JP2004527104A

JP2004527104A - 層状誘電性ナノ多孔質材料、およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004527104A
Application number: JP2002558333A
Authority: JP
Inventors: シコニア，ジヨン・ジー
Original assignee: ハネウエル・インターナシヨナル・インコーポレーテツド
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2004-09-02
Also published as: WO2002058145A2; US20020076543A1; WO2002058145A3; AU2002245149A1; EP1410440A2; CA2431993A1; KR20030065548A; CN1555575A

Abstract

本発明によると、基板と近接する第１の層と、前記第１の層と近接する第２のナノ多孔質層と、前記第２の層と近接する追加層と、を含む層状低誘電率ナノ多孔質材料を製造するための組成物および方法が提供される。本発明の層状誘電体は、ａ）第１の層を基板上に配置することと、ｂ）前記第１の層と近接させてナノ多孔質である第２の層を配置することと、ｃ）前記第２の層の材料を処理して前記層中をナノ多孔性にすることと、ｄ）前記第２の層と部分的に近接させて少なくとも１つの追加層を配置することとによってナノ多孔質材料を使用して形成される。導線またはその他の電子部品の層を、基板層と第１の層との間に配置することもできる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明の分野はナノ多孔質材料である。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の機能素子が小さくなるにつれて、より複雑になり相互接続が増加する。現代の集積回路における相互接続に対して高まる要求に対応するため、オンチップ相互接続が開発された。このような相互接続は一般に、低誘電率材料に埋め込まれた金属導線の複数の層からなる。このような材料の誘電率は、集積回路の性能に非常に大きな影響を与える。低誘電率（すなわち２．５未満）の材料が、より速い信号速度とより短いサイクル時間が得られるため望ましい。一般に、低誘電率材料集積回路の容量効果を軽減するため、多くの場合、導線間のクロストークを減少させ、集積回路を動作させるための電圧を低下させることができる。
【０００３】
低誘電率材料は、大部分が無機または有機材料として特徴づけることができる。多くの場合、無機酸化物の誘電率は２．５〜４であり、集積回路の素子構造が１μｍよりも小さい場合には問題が生じやすい。有機ポリマーとしては、エポキシ網目構造、シアン酸エステル樹脂、ポリアリーレンエーテル、およびポリイミドが挙げられる。多くの場合、エポキシ網目構造は、約３．８〜４．５の高誘電率であるという欠点を有する。シアン酸エステル樹脂は約２．５〜３．７の比較的低い誘電率を有するが、脆性が高くなりやすく、そのため用途が制限される。ポリイミドとポリアリーレンエーテルは、高い熱安定性、加工の容易さ、低応力、低誘電率、および高い抵抗性などの多くの利点を有し、したがってこのようなポリマーは代替の低誘電率ポリマーとして使用されることが多い。
【０００４】
その他の性質に関しては、所望の誘電体は、湿気およびガス発生の問題も生じないべきであり、好適な接着性および間隙充填性を有するべきであり、熱サイクル、エッチング、およびＣＭＰ工程（すなわち、化学的機械的研磨）に対して好適な寸法安定性を有するべきである。また、好ましい誘電体はＴｇ（ガラス転移温度）が少なくとも３００℃であるべきであり、好ましくは４００℃以上である。
【０００５】
誘電率が２．５未満である材料の必要性から、ナノ多孔性となる誘電性材料の開発が行われた。空気の誘電率は約１．０であるため、主な目標はナノ多孔質材料の誘電率を理論的限界の１に近づくように減少させることである。いくつかの方法がナノ多孔質材料の製造技術分野で公知であり、例えば、カメザキ（Ｋａｍｅｚａｋｉ）に付与された米国特許第５，４５８，７０９号、およびヨコウチ（Ｙｏｋｏｕｃｈｉ）に付与された米国特許第５，５９３，５２６号が挙げられる。同時係属中の出願の出願第０９／５３８，２７６号、第０９／５４４，７２２号、第０９／５４４，７２３号、第０９／５４４，５０４号、および第０９／４２０６１１号もナノ多孔質材料の製造方法に取り組んでいる。これらの出願では、ナノ多孔質材料を、ａ）架橋に使用される反応性基を有する主鎖を有するポリマーから製造したり、ｂ）環構造を使用して架橋する主鎖を有するポリマー鎖から製造したり、ｃ）熱不安定性基の付与または架橋に使用することができる反応性基を有する安定性ポリマーテンプレート鎖から製造したり、ｄ）素子の基板上にポリマーの環状オリゴマーなどの環状オリゴマーを付着させ、次にポリマーを架橋させて架橋ポリマーにすることによって製造したり、ｅ）ポリマーを形成する溶解性層を使用することによって製造したりする方法が開示されている。
