JP2008518460A - Restoration of hydrophobicity of low-K and ultra-low-K organic silicate films used as intermetallic dielectrics - Google Patents
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Abstract
【課題】 金属間誘電体として用いられる低k及び極低k有機シリケート膜の疎水性の回復方法を提供する。
【解決手段】 集積回路におけるRC遅延を低減するためにしばしば使用されるのは、多孔質有機シリケートの誘電体膜であり、これはシリカ様の骨格とその網目構造中のSi原子に直接結合したアルキルまたはアリール基を(材料に疎水性を与え、空隙を生成するために)有する。Si−R結合は加工処理において通常用いられるプラズマへの暴露又は化学処理に耐えて残存することはほとんどなく、このことはとくに開放気孔構造を有する材料の場合に当てはまる。Si−R結合が破壊されると、その材料は親水性のシラノールの形成のために疎水性を失い、低誘電率が損なわれる。一般式(R2N)XSiR’Yを有し、ここでX及びYは、それぞれ、1から3まで及び3から1までの整数であり、R及びR’は水素、アルキル、アリール、アリル及びビニル部分から成る群から選択される、新規な種類のシリル化剤を用いて、材料の疎水性を回復する方法が開示される。シリル化処理の結果、多孔質有機シリケートの機械的強度も向上する。
【選択図】 図10PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for restoring hydrophobicity of low-k and extremely low-k organic silicate films used as an intermetallic dielectric.
Often used to reduce RC delay in integrated circuits is a porous organic silicate dielectric film, which is directly bonded to the Si atoms in the silica-like skeleton and its network structure. Has an alkyl or aryl group (to impart hydrophobicity to the material and create voids). Si-R bonds rarely survive the plasma exposure or chemical treatment normally used in processing, and this is especially true for materials having an open pore structure. When the Si-R bond is broken, the material loses hydrophobicity due to the formation of hydrophilic silanol and the low dielectric constant is compromised. Having the general formula (R 2 N) X SiR ′ Y , wherein X and Y are integers from 1 to 3 and 3 to 1, respectively, and R and R ′ are hydrogen, alkyl, aryl, allyl And a novel class of silylating agents selected from the group consisting of vinyl moieties and methods for restoring the hydrophobicity of the material are disclosed. As a result of the silylation treatment, the mechanical strength of the porous organic silicate is also improved.
[Selection] Figure 10
Description
本発明は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、センサ、通信機器等に用いられる非常に高性能のマイクロエレクトロニック・チップ上の相互接続配線回路網に関する。特に、本明細書中で説明される本発明の構造体は、これらの配線に関連する信号伝搬の遅延を顕著に低減することに関する。詳述され特許請求される本発明の方法は、低誘電率誘電体が必要なプラズマ暴露によって親水性にされた後、その誘電特性を回復するのに必要な化学と処理方法、並びに多孔質有機シリケート誘電体が堆積された後、及びこれらの膜を含む相互接続構造を構築する工程の間に、その機械的強度を増大し、かつ低誘電率を維持するために必要な化学と方法を提供する。本発明は、さらに、これらの材料をそのようなチップに首尾よく集積化することを可能にする方法に関する。 The present invention relates to interconnect wiring networks on very high performance microelectronic chips used in computers, microprocessors, microcontrollers, sensors, communication equipment, and the like. In particular, the inventive structure described herein relates to significantly reducing signal propagation delays associated with these interconnects. The method of the present invention, detailed and claimed, describes the chemistry and processing methods required to restore the dielectric properties of a low dielectric constant dielectric after it has been rendered hydrophilic by the necessary plasma exposure, as well as porous organics. Provides the chemistry and methods needed to increase its mechanical strength and maintain a low dielectric constant after the silicate dielectric has been deposited and during the process of building the interconnect structure containing these films To do. The invention further relates to a method that allows these materials to be successfully integrated into such a chip.
高性能のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ及び通信チップは、論理演算、データの格納及び検索、制御信号の供給等の種々の機能を実行するために用いられるアクティブ・トランジスタ・デバイス間の非常に高速な相互接続を必要とする。現在の超大規模集積に至るトランジスタ・デバイス技術の進歩につれて、これらの進歩したチップの総合的な演算速度は、チップ上の個々のデバイス間の相互接続配線における信号伝搬の遅延によって制限され始めている。相互接続における信号伝搬遅延はRC積に依存するが、ここでRは相互接続配線の抵抗を示し、Cはその配線が埋め込まれた相互接続機構の総合的な静電容量を表す。アルミニウムの代わりに銅を相互接続配線材料として用いることで、RC積に対する抵抗の寄与を減らすことが可能となった。マイクロエレクトロニクス工業における現在の焦点は、チップ上に多層相互接続構造体を構築する際に、より低い誘電率(k)の絶縁体を使用することによって、相互接続の静電容量を低減することにある。 High-performance microprocessors, microcontrollers and communication chips enable very fast interaction between active transistor devices used to perform various functions such as logic operations, data storage and retrieval, and supply of control signals. Requires a connection. As transistor device technology advances to the current ultra-large scale integration, the overall computational speed of these advanced chips is beginning to be limited by signal propagation delays in the interconnect wiring between the individual devices on the chip. The signal propagation delay in the interconnect depends on the RC product, where R represents the resistance of the interconnect wiring and C represents the overall capacitance of the interconnect mechanism in which the wiring is embedded. By using copper as the interconnect wiring material instead of aluminum, it became possible to reduce the contribution of resistance to the RC product. The current focus in the microelectronics industry is to reduce the capacitance of the interconnect by using lower dielectric constant (k) insulators when building multilayer interconnect structures on a chip. is there.
そのような小さなスケールで相互接続配線回路網を作製する1つの従来技術の方法は、図1から図7までに模式的に示されるデュアル・ダマシン(DD)工程である。図1を参照すると、標準的なDD工程においては、2つの層1110、1120として示される金属間誘電体(IMD)が基板1100上にコートされる。ビア・レベルの誘電体1110とライン・レベルの誘電体1120は、工程フローの説明を明確にするために別々に示されている。一般に、これらの2層は同じか又は異なる絶縁膜で作成することができ、前者の場合には単一のモノリシック層として付与される。ハード・マスク層又は積層体1130は、随意に、エッチングの選択性を促進するため、及び研磨ストップとして機能させるために用いられる。配線相互接続回路網は、2種類のフィーチャ、即ち、チップを横断する距離に渡るライン・フィーチャと、複数レベルの積層体における相互接続の異なるレベル内のラインを接続するビア・フィーチャとから成る。歴史的に、両層は、プラズマ増強化学気相堆積法(PECVD)によって堆積された二酸化シリコン(SiO2)又はフッ素化シリカ・ガラス(FSG)のような無機ガラスから作成される。
One prior art method for fabricating interconnect wiring networks on such a small scale is the dual damascene (DD) process schematically illustrated in FIGS. Referring to FIG. 1, in a standard DD process, an intermetal dielectric (IMD), shown as two
図2及び図3を参照すると、デュアル・ダマシン工程において、ライン1150及びビア1170の位置は、それぞれ、フォトレジスト層1500及び1510内でリソグラフィーにより画定され、反応性イオン・エッチング工程を用いてハード・マスク層及びIMD層中に転写される。図1から図4までに示される工程シーケンスは「ライン・ファースト」法と呼ばれる。図4に示されるように、トレンチの形成後、リソグラフィーを用いてビア・パターン1170がフォトレジスト層1510内に画定され、そのパターンが誘電体材料に転写されてビア開口部1180を生成する。フォトレジストが除去された後のデュアル・ダマシンのトレンチ及びビア構造体1190が図5に示される。
Referring to FIGS. 2 and 3, in a dual damascene process, the locations of
図6に示されるように、次に窪み構造体1190は導電性ライナー材料又は材料積層体1200でコートされるが、これらは導電体金属ライン及びビアを保護するように機能し、また、導電体とIMDとの間の接着層として機能する。次にこの窪みは、パターン付けされた基板の表面を覆う導電性充填材料1210で充填される。この充填は最も一般的には銅の電気めっきによって達成されるが、化学気相堆積法(CVD)のような他の方法、及びアルミニウム又は金のような他の材料もまた用いることができる。次に、充填材料及びライナー材料は、化学機械研磨(CMP)によってハード・マスクの表面と同一平面となるように研磨されるが、この段階の構造は図6に示される。図7に示されるように、キャッピング材料1220がブランケット膜として堆積させられるが、これは、露出した金属表面を保護し、金属とその上に堆積させられる任意の追加のIMD層との間の拡散障壁として機能する。PECVDによって堆積させた窒化シリコン、炭化シリコン、及び炭窒化シリコンの膜が、普通キャッピング材料1220として用いられる。この工程シーケンスは、デバイス上の相互接続の各レベルに対して繰り返される。2つの相互接続フィーチャは同時に画定されて、単一の研磨段階で、絶縁体内にはめ込まれた導電体を形成するので、この工程はデュアル・ダマシン工程と呼ばれる。
As shown in FIG. 6, the
静電容量を小さくするためには、より小さなkの誘電体、例えば、2.5から3.1までの範囲のk値を有するPECVD又はスピン・オン有機シリケートを、PECVD二酸化シリコン・ベースの誘電体(k=3.6から4.1)の代わりに用いることが必要である。これらの有機シリケートは、水素及び/又はアルキル若しくはアリール基のような有機基が網目構造中のSi原子に直接結合したシリカ様の骨格を有する。これらの元素組成物は通常、種々の比率のSi、C、O、及Hから成る。C及びHは殆どの場合メチル基(−CH3)の形で存在する。これらのメチル基の第一の機能は、材料に疎水性を与えることである。第二の機能は、これらの膜中に空隙を生成して、その分極率を低下させることである。k値は、これらの絶縁体に多孔性を導入することによって、2.2(超低k)まで、そして2.0未満(極端に低いk)にまでも、さらに小さくすることができる。簡潔のために、本明細書においては、これらの超低k及び極端低k材料をまとめて、極低k材料と呼ぶ。 In order to reduce the capacitance, smaller k dielectrics, for example PECVD or spin-on organic silicates with k values in the range of 2.5 to 3.1, can be used with PECVD silicon dioxide based dielectrics. It is necessary to use it instead of the field (k = 3.6 to 4.1). These organic silicates have a silica-like skeleton in which organic groups such as hydrogen and / or alkyl or aryl groups are directly bonded to Si atoms in the network structure. These elemental compositions usually consist of various proportions of Si, C, O, and H. C and H are most often present in the form of a methyl group (—CH 3 ). The primary function of these methyl groups is to impart hydrophobicity to the material. The second function is to create voids in these films and reduce their polarizability. The k value can be further reduced to 2.2 (very low k) and even less than 2.0 (extremely low k) by introducing porosity into these insulators. For the sake of brevity, these ultra low k and extremely low k materials are collectively referred to herein as ultra low k materials.
