DE102004058042A1 - Material zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid - Google Patents

Material zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid Download PDF

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Abstract

Ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid, das die Herstellung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid mit einer verringerten Ätzgeschwindigkeit gegenüber Flusssäure ermöglicht. Dieses Material beinhaltet eine feste Fraktion, die einen filmbildenden Bestandteil, der einen Film auf Basis von Siliziumdioxid bilden kann, ein organisches Lösungsmittel und Wasser enthält, wobei der Wassergehalt des Materials, bestimmt durch gaschromatographische Messung, innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 50 Gew.-% liegt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid. Es wird die Priorität der am 10. Dezember 2003 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-412380 beansprucht, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sein soll („incorporation by reference").
  • Herkömmlicherweise ist bei der Herstellung von Substraten für Halbleiter-Elemente und Flüssigkristall-Elemente SOG („spin-on-glass") eine bekannte Technik zur Herstellung von einebnenden Filmen, isolierenden Zwischenschicht-Filmen, Passivierungsfilmen wie auch die Lösungen der Rohmaterialien, die für die Herstellung dieser Filme verwendet werden. SOG ist ein generischer Ausdruck, der üblicherweise benutzt wird, um sowohl die Lösungen zu beschreiben, die eine Siliziumverbindung in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst umfassen (im Folgenden auch als SOG-Lösungen bezeichnet) wie auch Filmen auf Basis von Siliziumdioxid (im Folgenden auch als SOG-Filme bezeichnet), die SiO2 als primäre Komponente umfassen und die dadurch gebildet werden, dass eine SOG-Lösung auf ein Substrat aufgebracht wird und eine nachfolgende Hitzebehandlung durchgeführt wird.
  • Eine Vielzahl von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid sind vorgeschlagen worden (vgl. die unten angeführten Patentdokumente 1 bis 4).
  • Filme auf Basis von Siliziumdioxid , die unter Verwendung von chemischen Dampfabscheidungsmethoden („chemical vapor deposition methods"; im Folgenden auch als CVD-Methoden bezeichnet) erhalten werden, werden relativ zum Schaltungsmuster („wiring pattern") auf eine flächenbündige („conformal") Art gebildet. Dies bedeutet, dass anschließend an die Filmbildung diese Filme einem Rückfluss („reflow") bei einer hohen Temperatur von 950 bis 1100 °C ausgesetzt werden müssen, um die Oberfläche des Filmes zu glätten.
  • Im Vergleich hierzu können SOG-Filme mit einer flachen Oberfläche gebildet werden, indem eine SOG-Lösung aufgebracht wird und dann Backen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die obige Rückfluss („reflow") – Temperatur ist. Solche SOG-Filme zeigen eine ausgezeichnete Oberflächenebenheit.
  • Patentdokument 1:
    • Geprüfte Japanische Patentanmeldung, Zweite Veröffentlichung Nr. Hei 8-3074 B
  • Patentdokument 2:
    • Japanische Patentveröffentlichung (erteilt) Nr. 2,739,902
  • Patentdokument 3:
    • Japanische Patentveröffentlichung (erteilt) Nr. 3,228,714
  • Patentdokument 4:
    • Japanische ungeprüfte Patentanmeldung; erste Publikation Nr. Hei 10-313002 A
  • Jedoch wird aufgrund der jüngsten weiteren Fortschritte bei der Miniaturisierung von Halbleitervorrichtungen die Verwendung von SOG-Filmen aufgrund der hohen Ätzgeschwindigkeit von SOG-Filmen durch Flusssäure eingeschränkt. Beispielsweise ist die Verwendung eines SOG-Filmes als isolierender Film von sogenannten PMD („Predetermined Metal Dielectrics"; vorbestimmte Metalldielektrika), der auf der Oberfläche eines metallischen Schaltmusters („metal wiring pattern") in einer Vorrichtung mit einer Torlänge („gate length") von nicht mehr als 0.18 μm bereitgestellt wird, problematisch.
  • Insbesondere wird, wenn durch Penetrieren durch den SOG-Film ein Kontaktloch („contact hole") gebildet wird und das Innere des Kontaktlochs dann mit Flusssäure gewaschen wird, auch der SOG-Film von den inneren Wandflächen des Kontaktloches aus in einer horizontalen Richtung relativ zum Substrat geätzt, wodurch das sogenannte seitliche Ätzen („side etching") hervorgerufen wird.
  • Dieses seitliche Ätzen ist insbesondere in den Bodenbereichen des SOG-Filmes verbreitet, d. h. den Bereichen des Filmes, die sich in Richtung der Filmdicke dem Substrat am nächsten befinden.
  • Im Falle von Substraten für die nächste Generation von Vorrichtungen können einige Substrate, die mit einem durch eine CVD-Methode gebildeten Film bedeckt sind, ultrafeine Markierungen mit einer Breite zwischen den Leitungen (der Leitungstrennung, „wiring separation") von nicht mehr als 0.25 μm und einer Tiefe (Stufe) von mindestens 0.4 μm umfassen. Ein auf diesem Typ von Substrat gebildeter SOG-Film muss in der Lage sein, diese Räume zwischen den Leitungen zu füllen, ohne dass Hohlräume erzeugt werden. Außerdem können sich innerhalb der Schaltung Kurzschlüsse entwickeln, wenn ein seitliches Ätzen des SOG-Filmes stattfindet, der die Markierungen zwischen den Leitungsbereichen ausfüllt, um die Substratoberfläche einzuebnen. Infolgedessen wird es zunehmend wichtig, die Geschwindigkeit der Ätzung von SOG-Filmen mit Flusssäure zu verringern und auf diese Weise das seitliche Ätzen zu verhindern.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid bereitzustellen, das eine Verringerung der Geschwindigkeit beim nassen Ätzen des hergestellten Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ermöglicht.
  • Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung eine feste Fraktion, die einen Film bildenden Bestandteil enthält, der in der Lage ist, einen Film auf Basis von Siliziumdioxid zu bilden, ein organisches Lösungsmittel und Wasser, wobei der Wassergehalt des Materials, wenn er durch gaschromatographische Messung bestimmt wird, im Bereich von 0.1 bis 50 Gew.-% liegt.
  • Indem sichergestellt wird, dass der Wassergehalt des Materials zur Bildung des Films auf Basis von Siliziumdioxid, wie er durch gaschromatographische Messung bestimmt wird, im obigen Bereich liegt, kann die Beständigkeit des aus dem Material gebildeten Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gegenüber Ätzmitteln verbessert werden, wodurch eine Verringerung der Geschwindigkeit des nassen Ätzens ermöglicht wird.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des nassen Ätzens und dem Wassergehalt für eine Reihe von Beispielen.
  • 2 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Einheitlichkeit der Filmdicke innerhalb der Substratoberfläche und dem Wassergehalt für eine Reihe von Beispielen.
  • 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Bereich und dem Wassergehalt für eine Reihe von Beispielen.
