[发明专利]用于填充微细图案间隙的间隙填充聚合物及使用其制造半导体器件的方法

说明书

一种用于填充微细图案间隙的间隙填充聚合物，其具有低的介电常数(低k)和优异的间隙填充性能，该聚合物可以包括通过由式1表示的第一低聚物和由式2表示的第二低聚物的缩聚反应形成的化合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月29日在韩国知识产权局(KIPO)提交的申请号为10-2016-0097362的韩国申请的优先权，其通过引用整体合并于此。

技术领域

本发明的各种实施方式总体而言涉及一种用于填充微细图案间隙的间隙填充聚合物，更具体地涉及一种具有低介电常数和优异的间隙填充性能的间隙填充聚合物，以及一种使用其制造半导体器件的方法。

背景技术

近年来，半导体器件的尺寸变得更大并且其集成密度增加。根据这一趋势，衬底上的电路元件和互连的密度也增加了，因此导致不希望的电相互作用，例如电路短路和串扰。

为了最小化这样的相互作用，采用了一种用于绝缘半导体器件的工艺，其包括间隙填充工艺或者沟槽填充工艺，该工艺使用具有比二氧化硅更高的电导率的金属和具有小于3.0的低介电常数(低k)的介电材料来进行。

对于具有2x或者更大的线宽的常规半导体器件，通常进行使用化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)的基于台阶覆盖(step coverage)的间隙填充工艺，以及使用沉积-蚀刻-沉积的间隙填充工艺。

近年来，由于需求具有线宽为2x或者更小的半导体器件，已经提出了一种使用介电常数为约2.5至3.1、通过旋涂沉积(SOD)形成的聚倍半硅氧烷基绝缘膜的间隙填充工艺，而不是使用介电常数为4.0并且可以使用化学气相沉积(以下称为“CVD”)形成的SiO₂基绝缘膜(参见专利文件1至3)。

同时，随着半导体器件间的距离逐渐减小以及半导体器件的纵横比增加，存在的问题是，由于在利用CVD和ALD工艺进行的常规间隙填充工艺期间台阶覆盖的劣化和半导体器件的弯曲，因此在半导体器件的间隙填充区域中可能出现空隙和裂缝，从而对半导体器件的操作产生不良影响。

此外，在CVD和ALD工艺中使用的前体具有以下缺点：由于其不稳定性而在暴露于空气时被分解，并且其高成本而增加了维护成本和生产成本，并且降低生产率(产量)。如本文中使用的，术语“前体”是指通过将有机配体键合到金属而制备的单一有机金属化合物，其在特定条件下经历相变并且主要用于通过有机配体的分解而在晶片表面形成薄膜(例如纯金属膜、金属氧化物膜或者金属氮化物膜)。

目前使用的包括硅基聚合物的前体，具有不适合在半导体工艺中使用的缺点，因为其不能提供足够低的介电常数，或者使用这些前体形成的膜的机械性能差，或者使用这些前体形成的绝缘膜中的有机碳的含量高。

具体地，诸如四甲氧基硅烷或者四乙氧基硅烷的聚合物具有以下问题：尽管这些聚合物具有高的机械性能，但是使用这些聚合物形成的绝缘膜中的有机碳的含量高，并且这些聚合物具有高吸湿性，大大地增加介电常数。由于这些问题，这些聚合物作为绝缘膜的应用受到限制。

因此，在本发明所属的技术领域中，迫切需要开发用于填充微细间隙的前体材料，该前体材料可以通过SOD工艺制备，并且具有低介电常数、优异的机械性能(例如模量)、与成孔材料的优异的相容性以及大大改善的工艺适用性。

现有技术文件

专利文件

专利文件1：美国专利No.3,615,272；

专利文件2：美国专利No.4,399,266；

专利文件3：韩国专利申请公开No.10-2011-0092895。

发明内容