DE112004002266T5 - Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für Kupferverbindungen - Google Patents

Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für Kupferverbindungen Download PDF

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Abstract

Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung, hergestellt unter Verwendung einer organischen oder anorganischen Matrix und eines Cyclodextrin-basierten Templats zur Porenbildung, wobei die Verbesserung umfasst: der dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrzitätskonstante wird durch Beschichten mit einer gemischten organisch-anorganischen Lösung, die in einem organischen Lösungsmittel 40 bis 70 Vol.-% eines Polyalkylsilsesquioxanvorläufers oder seines Copolymers als Matrix und 30 bis 60 Vol.-% Acetylcyclodextrinnanopartikel als Templat enthält, hergestellt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für Kupferverbindungen, insbesondere einen porösen Film, hergestellt durch Beschichten mit einer organischen Lösung, die einen Polyalkylsilsesquioxanvorläufer oder sein Copolymer als eine Matrix und Acetylcyclodextrinnanopartikel als ein Templat enthält, und gefolgt von der Durchführung einer Sol-Gel-Reaktion und Hitzebehandlung bei höherer Temperatur. Der vorliegende Film kann das Templat mit bis zu 60 Vol.-% enthalten, was an der selektiven Verwendung von Acetylcyclodextrin liegt, und homogen verteilte Poren mit der Größe von nicht mehr als 5 nm in der Matrix besitzen. Zusätzlich zeigen die Filme eine sehr geringe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 1,5, und wohl definierte, geschlossene Poren, sodass sie als ein guter dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für Kupferverbindungen betrachtet werden.
  • Aufgrund der jüngsten Nachfrage nach Halbleitern mit Eigenschaften hoher Integration und hoher Geschwindigkeit nimmt die kritische Dimension sehr stark ab. Niedigdielektrika, hergestellt mit Aluminiumliner und Siliciumoxidmembran (SiO2, k = 4,0) und Fluorsiliciumoxidmembran (k = 3,5) als Zwischenschichtdielektrika, wurden als ausgezeichnete Halbleitervorrichtungen mit hoher Integration und hoher Leistung erkannt. Solche Niedrigdielektrika zeigen jedoch starke Nachteile, wie Signalverzögerung aufgrund der Verzögerung von RC [ausgedrückt durch Multiplizieren eines Widerstandes (R) eines Liners mit einer Kapazität (C) eines Zwischenschichtdielektrikums], Rauschens aufgrund von Übersprechen und Leistungsverschwendung werden besonders verstärkt.
  • Um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden, ist es zwingend erforderlich, dass die herkömmliche Aluminiumlinerschicht durch einen Kupferliner ersetzt wird, um den Widerstand der Metallliner zu verringern, und die sehr geringen Dielektrika mit einer sehr geringen Dielektrizitätskonstante als Isolatoren entwickelt werden.
  • Der lange durchgeführten Begutachtung physikalischer Eigenschaften und der Anwendbarkeit auf Vorrichtungen folgend hat SEMATECH (USA) offenbart, dass Black DiamondTM, das von Applied Materials, Inc. erhältlich ist, als Niedrigdielektrikum geeignet ist, um einen Kupferchip in naher Zukunft herzustellen, und dass es für eine Trockenfilmverarbeitung (CVD) mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 2,7 geeignet ist, und hat tatsächlich mehrere Vorrichtungen unter Verwendung des Materials hergestellt. Für die Nassfilmverarbeitung (spin-on) mit einer Dielektrizitätskonstante von ungefähr 2,7 hat sich SiLK® organisches Polymer, das von Dow Chemical, Inc. erhältlich ist, als viel versprechend erwiesen. Die nächste Generation von Niedrigdielektrika mit einer Dielektrizitätskonstante von unterhalb von 2,2 wurden jedoch noch nicht als für die Anwendung zur Herstellung von Kupferchips betrachtet.
