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JP2000100808A - Insulating film forming material and semiconductor device including insulating film formed from the material - Google Patents

Insulating film forming material and semiconductor device including insulating film formed from the material

Info

Publication number
JP2000100808A
JP2000100808A JP10272742A JP27274298A JP2000100808A JP 2000100808 A JP2000100808 A JP 2000100808A JP 10272742 A JP10272742 A JP 10272742A JP 27274298 A JP27274298 A JP 27274298A JP 2000100808 A JP2000100808 A JP 2000100808A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
polymer
semiconductor device
monovalent hydrocarbon
hydrocarbon group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10272742A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Nakada
義弘 中田
Shunichi Fukuyama
俊一 福山
Jo Yamaguchi
城 山口
Katsumi Suzuki
克己 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP10272742A priority Critical patent/JP2000100808A/en
Publication of JP2000100808A publication Critical patent/JP2000100808A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Polyethers (AREA)
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低誘電率化による寄生容量の低減効果を最大
限に活かして高速デバイスの実現を可能とし、更に耐熱
性、耐湿性に優れ、銅の拡散を抑制する新しい低誘電率
絶縁膜形成材料と、この材料から形成した絶縁膜を含む
高速で信頼性の高い半導体装置を提供する。 【解決手段】 本発明の絶縁膜形成材料は、主鎖骨格中
にアダマンタン環を含むアリーレンエーテル系ポリマか
らなり、その溶媒溶液を基板に塗布し、加熱処理を施し
て絶縁膜を形成する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To realize a high-speed device by maximizing the effect of reducing the parasitic capacitance by reducing the dielectric constant, furthermore, it is superior in heat resistance and moisture resistance and suppresses copper diffusion. Provided is a material for forming a dielectric constant insulating film, and a high-speed and highly reliable semiconductor device including the insulating film formed from the material. SOLUTION: The insulating film forming material of the present invention is composed of an arylene ether-based polymer having an adamantane ring in a main chain skeleton, and a solvent solution thereof is applied to a substrate and subjected to a heat treatment to form an insulating film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
絶縁被膜に関する。より詳しく言えば、本発明は、例え
ばIC、LSI等の高集積度の半導体装置において有用
な、低誘電率で且つ耐熱性、耐湿性に優れた絶縁被膜
と、この絶縁被膜を用いた、高速で信頼性の高い半導体
装置に関する。
The present invention relates to an insulating film for a semiconductor integrated circuit. More specifically, the present invention relates to an insulating film having a low dielectric constant and excellent heat resistance and moisture resistance, which is useful in highly integrated semiconductor devices such as ICs and LSIs, and a high-speed insulating film using the insulating film. And a highly reliable semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の集積度の増加および素
子密度の向上に伴い、特に半導体素子の多層化への要求
が高まっている。半導体集積回路の多層配線では、配線
抵抗と配線間の寄生容量によって信号伝播速度の低下が
決定される。高集積化に伴い配線間隔は狭くなり、配線
間の容量(寄生容量)増大による配線遅延が問題となっ
てきた。
2. Description of the Related Art With an increase in the degree of integration of semiconductor integrated circuits and an increase in element density, a demand for multi-layer semiconductor elements has been increasing. In a multilayer wiring of a semiconductor integrated circuit, a reduction in signal propagation speed is determined by a wiring resistance and a parasitic capacitance between wirings. As the integration density increases, the spacing between wirings becomes narrower, and wiring delay due to an increase in capacitance (parasitic capacitance) between wirings has become a problem.

【0003】上述のように、配線遅延(T)は、配線抵
抗(R)と配線間の容量(C)により影響を受け、下記
の式(1)で示される。 T∝CR (1) なお、式(1)において、Cをεr (誘電率)との関係
として表せば式(2)のとおりである。 C=ε0 εr S/d (2) この式のSは電極面積、ε0 は真空の誘電率、dは配線
間隔を表している。
As described above, the wiring delay (T) is affected by the wiring resistance (R) and the capacitance (C) between the wirings, and is expressed by the following equation (1). T∝CR (1) In Expression (1), if C is expressed as a relationship with ε r (dielectric constant), Expression (2) is obtained. C = ε 0 ε r S / d (2) In this equation, S represents an electrode area, ε 0 represents a dielectric constant of vacuum, and d represents a wiring interval.

