KR20100120300A

KR20100120300A - 배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100120300A
Application number: KR1020107020646A
Authority: KR
Inventors: 시로우 오자키; 요시히로 나카타; 다다히로 이마다; 야스시 고바야시
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2010-11-15
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: KR101123522B1; WO2009118805A1; CN101960582A; JP5267552B2; JPWO2009118805A1; US8390099B2; CN101960582B; US20100320618A1

Abstract

본 발명은, 절연막끼리의 밀착성을 향상시켜, 반도체 장치의 다층 배선 형성 프로세스에서의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 상에 형성된 밀착 강화층과, 상기 밀착 강화층 상에 형성되고, 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 가지며, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
Si-C_XH_Y-Si …일반식 (1)
상기 일반식 (1)에서, X=2Y이고, X는 1 이상의 정수를 나타낸다.

Description

배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{WIRING BOARD, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND PROCESS FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은, 배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 응답 속도의 고속화가 요구되는 배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 다층 배선은, Cu 배선과 층간 절연막으로 구성되는데, 이 다층 배선에 있어서, 신호 전파 속도의 저하는 배선 저항과 배선 사이의 기생 용량에 의해 결정된다. 최근, 디바이스의 고집적화에 따라 배선 폭, 배선 간격이 좁아져, 배선 저항이 상승하고, 배선 사이의 기생 용량이 증대하고 있다. 절연막의 용량은 배선 두께를 얇게 하여 단면적을 작게 함으로써 저감할 수 있으나, 배선 두께를 얇게 하면 또한 배선 저항의 상승을 초래하기 때문에 고속화로 이어지지 않는다. 고속화를 도모하기 위해서는, 배선의 저저항화와 절연막의 저유전율화가 필수적이다. 또한, 배선의 저저항화와 절연막의 저유전율화는, 디바이스의 성능을 지배하는 큰 요소가 되는 것이 예상된다. 그러나, 절연막을 저유전율화하기 위해서 유기기(有機基)의 함유량을 증가시키면 막이 소수화하여 절연막끼리의 밀착성이 저하된다.

전술한 바와 같이, 적층한 절연막끼리의 밀착성이 저하된 경우, 연마 공정에서 막 박리가 발생하여, 수율 및 신뢰성이 저하된다. 이것을 억제하기 위해서, 밀착성 강화 재료나 플라즈마, 오존에 의한 밀착성 강화 수법이 검토되고 있으나, 충분한 과제의 해결에는 이르고 못하고 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

이상으로부터, 다층 배선에 저유전율 층간 절연막을 적용할 때에는 밀착성의 강화가 중요한 과제로 되어 있다.

또한, 하기 특허 문헌 2∼3에는, 절연막에 전자선을 조사(照射)하는 기술이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2007-141875호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2005-64516호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제2006-261440호 공보

본 발명은, 종래의 상기 문제를 해결하여, 이하의 목적을 달성하는 것을 과제로 한다.

즉, 본 발명은, 절연막끼리의 밀착성을 향상시켜, 반도체 장치의 다층 배선 형성 프로세스에서의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 후술하는 바와 같다. 즉,

본 발명의 배선 기판은, 실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 상에 형성된 밀착 강화층과, 상기 밀착 강화층 상에 형성되고, 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 가지며, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)

상기 일반식 (1)에서, X=2Y이고, X는 1 이상의 정수를 나타낸다.

이 배선 기판에 있어서는, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있기 때문에, 절연막끼리의 밀착성을 향상시켜, 반도체 장치의 다층 배선 형성 프로세스에서의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 반도체 장치는, 다층 배선을 갖는 반도체 장치로서, 상기 다층 배선이, 실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 상에 형성된 밀착 강화층과, 상기 밀착 강화층 상에 형성되고, 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 가지며, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)

이 반도체 장치에 있어서는, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있기 때문에, 절연막끼리의 밀착성을 향상시켜, 반도체 장치의 다층 배선 형성 프로세스에서의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 다층 배선을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 다층 배선을 형성하는 공정이, 실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제1 절연막 상에, 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 재료로 이루어지는 밀착 강화층을 형성하는 공정과, 상기 밀착 강화층 상에, 상기 활성 에너지선이 투과 가능한 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제2 절연막측으로부터 상기 활성 에너지선을 조사하여, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막의 사이에, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.

Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)

이 반도체 장치의 제조 방법에 있어서는, 실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막이 형성되고, 상기 제1 절연막 상에, 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 재료로 이루어지는 밀착 강화층이 형성되며, 상기 밀착 강화층 상에, 상기 활성 에너지선이 투과 가능한 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막이 형성되고, 상기 제2 절연막측으로부터 상기 활성 에너지선이 조사되어, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막의 사이에, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분이 형성된다.

Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)

본 발명에 따르면, 종래의 문제를 해결할 수 있어, 상기 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 절연막끼리의 밀착성을 향상시켜, 반도체 장치의 다층 배선 형성 프로세스에서의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 배선 기판, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 배선 기판의 일례를 도시하는 도면(그 1)이다.
도 1b는 본 발명의 배선 기판의 일례를 도시하는 도면(그 2)이다.
도 2a는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 1)이다.
도 2b는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 2)이다.
도 2c는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 3)이다.
도 2d는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 4)이다.
도 2e는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 5)이다.
도 2f는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 6)이다.
도 2g는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 7)이다.
도 2h는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 8)이다.
도 2i는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 9)이다.
도 2j는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 10)이다.
도 2k는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 11)이다.
도 2l은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일례를 도시하는 공정도(그 12)이다.
도 3은 고압 수은 램프의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면이다.