この極低k材料の組によってk値の範囲は調整可能となるが、これらの材料を上記のデュアル・ダマシン工程によって、又はデュアル・ダマシン工程の任意の他の変形工程によって銅の相互接続と統合することには、幾つかの困難がある。主たる困難は、有機シリケート・ベースの材料が、プラズマ暴露に対して非常に敏感であることであるが、その理由は、Si−有機基結合(例えば、Si−メチル)の酸化又は開裂が比較的容易であり、その結果、周囲の雰囲気中の湿気との可能な反応によって、膜内にシラノール(Si−OH)基が形成されるからである。シラノールは水を吸収し、そのため膜の誘電率及び誘電損失係数が顕著に増大し、それゆえ極低k膜から期待される性能の利点を無効にする。シラノールはまた膜中の電気的な漏れを増加させ、そのため潜在的に信頼できない相互接続構造体を生成する。上記のように、反応性イオン・エッチング及びプラズマ・エッチングは、デュアル・ダマシンのトレンチ及びビア構造の形成、並びに極低k材料のパターン付けに用いられるフォトレジストの除去において必要な重要なステップなので、従来技術のデュアル・ダマシン集積の際にこの種類の膜のプラズマ損傷を避けることは、不可能ではなくとも、非常に困難である。 This range of k-materials allows the k-value range to be adjusted, but these materials can be integrated with copper interconnects by the dual damascene process described above or by any other modification of the dual damascene process. There are some difficulties to do. The main difficulty is that organosilicate-based materials are very sensitive to plasma exposure because the oxidation or cleavage of Si-organic group bonds (eg, Si-methyl) is relatively This is because, as a result, silanol (Si—OH) groups are formed in the film by a possible reaction with moisture in the surrounding atmosphere. Silanol absorbs water, thus significantly increasing the dielectric constant and dielectric loss factor of the film, thus negating the performance benefits expected from very low k films. Silanol also increases electrical leakage in the membrane, thus creating a potentially unreliable interconnect structure. As noted above, reactive ion etching and plasma etching are important steps required in the formation of dual damascene trench and via structures and in the removal of the photoresist used to pattern very low k materials. Avoiding plasma damage of this type of film during prior art dual damascene integration is very difficult if not impossible.
He、H2、N2、CO等のうちの幾つか又は全てから成る非酸化性のレジスト除去プラズマを用いて、低k膜における疎水性の損失を最小にする幾つかの試みが成されている。しかし、これらのプラズマ化学のいずれも、極低k材料の疎水性の損失を回避することに完全には成功していないことに注意されたい。このことは、特に、非常に大きな表面積を有し、レジスト除去工程の際に損傷を受け易い多孔質低k材料の場合に当てはまる。 He, using the resist removing plasma nonoxidizing consisting some or all of such H 2, N 2, CO, and several attempts to minimize the hydrophobic losses in the low k film is made Yes. However, it should be noted that none of these plasma chemistries have been fully successful in avoiding the loss of hydrophobicity of very low k materials. This is especially true for porous low-k materials that have a very large surface area and are susceptible to damage during the resist removal process.
低k材料の疎水性及び誘電特性の損失を回避する別の方法は、デュアル・ダマシン加工処理に関連する伝統的な工程のプラズマ暴露の際に損傷を受けにくい、フッ素化又は非フッ素化有機ポリマー・ベースの低k材料、例えば、Dow ChemicalのSiLK(登録商標)誘電体、HoneywellのFlare(登録商標)及び他のポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾキサゾール、ポリフェニレンエーテル・ベースの芳香族熱硬化性ポリマー、並びにポリパラキシリレンンのような化学気相堆積ポリマー、を使用することである。しかし、これらの材料は、低k誘電膜に必要とされる他の特性、例えば低い熱膨張及び小さな孔経等を有していない。 Another way to avoid loss of hydrophobic and dielectric properties of low-k materials is a fluorinated or non-fluorinated organic polymer that is less susceptible to damage during the traditional process plasma exposure associated with dual damascene processing. Base low-k materials such as Dow Chemical's SiLK® dielectric, Honeywell's Flare® and other polyimides, benzocyclobutene, polybenzoxazole, polyphenylene ether based aromatic thermosets And use of chemical vapor deposition polymers such as polyparaxylylene. However, these materials do not have other properties required for low-k dielectric films, such as low thermal expansion and small pore size.
有機シリケート・ベースの多孔質材料の首尾よい集積化に直面するもう一つの問題は、それらの低い弾性率、破壊強度及び硬度により機械的に非常に脆弱であり、CMP、ダイシング及びパッケージング操作中に破損に至ることが多い。これらの樹脂の機械的強度は、ボイドの体積及びそれらの化学構造の両方に依存する。それらの機械的強度は、多孔性が高まるにつれて、また、シロキサン骨格のかご状構造が増加するにつれて低下する。低い誘電率を維持することは不可避なので、同じ機械的強度を維持したままボイドの体積を減少させることは非常に困難である。 Another problem facing the successful integration of organic silicate-based porous materials is that they are mechanically very fragile due to their low modulus, fracture strength and hardness, during CMP, dicing and packaging operations Often leads to damage. The mechanical strength of these resins depends on both the void volume and their chemical structure. Their mechanical strength decreases as the porosity increases and as the cage structure of the siloxane skeleton increases. Since maintaining a low dielectric constant is inevitable, it is very difficult to reduce the void volume while maintaining the same mechanical strength.
機械的強度の弱い多孔質有機シリケート材料の幾つかの取り扱い方法(Padhi他による非特許文献1、及び、本発明と同一の譲受人に譲渡されたCanaperi他による特許文献1)が提案されているが、これらの方法の大部分は、これらの方法が標準的ではない工程フローあるいは標準的ではないツールを含むという事実のために、実行が困難である。従って、これらは製造段階で実行するには費用がかかりすぎる。 Several methods of handling porous organic silicate materials with low mechanical strength (Non-Patent Document 1 by Padhi et al. And Patent Document 1 by Canaperi et al. Assigned to the same assignee as the present invention) have been proposed. However, most of these methods are difficult to implement due to the fact that these methods include non-standard process flows or non-standard tools. They are therefore too expensive to carry out in the manufacturing stage.
多孔質シリカ・ベースの膜に関する文献(例えば、Prakash他による非特許文献2)において、膜形成の際に疎水性末端基を導入する表面修飾が、シリル化剤(トリメチルクロロシラン−TMCS)を表面張力の低いキャリア溶媒によって多孔質の網目構造中に導入する湿式化学処理によって達成される。このような反応はシリル化と呼ばれ、形成工程中の膜に対して実行可能であるが、なぜなら、大量の空隙と、別の仕方で縮合及び架橋することになる豊富なシラノールとが存在するからである。今までのところ、同様の反応が、膜に損傷を与える工程の化学剤に暴露した後でさえも、形成工程中の膜中よりもシラノール基が少ない、完全に形成された膜の上で実施できるかどうかは明らかではない。Chang他(非特許文献3)によって公表された研究では、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)をシリル化剤として用いて、損傷後に多孔質OSG膜の疎水性及び炭素含量を回復する試みが成されている。しかし、どのような媒体中のHMDSも、多孔質OSG膜の性能を完全に回復することはできないことが彼らの結果から明らかである。同様に、TMCSもまた、誘電体特性の回復に完全には有効ではない。HMDS及びTMCSは両方とも単官能基シリル化剤であり、低k材料の表面及び孔壁上で1分子当たり1つの孤立したシラノール基しか攻撃できない。しかしながら、有機シリケート・ベースの低k材料は2つの異なる、以下のように分類される(Gun’ko他による非特許文献4)型のシラノールを有する。第一の型のシラノールは非水素結合性シラノールであり、それ自体で、(1)近くに隣接するシラノールを何も有さず、完全に相互作用のない単独のシラノール(孤立シラノールとも呼ばれる)、(2)非常に弱く相互作用しているシラノール、及び(3)弱く相互作用しているものと相互作用のないもののジェミナル・シラノール(ジシラノールとも呼ばれる)から成る。第二の型のシラノールは水素結合しているシラノールである。殆どの単官能基シリル化剤は孤立シラノールを容易に攻撃して置換するが、一般に、他の2つの型の非水素結合性シラノールにはそれほど容易には攻撃しない。このことの主たる要因は、立体障害が、1つより多くのシラノールを単官能基シリル化剤により容易に同時に捕捉することを妨げることにある。さらに、腐蝕性の反応副生成物を放出せずに低k材料の表面及び孔壁を容易にシリル化する、最も反応性の高い機能を有するシリル化剤を用いることもまた重要である。
In the literature on porous silica-based membranes (eg, Non-Patent
Hu他(非特許文献5)もまた、低k材料の特性を回復するシリル化剤としてのジメチルジクロロシラン(DMDCS)の効率を調べる研究を公表している。しかし、彼らの研究において、ジメチルジクロロシランは膜の最表面上に単層を形成し、多孔質低k材料のバルク部分には浸透しないことが報告されている。それゆえ、適切なシリル化媒体、及びシリル化条件を用いない限り、低k材料のバルクの誘電特性を回復することは困難である。さらに、ジメチルジクロロシラン及びTMCSのような、何れの塩素ベースのシリル化剤も副生成物は塩化水素であり、これは腐蝕性であって銅を含む相互接続構造体中では使用することができない。 Hu et al. (Non-Patent Document 5) also published a study investigating the efficiency of dimethyldichlorosilane (DMDCS) as a silylating agent to restore the properties of low-k materials. However, in their studies, it has been reported that dimethyldichlorosilane forms a monolayer on the outermost surface of the membrane and does not penetrate the bulk portion of porous low-k materials. Therefore, it is difficult to restore the bulk dielectric properties of low-k materials unless a suitable silylation medium and silylation conditions are used. In addition, any chlorine-based silylating agent, such as dimethyldichlorosilane and TMCS, is a by-product of hydrogen chloride, which is corrosive and cannot be used in interconnect structures containing copper. .
