形成曝光光线阻挡膜的材料、多层互连结构及其制造方法以及半导体器件技术

本发明专利技术提供一种用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其包含由以下结构式（１）表示的硅化合物和由以下结构式（２）表示的硅化合物中的至少一种，其中Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］中至少之一由能够吸收曝光光线的取代基代替（在结构式（１）中Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］可以相同或不同，并且每个都代表任选代替的氢原子、烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，ｎ是等于或大于２的整数。在结构式（２）中Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］可以相同或不同，Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］中的至少一个代表氢原子并且其它的代表任选代替的烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，ｎ是等于或大于２的整数）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种曝光光线阻挡膜(exposure light-blocking film)，其适用于半导体集成电路中的多层互连结构并可以有效地阻挡应用于多孔绝缘膜的曝光光线(例如紫外光)；一种形成曝光光线阻挡膜的材料，其适用于形成该曝光光线阻挡膜；一种设置有该曝光光线阻挡膜的多层互连结构及其制造方法；以及一种设置有该多层互连结构的半导体器件及其制造方法。
技术介绍
随着半导体集成电路的集成度和芯片密度不断增加，尤其是对于多层半导体芯片的需求也在不断增加。在这一背景之下，相邻互连之间的间隔或互连间隔变得越来越小，导致由于互连之间的电容增加而引起互连延迟的问题。在此，互连延迟(T)由方程式T∝RC表示，该方程式表明(T)受互连电阻(R)和相邻互连之间的电容(C)的影响。介电常数(ε)和电容(C)之间的关系由方程式C＝ε0εr·S/d(其中，S是电极面积，ε0是真空介电常数，εr是绝缘膜的介电常数，以及d是互连间隔)表示。尽管电容(C)的减小可以通过减小互连厚度和电极面积来实现，然而减小互连厚度会导致互连电阻(R)的增加，从而不能实现加速。因此，减小绝缘膜的介电常数是通过最小化互连延迟(T)实现加速的有效方式。随着近来半导体集成电路的集成度增加和芯片密度增大的趋势，在具有多层互连结构的半导体器件中，相邻互连之间的间隔变得越来越小，导致由于静电感应引起的金属互连的阻抗增加。由于这个原因，存在响应速度减小和功耗增加的较大利害关系。为了避免这个问题，必需尽可能减小层间绝缘膜的介电常数，其中该层间绝缘膜设置在半导体衬底和金属互连之间或者互连层之间。用于常规绝缘膜的材料包括例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)和磷硅酸盐玻璃(PSG)的无机材料以及例如聚酰亚胺的有机材料。CVD-SiO2膜为经常用于半导体器件的一种绝缘膜，然而具有高至4的介电常数。另外，SiOF膜为研究作为低介电常数CVD膜候选的一种绝缘膜，具有小至3.3到3.5的介电常数，但具有高吸湿性；因此，SiOF膜具有介电常数随时间而增加的问题。而且，已提出一种多孔硅石基的低介电常数膜(参见日本专利申请特开(JP-A)No.2004-153147)。由于这种多孔膜的制造过程包括孔形成步骤，在该步骤中热分解成分被加热，并且蒸发或分解以形成孔，因此能够进一步减小多孔膜的介电常数。然而目前，这种多孔膜的孔尺寸大至10nm或以上。由于这个原因，为减小介电常数而增加孔隙度会导致介电常数增加和/或膜强度减小的问题，这是由于吸湿造成的。目前，已研究下面的方法来解决这类问题在沉积绝缘膜之后，通过用紫外光、等离子体、电子束等照射来固化(cure)绝缘膜，以增加它的膜强度。然而，紫外光和等离子体不利地到达设置在将被它们照射的绝缘膜(或曝光靶)下面的其它膜。因此，由于作为重复固化操作的结果，较低层间绝缘膜的厚度可能减小，因此存在关于利用紫外光和等离子体的利害关系。而且，由于电子束的曝光能量特别高，足以不良地损伤存在于最低层中的晶体管，因此存在关于利用电子束的利害关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决前述的问题以及实现下面描述的目的。