(배선 기판)

본 발명의 배선 기판은, 제1 절연막(도 1a 및 도 1b에서의 1)과, 밀착 강화층(도 1a 및 도 1b에서의 2)과, 제2 절연막(도 1a 및 도 1b에서의 3)을 갖고 이루어지고, 또한 필요에 따라, 그 외의 층(도 1b에서의 4)을 갖는다.

<제1 절연막과 제2 절연막의 결합>

상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막은, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있다.

Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)

상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분은, 상기 제1 절연막의 표면 상에 상기 밀착 강화층을 형성하고, 상기 밀착 강화층의 표면 상에 상기 제2 절연막을 형성하며, 상기 제2 절연막의 상방으로부터 활성 에너지선을 조사함으로써(도 1a 및 도 1b 참조) 생성된다. 즉, 상기 밀착 강화층과 상기 제1 및 제2 절연막과의 계면에 형성된 Si-C_XH_Y에 활성 에너지선을 반응시킴으로써, H 추출에 의한 라디칼 중합[하기 반응식 (1)]이 진행된다.

2Si-CH₃→Si-C_XH_Y-Si+H₂ … 반응식 (1)

또한, 상기 밀착 강화층은, 상기 Si-C_XH_Y-Si로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 상기 제2 절연막보다도 많이 포함하는 것이 바람직하고, 상기 밀착 강화층 중에 포함되는 상기 Si-C_XH_Y-Si로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분의 비율(A)과, 상기 제2 절연막 중에 포함되는 상기 Si-C_XH_Y-Si로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분의 비율(B)의 비(A/B)가 1.1 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 밀착 강화층과, 상기 제1 및 제2 절연막과의 계면에 Si-OH가 형성되어 있는 경우에는, 이 Si-OH에 활성 에너지선을 반응시킴으로써, H 추출에 의한 라디칼 중합[하기 반응식 (2)]이 진행된다.

2Si-OH→Si-O-Si+H₂O … 반응식 (2)

또한, 상기 제1 및 제2 절연막과의 계면에서의 Si-OH는, 오존, 활성 산소, 플라즈마, 자외선, 전자선, X선 중 적어도 하나를 조사함으로써 형성되는 것이다. 이 Si-OH가 형성됨으로써, 상기 제1 및 제2 절연막과의 계면이 친수화된다.

상기 Si-C_XH_Y-Si로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분, 상기 Si-O-Si로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분의 존재는, FT-IR, XPS에 의해 확인하는 것이 가능하다.

<밀착 강화층과 제1 및 제2 절연막의 판별>

상기 밀착 강화층과 상기 제1 절연막(하층) 및 제2 절연막(상층)의 판별은, X선 광전자 분석 장치(AXIS-HSi, 크레이토스 애널리티컬 리미티드)를 이용하여 조성 분석함으로써 행하였다. 상기 제2 절연막 표면으로부터, 깊이(상기 제1 절연막) 방향으로 조성 분포를 취득하는 과정에서, 탄소의 조성이 4% 상승한 측정점으로부터 제1 절연막(하층)에 도달하기까지의 범위를 밀착 강화층으로 하였다.

<제1 절연막>

상기 제1 절연막으로서는, 실리콘 화합물로 이루어지는 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 규소 외에 탄소, 산소, 질소, 수소 등 중 적어도 어느 하나를 포함하는 SiO₂막, SiN막, SiC막, SiOC막, SiCN막 등을 들 수 있다.

<밀착 강화층>

상기 밀착 강화층으로서는, 상기 제1 절연막 상에 형성된 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료가, 적외선, 가시광, 자외선, 전자선, X선 등의 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 재료, 예컨대 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 오르가노알콕시실란을 포함하는 재료, 염기성 첨가제 및 오르가노알콕시실란을 포함하는 재료가 바람직하다.

<<활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 오르가노알콕시실란>>

상기 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 오르가노알콕시실란으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리스(메톡시에톡시)실란, 3-페닐아미노프로필트리메톡시실란 등을 들 수 있다.

이들 중에서도, 불포화 결합을 갖는 비닐계의 알콕시실란 화합물이 특히 바람직하다.

<<염기성 첨가제>>

상기 염기성 첨가제로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 오르가노알콕시실란에 염기성을 부여하는 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으나, 오르가노알콕시실란과의 친화성이 높은 점에서, 질소 함유 염기성 관능기를 갖는 첨가제가 바람직하다.

상기 질소 함유 염기성 관능기를 갖는 첨가제로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 1,2-에탄디아민, N-{(에테닐페닐)메틸} 등을 들 수 있다.

<<오르가노알콕시실란>>

상기 염기성 첨가제와 함께 첨가되는 오르가노알콕시실란으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 N-{3-(트리메톡시실릴)프로필} 등을 들 수 있다.

<제2 절연막>

상기 제2 절연막으로서는, 상기 밀착 강화층 상에 형성되며, 실리콘 화합물로 이루어지는 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 규소 외에 탄소, 산소, 질소, 수소 등 중 적어도 어느 하나를 포함하는 SiO₂막, SiN막, SiC막, SiOC막, SiCN막 등의 다공질막을 들 수 있다.