【0004】絶縁膜の容量は配線厚を薄くして断面積を
小さくすることで低減できるが、配線厚を薄くすると更
に配線抵抗の上昇を招くために高速化につながらない。
高速化を図るためには、配線の低抵抗化と絶縁膜の低誘
電率化が必須であり、これらが半導体装置の性能を支配
する大きな要素となることが予想される。すなわち、配
線遅延を小さくするためには、絶縁膜の低誘電率化が有
効な手段となる。
[0004] The capacity of the insulating film can be reduced by reducing the wiring thickness and the cross-sectional area, but if the wiring thickness is reduced, the wiring resistance is further increased.
In order to increase the speed, it is essential to reduce the resistance of the wiring and the dielectric constant of the insulating film, and these are expected to be major factors that govern the performance of the semiconductor device. That is, to reduce the wiring delay, it is effective to reduce the dielectric constant of the insulating film.

【0005】従来、半導体装置における絶縁材料として
は、二酸化珪素(SiO2 )、窒化珪素(SiN)、燐
珪酸ガラス(PSG)等の無機材料や、ポリイミド系あ
るいはテフロン系などの有機高分子材料が用いられてき
た。しかし、半導体装置で最も用いられている化学気相
成長によるSiO2 膜(CVD−SiO2 膜)で、誘電
率は約4程度である。また、低誘電率CVD膜として検
討されているSiOF膜は、誘電率約3.3〜3.5で
あるが、吸湿性が高く、時間の経過とともに吸湿して誘
電率が上昇するという問題がある。また、近年配線の低
抵抗化を行うために銅配線が検討されているが、Si−
Hを含むSiO2 ベースの絶縁膜は、銅と接触する状態
では200℃の熱処理で銅が簡単に拡散してしまい、ま
た通電時にも銅が絶縁膜中を拡散してリーク不良が生じ
ることが知られている。
Conventionally, as an insulating material in a semiconductor device, an inorganic material such as silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), or phosphosilicate glass (PSG), or an organic polymer material such as polyimide or Teflon is used. Has been used. However, the dielectric constant of a SiO 2 film formed by chemical vapor deposition (CVD-SiO 2 film) most used in a semiconductor device is about 4. Further, the SiOF film studied as a low dielectric constant CVD film has a dielectric constant of about 3.3 to 3.5, but has a high hygroscopic property, and has a problem that the dielectric constant increases due to moisture absorption over time. is there. In recent years, copper wiring has been studied to reduce wiring resistance.
In a SiO 2 -based insulating film containing H, copper is easily diffused by heat treatment at 200 ° C. in a state of being in contact with copper. Are known.

【0006】一方、誘電率2.5〜3.0と低い値を示
す有機高分子膜では、銅拡散が生じないことが知られて
いる。しかし、ポリイミド系の有機高分子材料はガラス
転移温度が200〜350℃と低く、熱膨張率も大きい
ことから配線へのダメージが問題となっている。また、
テフロン系材料は、他材料との密着性が悪く、配線脇に
ボイドを生じやすい。この配線脇ボイドは多層配線を形
成するためのビアホール開口時に位置ずれが生じた際に
は、配線層間のショートを招く。従って、高速デバイス
を実現するために不可欠な低抵抗配線と低誘電率絶縁層
の形成という点から十分な特性が得られないのが現状で
ある。
On the other hand, it is known that copper diffusion does not occur in an organic polymer film having a low dielectric constant of 2.5 to 3.0. However, the polyimide organic polymer material has a low glass transition temperature of 200 to 350 ° C. and a large coefficient of thermal expansion, and thus has a problem of damage to wiring. Also,
Teflon-based materials have poor adhesion to other materials, and tend to form voids beside wiring. This wiring side void causes a short circuit between wiring layers when a positional shift occurs at the time of opening a via hole for forming a multilayer wiring. Therefore, at present, sufficient characteristics cannot be obtained from the viewpoint of forming a low resistance wiring and a low dielectric constant insulating layer which are indispensable for realizing a high speed device.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来から、絶縁膜の寄
生容量による信号伝播速度の低下が知られていたが、半
導体装置の配線間隔が1μm以上の世代では配線遅延の
デバイス全体への影響は少なかった。しかし、配線間隔
が1μm未満ではデバイス速度への影響が大きくなり、
特に今後0.5μm以下の配線間隔で回路を形成する
と、配線間の寄生容量がデバイス速度に大きく影響を及
ぼすようになってくる。
Conventionally, it has been known that the signal propagation speed is reduced due to the parasitic capacitance of the insulating film. However, in the generation in which the wiring interval of the semiconductor device is 1 μm or more, the effect of the wiring delay on the entire device is not considered. There were few. However, when the wiring interval is less than 1 μm, the influence on the device speed becomes large,
In particular, when a circuit is formed with a wiring interval of 0.5 μm or less in the future, the parasitic capacitance between the wirings will greatly affect the device speed.