更具体地，本专利技术的目的在于提供一种曝光光线阻挡膜，其具有高曝光光线(尤其是紫外光)吸收性，有效地阻挡曝光光线到达存在于曝光靶下面的多孔绝缘膜，并且能够减小多孔绝缘膜的介电常数而不削弱它们的作用；一种用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其适用于形成该曝光光线阻挡膜；一种相邻互连之间的寄生电容减小的多层互连结构及其有效的批量制造方法；以及一种设置有该多层互连结构的高速度、高可靠性的半导体器件及制造方法。将用于解决前述问题的手段列在了所附的权利要求书中。具体地，本专利技术用于形成曝光光线阻挡膜的材料包含由以下结构式(1)表示的硅化合物和由以下结构式(2)表示的硅化合物中的至少一种，其中在结构式(1)和(2)中，R1和R2中至少之一由能够吸收曝光光线的取代基代替。 结构式(1)(其中R1和R2可以相同或不同，并且每个都代表任选代替的氢原子、烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，n是等于或大于2的整数) 结构式(2)(其中R1、R2和R3可以相同或不同，R1、R2和R3中的至少一个代表氢原子并且其它的代表任选代替的烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，并且n是等于或大于2的整数)因为由结构式(1)和(2)表示的硅化合物中的一些官能团由能够吸收曝光光线(例如紫外光)的取代基代替，所以这种用于形成曝光光线阻挡膜的材料具有高曝光光线(例如紫外光)吸收性。由此，利用这种材料形成的曝光光线阻挡膜显示出曝光光线阻挡作用，从而适用于多层互连结构、各种半导体器件等等，尤其适用于本专利技术的多层互连结构和半导体器件。本专利技术的多层互连结构至少包括曝光光线阻挡膜、多孔绝缘膜和互连层，并且该曝光光线阻挡膜是利用本专利技术用于形成曝光光线阻挡膜的材料形成的。由于这个原因，该曝光光线阻挡膜具有良好的曝光光线(例如紫外光)吸收性并且显示出紫外光阻挡作用。例如，当在多孔绝缘膜上形成曝光光线阻挡膜时，可防止曝光光线(例如紫外光)到达该多孔绝缘膜。因此，当用曝光光线(紫外光)照射沉积在曝光光线阻挡膜上方的多孔绝缘膜以进行固化时，能够有效地防止紫外光到达设置在多孔绝缘膜(或曝光靶)下面的其它多孔绝缘膜，由此减小了由于重复固化操作引起的对它们的损伤并且防止了这些多孔绝缘膜的数量减小。而且，在使用电子束的情况下，通过这种结构可减小对最低层中的晶体管的损伤。多孔绝缘膜具有低介电常数，因此能够减小寄生电容以及获得高速信号传播。由于这些原因，本专利技术的多层互连结构尤其适用于需要高响应速度的高度集成的半导体集成电路，如IC和LSI。通常，已知绝缘膜中增加的寄生电容会导致信号传播速度减小。然而，在具有等于或大于1μm的互连间距的半导体器件中，互连延迟对整个半导体器件有较小的影响。近年来，互连宽度和互连间距伴随着半导体集成电路的封装密度增加和多层互连结构的出现而变得越来越窄；尤其是，在具有等于或小于1μm的互连间距的半导体器件中，互连电阻增加和寄生电容增加的问题很突出。由于互连电阻和互连之间的寄生电容、即控制器件如半导体集成电路性能的主要因素，决定了半导体集成电路的多层互连结构中的信号传播速度，所以互连电阻增加和寄生电容增加是由于信号传播速度减小引起的、需要克服的大问题。为了提高信号传播速度，必需减小互连电阻和互连之间的寄生电容(或绝缘膜的介电常数)。尽管可以通过使互连变薄以减小它们的截面面积而减小互连之间的寄生电容，但薄互连会导致互连电阻增加。这表明获得信号传播速度增加是互连之间的寄生电容减小和互连电阻减小之间的折衷。目前，已提出涂布型多孔绝缘膜作为低介电常数绝缘膜。然而，这些绝缘膜由于是多孔的，因此在机械强度方面较差，从而需要增强。用于增加这些绝缘膜机械强度的方法实例包括通过将曝光光线(例如紫外光)施加到绝缘膜上以固化绝缘膜的方法。在这种方法中使用曝光光线阻挡膜可以减小互连之间的寄生电容和互连电阻，使得能够增加信号传播速度。本专利技术用于形成多层互连结构的方法是用于形成本专利技术的多层互连结构的方法，该方法至少包括曝光光线阻挡膜形成步骤、多孔绝缘膜形成步骤、固化步骤和互连形成步骤。在曝光光线阻挡膜形成步骤中，利用本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成曝光光线阻挡膜的材料，包含以下硅化合物中的至少一种：由以下结构式（１）表示的硅化合物：＊＊＊结构式（１）其中，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］为相同或不同，并且每个都代表任选代替的氢原子、烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，ｎ是等于或大于２的整数；以及由以下结构式（２）表示的硅化合物：＊＊＊结构式（２）其中，Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］为相同或不同，Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］中的至少一个代表氢原子并且其它的代表任选代替的烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，ｎ是等于或大于２的整数；其中，在上述结构式（１）和（２）中，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］中至少之一由能够吸收曝光光线的取代基代替。

