposed to a second UV radiation pattern, after these processing processes to lead to a low-k dielectric and copper interconnect structure. The device is under strength and time conditions effective to remove substantially all removable porogen material from the low-k dielectric layer, thereby providing a porous low-k dielectric layer. Is made. The dielectric constant obtained for the porous low-k material is effectively reduced as a result of exposing the low-k dielectric material to the second UV radiation pattern.
予想されなかったことであるが、上述したような第一及び第二の紫外線照射パターンへの露光が、パターン化(第一のUV照射露光)前に低kの誘電体フィルムを架橋結合するために効果的であることと、及び、該露光が、金属の相互接続構造の形成(第二のUV照射露光)後で当該多孔性の低kの誘電体構造を劣化させることなく、除去可能なポロゲン材料を効率的に除去するのに効果的であることとが、判明した。この態様では、従来技術の欄で注記した問題が解消可能である。例えば、架橋結合が、低kの誘電体フィルムをパターン化する前に起こり、かつ、メタライゼーションのために要求される連続処理ステップの後、反応性化学物質及び溶媒が孔を貫通するまで、孔が実質的に形成されないので、化学機械的研磨等の間に、研磨材との接触は起こらない。さらに、ポロゲン材料を除去するための従来の熱キュアプロセスと比較すると、紫外線照射パターンへの露光は、熱容量に影響を与えず、かつ、一般的に、より効率がよい。例えば、炉によったキュアによるような熱の除去処理後に残存するポロゲン量と比較すると、より多くの量のポロゲン材料が、第二の紫外線照射パターンへの露光時に、低kの誘電体材料から除去可能である。さらに進んだ効率化を進めるばかりでなく、従来の炉によったキュアプロセスと比較すると紫外線照射プロセスを使うことで、プロセス時間が著しく短縮されるのである。 Unexpectedly, exposure to the first and second UV irradiation patterns as described above cross-links the low-k dielectric film before patterning (first UV irradiation exposure). And that the exposure can be removed after the formation of the metal interconnect structure (second UV irradiation exposure) without degrading the porous low-k dielectric structure It has been found to be effective in efficiently removing porogen material. In this aspect, the problem noted in the column of the prior art can be solved. For example, cross-linking occurs before patterning the low-k dielectric film, and after successive processing steps required for metallization, until the reactive chemicals and solvent penetrate the holes, Is not substantially formed, so that no contact with the abrasive occurs during chemical mechanical polishing or the like. Furthermore, compared to conventional thermal curing processes for removing porogen material, exposure to UV irradiation patterns does not affect the heat capacity and is generally more efficient. For example, when compared to the amount of porogen remaining after heat removal treatment such as by curing in a furnace, a greater amount of porogen material is removed from the low-k dielectric material upon exposure to the second UV irradiation pattern. It can be removed. In addition to further efficiency improvements, the process time is significantly reduced by using an ultraviolet irradiation process compared to a conventional furnace cure process.
その他の実施形態では、UVキュア処理によりポロゲン材料を低kの誘電体材料から効果的に除去するために、低kの誘電体フィルムを、180乃至240ナノメータ(nm)の広帯域の紫外線照射パターンへ露光することを含む。予想されなかったことであるが、この特異な波長領域が、240nmよりも長い波長の紫外線照射よりも、より効果があることが判った。ここで使用されているように、「広帯域」という語句は、約10ナノメータよりも長いFWHM(半値全幅)を持つ波長を指す。UVキュアプロセスは、誘電体のパターニング前後で実施可能である。このように、電気的な相互接続構造を形成するために例示したプロセスは、低kの誘電体フィルムを堆積し、この低kの誘電体フィルム内にパターンを形成し、金属の相互接続を形成し、当該基板を180nm乃至240nmの波長を持つ広帯域の紫外線照射パターンに露光することを含みうる。この態様で、低kの誘電体フィルムは、金属の相互接続処理プロセスの形成後に、多孔性にされる。 In other embodiments, a low-k dielectric film is converted into a 180-240 nanometer (nm) broadband UV irradiation pattern in order to effectively remove the porogen material from the low-k dielectric material by UV curing. Including exposing. Unexpectedly, it has been found that this unique wavelength region is more effective than ultraviolet irradiation with wavelengths longer than 240 nm. As used herein, the phrase “broadband” refers to a wavelength having a FWHM (full width at half maximum) greater than about 10 nanometers. The UV curing process can be performed before and after patterning the dielectric. Thus, the illustrated process for forming an electrical interconnect structure deposits a low-k dielectric film, forms a pattern in the low-k dielectric film, and forms a metal interconnect. And exposing the substrate to a broadband ultraviolet irradiation pattern having a wavelength of 180 nm to 240 nm. In this manner, the low-k dielectric film is made porous after formation of the metal interconnect processing process.
さらに他の実施形態においては、ポロゲンの除去及び架橋結合が同時に行われる。UV照射パターンが、ポロゲンを除去することと、低kの誘電体材料の架橋結合密度を増やすこととの両方を行うために選択される。一実施形態では、ポロゲン除去及び架橋結合のために適当なUV露光が、前述の態様で、相互接続構造の形成後に起こる。 In yet other embodiments, porogen removal and cross-linking are performed simultaneously. The UV irradiation pattern is selected to both remove the porogen and increase the crosslink density of the low-k dielectric material. In one embodiment, suitable UV exposure for porogen removal and cross-linking occurs in the manner described above after formation of the interconnect structure.
ここで使用されているように、「多孔性の低kの誘電体の」という語句は、一般的に紫外線照射除去可能なポロゲン材料及びマトリックス若しくはマトリックスの前駆体を含み、堆積又はコーティングされる材料を指す。堆積及び/又はコーティングの種々の方法は、当業者に周知であり、その手段は、それら自身により又はそれらを組み合わせて使用される。低kの誘電体フィルムを形成するために使用されうる処理のいくつかの例は、化学気相蒸着(CVD)、プラズマ化学気相蒸着(PECVD)、高密度化学気相蒸着(PECVD)、フォトン励起CVD、プラズマフォトン励起CVD、極低温CVD、化学的に促進される蒸着、熱フィラメントCVD、液体ポリマー前駆体のCVD、超臨界流体からの堆積、又は輸送重合(TP)を含む。上記フィルムを形成するのに使用可能な他のプロセスは、スピンコーティング、浸漬コーティング、ラングミュア-ブ ロジェット法(Langmuir−blodgett)の自己組織化、又は霧吹き堆積方法を含む。 As used herein, the phrase “porous low-k dielectric” generally includes a porogen material that can be removed by UV radiation and a matrix or matrix precursor, and is deposited or coated. Point to. Various methods of deposition and / or coating are well known to those skilled in the art, and the means are used by themselves or in combination. Some examples of processes that can be used to form a low-k dielectric film are chemical vapor deposition (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), high density chemical vapor deposition (PECVD), photon Excitation CVD, plasma photon excitation CVD, cryogenic CVD, chemically accelerated deposition, hot filament CVD, CVD of liquid polymer precursors, deposition from supercritical fluids, or transport polymerization (TP). Other processes that can be used to form the film include spin coating, dip coating, Langmuir-blodgett self-organization, or spray deposition methods.
ここで使用されているように、「ポロゲン材料」という語句は、ポロゲンの除去後に、低kの誘電体フィルムの内部に孔を発生又は形成する、当業者に知られている犠牲的な有機物をベースとした材料を指す。ポロゲン材料は、マトリックス又はマトリックスの前駆体中に、領域(domain)若しくは個別の領域(region)を形成し、マトリックス又はマトリックス前駆体中に、除去により孔を形成する。好適には、該領域は、最終的に望まれる孔の寸法以下にすべきである。本開示内容では、適当なポロゲン材料は、揮発性の残留物(フラグメント)又はラジカル(励起状態の原子または原子結合)を形成するために紫外線照射へ露光するときに分解する材料である。なお、該揮発性の残留物又はラジカルは、例えば、不活性ガスのフロー下で、マトリックス材料又はマトリックスの前駆体の材料から除去されることが可能である。この態様では、紫外線照射へ露光するときに、孔がマトリックスの内部に形成される。 As used herein, the phrase “porogen material” refers to sacrificial organics known to those skilled in the art that generate or form pores within the low-k dielectric film after removal of the porogen. Refers to the base material. The porogen material forms domains or individual regions in the matrix or matrix precursor and forms pores in the matrix or matrix precursor by removal. Preferably, the area should be less than or equal to the final desired pore size. In the present disclosure, suitable porogen materials are materials that decompose upon exposure to ultraviolet radiation to form volatile residues (fragments) or radicals (excited atoms or atomic bonds). It should be noted that the volatile residues or radicals can be removed from the matrix material or matrix precursor material, for example, under an inert gas flow. In this embodiment, pores are formed within the matrix when exposed to ultraviolet radiation.
