半導体デバイス層間絶縁膜としての周期構造ナノ構造薄膜の合成

周期性纳米结构薄膜的合成作为半导体器件的层间绝缘膜

基本信息

批准号：
03F00081
负责人：
上山惟一
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F00081/
关键词：
シリカメソボーラス材料薄膜 low-k

项目摘要

半導体デバイスが微細化・多層配線化する中、高速動作・低消費電力のためには層間絶縁膜の低誘電率化(low-k膜)が必須となっている。本研究では、空孔の導入による低誘電率化、および周期構造化による優れた機械的特性の両方を併せ持つ新規な薄膜材料"周期構造ナノ構造シリカ薄膜"を開発することを目的とした。周期構造シリカは通常液相法で合成されるが、我々はナノ構造膜の気相合成が可能であることを初めて見出している。以下に示す液相法および蒸気合成を用いて薄膜の合成に取り組んだ。今年度は特に両于法における膜厚制御方法について検討した。(1)液相法:界面活性剤、エタノール、塩酸、テトラエチルシリケート(TEOS)からなる溶液をシリコン基板上にスピンコーティングすることによって薄膜を得た。(2)蒸気合成:界面活性剤、エタノール、塩酸からなる溶液を基板の上に塗布した。界面活性剤薄膜およびTEOSを耐圧容器内に離して設置し、90〜180℃で2〜6時間保持した。TEOS蒸気が界面活性剤薄膜に浸透しナノレベルの相変化が生じることによって周期構造メソ多孔体薄膜が得られた。膜厚制御の因子として塗布溶液中の界面活性剤の濃度に着目して膜厚の制御を試みた。蒸気合成では、膜厚が界面活性剤濃度に比例することが分かった。また、液相合成の場合も界面活性剤の濃度を変化させることにより膜厚を300nmから20nmまで制御することができた。薄膜の周期構造の存在をXRD測定から確認した。FE-SEM観察より周期的細孔構造を確認した。

随着半导体器件变得越来越小并且具有更多的多层布线，层间绝缘膜的较低介电常数（低k膜）对于高速操作和低功耗至关重要。这项研究的目的是开发一种新的薄膜材料，“周期性纳米结构二氧化硅薄膜”，它既具有由于引入空位而具有的低介电常数，又由于周期性结构而具有优异的机械性能。虽然周期结构二氧化硅通常采用液相法合成，但我们首次发现气相合成纳米结构薄膜是可能的。我们尝试使用下面描述的液相法和气相合成来合成薄膜。今年，我们特别研究了使用Ryoyu方法的膜厚控制方法。 (1)液相法：将由表面活性剂、乙醇、盐酸和硅酸四乙酯(TEOS)组成的溶液旋涂在硅基板上得到薄膜。 (2)蒸汽合成：将由表面活性剂、乙醇和盐酸组成的溶液施加到基材上。将表面活性剂薄膜和TEOS分别放入压力容器中并在90-180℃下保持2-6小时。通过TEOS蒸气渗透表面活性剂薄膜并引起纳米级相变，获得介孔周期性结构薄膜。我们尝试通过关注涂料溶液中表面活性剂的浓度作为膜厚控制的一个因素来控制膜厚。在蒸汽合成中，发现膜厚度与表面活性剂浓度成正比。此外，在液相合成的情况下，通过改变表面活性剂的浓度可以将膜厚度控制在300 nm至20 nm之间。通过 XRD 测量证实了薄膜中周期性结构的存在。通过FE-SEM观察确认了周期性的孔结构。