  • 4 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des nassen Ätzens und der Zeit für das nasse Ätzen für eine Reihe von Beispielen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Das Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine feste Fraktion, die einen Film bildenden Bestandteil, ein organisches Lösungsmittel und Wasser enthält.
  • Der einen Film bildende Bestandteil bildet einen Film auf Basis von Siliziumdioxid, der SiO2 als primären Bestandteil umfasst und ist insbesondere ein Bestandteil, der einen Polysiloxan-Film bilden kann.
  • In dieser Beschreibung wird der Einfachheit halber die Beschreibung dieses Film bildenden Bestandteils aufgeteilt in eine Beschreibung eines Film bildenden Bestandteils, der eine organische Gruppe enthält, die eine durch die Formel Si-R dargestellte Verknüpfung enthält (worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe bedeutet und die Alkylgruppe entweder eine geradkettige oder verzweigte Gruppe sein kann), und eine Beschreibung eines anorganischen Film bildenden Bestandteils, der keine derartigen Si-R-Bindungen enthält.
  • [Film bildender Bestandteil, der eine organische Gruppe enthält]
  • Spezifische Beispiele für den Film bildenden Bestandteil, der eine organische Gruppe enthält, beinhalten die Reaktionsprodukte, die dadurch erzeugt werden, dass eine Siliziumverbindung, die mindestens eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumverbindungen (1) , die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (I) dargestellt werden, und aus Siliziumverbindungen (2), die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (II) dargestellt werden, besteht, einer Hydrolysebehandlung in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Säurekatalysators und Wasser unterzogen wird. Die durch die Gruppen R1 bis R4 dargestellten Alkylgruppen können entweder geradkettige oder verzweigte Gruppen sein.
  • Die zur Erzeugung des eine organische Gruppe enthaltenden Film bildenden Bestandteils verwendete Siliziumverbindung kann ausschließlich eine vorgenannte Siliziumverbindung (1) und/oder Siliziumverbindung (2) umfassen, oder kann auch beliebige Mengen einer weiteren Siliziumverbindung oder von Verbindungen, die keine Si-R-Bindungen enthalten, einschließen, insbesondere die Siliziumverbindungen (3), die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (III) dargestellt werden, und/oder die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (IV) dargestellten Siliziumverbindungen (4). R1 2Si(OR2)2 (I)
  • In dieser Formel bedeutet R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe, und R2 bedeutet eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. R3Si(OR4)3 (II)
  • In dieser Formel bedeutet R3 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe und R4 bedeutet eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
  • Beispiele für bevorzugte Formen der Siliziumverbindung (1) beinhalten Dialkyldialkoxysilane wie z. B. Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Dimethyldipropoxysilan, Diethyldimethoxysilan, Diethyldiethoxysilan, Diethyldipropoxysilan, Dipropyldimethoxysilan, Dipropyldiethoxysilan und Dipropyldipropoxysiland; und Diphenyldialkoxysilane wie z. B. Diphenyldimethoxysilan und Diphenyldiethoxysilan. Diese Verbindungen können einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Verbindungen verwendet werden. Von den obigen Verbindungen sind Dialkyldialkoxysilane besonders bevorzugt.
  • Verbindungen, in denen R1 eine Methylgruppe darstellt, kosten wenig, sind leicht erhältlich und ergeben einen Film mit einer hohen Filmdichte, und sind infolgedessen besonders bevorzugt.
  • Beispiele für bevorzugte Formen der Siliziumverbindung (2) beinhalten Monoalkyltrialkoxysilane wie z. B. Monomethyltrimethoxysilan, Monomethyltriethoxysilan, Monomethyltripropoxysilan, Monoethyltrimethoxysilan, Monoethyltriethoxysilan, Monoethyltripropoxysilan, Monopropyltrimethoxysilan und Monopropyltriethoxysilan; und Monophenyltrialkoxysilane wie z. B. Monophenyltrimethoxysilan und Monophenyltriethoxysilan. Diese Verbindungen können allein oder als Kombinationen von zwei oder mehr verschiedenen Verbindungen verwendet werden. Von den obigen Verbindungen sind Monoalkyltrialkoxysilane besonders bevorzugt.
  • Verbindungen, in denen R3 eine Methylgruppe darstellt, kosten wenig, sind leicht erhältlich und ergeben einen Film mit einer hohen Filmdichte, und sind infolgedessen besonders bevorzugt.
  • [Anorganischer Film bildender Bestandteil]
  • Spezifische Beispiele für den anorganischen, einen Film bildenden Bestandteil beinhalten die Reaktionsprodukte, die erhalten werden, indem mindestens eine Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus den durch die unten gezeigte allgemeine Formel (III) dargestellten Siliziumverbindungen (3) und die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (IV) dargestellten Siliziumverbindungen (4) besteht, einer Hydrolysebehandlung in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Säurekatalysators und Wasser unterzogen werden. Die Siliziumverbindung dieses anorganischen, Film bildenden Bestandteils benutzt nur Siliziumverbindungen, die keine Si-R-Bindungen enthalten. Die Alkylgruppen in den allgemeinen Formeln (III) und (IV), die durch die Gruppen R5 und R6 dargestellt werden, können entweder geradkettige oder verzweigte Gruppen sein. Si(OR5)4 (III)
  • In dieser Formel bedeutet R5 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. HSi(OR6)3 (IV)
  • In dieser Formel bedeutet R6 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
  • Beispiele für bevorzugte Formen der Siliziumverbindung (3) beinhalten Tetraalkoxysilane wie z. B. Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Tetrapropoxysilan und Tetrabutoxysilan. Diese Verbindungen können allein oder als Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Verbindungen verwendet werden.
  • Beispiele für bevorzugte Formen der Siliziumverbindung (4) beinhalten Trimethoxysilan, Triethoxysilan, Tripropoxysilan, Tributoxysilan, Diethoxymonomethoxysilan, Monomethoxydipropoxysilan, Dibutoxymonomethoxysilan, Ethoxymethoxypropoxysilan, Monoethoxydimethoxysilan, Monoethoxydipropoxysilan, Butoxyethoxypropoxysilan, Dimethoxymonopropoxysilan, Diethoxymonopropoxysilan und Monobutoxydimethoxysilan. Unter diesen sind unter einem praktischen Gesichtspunkt die am meisten bevorzugten Verbindungen die Trialkoxysilane wie z. B. Trimethoxysilan, Triethoxysilan, Tripropoxysilan und Tributoxysilan, und unter diesen sind Trimethoxysilan und Triethoxysilan besonders erwünscht. Diese Verbindungen können allein oder als Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Verbindungen eingesetzt werden.