従って、本発明の1つの態様は、多孔質有機シリケート樹脂のかご対網目の比率を、堆積及び硬化の後に変化させることによって機械的強度を高める、低コストの非破壊的方法を提供することである。 Accordingly, one aspect of the present invention is to provide a low-cost, non-destructive method that increases the mechanical strength by changing the cage to network ratio of the porous organic silicate resin after deposition and curing. is there.
従って、本発明の1つの目的は、ある種類のシリル化剤と、それらを利用して、工程暴露の後、腐蝕性の副生成物を生じることなく材料の疎水性を完全に回復させる工程フローとを提供することである。本発明の更なる目的は、本発明のシリル化剤を、多孔質低k材料のバルク部分に浸透してその特性を回復させるように、導入することのできる方法を提供することである。 Accordingly, one object of the present invention is to provide a process flow that utilizes certain types of silylating agents and their utilization to fully restore the hydrophobicity of the material after process exposure without producing corrosive by-products. And to provide. It is a further object of the present invention to provide a method by which the silylating agent of the present invention can be introduced so as to penetrate the bulk portion of the porous low-k material and restore its properties.
本発明の更なる目的は、機械強度を増して多孔質有機シリケートの好結果の集積化に直面する幾つかの主要な障害を克服するように、堆積及び孔形成の後に樹脂の化学を変更することである。 A further object of the present invention is to modify the resin chemistry after deposition and pore formation so as to increase mechanical strength and overcome some major obstacles facing successful integration of porous organic silicates. That is.
本発明において、かご対網目の比率を変化させる方法はまた、膜中に新しい網目構造を形成するシロキサン結合を導入し、それゆえ、誘電率を顕著に増加させることなく機械的特性を向上させるシリル化による。しかしながら、シリル化反応が進むためには、有機シリケート膜が豊富なシラノールを有することが必要である。これらのシラノールをシリル化に先だって生成すること、及びシリル化反応がこの膜を強化するのに十分な程度に起ることを確実にすることもまた、本発明の目的である。 In the present invention, the method of changing the cage-to-network ratio also introduces siloxane bonds that form new networks in the film, thus improving the mechanical properties without significantly increasing the dielectric constant. By However, in order for the silylation reaction to proceed, it is necessary that the organic silicate film has abundant silanols. It is also an object of the present invention to produce these silanols prior to silylation and to ensure that the silylation reaction occurs to a sufficient extent to strengthen the membrane.
本発明の利点は、超低k金属間誘電体のための材料選択が、これらの材料へのプラズマ及び湿式クリーニングによる損傷の影響の考慮に拘束される必要がないことであるが、その理由は、本発明において教示されるシリル化法を用いることによって、損傷を受けた後で材料の元の特性を回復できるからである。さらに、プラズマ暴露によって損傷を受けた膜の特性を回復するための信頼性のある方法を利用できることにより、デュアル・ダマシンの構築において必要とされる反応性イオン・エッチング(RIE)及びレジスト除去操作において、より多くの工程オプションが可能となり、その結果、より強固で、かつ低コストの加工処理法がもたらされる。最後に、本発明は、IMDとして用いられる多孔質有機シリケート膜の機械的強度を向上させる方法を提供する。 An advantage of the present invention is that material selection for ultra-low-k intermetal dielectrics need not be constrained to account for the effects of plasma and wet cleaning damage to these materials because This is because by using the silylation method taught in the present invention, the original properties of the material can be restored after being damaged. In addition, the availability of a reliable method for recovering the properties of films damaged by plasma exposure allows for reactive ion etching (RIE) and resist removal operations required in dual damascene construction. More process options are possible, resulting in a more robust and lower cost processing method. Finally, the present invention provides a method for improving the mechanical strength of porous organic silicate membranes used as IMD.
従って、本発明は、シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する低k又は極低k誘電率の有機シリケート膜であって、半導体チップ、又はチップ担体、或いは半導体ウェハ内の極低誘電率の絶縁層として用いられるが、その特性を劣化する傾向がある処理を受けた、有機シリケート膜の特性を回復する方法に向けられる。この方法は、その膜を疎水性にするように、アミノシランを含むシリル化剤を膜に塗布するステップを含む。アミノシランは一般式(R2N)XSiR’Yを有することができるが、ここでX及びYは、それぞれ、1から2まで及び2から1までの整数であり、R及びR’は水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル及びビニル部分から成る群から選択される。アミノシランはビス(ジメチルアミノ)ジメチルシランであることが好ましい。 Accordingly, the present invention is an organic silicate film having a low k or extremely low k dielectric constant having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom, and is extremely low in a semiconductor chip, a chip carrier, or a semiconductor wafer. Although used as an insulating layer of dielectric constant, it is directed to a method for recovering the properties of an organic silicate film that has undergone a treatment that tends to degrade its properties. The method includes the step of applying a silylating agent comprising aminosilane to the membrane to render the membrane hydrophobic. The aminosilane can have the general formula (R 2 N) X SiR ′ Y , where X and Y are integers from 1 to 2 and 2 to 1, respectively, R and R ′ are hydrogen, Selected from the group consisting of alkyl, aryl, allyl, phenyl and vinyl moieties. The aminosilane is preferably bis (dimethylamino) dimethylsilane.
アミノシランは一般式(R2N)XSiR’YR”Zを有することができるが、ここでX、Y及びZは、それぞれ、1から3まで、3から1まで、及び1から3までの整数であり、R、R’及びR”は、水素、アルキル若しくはアリール、アリル、フェニル又はビニル部分の何れかである。 The aminosilane can have the general formula (R 2 N) X SiR ′ Y R ″ Z , where X, Y and Z are from 1 to 3, from 3 to 1, and from 1 to 3, respectively. R, R ′ and R ″ are integers and are either hydrogen, alkyl or aryl, allyl, phenyl or vinyl moieties.
本発明はまた、膜を疎水性にするようにシリル化剤を膜に塗布するステップを含む、同じ一般的方法に向けられ、前記のシリル化剤は、RXHYSi−Aの形を有し、ここでX及びYは、それぞれ、0から2まで及び3から1までの整数であり、Rは、水素、アルキル若しくはアリール、アリル、フェニル又はビニル部分の何れかであり、Aはシラザン、クロロ、アミノ又はアルコキシ部分である。このシリル化剤は、アミノ、クロロ又はアルコキシ末端の単官能基末端のシリル化剤を含むことがでるが、ここでシリル化剤のメチル部分は少なくとも部分的に水素類似物で置換されている。シリル化剤はまた、アミノ、アルコキシ、クロロ又はシラザン末端の末端基を有する重合シロキサンを含むことができる。重合シロキサンの末端基は、モノ又はジアルキル、アリール、ビニル又は水素部分を含むことができる。シロキサンはアミノ末端ポリジメチルシロキサンを含むことができる。 The present invention is also directed to the same general method comprising the step of applying a silylating agent to the membrane to render the membrane hydrophobic, said silylating agent having the form R X H Y Si-A. Wherein X and Y are integers from 0 to 2 and 3 to 1, respectively, R is any of a hydrogen, alkyl or aryl, allyl, phenyl or vinyl moiety, and A is a silazane. A chloro, amino or alkoxy moiety. The silylating agent can include an amino, chloro or alkoxy terminated monofunctional terminal silylating agent wherein the methyl portion of the silylating agent is at least partially substituted with a hydrogen analog. The silylating agent can also include polymerized siloxanes having amino, alkoxy, chloro or silazane terminal groups. The terminal group of the polymerized siloxane can contain mono- or dialkyl, aryl, vinyl or hydrogen moieties. The siloxane can include an amino-terminated polydimethylsiloxane.
シリル化剤はまた、一般式RXHYSiZAを有することができ、ここでX、及びYは、それぞれ、0から5まで、及び6から1までの整数であり、Zは1から2までに等しく、Rは、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル又はビニル部分であり、Aはシラザン、クロロ、アミノ又はアルコキシ部分である。 The silylating agent can also have the general formula R X H Y Si Z A, where X and Y are integers from 0 to 5 and 6 to 1, respectively, and Z is from 1 to Equal to 2, R is a hydrogen, alkyl, aryl, allyl, phenyl or vinyl moiety and A is a silazane, chloro, amino or alkoxy moiety.
本発明によれば、加工処理工程は、膜をエッチングするステップ、及び膜からフォトレジスト材料を除去するステップを含むことができ、シリル化剤はエッチング及び除去ステップの後に塗布される。エッチング及び除去ステップは膜をプラズマに暴露することによって実施することができる。シングル・ダマシン又はデュアル・ダマシン工程を用いることができ、シリル化剤を塗布するステップは、相互接続ライン及びビアのうちの少なくとも1つの画定後、かつ導電体の堆積の前に実施することができる。シリル化剤の適用は導電性ライナーの堆積の前に実施することができる。 In accordance with the present invention, the processing step can include etching the film and removing the photoresist material from the film, wherein the silylating agent is applied after the etching and removal steps. The etching and removal steps can be performed by exposing the film to plasma. Single damascene or dual damascene processes can be used and the step of applying a silylating agent can be performed after the definition of at least one of the interconnect lines and vias and prior to the deposition of the conductors. . The application of the silylating agent can be performed prior to the deposition of the conductive liner.