【０００６】
空隙の導入に使用される方法によらず、ナノ多孔質材料の製造および加工時に構造的問題が生じることが多い。特に、多孔度がある限度（公知のナノ多孔質材料で一般に約３０％）を超えると、多孔質材料は強度が低下しやすく、単層誘電体用途において崩壊することもある。熱安定性部分を他の熱安定性部分と結合させる架橋性添加剤を出発材料に加えてより剛性の単層誘電体網目構造を形成することによって崩壊をある程度防止することができる。しかし、多孔質材料は、架橋させた後でさえも、多孔度が増大すると機械的強度が低下することがあり、誘電性フィルムを回路に組み込む場合に耐えられない。また、多孔質材料は、架橋させた後でさえも、さらに別の結合させたナノ多孔質層で外部から支持しなければ機械的強度を得ることができない。
【０００７】
Ｋｏｎｄｏらに付与された米国特許５，６３５，３０１号（１９９７年６月）（「Ｋｏｎｄｏ」）には、比較的高密度の結晶質ガラスの第１の層が、第２の比較的多孔質のガラスの２の層に挟まれた低誘電率の多相ガラス基板が記載されている。Ｋｏｎｄｏにおけるガラスの層の配列は、外部から補強されて、個々の多孔質ガラス層が支持されるように設計されている。しかし、Ｋｏｎｄｏは、多相ガラス基板の各層を形成する材料の化学組成は、別の層と同一である必要があると教示している。
【０００８】
したがって、熱的および構造的耐久性を有する多孔性と代表的な間隙充填特性とを兼ね備えることが可能な種々のナノ多孔質低誘電性材料を含む層状誘電性材料を製造するための方法および組成物を提供する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明によると、連続またはナノ多孔質となりうる基板と近接する第１の層と、前記第１の層と近接しナノ多孔質である第２の層と、前記第２の層と部分的に近接する追加層とを含む層状低誘電率ナノ多孔質材料を製造するための組成物および方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の層状誘電体は、ａ）第１の層を基板上に配置することと、ｂ）前記第１の層と近接させて第２の層を配置することと、ｃ）前記第２の層の材料を処理して前記層中をナノ多孔性にすることと、ｄ）前記第２の層と部分的に近接させて少なくとも１つの追加層を配置することとによってナノ多孔質材料を使用して形成される。第１の層を場合により処理して、層中をナノ多孔性にすることもできる。
【００１１】
好ましい実施態様では、少なくとも１つの層が実質的に有機ナノ多孔質材料を含む。さらに別の好ましい実施態様では、各層がナノ多孔質材料を含む。
【００１２】
さらに別の好ましい実施態様では、導線またはその他の電子部品が、基板層と第１の層との間に配置される。
【００１３】
本発明の種々の目的、特徴、態様、および利点は、本発明の好ましい実施態様の以下の詳細な説明、ならびに同様の番号が同様の成分を表す添付の図面によって、よりいっそう明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
後により詳細に説明するが、図１および２において、層状スタック１００は、基板１１０、第１の層１２０、第２のナノ多孔質層１３０、および追加層１４０を有する。好ましい実施態様では、層状スタック１００中の第１の層１２０は、不揮発性成分１２８の連続層（図１）を有するか、または空隙１２５と不揮発性成分１２８（図２）を有する。層状スタック１００中の第２の層１３０は、空隙１３５と不揮発性成分１３８を有する。層状スタック１００中の追加層１４０は、空隙１４５と不揮発性成分１４８を有することができる。
【００１５】
本明細書で使用される場合、用語「ナノ多孔質層」は、複数の空隙と不揮発性成分とで構成される任意の好適な低誘電性材料（すなわち≦３．０）を意味する。本明細書で使用される場合、用語「実質的に」は、所望の成分が５１重量％を超える量で層中に存在することを意味する。
【００１６】
