JP2000106363A - 不溶性コ―ティングの形成方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い誘電率及び優れた機械的特性を有する不
溶性コーティングを形成する方法を提供すること。 【解決手段】 (A)ハイドロジェンシルセスキオキサ
ン樹脂を含むコーティング組成物で基材をコーティング
して基材上に可溶性ハイドロジェンシルセスキオキサン
樹脂コーティングを形成すること;(B)まず、前記ハ
イドロジェンシルセスキオキサン樹脂コーティングを3
25℃〜350℃の温度で15分間〜1時間の時間加熱
すること;(C)その後、50〜80%の規格化された
SiH結合密度を有する不溶性セラミック状コーティン
グが生成するのに十分な時間不活性環境中で400℃〜
450℃の温度で前記コーティングを加熱すること;を
含む基材上に不溶性コーティングを形成する方法。
溶性コーティングを形成する方法を提供すること。 【解決手段】 (A)ハイドロジェンシルセスキオキサ
ン樹脂を含むコーティング組成物で基材をコーティング
して基材上に可溶性ハイドロジェンシルセスキオキサン
樹脂コーティングを形成すること;(B)まず、前記ハ
イドロジェンシルセスキオキサン樹脂コーティングを3
25℃〜350℃の温度で15分間〜1時間の時間加熱
すること;(C)その後、50〜80%の規格化された
SiH結合密度を有する不溶性セラミック状コーティン
グが生成するのに十分な時間不活性環境中で400℃〜
450℃の温度で前記コーティングを加熱すること;を
含む基材上に不溶性コーティングを形成する方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイドロジェンシ
ルセスキオキサン樹脂(H樹脂)から低誘電性コーティ
ングを製造する方法に関する。この方法は、H樹脂のコ
ーティングを基材上に適用し、続いて、前記コーティン
グをまず325℃〜350℃の温度で15分間〜1時間
加熱し、その後に、規格化されたSiH結合密度が50
〜80%になるまで400℃〜450℃の温度で加熱す
ることにより前記コーティングを硬化させることを含
む。この硬化プロセスによって、驚くべきことに、低い
誘電率及び優れた機械的特性を有する膜が製造される。
ルセスキオキサン樹脂(H樹脂)から低誘電性コーティ
ングを製造する方法に関する。この方法は、H樹脂のコ
ーティングを基材上に適用し、続いて、前記コーティン
グをまず325℃〜350℃の温度で15分間〜1時間
加熱し、その後に、規格化されたSiH結合密度が50
〜80%になるまで400℃〜450℃の温度で加熱す
ることにより前記コーティングを硬化させることを含
む。この硬化プロセスによって、驚くべきことに、低い
誘電率及び優れた機械的特性を有する膜が製造される。
【0002】
【従来の技術】電子基板上にセラミック又はセラミック
状コーティングを製造するためにH樹脂を使用すること
は当該技術分野で周知である。H樹脂を硬化させてそれ
らのコーティングを製造するための方法が多数開発され
てきた。周知の熱加工及び硬化条件(すなわち、3つの
シリアルホットプレートの各々で1分間保持し、続いて
窒素雰囲気で満たされた炉内で1時間保持する)では、
2.9〜3.0の誘電率が通常達成される。
状コーティングを製造するためにH樹脂を使用すること
は当該技術分野で周知である。H樹脂を硬化させてそれ
らのコーティングを製造するための方法が多数開発され
てきた。周知の熱加工及び硬化条件(すなわち、3つの
シリアルホットプレートの各々で1分間保持し、続いて
窒素雰囲気で満たされた炉内で1時間保持する)では、
2.9〜3.0の誘電率が通常達成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】2.9〜3.0の誘電
率を有するコーティングは0.25ミクロン以上の電子
デバイスに適する。しかしながら、より小さな(すなわ
ち0.13〜0.18ミクロンの)デバイス構造物に対
してはかなり低い誘電率(Dk)を有するコーティング
が必要である。H樹脂を硬化させて、コーティングの形
態にあるより低い誘電率を有するものを製造する方法が
幾つか提案されている。しかしながら、それらの方法は
往々にして、低Dkコーティングを製造するのに困難で
費用のかかる加工を必要とする。例えば、米国特許第
5,441,765号明細書には、H樹脂からのコーテ
ィングの製造方法であって、硬化したコーティングのD
kが2.8〜4.5方法が開示されている。その明細書
に開示されている特許発明に係る方法は、H樹脂をデバ
イス上に適用し、そのコーティングされたデバイスをS
i−O含有セラミックコーティングが生成するのに十分
な時間加熱し、その後、Si−O含有セラミックコーテ
ィングを水素ガスを含むアニーリング雰囲気に暴露する
ことを含む。
率を有するコーティングは0.25ミクロン以上の電子
デバイスに適する。しかしながら、より小さな(すなわ
ち0.13〜0.18ミクロンの)デバイス構造物に対
してはかなり低い誘電率(Dk)を有するコーティング
が必要である。H樹脂を硬化させて、コーティングの形
態にあるより低い誘電率を有するものを製造する方法が
幾つか提案されている。しかしながら、それらの方法は
往々にして、低Dkコーティングを製造するのに困難で
費用のかかる加工を必要とする。例えば、米国特許第
5,441,765号明細書には、H樹脂からのコーテ
ィングの製造方法であって、硬化したコーティングのD