熱的に不安定、熱的に除去可能等のものとして、この技術分野で一般的に特徴づけられるところのこれらのポロゲン材料は、ここに記述された紫外線照射プロセスに露光すると除去することに、一般的に適当なものである。この種類の材料は、「架橋結合可能なマトリックスの前駆体、ポロゲン及びそこから準備される多孔性のマトリックスを含む組成物」と名称付けされた米国特許6,653,358号において、一般的に記載されており、当該内容は、それを参照することによってその内容全体がここに組み込まれる。 These porogen materials, which are generally characterized in the art as being thermally unstable, thermally removable, etc., are removed upon exposure to the ultraviolet irradiation process described herein. Generally suitable. This type of material is generally described in US Pat. No. 6,653,358, entitled “Composition comprising a crosslinkable matrix precursor, a porogen and a porous matrix prepared therefrom”. Which is hereby incorporated by reference in its entirety.
紫外線照射へ露光されるときに除去されやすいポロゲン材料の例は、限定はされないが、炭水化物材料、不安定な有機基、溶媒、分解性ポリマー、界面活性剤、デンドリマー、高分岐ポリマー、ポリオキシアルキレン化合物、又はこれらの組み合わせである。 Examples of porogen materials that are easily removed when exposed to ultraviolet radiation include, but are not limited to, carbohydrate materials, labile organic groups, solvents, degradable polymers, surfactants, dendrimers, hyperbranched polymers, polyoxyalkylenes A compound, or a combination thereof.
例えば、ポロゲン材料は、ブロック共重合体(例えば、ジブロックポリマー)である。当該ブロックが、ナノメータサイズのレンジで分離領域を提供するために混じる可能性がないならば、このような材料は、自己組織化されることが可能である。このようなブロック共重合体は、処理に適当な形態を得るために、溶媒を用いて又は溶媒を用いずに、架橋結合可能なマトリックスの前駆体に付加される。ブロック共重合体は、処理中に自己組織化することができる(例えば、スピンコートの後であるが、マトリックスが形成される前に)。ブロックの一個またはそれ以上は該マトリックスと反応するか、又は、該ブロックは反応しない。該ブロックのうち一個又はそれ以上は、該マトリックス又はその前駆体と相溶性(適合性)があってもよいが、好適には、少なくとも一個のブロックは、該マトリックスとの相溶性(適合性)はない。有効なポリマーのブロックは、マトリックスの前駆体、ポリスチレン(polystyrenes)等のポリビニル芳香族化合物(polyvinyl aromatics)、3)ポリビニルピリジン(polyvinylpyridines)、水酸化ポリビニル芳香族化合物(hydrogenated polyvinyl aromatics)、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン酸化物やポリプロピレン酸化物等のポリアルキレン酸化物、ポリエチレン(polyethylenes)、ポリ乳酸(polylactic acids)、
ポリシロキサン(polysiloxanes)、ポリカプロラクトン(polycaprolactones)、ポリカプロラクタム(polycaprolactams)、ポリウレタン(polyurethanes)、ポリメチルメタアクリレート(polymethylmethacrylate)若しくはポリメチルメタクリック酸(polymethylmethacrylic acid)等のポリメタクリレート(polymethacrylates)、ポリメチルアクリレート(polymethylacrylate)やポリアクリル酸(polyacrylic acid)等のポリアクリレート(polyacrylates)、ポリブタジェン(polybutadienes)やポリイソプレン(polyisoprenes)等のポリジェン(polydienes)、ポリビニル塩素化合物(polyvinyl chlorides)、ポリアセタール(polyacetals)、及びアミン基で冠された(覆われた)アルキレンオキサイド(amine-capped alkylene oxides)、の重合体を含みうる。
For example, the porogen material is a block copolymer (eg, a diblock polymer). Such materials can be self-assembled if the block is not likely to mix to provide a separation region in the nanometer sized range. Such block copolymers are added to a crosslinkable matrix precursor with or without a solvent to obtain a form suitable for processing. The block copolymer can be self-assembled during processing (eg, after spin coating but before the matrix is formed). One or more of the blocks reacts with the matrix or the blocks do not react. One or more of the blocks may be compatible (compatible) with the matrix or its precursor, but preferably at least one block is compatible (compatible) with the matrix. There is no. Effective polymer blocks include matrix precursors, polyvinyl aromatics such as polystyrenes, 3) polyvinyl pyridines, hydrogenated polyvinyl aromatics, polyacrylonitrile, Polyalkylene oxides such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyethylene (polyethylenes), polylactic acids (polylactic acids),
Polysiloxanes such as polysiloxanes, polycaprolactones, polycaprolactams, polyurethanes, polyurethanes, polymethylmethacrylate or polymethylmethacrylic acid, polymethylacrylates, polymethyl Polyacrylates such as polymethylacrylate and polyacrylic acid, polydienes such as polybutadienes and polyisoprenes, polyvinyl chlorides, polyacetals, And polymers of amine-capped conjugated oxides crowned (covered) with amine groups.
例えば、ポリスチレン及びポリメチルメタクリレートをベースにしたジブロックポリマーは、樹脂とジブロックポリマーの重量比が、好ましくは、約1:1以上、さらに好ましくは、2:1以上、及びさらに好ましくは3:1以上となるようは重量で、メシチレンのような適当な溶媒中のシクロテン(CYCLOTENE(登録商標))樹脂の溶液に加えられることが可能である。全固体分は、用途(使用方法)によるが、基本的には約1重量%以上、より基本的には約5重量%以上、最も基本的には約10重量%、かつ、基本的には約70重量%未満、より基本的には約50重量%未満、最も基本的には約30重量%未満である。それから、該溶液は、DVS−bisBCB樹脂の連続相において、ジブロックの共重合体の分散相を含有する薄膜を残しながら、シリコンウエハ上へスピンコートされることが可能である。そして、このフィルムは、架橋結合されたDVS−bisBCBの連続相のポリ(スチレン−b−メチルメタクリレート)の分散相を包含しつつ、かつ、架橋結合されたポリマー系を残しながら、照射によってキュアされることが可能である。例えば、このフィルムは、当該フィルムを効果的に架橋結合する第一のUV照射パターンへの露光によってキュアされることが可能である。そして、ジブロックの共重合体は、多孔性の架橋結合されたDVS−bisBCBポリマーを残すべく、紫外線照射への露光によって、分解又は除去されることが可能である。同様に、ポリスチレン及びポリブタジェノンをベースとするジブロックポリマーが、ジシクロペンタジェノン(例えば、3,3’−(オキシジ−1,4−フェルエレン)ビス(2,4,5−トリフェニシクロペンタジェノン(3,3'-(oxydi-1,4-phenylene)bis(2, 4,5-triphenycyclpentadienone)及びトリスアセチレン(例えば、1,3,5−トリス(フェニルエチニル)ベンゼン(1,3,5- tris(phenylethynyl)benzene))の、bステージ化した溶液に付加されることが可能である。 For example, diblock polymers based on polystyrene and polymethylmethacrylate preferably have a resin to diblock polymer weight ratio of about 1: 1 or more, more preferably 2: 1 or more, and more preferably 3 :. It can be added to a solution of cycloten (CYCLOTENE®) resin in a suitable solvent, such as mesitylene, by weight to be one or more. Depending on the application (use method), the total solid content is basically about 1% by weight or more, more basically about 5% by weight or more, most basically about 10% by weight, and basically Less than about 70% by weight, more basically less than about 50% by weight, and most basically less than about 30% by weight. The solution can then be spin coated onto a silicon wafer in the continuous phase of the DVS-bisBCB resin, leaving a thin film containing the dispersed phase of the diblock copolymer. The film is then cured by irradiation while including a dispersed phase of cross-linked DVS-bisBCB poly (styrene-b-methyl methacrylate) and leaving a cross-linked polymer system. Is possible. For example, the film can be cured by exposure to a first UV irradiation pattern that effectively cross-links the film. The diblock copolymer can then be decomposed or removed by exposure to ultraviolet radiation to leave a porous cross-linked DVS-bisBCB polymer. Similarly, diblock polymers based on polystyrene and polybutagenone are dicyclopentagenone (eg, 3,3 ′-(oxydi-1,4-ferelene) bis (2,4,5-triphenylcyclopenta). Genone (3,3 '-(oxydi-1,4-phenylene) bis (2, 4,5-triphenycyclpentadienone) and trisacetylene (eg, 1,3,5-tris (phenylethynyl) benzene (1,3,5 -tris (phenylethynyl) benzene)) can be added to b-staged solutions.