【0008】本発明の目的は、低誘電率化による寄生容
量の低減効果を最大限に活かして高速デバイスの実現を
可能とし、更に耐熱性、耐湿性に優れ、しかも銅の拡散
を抑制する優れた低誘電率絶縁膜を形成する材料を提供
することである。このような絶縁膜形成材料から形成し
た絶縁膜を含む、高速で信頼性の高い半導体装置を提供
することも、本発明の目的である。
An object of the present invention is to make it possible to realize a high-speed device by making the most of the effect of reducing the parasitic capacitance by lowering the dielectric constant, and to further excel in heat resistance and moisture resistance and suppress copper diffusion. And a material for forming the low dielectric constant insulating film. It is also an object of the present invention to provide a high-speed and highly reliable semiconductor device including an insulating film formed from such an insulating film forming material.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁膜形成材料
は、主鎖骨格中にアダマンタン環を含むアリーレンエー
テル系ポリマであることを特徴とする。
The insulating film forming material of the present invention is an arylene ether polymer having an adamantane ring in a main chain skeleton.

【0010】本発明の半導体装置は、基板と、その上に
交互に積層して形成した複数の絶縁層及び複数の配線層
とを含む半導体装置であって、当該絶縁層の少なくとも
一つが、主鎖骨格中にアダマンタン環を含むアリーレン
エーテル系ポリマの絶縁膜形成材料から形成されている
ことを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device including a substrate and a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers alternately formed thereon, wherein at least one of the insulating layers mainly includes It is characterized by being formed from an insulating film forming material of an arylene ether-based polymer having an adamantane ring in a chain skeleton.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の絶縁膜形成材料のポリマ
は、主鎖骨格中にアダマンタン環を含むアリーレンエー
テル系ポリマであり、すなわち主鎖骨格中にアダマンタ
ン環とベンゼン環の両方を含むポリマである。このポリ
マは、例えば次の一般式(1)で表すことができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The polymer of the insulating film forming material of the present invention is an arylene ether polymer having an adamantane ring in the main chain skeleton, that is, a polymer having both an adamantane ring and a benzene ring in the main chain skeleton. It is. This polymer can be represented, for example, by the following general formula (1).

【0012】[0012]

【化11】 Embedded image

【0013】この式において、各RA は独立に、水素、
炭素数1〜3の一価の炭化水素基又はフェニル基であ
り、R1 及びR2 は同一であっても異なっていてもよ
く、−O−、あるいは下式
In this formula, each R A is independently hydrogen,
A monovalent hydrocarbon group or a phenyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 1 and R 2 may be the same or different;

【0014】[0014]

【化12】 Embedded image

【0015】で表される二価の基であり、各R3 は独立
に、水素又は炭素数1〜3の一価の炭化水素基であり、
nはポリマの重量平均分子量が500〜50,000と
なるような整数である。
Wherein each R 3 is independently hydrogen or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms;
n is an integer such that the weight average molecular weight of the polymer is 500 to 50,000.

【0016】もう一つの態様において、本発明の絶縁膜
形成材料のポリマは、次の一般式(2)で表すことがで
きる。
In another embodiment, the polymer of the insulating film forming material of the present invention can be represented by the following general formula (2).

【0017】[0017]

【化13】 この式において、各RA は独立に、水素、炭素数1〜3
の一価の炭化水素基又はフェニル基であり、R5 及びR
6 は同一であっても異なっていてもよく、−O−、ある
いは下式
Embedded image In this formula, each RA is independently hydrogen, carbon number 1-3.
A monovalent hydrocarbon group or a phenyl group, R 5 and R
6 may be the same or different and are represented by -O- or

【0018】[0018]

【化14】 Embedded image

【0019】で表される二価の基であり、R8 は−O
−、又は下式
Wherein R 8 is -O
-Or

【0020】[0020]

【化15】 Embedded image

【0021】で表される二価の基であり、R9 は水素又
は炭素数1〜3の一価の炭化水素基であり、p及びqは
ポリマの重量平均分子量が500〜50,000とな
り、且つp:q=1:0.2から1:2までであるよう
な整数である。
Wherein R 9 is hydrogen or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and p and q are such that the weight average molecular weight of the polymer is 500 to 50,000. And p: q = 1: 0.2 to 1: 2.