  • In dieser Hinsicht wurde zum Verringern der Dielektrizitätskonstante von Niedrigdielektrika der folgende Ansatz vorgeschlagen. Gemäß dieses Ansatzes werden thermisch instabiles organisches Material und eine anorganische Matrix als Zwischenschichtdielektrikum vermischt und es wird ihnen gestattet, eine Sol-Gel-Reaktion zu durchlaufen, um ein Härten der Matrix zu induzieren, wodurch organisch-anorganisches Nanohybrid hergestellt wird. Danach wird Luft mit einer Dielektrizitätskonstante von 1,0 in einem niedrigdielektrischen Film durch Hitzebehandlung bei einer erhöhten Temperatur eingeführt (C.V. Nguyen, K.R. Carter, C.J. Hawker, R.D. Miller, H.W. Rhee und D.Y. Yoon, Chem. Mater., 11, 3080 (1999)). Hier ist bekannt, dass es wesentlich ist, dass die Wechselwirkung zwischen der anorganischen Matrix und organischem Porogen ausgezeichnet ist, um Niedrigdielektrika mit Poren mit geringer Größe und homogener Verteilung herzustellen. Daher ziehen porenbildende Harze mit ausgezeichneter Kompatibilität mit einer anorganischen Matrix mit geringer Dielektrizitätskonstante nunmehr starkes weltweites Interesse an. Als ein herkömmliches Porogen sind sehr stark verzweigte Polyester [C. Nguyen, C.J. Hawker, R.D. Miller und J.L. Hedrick, Macromolecules, 33, 4281 (2000)], Ethylenpropylen-ethylenetriblockcopolymer (tetronicsTM) [S. Yang, P.A. Mirau, E.K. Lin, H.J. Lee und D.W. Gidley, Chem. Mater., 13, 2762 (2001)] und Polymethylmethacrylat-N,N- dimethylaminoethylmethacrylatcopolymer [Q.R. Huang, W. Volksen, E. Huang, M. Toney und R.D. Miller, Chem. Mater., 14(9), 3676 (2002)) bekannt. Einige Forscher haben berichtet, dass nanoporöse Dielektrika mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als 2,0 erfolgreich durch die Verwendung des oben beschriebenen Porogens entwickel wurden.
  • Bei der Herstellung sehr niedriger Dielektrika durch Verwendung des oben beschriebenen Porogens ist jedoch seine Kompatibilität mit der anorganischen Matrix besser, wenn der Anteil an Porogen gering ist, und daher wird die Porengröße kleiner und ihre Verteilung zeigt ein homogenes Muster. Im Gegensatz dazu, wenn der Gehalt an Porogen hoch ist, wird die Kompatibilität verschlechtert, wodurch Agglomeration von Porogendomänen hervorgerufen wird und auch die Größe und die Verteilung der Poren ansteigt. Eine offene Porenstruktur in Niedrigdielektrikafilmen wird ebenfalls ausgebildet, wenn der Porogenanteil oberhalb einer bestimmten Menge liegt; daher kann die Beschränkung des Porogenanteils schwerwiegende Probleme bezüglich der mechanischen Festigkeit der Filme und der Verfahrensverlässlichkeit hervorrufen.
  • Kürzlich wurden Nanopartikel als ein Templat vorgeschlagen, um dielektrische Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante zu entwickeln, die verbesserte mechanische und dielektrische Eigenschaften zeigen und die Poren mit einer relativ geringen Größe und einer geschlossenen Struktur aufweisen. In diesem Zusammenhang hat IBM kürzlich über ein Verfahren zur Herstellung organischer Partikel mit Nanogröße berichtet, das die Herstellung eines organischen Vorläufers mit funktionellen Gruppen zum Quervernetzen umfasst, das heißt Poly-ε-caprolacton-co-acryloyloxycaprolacton, über ATRP (Atomtransferradikalpolymerisation), die in der Lage ist, das Molekulargewicht zu kontrollieren; Zugeben eines Radikalstarters in Lösung in extrem geringer Konzentration (M ist ungefähr 10–5) und Erhöhen einer Reaktionstemperatur, wodurch intramolekulares Quervernetzen beschleunigt wird [D. Mecerreyes, V. Lee, C.J. Hawker und R.D. Miller, Adv, Mater., 13(3), 204 (2001)). Des Weiteren wurde berichtet, dass die oben beschriebenen Nanopartikel mit einer Polymethylsilsesquioxanmatrix vermischt werden und ihnen erlaubt wird, eine Sol-Gel-Reaktion zu durchlaufen und eine Hitzebehandlung bei einer erhöhten Temperatur, um Poren in der Matrix mit einer Größe, ähnlich derer im festen Zustand vor dem Vermischen, auszubilden. Die Ergebnisse zeigen, dass, wenn Nanopartikel, die ausgezeichnete Kompatibilität zeigen, als ein Templat verwendet werden, die Agglomeration zwischen Nanopartikeln in der Sol-Gel-Reaktion nicht auftritt und die gebildeten Poren in einer geschlossenen Struktur ungleich der niedrigdielektrischer Filme, die unter Verwendung herkömmliche Porogene hergestellt wurden, vorliegen. Das oben beschriebene Material ist jedoch dahingehend nachteilig, dass seine Partikelgröße über das Molekulargewicht eines organischen Vorläufers kontrolliert werden muss, und es besitzt auch eine relativ geringe Ausbeute, da der Quervernetzungsprozess in verdünnter Lösung durchgeführt wird.