kが2.8〜4.5方法が開示されている。その明細書
に開示されている特許発明に係る方法は、H樹脂をデバ
イス上に適用し、そのコーティングされたデバイスをS
i−O含有セラミックコーティングが生成するのに十分
な時間加熱し、その後、Si−O含有セラミックコーテ
ィングを水素ガスを含むアニーリング雰囲気に暴露する
ことを含む。
【0004】米国特許第5,547,703号明細書に
も、低Dkコーティングの製造方法が教示されている。
その方法は、H樹脂を電子基板上に適用すること;アン
モニア及び湿気中で加熱すること;その後、無水アンモ
ニア中で加熱すること;最後に酸素中で加熱してコーテ
ィングをアニールすることを含む。前記方法により製造
されるコーティングのDkは2.42〜4.92の間で
あると報告されている。
も、低Dkコーティングの製造方法が教示されている。
その方法は、H樹脂を電子基板上に適用すること;アン
モニア及び湿気中で加熱すること;その後、無水アンモ
ニア中で加熱すること;最後に酸素中で加熱してコーテ
ィングをアニールすることを含む。前記方法により製造
されるコーティングのDkは2.42〜4.92の間で
あると報告されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】我々は、意外にも、H樹
脂の熱加工によって、誘電率が2.7〜2.9のコーテ
ィングが生じることを見いだした。この熱加工は、32
5℃〜350℃の温度でまず加熱し、その後に、規格化
されたSiH結合密度が50〜80%になるまで400
℃〜450℃の温度で加熱することによりH樹脂を硬化
させることを含む。
脂の熱加工によって、誘電率が2.7〜2.9のコーテ
ィングが生じることを見いだした。この熱加工は、32
5℃〜350℃の温度でまず加熱し、その後に、規格化
されたSiH結合密度が50〜80%になるまで400
℃〜450℃の温度で加熱することによりH樹脂を硬化
させることを含む。
【0006】本発明の目的は、H樹脂を硬化させて誘電
率が2.7〜2.9であるコーティングを製造する方法
を提供することである。
率が2.7〜2.9であるコーティングを製造する方法
を提供することである。
【0007】本発明は、H樹脂から誘電率が2.7〜
2.9である不溶性セラミック状コーティングを製造す
る方法に関する。この方法は、H樹脂を基材上に適用
し、基材上の前記H樹脂をまず325℃〜350℃の温
度で15分間〜1時間加熱し、規格化されたSiH結合
密度が50〜80%になるまで400℃〜450℃の温
度でさらに加熱することを含む。結果として得られるコ
ーティングは、2.9以下、好ましくは2.7〜2.9
の誘電率を有する。コーティングは、半導体デバイス上
の中間層絶縁コーティングとして有用である。
2.9である不溶性セラミック状コーティングを製造す
る方法に関する。この方法は、H樹脂を基材上に適用
し、基材上の前記H樹脂をまず325℃〜350℃の温
度で15分間〜1時間加熱し、規格化されたSiH結合
密度が50〜80%になるまで400℃〜450℃の温
度でさらに加熱することを含む。結果として得られるコ
ーティングは、2.9以下、好ましくは2.7〜2.9
の誘電率を有する。コーティングは、半導体デバイス上
の中間層絶縁コーティングとして有用である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明において有用なH樹脂に
は、式:HSi(OH)x (OR)y Oz/2 (式中、各
Rは独立に、酸素を解してケイ素に結合している場合に
は加水分解可能な置換基を形成している有機基又は置換
有機基であり、xは0〜2、yは0〜2、zは1〜3、
x+y+zは3である)により表される単位を含むヒド
リドシロキサン樹脂が包含される。Rの例には、メチ
ル、エチル、プロピル、ブチル等のようなアルキル;フ
ェニルのようなアリール;並びにアリル又はビニルのよ
うなアルケニルが包含される。これらの樹脂は実質的に
完全に縮合した(HSiO3/ 2 )n (式中、nは8以上
の値である)であっても、ほんの一部加水分解したもの
(すなわち、幾つかのSi−ORを含むもの)及び/又
は部分的に縮合したもの(すなわち、幾つかのSi−O
Hを含むもの)であってよい。
は、式:HSi(OH)x (OR)y Oz/2 (式中、各
Rは独立に、酸素を解してケイ素に結合している場合に
は加水分解可能な置換基を形成している有機基又は置換
有機基であり、xは0〜2、yは0〜2、zは1〜3、
x+y+zは3である)により表される単位を含むヒド
リドシロキサン樹脂が包含される。Rの例には、メチ
ル、エチル、プロピル、ブチル等のようなアルキル;フ
ェニルのようなアリール;並びにアリル又はビニルのよ
うなアルケニルが包含される。これらの樹脂は実質的に
完全に縮合した(HSiO3/ 2 )n (式中、nは8以上
の値である)であっても、ほんの一部加水分解したもの
(すなわち、幾つかのSi−ORを含むもの)及び/又
は部分的に縮合したもの(すなわち、幾つかのSi−O
Hを含むもの)であってよい。
【0009】樹脂の構造に特に制限はない。H樹脂の構
造は、概して、はしご型として知られているもの、かご
型として知られているもの、又はこれらの混合物であっ
てもよい。樹脂はヒドロキシル基、トリオルガノシロキ
シ基、ジオルガノハイドロジェンシロキシ基、トリアル
コキシ基、ジアルコキシ基等のような末端基を含んでよ