【0022】R3 及びR9 の炭化水素基の例は、メチル
基、エチル基、プロピル基、ビニル基、アリル基であ
る。
Examples of the hydrocarbon group of R 3 and R 9 are a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a vinyl group and an allyl group.

【0023】このように、本発明の絶縁膜形成用材料の
ポリマは、ベンゼン環のほかにアダマンタン環を主鎖骨
格中に含むことを特徴としている。アダマンタン環は熱
的に安定であるとともに、その縮合環構造のために、耐
熱性を低下させずに膜密度を低減できる。アダマンタン
環には、水素以外の置換基として、炭素数1〜3の一価
の炭化水素基(例としてメチル基、エチル基、プロピル
基)あるいはフェニル基が一つ以上結合していてもよ
い。また、このポリマは極性が低いため、SiOF膜に
見られるような誘電率の経時的な上昇の原因となる吸湿
性がない。それゆえ、本発明のポリマは、耐熱性、耐湿
性と低誘電率とを兼ね備えた絶縁膜形成材料となり、本
発明の材料により形成した絶縁膜は、誘電率が3以下と
なる。従って、本発明による絶縁膜は半導体装置の低誘
電率層間絶縁膜として有効であり、この絶縁膜を用いれ
ば応答速度の速い半導体装置が得られる。
As described above, the polymer of the insulating film forming material according to the present invention is characterized in that an adamantane ring in addition to a benzene ring is contained in the main chain skeleton. The adamantane ring is thermally stable and, because of its fused ring structure, can reduce the film density without lowering the heat resistance. One or more monovalent hydrocarbon groups having 1 to 3 carbon atoms (eg, methyl group, ethyl group, propyl group) or phenyl groups may be bonded to the adamantane ring as a substituent other than hydrogen. Further, since this polymer has a low polarity, it does not have hygroscopicity, which causes the dielectric constant to increase with time as seen in the SiOF film. Therefore, the polymer of the present invention is an insulating film forming material having both heat resistance, moisture resistance and low dielectric constant, and the insulating film formed of the material of the present invention has a dielectric constant of 3 or less. Therefore, the insulating film according to the present invention is effective as a low dielectric constant interlayer insulating film of a semiconductor device, and a semiconductor device having a high response speed can be obtained by using this insulating film.

【0024】本発明の絶縁膜形成材料のアダマンタン環
を含むアリーレンエーテル系ポリマの重量平均分子量
は、500から50,000の範囲が好ましい。重量平
均分子量が500以下では300℃以上の熱処理でポリ
マが蒸発するようになり、50,000以上では絶縁膜
形成用の塗布溶剤に対するポリマの溶解性が低下してし
まう。
The weight average molecular weight of the arylene ether polymer containing an adamantane ring of the insulating film forming material of the present invention is preferably in the range of 500 to 50,000. When the weight average molecular weight is 500 or less, the polymer evaporates by heat treatment at 300 ° C. or more, and when the weight average molecular weight is 50,000 or more, the solubility of the polymer in a coating solvent for forming an insulating film decreases.

【0025】本発明の絶縁膜形成材料のポリマは、対応
するモノマから、有機合成において通常用いられる方法
を利用して容易に調製することができる。一例を挙げれ
ば、溶媒中で触媒を使ってモノマどうしを反応させるこ
とで所望のポリマを得ることができる。
The polymer of the insulating film forming material of the present invention can be easily prepared from the corresponding monomer by using a method usually used in organic synthesis. For example, a desired polymer can be obtained by reacting monomers using a catalyst in a solvent.

【0026】本発明の絶縁膜形成材料を用いて絶縁膜を
形成する際には、絶縁膜形成材料のポリマを適当な塗布
溶媒に溶解した溶液を使用するのが一般的である。塗布
溶媒は、本発明のポリマが溶解すれば特に限定されな
い。このような塗布溶媒としては、例えばトルエン、キ
シレン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケト
ン、シクロヘキサノン、シクロペンタノンなどが挙げら
れる。
When an insulating film is formed using the insulating film forming material of the present invention, a solution obtained by dissolving a polymer of the insulating film forming material in an appropriate coating solvent is generally used. The coating solvent is not particularly limited as long as the polymer of the present invention dissolves. Examples of such a coating solvent include toluene, xylene, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone and the like.