シリル化剤は、液体のスピン・コーティング、基板の液体中への浸漬、液体による基板のスプレー・コーティング、気相中、又は超臨界二酸化炭素中への溶解、のうちの1つによって、好ましくは、アルカン、アルケン、ケトン、エーテル、及びエステルのうちの少なくとも1つを含む群から選択される共溶媒を用いて、塗布することができる。シリル化剤は湿気のない状態で塗布することが重要である。膜は、好ましくは少なくとも350℃の温度で、或いは450℃もの高い温度で、1分を越える時間アニールすることができる。アニールするステップは、シリル化剤を塗布する前又は後で実施することができる。シリル化剤は、少なくとも25℃の温度で塗布することが好ましい。アニールするステップは、膜中のシリル化されていないシラノールの縮合と、追加のシロキサン結合の形成とのうちの少なくとも1つを促進するために実施される。 The silylating agent is preferably by one of liquid spin coating, immersion of the substrate in liquid, spray coating of the substrate with liquid, dissolution in the gas phase, or supercritical carbon dioxide, preferably , Alkane, alkene, ketone, ether, and co-solvent selected from the group comprising at least one of esters. It is important to apply the silylating agent in the absence of moisture. The film can be annealed at a temperature of preferably at least 350 ° C. or as high as 450 ° C. for a time exceeding 1 minute. The annealing step can be performed before or after applying the silylating agent. The silylating agent is preferably applied at a temperature of at least 25 ° C. The annealing step is performed to promote at least one of condensation of unsilylated silanol in the film and formation of additional siloxane bonds.
シリル化剤は、アルカン、アルケン、ケトン、エーテル、エステル、又はこれらの任意の組み合わせを含む群から選択される低表面張力の無極性有機溶媒を含んだ溶媒に溶解することができる。溶媒は膜中の孔に浸透するのに十分に低い表面張力を有することが好ましい。シリル化剤は、溶媒中で2重量パーセントと10重量パーセントの間の濃度を有することが好ましいが、しかし、溶媒中で2分の1重量パーセントもの低い濃度又はそれ以上の濃度を有してもよい。 The silylating agent can be dissolved in a solvent comprising a low surface tension nonpolar organic solvent selected from the group comprising alkanes, alkenes, ketones, ethers, esters, or any combination thereof. The solvent preferably has a sufficiently low surface tension to penetrate the pores in the membrane. The silylating agent preferably has a concentration between 2 and 10 weight percent in the solvent, but may have a concentration as low as one-half weight percent or more in the solvent. Good.
シリル化剤は1分間と1時間の間の時間に、室温またはそれ以上の温度で塗布することができる。シリル化剤を塗布するときは、撹拌又は超音波処理を利用することができる。過剰のシリル化剤を除去するために膜をリンスすることができる。膜は、好ましくは450℃までの温度でベークすることができる。 The silylating agent can be applied at a temperature between room temperature and above for a time between 1 minute and 1 hour. When applying the silylating agent, stirring or sonication can be utilized. The membrane can be rinsed to remove excess silylating agent. The membrane can be baked preferably at temperatures up to 450 ° C.
シリル化剤は気相中、室温と450℃の間の温度で、30秒から1時間までの時間をかけて、或いは実質的に250℃で5分間に塗布することができる。シリル化剤は、超臨界二酸化炭素中、25℃と450℃の間の温度で、1,000と10,000psiの間の圧力において、30秒から1時間までの時間をかけて塗布することができる。シリル化剤はまた、超臨界二酸化炭素又は気相媒体中、75℃を越える温度で30秒を超える時間をかけて塗布することができる。
シリル化剤は2つの官能基を有することが好ましい。これは、(ビス)ジメチルアミノジメチルシラン又は(ビス)ジメチルアミノメチルシランを含むことができる。
The silylating agent can be applied in the gas phase at temperatures between room temperature and 450 ° C. over a period of 30 seconds to 1 hour or substantially at 250 ° C. for 5 minutes. The silylating agent can be applied in supercritical carbon dioxide at a temperature between 25 ° C. and 450 ° C. at a pressure between 1,000 and 10,000 psi over a period of 30 seconds to 1 hour. it can. The silylating agent can also be applied in supercritical carbon dioxide or gas phase media at temperatures in excess of 75 ° C. over a period of more than 30 seconds.
The silylating agent preferably has two functional groups. This can include (bis) dimethylaminodimethylsilane or (bis) dimethylaminomethylsilane.
シリル化剤を塗布するステップは、シラノールを膜中に導入する、紫外線照射、オゾンへの暴露、穏和な酸化性プラズマへの暴露又はそれらの組み合わせによる膜の処理に続いて行われる。この方法は、化学気相堆積チャンバ又は原子層堆積チャンバの中で実施することができる。 The step of applying a silylating agent is performed following treatment of the film by introducing silanol into the film, exposure to ultraviolet radiation, exposure to ozone, exposure to a mild oxidizing plasma, or combinations thereof. The method can be performed in a chemical vapor deposition chamber or an atomic layer deposition chamber.
本発明による方法によって回復される特性は、疎水性、弾性率、低誘電率、破壊強度及び硬度、絶縁破壊強度、低誘電体漏電及び誘電体信頼性のうちの少なくとも1つを含む。このような回復された膜が内部に集積されている相互接続構造体は、二酸化シリコン、フッ素化テトラエチルオルトシリケート、フッ素化シリカ・ガラス、フッ素化又は非フッ素化有機ポリマー、熱硬化性樹脂、及び化学気相堆積ポリマーから成る群から選択される1つ又は複数の金属間誘電体を付加的に含むことができる。熱硬化性ポリマーはポリフェニレンエーテル・ベースのものとすることができる。化学気相堆積ポリマーはポリパラキシリレンとすることができる。付加的な金属間誘電体は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾキサゾール、芳香族化合物の群から選択される有機ポリマーとすることができる。 The properties recovered by the method according to the present invention include at least one of hydrophobicity, elastic modulus, low dielectric constant, breakdown strength and hardness, dielectric breakdown strength, low dielectric leakage and dielectric reliability. Interconnect structures with such recovered films integrated therein are silicon dioxide, fluorinated tetraethylorthosilicate, fluorinated silica glass, fluorinated or non-fluorinated organic polymers, thermosetting resins, and One or more intermetallic dielectrics selected from the group consisting of chemical vapor deposition polymers can additionally be included. The thermosetting polymer can be based on polyphenylene ether. The chemical vapor deposition polymer can be polyparaxylylene. The additional intermetallic dielectric can be an organic polymer selected from the group of polyimide, benzocyclobutene, polybenzoxazole, aromatics.
本発明はまた、内部に形成された複数の導電体を有する絶縁材料と、シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、上記の方法において記載されたシリル化剤の1つと有機シリケート膜との間の反応生成物を含む有機シリケート膜の表面と、を備える製造物品に向けられる。この物品は半導体チップ、半導体チップ担体又は半導体ウェハとして形成することができる。表面は、膜の外表面または膜内の孔の表面であってよい。 The present invention also describes an intermetallic dielectric comprising an insulating material having a plurality of conductors formed therein, an organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom, and the above method And a surface of the organic silicate film comprising a reaction product between one of the silylating agents and the organic silicate film. The article can be formed as a semiconductor chip, a semiconductor chip carrier or a semiconductor wafer. The surface may be the outer surface of the membrane or the surface of the pores in the membrane.
本発明のこれら及び他の態様、特徴、及び利点は、以下の本発明の詳細な説明を添付の図面と共に理解してさらに考察することにより明確となるであろう。 These and other aspects, features and advantages of the present invention will become apparent upon further understanding and understanding of the following detailed description of the invention together with the accompanying drawings.
本発明に関して説明される変形は、各々の特定の用途に対して望ましい任意の組み合わせにおいて理解することができる。それゆえ、本明細書中に記載される特定の制限及び/又は具体化された向上は、特定の用途に対する特定の利点を有し得るが、全ての用途に用いる必要はない。また、全ての制限が、本発明の1つ又は複数の概念を含む方法、システム及び/又は装置において満たされる必要はないことも理解されたい。 The variations described with respect to the present invention can be understood in any combination desired for each particular application. Thus, certain limitations and / or embodied improvements described herein may have particular advantages for particular applications, but need not be used for all applications. It is also to be understood that not all limitations need to be satisfied in a method, system and / or apparatus that includes one or more concepts of the invention.
本発明の第1の実施形態(以下「実施形態1」)は、誘電特性の回復に極めて有効なシリル化剤である新規な種類のシリル化剤の使用法に関する。さらに、本発明の実施形態1はまた、多孔質低k材料の外表面及びバルク部分(内部の孔壁全てを含む)が疎水性になることを保証するように、これらのシリル化剤を処理工程に導入する方法に関する。最後に、本発明の第2の実施形態は、従来技術において用いられるシラザン等の部分に関する、シリル化剤としてより効果的なものとするための、特定の分子的変形を開示する。 The first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “Embodiment 1”) relates to the use of a novel class of silylating agents which are silylating agents that are extremely effective in restoring dielectric properties. In addition, Embodiment 1 of the present invention also treats these silylating agents to ensure that the outer surface and bulk portion (including all inner pore walls) of the porous low-k material becomes hydrophobic. The present invention relates to a method to be introduced into a process. Finally, the second embodiment of the present invention discloses specific molecular modifications to make more effective as silylating agents for parts such as silazanes used in the prior art.