い。その構造式により表されるわけではないが、樹脂
は、0又は2個の水素原子が結合している少数(例え
ば、10%未満)のケイ素原子及び/又は少数のSiC
基、例えばCH3 SiO3/2 又はHCH3 SiO2/2 を
含んでもよい。
造は、概して、はしご型として知られているもの、かご
型として知られているもの、又はこれらの混合物であっ
てもよい。樹脂はヒドロキシル基、トリオルガノシロキ
シ基、ジオルガノハイドロジェンシロキシ基、トリアル
コキシ基、ジアルコキシ基等のような末端基を含んでよ
い。その構造式により表されるわけではないが、樹脂
は、0又は2個の水素原子が結合している少数(例え
ば、10%未満)のケイ素原子及び/又は少数のSiC
基、例えばCH3 SiO3/2 又はHCH3 SiO2/2 を
含んでもよい。
【0010】上記H樹脂及びそれらの製造方法は当該技
術分野で周知である。例えば、米国特許第3,615,
272号明細書には、ベンゼンスルホン酸水和物加水分
解媒体中でトリクロロシランを加水分解し、次に、得ら
れた樹脂を水又は硫酸水溶液で洗浄することを含む方法
による実質的に完全に縮合したH樹脂(100〜300
ppmまでのシラノールを含みうる)の製造が教示され
ている。同様に、米国特許第5,010,159号明細
書には、アリールスルホン酸水和物加水分解媒体中でヒ
ドリドシランを加水分解して樹脂を形成し、次のその樹
脂を中和剤に接触させることを含む方法が教示されてい
る。
術分野で周知である。例えば、米国特許第3,615,
272号明細書には、ベンゼンスルホン酸水和物加水分
解媒体中でトリクロロシランを加水分解し、次に、得ら
れた樹脂を水又は硫酸水溶液で洗浄することを含む方法
による実質的に完全に縮合したH樹脂(100〜300
ppmまでのシラノールを含みうる)の製造が教示され
ている。同様に、米国特許第5,010,159号明細
書には、アリールスルホン酸水和物加水分解媒体中でヒ
ドリドシランを加水分解して樹脂を形成し、次のその樹
脂を中和剤に接触させることを含む方法が教示されてい
る。
【0011】他のヒドリドシロキサン樹脂、例えば、米
国特許第4,999,397号明細書に記載されている
ようなもの;米国特許第5,210,160号明細書に
記載されているようなもの、アルコキシシラン又はアシ
ルオキシシランを酸性アルコール系加水分解媒体中で加
水分解することにより生成するもの;特開昭59−17
8749号公報、特開昭60−86017号公報;及び
特開昭63−107122号公報に記載されているよう
なもの;又は他の等価なヒドリドシロキサンも本発明に
おいて同様に作用する。
国特許第4,999,397号明細書に記載されている
ようなもの;米国特許第5,210,160号明細書に
記載されているようなもの、アルコキシシラン又はアシ
ルオキシシランを酸性アルコール系加水分解媒体中で加
水分解することにより生成するもの;特開昭59−17
8749号公報、特開昭60−86017号公報;及び
特開昭63−107122号公報に記載されているよう
なもの;又は他の等価なヒドリドシロキサンも本発明に
おいて同様に作用する。
【0012】本発明の好ましい態様において、上記H樹
脂の特定の分子量画分を本発明の方法に使用することも
できる。そのような画分及びそれらの調製方法は米国特
許第5,063,267号及び第5,416,190号
明細書に教示されている。好ましい画分はポリマー化学
種の少なくとも75%が1200を超える分子量を有す
るものからなり、より好ましい画分はポリマー化学種の
少なくとも75%が1200〜100,000の間の数
平均分子量を有するものからなる。
脂の特定の分子量画分を本発明の方法に使用することも
できる。そのような画分及びそれらの調製方法は米国特
許第5,063,267号及び第5,416,190号
明細書に教示されている。好ましい画分はポリマー化学
種の少なくとも75%が1200を超える分子量を有す
るものからなり、より好ましい画分はポリマー化学種の
少なくとも75%が1200〜100,000の間の数
平均分子量を有するものからなる。
【0013】H樹脂は、コーティングの団結性に悪影響
を及ぼすこともコーティングの誘電率を増加させること
もない限り、他の成分を含んでもよい。周知の添加剤に
は、米国特許第4,822,697号明細書に記載され
ているようなH触媒の硬化速度及び/又は硬化度を増加
させる白金、ロジウム又は銅触媒のような触媒が包含さ
れる。
を及ぼすこともコーティングの誘電率を増加させること
もない限り、他の成分を含んでもよい。周知の添加剤に
は、米国特許第4,822,697号明細書に記載され
ているようなH触媒の硬化速度及び/又は硬化度を増加
させる白金、ロジウム又は銅触媒のような触媒が包含さ
れる。
【0014】前記H樹脂と組み合わせてセラミック酸化
物前駆体を使用してもよい。本発明において有用なセラ
ミック酸化物前駆体には、溶液に溶解され、加水分解さ
れ、その後に比較的低温で熱分解してセラミック酸化物
を形成することができる、アルミニウム、チタン、ジル
コニウム、タンタル、ニオブ及び/又はバナジウムのよ
うな種々の金属の化合物並びにホウ素若しくはリンの化
合物のような種々の非金属化合物が包含される。本発明
において有用なセラミック酸化物前駆体は米国特許第
4,808,653号、第5,008,320号及び第
5,290,394号明細書に記載されている。
物前駆体を使用してもよい。本発明において有用なセラ