  • Als das organische Lösungsmittel kann jedes der üblicherweise in herkömmlichen Anwendungen verwendeten organischen Lösungsmittel verwendet werden. Spezifische Beispiel geeigneter Lösungsmittel beinhalten einwertige Alkohole wie z. B. Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol und Butylalkohol; Alkylcarboxylatester wie z. B. Methyl-3-methoxypropionat und Ethyl-3-ethoxypropionat; mehrwertige Alkohole wie z. B. Ethylenglykol, Diethylenglykol und Propylenglykol; und Derivate von mehrwertigen Alkoholen wie z. B. Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonopropylether, Ethylenglykolmonobutylether, Ethylenglykoldimethylether, Ethylenglykoldiethylether, Ethylenglykoldipropylether, Ethylenglykoldibutylether, Propylenglykolmonomethylether, Propylenglykolmonoethylether, Propylenglykolmonopropylether, Propylenglykolmonobutylether, Propylenglykoldimethylether, Propylenglykoldiethylether, Propylenglykoldipropylether, Propylenglycoldibutylether, Ethylenglykolmonomethyletheracetat, Ethylenglykolmonoethyletheracetat, Propylengykolmonomethyletheracetat und Propylenglykolmonoethyletheracetat; Fettsäuren wie z. B. Essigsäure und Propionsäure; und Ketone wie z. B. Aceton, Methylethylketon und 2-Heptanon. Diese organischen Lösungsmittel können allein oder als Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Lösungsmitteln verwendet werden.
  • Von den obigen Lösungsmitteln ist die Verwendung von einwertigen Alkoholen, Ketonen, mehrwertigen Alkoholen auf der Basis von Glykol, mehrwertigen Alkoholderivaten und Alkoxycarboxylatestern in Hinblick auf die Verbesserung der Leichtigkeit der Aufbringung des Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid bevorzugt.
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem eine oder mehrere Verbindungen, die ausgewählt sind aus den obigen Siliziumverbindungen (1) bis (4) in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst werden und dann eine Hydrolysebehandlung in Gegenwart eines Säurekatalysators und Wasser durchgeführt wird, wobei das resultierende Reaktionsprodukt als der filmbildende Bestandteil wirkt. Ein zusätzlicher Schritt zur Einstellung des Wassergehaltes kann erforderlichenfalls angeschlossen werden.
  • In den Fällen, in denen zwei oder mehr Siliziumverbindungen kombiniert werden, sind zwei unterschiedliche Methoden möglich. Nämlich eine Methode, bei der eine Mischung der Siliziumverbindungen einer Hydrolyse unterzogen wird, und eine Methode, bei der jede Verbindung individuell einer Hydrolyse unterzogen wird und die resultierenden Produkte anschließend vereinigt werden. Das Material für den Film auf Basis von Siliziumdioxid der vorliegenden Erfindung kann mit jeder der beiden Methoden hergestellt werden, obwohl die vorherige Methode, bei der die Hydrolyse nach dem Mischen der Komponenten durchgeführt wird, bevorzugt ist, weil sie weniger Herstellungsschritte aufweist. Dies bedeutet eine bessere Effizienz und erzeugt eine bessere Gleichmäßigkeit innerhalb des resultierenden Filmes auf Basis von Siliziumdioxid. Diese Beschreibung konzentriert sich auf die Methode, bei der die Hydrolyse nach dem Mischen durchgeführt wird.
  • Zunächst wird die Siliziumverbindung in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, um eine Lösung der Siliziumverbindung herzustellen. In den Fällen, in denen zwei oder mehr Siliziumverbindungen verwendet werden, können diese Verbindungen entweder vorab miteinander gemischt werden und die resultierende Mischung dann zu dem organischen Lösungsmittel hinzugegeben werden, oder getrennt hinzugefügt und dann innerhalb des organischen Lösungsmittels gemischt werden.
  • Die Menge an verwendetem organischem Lösungsmittel beträgt vorzugsweise 10 bis 30 Mole des Lösungsmittels pro 1 Mol der zur Herstellung des Materials zur Bildung des Films auf Basis von Siliziumdioxid verwendeten Siliziumverbindung.
  • Die Lösung der Siliziumverbindung kann auch geeignete Mengen an optionalen Bestandteilen enthalten, wie z. B. oberflächenaktiven Mitteln zur Verbesserung der Leichtigkeit der Anwendung und Säurebestandteile, welche die entwässernde Kondensationsreaktion während des Backens fördern.
  • Anschließend werden ein Säurekatalysator und Wasser zu der auf diese Weise erhaltenen Lösung der Siliziumverbindung hinzugefügt, um die Hydrolysebehandlung zu bewirken.
  • Das Wasser und der Säurekatalysator können entweder getrennt zu der Lösung der Siliziumverbindung gegeben werden, oder eine wässrige Lösung des Säurekatalysators, die durch Mischen des Katalysators mit entweder einem Teil oder der gesamten Wassermenge hergestellt wurde, kann hinzugefügt werden.
  • Die Hydrolysebehandlung kann entweder zu einer vollständigen Hydrolyse oder einer teilweisen Hydrolyse der Siliziumverbindung innerhalb der Lösung führen. Der Grad der Hydrolyse kann durch Änderung der hinzugefügten Menge an Wasser eingestellt werden.
  • Wenn die Menge des hinzugefügten Wassers zu klein, nimmt der Grad der Hydrolyse ab und das Ausmaß des Ausgasens („out-gas") während der Filmbildung nimmt zu, was nicht erwünscht ist. Wenn im Gegensatz hierzu die Menge an zugefügtem Wasser zu groß ist, neigt das Material mehr zur Bildung des Filmes auf Basis von Siliziumdioxid zur Gelbildung, wodurch eine unerwünschte Verschlechterung der Lagerungsstabilität bewirkt wird. Infolgedessen wird die Menge an hinzugefügtem Wasser vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 12 Molen und noch mehr bevorzugt von 4 bis 8 Molen für jedes 1 Mol der Kombination von Siliziumverbindungen, die zur Herstellung des Materials zur Bildung des Filmes auf Basis von Siliziumdioxid verwendet werden, eingestellt.
  • Als der Säurekatalysator kann jede der organischen Säuren oder anorganischen Säuren, die üblicherweise in herkömmlichen Anwendungen verwendet werden, verwendet werden. Spezifische Beispiele von geeigneten organischen Säuren beinhalten organische Carbonsäuren wie z. B. Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure. Spezifische Beispiele für geeignete anorganische Säuren beinhalten Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure.
  • Die Menge an hinzugefügtem Säurekatalysator wird vorzugsweise so eingestellt, dass nach Zugabe die Säurekonzentration innerhalb der Lösung der Siliziumverbindung im Bereich von 1 bis 1000 ppm liegt, und noch mehr bevorzugt von 5 bis 500 ppm.
  • Der Säurekatalysator und Wasser werden vorzugsweise allmählich hinzugegeben, während die Lösung der Siliziumverbindung gerührt wird. Nachdem die Zugabe vollständig erfolgt ist, wird die resultierende Lösung stehen gelassen, um der Hydrolysereaktion das Voranschreiten zu ermöglichen. Die Hydrolysereaktion erfordert 5 bis 100 Stunden. Wenn die Lösung der Siliziumverbindung auf eine Temperatur erhitzt wird, die 80 °C nicht überschreitet, und die Lösung des Säurekatalysators dann tropfenweise zu der gerührten Lösung der Siliziumverbindung gegeben wird, dann kann die für die Hydrolysereaktion erforderliche Zeit angemessen verkürzt werden.