本発明の実施形態1においては、本発明のシリル化剤は、相互接続構造を構築するためのシングル又はデュアル・ダマシン工程に、相互接続ライン及びビアの画定の後、かつ、導電性ライナー及び相互接続金属を含む充填材料の堆積の前に導入される。具体的には、シリル化剤は、低k材料の反応性イオン・エッチング(RID)に次いでレジストが除去された後に導入される。図1に示されるようなデュアル・ダマシン・スキームが用いられる場合には、本発明のシリル化剤は図5と図6の工程ステップの間に導入される。本発明において詳述されるシリル化剤は、稠密又は多孔質の有機シリケートをライン・レベル又はビア・レベルのいずれか、或いは両方において有する相互接続構造体中に用いることができる。さらに、それらは、多孔質有機シリケートが他の有機シリケート、或いは、SiO2、FSG、フッ素化テトラエチルオルトシリケート(FTEOS)、又はフッ素化若しくは非フッ素化有機ポリマーなどの材料と組み合わせて使用される構造体において用いることができる。列挙された他の材料は構造体の部分とすることができるが、それらは一般に、加工処理中に本明細書中で説明された種類の損傷を受けにくく、それゆえシリル化処理に対して敏感ではない。
In Embodiment 1 of the present invention, the silylating agent of the present invention can be used in a single or dual damascene process to build an interconnect structure, after the definition of interconnect lines and vias, and the conductive liner and interconnect. Introduced prior to the deposition of the filler material including the connecting metal. Specifically, the silylating agent is introduced after the resist is removed following reactive ion etching (RID) of the low-k material. When a dual damascene scheme as shown in FIG. 1 is used, the silylating agent of the present invention is introduced between the process steps of FIGS. The silylating agents detailed in this invention can be used in interconnect structures having dense or porous organic silicates at either the line level or via level, or both. Furthermore, they are porous organosilicate other organic silicates, or,
図8の略図は、本発明において用いられるシリル化剤が、どのようにして低k有機シリケート膜内のメチル部分を、通常の工程のプラズマ暴露の際に除去された後で、回復することに成功するかを示す。シリル化剤の反応部位を残す基(「脱離基」)は、シラノールと反応してそれを脱プロトン化し、新しいシロキサン結合を形成する基である。それゆえ、脱離基の反応性がシリル化反応の効率を決定する。 The schematic of FIG. 8 shows how the silylating agent used in the present invention recovers the methyl portion in the low-k organic silicate film after it has been removed during normal process plasma exposure. Indicates success. The group that leaves the reactive site of the silylating agent (the “leaving group”) is the group that reacts with silanol to deprotonate it and form a new siloxane bond. Therefore, the reactivity of the leaving group determines the efficiency of the silylation reaction.
本発明の実施形態1においては、X及びYが、それぞれ、1から2まで及び2から1までの整数である一般式(R2N)XSiR’Yで表される種類のシリル化剤が、後で相互接続金属を保持することになるライン及びビアの画定後に導入される。上記の式において、R及びR’は、膜を疎水性にすることのできる、水素、アルキル、アリール、フェニル、アリルまたはビニル部分の何れかとすることができる。これらのシリル化剤は通常、アミノシランと呼ばれ、以後、本明細書中ではそのように呼ぶ。これらはXの値が1であるか又は2であるかに応じて、それぞれ単官能基剤又は2官能基剤と称される。アミノシランは、スピン・オン工程によって、液相中、気相中(炉内又はCVDチャンバ内で)、又は超臨界二酸化炭素媒体中で導入されるが、いずれの場合でも、シリル化剤を湿気が全く無い状態で取り扱うことが非常に重要であり、何故なら、少しでも湿気が存在したとすると、シリル化反応の効率を低下させる可能性があるからである。さらに、シリル化とその後のアニールの組合せ、又はアニールとその後のシリル化若しくは高温(好ましくは350℃を越える)でのシリル化との組合せは、膜中のシラノール含量の大幅な減少をもたらすので、シリル化だけよりも好ましい。アニール処理ステップはまた、膜中に残るあらゆる非シリル化シラノールを縮合し、膜を強化する付加的なシロキサン結合の形成を可能にする。 In Embodiment 1 of the present invention, a silylating agent of the type represented by the general formula (R 2 N) X SiR ′ Y , wherein X and Y are integers of 1 to 2 and 2 to 1, respectively, Introduced after the definition of the lines and vias that will later hold the interconnect metal. In the above formula, R and R ′ can be any hydrogen, alkyl, aryl, phenyl, allyl, or vinyl moiety that can render the membrane hydrophobic. These silylating agents are commonly referred to as aminosilanes, and are hereinafter referred to as such in this specification. These are referred to as monofunctional or bifunctional bases, respectively, depending on whether the value of X is 1 or 2. Aminosilane is introduced in the liquid phase, in the gas phase (in a furnace or in a CVD chamber), or in a supercritical carbon dioxide medium by a spin-on process. It is very important to handle it without any at all, because if there is any moisture, it may reduce the efficiency of the silylation reaction. In addition, the combination of silylation and subsequent annealing, or the combination of annealing and subsequent silylation or silylation at high temperature (preferably above 350 ° C.) results in a significant reduction in the silanol content in the film, so Preferred over silylation alone. The annealing step also condenses any unsilylated silanol remaining in the film, allowing the formation of additional siloxane bonds that strengthen the film.
アミノシランを液体媒体中で用いる場合、孔に効率よく浸透できるように、表面張力の低い何れかの無極性有機溶媒に溶解させることが好ましい。このような溶媒の例には、ヘキサン、ヘプタン、キシレン等が含まれるが、これらに限定されない。溶媒は、引火点及び沸点によって判断されるような低揮発性であることが望ましいが、必須ではない。効果的なシリル化のために必要なアミノシランの濃度は、0.5重量%溶液ほどにも低くすることが可能であり、或いはアミノシランを希釈しない液体状態のままで用いることもできる。最も効率的なシリル化のための望ましい範囲は、典型的には2%から10%までの溶液である。溶液は多孔質低k膜上にスピン・コートするか、又は多孔質低k膜中に画定された相互接続フィーチャを有するウェハが1分間から1時間またはそれ以上の時間浸漬される湿式化学タンク中で用いることができる。シリル化のための温度は室温又はそれ以上とすることができる。浸漬中の撹拌又は超音波処理は反応促進のために必須ではないが、いくつかの用途においては反応速度を高めるのに役立ち得る。シリル化の後、ウェハは純溶媒中でリンスし、次いでホットプレート上又は炉内で450℃までの温度でベークすることができる。
液相シリル化はまた、上のパラグラフで規定された溶液を用いて、この溶液のスピン・コーティング又はスプレー・コーティングによって実施することができる。
When aminosilane is used in a liquid medium, it is preferably dissolved in any nonpolar organic solvent having a low surface tension so that it can efficiently penetrate into the pores. Examples of such solvents include, but are not limited to, hexane, heptane, xylene and the like. The solvent is desirably low volatility as judged by flash point and boiling point, but is not essential. The concentration of aminosilane required for effective silylation can be as low as a 0.5 wt% solution, or it can be used in a liquid state in which the aminosilane is not diluted. The desired range for the most efficient silylation is typically a 2% to 10% solution. The solution is spin-coated on the porous low-k film, or in a wet chemical tank in which a wafer with interconnect features defined in the porous low-k film is immersed for 1 minute to 1 hour or more Can be used. The temperature for silylation can be room temperature or higher. Agitation or sonication during immersion is not essential to promote the reaction, but in some applications can help to increase the reaction rate. After silylation, the wafer can be rinsed in a pure solvent and then baked at temperatures up to 450 ° C. on a hot plate or in an oven.
Liquid phase silylation can also be carried out by spin coating or spray coating of this solution using the solution defined in the above paragraph.
気相シリル化をアミノシランを用いて実施するときは、キャリアガスは不活性で非酸化性であり、チャンバには湿気がないことが重要である。チャンバに湿気がある場合には、2官能基及び3官能基のアミノシランはオリゴマー化して、それぞれ、単層又は膜を形成し易くなる。単層及び膜の形成は、シリル化剤と膜の反応性が一般に低下し、さらに、処理が最表面に限定され、膜のバルク中の孔が疎水性にはならないので望ましくない。気相シリル化は室温から450℃までの範囲の温度で、30秒から1時間またはそれ以上の時間をかけて実施することができる。気相シリル化のために好ましい時間及び温度は250℃で5分間である。気相シリル化の後、随意のホット・プレート・ベーク又は炉での硬化を450℃までの温度で行うことができる。誘電体膜の気相処理は、自立式炉内、フロー・スルー・チャンバ内、或いは半導体工業において化学気相体積(CVD)又は原子層堆積(ALD)のために用いられる加工処理チャンバ内で実施することができる。後の2つの選択肢が特に魅力的であるが、その理由は、これらのチャンバは実質的に湿気を排除するための基盤真空を作り、そして気体種及基板の加熱装置を導入するように設計されているからであり、また相互接続金属の堆積ステップの直前に、イン・サイチュで誘電体をシリル化することができるからであるが、このシリル化は適切な蒸気前駆体を用いてCVD又はALDにより容易に実施することができる。 When performing gas phase silylation with aminosilanes, it is important that the carrier gas be inert and non-oxidizing and that the chamber be free of moisture. When the chamber is humid, the bifunctional and trifunctional aminosilanes can oligomerize to form a single layer or film, respectively. Monolayer and membrane formation is undesirable because the reactivity of the membrane with the silylating agent is generally reduced, and the processing is limited to the outermost surface, and the pores in the bulk of the membrane do not become hydrophobic. Vapor phase silylation can be carried out at temperatures ranging from room temperature to 450 ° C. over 30 seconds to 1 hour or more. The preferred time and temperature for gas phase silylation is 5 minutes at 250 ° C. After gas phase silylation, optional hot plate bake or furnace curing can be performed at temperatures up to 450 ° C. Vapor processing of dielectric films can be performed in free-standing furnaces, flow-through chambers, or processing chambers used for chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) in the semiconductor industry. can do. The latter two options are particularly attractive because these chambers are designed to create a base vacuum to substantially eliminate moisture and introduce gas species and substrate heating devices. And because the dielectric can be silylated in situ just prior to the interconnect metal deposition step, this silylation can be accomplished by CVD or ALD using a suitable vapor precursor. Can be easily implemented.