ミック酸化物前駆体には、溶液に溶解され、加水分解さ
れ、その後に比較的低温で熱分解してセラミック酸化物
を形成することができる、アルミニウム、チタン、ジル
コニウム、タンタル、ニオブ及び/又はバナジウムのよ
うな種々の金属の化合物並びにホウ素若しくはリンの化
合物のような種々の非金属化合物が包含される。本発明
において有用なセラミック酸化物前駆体は米国特許第
4,808,653号、第5,008,320号及び第
5,290,394号明細書に記載されている。
【0015】H樹脂は典型的には溶剤分散体として基材
に適用される。使用することができる溶剤には、H樹脂
を溶解し、結果として得られるコーティングに影響を及
ぼさずに均質液体混合物を形成する任意の物質又はそれ
らの混合物が包含される。これらの溶剤には、エチルア
ルコール又はイソプロピルアルコールのようなアルコー
ル;ベンゼン又はトルエンのような芳香族炭化水素;n
−ヘプタン、ドデカン又はノナンのようなアルカン;メ
チルイソブチルケトンのようなケトン;エステル;グリ
コールエーテル;又は線状ジメチルポリシロキサン(例
えば、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルジシロ
キサン及びこれらの混合物)及び環状ジメチルポリシロ
キサンが包含される。溶剤は、適用に望ましい濃度にH
樹脂を溶解させるのに十分な量で存在する。典型的に
は、溶剤は、H樹脂と溶剤の合計量を基準にして20〜
99.9重量%、好ましくは70〜95重量%の量で存
在する。
に適用される。使用することができる溶剤には、H樹脂
を溶解し、結果として得られるコーティングに影響を及
ぼさずに均質液体混合物を形成する任意の物質又はそれ
らの混合物が包含される。これらの溶剤には、エチルア
ルコール又はイソプロピルアルコールのようなアルコー
ル;ベンゼン又はトルエンのような芳香族炭化水素;n
−ヘプタン、ドデカン又はノナンのようなアルカン;メ
チルイソブチルケトンのようなケトン;エステル;グリ
コールエーテル;又は線状ジメチルポリシロキサン(例
えば、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルジシロ
キサン及びこれらの混合物)及び環状ジメチルポリシロ
キサンが包含される。溶剤は、適用に望ましい濃度にH
樹脂を溶解させるのに十分な量で存在する。典型的に
は、溶剤は、H樹脂と溶剤の合計量を基準にして20〜
99.9重量%、好ましくは70〜95重量%の量で存
在する。
【0016】H樹脂を基材に適用するための特定の方法
には、限定するわけではないが、スピンコーティング、
浸漬コーティング、スプレーコーティング、フローコー
ティング、スクリーン印刷等が包含される。好ましい適
用方法はスピンコーティングである。溶剤が使用される
場合には、コーティングされた基材から溶剤を蒸発させ
て基材上にH樹脂膜を付着させる。周囲環境への暴露に
よる単純な自然乾燥、真空の適用又は穏やかな加熱(<
50℃)、又は硬化プロセスの初期段階中の蒸発のよう
な任意の適切な蒸発手段を用いることができる。スピン
コーティングが用いられる場合には、回転によって溶剤
が除去されるため、追加の乾燥方法は最低限に抑えられ
る。
には、限定するわけではないが、スピンコーティング、
浸漬コーティング、スプレーコーティング、フローコー
ティング、スクリーン印刷等が包含される。好ましい適
用方法はスピンコーティングである。溶剤が使用される
場合には、コーティングされた基材から溶剤を蒸発させ
て基材上にH樹脂膜を付着させる。周囲環境への暴露に
よる単純な自然乾燥、真空の適用又は穏やかな加熱(<
50℃)、又は硬化プロセスの初期段階中の蒸発のよう
な任意の適切な蒸発手段を用いることができる。スピン
コーティングが用いられる場合には、回転によって溶剤
が除去されるため、追加の乾燥方法は最低限に抑えられ
る。
【0017】基材への適用に続き、H樹脂膜を、まず3
25℃〜350℃の温度で加熱し、その後に400℃〜
450℃の温度で加熱することにより硬化させ、規格化
されたSiH結合密度が50〜80%、好ましくは50
〜70%である不溶性セラミック状コーティングにす
る。「規格化されたSiH結合密度」とは、任意の溶剤
の除去後ではあるが加熱して硬化させる前の基材上の未
だ硬化していないH樹脂膜中のSiHを基準にした不溶
性セラミック状コーティング中のSiHの量を意味す
る。「不溶性セラミック状コーティング」とは、基材上
にH樹脂を付着させる際に使用する溶剤又はH樹脂の適
用に有用なものであるとして先に述べた通りの任意の溶
剤に実質的に可溶性でないコーティングを意味する。不
溶性セラミック状コーティングは、アモルファスシリカ
(SiO2 )物質、並びに炭素、シラノール(SiO
H)及び/又は水素を完全に含まないわけではないアモ
ルファスシリカ状物質を含む。
25℃〜350℃の温度で加熱し、その後に400℃〜
450℃の温度で加熱することにより硬化させ、規格化
されたSiH結合密度が50〜80%、好ましくは50
〜70%である不溶性セラミック状コーティングにす
る。「規格化されたSiH結合密度」とは、任意の溶剤
の除去後ではあるが加熱して硬化させる前の基材上の未
だ硬化していないH樹脂膜中のSiHを基準にした不溶
性セラミック状コーティング中のSiHの量を意味す
る。「不溶性セラミック状コーティング」とは、基材上
にH樹脂を付着させる際に使用する溶剤又はH樹脂の適
用に有用なものであるとして先に述べた通りの任意の溶