熱可塑性の、ホモポリマー及び乱雑な(ブロックとは対照的な)共重合体は、適当なポロゲン材料としても利用されうる。ここで使用されているように、「ホモポリマー」という語句は、単一のモノマーからの繰り返しの単位を含む組成物を意味する。適当な熱可塑性材料は、ポリスチレン(polystyrenes)、ポリアクリレート(polyacrylates)、ポリメタクリレート(polymethacrylates)、ポリブタジェン(polybutadienes)、ポリイソプレン(polyisoprenes)、ポリフェニレンオキサイド(polyphenylene oxides)、ポリプロピレンオキサイド(polypropylene oxides)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxides)、ポリ(ジメチルシロキサン)(poly(dimethylsiloxanes))、ポリテトラハイドロフラン(polytetrahydrofurans)、ポリエチレン(polyethylenes)、ポリシクロヘキシルエチレン(polycyclohexylethylenes)、ポリエチルオキサゾリン(polyethyloxazolines)、ポリビニルピリジン(polyvinylpyridines)、ポリカプロラクトン(polycaprolactones)、ポリ乳酸(polylactic acids)、これらの材料の共重合体及びこれらの材料の混合物を含む。当該熱可塑性材料は、本来的に、線状、枝分かれ状、超枝分かれ状、樹木状もしくは星状その他である。 Thermoplastic, homopolymers and messy (as opposed to block) copolymers can also be utilized as suitable porogen materials. As used herein, the phrase “homopolymer” means a composition comprising repeating units from a single monomer. Suitable thermoplastic materials are polystyrenes, polyacrylates, polymethacrylates, polybutadienes, polyisoprenes, polyphenylene oxides, polypropylene oxide, polyethylene Oxides (polyethylene oxides), poly (dimethylsiloxanes), polytetrahydrofurans (polytetrahydrofurans), polyethylene (polyethylenes), polycyclohexylethylenes (polycyclohexylethylenes), polyethyloxazolines (polyethyloxazolines), polyvinylpyridines (polyvinylpyridines) , Polycaprolactones, polylactic acids, copolymers of these materials and mixtures of these materials. The thermoplastic material is inherently linear, branched, hyperbranched, tree-like or star-like.
ポリスチレンは、ポリシクロペンタジェナン(polycyclopentadienone)及びポリアセチレン(polyacetylene)の熱硬化性の混合物またはbステージ化された生成物に適当なものである。ポリスチレンポリマーは、化学線によって(紫外線照射によって)分解され、元々のモノマーになり、それは、それからマトリックスから拡散される。公知のポリスチレンのいずれもが、ポロゲンとして役立つ。例えば、アニオンのポリマー化されたポリスチレン、シンジオタクチックのポリスチレン、非置換ポリスチレン、及び置換ポリスチレン(例えば、ポリ(α−メチルスチレン))が、すべてポロゲンとして使用される。 Polystyrene is suitable for thermosetting mixtures or b-staged products of polycyclopentadienone and polyacetylene. The polystyrene polymer is decomposed by actinic radiation (by UV irradiation) to become the original monomer, which is then diffused from the matrix. Any of the known polystyrenes can serve as porogens. For example, anionic polymerized polystyrene, syndiotactic polystyrene, unsubstituted polystyrene, and substituted polystyrene (eg, poly (α-methylstyrene)) are all used as porogens.
例えば、平均分子量8,500を持つアニオン重合したポリスチレンは、ポリシクロペンタジェノンとポリアセチレンとのポリアリレンのbステージ化した反応生成物と混合されることが可能である。そして、この溶液は、シリコンウエハ上へスピンコートされることができ、ポリアリレンのマトリックスの前駆体にポリスチレンの分散された相を含む薄膜を作製する。コーティングされたウエハは、例えばマトリックスを形成するためにホットプレート上で、若しくは紫外線照射にさらされることによって、425℃未満の温度に、熱的にキュアされることが可能であり、例えば、そのとき、ポリスチレンのポロゲンが、適当な紫外線照射パターンへ露光されることにより除去され、多孔性のポリアリレンマトリックスを形成することが可能である。ポロゲン材料の除去は、所望の適用次第で、誘電体のパターン化の前後に起こりうる。 For example, anionically polymerized polystyrene having an average molecular weight of 8,500 can be mixed with a polyarylene b-staged reaction product of polycyclopentagenone and polyacetylene. This solution can then be spin coated onto a silicon wafer to produce a thin film comprising a polyarylene matrix precursor with a dispersed phase of polystyrene. The coated wafer can be thermally cured, for example, on a hot plate to form a matrix, or by exposure to ultraviolet radiation, to a temperature below 425 ° C., eg, Polystyrene porogen can be removed by exposure to a suitable UV irradiation pattern to form a porous polyarylene matrix. Removal of the porogen material can occur before or after dielectric patterning, depending on the desired application.
ポロゲンはまた、ポリマー鎖のブロック状又は垂れ下がり状の置換物を形成するために、bステージ化の間又はそれに連続して架橋結合可能なマトリックス前駆体と反応するように設計される。このようにして、熱可塑性ポリマーであって、例えばビニール(vinyl)、アクリレート(acrylate)、メタクリレート(methacrylate)、アリル(allyl)、ビニルエーテル(vinyl ether)、メールイミド(maleimido)、スチリル(styryl)、アセチレン(acetylene)、ニトリル(nitrile)、フラン(furan)、シクロペンタジェノン(cyclopentadienone)、過フルオロエチレン(perfluoroethylene)、BCB、パイロン(pyrone)、プロピオレート(propiolate)、又はオルト−ジアセチレン(ortho-diacetylene)基が、架橋結合可能なマトリックスと化学的結合を形成することが可能であり、それから、熱可塑性物質が除去され、孔を残すことができる。熱可塑性ポリマーは、ポリスチレン(polystyrenes)、ポリアクリレート(polyacryclates)、ポリメタクリレート(polymethacrylates)、ポリブタジェン(polybutadienes)、ポリイソプレン(polyisoprenes)、ポリフェニレンオキサイド(polyphenylene oxides)、ポリプロピレンオキサイド(polypropylene oxides)、ポリエチレンオキサイド(polyethylene oxides)、ポリ(ジメチルシロキサン)(poly(dimethylsiloxanes)、ポリテトラハイドロフラン(polytetrahydrofurans)、ポリエチレン(polyethylenes)、ポリシクロヘキシレチレン(polycyclohexylethylenes)、ポリエチルオキサゾリン(polyethyloxazolines)、ポリカプロラクトン(polycaprolactones)、ポリ乳酸(polylactic acids)及びポリビニルピリジン、又はこれらの混合物の、ホモポリマー又は共重合ポリマーである。単一の反応基又は複数の反応基が、熱可塑性物質の上に存在する。反応基の数や型が、熱可塑性ポロゲンが、垂れ下がり状又はブロック状の物質として、マトリックスへ合体されるかどうかを決定する。熱可塑性物質は、本来的には、線状、枝分かれ状、超枝分かれ状、樹木状、又は星状である。 The porogen is also designed to react with a cross-linkable matrix precursor during or subsequently to b-staging to form a block or pendent replacement of the polymer chain. Thus, a thermoplastic polymer, such as vinyl, acrylate, methacrylate, allyl, vinyl ether, maleimido, styryl, Acetylene, nitrile, furan, cyclopentadienone, perfluoroethylene, BCB, pyrone, propiolate, or ortho-diacetylene ) Groups can form chemical bonds with the crosslinkable matrix, from which the thermoplastic material can be removed, leaving pores. Thermoplastic polymers include polystyrenes, polyacryclates, polymethacrylates, polybutadienes, polyisoprenes, polyphenylene oxides, polypropylene oxides, polyethylene oxides (polyoxides) polyethylene oxides, poly (dimethylsiloxanes), polytetrahydrofurans, polyethylenes, polycyclohexylethylenes, polyethyloxazolines, polycaprolactones, polycaprolactones Homopolymer or copolymer of polylactic acids and polyvinylpyridine, or a mixture thereof, single reactive group or multiple reactions The number and type of reactive groups determine whether the thermoplastic porogen is incorporated into the matrix as a pendant or block material. Specifically, they are linear, branched, hyperbranched, tree-like, or star-like.