  • Bei sämtlichen obigen Siliziumverbindungen (1) bis (4) bewirkt die Hydrolyse in Gegenwart eines Säurekatalysators und Wasser, dass die Alkoxygruppe in eine Silanol-Gruppe umgewandelt wird. Zur gleichen Zeit bewirkt diese Silanol-Gruppe eine intermolekulare entwässernde Kondensationsreaktion, welche eine Siloxan-Verknüpfung erzeugt. Dieser Typ von Siloxan-Verknüpfung weist eine filmbildende Eigenschaft auf.
  • Das Reaktionsprodukt, das dadurch erhalten wird, dass eine oder mehrere der Siliziumverbindungen (1) bis (4) einer Hydrolysebehandlung in einem organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Säurekatalysators unterzogen werden, umfasst hauptsächlich Siloxanoligomere mit Polymerisationsgraden von 2 bis 20. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Reaktionsproduktes liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 10000 und noch mehr bevorzugt von 1500 bis 3000. Vorausgesetzt, dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Reaktionsproduktes innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 10000 ist, wird ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid erhalten, das einen Film mit einer vorteilhaften Oberflächenebenheit bilden kann. Wenn das gewichtsmittlere Molekulargewicht 10000 übersteigt, neigt das Material zur Gelbildung, wohingegen bei einem Molekulargewicht von weniger als 1000 die filmbildende Eigenschaft des Materials schlechter ist. Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Reaktionsproduktes kann dadurch kontrolliert werden, dass Faktoren wie z. B. die Menge des zur Hydrolysereaktion hinzugefügten Wassers, die Reaktionszeit, die Reaktionstemperatur und die Alterungszeit geändert werden.
  • Ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen Wassergehalt, bestimmt durch eine gaschromatographische Messung, der innerhalb eines Bereiches von 0.1 bis 50 Gew.-% fällt.
  • In den Fällen, in denen der filmbildende Bestandteil einen organische Gruppen enthaltenden filmbildenden Bestandteil umfasst, der eine Si-R-Verknüpfung enthält, liegt der Wassergehalt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1 bis 30 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von 5 bis 28 Gew.-% und am meisten bevorzugt von 12 bis 25 Gew.-%. Im Gegensatz hierzu liegt der Wassergehalt in den Fällen, in denen der filmbildende Bestandteil einen anorganischen filmbildenden Bestandteil umfasst, der keine Si-R-Verknüpfungen enthält, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 3 bis 20 Gew.-%, und noch mehr bevorzugt von 5 bis 18 Gew.-%, und am meisten bevorzugt von 7 bis 15 Gew.-%.
  • Indem sichergestellt wird, dass der Wassergehalt des Materials zur Bildung des Filmes auf Basis von Siliziumdioxid, wie er durch gaschromatographische Messung bestimmt wird, gleich der unteren Grenze des obigen Bereiches ist oder ihn übertrifft, kann die Beständigkeit des Filmes gegenüber nassem Ätzen durch Fluorwasserstoffsäure effizient erhöht werden. Als Grund für diese Verbesserung wird angenommen, dass dadurch, dass die Wirkung des Wassers den Ablauf der Hydrolysereaktion im Film bewirkt, die Menge der restlichen Alkoxylgruppen abnimmt, wodurch der Film dichter wird. Außerdem kann unter der Voraussetzung, dass der Wassergehalt auf einem Niveau gehalten wird, das gleich oder oberhalb der unteren Grenze des obigen Bereiches liegt, ebenfalls die Gleichmässigkeit der Filmdicke innerhalb der Substratoberfläche verbessert werden. Wenn der Wassergehalt die vorgenannte obere Grenze überschreitet, besteht die Gefahr, dass die folgenden Typen von unerwünschten Phänomenen geschehen: eine Verschlechterung in der Lagerungsstabilität des Materials zur Bildung des Filmes auf Basis von Siliziumdioxid; eine erhöhte Gefahr, dass das Material einfrieren kann, wenn es in ein gekühltes Lager verbracht wird; eine Tendenz, dass die Leichtigkeit der Anwendung sich verschlechtert, wenn die Konzentration der festen Fraktion erhöht wird, und andere ähnliche Probleme.
  • In dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „feste Fraktion" auf die Kombination von durch Hydrolyse der Siliziumverbindung erzeugtem Reaktionsprodukt, jeder nicht umgesetzten Siliziumverbindung, dem Säurekatalysator und allen anderen optionalen Bestandteilen. Das kombinierte Gewicht des durch die Hydrolyse der Siliziumverbindung erzeugten Produktes und jeder nicht umgesetzten Siliziumverbindung wird als ein zu SiO2 äquivalenter Wert berechnet. Demgemäss wird selbst im Fall von CH3-SiO3/2 oder in Fällen, bei denen immer noch ein Anteil an restlichen Alkoxylgruppen vorhanden ist, das Gewicht immer noch als SiO2 berechnet (Mw = 60).
  • Der Wassergehalt innerhalb des Materials zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid kann unter Verwendung von Gaschromatographie gemessen werden. Gaschromatographische Messungen ermöglichen die quantitative Analyse jedes der Lösungsbestandteile innerhalb des Materials, nämlich des organischen Lösungsmittels, das zu dem Material hinzugefügt wird, um die vorgenannte feste Fraktion aufzulösen, Alkohol, der als ein Nebenprodukt der Hydrolysereaktion erzeugt wurde, und Wasser. Demgemäss kann der Anteil an Wasser der innerhalb der Kombination aller dieser Bestandteile enthalten ist, als der durch diese Art von Messung bestimmte Wert spezifiziert werden.
  • Mit anderen Worten bezieht sich der Ausdruck „Wassergehalt", wie er in der vorliegenden Erfindung definiert ist, auf den Wassergehalt, der innerhalb der Kombination aller Bestandteile enthalten ist, wie er bestimmt wurde, indem das Material der vorliegenden Erfindung einer gaschromatographischen Messung unterzogen wurde. Dieser Wert ist im Wesentlichen gleich dem Wassergehalt des Lösungsmittelbestandteils innerhalb des Materials.
  • Es gibt keine besonderen Einschränkungen bezüglich der Bedingungen für die Gaschromatographie, vorausgesetzt, dass der Wassergehalt bestimmt werden kann. Beispielsweise kann die Messung unter den unten beschriebenen Bedingungen durchgeführt werden.
    Apparat: Hitachi 263-80 (Produktname, hergestellt von Hitachi Ltd.)
    Säule: rostfreie Stahlsäule (innerer Durchmesser 3 mm, Gesamtlänge 2 m), die mit dem pulverförmigen Füllstoff Porapack Q gefüllt ist (Produktname, hergestellt von der Waters Corporation, MESH 50 – 80).