<그 외의 층>

상기 그 외의 층으로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

(반도체 장치)

본 발명의 반도체 장치는, 다층 배선을 갖고 이루어지고, 또한 필요에 따라, 그 외의 부재를 갖는다.

<다층 배선>

상기 다층 배선은, 상기 제1 절연막과, 상기 밀착 강화층과, 상기 제2 절연막을 갖고 이루어지고, 또한 필요에 따라, 그 외의 층을 갖는다.

<<제1 절연막>>

<<밀착 강화층>>

<<제2 절연막>>

<<그 외의 층>>

상기 그 외의 층으로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 배선층과, 상기 제1 절연막, 상기 밀착 강화층 및 상기 제2 절연막 이외의 층간 절연막을 들 수 있다.

<<<배선층>>>

상기 배선층으로서는, 그 재료, 구조, 두께 등에 대해서는, 특별히 제한없이, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으나, 회로의 집적도를 향상시키는 점에서, 상기 구조로서는, 적층 구조(다층 구조)인 것이 바람직하다.

<<<층간 절연막>>>

상기 층간 절연막으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 스토퍼막 등을 들 수 있고, 구체적으로는, 예컨대 플라즈마 CVD법에 의해 형성된 Carbon Doped SiO₂막, SiC:H막, SiC:N막, SiC:O:H막 및 SiO₂막이나, 스핀코팅법에 의해 형성된 유기 SOG 및 무기 SOG 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 상기 제2 절연막(다공질막)의 형성이 스핀코팅법에 의해 행해지는 경우, 유기 SOG 및 무기 SOG가 바람직하다. 이 경우, 상기 제2 절연막(다공질막) 및 상기 층간 절연막의 형성 및 자외선 경화(ultraviolet ray curing)를 일괄적으로 행할 수 있어, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.

상기 층간 절연막의 재료, 형상, 구조, 두께, 밀도 등에 대해서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으나, 상기 두께로서는, 5 ㎚∼300 ㎚가 바람직하고, 5 ㎚∼180 ㎚가 더 바람직하다.

상기 두께가 5 ㎚ 미만이면, 상기 노광광에 의한 상기 층간 절연막에의 손상의 부여가 현저해지는 경우가 있고, 300 ㎚를 초과하면, 막의 상하에서 경화의 진행 정도에 차이가 발생하는 경우가 있다.

또한, 상기 밀도로서는, 1 g/㎤∼3 g/㎤가 바람직하고, 1 g/㎤∼2.5 g/㎤가 보다 바람직하다.

상기 밀도가, 1 g/㎤ 미만이면, 막 강도가 현저하게 저하되는 경우가 있고, 3 g/㎤를 초과하면, 상기 층간 절연막을 저유전율로 유지하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

<그 외의 부재>

상기 그 외의 부재로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 게이트 전극, 드레인 전극, 소스 전극 등의 각종 반도체 장치에서의 일반적인 구성 부재를 들 수 있다.

(반도체 장치의 제조 방법)

상기 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 다층 배선을 형성하는 다층 배선 형성 공정을 적어도 포함한다.

<다층 배선 형성 공정>

상기 다층 배선 형성 공정은, 상기 다층 배선을 형성하는 공정이다.

상기 다층 배선 형성 공정은, 제1 절연막 형성 공정과, 상기 밀착 강화층 형성 공정과, 제2 절연막 형성 공정과, 활성 에너지 조사 공정을 적어도 포함하고, 또한 필요에 따라 적절하게 선택한 그 외의 공정을 포함한다.

<<제1 절연막 형성 공정>>

상기 제1 절연막 형성 공정은, 제1 절연막을 형성하는 공정이다. 구체적으로는, 상기 실리콘 화합물을 포함하는 도포액을 2,000 rpm으로 스핀코팅하고, 150℃, 250℃, 350℃의 온도에서 각 1분간씩 프리(pre)베이킹하여 도포액에서의 물, 에탄올 등의 용매를 휘발시키며, 제1 절연막을 형성한다. 상기 스핀코팅 조건으로서는, 예컨대 회전수가 100 rpm∼10,000 rpm 정도, 바람직하게는 800 rpm∼5,000 rpm이고, 시간이 1초∼10분간 정도, 바람직하게는 10초∼90초간이다. 또한, 상기 프리베이킹은, 목적에 따라 적절하게 그 온도, 분위기 등의 조건을 선택할 수 있으나, 상기 온도로서는, 50℃∼350℃가 바람직하다. 또한, 상기 용매로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 시클로헥산, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 옥탄, 데칸, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트를 들 수 있다.