例えば、低分子の重量(<10,000Mn)のポリプロピレングリコールオリゴマーは、ケイ皮酸エステル基で末端がキャップされ、そして、純(neat)DVS-bisBCBモノマーに対して約10乃至約30重量%付加されることが可能である。それから、この混合物は、加熱によりbステージ化され、メシチレンのような適当な溶媒で希釈化され、シリコンウエハ上へスピンコートされて、bステージ化されたDVS-bisBCBへ化学的に結合されたポリプロピレングリコールオリゴマーの分散された相を含む薄膜を作製する。それから、分散されたポリプロピレングリコールオリゴマーは、多孔性の架橋結合されたDVS-bisBCBのポリマーを残すために、適当な紫外線照射パターン及び処理に対する露光によって分解されることが可能である。 For example, low molecular weight (<10,000 Mn) polypropylene glycol oligomers are end-capped with cinnamate groups and add about 10 to about 30% by weight relative to neat DVS-bisBCB monomer. Can be done. This mixture is then b-staged by heating, diluted with a suitable solvent such as mesitylene, spin coated onto a silicon wafer, and chemically bonded to b-staged DVS-bisBCB. A thin film containing a dispersed phase of a glycol oligomer is prepared. The dispersed polypropylene glycol oligomer can then be decomposed by exposure to a suitable UV irradiation pattern and treatment to leave a porous, cross-linked DVS-bisBCB polymer.
ポリマー化されたポロジェンの所望の分子量は、例えば、マトリックスの前駆体とキュアされたマトリックスとの互換性、所望の孔寸法等の様々な要因により変化する。しかし、一般には、ポロゲンの数平均分子量は、約2,000から約100,000未満である。ポロゲンポリマーはまた、好適には狭い分子量分布を持つ。 The desired molecular weight of the polymerized porogen will vary depending on various factors such as compatibility between the matrix precursor and the cured matrix, the desired pore size, and the like. In general, however, the number average molecular weight of the porogen is from about 2,000 to less than about 100,000. The porogen polymer also preferably has a narrow molecular weight distribution.
ポロゲンはまた、約1nmから約50nmの平均径を持つ物質である。このような物質の例は、デンドリマーを含むものであって、ポリアミドアミン(PAMAM))デンドリマーは、デンドリテック社を通じて利用可能であり、ポリプロピレンイミンポリアミン(DAB-AM)デンドリマーは、DSM社から利用可能であり、フレヘット型のポリエーテルデンドリマー、パーセック型の液晶の単樹枝状結晶、単樹脂状のポリマー及び自己組織化されたマクロ分子、ボルトロン(Boltron)のHシリーズの樹脂状ポリエステル(商業的には、パーストップABが利用可能である)およびラテックス粒子、特にラテックスを含む架橋結合されたポリスチレンである。これらの物質は、架橋結合可能なマトリックスの前駆体とは反応せず、上記のように反応する。例えば、デンドリテック社製の、第2世代のPAMAM(ポリアミドアミン)デンドリマーは、ビニルベンジル塩素化合物とともに官能化し、デンドリマーの表面上のアミン基をビニルベンジル基の表面上で変換することができる。それから、この官能化されたデンドリマーは、メシチレンの中で、bステージ化したDVS-bisBCBの溶液に付加されることが可能である。そして、その混合物は、DVS-bisBCBのオリゴマー内で、PAMAMのデンドリマーの分散化された相(分散相)を得るために、シリコンウエハ上でスピンコートされることが可能である。当該薄膜は、架橋結合されたDVS-bisBCBの連続した相に化学的に結合されたPAMAMのデンドリマーの分散相を包含する架橋結合されたポリマー系を得るために熱的にキュアされることが可能である。それから、デンドリマーは、多孔性の架橋結合されたDVS-bisBCBのポリマーを得るために、紫外線照射への露光により分解されることが可能である。代わりに、パーストープAB(PerstorpAB)製、第4世代のボルストロンのデンドリックポリマー(H40)が、デンドリマーの表面上のヒドロキシ基をフェニルエステル基に変換するために、ベンゾイル塩素化合物の周辺で修飾されることが可能である。それから、この官能化されたデンドリマーは、ガンマ-ブチロラクタン及びシクロヘキサナンの溶媒の混合物内のポリシクロペンタジェン化合物と、ポリアセチレン化合物との部分的にポリマー化(すなわちbステージ化)された反応生成物の前駆体の溶液へ付加されることが可能である。それから、該混合物は、前駆体のオリゴマー内で、ボルトロンH40製の、ベンゼンのデンドリックポリマーの分散された相を得るために、シリコンウエハ上でスピンコートされることが可能である。この膜は、架橋結合されたポリマーの系を得るために熱的にキュア可能である。当該系は、架橋結合されたポリアリレンの連続相に化学的に結合されたデンドリマーの分散相を含む。そして、デンドリマーは、紫外線照射プロセスへの露光によって分解され、多孔性の架橋結合されたポリアリレンを得る。 Porogens are also substances having an average diameter of about 1 nm to about 50 nm. Examples of such materials include dendrimers where polyamidoamine (PAMAM) dendrimers are available through Dendritech and polypropyleneimine polyamine (DAB-AM) dendrimers are available from DSM. Flehette-type polyether dendrimers, Parsec-type liquid crystal monodendrites, single-resin-like polymers and self-assembled macromolecules, Boltlon H-series resinous polyesters (commercially , Parstop AB is available) and latex particles, especially crosslinked polystyrene containing latex. These materials do not react with the crosslinkable matrix precursors, but react as described above. For example, a second generation PAMAM (polyamidoamine) dendrimer from Dendritech can be functionalized with a vinylbenzyl chloride compound to convert the amine group on the surface of the dendrimer on the surface of the vinylbenzyl group. This functionalized dendrimer can then be added to a b-staged DVS-bisBCB solution in mesitylene. The mixture can then be spin-coated on a silicon wafer to obtain a dispersed phase (dispersed phase) of the PAMAM dendrimer within the DVS-bisBCB oligomer. The film can be thermally cured to obtain a cross-linked polymer system that includes a dispersed phase of PAMAM dendrimer chemically bonded to a continuous phase of cross-linked DVS-bisBCB It is. The dendrimer can then be decomposed by exposure to ultraviolet radiation to obtain a porous cross-linked DVS-bisBCB polymer. Instead, a fourth-generation bolstron dendritic polymer (H40) from Perstorp AB is modified around the benzoyl chloride compound to convert the hydroxy groups on the surface of the dendrimer to phenyl ester groups. It is possible. The functionalized dendrimer is then a partially polymerized (ie, b-staged) reaction product of a polycyclopentagen compound and a polyacetylene compound in a mixture of gamma-butyrolactan and cyclohexanane solvent. It can be added to the precursor solution. The mixture can then be spin-coated on a silicon wafer to obtain a dispersed phase of a benzene dendritic polymer made of Voltron H40 in the precursor oligomer. This membrane can be thermally cured to obtain a crosslinked polymer system. The system includes a dispersed phase of dendrimer chemically bonded to a continuous phase of cross-linked polyarylene. The dendrimer is then decomposed by exposure to an ultraviolet irradiation process to obtain porous cross-linked polyarylene.