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, versuchen kürzliche Untersuchungen, organische Partikel mit Nanogröße selbst als Template zu verwenden, für welches Cyclodextrin mit einer dreidimensionalen, zylindrischen Konfiguration repräsentativ ist. Die Größe von Cyclodextrinpartikeln reicht von 1,4 bis 1,7 nm und seine Endgruppen erlauben die Einführung unterschiedlicher funktioneller Gruppen, sodass es sehr vorteilhaft in Bezug auf die Veränderung der Kompatibilität mit der Matrix ist. Das Samsung Advanced Institute of Technology berichtet, dass niedrigdielektrische Filme, die unter Verwendung der Mischung von Heptakis(2,3,6-tri-O-methyl)-β-cyclodextrin und cyclischem Silsesquioxan (CSSQ hergestellt wurden, eine Porengröße ähnlich zu der im festen Zustand zeigen und geschlossene Poren, wenn der Anteil von Cyclodextrin ungefähr 40% erreicht [J.H. Yim, Y.Y. Lyu, H.D. Jeong, S.K. Mah, J.G. Park und D.W. Gidley, Adv. Funct. Mater., 13(5) (2003), ungeprüfte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-75720]. Trotz solch guter Poreneigenschaften zeigt die nanoporöse CSSQ-Matrix eine viel höhere Dielektrizitätskonstante als sein theoretischer Wert. Demgemäß ist die Entwicklung organischer Nanopartikel, die stark verbesserte dielektrische Eigenschaften zeigen, ein starkes Bedürfnis, um Material mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante mit guten mechanischen Eigenschaften, einer geschlossenen Porenstruktur und einer geringen dielektrischen Konstante herzustellen.
  • Es ist mittlerweile bekannt, dass Polymethylsilsesquioxan, eines der Niedrigdielektrikasilicatmatrizes vom Spin-On-Typ, die Formel (CH3-SiO1.5)n besitzt und verbesserte Eigenschaften für Zwischenschichtdielektrika, wie z.B. eine niedrige Dielektrizitätskonstante (k = 2.7) und Stabilität gegenüber Feuchtigkeit und Hitze, zeigt. Wenn der Film jedoch den energischen Halbleiterverfahren, wie z.B. chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP), ausgesetzt wird, unterliegt er der Zerstörung aufgrund seiner geringen mechanischen Festigkeit. Zudem ist es wahrscheinlich, dass weitere Nachteile auftreten würden, wenn die Poren, die in die Polymethylsilsesquioxanmatrix eingeführt werden, im Hinblick auf eine Reduzierung der dielektrischen Konstante erhöht werden. Aus diesem Grund haben die Erfinder ein neues Polyalkylsilsesquioxancopolymer mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und einer Kompatibilität mit Porogen durch Copolymerisation von Alkyltrialkoxysilan, einem Monomer für die Polymerisation von Polymethylsilsesquioxan, mit einer α,ω-Bistrialkoxysilylverbindung als ein Comonomer entwickelt [ungeprüfte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-38540].
  • Um die Nachteile der sehr geringen Dielektrika, die oben beschrieben wurden, zu überwinden, haben die vorliegenden Erfinder intensive Forschungen durchgeführt, und als ein Ergebnis herausgefunden, dass die Verwendung von Polyalkylsilsesquioxanvorläufern oder ihrer Copolymere als eine Matrix bei der Verwendung von Acetylcyclodextrinnanopartikeln als porenbildende Template die Inkorporierung eines Überschusses an Templat von ungefähr 60 Vol.-% aufgrund der ausgezeichneten Kompatibilität zwischen den beiden Bestandteilen erlaubt, wodurch der daraus hergestellte Film signifikante Porositäts- und Dielektrizitätseigenschaften zeigt. Die vorliegenden dielektrischen Filme mit Poren geringerer Größe und die geschlossene Poren aufweisen sind als Zwischenschichtdielektrika für eine Kupferverbindung sehr hilfreich.