剤に実質的に可溶性でないコーティングを意味する。不
溶性セラミック状コーティングは、アモルファスシリカ
(SiO2 )物質、並びに炭素、シラノール(SiO
H)及び/又は水素を完全に含まないわけではないアモ
ルファスシリカ状物質を含む。
【0018】H樹脂は、まず、硬化環境を安定化させる
のに十分で且つその環境を不活性なものにするのに十分
な時間、325℃〜350℃の温度で加熱される。40
0〜450℃温度までのランピングの間及び400〜4
50℃の温度での加熱の間に10ppmを超えるレベル
の酸素が存在すると、酸化及び不溶性セラミック状コー
ティング中の極性基の形成が起こり、その結果として高
い誘電率がもたらされる。樹脂の若干の網状構造化がこ
の最初の加熱相の間に起こるが、望ましい誘電率及び機
械的特性を備えた不溶性セラミック状コーティングを製
造するには不十分である。好ましくは、ハイドロジェン
シルセスキオキサンコーティングは15分間〜1時間、
325℃〜350℃の温度で加熱される。必要な時間
は、H樹脂膜を加熱することに用いられる手段に依存す
るであろう。
のに十分で且つその環境を不活性なものにするのに十分
な時間、325℃〜350℃の温度で加熱される。40
0〜450℃温度までのランピングの間及び400〜4
50℃の温度での加熱の間に10ppmを超えるレベル
の酸素が存在すると、酸化及び不溶性セラミック状コー
ティング中の極性基の形成が起こり、その結果として高
い誘電率がもたらされる。樹脂の若干の網状構造化がこ
の最初の加熱相の間に起こるが、望ましい誘電率及び機
械的特性を備えた不溶性セラミック状コーティングを製
造するには不十分である。好ましくは、ハイドロジェン
シルセスキオキサンコーティングは15分間〜1時間、
325℃〜350℃の温度で加熱される。必要な時間
は、H樹脂膜を加熱することに用いられる手段に依存す
るであろう。
【0019】325℃〜350℃の温度で加熱後、温度
を400℃〜450℃、好ましくは425℃〜450℃
までランピングする。H樹脂は、SiH結合密度が50
〜80%である不溶性セラミック状膜が生じるのに十分
な時間、典型的には15分間〜1時間その温度に保たれ
る。不溶性セラミック状コーティング中のSiHの量が
多いと、不適切な機械的特性を有する膜が生じる。熱対
流炉、急速熱加工、ホットプレート又は輻射の使用のよ
うな任意の加熱方法を本発明において使用することがで
きる。熱対流炉の使用が好ましい。
を400℃〜450℃、好ましくは425℃〜450℃
までランピングする。H樹脂は、SiH結合密度が50
〜80%である不溶性セラミック状膜が生じるのに十分
な時間、典型的には15分間〜1時間その温度に保たれ
る。不溶性セラミック状コーティング中のSiHの量が
多いと、不適切な機械的特性を有する膜が生じる。熱対
流炉、急速熱加工、ホットプレート又は輻射の使用のよ
うな任意の加熱方法を本発明において使用することがで
きる。熱対流炉の使用が好ましい。
【0020】H樹脂でコーティングされた基材が325
℃〜350℃で加熱される環境は、窒素、アルゴン、ヘ
リウムのような任意の環境、又は空気、過酸化物及びオ
ゾンのような酸素を含む環境のような環境であることが
できる。しかしながら、不活性環境は、400℃〜45
0℃までのランピング前に確立されねばならない。「不
活性環境」とは、10ppm未満の酸素を含む環境を意
味する。
℃〜350℃で加熱される環境は、窒素、アルゴン、ヘ
リウムのような任意の環境、又は空気、過酸化物及びオ
ゾンのような酸素を含む環境のような環境であることが
できる。しかしながら、不活性環境は、400℃〜45
0℃までのランピング前に確立されねばならない。「不
活性環境」とは、10ppm未満の酸素を含む環境を意
味する。
【0021】不溶性セラミック状コーティング中のSi
Hのより少ない量は、典型的にはデバイスにおけるコー
ティングの高い機械的特性及び高い団結性に関係があ
る。しかしながら、SiHを望ましい範囲に減少させる
のに必要な条件(すなわち、高い加熱温度)は、コーテ
ィングの誘電特性を強める。本発明の方法の2段階加熱
によって、高い機械的特性と低い誘電率の両方が得られ
る。本発明に方法により製造される不溶性コーティング
は2.9以下、好ましくは2.7〜2.9のDkを有す
る。
Hのより少ない量は、典型的にはデバイスにおけるコー
ティングの高い機械的特性及び高い団結性に関係があ
る。しかしながら、SiHを望ましい範囲に減少させる
のに必要な条件(すなわち、高い加熱温度)は、コーテ
ィングの誘電特性を強める。本発明の方法の2段階加熱
によって、高い機械的特性と低い誘電率の両方が得られ
る。本発明に方法により製造される不溶性コーティング
は2.9以下、好ましくは2.7〜2.9のDkを有す
る。
【0022】上記方法によって、基材上に薄い(2.5
μm未満の)不溶性セラミック状コーティングが製造さ
れる。好ましくは、コーティングは0.5〜1.2μm
の厚さを有する。このコーティングは、種々の基材の不
整表面を滑らかにするものであって、密着性に優れる。
μm未満の)不溶性セラミック状コーティングが製造さ
れる。好ましくは、コーティングは0.5〜1.2μm
の厚さを有する。このコーティングは、種々の基材の不
整表面を滑らかにするものであって、密着性に優れる。
【0023】本発明の方法により製造される不溶性セラ
ミック状コーティングは電子基板に特に有用である。