一方、ポロゲンは溶媒にもなりえる。例えば、bステージ化されたプレポリマー又は部分的に架橋結合されたポリマーが、まず第一に、適当な溶媒又は気体の存在で膨潤されることが可能である。そして、この膨潤した材料は、構造的完全性を向上させるためにさらに架橋結合が可能である。適当な溶媒は、以下に限られないが、メシチレンピリジン(mesitylene, pyridine)、トリエチルアミン(triethylamine)、N-メチルピロリジナン(N-methylpyrrolidinone;NMP)、メチルベンゾエート(methyl benzoate)、エチルベンゾエート(ethyl benzoate)、ブチルベンゾエート(butyl benzoate)、シクロペンタノン(cyclopentanone)、シクロヘキサノン(cyclohexanone)、シクロヘプタノン(cycloheptanone)、シクロオクタノン(cyclooctanone)、シクロヘキシルピロリジノン(cyclohexylpyrrolidinone)、及びエーテル、又はヒドロキシ エーテル(hydroxy ethers)、 例えば、ジベンジルエーテル(dibenzylethers)、ジグリム(diglyme)、トリグリム(triglyme)、ジエチレングリコールエチルエーテル(diethylene glycol ethyl ether)、ジエチレングリコールメチルエーテル(diethylene glycol methyl ether)、ジプロピレングリコールメチルエーテル(dipropylene glycol methyl ether)、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(dipropylene glycol dimethyl ether)、プロピレングリコールフェニルエーテル(propylene glycol phenyl ether)、プロピレングリコールメチルエーテル(propylene glycol methyl ether)、トリプロピレングリコールメチルエーテル(tripropylene glycol methyl ether)、トルエン、キシレン、ベンゼン、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(dipropylene glycol monomethyl ether acetate)、ジクロロベンゼン(dichlorobenzene)、プロピレンカーボネート(propylene carbonate)、ナフタレン(naphthalene)、ジフェニルエーテル(diphenyl ether)、ブチロラクタン(butyrolactone)、ジメチルアセトアミド(dimethylacetamide)、ジメチルホルムアミド(dimethylformamide) 及びその混合物を含む。 On the other hand, porogens can also be solvents. For example, a b-staged prepolymer or partially cross-linked polymer can first be swollen in the presence of a suitable solvent or gas. This swollen material can then be further cross-linked to improve structural integrity. Suitable solvents include, but are not limited to, mesitylene pyridine, triethylamine, N-methylpyrrolidinone (NMP), methyl benzoate, ethyl benzoate ), Butyl benzoate, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone, cyclohexylpyrrolidinone, and ethers or hydroxy ethers ), For example, dibenzylethers, diglyme, triglyme, diethylene glycol ethyl ether, diethylene glycol methyl ether r), dipropylene glycol methyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, propylene glycol phenyl ether, propylene glycol methyl ether, tripropylene Glycol methyl ether, toluene, xylene, benzene, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dichlorobenzene, propylene carbonate, naphthalene, diphenyl ether ( diphenyl ether, butyrolactone, dimethylacetamide, dimethylformamide Comprising a mixture of the benefactor.
多孔性のマトリックス中の孔密度は、該マトリックスの誘電率を低下するのに十分高いが、該マトリックスを、所望のマイクロエレクトロニクスデバイス(例えば、集積回路(IC)、マルチチップモジュール又はフラットパネルディスプレイ装置)の製造に必要とされるプロセスプロセスに耐えうることが可能なほど十分に低いのである。好適には、孔の密度が、3.0未満、好ましくは2.5未満、より好ましくは2.0未満のときに、マトリックスの誘電率を低めるのに十分である。好ましくは、孔の密度は、多孔性マトリックスの全体積を基にして、少なくとも5体積%、より好ましくは少なくとも10体積%、もっとも好ましくは少なくともせいぜい20体積%、及び、70体積%以下、より好ましくは60体積%である。 The pore density in the porous matrix is high enough to reduce the dielectric constant of the matrix, but the matrix can be used in any desired microelectronic device (eg, integrated circuit (IC), multichip module or flat panel display device). ) Is sufficiently low to be able to withstand the process steps required for manufacturing. Suitably, it is sufficient to reduce the dielectric constant of the matrix when the density of the pores is less than 3.0, preferably less than 2.5, more preferably less than 2.0. Preferably, the pore density is at least 5% by volume, more preferably at least 10% by volume, most preferably at most 20% by volume and not more than 70% by volume, more preferably based on the total volume of the porous matrix. Is 60% by volume.
孔の平均径は、好ましくは約400nm未満、より好ましくは100nm未満、さらにより好ましくは50nm未満、それよりも好ましくは20nm未満、最も好ましくは10nm未満である。 The average diameter of the pores is preferably less than about 400 nm, more preferably less than 100 nm, even more preferably less than 50 nm, more preferably less than 20 nm, and most preferably less than 10 nm.
適当なマトリックス及びマトリックス前駆体は、一般には、以下に限る意図はないが、シリコンを含むポリマー又はこのようなポリマーに対する前駆体であって、例えば、メチルシルセスキオキサン(methyl silsesquioxane)、水素化シルセスキオキサン(hydrogen silsesquioxane)、アダマンティンをベースとする熱硬化性の組成物(adamantine based thermosetting compositions)、例えば、架橋結合されたポリフェニレン(cross-linked polyphenylene)、ポリアリルエーテル(polyaryl ether)、ポリスチレン(polystyrene)、架橋結合されたポリアリレン(crosslinked polyarylene)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、芳香族のポリカーボネート(aromatic polycarbonate)、芳香族のポリイミド(aromatic polyimide)等である。 Suitable matrices and matrix precursors are generally, but not limited to, polymers containing silicon or precursors to such polymers, such as methyl silsesquioxanes, hydrogenated Hydrogen silsesquioxane, adamantine based thermosetting compositions such as cross-linked polyphenylene, polyaryl ether, Examples thereof include polystyrene, cross-linked polyarylene, polymethylmethacrylate, aromatic polycarbonate, aromatic polyimide, and the like.
化合物を含む適当なシリコンは、一般にシリコン、カーボン、酸素、水素原子、さらに一般に称されるところのSiCOH誘電体を含む。化合物を含む例示されるところのシリコンは、(i)シルセキオキサン、(ii)アルコキシシラン、好ましくは、部分的に濃縮されたアルコキシラン(例えば、約500から20,000のMnを持つテトラエトキシランの制御された加水分解により部分的に濃縮される。)、(iii)Rが有機の置換体であるところの化合物RSiO3及びR2SiO2を持つ有機的に修飾されたシリケート、及び(iv)オルトシリケート、好ましくは、化合物Si(OR)4を持つオルトシリケート、好ましくは、部分的に濃縮された化合物Si(OR)4を持つ、部分的に濃縮されたオルトシリケートを含む。当業者に知られているように、シルセスキオキサン(silsesquioxanes)は、Rが有機置換体である(RSiO1.5)n型のポリマーのシリケート材料である。化合物を含む二以上の異なるシリコンの組み合わせも使用されえる。 Suitable silicon containing compounds generally include silicon, carbon, oxygen, hydrogen atoms, and more commonly referred to as SiCOH dielectrics. Exemplary silicon containing compounds include (i) silsesquioxane, (ii) alkoxysilanes, preferably partially enriched alkoxylanes (eg, tetraethoxylane having a Mn of about 500 to 20,000). Partially concentrated by controlled hydrolysis)), (iii) organically modified silicates with compounds RSiO 3 and R 2 SiO 2 , where R is an organic substituent, and (iv) Orthosilicates, preferably orthosilicates with compound Si (OR) 4 , preferably partially concentrated orthosilicates with partially concentrated compound Si (OR) 4 are included. As known to those skilled in the art, silsesquioxanes are (RSiO 1.5 ) n-type polymeric silicate materials where R is an organic substituent. A combination of two or more different silicon containing compounds can also be used.
化合物を含む適当なシリコンは、当業者に知られており、及び/又は付属的なテキスト、特許および文献に記載されている。例えば、タンニー(Tunney)等への米国特許5,384,376号、ホーカー(Hawker)等への米国特許6,107,357号、カーター(Carter)等への米国特許6,143,643号、並びにケミカルレヴュー´95(Chem.Rev.)の1409頁から1430頁(1995年刊)を参照されたい。好ましくは、化合物を含むシリコンは、シルセスキオキサン(silsesquioxane)である。適当なシルセキオキサンは、以下に限られないが、水素化シルセスキオキサン、アルキル (好ましくは低アルキル、例えばメチル)シルセスキオキサン、アリル(例えばフェニル)又はアルキル/アリルシルセスキオキサン及びシルセスキオキサンの共重合体(例えば、ポリイミドやシルセスキオキサンの共重合体)を含む。 Suitable silicon containing compounds are known to those skilled in the art and / or are described in the accompanying text, patents and literature. For example, U.S. Pat. No. 5,384,376 to Tunney et al., U.S. Pat. No. 6,107,357 to Hawker et al., U.S. Pat. No. 6,143,643 to Carter et al., And Chemical Review '95 (Chem. Rev.), pages 1409 to 1430 (published in 1995). Preferably, the silicon containing compound is silsesquioxane. Suitable silsesquioxanes include, but are not limited to, hydrogenated silsesquioxanes, alkyl (preferably low alkyl, eg, methyl) silsesquioxane, allyl (eg, phenyl) or alkyl / allyl silsesquioxane and silsesquioxane. Oxane copolymers (for example, polyimide and silsesquioxane copolymers).