【0027】本発明の絶縁膜形成材料を用いた絶縁膜の
形成は、ポリマを塗布溶媒に溶解した溶液を、スピンコ
ート法により基板上に塗布し、120〜350℃での熱
処理(例えば5〜10分程度)で溶媒乾燥を行った後、
不活性雰囲気中(例えば酸素濃度100ppm 以下の不活
性ガス中)において350〜450℃で熱処理(例えば
30分又はそれ以上)することで、行うことができる。
溶媒乾燥の温度が120℃未満では溶媒乾燥が不十分で
あり、350℃以上では酸化によってポリマが分解して
しまう。一方、溶媒乾燥後の熱処理は酸化分解を抑制す
るために不活性ガス中で行うことが必須であり、350
℃未満では配線を形成する際に膜からの脱ガスが懸念さ
れ、450℃を超えるとポリマが熱分解する。
The insulating film using the insulating film forming material of the present invention is formed by applying a solution obtained by dissolving a polymer in a coating solvent on a substrate by a spin coating method and performing a heat treatment at 120 to 350 ° C. After drying the solvent for about 10 minutes)
Heat treatment (for example, 30 minutes or more) at 350 to 450 ° C. in an inert atmosphere (for example, in an inert gas having an oxygen concentration of 100 ppm or less) can be performed.
If the solvent drying temperature is lower than 120 ° C., the solvent drying is insufficient, and if the solvent drying temperature is higher than 350 ° C., the polymer is decomposed by oxidation. On the other hand, the heat treatment after drying the solvent must be performed in an inert gas to suppress oxidative decomposition.
If the temperature is lower than ℃, there is a concern about outgassing from the film when forming the wiring. If the temperature is higher than 450 ℃, the polymer is thermally decomposed.

【0028】ところで、本発明の絶縁膜形成材料は有機
樹脂であるため、酸素プラズマにさらされると酸化され
る。そのため、本発明の絶縁膜形成材料から形成した絶
縁膜をレジストを使ってパターニング後に、酸素プラズ
マによりレジスト剥離を行うような、絶縁膜が酸素プラ
ズマに直接さらされるような状況は、避けるべきであ
る。そのためには、本発明により形成した低誘電率絶縁
膜上に保護膜としてシリコン酸化膜(SiO2 膜)、シ
リコン窒化膜、PSG膜、SiON膜などを形成してか
ら、レジスト層を形成してパターニングするようにすれ
ばよい。
The insulating film forming material of the present invention is an organic resin, and is oxidized when exposed to oxygen plasma. Therefore, a situation in which the insulating film is directly exposed to the oxygen plasma, such as removing the resist by the oxygen plasma after patterning the insulating film formed from the insulating film forming material of the present invention using the resist, should be avoided. . For this purpose, a silicon oxide film (SiO 2 film), a silicon nitride film, a PSG film, a SiON film, etc. are formed as a protective film on the low dielectric constant insulating film formed according to the present invention, and then a resist layer is formed. What is necessary is just to pattern it.

【0029】本発明の半導体装置は、半導体基板と、そ
の上に交互に積層して形成した複数の絶縁層及び複数の
配線層とを含み、これらの絶縁層のうちの少なくとも一
つが本発明の低誘電率絶縁膜形成材料から作られた膜と
なっているものである。この半導体装置は、このように
本発明による低誘電率絶縁膜を取り入れることで配線遅
延が低下するとともに、時間が経つうちに吸湿により誘
電率が上昇したりする欠点のないものとなる。
The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate and a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers formed alternately on the semiconductor substrate, and at least one of these insulating layers is formed of the present invention. This is a film made of a low dielectric constant insulating film forming material. This semiconductor device is free from the drawback that the wiring delay is reduced by incorporating the low dielectric constant insulating film according to the present invention, and the dielectric constant is increased due to moisture absorption over time.

【0030】本発明の半導体装置には、本発明の絶縁膜
の上に上記の保護膜(すなわち耐酸化性被膜)を形成し
て平坦化したものも含まれる。
The semiconductor device of the present invention also includes one obtained by forming the above protective film (that is, an oxidation-resistant film) on the insulating film of the present invention and flattening the same.

【0031】また、本発明の半導体装置においては、本
発明により形成した絶縁膜中を銅が拡散しないため、配
線層を形成する金属配線の材料を、アルミニウム及びア
ルミニウムを主体とした合金から選ぶことははもちろ
ん、銅及び銅を主体とした合金から選ぶこともできる。
更に、これらの配線層においてチタン又はチタンを主体
とした合金、あるいはタンタル又はタンタルを主体とし
た合金をバリヤメタルとして用いてもよい。
In the semiconductor device of the present invention, since copper does not diffuse in the insulating film formed by the present invention, the material of the metal wiring forming the wiring layer is selected from aluminum and an alloy mainly containing aluminum. Of course, it can also be selected from copper and alloys mainly composed of copper.
Further, in these wiring layers, titanium or an alloy mainly containing titanium, or tantalum or an alloy mainly containing tantalum may be used as a barrier metal.