「電子基板」とは、フォーカルプレーンアレイ、光電子
デバイス(opto-electronic device)、光起電力セル、
オプティカルデバイス、トランジスター様デバイス、3
Dデバイス、絶縁体上シリコン型デバイス(silicon-on
-insulator devices)及び超格子デバイス(super latt
ice device)を包含する半導体部品の生産に使用するこ
とを意図したシリコン系デバイス及びガリウム−ヒ素系
デバイスを包含する。
ミック状コーティングは電子基板に特に有用である。
「電子基板」とは、フォーカルプレーンアレイ、光電子
デバイス(opto-electronic device)、光起電力セル、
オプティカルデバイス、トランジスター様デバイス、3
Dデバイス、絶縁体上シリコン型デバイス(silicon-on
-insulator devices)及び超格子デバイス(super latt
ice device)を包含する半導体部品の生産に使用するこ
とを意図したシリコン系デバイス及びガリウム−ヒ素系
デバイスを包含する。
【0024】電子基板はむきだしであっても(すなわ
ち、パッシベーションなし)、1次パッシベーションを
有していても、むきだしであっても1層以上のライナー
層で被覆されていてもよい1層以上の金属被覆層を含ん
でいても良い。そのような1次パッシベーション及びラ
イナーは、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ窒
化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、P2 O5 −SiO2 系ガ
ラス(PSG)、B2 O 3 −P2 O5 −SiO2 系ガラ
ス(BPSG)等のようなセラミックコーティングであ
ることができる。1次パッシベーション及びライナー並
びにそれらの作製方法は当該技術分野で周知である。本
発明により製造されるコーティングは、任意の金属被覆
の適用前にウェハーに適用されてよい。コーティングは
中間絶縁層として金属被覆上に適用されるか又は最上層
のパッシベーションコーティングとして適用され、デバ
イスの形成が完了する。
ち、パッシベーションなし)、1次パッシベーションを
有していても、むきだしであっても1層以上のライナー
層で被覆されていてもよい1層以上の金属被覆層を含ん
でいても良い。そのような1次パッシベーション及びラ
イナーは、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、オキシ窒
化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、P2 O5 −SiO2 系ガ
ラス(PSG)、B2 O 3 −P2 O5 −SiO2 系ガラ
ス(BPSG)等のようなセラミックコーティングであ
ることができる。1次パッシベーション及びライナー並
びにそれらの作製方法は当該技術分野で周知である。本
発明により製造されるコーティングは、任意の金属被覆
の適用前にウェハーに適用されてよい。コーティングは
中間絶縁層として金属被覆上に適用されるか又は最上層
のパッシベーションコーティングとして適用され、デバ
イスの形成が完了する。
【0025】所望であれば、不溶性コーティング上に追
加のコーティングを適用してよい。追加のコーティング
には、例えば、アモルファスSiC:H、ダイアモン
ド、窒化ケイ素の堆積(すなわち、CVD、PECVD
等)により形成されるSi2 Oコーティング、ケイ素含
有コーティング、ケイ素と炭素を含有するコーティン
グ、ケイ素と窒素を含有するコーティング、ケイ素と酸
素と窒素を含有するコーティング、ケイ素と窒素と炭素
を含有するコーティング及び/又はダイアモンド様コー
ティングが包含されうる。そのようなコーティングの適
用方法は当該技術分野で周知である。
加のコーティングを適用してよい。追加のコーティング
には、例えば、アモルファスSiC:H、ダイアモン
ド、窒化ケイ素の堆積(すなわち、CVD、PECVD
等)により形成されるSi2 Oコーティング、ケイ素含
有コーティング、ケイ素と炭素を含有するコーティン
グ、ケイ素と窒素を含有するコーティング、ケイ素と酸
素と窒素を含有するコーティング、ケイ素と窒素と炭素
を含有するコーティング及び/又はダイアモンド様コー
ティングが包含されうる。そのようなコーティングの適
用方法は当該技術分野で周知である。
【0026】追加のコーティングの適用方法は厳密では
なく、そのようなコーティングは典型的には、熱化学気
相成長(thermal chemical vapor deposition ;TCV
D)、光化学気相成長、プラズマ促進型化学気相成長
(plasma enhanced chemical vapor deposition ;PE
CVD)、電子サイクロトロン共鳴(ECR)及びジェ
ット気相成長(jet vapor deposition)のような化学気
相成長技術により適用される。スパッタリング又は電子
ビーム蒸発のような物理的気相成長技術によっても追加
のコーティングを適用できる。これらの方法は、熱又は
プラズマの形態にあるエネルギーを気化した化学種に加
えて望ましい反応を引き起こすか又は材料の固体試料に
エネルギーを集中させて材料の堆積を引き起こすことを
伴う。
なく、そのようなコーティングは典型的には、熱化学気
相成長(thermal chemical vapor deposition ;TCV