<<밀착 강화층 형성 공정>>

상기 밀착 강화층 형성 공정은, 상기 제1 절연막 상에, 상기 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 재료로 이루어지는 밀착 강화층을 형성하는 공정이다. 구체적으로는, 상기 제1 절연막 상에, 상기 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 재료를 포함하는 도포액을 1,500 rpm으로 스핀코팅하고, 150℃의 온도에서 1분간 프리베이킹하여 도포액에서의 물, 에탄올 등의 용매를 휘발시키며, 밀착 강화층을 형성한다. 상기 스핀코팅 조건으로서는, 예컨대 회전수가 100 rpm∼10,000 rpm 정도, 바람직하게는 800 rpm∼5,000 rpm이고, 시간이 1초∼10분간 정도, 바람직하게는 10초∼90초간이다. 또한, 상기 프리베이킹은, 목적에 따라 적절하게 그 온도, 분위기 등의 조건을 선택할 수 있으나, 상기 온도로서는, 50℃∼350℃가 바람직하다. 또한, 상기 용매로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 시클로헥산, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 옥탄, 데칸, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트를 들 수 있다.

<<제2 절연막 형성 공정>>

상기 제2 절연막 형성 공정은, 상기 밀착 강화층 상에, 상기 활성 에너지선이 투과 가능한 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 형성하는 공정이다. 구체적으로는, 상기 밀착 강화층 상에, 상기 활성 에너지선이 투과 가능한 실리콘 화합물을 포함하는 도포액을 2,000 rpm으로 스핀코팅하고, 150℃, 250℃, 350℃의 온도에서 각 1분간씩 프리베이킹하여 도포액에서의 물, 에탄올 등의 용매를 휘발시키며, 제2 절연막을 형성한다. 상기 스핀코팅 조건으로서는 예컨대, 회전수가 100 rpm∼10,000 rpm 정도, 바람직하게는 800 rpm∼5,000 rpm이고, 시간이 1초∼10분간 정도, 바람직하게는 10초∼90초간이다. 또한, 상기 프리베이킹은, 목적에 따라 적절하게 그 온도, 분위기 등의 조건을 선택할 수 있으나, 상기 온도로서는, 50℃∼350℃가 바람직하다. 또한, 상기 용매로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 시클로헥산, 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 옥탄, 데칸, 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트를 들 수 있다.

상기 제2 절연막으로서는, 상기 활성 에너지선이 투과 가능한 실리콘 화합물로 이루어지는 것이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 규소 외에 탄소, 산소, 질소, 수소 등 중 적어도 어느 하나를 포함하는 SiO₂막, SiN막, SiC막, SiOC막, SiCN막 등의 다공질막을 들 수 있다.

<<활성 에너지 조사 공정>>

상기 활성 에너지 조사 공정은, 상기 제2 절연막측으로부터 상기 활성 에너지선을 조사하여, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막의 사이에, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 형성하는 공정이다.

Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)

여기서, 「제2 절연막측으로부터 활성 에너지를 조사」란, 도 1b와 같이, 제2 절연막 뿐만 아니라, 그 이외의 층[예컨대, 도 1b에서의 그 외의 층(4)]도 통해 활성 에너지를 조사하는 것을 포함하는 것이다.

상기 활성 에너지선은, 적외선, 가시광, 자외선, 전자선 및 X선으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 복수를 조합한 에너지선이며, 그 중에서도, 도 3에 도시하는 발광 스펙트럼, 조도(照度)를 갖는 고압 수은 램프(UVL-7000 H4-N, 우시오 덴키)의 자외선이 바람직하다.

<<그 외의 공정>>

상기 그 외의 공정으로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 상기 활성 에너지 조사와 동시에 50℃∼470℃의 열처리를 행하는 열처리 공정, 제1 및 제2 절연막의 계면에 Si-OH를 형성하여 친수화하기 위해서, 오존, 활성 산소, 플라즈마, 자외선, 전자선, X선 중 적어도 어느 하나를 조사하는 조사 공정 등을 들 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

-제1 절연막 형성 재료의 조제-

폴리카르보실란(「NIPSI-L」; 닛폰 카본 제조, 중량 평균 분자량=약 400) 10 g, 메틸이소부틸케톤 60 g(0.6 ㏖) 및 에탄올 9 g(0.2 ㏖)을, 반응 용기에 넣고, 60℃의 항온(恒溫)하에서, 60 질량%∼61 질량%의 질산수 10 g(물에 있어서 0.1 ㏖)을, 적하 깔때기로 2 ㎖/min의 조건으로 적하하며, 적하 종료 후 7시간의 숙성 반응을 행하였다.

계속해서, 분액 깔때기로, 반응물을 디에틸에테르에 용해시키고, 다량의 물과 탄산수소나트륨을 첨가하며, pH가 5가 될 때까지 수세(水洗)하여, 과잉의 질산을 제거하였다. 질산 제거에 사용한 물을 제거하기 위해서, 여과를 행한 후, 메틸이소부틸케톤 200 ㎖를 첨가하고, 회전 증발기(rotary evaporator)로 반응 용액이 100 ㎖가 될 때까지 디에틸에테르를 제거하여, 제1 절연막 재료를 조제하였다.

조제된 제1 절연막 형성 재료의 고형분 농도는 15.6 질량%(폴리카르보실란 수지의 중량 평균 분자량; 400)였다.

-제2 절연막 형성 재료의 조제-

테트라에톡시실란 20.8 g(0.1 ㏖), 메틸트리에톡시실란 17.8 g(0.1 ㏖), 글리시독시프로필트리메톡시실란 23.6 g(0.1 ㏖) 및 메틸이소부틸케톤 39.6 g을, 200 ㎖의 반응 용기에 넣고, 1 질량%의 테트라메틸암모늄하이드록사이드 수용액 16.2 g(0.9 ㏖)을 10분간 적하하며, 적하 종료 후 2시간의 숙성 반응을 행하였다.