環状のシロキサン又は誘電体前駆体をベースにした他のシリコンは、ポロゲンを含むシリコンも運搬される半導体の近傍に、運搬されうる。上述されたように、このことは、従来のCVD又は他の堆積方法を通じてなし得る。この態様では、誘電体の前駆体をベースとしたシリコン及びポロゲンを含むシリコンが合成され、上記のポロゲン物質を形成する。 Other silicon based cyclic siloxanes or dielectric precursors can be transported in the vicinity of the semiconductor where the porogen-containing silicon is also transported. As mentioned above, this can be done through conventional CVD or other deposition methods. In this embodiment, silicon based on a dielectric precursor and silicon containing a porogen are synthesized to form the porogen material described above.
ポロゲン材料のポロゲンを含む有機シリコンは、熱的に開裂可能な有機基を含む。一実施形態では、ポロゲン材料は、開裂可能な有機基を放出するために、紫外線への露光によって活性化される。ポロゲンを含むこのようなシリコンは、アルキル、フルオロアルキル、過フルオロアルキル、シクロアルキル、アリル、フルオロアリル、ビニル、アリル、又はそのほかの側鎖を含む。他の実施形態では、ポロゲンを含むシリコンは、t−ブチル又はアミル基のような、三級アルキル基である紫外線照射開裂可能な紫外線照射を含む。使用されたポロゲンを含む特別なシリコンは、誘電体前駆体を基にしたシリコンとの互換性、形成されるべき孔の、寸法及び量、及びポロゲン類(porogenesis)を活性化するときに使用される所望のパラメータのような因子による設計の選択に関する事柄である。 The organosilicon containing porogen of the porogen material contains thermally cleavable organic groups. In one embodiment, the porogen material is activated by exposure to ultraviolet light to release cleavable organic groups. Such silicon containing porogens include alkyl, fluoroalkyl, perfluoroalkyl, cycloalkyl, allyl, fluoroallyl, vinyl, allyl, or other side chains. In other embodiments, the silicon containing porogen comprises ultraviolet radiation cleavable ultraviolet radiation that is a tertiary alkyl group, such as t-butyl or amyl groups. The special silicon containing porogen used is used to activate compatibility with dielectric precursor based silicon, the size and amount of pores to be formed, and porogenesis. This is a matter related to the selection of the design by factors such as desired parameters.
さらにまた、誘電体の前駆体を基にしたシリコンは、例えば、テトラメチルシクロテトラシロキサン(tetramethylcyclotetrasiloxane)、ヘキサメチルシクロテトラシロキサン(hexamethylcyclotetrasiloxane)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(octamethylcyclotetrasiloxane)を含む。 Furthermore, silicon based dielectric precursors include, for example, tetramethylcyclotetrasiloxane, hexamethylcyclotetrasiloxane, and octamethylcyclotetrasiloxane.
マトリックスの前駆体の種類(クラス)の一つは、熱硬化性の、ベンゾシクロブテン(BCBS)又はそのbステージ化された生産物を含む。例えば、1,3ビス(2−バイシクロ[4.2.0]オクタ−1,3,5−トリエン−3−イレチニル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(1,3-bis(2-bicyclo[4.2.0]octa-1,3,5-trien-3-ylethynyl)-1,1,3,3- tetramethyldisiloxane) (DVS-bisBCBとする。)として称される。)が適当であり、そのbステージ化された樹脂は、シクロテン(CYCLOTENE(登録商標))として商業的に利用可能である。 One type of matrix precursor includes thermoset benzocyclobutene (BCBS) or its b-staged product. For example, 1,3-bis (2-bicyclo [4.2.0] octa-1,3,5-triene-3-iletinyl) -1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (1,3-bis (2-bicyclo [4.2.0] octa-1,3,5-trien-3-ylethynyl) -1,1,3,3-tetramethyldisiloxane) (referred to as DVS-bisBCB). ) Is suitable and the b-staged resin is commercially available as cycloten (CYCLOTENE®).
マトリックス材料の他の種類(クラス)はポリアリレンを含む。ここで使用されているように、「ポリアリレン」という語句は、繰り返しのアリレン単位から作製された、骨格を持つ化合物若しくは骨格において他の橋渡し単位と共にアリレン単位を持つ化合物、ポリアリレンエーテルの中の酸素を持つ化合物を含む。商業的に利用可能なポリアリレン化合物の例は、シルク(SiLK(登録商標))半導体誘電体(ダウケミカル社製)、フレア(Flare(登録商標))誘電体(アライドシグナル社製)、ヴェロックス(Velox(登録商標))(ポリアリレンエーテル)(エアプロダクト/シュマハー製)を含む。ポリアリレンのマトリックスの前駆体の一の種類(クラス)は、熱硬化性の化合物またはポリシクロペンタノンとポリアセチレンのbステージ化された生産物である。この発明の化合物で使用される熱硬化性又は架橋結合可能なポリアリレンの例では、モノマーを含む。例えば、芳香族の環において互いにオルトの位置にあるエチニリックと置換される芳香族化合物や、芳香族のアセチレン化合物とポリアリレンエーテルで組み合わされたサイクロペンタジェノン官能基を含む化合物である。さらに好適には、熱硬化性の化合物は、上述のモノマーの部分的にポリマー化された反応化合物(即ち、bステージ化オリゴマー)を含む。 Another type (class) of matrix material includes polyarylene. As used herein, the phrase “polyarylene” refers to compounds in the polyarylene ether that are made from repeating arylene units, compounds with a skeleton, or compounds having an arylene unit with other bridging units in the skeleton. Includes compounds with oxygen. Examples of commercially available polyarylene compounds include silk (SiLK®) semiconductor dielectric (Dow Chemical), flare (Flare®) dielectric (Allide Signal), Velox. (Registered trademark)) (polyarylene ether) (air product / manufactured by Schumacher). One class (class) of polyarylene matrix precursors is a thermosetting compound or b-staged product of polycyclopentanone and polyacetylene. Examples of thermosetting or crosslinkable polyarylenes used in the compounds of this invention include monomers. For example, there are aromatic compounds that are substituted with ethenylic at the ortho positions relative to each other in an aromatic ring, and compounds that contain a cyclopentagenone functional group combined with an aromatic acetylene compound and a polyarylene ether. More preferably, the thermosetting compound comprises a partially polymerized reactive compound (ie, a b-staged oligomer) of the aforementioned monomers.
マトリックスの前駆体は、ポリシクロペンタジェノン(polycyclopentadienone)とポリアクリレート(polyacetylene)との熱可塑性の混合物またはこれらのbステージ化した生成物を含むとき、当該前駆体が、好適には、キュアリングプロセスの間に、枝分かれが比較的早期に起こることを特徴としている。このキュアプロセスにおいて早期に枝分かれしたマトリックスが形成されることで、マトリックスの分子の欠落を防止し、かつ、キュアプロセスの間、可能性のある孔の破壊を最小化する。このことを達成する一つのアプローチは、3:4より大、好ましくは2:1、より好ましくは1:1といった、前駆体化合物における、シクロペンタジェノン(cyclopentadienone)の官能価と、アセチレンの官能価との比を用いることである。3重量部の3,3’(オキシジ−1,4−フェニレン)ビス(2,4,5−)トリフェニル(2−4−5(トリフェニルシクルペンタジェノン(3,3'-(oxydi-1,4-phenylene)bis(2,4,5-triphenycyclpentadienone)および、2重量部の21,3,5トリ(フェニルエチル)ベンゼン(parts 1,3,5-tris(phenylethynyl)benzene)(以上、モル比)が、このような系の例である。一方、熱可塑性混合物を架橋結合することが可能な付加的な試薬又はポリシクロペンタジェノン(polycyclopentadienone)とポリアセチレン(polyacetylene)とをbステージ化した生産物が、キュアプロセスの間に、マトリックスの弾性係数の低下を最小化するために添加可能である。適当な試薬の例は、ビスオルトジアセチレン(bisorthodiacetylenes)、モノオルトジアセチレン(monoorthodiacetylenes)、ビストリアゼン(bistriazenes)、テトラジン(tetrazines)、例えば、1,3−ジフェニルテトラジン(1,3-diphenyltetrazine)、ビスアジド(bisazides)、 例えば、ビスサルフォニラジド(bissulfonylazides)、及びジ過オキサイド(diperoxides)を含む過オキサイド(peroxides)である。 When the matrix precursor comprises a thermoplastic mixture of polycyclopentadienone and polyacetylene or their b-staged product, the precursor is preferably a curing process. During this period, branching occurs relatively early. An early branched matrix is formed in this cure process to prevent loss of matrix molecules and to minimize possible breakage of the pores during the cure process. One approach to accomplishing this is to have cyclopentadienone functionality and acetylene functionality in the precursor compound, such as greater than 3: 4, preferably 2: 1, more preferably 1: 1. And use the ratio. 3 parts by weight of 3,3 ′ (oxydi-1,4-phenylene) bis (2,4,5-) triphenyl (2-4-5 (triphenylcycle pentagenone (3,3 ′-(oxydi-1 , 4-phenylene) bis (2,4,5-triphenycyclpentadienone) and 2 parts by weight of 21,3,5-tris (phenylethynyl) benzene (more than moles Ratio) is an example of such a system, while an additional reagent capable of cross-linking thermoplastic mixtures or the production of b-staged polycyclopentadienone and polyacetylene Can be added during the curing process to minimize the loss of elastic modulus of the matrix Examples of suitable reagents are bisorthodiacetylenes, monoorthodiacetylenes, bistriazenes ( bistriazenes), tetrazines, such as 1,3-diphenyltetrazine, bisazides, such as bissulfonylazides, and diperoxides Peroxides.