    •
  • Demgemäß ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrzitätskonstante für eine Kupferverbindung bereitzustellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DIESER ERFINDUNG
  • In der vorliegenden Erfindung haben wir einen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung unter Verwendung einer organischen oder anorganischen Matrix und eines Cyclodextrin-basierten Templats zur Porenausbildung erfunden. Die Verbesserung umfasst die Herstellung des dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante durch Beschichten mit einer organisch-anorganisch vermischten Lösung, wobei 40 bis 70 Vol.-% eines Polyalkylsilsesquioxanvorläufers oder seines Copolymers als Matrix und 30 bis 60 Vol.-% von Acetylcyclodextrinnanopartikeln als Templat in einem organischen Lösungsmittel enthalten sind, und Durchführen einer Sol-Gel-Reaktion und Hitzebehandlung.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun folgend detaillierter beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante mit der maximalen Porosität von 60% und einer minimalen Dielektrizitätskonstante von 1,5, welcher unter Verwendung eines Polyalkylsilsesquioxanvorläufers oder seines Copolymers als eine Matrix und Acetylcyclodextrinnanopartikeln als porenbildende Template hergestellt wurde. Die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung liegen in der Verwendung von Acetylcyclodextrinnanopartikeln als porenbildendes Templat zur Herstellung eines dielektrischen Films mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante mit einer Matrix aus einem Polyalkylsilsesquioxanvorläufer oder seines Copolymers, sodass der Anteil an Templaten bis auf 60 Vol.-% aus dem herkömmlichen Niveau, unterhalb 40 Vol.-%, ansteigen kann, wodurch die deutliche Verbesserung der maximalen Porosität und der dielektrischen Eigenschaften erreicht werden.
  • Der vorliegende dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante wird nun im Folgenden detaillierter beschrieben:
    Als ein Matrixbestandteil in der vorliegenden Erfindung zeigt der Polyalkylsilsesquioxanvorläufer oder sein Copolymer ausgezeichnete Eigenschaften in der Kompatibilität mit Acetylcyclodextrin als porenbildendes Templat.
  • Das Polyalkylsilsesquioxancopolymer, das als eine Matrix dient, schließt ein Copolymer aus Alkyltrialkoxysilan und α,ω-Bistrialkoxysilylalkan, zum Beispiel ein Copolymer aus Methyltrimethoxysilan und α,ω-Bistrimethoxysilylethan und ein Copolymer aus Methyltrimethoxysilan und α,ω-Bistriethoxysilylethan, ein. Insbesondere stellt das Polyalkylsilsesquioxancopolymer als ein Matrixbestandteil, das durch die Erfinder entwickelt wurde (ungeprüfte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-38540), die verbesserten Porositäts- und dielektrischen Eigenschaften bereit.
  • Das Polyalkylsilsesquioxancopolymer, das durch die vorliegenden Erfinder entwickelt wurde, kann durch Copolymerisieren von Alkyltrialkoxysilanmonomer, dargestellt durch Formel 1, und α,ω-Bistrimethoxysilylmonomer, dargestellt durch Formel 2, in Gegenwart eines Säurekatalysators in einem gemischten Lösungsmittel aus organischem Lösungsmittel/Wasser hergestellt werden. Es zeigt ausgezeichnete physikalische Eigenschaften und Kompatibilität mit dem Templat, inter alia, Acetylcyclodextrin.
    Figure 00070001
    worin R gleich oder unterschiedlich sein kann und eine C1-C6-Alkylgruppe darstellt; und X und Y gleich oder unterschiedlich sein können und eine C1-C6-Alkylengruppe darstellen.
  • Die vorliegende Erfindung wendet Acetylcyclodextrinnanopartikel als ein porenbildendes Templat an. Obwohl die ungeprüfte koreanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-38540 Cyclodextrinderivate offenbart, lehrt sie nicht Acetylcyclodextrin als ein Templat, sondern zeigt lediglich Beispiele unter Verwendung von Heptakis(2,3,6-tri-O-methyl)-β-cyclodextrin (HTM-(CD), das zu einem Anteil von nicht mehr als 40 Gew.-% verwendet wird. Im Gegensatz dazu wählt die vorliegende Erfindung Acetylcyclodextrin als Template und verwendet Acetylcyclodextrin bis zu 60 Vol.-% in dem Inhalt.