다음으로, 황산마그네슘 5 g을 첨가하고, 과잉의 수분을 제거한 후, 회전 증발기로 숙성 반응에 의해 생성한 에탄올을 반응 용액이 50 ㎖가 될 때까지 제거하였다.

얻어진 반응 용액에 메틸이소부틸케톤을 20 ㎖ 첨가하고, 200℃의 오븐에 의해 메틸이소부틸케톤을 제거하여, 제2 절연막 형성 재료를 조제하였다.

조제된 제2 절연막 형성 재료의 고형분 농도는 18.2 질량%(실록산 수지의 중량 평균 분자량; 172,000)였다.

(실시예 1)

<다층 배선 및 반도체 장치의 제조>

본 발명의 다층 배선 및 반도체 장치를 이하와 같이 제조하였다. 먼저, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10)에, LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)법에 의해 소자 분리막(12)을 형성하였다. 소자 분리막(12)에 의해, 소자 영역(14)이 명확히 획정되었다. 또한, 반도체 기판(10)으로서는, 실리콘 기판을 이용하였다.

계속해서, 소자 영역(14) 상에, 게이트 절연막(16)을 통해 게이트 전극(18)을 형성하였다. 다음으로, 게이트 전극(18)의 측면에, 측벽 절연막(20)을 형성하였다. 또한, 측벽 절연막(20) 및 게이트 전극(18)을 마스크로 하여, 반도체 기판(10) 내에, 도펀트 불순물을 도입함으로써, 게이트 전극(18)의 양측의 반도체 기판(10) 내에, 소스/드레인 확산층(22)을 형성하였다. 그 결과, 게이트 전극(18)과 소스/드레인 확산층(22)을 갖는 트랜지스터(24)가 형성되었다.

도 2b에 도시하는 바와 같이, 트랜지스터(24)가 형성된 반도체 기판(10)의 전체면에, CVD법에 의해, 실리콘 산화막으로 이루어지는 층간 절연막(26)을 형성하였다. 그리고, 층간 절연막(26) 상에, 플라즈마 CVD법에 의해 형성한 SiN막으로 이루어지는 막 두께 50 ㎚의 스토퍼막(28)을 형성하였다. 또한, 스토퍼막(28)은, 후술하는 공정에서, 화학적 기계 연마법(CMP)에 의해 텅스텐막(34) 등을 연마할 때에는 스토퍼로서 기능하고(도 2c 참조), 다공질 절연막(38) 등에 홈(46)을 형성할 때에는, 에칭 스토퍼로서 기능한다(도 2f 참조). 계속해서, 포토그래피 기술을 이용해, 소스/드레인 확산층(22)에 이르는 컨택트홀(30)을 형성하였다(도 2b 참조).

다음으로, 전체면에 스퍼터법에 의해 막 두께 50 ㎚의 TiN막으로 이루어지는 밀착층(32)을 형성하였다. 또한, 밀착층(32)에 의해, 후술하는 도체 플러그(34)의 베이스에 대한 밀착성을 확보할 수 있다. 계속해서, 밀착층(32)의 전체면에, CVD법에 의해 막 두께 1 ㎛의 텅스텐막(34)을 형성한 후, 화학적 기계 연마법(CMP)에 의해 스토퍼막(28)의 표면이 노출될 때까지, 밀착층(32) 및 텅스텐막(34)을 연마하였다. 그 결과, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 컨택트홀(30) 내에, 텅스텐으로 이루어지는 도체 플러그(34)가 매립되었다.

계속해서, 전체면에, 상기 제1 절연막 형성 재료를 스핀코팅하고, 200℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용제를 휘발시키며, 도 2d에 도시하는 바와 같이, 막 두께 50 ㎚의 폴리카르보실란으로 이루어지는 층간 절연막(제1 절연막)(36)을 형성하였다.

그 후, 층간 절연막(36)의 전체면에, 비닐트리아세톡시실란[실라에이스(SILA-ACE) S200, 치소 가부시키가이샤(Chisso Corporation) 제조, 1 질량%]을 포함하는 도포액을 스핀코팅하고, 100℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용매를 휘발시키며, 밀착 강화층(도시하지 않음)을 형성하였다(밀착성 강화층 형성 처리).

또한, 밀착 강화층의 전체면에, 상기 제2 절연막 형성 재료를 스핀코팅하고, 200℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용매를 휘발시키며, 다공질 실리카로 이루어지는 다공질 절연막(제2 절연막)(38)을 두께가 160 ㎚가 되도록 형성하였다. 그리고, 다공질 절연막(38)에, 도 3에 도시하는 발광 스펙트럼 및 조도를 갖는 자외선(활성 에너지선)을 250 ㎽/㎠(UVD-S254, 우시오 덴키)의 조도로 10분간 조사하여, 층간 절연막(36)과 다공질 절연막(38)을 결합하였다.

다음으로, 도 2e에 도시하는 바와 같이, 다공질 절연막(38)이 형성된 반도체 기판(10) 상의 전체면에, CVD법에 의해, 막 두께 30 ㎚의 층간 절연막(40)을 형성하였다.