    Probenvolumen: 1 Mikroliter
    Flussgeschwindigkeit von Helium: 27 ml/Minute
    Temperatur, bei der die Proben eingespritzt wurden: 250 °C
  • Nach der Einspritzung der Probe wird die Messung dadurch durchgeführt, dass die Temperatur für 2 Minuten auf 80 °C gehalten wird, anschließend die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 20 °C/Minute auf 235 °C erhöht wird und diese Temperatur dann für weitere 11 Minuten gehalten wird.
    Detektor: thermische Leitfähigkeit – Detektor
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Methode, die zur Kontrolle des Wassergehaltes innerhalb des Materials zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid verwendet wird. Bei einer geeigneten Methode wird bei der Hinzufügung von Wasser zu der vorgenannten Lösung der Siliziumverbindung, um die Hydrolysebehandlung zu bewirken, zusätzlich zu der für die Hydrolyse erforderlichen Wassermenge überschüssiges Wasser hinzugegeben. Die Reaktionszeit wird dann kontrolliert und die Hydrolysereaktion an einem Punkt angehalten, bei dem der Wassergehalt innerhalb des Materials zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid in den oben beschriebenen bevorzugten Bereich fällt.
  • Weiterhin kann eine Methode zur Erzeugung eines Materials zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid verwendet werden, bei dem der Wassergehalt in den oben beschriebenen bevorzugten Bereich fällt, indem anschließend an die Vervollständigung der Hydrolysebehandlung der Siliziumverbindung zunächst die Feuchtigkeit aus der Lösung entfernt wird und dann zusätzliches Wasser hinzugefügt wird.
  • Es kann sogar eine Methode verwendet werden, bei der Wasser nach der Vervollständigung der Hydrolysebehandlung der Siliziumverbindung zu der Lösung hinzugefügt wird, um ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid zu erzeugen, in dem der Wassergehalt in den oben beschriebenen bevorzugten Bereich fällt.
  • Weiterhin liegt der Gehalt an Si innerhalb der festen Fraktion im Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 1 bis 20 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von 6 bis 15 Gew.-%.
  • Der Gehalt an Si innerhalb der festen Fraktion kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass eine vorbestimmte Menge des Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Silizium auf ein Substrat aufgebracht wird, das Material getrocknet wird, bei 500 °C eine Hitzebehandlung durchgeführt wird und das Gewicht des erhaltenen SiO2 gemessen wird. Dann wird die Menge an Si, die ausgehend von diesem Gewicht berechnet wurde, und das Gewicht des auf das Substrat aufgebrachten Materials benutzt, um den Gehalt an Si zu bestimmen.
  • Wenn der Gehalt an Si innerhalb der festen Fraktion des Materials zur Bildung des Filmes auf Basis von Siliziumdioxid unterhalb des obigen Bereiches liegt, kann die Sicherstellung der gewünschten Filmdicke schwierig sein, wohingegen die Lagerungsstabilität des Materials zur Verschlechterung neigt, wenn der Gehalt oberhalb des obiges Bereiches liegt.
  • Der Gehalt an Si innerhalb der festen Fraktion des Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid kann durch Änderungen der Menge der zur Herstellung des Materials zur Erzeugung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid eingesetzten Silikonverbindung kontrolliert werden.
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid, das wie auf die obige Weise beschrieben, erhalten wurde, kann erforderlichenfalls mit einem organischen Lösungsmittel verdünnt werden und wird dann auf das Behandlungsziel („treatment target") aufgebracht, auf dem der Film auf Basis von Siliziumdioxid erzeugt werden soll. Wenn eine Verdünnung erforderlich ist, können als verdünnende organische Lösungsmittel die gleichen organischen Lösungsmittel wie die zur Bildung der Lösung der Siliziumverbindung verwendeten eingesetzt werden. Wenn das Material verdünnt ist, muss der Wassergehalt innerhalb des Materials immer noch in dem durch die vorliegende Erfindung vorgeschriebenen Bereich kontrolliert werden.
  • Nach der Aufbringung des Materials zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid auf die Oberfläche des Behandlungsziels und der Bildung einer Beschichtung wird die auf diese Weise gebildete Beschichtung gebacken. Dieses Erhitzen entfernt das organische Lösungsmittel innerhalb der Beschichtung und fördert auch die entwässernde Kondensationsreaktion, wodurch ein Polysiloxanfilm gebildet und die Erzeugung des Films auf Basis von Siliziumdioxid vervollständigt wird.
  • In den Fällen, in denen das Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid einen organische Gruppen enthaltenden filmbildenden Bestandteil enthält, liegt die Backtemperatur vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 350 bis 750 °C und noch mehr bevorzugt von 400 °C bis 700 °C. Wenn die Backtemperatur unterhalb dieses Bereiches liegt, können die Entfernung des organischen Lösungsmittels und die Förderung der entwässernden Kondensationsreaktion unzureichend sein, wohingegen bei einer Temperatur oberhalb dieses Bereiches die an das Silizium gebundenen Alkylgruppen zur Abspaltung neigen. Außerdem können bei einer zu kurzen Backzeit die Entfernung des organischen Lösungsmittels und die Förderung der entwässernden Kondensationsreaktion unzureichend sein. Wenn die Backzeit dagegen zu lang ist, verschlechtert sich der Durchsatz. Infolgedessen wird die Backtemperatur vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 20 bis 120 Minuten eingestellt und noch mehr bevorzugt von 30 bis 60 Minuten.
  • In den Fällen, in denen das Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid einen anorganischen filmbildenden Bestandteil enthält, liegt die Backtemperatur vorzugsweise im Bereich von 250 bis 1100 °C und noch mehr bevorzugt von 300 bis 900 °C. Wenn die Backtemperatur unterhalb dieses Bereiches liegt, werden die Entfernung des organischen Lösungsmittels und die Förderung der wasserentziehenden Kondensationsreaktion unzureichend sein. Wenn dagegen die Temperatur oberhalb dieses Bereiches liegt, besteht die Möglichkeit, dass andere Materialien in den unteren Schichten beschädigt werden. Außerdem können die Entfernung des organischen Lösungsmittels und die Förderung der wasserentziehenden Kondensationsreaktion unzureichend sein, wenn die Backzeit zu kurz ist. Wenn die Backzeit dagegen zu lang ist, verschlechtert sich der Durchsatz. Demzufolge wird die Backzeit vorzugsweise in den Bereich zwischen 20 und 120 Minuten gelegt und noch mehr bevorzugt zwischen 30 und 60 Minuten.