  • Acetylcyclodextrin als porenbildendes Templat in dieser Erfindung kann durch die folgende Formel 3 dargestellt werden:
    Figure 00080001
    worin n eine ganze Zahl von 6 bis 8 ist; R1, R2 und R3 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Acetylgruppe ist; und mindestens eines aus R1, R2 und R3 eine Acetylgruppe ist.
  • Beispielhaftes Acetylcyclodextrin, das durch Formel 3 dargestellt ist, schließt Triacetyl-α-cyclodextrin, Triacetyl-β-cyclodextrin, Triacetyl-γ-cyclodextrin, Diacetyl-α-cyclodextrin, Diacetyl-β-cyclodextrin, Diacetyl-γ-cyclodextrin, Monoacetyl-α-cyclodextrin, Monoacetyl-β-cyclodextrin und Monoacetyl-γ-cyclodextrin ein.
  • Das Verfahren zur Herstellung dielektrischer Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante gemäß dieser Erfindung wird nun im Folgenden detailliert beschrieben:
    Als erstes wird ein Polyalkylsilsesquioxanvorläufer oder sein Copolymer als ein Matrixbestandteil und Acetylcyclodextrin als ein Templat in einem organischen Lösungsmittel gelöst und vermischt, um eine vermischte organisch-anorganische Lösung herzustellen. Beispiele der oben nützlichen organischen Lösungsmittel schließen Dimethylformamid (DMF), Dimethylacrylamid (DMA) und Dimethylsulfoxid (DMSO) ein.
  • Danach wird die vermischte organisch-anorganische Lösung, die durch Durchlassen durch einen Polytetrafluorethylenspritzenfilter (0.2 μm) hergestellt wurde, tropfenweise zu einem Substrat zugegeben, und Spinbeschichtung wird bei 2000 bis 4000 U/min über 20 bis 70 s durchgeführt, um einen Film herzustellen. Als ein Substrat können herkömmliche Substrate verwendet werden, bevorzugt Siliciumwafer. Die so hergestellten Filme werden einem Aushärten bei 200 bis 400 °C unterworfen, um restliches organisches Lösungsmittel zu entfernen und die Kondensation der Silanolgruppen der Matrix auszulösen, gefolgt von dem Stehenlassen über 1 h bei 350 bis 500 °C, um endgültig den nanoporösen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante herzustellen. Das Aushärten und Entfernen organischen Materials wird unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und die Erhöhungs- und Heiz- und Abkühlgeschwindigkeiten betragen 3 °C/min.
  • Der so hergestellte dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante besitzt die maximale Porosität von 60% und die minimale Dielektrizitätskonstante von 1,5 und ist sehr hilfreich als ein dielektrischer Film für eine Kupferverbindung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Grafik, die den Vergleich dielektrischer Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante der vorliegenden Erfindung und aus dem Stand der Technik mit Bezug auf Porosität und dielektrische Eigenschaften darstellt.
  • Die folgenden spezifischen Beispiele sind dazu gedacht, die Erfindung darzustellen und sollten nicht als den Geltungsbereich der Erfindung beschränkend ausgelegt werden, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
    •
  • BEISPIEL 1: Herstellung von Polymethylsilsesquioxancopolymer
  • Eine HCl-Lösung und destilliertes Wasser wurden in eine Lösung von Methylisobutylketon (MIBK), die Methyltrimethoxysilan [CH3Si(OCH3)3] enthält, eingespritzt und dann wurde α,ω-Bistrimethoxysilylethan [(CH3O)3Si-CH2-CH2-Si(OCH3)3, BTMSE] tropfenweise zu der resultierenden Lösung zugegeben und reagieren gelassen, gefolgt von dem Entfernen des Lösungsmittels und des HCl-Katalysators. Schließlich wurde ein Polymethylsilsesquioxancopolymer, das einen BTMSE-Gehalt von 10 mol% zeigte, Mw 2426, Mn 2,700 und Si-OH/Si Atomverhältnis = 27%, hergestellt.