계속해서, 도 2f에 도시하는 바와 같이, 층간 절연막(40)의 전체면에, 스핀코팅법을 이용하여, 포토레지스트막(42)을 형성하였다. 그리고, 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트막(42)에 개구부(44)를 형성하였다. 여기서, 개구부(44)는, 후술하는 첫 번째 층의 배선(제1 금속 배선층)(50)(도 2g 참조)을 형성하기 위한 것이고, 배선 폭 100 ㎚, 배선 간격 100 ㎚의 치수의 개구를 갖는다.

그리고, 포토레지스트막(42)을 마스크로 하여, 층간 절연막(40), 다공질 절연막(38) 및 층간 절연막(36)에 대해 에칭 처리를 행하였다. 또한, 에칭 처리는, CF₄ 가스 및 CHF₃ 가스를 원료로 한 불소 플라즈마를 이용하여 행하였다. 이때, 스토퍼막(28)이 에칭 스토퍼로서 기능하였다. 이렇게 하여, 층간 절연막(40), 다공질 절연막(38) 및 층간 절연막(36)에, 배선을 매립하기 위한 홈(트렌치)(46)이 형성되었다. 또한, 도체 플러그(34)의 상면은, 홈(46) 내에 노출된 상태가 되었다. 그 후, 포토레지스트막(42)을 박리하였다.

계속해서, 전체면에 스퍼터법에 의해 막 두께 10 ㎚의 TaN으로 이루어지는 배리어막(도시하지 않음)을 형성하였다. 또한, 배리어막은, 후술하는 배선 중의 Cu가, 다공질 절연막(38) 중으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 다음으로, 전체면에 스퍼터법에 의해 막 두께 10 ㎚의 Cu로 이루어지는 시드막(도시하지 않음)을 형성하였다. 또한, 시드막은, 전기 도금법에 의해 Cu로 이루어지는 배선을 형성할 때, 전극으로서 기능한다. 이렇게 하여, 도 2g에 도시하는 바와 같이, 배리어막과 시드막으로 이루어지는 적층막(48)을 형성하였다.

다음으로, 전기 도금법에 의해 막 두께 600 ㎚의 Cu막(50)을 형성하였다.

또한, 화학적 기계 연마법(CMP)에 의해 층간 절연막(40)의 표면이 노출될 때까지, Cu막(50) 및 적층막(48)을 연마하였다. 그 결과, 홈(46) 내에, Cu로 이루어지는 배선(50)이 매립되었다. 이상의 배선(50)의 제조 프로세스는, 싱글 다마신(single damascene)법이라고 칭해지는 공법이다.

계속해서, 상기 제1 절연막 형성 재료를 스핀코팅하고, 200℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용제를 휘발시키며, 도 2g에 도시하는 바와 같이, 막 두께 50 ㎚의 폴리카르보실란으로 이루어지는 층간 절연막(52)을 형성하였다.

그 후, 층간 절연막(52)의 전체면에, 비닐트리아세톡시실란(실라에이스 S200, 치소 가부시키가이샤, 1 질량%)을 포함하는 도포액을 스핀코팅하고, 100℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용매를 휘발시키며, 밀착 강화층(도시하지 않음)을 형성하였다(밀착성 강화층 형성 처리).

계속해서, 도 2h에 도시하는 바와 같이, 밀착 강화층의 전체면에, 다공질 절연막(38)의 형성과 동일한 방법에 의해, 막 두께 180 ㎚의 다공질 실리카로 이루어지는 다공질 절연막(54)을 형성하였다. 계속해서, 다공질 절연막(54)에 자외선(활성 에너지선)을 250 ㎽/㎠(UVD-S254, 우시오 덴키)의 조도로 10분간 조사하여, 층간 절연막(52)과 다공질 절연막(54)을 결합하였다. 또한, 자외선의 조사는, 다공질 절연막(38)에 대한 조사와 동일한 조건으로 행하였다.

다음으로, 다공질 절연막(54)이 형성된 반도체 기판(10) 상의 전체면에, 상기 제1 절연막 형성 재료를 스핀코팅하고, 200℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용제를 휘발시키며, 막 두께 50 ㎚의 폴리카르보실란으로 이루어지는 층간 절연막(56)을 형성하였다.

그 후, 층간 절연막(56)의 전체면에, 비닐트리아세톡시실란(실라에이스 S200, 치소 가부시키가이샤, 1 질량%)을 포함하는 도포액을 스핀코팅하고, 100℃에서 프리베이킹하여 도포액에서의 용매를 휘발시키며, 밀착 강화층(도시하지 않음)을 형성하였다(밀착성 강화층 형성 처리).

다음으로, 도 2i에 도시하는 바와 같이, 다공질 절연막(38)의 형성과 동일한 방법에 의해, 막 두께 160 ㎚의 다공질 실리카로 이루어지는 다공질 절연막(58)을 형성하였다. 계속해서, 다공질 절연막(58)에 자외선(활성 에너지선)을 250 ㎽/㎠(UVD-S254, 우시오 덴키)의 조도로 10분간 조사하여, 층간 절연막(56)과 다공질 절연막(58)을 결합하였다. 또한, 자외선의 조사는, 다공질 절연막(38)에 대한 조사와 동일한 조건으로 행하였다. 계속해서, 다공질 절연막(58) 상의 전체면에, CVD법에 의해, 막 두께 30 ㎚의 층간 절연막(60)을 형성하였다.