D)、光化学気相成長、プラズマ促進型化学気相成長
(plasma enhanced chemical vapor deposition ;PE
CVD)、電子サイクロトロン共鳴(ECR)及びジェ
ット気相成長(jet vapor deposition)のような化学気
相成長技術により適用される。スパッタリング又は電子
ビーム蒸発のような物理的気相成長技術によっても追加
のコーティングを適用できる。これらの方法は、熱又は
プラズマの形態にあるエネルギーを気化した化学種に加
えて望ましい反応を引き起こすか又は材料の固体試料に
エネルギーを集中させて材料の堆積を引き起こすことを
伴う。
【0027】本明細書に教示した本発明を当業者が理解
し、本発明の価値を十分に認めることができるように以
下の実施例を示す。
し、本発明の価値を十分に認めることができるように以
下の実施例を示す。
【0028】
【実施例】金属−絶縁体−半導体(MIS)コンデンサ
ーに対して誘電率測定を実施することによって転化され
たコーティングの誘電率を求めた。MISコンデンサー
は、不溶性コーティングの薄膜でコーティングされた低
抵抗率(ρ≦0.025Ωcm)シリコンウェハー上に
約0.15μmのアルミニウム電極を堆積させることに
より形成した。シャドウマスクを使用して直径が3〜1
0mmのアルミニウム電極ドットを形成した。Hewlett-
Packard (登録商標)4194A インピーダンスアナライザ
ーを使用して0.1〜1000kHzの周波数範囲にわ
たって同じ直径の電極ドット間のインピーダンス測定を
行った。インピーダンスデータを直列RLCモデルにフ
ィッティングさせることにより等価な並列キャパシタン
ス及び誘電率を計算した。インピーダンスを表面ドット
電極間で特性化したため、誘電率の算出に2倍の誘電体
厚を用いた。
ーに対して誘電率測定を実施することによって転化され
たコーティングの誘電率を求めた。MISコンデンサー
は、不溶性コーティングの薄膜でコーティングされた低
抵抗率(ρ≦0.025Ωcm)シリコンウェハー上に
約0.15μmのアルミニウム電極を堆積させることに
より形成した。シャドウマスクを使用して直径が3〜1
0mmのアルミニウム電極ドットを形成した。Hewlett-
Packard (登録商標)4194A インピーダンスアナライザ
ーを使用して0.1〜1000kHzの周波数範囲にわ
たって同じ直径の電極ドット間のインピーダンス測定を
行った。インピーダンスデータを直列RLCモデルにフ
ィッティングさせることにより等価な並列キャパシタン
ス及び誘電率を計算した。インピーダンスを表面ドット
電極間で特性化したため、誘電率の算出に2倍の誘電体
厚を用いた。
【0029】硬化後の残留SiH含有量(%)をFTI
Rにより求めた。このFTIR法では、Nicolet (登録
商標)5SXBフーリエ変換赤外分光分析計を使用した。透
過サンプリング操作モードを用いた。コーティング組成
物によるウェハーのスピンコーティングの前に、剥き出
しのシリコンウェハーに対してバックグラウンドスペク
トルを集めた。不溶性膜を有するウェハーのスペクトル
からバックグラウンドを差し引いて不溶性膜のみのスペ
クトルを得た。波数2260cm-1に位置するピーク
は、転化された膜中のSiH結合密度を示すものであ
る。膜厚当たりのスパンピーク面積に対する膜厚当たり
のこのピーク面積の比を定量化し、規格化されたSiH
結合密度を求めた。例1 米国特許第3,615,272号明細書の記載に従って
調製されたH樹脂(HSiO3/2 )n を22重量%の濃
度でメチルイソブチルケトン中に含むコーティング組成
物をSEMIX (登録商標)6132U スピンコーターにより2
枚の試料ウェハーに約5000Åの硬化前厚さにコーテ
ィングし、続いて150℃、200℃及び350℃でそ
れぞれ1分間、3つの窒素パージされた開口式ホットプ
レートにより逐次ベーキングを行った。次にウェハーを
石英環状炉内で窒素雰囲気中で350℃に加熱した。ウ
ェハーを350℃に30分間保ち、次に窒素雰囲気中で
450℃にさらに加熱した。ウェハーを450℃に30
分間保ち、次に窒素中で室温に冷却した。第1のウェハ
ーのDkは2.81であった。第2のウェハーのDkは
2.83であった。第3のウェハーの規格化されたSi
H含有量は58%であった。
Rにより求めた。このFTIR法では、Nicolet (登録
商標)5SXBフーリエ変換赤外分光分析計を使用した。透
過サンプリング操作モードを用いた。コーティング組成
物によるウェハーのスピンコーティングの前に、剥き出
しのシリコンウェハーに対してバックグラウンドスペク
トルを集めた。不溶性膜を有するウェハーのスペクトル
からバックグラウンドを差し引いて不溶性膜のみのスペ
クトルを得た。波数2260cm-1に位置するピーク
は、転化された膜中のSiH結合密度を示すものであ
る。膜厚当たりのスパンピーク面積に対する膜厚当たり
のこのピーク面積の比を定量化し、規格化されたSiH
結合密度を求めた。例1 米国特許第3,615,272号明細書の記載に従って
調製されたH樹脂(HSiO3/2 )n を22重量%の濃
度でメチルイソブチルケトン中に含むコーティング組成
物をSEMIX (登録商標)6132U スピンコーターにより2
枚の試料ウェハーに約5000Åの硬化前厚さにコーテ
ィングし、続いて150℃、200℃及び350℃でそ
れぞれ1分間、3つの窒素パージされた開口式ホットプ