【0032】[0032]

【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する
が、言うまでもなく、本発明はこれらの例に限定される
ものではない。
EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.

【0033】〔実施例1〕攪拌機、温度計、滴下ロート
を備えたフラスコに、10%水酸化ナトリウム水溶液
(NaOHとして0.25モル)、1,3−(アダマン
ジル)フェノール0.1モルをメチルイソブチルケトン
に溶解させ仕込んだ。次に、メチルイソブチルケトンに
溶解させた1,4−ジクロロビフェニルを0.1モル滴
下し、反応系内を80℃に加熱し、2時間攪拌した。室
温まで冷却後、攪拌を停止し、分液ロートにて下層を除
去した後、上層を純水により5回繰り返し洗浄した。洗
浄後の上層物質を、ロータリエバポレータにてメチルイ
ソブチルケトンを除去した後、ベンゼンに溶解させ、凍
結乾燥を行って、下式で表されるポリマ(式中のp:q
=1:1)を収率約85%で得た。
Example 1 In a flask equipped with a stirrer, thermometer and dropping funnel, 10% aqueous sodium hydroxide solution (0.25 mol as NaOH) and 0.1 mol of 1,3- (adamandyl) phenol were added with methyl. Dissolved and charged in isobutyl ketone. Next, 0.1 mol of 1,4-dichlorobiphenyl dissolved in methyl isobutyl ketone was added dropwise, and the reaction system was heated to 80 ° C. and stirred for 2 hours. After cooling to room temperature, stirring was stopped, the lower layer was removed with a separating funnel, and the upper layer was repeatedly washed five times with pure water. After washing, the upper layer substance is removed from methyl isobutyl ketone with a rotary evaporator, dissolved in benzene, freeze-dried, and then polymerized by the following formula (p: q in the formula)
= 1: 1) in about 85% yield.

【0034】[0034]

【化16】 Embedded image

【0035】このポリマの重量平均分子量は7,600
であり、またその構造は赤外分光分析により確認した。
The weight average molecular weight of this polymer is 7,600
And its structure was confirmed by infrared spectroscopy.

【0036】次に、このポリマをシクロヘキサノンに溶
解して約20%の溶液を作り、絶縁膜形成用塗布液を調
製した。
Next, this polymer was dissolved in cyclohexanone to prepare a solution of about 20% to prepare a coating liquid for forming an insulating film.

【0037】〔実施例2〕実施例1で調製した塗布液を
スピンコータによりシリコン基板上に約3000Å(3
00nm)塗布し、250℃のホットプレートにて3分
間の溶媒乾燥後、酸素濃度25ppmの窒素雰囲気中、
400℃、30分間の熱処理を行い被膜を形成した。こ
の被膜上に直径1mm、厚み0.1μmの金電極を形成
し、容量・電圧特性から誘電率を算出した結果、2.5
であった。また、大気雰囲気中(25℃、60%相対湿
度)で7日間放置して誘電率の経時変化を観察したとこ
ろ、7日後の誘電率も2.5であった(図1)。
Example 2 The coating solution prepared in Example 1 was applied to a silicon substrate by a spin coater at about 3000 ° (3
00nm) coated and dried on a hot plate at 250 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 25 ppm.
Heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes to form a film. A gold electrode having a diameter of 1 mm and a thickness of 0.1 μm was formed on this film, and the permittivity was calculated from the capacitance / voltage characteristics.
Met. Further, when the dielectric constant was observed over time in the air atmosphere (25 ° C., 60% relative humidity) for 7 days, the dielectric constant after 7 days was 2.5 (FIG. 1).

【0038】比較のために、テトラエトキシシランを用
いシリコン基板上にゾルゲル法により作製した無機SO
Gの被膜(比較例)について、同様の条件で誘電率の経
時変化を観察したところ、7日後の誘電率は上昇した
(図1)。
For comparison, an inorganic SO prepared by a sol-gel method on a silicon substrate using tetraethoxysilane was used.
When the change with time of the dielectric constant of the film G (comparative example) was observed under the same conditions, the dielectric constant after 7 days was increased (FIG. 1).