계속해서, 도 2j에 도시하는 바와 같이, 전체면에 스핀코팅법에 의해 포토레지스트막(62)을 형성하였다. 그리고, 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트막(62)에 개구부(64)를 형성하였다. 여기서, 개구부(64)는, 첫 번째 층의 배선(제1 금속 배선층)(50)에 이르는 컨택트홀(66)을 형성하기 위한 것이다. 계속해서, 포토레지스트막(62)을 마스크로 하여, 층간 절연막(60), 다공질 절연막(58), 층간 절연막(56), 다공질 절연막(54) 및 층간 절연막(52)에 대하여 에칭 처리를 행하였다. 또한, 에칭 처리는, CF₄ 가스 및 CHF₃ 가스를 원료로 한 불소 플라즈마를 이용하여, 에칭 가스의 조성비나 에칭 시의 압력 등을 적절하게 변화시킴으로써 행하였다. 이렇게 하여, 배선(50)에 이르는 컨택트홀(66)이 형성되었다. 그 후, 포토레지스트막(62)을 박리하였다.

계속해서, 도 2k에 도시하는 바와 같이, 전체면에 스핀코팅법에 의해, 포토레지스트막(68)을 형성하였다. 계속해서, 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트막(68)에 개구부(70)를 형성하였다. 여기서, 개구부(70)는, 두 번째 층의 배선(제2 금속 배선층)(76a)(도 2l 참조)을 형성하기 위한 것이다.

다음으로, 포토레지스트막(68)을 마스크로 하여, 층간 절연막(60), 다공질 절연막(58) 및 층간 절연막(56)에 대하여 에칭 처리를 행하였다. 또한, 에칭 처리에는, CF₄ 가스 및 CHF₃ 가스를 원료로 한 불소 플라즈마를 이용하였다. 이렇게 하여, 층간 절연막(60), 다공질 절연막(58) 및 층간 절연막(56)에 배선(76a)을 매립하기 위한 홈(72)을 형성하였다. 홈(72)은 컨택트홀(66)과 연결된 상태가 되었다.

계속해서, 전체면에, 스퍼터법에 의해 막 두께 10 ㎚의 TaN으로 이루어지는 배리어막(도시하지 않음)을 형성하였다. 또한, 배리어막은, 후술하는 배선(76a) 및 도체 플러그(76b) 중의 Cu가 다공질 절연막(54 및 58)으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 다음으로, 전체면에 스퍼터법에 의해 막 두께 10 ㎚의 Cu로 이루어지는 시드막(도시하지 않음)을 형성하였다. 또한, 시드막은, 전기 도금법에 의해 Cu로 이루어지는 배선(76a) 및 도체 플러그(76b)를 형성할 때, 전극으로서 기능한다. 이렇게 하여, 배리어막과 시드막으로 이루어지는 적층막(74)을 형성하였다.

다음으로, 전기 도금법에 의해 막 두께 1,400 ㎚의 Cu막(76)을 형성하였다.

또한, 화학적 기계 연마법(CMP)에 의해 층간 절연막(60)의 표면이 노출될 때까지, Cu막(76) 및 적층막(74)을 연마하였다. 그 결과, 컨택트홀(66) 내에, Cu로 이루어지는 도체 플러그(76b)가 매립되고, 홈(72) 내에 Cu로 이루어지는 배선(76a)이 매립되었다. 또한, 도체 플러그(76b)와 배선(76a)은 일체로 형성되었다. 이상의 도체 플러그(76b) 및 배선(76a)을 일괄해서 형성하는 제조 프로세스는, 듀얼 다마신법이라고 칭해지는 공법이다.

다음으로, 전체면에, CVD법에 의해, 막 두께 30 ㎚의 층간 절연막(78)을 형성하였다.

이 후, 이들 공정을 적절하게 반복함으로써, 도시하지 않은 세 번째 층의 배선(제3 금속 배선층)을 형성하여, 반도체 장치를 제조하였다.

이상과 같이 하여, 100만개의 도체 플러그가 전기적으로 직렬로 접속되도록 배선 및 도체 플러그를 형성하고 수율을 측정한 결과, 100%였다.

<밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정>

밀착 강화층 중의 Si-CxHy-Si 결합의 비율(A) 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 비율(B)은, XPS 측정에 의해 얻어진 Si 2p 스펙트럼을 파형 분리함으로써 측정하였다. 측정한 A 및 B의 비를 산출함으로써 A/B를 얻었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

<밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법>

제1 및 제2 절연막끼리의 밀착성은, 실리콘 기판 상에 제1 절연막과 제2 절연막이 형성되고 상기 절연막의 계면에 밀착 강화층이 형성된 시료를 10개 제작하고, Stud-pull 시험기(세바스찬 파이브, 쿼드 그룹)로 인장 강도 시험을 실시하여 막 박리가 확인된 시료의 수에 의해 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 막 박리가 확인된 시료의 인장 강도의 측정값의 평균을 산출하고, 산출한 값을 밀착 강도로서 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 막 박리가 전혀 확인되지 않은 조건에 있어서는, 인장 강도 시험의 측정 상한값이 600(㎏/㎠)이기 때문에, 밀착 강도는 600(㎏/㎠)보다 크다고 하였다.