レートにより逐次ベーキングを行った。次にウェハーを
石英環状炉内で窒素雰囲気中で350℃に加熱した。ウ
ェハーを350℃に30分間保ち、次に窒素雰囲気中で
450℃にさらに加熱した。ウェハーを450℃に30
分間保ち、次に窒素中で室温に冷却した。第1のウェハ
ーのDkは2.81であった。第2のウェハーのDkは
2.83であった。第3のウェハーの規格化されたSi
H含有量は58%であった。
【0030】例2 例1に記載した手順を用いて試料ウェハーをH樹脂でコ
ーティングした。ウェハーを350℃に加熱し、表1に
記載の環境中で30分間そのままにしておいた。次に温
度を硬化温度までランピングし、さらに30分間その温
度のままにしておいた。結果及び加工条件を表1に示
す。
ーティングした。ウェハーを350℃に加熱し、表1に
記載の環境中で30分間そのままにしておいた。次に温
度を硬化温度までランピングし、さらに30分間その温
度のままにしておいた。結果及び加工条件を表1に示
す。
【0031】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨウファン リウ アメリカ合衆国,ミシガン 48640,ミッ ドランド,サマーセット ドライブ 6000
Claims (9)
- 【請求項1】 (A)ハイドロジェンシルセスキオキサ
ン樹脂を含むコーティング組成物で基材をコーティング
して基材上に可溶性ハイドロジェンシルセスキオキサン
樹脂コーティングを形成すること; (B)まず、前記ハイドロジェンシルセスキオキサン樹
脂コーティングを325℃〜350℃の温度で15分間
〜1時間加熱すること; (C)その後、50〜80%の規格化されたSiH結合
密度を有する不溶性セラミック状コーティングが生じる
のに十分な時間不活性環境中で400℃〜450℃の温
度で前記コーティングを加熱すること;を含む基材上に
不溶性コーティングを形成する方法。 - 【請求項2】 前記コーティング組成物がさらに溶剤を
含み、その溶剤を蒸発させて基材上にハイドロジェンシ
ルセスキオキサン樹脂コーティングを形成する請求項1
記載の方法。 - 【請求項3】 前記ハイドロジェンシルセスキオキサン
樹脂が式:HSi(OH)x (OR)y Oz/2 (式中、
各Rは独立に、酸素原子を介してケイ素に結合している
場合には加水分解可能な置換基を形成している有機基又
は置換有機基であり、xは0〜2、yは0〜2、zは1
〜3、x+y+zは3である)により表される単位を有
する樹脂である請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記ハイドロジェンシルセスキオキサン
樹脂が式:(HSiO3/2 )n (式中、nは少なくとも
8の値である)により表される樹脂である請求項1記載
の方法。 - 【請求項5】 基材がスピンコーティングによりコーテ
ィングされる請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記コーティング組成物がそのコーティ
ング組成物の重量を基準にして20〜99.9重量%の
溶剤を含む請求項2記載の方法。 - 【請求項7】 溶剤が、アルコール、芳香族炭化水素、
アルカン、ケトン、エステル、グリコールエーテル及び
ジメチルポリシロキサンからなる群から選ばれる請求項
2記載の方法。 - 【請求項8】 基材が電子基板である請求項1記載の方
法。 - 【請求項9】 工程(C)での加熱が、50〜70%の
規格化されたSiH結合密度及び2.7〜2.9の誘電
率を有する不溶性セラミック状コーティングが生じるの
に十分な時間不活性環境中で425℃〜450℃の温度
で行われる請求項1記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/113347 | 1998-07-10 | ||
US09/113,347 US5906859A (en) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Method for producing low dielectric coatings from hydrogen silsequioxane resin |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000106363A true JP2000106363A (ja) | 2000-04-11 |
Family
ID=22348919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11195448A Withdrawn JP2000106363A (ja) | 1998-07-10 | 1999-07-09 | 不溶性コ―ティングの形成方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5906859A (ja) |
EP (1) | EP0971400A3 (ja) |
JP (1) | JP2000106363A (ja) |
KR (1) | KR20000011599A (ja) |
SG (1) | SG72968A1 (ja) |
TW (1) | TW442546B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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