【0039】〔実施例3〕実施例1で調製した塗布液を
スピンコータによりシリコン基板上に約3000Å(3
00nm)塗布し、250℃のホットプレートにて3分
間の溶剤乾燥後、酸素濃度25ppmの窒素雰囲気中、
400℃、30分間の熱処理を行い被膜を形成した。こ
の被膜上にスパッタリングにより約500Å(50n
m)の銅膜を形成し、X線電子分光(XPS)法により
炭素、銅原子の深さ分析を行った結果、被膜中への銅拡
散は見られなかった(図2)。
Example 3 The coating solution prepared in Example 1 was applied to a silicon substrate by a spin coater at about 3000 ° (3
00nm), and after drying the solvent for 3 minutes on a hot plate at 250 ° C., in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 25 ppm,
Heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes to form a film. Approximately 500 ° (50 n
m) A copper film was formed, and the carbon and copper atoms were analyzed for depth by X-ray electron spectroscopy (XPS). As a result, no copper was diffused into the film (FIG. 2).

【0040】比較のために、テトラエトキシシランを用
いシリコン基板上にゾルゲル法により作製した無機SO
G被膜(比較例)の上に、同様の条件で形成した銅膜に
ついて、XPSにより珪素、銅原子の深さ分析を行った
結果、銅原子が被膜中に拡散していた(図2)。
For comparison, an inorganic SO prepared by a sol-gel method on a silicon substrate using tetraethoxysilane was used.
The copper film formed under the same conditions on the G film (comparative example) was subjected to depth analysis of silicon and copper atoms by XPS. As a result, copper atoms were diffused in the film (FIG. 2).

【0041】〔実施例4〕実施例1で調製した塗布液を
スピンコータによりシリコン基板上に約3000Å(3
00nm)塗布し、250℃のホットプレートにて3分
間で溶剤乾燥後、酸素濃度25ppmの窒素雰囲気中、
400℃、30分間の熱処理を行い被膜を形成した。こ
の被膜について、加熱昇温脱ガス分析装置により脱ガス
分析を行った結果、有機系の脱ガスは420℃まで見ら
れず、良好な耐熱性が確認された。
Example 4 The coating solution prepared in Example 1 was applied to a silicon substrate by a spin coater at about 3000Å (3
00nm) coated and dried on a hotplate at 250 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 25 ppm.
Heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes to form a film. The coating was subjected to degassing analysis using a heating and heating degassing analyzer. As a result, no organic degassing was observed up to 420 ° C., and good heat resistance was confirmed.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低誘電率で信頼性の高い絶縁膜を得ることができる絶縁
膜材料の利用が可能となる。また、この材料から形成し
た絶縁膜を使用する高集積化した半導体装置において
は、絶縁膜の誘電率の低下に伴って信号伝播速度の遅延
を軽減でき、高速で且つ高信頼性の半導体装置の提供が
可能となる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to use an insulating film material that can obtain a highly reliable insulating film with a low dielectric constant. In a highly integrated semiconductor device using an insulating film formed from this material, a delay in signal propagation speed can be reduced with a decrease in the dielectric constant of the insulating film. Provision is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による絶縁膜と比較の絶縁膜の誘電率の
経時変化を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a change over time of a dielectric constant of an insulating film in comparison with an insulating film according to the present invention.

【図2】本発明による絶縁膜と比較の絶縁膜における銅
拡散の様子を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a state of copper diffusion in an insulating film according to the present invention and a comparative insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 城 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴木 克己 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yamaguchi Castle 4-1, 1-1 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Katsumi Suzuki 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Inside Fujitsu Limited