アミノシランを超臨界(SC)二酸化炭素(CO2)媒体中において導入するときは、アミノシランはそれ自体で又は任意の適切な共溶媒と組み合わせて導入することができる。SC CO2に基づくシリル化のための温度、圧力及び時間の範囲は以下の通りとすることができる。温度は25℃から450℃までの範囲、圧力は1,000psiから10,000psiまでの範囲、時間は30秒から1時間またはそれ以上の範囲である。 Aminosilane When introducing the supercritical (SC) carbon dioxide (CO 2) medium, the aminosilane may be introduced by itself or in combination with any suitable cosolvent. The temperature, pressure and time ranges for silylation based on SC CO 2 can be as follows: The temperature ranges from 25 ° C. to 450 ° C., the pressure ranges from 1,000 psi to 10,000 psi, and the time ranges from 30 seconds to 1 hour or more.
(ビス)ジメチルアミノジメチルシラン(BDMADMS)又は(ビス)ジメチルアミノメチルシランのような2官能基アミノシランを、SC CO2又は気体媒体中、75℃を越える温度で30秒を超える時間、次いで400℃でのアニールを1分を越える時間、用いることが好ましい。2官能基シリル化剤は一般に、それらの単官能基の対応物よりも有効であるが、なぜなら、図10に示されるように、2つの隣接する非水素結合性シラノール、特にジェミナル・シラノールを同時に捕捉する能力を有するからである(図10は2つの隣接する孤立シラノールを示す)。単官能基シリル化剤は一般に、図9に示されるように、3つのメチル基が、別の単官能基シリル化剤が隣接するシラノールと容易に反応することを立体的に妨げるために、2つの隣接するシラノールを捕捉することができない。3官能基シリル化剤は架橋して、低k膜の孔に浸透しない膜を形成する傾向をもつ。さらに、3官能基シリル化剤は3つのシラノールを同時には捕捉できないということのため、シリル化剤の未反応末端上で付加的なシラノールが形成される可能性がある。 A bifunctional aminosilane, such as (bis) dimethylaminodimethylsilane (BDDMADS) or (bis) dimethylaminomethylsilane, in SC CO 2 or gaseous medium at a temperature above 75 ° C. for a time exceeding 30 seconds, then 400 ° C. It is preferable to use annealing at a time exceeding 1 minute. Bifunctional silylating agents are generally more effective than their monofunctional counterparts because, as shown in FIG. 10, two adjacent non-hydrogen bonding silanols, particularly geminal silanols, can be simultaneously used. This is because it has the ability to capture (FIG. 10 shows two adjacent isolated silanols). Monofunctional silylating agents generally have two methyl groups, as shown in FIG. 9, because the three methyl groups sterically hinder another monofunctional silylating agent from readily reacting with adjacent silanols. Two adjacent silanols cannot be captured. Trifunctional silylating agents tend to crosslink to form a membrane that does not penetrate the pores of the low-k membrane. Furthermore, additional silanols may be formed on the unreacted ends of the silylating agent because the trifunctional silylating agent cannot simultaneously capture three silanols.
図12は、シリル化が液相中、湿気のない環境で実施された、単官能基、2官能基及び3官能基の塩素末端シリル化剤の間の比較を示す。図12のFTIRスペクトルから、2官能基剤が、膜中のメチル含量の増加とシラノール含量の減少の最適の組合せを示すことが分かる。同様の効果はアミノ末端シリル化剤によって、反応の副生成物が腐蝕性ではないという追加の利点を伴って、達成することができる。
図13に示されるように、BDMADMSによる液相シリル化とそれに続く400℃でのアニールは、多孔質低k膜の疎水性及びメチル含量を回復させる。
FIG. 12 shows a comparison between monofunctional, bifunctional and trifunctional chlorine-terminated silylating agents where silylation was performed in a moisture-free environment in the liquid phase. From the FTIR spectrum of FIG. 12, it can be seen that the bifunctional base shows the optimal combination of increased methyl content and decreased silanol content in the film. Similar effects can be achieved with amino-terminated silylating agents, with the additional advantage that the reaction by-products are not corrosive.
As shown in FIG. 13, liquid phase silylation with BDDMMS followed by annealing at 400 ° C. restores the hydrophobicity and methyl content of the porous low-k film.
表1A及び表1Bは、本発明の好ましい薬剤であるBDMADMSによって達成された接触角と、従来技術に用いられるシリル化剤HMDSによる接触角の比較を示す。表1Aから分かるように、BDMADMSは接触角を回復するのにより有効である。表1Bは、BDMADMSの効果が4週間周囲に暴露した後にも減少しないのに対して、HMDSでシリル化された低k材料の接触角は小さくなり、誘電特性が漸進的に劣化することを示す。表2は、BDMADMSが、多孔質低k膜のkが典型的な工程のプラズマへの暴露後に増大した後、それを回復させることを示す。同様に、BDMADMSで処理された膜に関しては、誘電損失および絶縁破壊強度がそれらの元の値に回復する。 Tables 1A and 1B show a comparison of contact angles achieved with BDDMMS, the preferred agent of the present invention, and contact angles with the silylating agent HMDS used in the prior art. As can be seen from Table 1A, BDDMMS is more effective at recovering the contact angle. Table 1B shows that the contact angle of HMDS silylated low-k materials is reduced and the dielectric properties are progressively degraded, whereas the effect of BDDMDS does not decrease after 4 weeks of exposure. . Table 2 shows that BDDMADS recovers after the k of the porous low-k film has increased after exposure to a typical process plasma. Similarly, for films treated with BDDMMS, the dielectric loss and breakdown strength recover to their original values.
図14から、シリル化が有機シリケートの構造的形態を変化させて、その骨格をかご様よりも網目様にし、その結果機械的特性が向上することが分かる。これは、シリル化反応が、膜の機械的強度を向上させる新しい網目構造を形成するシロキサン結合を生成することによる。図14のFTIRスペクトルに見られるように、膜中の網目構造の程度を示す波数約1067(1/cm)の赤外ピークは、シリル化処理によって高さが顕著に増大する。表3を参照せよ。 From FIG. 14, it can be seen that silylation changes the structural morphology of the organic silicate, making its skeleton more network-like than cage-like, resulting in improved mechanical properties. This is because the silylation reaction produces siloxane bonds that form a new network that improves the mechanical strength of the film. As seen in the FTIR spectrum of FIG. 14, the infrared peak with a wave number of about 1067 (1 / cm) indicating the degree of the network structure in the film is remarkably increased by the silylation treatment. See Table 3.
上記のように、シリル化反応に次いで、炉でアニールすることにより、全ての残りのシラノールが縮合され、機械的強度をさらに強くする新しいシロキサン結合が生成される。 As described above, following the silylation reaction, annealing in a furnace condenses all remaining silanols and produces new siloxane bonds that further increase mechanical strength.
実施形態2
実施形態1は、一般に2官能基シリル化剤、特にBDMADMSの有効性を示す。実施形態1はまた、HMDS及びTMCSのような単官能基シリル化剤は、シリル化剤上の3つのメチル部分によってもたらされる立体障害のために、それらの2官能基の対応物ほどには効果的でないことを示す。しかし、シリル化剤のメチル部分をより小さな水素部分で適切に置き換えることによって、この問題を克服することが可能である。例えば、HMDSの代わりにテトラメチルジシラザン(TMDS)を用いると、立体障害が低減し、シリル化反応がより効果的になる。同様に、メチル部分が少なくとも部分的に水素類似物で置き換えられたアミノ、クロロ及びアルコキシ末端の単官能基シリル化剤により、上首尾のシリル化を実証することができる。従って、X及びYを、それぞれ、0から2まで及び3から1までの整数とする一般式RXHYSi−Aを有するシリル化剤は、有効なシリル化剤として用いることができる。上記の実施形態において説明されたように、シリル化反応に次いで、炉でアニールすることにより、全ての残りのシラノールが縮合され、機械的強度をさらに強くする新しいシロキサン結合が生成される。
Embodiment 1 generally shows the effectiveness of a bifunctional silylating agent, particularly BDMADMS. Embodiment 1 also shows that monofunctional silylating agents such as HMDS and TMCS are as effective as their bifunctional counterparts because of the steric hindrance provided by the three methyl moieties on the silylating agent. Indicates that it is not appropriate. However, it is possible to overcome this problem by appropriately replacing the methyl moiety of the silylating agent with a smaller hydrogen moiety. For example, when tetramethyldisilazane (TMDS) is used instead of HMDS, the steric hindrance is reduced and the silylation reaction becomes more effective. Similarly, successful silylation can be demonstrated by amino, chloro and alkoxy terminated monofunctional silylating agents in which the methyl moiety is at least partially replaced with a hydrogen analog. Therefore, the silylating agent having the general formula R X H Y Si-A in which X and Y are integers from 0 to 2 and 3 to 1, respectively, can be used as an effective silylating agent. As explained in the above embodiment, subsequent silylation reaction followed by furnace annealing condenses all remaining silanols and produces new siloxane bonds that further increase mechanical strength.