  • Wenn ein Material zur Erzeugung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Film auf Basis von Siliziumdioxid mit einer verringerten Geschwindigkeit beim Ätzen erhalten werden. Demgemäss ist dieses Material ideal für die Erzeugung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid, der beispielsweise als isolierender Film (PMD) auf einem Metallleitungsmuster bereitgestellt wird. Außerdem kann das seitliche Ätzen effizient verhindert werden, wenn ein in einem Film auf Basis von Siliziumdioxid, der unter Verwendung eines solchen Materials hergestellt wurde, gebildetes Kontaktloch mit Flusssäure gewaschen wird.
  • Außerdem zeigt ein Film auf Basis von Siliziumdioxid, der unter Verwendung eines Materials zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, auch verringerte Level beim Ausgasen während des Erhitzens. Dies bedeutet, dass das durch die Verflüchtigung des Gases bewirkte Schrumpfen des Filmes unterdrückt werden kann, was in einer verringerten Schrumpfgeschwindigkeit resultiert. Weiterhin können bei Verwendung dieses Typs von Material andere durch das Schrumpfen des Films hervorgerufene Phänomene wie das Auftreten von Rissen oder die Verschlechterung der Haftung an benachbarte Schichten ebenfalls unterdrückt werden. Es wird angenommen, dass diese Effekte auf die verringerte Menge an restlichen Alkoxylgruppen zurückzuführen sind. Außerdem zeigt ein Material zur Erzeugung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Filmdicke innerhalb der Substratoberfläche des Films. Dies bedeutet, dass das Material ideal für die Erzeugung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid für die Verwendung als isolierende Filme zwischen Schichten oder einebnende Filme ist.
  • Außerdem kann bei Verwendung eines Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung die Härte des resultierenden Filmes auf Basis von Siliziumdioxid verbessert werden. Es wird vermutet, dass dieser Effekt das Ergebnis einer Zunahme der Dichte des Films ist, die durch die Verringerung der Menge an restlichen Alkoxylgruppen bewirkt wurde.
  • Beispiele
  • (Beispiel 1 : Anorganischer filmbildender Bestandteil)
  • 2,30.2 g Tetramethoxysilan wurden in 560 g Ethylenglykolmonomethylether (MC) aufgelöst, wodurch eine Lösung einer Silikonverbindung erhalten wurde. Nach Hinzufügung von 218.2 g reinem Wasser und 300 Mikrolitern Salpetersäure zu dieser Lösung und anschließendem Rühren wurde die Lösung für 5 Tage bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann unter Verwendung eines Verdampfers einer Destillation unterzogen. 30 g des Rückstandes nach der Destillation wurden mit 6.4 g MC vereinigt, wodurch ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid erhalten wurde, das eine Konzentration einer zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 9.86 Gew.-% hat.
  • Die gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 0.6 Gew.-%.
  • Die Messungsbedingungen waren wie unten beschrieben.
    Apparat: Hitachi 263-80 (Produktname, hergestellt von Hitachi Ltd.)
    Säule: rostfreie Stahlsäule (innerer Durchmesser 3 mm, Gesamtlänge 2 m), die mit dem pulverförmigen Füllstoff PORAPACK Q gefüllt war (Produktname, hergestellt von der Waters Corporation, MESH 50 – 80).
    Probenvolumen: 1 Mikroliter
    Flussgeschwindigkeit des Heliums: 27 ml/Minute
    Temperatur, bei der die Proben eingespritzt wurden: 250 °C
  • Nach der Einspritzung der Probe wurde die Messung dadurch durchgeführt, dass die Temperatur für 2 Minuten auf 80 °C gehalten wurde, anschließend die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 20 °C/Minute auf 235 °C erhöht wurde und dann diese Temperatur für weitere 11 Minuten gehalten wurde.
    Detektor: thermische Leitfähigkeit – Detektor
  • (Beispiel 2 : Anorganischer filmbildender Bestandteil)
  • Mit der Ausnahme, dass die 6.4 g MC, die zu den 30 g Rückstand nach der Destillation hinzugefügt worden waren, mit 0.24 g destilliertem Wasser und 6.16 g MC (insgesamt 6.4 g) ersetzt wurden, wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 9.86 Gew.-% hergestellt.
  • Die auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführte gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 1.4 Gew.-%.
  • (Beispiel 3: Anorganischer filmbildender Bestandteil)
  • Mit der Ausnahme, dass die 6.4 g MC, die zu den 30 g Rückstand nach der Destillation hinzugefügt worden waren, mit 1.22 g destilliertem Wasser und 5.18 g MC (insgesamt 6.4 g) ersetzt wurden, wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 9.86 Gew.-% hergestellt.
  • Die auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführte gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 3.8 Gew.-%.
  • (Beispiel 4: Anorganischer filmbildender Bestandteil)
  • Mit der Ausnahme, dass die 6.4 g MC, die zu den 30 g Rückstand nach der Destillation hinzugefügt worden waren, mit 2.76 g destilliertem Wasser und 3.64 g MC (insgesamt 6.4 g) ersetzt wurden, wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 9.86 Gew.-% hergestellt.
  • Die auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführte gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 7.3 Gew.-%.
  • (Beispiel 5: Anorganischer filmbildender Bestandteil)
  • Mit der Ausnahme, dass die 6.4 g MC, die zu den 30 g Rückstand nach der Destillation hinzugefügt worden waren, mit 4.47 g destilliertem Wasser und 1.93 g MC (insgesamt 6.4 g) ersetzt wurden, wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 9.86 Gew.-% hergestellt.
  • Die auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführte gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 11.4 Gew.-%.
  • (Beispiel 6: Anorganischer filmbildender Bestandteil)
  • Mit der Ausnahme, dass die 6.4 g MC, die zu den 30 g Rückstand nach der Destillation hinzugefügt worden waren, mit 6.4 g destilliertem Wasser ersetzt wurden, wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 9.86 Gew.-% hergestellt.
  • Die auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführte gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 15.4 Gew.-%.
  • (Vergleichsbeispiel 1: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • 272.4 g Methyltrimethoxysilan und 101.5 g Tetramethoxysilan wurden in 114.1 g Propylenglykolmonopropylether (PGP) aufgelöst, wodurch eine Lösung einer Siliziumverbindung erhalten wurde. Nach Zugabe von 312 g reinem Wasser und 96.6 Mikrolitern Salpetersäure zu dieser Lösung und anschließendem Rühren wurde die Lösung für 5 Tage bei Raumtemperatur stehen gelassen und dann einer Destillation unter Verwendung eines Verdampfers unterzogen. PGP wurde dann zu dem nach der Destillation erhaltenen Rückstand hinzugefügt, wodurch ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid erhalten wurden, das eine Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% hatte.
  • Die gaschromatographische Vermessung des auf diese Weise erhaltenen Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid ergab einen Wassergehalt von 0 Gew.-%.
  • (Beispiel 7: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • Es wurde nach der gleichen Methode wie im Vergleichsbeispiel 1 gearbeitet, wobei allerdings zu dem nach der Destillation erhaltenen Rückstand destilliertes Wasser in einer ausreichenden Menge, um einen Wassergehalt von 4 Gew.-% zu erzeugen, hinzugefügt wurde. PGP wurde dann hinzugefügt, wodurch ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid erhalten wurde, das eine Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% hatte.