【技术特征摘要】
JP 2006-2-14 2006-0370251.一种用于形成曝光光线阻挡膜的材料，包含以下硅化合物中的至少一种由以下结构式(1)表示的硅化合物 结构式(1)其中，R1和R2为相同或不同，并且每个都代表任选代替的氢原子、烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，n是等于或大于2的整数；以及由以下结构式(2)表示的硅化合物 结构式(2)其中，R1、R2和R3为相同或不同，R1、R2和R3中的至少一个代表氢原子并且其它的代表任选代替的烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，n是等于或大于2的整数；其中，在上述结构式(1)和(2)中，R1和R2中至少之一由能够吸收曝光光线的取代基代替。2.根据权利要求1所述的用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其中该曝光光线是紫外光。3.根据权利要求2所述的用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其中上述能够吸收紫外光的取代基包括能够包含杂原子的双键、三键和芳基中至少之一。4.根据权利要求3所述的用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其中上述能够吸收紫外光的取代基是从由乙烯基、丙烯酰基、苄基、苯基、羰基、羧基、重氮基、叠氮基、肉桂酰基、丙烯酸酯基、亚肉桂基、氰基亚肉桂基、呋喃基戊二烯基和对-亚苯基二丙烯酸酯基组成的集合中选择的至少一种。5.根据权利要求1所述的用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其中在该结构式(1)中n为10至1,000的整数。6.根据权利要求1所述的用于形成曝光光线阻挡膜的材料，其中由该结构式(2)表示的硅化合物具有100至50,000的数均分子量。7.一种利用形成曝光光线阻挡膜的材料形成的曝光光线阻挡膜，其中，该材料包含以下硅化合物中的至少一种由以下结构式(1)表示的硅化合物 结构式(1)其中，R1和R2为相同或不同，并且每个都代表任选代替的氢原子、烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，n是等于或大于2的整数；以及由以下结构式(2)表示的硅化合物 结构式(2)其中，R1、R2和R3为相同或不同，R1、R2和R3中的至少一个代表氢原子并且其它的代表任选代替的烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，并且n是等于或大于2的整数；其中，在上述结构式(1)和(2)中，R1和R2中至少之一由能够吸收曝光光线的取代基代替。8.一种多层互连结构，包括曝光光线阻挡膜；多孔绝缘膜；以及互连层，其中，该曝光光线阻挡膜是利用形成曝光光线阻挡膜的材料形成的，其中，该材料包含以下硅化合物中的至少一种由以下结构式(1)表示的硅化合物 结构式(1)其中，R1和R2为相同或不同，并且每个都代表任选代替的氢原子、烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，n是等于或大于2的整数；以及由以下结构式(2)表示的硅化合物 结构式(2)其中，R1、R2和R3为相同或不同，R1、R2和R3中的至少一个代表氢原子并且其它的代表任选代替的烷基、烯烃基、环烷基和芳基中的任一种，n是等于或大于2的整数；其中，在上述结构式(1)和(2)中，R1和R2中至少之一由能够吸收曝光光线的取代基代替。9.根据权利要求8所述的多层互连结构，其中该曝光光线阻挡膜和该多孔绝缘膜彼此接触。10.根据权利要求8所述的多层互连结构，其中该曝光光线阻挡膜具有5nm至70nm的厚度。11.一种用于制造多层互连结构的方法，包括以下步骤利用用于形成曝光光线阻挡膜的材料形成曝光光线阻挡膜；在该曝光光线阻挡膜上形成多孔绝缘膜；通过用曝光光线照射该多孔绝缘膜来固化该多孔绝缘膜；以及形成互连，其中，上述用于形成曝光光线阻挡膜的材料包含以下硅化合物中的至少一种由以下结构式(1)表示的硅化合物 结构式(1)其中，R1和R2为相同或不同，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尾崎史朗，中田义弘，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]