[发明专利]半导体器件及树脂密封型半导体器件

说明书

本申请属分案申请，其母案的申请号为03130796.5。该母案的申请日为2003年4月12日。

技术领域

本发明涉及通过将具有低介电常数特性的绝缘膜用作层间绝缘膜来降低信号布线延迟，从而提高元件性能的半导体器件。

背景技术

随着半导体元件的高集成化和芯片尺寸的缩小，布线正逐渐微细化、窄间距化和多层化。随之，有信号通过布线传输时的延迟时间，即布线延迟增加的倾向，在使用其中采用半导体元件的电子设备时成为大问题。

一般来说，通过布线传输的信号的速度取决于布线电阻(R)和布线间的电容(C)之积(RC)，因而为了减少布线延迟，需要降低布线电阻，或减小布线间电容，即进行层间绝缘膜的低介电常数化。

对于降低布线电阻，在高性能的半导体元件中，采用布线材料由铝替换为铜，特别是在将铜布线埋入层间绝缘膜层的镶嵌结构的工艺应用中使用普遍。

此外，对于层间绝缘膜的低介电常数化，以往，就半导体器件的层间绝缘膜而言，使用通过CVD(化学汽相淀积：Chemical Vapor Deposition)法成膜的氧化硅(SiO₂：介电常数为7.0左右)或氮化硅(Si-N：介电常数为4.0左右)等无机类材料。作为可沿袭以往工艺的低介电常数材料，最近，相继采用了添加氟的氧化硅膜(Si-O-F：介电常数为3.6左右)。

但是，添加氟的氧化硅膜的介电常数较高，将其作为层间绝缘膜使用时，由于降低层间电容的效果不够，因此在布线工艺达到90nm节点代之后的半导体器件中，需要具有更低介电常数的材料。

作为具有介电常数低于3.5的特性的层间绝缘膜材料，已提出各种材料，大致进行区分，目前正在研究在衬底上涂敷后通过加热形成膜的所谓旋涂玻璃材料或同样成膜形成的有机类材料，用CVD法成膜形成的方法。

作为旋涂玻璃材料，可举出包含硅倍半环氧乙烷氢(HydrogenSilsesquioxane)化合物或硅倍半环氧乙烷甲基(Methyl Silsesquioxane)化合物的材料。最好是包含以硅倍半环氧乙烷氢化合物或硅倍半环氧乙烷甲基化合物为主成份的材料。再有，在本说明书中，所谓主成份，指配比(摩尔比)最高的成份。

以硅倍半环氧乙烷氢化合物作为主要成分的涂敷溶液是使以通式(HSiO_3/2)_n表示的化合物溶解于甲基异丁脂甲酮等溶剂中的溶液。在衬底上涂敷该溶液，在100-250℃左右的温度下中间加热之后，在氮气气氛等惰性气体气氛内以350-450℃的温度加热，以梯形结构形成Si-O-Si键，最终形成以SiO为主成份的绝缘膜。

以硅倍半环氧乙烷甲基化合物作为主要成分的涂敷溶液是使以通式(CH₃SiO_3/2)_n表示的化合物溶解于甲基异丁脂甲酮等溶剂中的溶液。在衬底上涂敷该溶液，在100-250℃左右的温度下中间加热之后，在氮气气氛等惰性气体气氛内以350-450℃的温度加热，以梯形结构形成Si-O-Si键，最终形成以SiO为主成份的绝缘膜。

作为有机绝缘膜材料，已知碳化氢类树脂的聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚丙炔乙醚、聚丙炔、苯基环丁烷、聚萘等高分子材料。这些材料包含碳原子，因而使膜的密度降低，并且分子(单体)本身的极化率小，因而实现了低介电常数。

作为进一步降低上述那样的旋涂玻璃膜、有机膜、CVD膜之类的层间绝缘膜的介电常数的方法，已知在膜中形成微小空隙的多孔膜。有关上述材料或工艺，已在“International Technology Roadmap for Semiconductors”(1999年编)第163-186页，特开2000-340569号公报、特开2001-274239号公报中公开。

可是，在上述现有技术中，与CVD成膜的氧化硅膜或氮化硅膜相比，具有介电常数低于3.5的特性的层间绝缘膜存在其绝缘膜硬度和杨氏模量之类的机械强度实质上偏低那样的问题。

在这样的绝缘膜中，为了进一步降低介电常数，在膜中形成微小空隙来多孔化，这在使机械强度更加劣化方面，不具有现实意义。

作为降低绝缘膜的介电常数的方法，有时使用聚酰亚胺等具有绝缘性的有机聚合物。有机聚合物由于其介电常数低于4，因而在这点上较好，但与无机膜相比，存在物理机械强度较低，并且吸湿性或透湿性高的缺点。此外，作为层间绝缘膜使用时，元件结构的机械强度低和因吸湿水分而刻蚀布线等，因而在元件的可靠性上会出现问题。

[非专利文献1]