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主鎖骨格中にアダマンタン環を含むアリ
ーレンエーテル系ポリマであることを特徴とする絶縁膜
形成材料。
1. An insulating film forming material, which is an arylene ether polymer containing an adamantane ring in a main chain skeleton.
【請求項2】 前記ポリマが、次の一般式 【化1】 で表されるポリマ(この式の各RA は独立に、水素、炭
素数1〜3の一価の炭化水素基又はフェニル基であり、
1 及びR2 は同一であっても異なっていてもよく、−
O−、あるいは下式 【化2】 で表される二価の基であり、各R3 は独立に、水素又は
炭素数1〜3の一価の炭化水素基であり、nはポリマの
重量平均分子量が500〜50,000となるような整
数である)、又は次の一般式 【化3】 で表されるポリマ(この式の各RA は独立に、水素、炭
素数1〜3の一価の炭化水素基又はフェニル基であり、
5 及びR6 は同一であっても異なっていてもよく、−
O−、あるいは下式 【化4】 で表される二価の基であり、R8 は−O−、あるいは下
式 【化5】 で表される二価の基であり、R9 は水素又は炭素数1〜
3の一価の炭化水素基であり、p及びqはポリマの重量
平均分子量が500〜50,000となり、且つp:q
=1:0.2から1:2までであるような整数である)
である、請求項1記載の絶縁膜形成材料。
2. The polymer has the following general formula: Wherein each R A in the formula is independently hydrogen, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or a phenyl group;
R 1 and R 2 may be the same or different;
O- or the following formula: Wherein each R 3 is independently hydrogen or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and n is a weight average molecular weight of the polymer of 500 to 50,000. Or an integer of the following general formula: Wherein each R A in the formula is independently hydrogen, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or a phenyl group;
R 5 and R 6 may be the same or different,
O- or the following formula: Wherein R 8 is —O— or a compound represented by the following formula: Is a divalent group represented by R 9 is hydrogen or carbon number 1
3 is a monovalent hydrocarbon group, p and q are such that the weight average molecular weight of the polymer is 500 to 50,000, and p: q
Is an integer such that = 1: 0.2 to 1: 2)
The insulating film forming material according to claim 1, wherein
【請求項3】 基板と、その上に交互に積層して形成し
た複数の絶縁層及び複数の配線層とを含む半導体装置で
あって、当該絶縁層の少なくとも一つが、主鎖骨格中に
アダマンタン環を含むアリーレンエーテル系ポリマの絶
縁膜形成材料から形成されていることを特徴とする半導
体装置。
3. A semiconductor device comprising a substrate and a plurality of insulating layers and a plurality of wiring layers formed alternately on the substrate, wherein at least one of the insulating layers has an adamantane in a main chain skeleton. A semiconductor device formed from an insulating film forming material of an arylene ether-based polymer containing a ring.
【請求項4】 前記ポリマが、次の一般式 【化6】 で表されるポリマ(この式の各RA は独立に、水素、炭
素数1〜3の一価の炭化水素基又はフェニル基であり、
1 及びR2 は同一であっても異なっていてもよく、−
O−、あるいは下式 【化7】 で表される二価の基であり、各R3 は独立に、水素又は
炭素数1〜3の一価の炭化水素基であり、nはポリマの
重量平均分子量が500〜50,000となるような整
数である)、又は次の一般式 【化8】 で表されるポリマ(この式の各RA は独立に、水素、炭
素数1〜3の一価の炭化水素基又はフェニル基であり、
5 及びR6 は同一であっても異なっていてもよく、−
O−、あるいは下式 【化9】 で表される二価の基であり、R8 は−O−、あるいは下
式 【化10】 で表される二価の基であり、R9 は水素又は炭素数1〜
3の一価の炭化水素基であり、p及びqはポリマの重量
平均分子量が500〜50,000となり、且つp:q
=1:0.2から1:2までであるような整数である)
である、請求項3記載の半導体装置。
4. The polymer has the following general formula: Wherein each R A in the formula is independently hydrogen, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or a phenyl group;
R 1 and R 2 may be the same or different;
O- or the following formula: Wherein each R 3 is independently hydrogen or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and n is a weight average molecular weight of the polymer of 500 to 50,000. Or an integer of the following general formula: Wherein each R A in the formula is independently hydrogen, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, or a phenyl group;
R 5 and R 6 may be the same or different,
O- or the following formula: Wherein R 8 is —O—, or the following formula: Is a divalent group represented by R 9 is hydrogen or carbon number 1
3 is a monovalent hydrocarbon group, p and q are such that the weight average molecular weight of the polymer is 500 to 50,000, and p: q
Is an integer such that = 1: 0.2 to 1: 2)
The semiconductor device according to claim 3, wherein
【請求項5】 前記絶縁層の上に形成して平坦化した耐
酸化性被膜を含む、請求項3又は4記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising an oxidation-resistant film formed on said insulating layer and planarized.
【請求項6】 前記配線層を形成する材料が、アルミニ
ウム、アルミニウムを主体とした合金、銅又は銅を主体
とした合金である、請求項3から5までのいずれか一つ
に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 3, wherein the material forming the wiring layer is aluminum, an alloy mainly containing aluminum, copper, or an alloy mainly containing copper. .
【請求項7】 前記配線層が、チタン、チタンを主体と
した合金、タンタル又はタンタルを主体とした合金をバ
リヤメタルとして含む、請求項6記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein said wiring layer contains titanium, an alloy mainly composed of titanium, tantalum or an alloy mainly composed of tantalum as a barrier metal.
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