多孔性のマトリックスの準備に適当なマトリックスの前駆体の第三の例は、熱可塑性の過フルオロエチレンモノマー(3個以上の官能基を持つ)又はこれをbステージ化した生産物、例えば、1,1,1−トリス(4−トリフルオロビニルオキシフェニル)エタン(1,1,1-tris(4-trifluorovinyloxyphenyl)ethane)である。熱可塑性の過フルオロエチレンモノマーはまた、便利なことに、二つの官能基を持つ過フルオロエチレンと共重合反応する。他の適当なポリアリレンマトリックスの前駆体は、熱可塑性のbis-oのジアセチレン又はこれをbステージ化した生産物である。 A third example of a matrix precursor suitable for the preparation of a porous matrix is a thermoplastic perfluoroethylene monomer (having more than two functional groups) or a b-staged product thereof, such as 1 1,1-tris (4-trifluorovinyloxyphenyl) ethane. Thermoplastic perfluoroethylene monomers also conveniently copolymerize with perfluoroethylene having two functional groups. Other suitable polyarylene matrix precursors are thermoplastic bis-o diacetylenes or b-staged products thereof.
集積回路(IC)の製造中において、ポロゲン材料を包含する低kの誘電体材料は、適当な基板へ堆積され、そして、例えば、前述のように金属相互接続形成の前後で、紫外線放射プロセスへ露光される。適当な基板は、以下に限られないが、シリコン、絶縁物上のシリコン(SOI)、シリコンゲルマニウム、シリコンジオキサイド、ガラス、シリコンナイトライド、セラミックス、アルミニウム、銅、ガリウム砒素、ポリカーボネードのようなプラスチック、FR−4のような回路基板、ポリイミド、アルミニウムナイトライド−アルミナのような混成基板等である。このような基板はさらにその上に薄膜を含んでもよい。このような薄膜は、以下に限られないが、金属ナイトライド(金属窒化物)、金属カーバイド、メタルシリサイド、メタルオキサイド、及びこれらの混合物である。多層の集積回路(IC)デバイスでは、絶縁され、平坦化された回路線の基礎をなす層も基板として機能を果たすことができる。しかし、基板やデバイスの選択は、温度や圧力における基板上の熱的安定性及び化学的安定性よってのみに制限される。 During integrated circuit (IC) fabrication, a low-k dielectric material, including porogen material, is deposited onto a suitable substrate and subjected to an ultraviolet radiation process, for example, before and after metal interconnect formation as described above. Exposed. Suitable substrates include, but are not limited to, plastics such as silicon, silicon on insulator (SOI), silicon germanium, silicon dioxide, glass, silicon nitride, ceramics, aluminum, copper, gallium arsenide, polycarbonate Circuit boards such as FR-4, hybrid substrates such as polyimide and aluminum nitride-alumina. Such a substrate may further include a thin film thereon. Such thin films include, but are not limited to, metal nitrides (metal nitrides), metal carbides, metal silicides, metal oxides, and mixtures thereof. In multilayer integrated circuit (IC) devices, the underlying layers of insulated and planarized circuit lines can also serve as substrates. However, the choice of substrate or device is limited only by the thermal and chemical stability on the substrate at temperature and pressure.
ポロゲン材料を包含する低kの誘電体材料は、UV照射器において処理される。このUV照射器は、好ましくは最初に、窒素、ヘリウム又はアルゴンでパージ(浄化)され、UV照射を、最小のスペクトル吸光度を用いて処理チャンバーへ取り入れる。誘電体材料は、処理チャンバー内部に位置決めされる。この処理チャンバーは、隔離されてパージされ、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、水蒸気、そして、xが1から6の間の整数、yが4から14の間の整数、zが1から3までの整数であるCOz、Oz、CxHy、CxFy及びCxHzFy(これらは適用によって使用される)並びにこの混合物を例とするガスを用いて処理を実行する。この点に関して、真空条件で、又は酸素が存在しない条件で、若しくは酸化ガスを用いた条件で、UVキュアは起こりうる。UV光源は、マイクロ波で駆動可能であり、アーク放電、誘電バリア放電又は電子衝撃によって発生する。さらに、異なるスペクトル分布を持つUV発生可能な管球、例えば、アクセリス社(マサチューセッツ社のベバリー在)から入手可能なタイプI又はIIで識別されるマイクロ波無電極管球のように、その適用次第で選択される。タイプI及びタイプIIの管球から得られるスペクトルであって、UVキュアの使用に適当なものは、図1、図2のそれぞれに示されている。 Low k dielectric materials, including porogen materials, are processed in a UV irradiator. The UV irradiator is preferably first purged (purged) with nitrogen, helium or argon, and the UV radiation is introduced into the processing chamber using minimal spectral absorbance. The dielectric material is positioned inside the processing chamber. The process chamber is isolated and purged, nitrogen, hydrogen, argon, helium, neon, water vapor, and x is an integer between 1 and 6, y is an integer between 4 and 14, z is 1 to 3 The process is carried out with COz, Oz, CxHy, CxFy and CxHzFy (which are used depending on the application) which are integers up to and a gas exemplified by this mixture. In this regard, UV curing can occur under vacuum conditions, in the absence of oxygen, or with oxidizing gas. The UV light source can be driven by microwaves and is generated by arc discharge, dielectric barrier discharge or electron impact. Furthermore, depending on its application, such as UV-capable bulbs with different spectral distributions, for example microwave electrodeless bulbs identified by type I or II available from Axcelis (Beverly, Massachusetts). Selected. Spectra obtained from Type I and Type II tubes suitable for use with UV cure are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
ウエハ温度は、付加的に赤外光源、光光源(optical light source)、熱表面又は光源自身によって、室温から450℃の範囲で制御される。処理圧力は、大気圧未満、それより大若しくはそれに等しくされうる。典型的には、UVでキュアされた誘電体材料は、300秒未満又は約300秒で、さらに特別には、約60秒と約180秒との間で、UV処理される。さらに、UV処理は、約室温と約450℃の間の温度、大気圧未満、それより大又はそれに等しい処理圧力、約0.1から約2000mW/cm2の間のUVパワー、約100から約400nmの間のUV波長のスペクトルで実行可能である。さらに、UVキュアされた誘電体材料は、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、水素、水蒸気、xが1から6の間の整数、yが4から14の間の整数、zが1から3の間の整数であるCOz、CxHy、CxFy、CxHzFy、空気、及びこれらの組み合わせを例とする処理ガスのパージでUV処理可能である。 The wafer temperature is additionally controlled in the range from room temperature to 450 ° C. by an infrared light source, an optical light source, a hot surface or the light source itself. The processing pressure can be less than, greater than or equal to atmospheric pressure. Typically, a UV cured dielectric material is UV treated in less than 300 seconds or about 300 seconds, and more particularly between about 60 seconds and about 180 seconds. Further, the UV treatment may include a temperature between about room temperature and about 450 ° C., a treatment pressure less than, greater than or equal to atmospheric pressure, a UV power between about 0.1 and about 2000 mW / cm 2 , about 100 to about It is feasible with a spectrum of UV wavelengths between 400 nm. Further, the UV-cured dielectric material is nitrogen, oxygen, argon, helium, hydrogen, water vapor, x is an integer between 1 and 6, y is an integer between 4 and 14, and z is between 1 and 3. It is possible to perform UV processing by purging with a processing gas such as COz, CxHy, CxFy, CxHzFy, air, and combinations thereof, which are integers of
UVキュアされた誘電体材料の弾性係数及び材料の硬さは、炉による(熱的な)キュアされた又はまったくキュアされない誘電体材料と比較して向上する。炉によるキュア又はまったくキュアされないで、改良された低kの材料は、典型的には、誘電率が約1.6と約2.7との間のときに、約0.5ギガパスカル(GPa)と約8GPaとの間の弾性係数を持つ。典型的には、UVキュアされた誘電体材料の弾性係数は、2.5GPaより大もしくは約2.5GPaであり、より典型的には、約4GPaと約12GPaとの間にある。炉でキュアされた、又は全くキュアされないフィルムの材料の硬さは、約0.1GPaである。典型的には、UVキュアされた誘電体材料の材料の硬さは、0.25GPaより大もしくは約0.25GPaであり、より典型的には、約0.25GPaと約1.2GPaとの間にある。 The modulus of elasticity and material hardness of a UV-cured dielectric material are improved compared to a furnace material (thermally) cured or not cured at all. Improved low-k materials that are cured by a furnace or not at all are typically about 0.5 gigapascals (GPa) when the dielectric constant is between about 1.6 and about 2.7. ) And about 8 GPa. Typically, the modulus of elasticity of a UV cured dielectric material is greater than or about 2.5 GPa, more typically between about 4 GPa and about 12 GPa. The hardness of the material of the film cured in the furnace or not cured at all is about 0.1 GPa. Typically, the hardness of the UV-cured dielectric material is greater than or about 0.25 GPa, more typically between about 0.25 GPa and about 1.2 GPa. It is in.