  • BEISPIEL 2: Herstellung eines dielektrischen Films mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante mit Nanoporen
  • Der dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante wurde unter Verwendung von Polymethylsilsesquioxan-(MSSQ)-monopolymer, Copolymer aus Methyltrimethoxysilan und α,ω-Bistrimethoxysilylethan (BTESE 10%) oder Copolymer von Methyltrimethoxysilan und α,ω-Bistriethoxysilylethan (BTESE 25) als Matrixbestandteil und Triacetyl-β-cyclodextrin als Templat hergestellt.
  • Jedes der Matrixbestandteile und Templat wurde in dem organischen Lösungsmittel DMF gelöst und in einem Verhältnis, wie in Tabelle 1 angegeben, vermischt, um eine vermischte organisch-anorganische Lösung zu erhalten. Durch ein Polytetrafluorethylen-(PTFE)-spritzenfilter (0,2 μm) wurde die vermischte organisch-anorganische Lösung tropfenweise auf Siliciumwafer gegeben und Spinbeschichten wurde bei 3500 U/min über 50 s durchgeführt, um einen Film herzustellen. Der so hergestellte Film wurde einem Aushärten bei 250 °C unterworfen, um das organische Lösungsmittel zu entfernen und um die Kondensation der anorganischen Matrix zu induzieren, gefolgt von der Wärmebehandlung über 1 h bei 430 °C, um endgültig den nanoporösen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante herzustellen. Das Aushärten der anorganischen Matrix und Entfernen des organischen Materials wurde unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt und die Erhöhung und Erniedrigung der Temperatur wurde mit der Geschwindigkeit von 3 °C/min durchgeführt.
  • Die physikalischen Eigenschaften der Filme, die gemäß der oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, wurden analysiert, und dessen Ergebnisse wurden in Tabelle 1 zusammengefasst.
  • EXPERIMENTELLES BEISPIEL 1: Messung des Brechungsindex, der Porosität und der Dielektrizitätskonstante von Filmen
  • Der Brechungsindex und die Dicke von Dünnfilmen, die in Beispiel 2 hergestellt wurden, wurden bei einer Wellenlänge von 632,8 nm mit einem Ellipsometer (L166C, Gaertner Scientific Corp.) gemessen.
  • Die Filmporosität wurde gemäß der Lorentz-Lorentz-Gleichung, dargestellt durch Gleichung 1, berechnet Gleichung 1
    Figure 00110001
    worin ns und nr Brechungsindizes von porösen bzw. nicht-porösen Filmen und p die Porosität darstellten.
  • Die Messung dielektrischer Konstanten von Filmen wurde gemäß den folgenden Verfahren durchgeführt: Auf eine untere Elektrode des Siliciumwafers (0,008 Ω·m) mit hoher Leitfähigkeit wurden der dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante, hergestellt in Beispiel 2, und dann Al-Elektroden mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm als obere Elektrode durch Elektronenstrahlverdampfungsverfahren abgeschieden. Die elektrostatische Kapazität der so erhaltenen Proben wurde unter Verwendung eines HP 4194A Impedanzmessgeräts bei einer Frequenz von 1 MHz analysiert und dann wurden die dielektrischen Konstanten aus den Daten der Filmdicke und der Elektrodenfläche berechnet. Des Weiteren wurden die theoretischen dielektrischen Konstanten gemäß der Maxwell-Garnett-Gleichung der folgenden Gleichung 2 berechnet: Gleichung 2
    Figure 00110002
    worin ks und kr die dielektrischen Konstanten der porösen bzw. nicht-porösen Filme und p die Porosität darstellen. TABELLE 1
    Figure 00120001
  • EXPERIMENTELLES BEISPIEL 2: Vergleich der Porositäts- und Dielektrizitätseigenschaften für unterschiedliche Template
  • Die Porositäts- und Dielektrizitätseigenschaften, die von dem Anteil an Templaten für die dielektrischen Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante der vorliegenden Erfindung und der ungeprüften koreanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-75720 abhängen, wurden analysiert und in 1 dargestellt.
  • Die dielektrischen Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante der vorliegenden Erfindung wurden unter Verwendung von Polymethylsilsesquioxanbicopolymer (Beispiel 1, enthaltend 10% BTMSE) und Triacetyl-β-cyclodextrinnanopartikeln (TABCD) als Template für 0, 10, 20, 30, 40, 50 und 60 Vol.-% hergestellt. Die Vergleichsfilme wurden unter Verwendung von cyclischem Silsesquioxan (CSSQ und Heptakis(2,3,6-tri-O-methyl)-β-cyclodextrin [tCD] als Template mit 0, 10, 20, 30, 40 und 50 Vol.-% hergestellt.