  • (Beispiel 8: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid mit einem Wassergehalt von 8 Gew.-% und einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt.
  • (Beispiel 9: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid mit einem Wassergehalt von 12 Gew.-% und einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt.
  • (Beispiel 10: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid mit einem Wassergehalt von 16 Gew.-% und einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt.
  • (Beispiel 11: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid mit einem Wassergehalt von 20 Gew.-% und einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt.
  • (Beispiel 12: Organische Gruppen enthaltender filmbildender Bestandteil)
  • Ein Material zur Bildung eines Films auf Basis von Siliziumdioxid mit einem Wassergehalt von 30 Gew.-% und einer Konzentration der zu SiO2 äquivalenten festen Fraktion von 7 Gew.-% wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt.
  • (Erzeugung eines Filmes 1 auf Basis von Siliziumdioxid)
  • Unter Verwendung jedes der in den obigen Beispielen 1 bis 6 erhaltenen Materialien zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid wurde auf Substraten eine Reihe von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid erzeugt.
  • Insbesondere wurde jedes Material zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid, das in einem der obigen Beispiele 1 bis 6 erhalten wurde, unter Verwendung einer Rotationsmethode („spinner method") (wobei eine TR-6132U Auftragungsvorrichtung (Produktname, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) verwendet wurde) auf ein 15,24 cm (6 inch) – Siliziumsubstrat aufgetragen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit wurde geeignet eingestellt, um die Bildung einer Beschichtung mit einer Trockendicke von ungefähr 210 bis 250 nm zu ermöglichen.
  • Anschließend wurde die auf diese Weise erhaltene Beschichtung für eine Minute bei 80 °C, für eine Minute bei 150 °C und eine weitere Minute bei 200 °C getrocknet.
  • Die Struktur wurde dann in einen senkrechten Ofen unter einer Stickstoffatmosphäre gegeben und bei 400 °C für 30 Minuten gebacken, wodurch ein Film auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Filmdicke von ungefähr 180 bis 220 nm erhalten wurde.
  • (Erzeugung eines Filmes 2 auf Basis von Siliziumdioxid)
  • Unter Verwendung jedes der im obigen Vergleichsbeispiel 1 und den Beispielen 7 bis 12 erhaltenen Materialien zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid wurde auf Substraten eine Reihe von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid erzeugt.
  • Insbesondere wurde jedes Material zur Bildung von Filmen auf Basis von Siliziumdioxid, das entweder im Vergleichsbeispiel 1 oder einem der Beispiele 7 bis 12 erhalten wurde, unter Verwendung einer Rotationsmethode („spinner method") (wobei ein TR-6132U Auftragungsvorrichtung (Produktname, hergestellt von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) verwendet wurde) auf ein 15,24 cm (6 inch) – Siliziumsubstrat aufgebracht. Die Umdrehungsgeschwindigkeit wurde geeignet eingestellt, um die Bildung einer Beschichtung mit einer Trockendicke von ungefähr 200 bis 230 nm zu ermöglichen.
  • Anschließend wurde die auf diese Weise erhaltene Beschichtung für eine Minute bei 80 °C, für eine Minute bei 150 °C und eine weitere Minute bei 200 °C getrocknet.
  • Die Struktur wurde dann in einen senkrechten Ofen unter einer Stickstoffatmosphäre gegeben und bei 700 °C für 30 Minuten gebacken, wodurch ein Film auf Basis von Siliziumdioxid mit einer Filmdicke von ungefähr 190 bis 220 nm erhalten wurde.
  • (Evaluierung der Charakteristika 1)
  • Jeder der der in der obigen Erzeugung eines Filmes 1 auf Basis von Siliziumdioxid erhaltenen Filme auf Basis von Siliziumdioxid wurde unter Verwendung der unten beschriebenen Methoden in Hinblick auf (1) die Geschwindigkeit beim nassen Ätzen („wet etching rate"), (2) die Gleichmässigkeit der Schichtdicke innerhalb der Substratoberfläche und (3) den Bereich ausgewertet. Die Resultate dieser Auswertungen sind in den 1 bis 3 dargestellt.
  • (1) Geschwindigkeit beim nassen Ätzen
  • Das Substrat, auf dem der Film auf Basis von Siliziumdioxid gebildet worden war, wurde für 3 Minuten in einer 0.25 Gew.-%igen wässrigen Lösung von Flusssäure (bei 25 °C) getaucht und die Geschwindigkeit der nassen Ätzung (nm/Minute) wurde aus der Differenz zwischen der Filmdicke vor dem Eintauchen und der Filmdicke nach dem Eintauchen berechnet.
  • Im Falle des mit dem Film auf Basis von Siliziumdioxid beschichteten Substrats, der unter Verwendung des in Beispiel 1 hergestellten Materials zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid erhalten wurde, wurde die Zeit für das nasse Ätzen in der wässrigen Lösung der Flusssäure auf 30 Sekunden verkürzt, da die Geschwindigkeit des Ätzens für den Film extrem hoch war.
  • Wie es anhand der in 1 gezeigten Ergebnisse offensichtlich ist, war die Geschwindigkeit beim nassen Ätzen signifikant verringert, wenn der Wassergehalt innerhalb eines Bereiches von 1.4 bis 15.4 Gew.-% war. Aus der graphischen Darstellung ergibt sich deutlich, dass die Resultate besonders vorteilhaft im Bereich von 7 bis 15 Gew.-% waren.
  • (2) Gleichmäßigkeit der Filmdicke innerhalb der Substratoberfläche
  • Neun zufällige Punkte wurden auf der Oberfläche des Substrats, auf dem der bei der obigen Erzeugung eines Filmes 1 auf Basis von Siliziumdioxid erhaltene Film auf Basis von Siliziumdioxid erzeugt wurde, ausgewählt. An diesen 9 Punkten wurde mit Hilfe eines Ellipsometers die Filmdicke gemessen. Der durch die folgende Gleichung dargestellt Wert (die Gleichmäßigkeit der Filmdicke) wurde dann bestimmt. Die Auftragung der Ergebnisse ergab die in 2 gezeigte graphische Darstellung. Gleichmäßigkeit der Filmdicke = (MAX – MIN)/(2 × Ave)(worin MAX die maximale Filmdicke (nm) unter den 9 Punkten darstellt, MIN die minimale Filmdicke (nm) unter den 9 Punkten darstellt und Ave den Wert der durchschnittlichen Filmdicke (nm) unter den 9 Punkten darstellt.
  • Wie es anhand der in 2 gezeigten Ergebnisse offensichtlich ist, verbessert sich die Gleichmäßigkeit mit zunehmendem Wassergehalt. Aus der graphischen Darstellung ergibt sich deutlich, dass die Ergebnisse besonders vorteilhaft im Bereich von 7 bis 15 Gew.-% waren.