実施形態3
多孔質低k膜の孔に浸透する必要のない用途のためには、アミノ、アルコキシ、クロロまたはシラザン末端の末端基を有し、その末端基上にモノ又はジアルキル、アリール、ビニルまたは水素部分を有する重合シロキサンを、低k膜の最表面上で単層を形成して、表面の疎水性を回復するために用いることができる。このようなシロキサンの一例はアミノ末端ポリジメチルシロキサンである。シリル化剤が、相互接続構造の形成のために有機シリケート中にトレンチ及びビアを形成するエッチング工程によって作成された間隙に流入するように、分子量は十分に小さいことを確実にすることが重要である。上記の実施形態において説明されたように、シリル化反応に次いで、炉でアニールすることにより、全ての残りのシラノールが縮合され、機械的強度をさらに強くする新しいシロキサン結合が生成される。
For applications that do not need to penetrate the pores of a porous low-k membrane, it has an amino, alkoxy, chloro or silazane terminal end group on which a mono or dialkyl, aryl, vinyl or hydrogen moiety is attached. The polymerized siloxane can be used to form a single layer on the outermost surface of the low-k film and restore the surface hydrophobicity. An example of such a siloxane is amino-terminated polydimethylsiloxane. It is important to ensure that the molecular weight is small enough so that the silylating agent flows into the gap created by the etching process that forms the trenches and vias in the organic silicate to form the interconnect structure. is there. As explained in the above embodiment, subsequent silylation reaction followed by furnace annealing condenses all remaining silanols and produces new siloxane bonds that further increase mechanical strength.
実施形態4
シリル化剤はまた、膜が堆積された直後に導入することができる。この場合の効率は、堆積後、膜中にどれほど多くのシラノールが存在するかに依存する。この実施形態においては、シリル化剤はまた、膜中にシラノールを導入するUV/オゾンのような処理、或いは穏和な酸化性プラズマへの暴露の後に導入することができる。前の実施形態におけるように、シリル化に続いて熱アニールが行われる。上記の3つの実施形態の何れかにおいて説明されたシリル化剤は、この方式で用いることができる。CVD堆積膜の場合、シリル化剤は共堆積されるか、或いはCVD誘電体の前駆体と共にチャンバ内に導入することができる。
Embodiment 4
The silylating agent can also be introduced immediately after the film is deposited. The efficiency in this case depends on how much silanol is present in the film after deposition. In this embodiment, the silylating agent can also be introduced after a treatment such as UV / ozone that introduces silanol into the film, or after exposure to a mild oxidizing plasma. As in the previous embodiment, silylation is followed by thermal annealing. The silylating agent described in any of the above three embodiments can be used in this manner. In the case of CVD deposited films, the silylating agent can be co-deposited or introduced into the chamber along with a precursor for the CVD dielectric.
前述のことは、本発明のより適切な対象及び実施形態の幾つかを概説したものであることに留意されたい。本発明の構想は多くの用途に用いることができる。それゆえ、特定の配置及び方法に関して説明されているが、本発明の意図及び構想は他の配置及び用途に対しても適切かつ適用可能である。開示された実施形態に対する他の改変が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施可能であることは、当業者には明白である。説明された実施形態は、本発明のより顕著な特徴及び用途の幾つかの単なる例示であると解釈されたい。開示された本発明を異なる様式で適用すること、或いは当業者には既知の仕方で本発明を改変することによって他の有益な結果を実現することができる。それゆえ、これらの実施形態は実施例として与えられ、限定としてではないことを理解されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。 It should be noted that the foregoing has outlined some of the more suitable objects and embodiments of the present invention. The concept of the present invention can be used for many applications. Thus, although described with respect to particular arrangements and methods, the intent and concepts of the present invention are appropriate and applicable to other arrangements and applications. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications to the disclosed embodiments can be made without departing from the spirit and scope of the invention. The described embodiments are to be construed as merely illustrative of some of the more prominent features and applications of the present invention. Other beneficial results can be achieved by applying the disclosed invention in different ways, or modifying the invention in a manner known to those skilled in the art. Therefore, it should be understood that these embodiments are given by way of example and not limitation. The scope of the present invention is defined by the appended claims.
1100:基板
1110:ビア・レベルの誘電体
1120:ライン・レベルの誘電体
1130:ハード・マスク層(積層体)
1150:ラインの位置
1170:ビアの位置
1180:ビア開口部
1190:デュアル・ダマシンのトレンチ及びビア構造
1200:導電性ライナー材料
1210:導電性充填材料
1220:キャッピング材料
1500、1510:フォトレジスト層
1100: substrate 1110: via level dielectric 1120: line level dielectric 1130: hard mask layer (stack)
1150: Line location 1170: Via location 1180: Via opening 1190: Dual damascene trench and via structure 1200: Conductive liner material 1210: Conductive fill material 1220: Capping
Claims (62)
前記膜に、該膜を疎水性にするようにアミノシランを含むシリル化剤を塗布するステップを含む、方法。 A low-k or extremely low dielectric constant organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom, and a semiconductor chip, a chip carrier, or a low or very low dielectric constant insulating layer in a semiconductor wafer A method for recovering the characteristics of an organic silicate film used therein, wherein the organic silicate film has undergone a treatment that tends to degrade the characteristics,
Applying to the membrane a silylating agent comprising aminosilane so as to render the membrane hydrophobic.
前記膜を疎水性にするように前記膜にシリル化剤を塗布するステップを含み、前記シリル化剤は、RXHYSi−Aの一般式を有し、X及びYは、それぞれ、0から2まで及び3から1までの整数であり、Rは、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル又はビニル部分の何れかであり、Aは、クロロ、又はアルコキシ部分である、
方法。 A method for recovering the characteristics of an organic silicate film that has a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom and is in a semiconductor chip, a chip carrier, or a low or very low dielectric constant insulating layer in a semiconductor wafer The organic silicate membrane has undergone a treatment that tends to degrade its properties, and the method comprises:
Applying a silylating agent to the membrane to render the membrane hydrophobic, wherein the silylating agent has the general formula R X H Y Si-A, where X and Y are each 0 From 2 to 3 and from 3 to 1, R is either a hydrogen, alkyl, aryl, allyl, phenyl or vinyl moiety, and A is a chloro or alkoxy moiety.
Method.
前記膜を疎水性にするように前記膜にシリル化剤を塗布するステップを含み、前記シリル化剤は、アミノ、クロロ又はアルコキシ基のうちから選択される単官能基の末端基を含み、前記シリル化剤のメチル部分は、少なくとも部分的に水素類似物で置換される、
方法。 A method for recovering the characteristics of an organic silicate film that has a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom and is in a semiconductor chip, a chip carrier, or a low or very low dielectric constant insulating layer in a semiconductor wafer. The organic silicate film has undergone a treatment that tends to degrade its properties, and the method comprises:
Applying a silylating agent to the membrane to render the membrane hydrophobic, the silylating agent comprising a monofunctional end group selected from amino, chloro or alkoxy groups, The methyl portion of the silylating agent is at least partially substituted with a hydrogen analog;
Method.
前記膜を疎水性にするように前記膜にシリル化剤を塗布するステップを含み、前記シリル化剤は、アミノ、アルコキシ、クロロ又はシラザン末端の末端基を有する重合シロキサンを含む、
方法。 A method for recovering the characteristics of an organic silicate film that has a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom and is in a semiconductor chip, a chip carrier, or a low or very low dielectric constant insulating layer in a semiconductor wafer. The organic silicate membrane has undergone a treatment that tends to degrade its properties, and the method comprises:
Applying a silylating agent to the membrane to render the membrane hydrophobic, the silylating agent comprising a polymerized siloxane having amino, alkoxy, chloro or silazane terminal groups.
Method.
前記膜を疎水性にするように前記膜にシリル化剤を塗布するステップを含み、前記シリル化剤は、一般式RXHYSiZAを有し、X、及びYは、それぞれ、0から5まで、及び6から1までの整数であり、Zは2に等しい整数であり、Rは、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル又はビニル部分であり、Aはシラザンである、
方法。 A method for recovering the characteristics of an organic silicate film that has a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom and is in a semiconductor chip, a chip carrier, or a low or very low dielectric constant insulating layer in a semiconductor wafer. The organic silicate membrane has undergone a treatment that tends to degrade its properties, and the method comprises:
Applying a silylating agent to the membrane to render the membrane hydrophobic, wherein the silylating agent has the general formula R X H Y Si Z A, and X and Y are each 0 From 5 to 5 and from 6 to 1, Z is an integer equal to 2, R is a hydrogen, alkyl, aryl, allyl, phenyl or vinyl moiety, and A is a silazane.
Method.
シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、
アミノシラン・シリル化剤と前記膜の有機シリケートとの反応生成物を含む前記有機シリケート膜の表面と
を備える製造物品。 An insulating material having a plurality of conductors formed therein;
An intermetallic dielectric comprising an organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom;
A manufactured article comprising a surface of the organic silicate film containing a reaction product of an aminosilane silylating agent and an organic silicate of the film.
シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、
前記膜を疎水性にするようにシリル化剤と前記膜の有機シリケートとの反応生成物を含む有機シリケート膜の表面であって、前記シリル化剤はRXHYSi−Aの形を有し、X及びYは、それぞれ、0から2まで及び3から1までの整数であり、Rは水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル又はビニル部分の何れかであり、Aはクロロ、又はアルコキシ部分である、表面と
を備える製造物品。 An insulating material having a plurality of conductors formed therein;
An intermetallic dielectric comprising an organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom;
A surface of an organic silicate film containing a reaction product of a silylating agent and an organic silicate of the film so as to make the film hydrophobic, wherein the silylating agent has a form of R X H Y Si-A. X and Y are integers from 0 to 2 and 3 to 1, respectively, R is any of hydrogen, alkyl, aryl, allyl, phenyl or vinyl moiety, and A is a chloro or alkoxy moiety A manufactured article comprising a surface.
シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、
前記膜を疎水性にするようにシリル化剤と前記膜の有機シリケートとの反応生成物を含む有機シリケート膜の表面であって、前記シリル化剤は、アミノ、クロロ又はアルコキシ基から選択される単官能基を含み、前記シリル化剤のメチル部分は少なくとも部分的に水素類似物で置換される、表面と
を備える製造物品。 An insulating material having a plurality of conductors formed therein;
An intermetallic dielectric comprising an organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom;
A surface of an organic silicate membrane comprising a reaction product of a silylating agent and an organic silicate of the membrane to render the membrane hydrophobic, wherein the silylating agent is selected from amino, chloro or alkoxy groups An article of manufacture comprising a surface comprising a monofunctional group, wherein the methyl portion of the silylating agent is at least partially substituted with a hydrogen analog.
シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、
シリル化剤と前記膜の有機シリケートとの反応生成物を含む有機シリケート膜の表面であって、前記シリル化剤は、アミノ、アルコキシ、クロロ又はシラザン末端の末端基を有する重合シロキサンを含む、表面と
を備える製造物品。 An insulating material having a plurality of conductors formed therein;
An intermetallic dielectric comprising an organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom;
A surface of an organic silicate film containing a reaction product of a silylating agent and an organic silicate of the film, the silylating agent comprising a polymerized siloxane having an amino, alkoxy, chloro or silazane terminal group A manufactured article comprising:
シリコン原子に結合した水素原子又はアルキル若しくはアリール基を有する有機シリケート膜を含む金属間誘電体と、
シリル化剤と有機シリケート膜との反応生成物を含む有機シリケート膜の表面であって、前記シリル化剤は、一般式RXHYSiZAを有し、X及びYは、それぞれ、0から5まで、6から1までの整数であり、Zは2に等しく、Rは、水素、アルキル、アリール、アリル、フェニル又はビニル部分の何れかであり、Aはシラザンである、表面と
を含む製造物品。 An insulating material having a plurality of conductors formed therein;
An intermetallic dielectric comprising an organic silicate film having a hydrogen atom or an alkyl or aryl group bonded to a silicon atom;
A surface of an organic silicate film containing a reaction product of a silylating agent and an organic silicate film, wherein the silylating agent has a general formula R X H Y Si Z A, and X and Y are each 0 From 5 to 5, from 6 to 1, Z is equal to 2, R is any of hydrogen, alkyl, aryl, allyl, phenyl or vinyl moieties, and A is a silazane. Manufactured goods.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009099839A (en) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Insulation film damage recovery method and recovery agent |
| JP2010114467A (en) * | 2008-06-16 | 2010-05-20 | Toshiba Corp | Surface treatment agent for semiconductor substrate |
| JP2011171736A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2012044065A (en) * | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Method for processing substrate and apparatus for processing substrate |
| JP2012222329A (en) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Tokyo Electron Ltd | Liquid processing method and liquid processing device |
| US8821974B2 (en) | 2010-08-20 | 2014-09-02 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | Substrate processing method |
| US9859111B2 (en) | 2009-12-11 | 2018-01-02 | Toshiba Memory Corporation | Apparatus and method of treating surface of semiconductor substrate |
| JP2018011061A (en) * | 2012-07-02 | 2018-01-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | Damage repair of low-k dielectrics by gas-phase chemical exposure |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7875312B2 (en) * | 2006-05-23 | 2011-01-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing silicon oxide films for organoaminosilane precursors |
| US7446058B2 (en) | 2006-05-25 | 2008-11-04 | International Business Machines Corporation | Adhesion enhancement for metal/dielectric interface |
| JPWO2008029800A1 (en) * | 2006-09-07 | 2010-01-21 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method and storage medium |
| JP4999419B2 (en) * | 2006-10-12 | 2012-08-15 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing method, substrate processing system, and computer-readable storage medium |
| JP4814054B2 (en) * | 2006-11-02 | 2011-11-09 | 三井化学株式会社 | LAMINATED STRUCTURE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING LAMINATE STRUCTURE |
| US7500397B2 (en) * | 2007-02-15 | 2009-03-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Activated chemical process for enhancing material properties of dielectric films |
| JP4977508B2 (en) * | 2007-03-26 | 2012-07-18 | アイメック | Method for processing damaged porous dielectric |
| SG174296A1 (en) | 2009-03-10 | 2011-10-28 | Air Liquide | Cyclic amino compounds for low-k silylation |
| GB0921707D0 (en) * | 2009-12-11 | 2010-01-27 | Cambridge Display Tech Ltd | Electronic devices |
| DE102010040071B4 (en) * | 2010-08-31 | 2013-02-07 | GLOBALFOUNDRIES Dresden Module One Ltd. Liability Company & Co. KG | A method for restoring surface properties of sensitive low ε dielectrics in microstructure devices using in-situ surface modification |
| US8575041B2 (en) | 2011-09-15 | 2013-11-05 | Globalfoundries Inc. | Repair of damaged surface areas of sensitive low-K dielectrics of microstructure devices after plasma processing by in situ treatment |
| CN103426733A (en) * | 2012-05-17 | 2013-12-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Ultra-low-K dielectric layer treatment method |
| US9260571B2 (en) | 2012-05-24 | 2016-02-16 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Hybrid polymer networks as ultra low ‘k’ dielectric layers |
| US9029171B2 (en) * | 2012-06-25 | 2015-05-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Self repairing process for porous dielectric materials |
| TWI612182B (en) * | 2013-09-09 | 2018-01-21 | 液態空氣喬治斯克勞帝方法研究開發股份有限公司 | Method of etching semiconductor structures with etch gases |
| JP6234898B2 (en) * | 2013-09-25 | 2017-11-22 | 信越化学工業株式会社 | Photomask blank manufacturing method |
| JP6258151B2 (en) * | 2013-09-25 | 2018-01-10 | 信越化学工業株式会社 | Photomask blank and manufacturing method thereof |
| KR20160116618A (en) | 2015-03-30 | 2016-10-10 | 삼성전자주식회사 | A semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device |
| US10692773B2 (en) * | 2018-06-29 | 2020-06-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Forming nitrogen-containing low-K gate spacer |
| US11404267B2 (en) * | 2019-12-30 | 2022-08-02 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor structure formation |
| US11495532B2 (en) * | 2020-02-27 | 2022-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Techniques to inhibit delamination from flowable gap-fill dielectric |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003508895A (en) * | 1999-08-23 | 2003-03-04 | アライドシグナル インコーポレイテッド | Nanoporous silica treated with siloxane polymer for ULSI applications |
| WO2003077032A1 (en) * | 2002-03-04 | 2003-09-18 | Supercritical Systems Inc. | Method of passivating of low dielectric materials in wafer processing |
| JP2003282698A (en) * | 2002-03-22 | 2003-10-03 | Sony Corp | Method for fabricating semiconductor and the same |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6737118B2 (en) * | 1997-05-28 | 2004-05-18 | Nippon Steel Corporation | Low dielectric constant materials and their production and use |
| DE69827259T2 (en) * | 1997-07-15 | 2006-02-16 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | ALKOXYSILANE AND ORGANIC POLYMER COMPOSITIONS FOR THE PREPARATION OF THIN ISOLATING LAYERS AND THEIR USE |
| US6448331B1 (en) * | 1997-07-15 | 2002-09-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Alkoxysilane/organic polymer composition for thin insulating film production and use thereof |
| US6245690B1 (en) * | 1998-11-04 | 2001-06-12 | Applied Materials, Inc. | Method of improving moisture resistance of low dielectric constant films |
| US6770572B1 (en) * | 1999-01-26 | 2004-08-03 | Alliedsignal Inc. | Use of multifunctional si-based oligomer/polymer for the surface modification of nanoporous silica films |
| MXPA02002594A (en) * | 1999-09-09 | 2002-08-30 | Allied Signal Inc | Improved apparatus and methods for integrated circuit planarization. |
| US6589889B2 (en) * | 1999-09-09 | 2003-07-08 | Alliedsignal Inc. | Contact planarization using nanoporous silica materials |
| AU2001266998A1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-08 | Honeywell International, Inc. | Method to restore hydrophobicity in dielectric films and materials |
| US6673521B2 (en) * | 2000-12-12 | 2004-01-06 | Lnternational Business Machines Corporation | Supercritical fluid(SCF) silylation process |
| US7169540B2 (en) * | 2002-04-12 | 2007-01-30 | Tokyo Electron Limited | Method of treatment of porous dielectric films to reduce damage during cleaning |
| US20040152296A1 (en) * | 2003-02-04 | 2004-08-05 | Texas Instruments Incorporated | Hexamethyldisilazane treatment of low-k dielectric films |
-
2004
- 2004-10-27 EP EP04796562A patent/EP1812961A1/en not_active Withdrawn
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- 2004-10-27 CN CN2004800442976A patent/CN101048857B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003508895A (en) * | 1999-08-23 | 2003-03-04 | アライドシグナル インコーポレイテッド | Nanoporous silica treated with siloxane polymer for ULSI applications |
| WO2003077032A1 (en) * | 2002-03-04 | 2003-09-18 | Supercritical Systems Inc. | Method of passivating of low dielectric materials in wafer processing |
| JP2003282698A (en) * | 2002-03-22 | 2003-10-03 | Sony Corp | Method for fabricating semiconductor and the same |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009099839A (en) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Insulation film damage recovery method and recovery agent |
| JP2010114467A (en) * | 2008-06-16 | 2010-05-20 | Toshiba Corp | Surface treatment agent for semiconductor substrate |
| JP2016066811A (en) * | 2008-06-16 | 2016-04-28 | 株式会社東芝 | Substrate processing equipment |
| US9859111B2 (en) | 2009-12-11 | 2018-01-02 | Toshiba Memory Corporation | Apparatus and method of treating surface of semiconductor substrate |
| US9991111B2 (en) | 2009-12-11 | 2018-06-05 | Toshiba Memory Corporation | Apparatus and method of treating surface of semiconductor substrate |
| JP2011171736A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2012044065A (en) * | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Method for processing substrate and apparatus for processing substrate |
| US8821974B2 (en) | 2010-08-20 | 2014-09-02 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | Substrate processing method |
| US9005703B2 (en) | 2010-08-20 | 2015-04-14 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Substrate processing method |
| US9455134B2 (en) | 2010-08-20 | 2016-09-27 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Substrate processing method |
| JP2012222329A (en) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Tokyo Electron Ltd | Liquid processing method and liquid processing device |
| JP2018011061A (en) * | 2012-07-02 | 2018-01-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | Damage repair of low-k dielectrics by gas-phase chemical exposure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| McClelland et al. | Lee et a | |
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