(실시예 2)

실시예 1에서, 활성 에너지선으로서 자외선을 조사하는 대신에, 가속 전압이 2.5 KeV인 전자선을 조사한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 1에서의 밀착 강화층 형성용 도포액에 포함되는 비닐트리아세톡시실란 대신에, 비닐트리스(메톡시에톡시)실란을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

실시예 3에서, 활성 에너지선으로서 자외선을 조사하는 대신에, 가속 전압이 2.5 KeV인 전자선을 조사한 것 이외에는, 실시예 3과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 5)

실시예 1에서의 밀착 강화층 형성용 도포액에 포함되는 비닐트리아세톡시실란 대신에, 비닐트리메톡시실란을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 6)

실시예 5에서, 활성 에너지선으로서 자외선을 조사하는 대신에, 가속 전압이 2.5 KeV인 전자선을 조사한 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 7)

실시예 1에서의 밀착 강화층 형성용 도포액에 포함되는 비닐트리아세톡시실란 대신에, 3-페닐아미노프로필트리메톡시실란을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 8)

실시예 7에서, 활성 에너지선으로서 자외선을 조사하는 대신에, 가속 전압이 2.5 KeV인 전자선을 조사한 것 이외에는, 실시예 7과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 9)

실시예 1에서의 밀착 강화층 형성용 도포액에 포함되는 비닐트리아세톡시실란 대신에, 1,2-에탄디아민, N-{3-(트리메톡시실릴)프로필}, 및 N-{(에테닐페닐)메틸}의 혼합물(Z-6032, 도레이 가부시키가이샤 제조)을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 10)

실시예 9에서, 활성 에너지선으로서 자외선을 조사하는 대신에, 가속 전압이 2.5 KeV인 전자선을 조사한 것 이외에는, 실시예 9와 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

실시예 1에서의, 「밀착성 강화층 형성 처리」 및 「활성 에너지선(자외선) 조사」를 행하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 2)

실시예 1에서의, 「밀착성 강화층 형성 처리」를 행하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 3)

실시예 2에서의, 「밀착성 강화층 형성 처리」를 행하지 않는 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여, 다층 배선 및 반도체 장치의 제조, 밀착 강화층 및 제2 절연막 중의 Si-CxHy-Si 결합의 측정, 및 밀착성(막 박리수 및 밀착 강도)의 평가 방법을 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1로부터, 실시예 1∼10은, 비교예 1∼3과 비교하여, 수율 및 밀착 강도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 절연막끼리의 밀착성을 향상시켜, 반도체 장치의 다층 배선 형성 프로세스에서의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 상에 형성된 밀착 강화층과, 상기 밀착 강화층 상에 형성되고, 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 가지며, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 배선 기판.
Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)
상기 일반식 (1)에서, X=2Y이고, X는 1 이상의 정수를 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료는, 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 오르가노알콕시실란을 포함하는 것인 배선 기판.
제2항에 있어서, 상기 활성 에너지선은, 적외선, 가시광, 자외선, 전자선 및 X선으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 복수를 조합한 에너지선인 것인 배선 기판.
제1항에 있어서, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료는, 염기성 첨가제 및 오르가노알콕시실란을 포함하는 것인 배선 기판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀착 강화층은, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 상기 제2 절연막보다도 많이 포함하는 것인 배선 기판.
다층 배선을 갖는 반도체 장치로서, 상기 다층 배선이, 실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 상에 형성된 밀착 강화층과, 상기 밀착 강화층 상에 형성되고, 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 가지며, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막이, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)
상기 일반식 (1)에서, X=2Y이고, X는 1 이상의 정수를 나타낸다.
제6항에 있어서, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료는, 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 오르가노알콕시실란을 포함하는 것인 반도체 장치.
제7항에 있어서, 상기 활성 에너지선은, 적외선, 가시광, 자외선, 전자선 및 X선으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 복수를 조합한 에너지선인 것인 반도체 장치.
제6항에 있어서, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료는, 염기성 첨가제 및 오르가노알콕시실란을 포함하는 것인 반도체 장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀착 강화층은, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 상기 제2 절연막보다도 많이 포함하는 것인 반도체 장치.
다층 배선을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 다층 배선을 형성하는 공정이, 실리콘 화합물로 이루어지는 제1 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제1 절연막 상에, 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 재료로 이루어지는 밀착 강화층을 형성하는 공정과, 상기 밀착 강화층 상에, 상기 활성 에너지선이 투과 가능한 실리콘 화합물로 이루어지는 제2 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제2 절연막측으로부터 상기 활성 에너지선을 조사하여, 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막의 사이에, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
Si-C_XH_Y-Si … 일반식 (1)
상기 일반식 (1)에서, X=2Y이고, X는 1 이상의 정수를 나타낸다.
제11항에 있어서, 상기 활성 에너지선은, 적외선, 가시광, 자외선, 전자선 및 X선으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 또는 복수를 조합한 에너지선인 것인 반도체 장치의 제조 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료는, 상기 활성 에너지선에 대하여 반응성을 갖는 오르가노알콕시실란을 포함하는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 밀착 강화층을 형성하는 재료는, 염기성 첨가제 및 오르가노알콕시실란을 포함하는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀착 강화층은, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 구성 성분을 상기 제2 절연막보다도 많이 포함하는 것인 반도체 장치의 제조 방법.