本開示内容がより容易に理解されるために、参照事項が、次の実施例により示される。これら実施例は発明を例示するための目的のものであるが、発明の範囲を限定するものではない。 In order that the present disclosure may be more readily understood, reference is made to the following examples. These examples are intended to illustrate the invention, but are not intended to limit the scope of the invention.
実施例1. この実施例では、フィルムを包含する、独自開発のCVDで堆積されたSiCOHポロゲンを含んだシリコン基板が、製造業者によって供給された。フィルムは、アクセリステクノロジー社から取得可能なラピッドキュア露光ツール(RapidCure Exposure tool)において、350℃で、異なる紫外線照射パターンへ露光され、かつFTIR分析が行われた。紫外線照射パターンは、不活性雰囲気中で、タイプI又はタイプIIのマイクロ波無電極管球を用いて形成された。UV照射への露光を含まない制御が、当該分析の中に含まれるようにされた。図3に示されたように、約3000cm−1におけるポロゲンに関連する吸光度が、波長への従属(波長と従属関係にあること)を明確に示している。240nmよりも短い波長(図1に示されたタイプIの管球のスペクトル)では、実質的な照射がない紫外線照射への露光は、ポロゲン除去を示さなかった。この吸光度スペクトルは上記制御の場合に類似している。対照的に、上記制御に比較して240nm未満の波長(図2に示されたタイプIIの管球)での広帯域の紫外線照射への露光は、肩部のピークを除去することによって証明されるようにポロゲンを実質的に除去した結果となった。したがって、より効果的なポロゲンの除去は、240nmよりも長い波長での露光と比べられた約180nmから240nmの露光波長で観察された。 Example 1. In this example, a silicon substrate containing a proprietary CVD-deposited SiCOH porogen, including a film, was supplied by the manufacturer. The film was exposed to different UV radiation patterns at 350 ° C. and subjected to FTIR analysis in a RapidCure Exposure tool available from Axcelis Technology. The ultraviolet irradiation pattern was formed using a type I or type II microwave electrodeless tube in an inert atmosphere. Controls that did not include exposure to UV radiation were included in the analysis. As shown in FIG. 3, the absorbance associated with the porogen at about 3000 cm −1 clearly shows the dependence on wavelength (which is dependent on the wavelength). At wavelengths shorter than 240 nm (type I tube spectrum shown in FIG. 1), exposure to ultraviolet radiation without substantial illumination did not show porogen removal. This absorbance spectrum is similar to the case of the above control. In contrast, exposure to broadband ultraviolet radiation at wavelengths below 240 nm (type II tube shown in FIG. 2) compared to the above control is evidenced by removing the shoulder peaks. As a result, the porogen was substantially removed. Thus, more effective porogen removal was observed at exposure wavelengths from about 180 nm to 240 nm compared to exposure at wavelengths longer than 240 nm.
実施例2. この実施例では、フィルムを包含する、独自に開発したCVDによって堆積されたSiCOHを含んだシリコン基板が、製造業者により提供された。この基板は、タイプIのマイクロ波の無電極管球を使いながら、実施例1に従って処理された。図4は、UV露光前後のスペクトルを示している。約950cm−1における吸光度のピークによって証明されているように、UV照射への露光は、Si−Oの架橋結合の増加を示しながら(これは、最初にSi−OHの官能基を減じることによって生じさせられたもので、約1300cm−1におけるSi−CH3の吸光度に関連したピークが、露光の前後において変わらなかったものである。)、Si−Oの架橋結合に関連した吸光の強度を広げた。3000cm−1におけるポロゲン吸光度に関連した強度パターンの分析が、ポロゲンが、紫外線照射へ露光された後で、低kの誘電体フィルムにおいて残存していることを示した。 Example 2. In this example, a silicon substrate containing SiCOH deposited by proprietary CVD, including a film, was provided by the manufacturer. The substrate was processed according to Example 1 using a Type I microwave electrodeless tube. FIG. 4 shows the spectra before and after UV exposure. As evidenced by the absorbance peak at about 950 cm −1 , exposure to UV radiation showed an increase in Si—O cross-linking (this was by first reducing the Si—OH functionality). The peak associated with the absorbance of Si—CH 3 at about 1300 cm −1 did not change before and after exposure)), broadening the intensity of absorbance associated with the cross-linking of Si—O. It was. Analysis of the intensity pattern associated with porogen absorbance at 3000 cm −1 showed that the porogen remains in the low-k dielectric film after exposure to ultraviolet radiation.
本開示内容は、例示の実施形態を参照して記載されてきたが、当該開示内容の範囲を逸脱することなく、様々な変更がなされることが可能であり、かつ均等物が各要素と代替可能であることが、当業者によって理解される。加えて、多くの改良が、当該開示範囲の本質的な範囲を逸脱することなく、当該開示の教示に、特別(特殊)な場合や材料を適合させることが可能である。それゆえに、当該開示内容は、この開示内容を実施するために熟考されたベストモードとして開示された特別な実施形態に限定されることはないが、当該開示内容は、付属の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが、意図されている。 Although the present disclosure has been described with reference to exemplary embodiments, various changes can be made without departing from the scope of the disclosure, and equivalents may be substituted for each component. It will be appreciated by those skilled in the art that this is possible. In addition, many modifications may be made to adapt special cases or materials to the teachings of the disclosure without departing from the essential scope thereof. Therefore, the disclosure is not limited to the specific embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out the disclosure, but the disclosure is within the scope of the appended claims. It is intended to include all embodiments falling within.
Claims (9)
マトリックス及びポロゲン材料を含む低kの誘電体材料を、基板上に堆積させ、
前記低kの誘電体材料を、240ナノメータより長い波長を有する第一の紫外線照射パターンに露光させ、
前記第一の紫外線照射パターンが、前記低kの誘電体材料の架橋結合密度を高め、かつ、前記ポロゲン材料の濃度が前記第一の紫外線照射パターンへの露光の前後で、同一の状態に維持されるようにし、
さらに、前記低kの誘電体材料をパターン化し、かつ、前記パターン化された低kの誘電体材料の中に金属の相互接続構造を形成し、次に、
前記低kの誘電体材料を240ナノメータ未満の広帯域の波長を有する第二の紫外線照射パターンに露光して、前記ポロゲン材料を前記マトリックスから取り除き、そして、多孔性の低kの誘電体材料を形成することを特徴とするプロセス。 A process of forming an electrical interconnect structure comprising:
A dielectric material having a low k comprising a matrix and a porogen material, is deposited on the substrate,
Exposing the low-k dielectric material to a first ultraviolet radiation pattern having a wavelength longer than 240 nanometers;
The first UV irradiation pattern increases the cross-linking density of the low-k dielectric material, and the concentration of the porogen material remains the same before and after exposure to the first UV irradiation pattern. To be
And patterning the low-k dielectric material and forming a metal interconnect structure in the patterned low-k dielectric material;
Exposing the low-k dielectric material to a second ultraviolet radiation pattern having a broadband wavelength of less than 240 nanometers to remove the porogen material from the matrix and form a porous low-k dielectric material process which features to Rukoto.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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