  • 1 zeigt, dass die Porositäten und die Dielektrizitätskonstanten sich deutlich unterscheiden, wenn der Anteil der Templatbeladung 30 Vol.-% übersteigt.
  • Wie vorher beschrieben, zeigen die dielektrischen Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante dieser Erfindung ausgezeichnete Porositäts- und Dielektrizitätseigenschaften und besitzen geschlossene Poren mit geringerer Größe, was an der Verwendung von Acetylcyclodextrinnanopartikeln mit guter Kompatibilität mit einem Polyalkylsilsesquioxanvorläufer oder seinem Copolymer als Matrix liegt. In dieser Hinsicht sind die vorliegenden dielektrischen Filme mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante sehr hilfreich als Zwischenschichtdielektrika für eine Kupferverbindung.
  • Nach der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll verstanden werden, dass Varianten und Modifikationen davon, die in den Geist der Erfindung fallen, dem Fachmann offensichtlich werden, und dass der Geltungsbereich dieser Erfindung durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente bestimmt werden soll.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen dielektrischen Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung, insbesondere einen porösen Film, hergestellt in einer solchen Art und Weise, dass die Beschichtung mit einer organischen Lösung, die einen Polyalkylsilsesquioxanvorläufer oder sein Copolymer als Matrix und Acetylcyclodextrinnanopartikel als Templat enthält, durchgeführt wird, und anschließendes Durchführen einer Sol-Gel-Reaktion und Hitzebehandlung bei höherer Temperatur. Die vorliegenden Filme können die Template in bis zu 60 Volumenprozent aufgrund der Verwendung von Acetylcyclodextrin enthalten und besitzen homogen verteilte Poren mit der Größe von nicht mehr als 5 nm in der Matrix. Zusätzlich zeigen die vorliegenden Filme eine relativ geringe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 1,5 und ausgezeichnete Verbindungen zwischen den Poren, so dass sie als ein vielversprechender dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gelten.

Claims (7)

  1. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung, hergestellt unter Verwendung einer organischen oder anorganischen Matrix und eines Cyclodextrin-basierten Templats zur Porenbildung, wobei die Verbesserung umfasst: der dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrzitätskonstante wird durch Beschichten mit einer gemischten organisch-anorganischen Lösung, die in einem organischen Lösungsmittel 40 bis 70 Vol.-% eines Polyalkylsilsesquioxanvorläufers oder seines Copolymers als Matrix und 30 bis 60 Vol.-% Acetylcyclodextrinnanopartikel als Templat enthält, hergestellt.
  2. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gemäß Anspruch 1, wobei das Polyalkylsilsesquioxancopolymer ein Copolymer aus Alkyltrialkoxysilan und α,ω-Bistrialkoxysilylalkan ist.
  3. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gemäß Anspruch 2, wobei das Polyalkylsilsesquioxancopolymer ein Copolymer aus Methyltrimethoxysilan und α,ω-Bistrimethoxysilylethan oder ein Copolymer aus Methyltrimethoxysilan und α,ω-Bistriethoxysilylethan ist.
  4. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gemäß Anspruch 1, wobei das Acetylcyclodextrin dargestellt wird durch folgende Formel 3:
    Figure 00150001
    worin n eine ganze Zahl von 6 bis 8 ist; R1, R2 und R3 unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Acetylgruppe sind; und mindestens eines aus R1, R2 und R3 eine Acetylgruppe ist.
  5. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gemäß Anspruch 4, wobei das Acetylcyclodextrin ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Triacetyl-α-cyclodextrin, Triacetyl-β-cyclodextrin, Triacetyl-γ-cyclodextrin, Diacetyl-α-cyclodextrin, Diacetyl-β-cyclodextrin, Diacetyl-γ-cyclodextrin, Monoacetyl-α-cyclodextrin, Monoacetyl-β-cyclodextrin und Monoacetyl-γ-cyclodextrin.
  6. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gemäß Anspruch 1, wobei das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Dimethylformamid (DMF), Dimethylacrylamid (DMA) und Dimethylsulfoxid (DMSO).
  7. Dielektrischer Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante für eine Kupferverbindung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der dielektrische Film mit sehr geringer Dielektrizitätskonstante eine maximale Porosität von 60% und eine minimale Dielektrizitätskonstante von 1,5 besitzt.
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