  • (3) Bereich
  • Neun zufällige Punkte wurden auf der Oberfläche des Substrats, auf dem der bei der obigen Erzeugung eines Filmes 1 auf Basis von Siliziumdioxid erhaltene Film auf Basis von Siliziumdioxid erzeugt wurde, ausgewählt. An diesen 9 Punkten wurde mit Hilfe eines Ellipsometers die Filmdicke gemessen. Der durch die folgende Gleichung dargestellte Wert (der Bereich) wurde dann bestimmt. Nach Auftragung der Ergebnisse wurde die in 3 gezeigte graphische Darstellung erhalten. Bereich = (MAX – MIN)(worin MAX die maximale Filmdicke (nm) unter den 9 Punkten darstellt und MIN die minimale Filmdicke (nm) unter den 9 Punkten)
  • Wie es anhand der in 3 gezeigten Ergebnisse offensichtlich ist, nimmt der Bereich mit zunehmendem Wassergehalt ab. Aus der graphischen Darstellung ergibt sich deutlich, dass die Ergebnisse besonders vorteilhaft im Bereich von 7 bis 15 Gew.-% waren.
  • (Evaluierung der Charakteristika 2)
  • Jeder der bei der obigen Erzeugung eines Filmes 2 auf Basis von Siliziumdioxid erhaltenen Filme auf Basis von Siliziumdioxid wurde unter Verwendung der unten beschriebenen Methode in Hinblick auf (4) die Geschwindigkeit beim nassen Ätzen („wet etching rate") ausgewertet. Die Resultate dieser Auswertungen sind in 4 dargestellt.
  • (4) Geschwindigkeit beim nassen Ätzen
  • Das Substrat, auf dem der Film auf Basis von Siliziumdioxid gebildet worden war, wurde für 20 Minuten in eine 0.5 Gew.-%ige wässrige Lösung von Flusssäure (bei 25 °C) getaucht. Die Geschwindigkeit 1 der nassen Ätzung (nm/Minute) für die Zeit des nassen Ätzens von 0 bis 20 Minuten wurde aus der Differenz zwischen der Filmdicke vor dem Eintauchen und der Filmdicke nach dem Eintauchen berechnet.
  • Anschließend wurde die gleiche Methode verwendet, um die Filmdicke nach dem Eintauchen für 40 Minuten zu bestimmen und die Filmdicke nach dem Eintauchen für 60 Minuten. Die Geschwindigkeit 2 für das nasse Ätzen (nm/Minute) für den Zeitraum des nassen Ätzens von 0 bis 40 Minuten und die Geschwindigkeit 3 für das nasse Ätzen (nm/Minute) für den Zeitraum des nassen Ätzens von 0 bis 60 Minuten wurden berechnet.
  • Die Ergebnisse der Auftragung der Geschwindigkeiten 1 bis 3 für das nasse Ätzen bei Filmen auf Basis von Siliziumdioxid, bei denen der Wassergehalt 0 %, 4 %, 8 %, 12 %, 16 %, 20 % und 30 % betrug, sind in 4 dargestellt.
  • Wie es anhand der in 4 gezeigten Ergebnisse offensichtlich ist, war die Geschwindigkeit des nassen Ätzens am höchsten, wenn der Wassergehalt 0 Gew.-% betrug. Dies belegt deutlich, dass der Film zum Ätzen neigte.
  • Außerdem war bei Werten des Wassergehaltes innerhalb des Bereiches von 8 bis 20 Gew.-% die Geschwindigkeit des nassen Ätzens deutlich herabgesetzt. Ausgehend von der graphischen Darstellung kann vorausgesagt werden, dass die Ergebnisse wahrscheinlich im Bereich von 5 bis 28 Gew.-% besonders vorteilhaft sind und im Bereich von 12 bis 25 Gew.-% am vorteilhaftesten sind.
  • Obwohl oben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und illustriert wurden, sollte verstanden werden, dass diese für die Erfindung nur beispielhaft sind und nicht als beschränkend angesehen werden sollten. Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können vorgenommen werden, ohne dass man sich vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung entfernt. Demzufolge sollte die Erfindung nicht als durch die vorhergehende Beschreibung beschränkt angesehen werden. Die Erfindung ist nur durch den Umfang der beigefügten Patentansprüche begrenzt.

Claims (8)

  1. Ein Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid, dadurch charakterisiert, dass es eine feste Fraktion umfasst, die einen filmbildenden Bestandteil, der einen Film auf Basis von Siliziumdioxid bilden kann, ein organisches Lösungsmittel und Wasser enthält, wobei der Wassergehalt dieses Materials, bestimmt durch gaschromatographische Messung, innerhalb des Bereiches von 0.1 bis 50 Gew.-% liegt.
  2. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass der Gehalt an Si in der festen Fraktion im Bereich von 5 bis 20 Gew.-% liegt.
  3. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch charakterisiert, dass der filmbildende Bestandteil einen organische Gruppen enthaltenden filmbildenden Bestandteil umfasst, der eine Verknüpfung enthält, die durch die Formel Si-R dargestellt wird, in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe darstellt.
  4. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Gruppen enthaltende filmbildende Bestandteil ein Reaktionsprodukt umfasst, das dadurch erzeugt wurde, dass eine Siliziumverbindung, die mindestens eine Verbindung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliziumverbindungen, die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (I) dargestellt werden, und Siliziumverbindungen, die durch die unten gezeigte allgemeine Formel (II) dargestellt werden, besteht, einer Hydrolysebehandlung unterzogen wurde: R1 2Si(OR2)2 (I) worin R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe bedeutet und R2 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, R3Si(OR4)3 (II)worin R3 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe bedeutet und R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet.
  5. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 3 oder 4, dadurch charakterisiert, dass der durch gaschromatographische Messung bestimmte Wassergehalt im Bereich von 1 bis 30 Gew.-% liegt.
  6. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch charakterisiert, dass der filmbildende Bestandteil einen anorganischen filmbildenden Bestandteil umfasst, der keine durch die Formel Si-R, in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe darstellt, dargestellte Verknüpfungen enthält.
  7. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 6, dadurch charakterisiert, dass der anorganische filmbildende Bestandteil ein Reaktionsprodukt umfasst, das dadurch erzeugt wurde, dass mindestens eine Verbindung, die ausgewählt wurde aus der Gruppe, die aus den durch die allgemeine Formel (III) dargestellten Siliziumverbindungen und den durch die allgemeine Formel (IV) dargestellten Siliziumverbindungen besteht, einer Hydrolysebehandlung unterzogen wurden: Si(OR5)4 (III)worin R5 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, HSi(OR6)3 (IV) worin R6 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet.
  8. Material zur Bildung eines Filmes auf Basis von Siliziumdioxid nach Anspruch 6 oder 7, dadurch charakterisiert, dass der durch gaschromatographische Messung bestimmte Wassergehalt im Bereich von 3 bis 20 Gew.-% liegt.
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