本発明で考慮される基板１１０は、実質的に固体の任意の所望の材料を含むことができる。特に望ましい基板層としては、フィルム、ガラス、セラミック、プラスチック、金属または被覆金属、あるいは複合材料が挙げられる。好ましい実施態様では、基板は、ケイ素またはヒ化ゲルマニウムのダイまたはウエハ面、銅、銀、ニッケル、または金でメッキされたリードフレームに見られるようなパッケージ面、回路基板またはパッケージ相互接続パターン、基板を経由するインターフェースまたは補強インターフェースに見られるような銅表面（「銅」は、純銅および銅酸化物を含むことを考慮している）、ポリイミド系可撓性パッケージに見られるようなポリマー系実装またはボードインターフェース、鉛またはその他の合金のはんだ玉表面、ガラス、ならびにポリイミド、ＢＴおよびＦＲ４などのポリマーを含む。より好ましい実施態様では、基板は、ケイ素、銅、ガラス、または好適なポリマーなどの実装および回路基板産業で一般的な材料を含む。
【００１７】
第１の層１２０は、基板１１０の平滑化および／または保護、第２のナノ多孔質層１３０の支持、基板１１０上にある導線またはその他の電子部品の周囲の間隙の充填（「間隙充填」）、場合によっては種類が異なる追加の誘電性材料層の提供などのいくつかの設計上の目的を満たすように設計することができる。第１の層１２０の不揮発性成分１２８は、第１の層１２０の設計上の目的に対応するように選択できる。不揮発性成分１２８は、有機、無機、または有機金属の化合物で構成されてよい。考慮される有機化合物の例は、ポリエーテル、ポリアリーレンエーテル、ポリイミド、またはポリエステルである。考慮される有機金属化合物の例としては、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（ビニルシロキサン）、およびポリ（トリフルオロプロピルシロキサン）が挙げられる。考慮される無機化合物の例としては、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、および炭化ケイ素などの耐火セラミック材料が挙げられる。
【００１８】
不揮発性成分１２８は、所望の最終誘電性組成物、所望の電気的性質、および誘電性材料の所望の用途に依存して、実質的なポリマー材料、実質的なモノマー材料、またはポリマーとモノマーの両方の混合物を含むこともできる。不揮発性成分１２８は非晶質ポリマー、架橋ポリマー、結晶質ポリマー、または分岐ポリマーを含む場合もさらに考慮される。不揮発性成分１２８の好ましい成分は、入手が容易であり使用しやすいことから有機ポリマーである。不揮発性成分１２８のより好ましい成分は、上述の性質を有し、耐久性およびポリマー強度も増加している理由から、有機架橋ポリマーである。
【００１９】
不揮発性成分１２８は、米国特許出願第０９／５４５０５８号（この記載内容全体を本明細書に組み込まれる）に記載されるような「かご状構造」または「かご状モノマー」を含んでもよい。用語「かご状構造」または「かご状モノマー」は、少なくとも１つの架橋部分が環構造の２つ以上の原子と共有結合するように配置された少なくとも１０個の原子を有する分子を意味する。架橋部分および／または環構造は、１つ以上のヘテロ原子を含むことができるし、芳香族、部分飽和、または不飽和であってよい。考慮されるかご状構造としては、少なくとも１つの架橋部分を有するフラーレンおよびクラウンエーテルが挙げられる。例えば、アダマンタンまたはジアマンタンはかご状構造として見なされるが、ナフタレンまたは芳香族スピロ化合物はこの定義の範囲ではかご状構造とは見なされない。なぜならナフタレンや芳香族スピロ化合物は１つ以上の架橋部分を有さないからである。
【００２０】
第１の層１２０は、不揮発性成分１２８とともに揮発性成分１２６を含むことができる。不揮発性成分１２８の溶媒和、硬化または熱処理による空隙１２５の形成、および／または基板１１０上への第１の層の付着の促進などのいくつかの理由で、第１の層１２０中に揮発性成分１２６が存在することができる。揮発性成分１２６は、所望の温度で気化する有機分子、有機金属分子、または無機分子の任意の好適な純物質または混合物を含むことができ、極性化合物および非極性化合物の任意の好適な純物質または混合物も含むことができる。好ましい実施態様では、揮発性成分１２６として、水、エタノール、プロパノール、アセトン、エチレンオキシド、ベンゼン、シクロヘキサノン、およびアニソールが挙げられる。より好ましい実施態様では、揮発性成分１２６として、水、エタノール、プロパノールシクロヘキサノン、およびアセトンが挙げられる。さらにより好ましい実施態様では、揮発性成分１２６として、入手しやすさ、低毒性、および使用しやすさの理由から、水、エタノール、プロパノール、およびアセトンの混合物が挙げられる。
【００２１】
本明細書で考慮される任意の成分に関して用語「純物質」は、一定の組成を有する成分を意味する。例えば、純水はＨ_２Ｏのみで構成される。本明細書で使用される場合、用語「混合物」は、塩水などの純水ではない成分を意味する。用語「極性」は、分子または化合物のある一点またはそれらの周囲で不均一な電荷が生じる分子または化合物の性質を意味する。用語「非極性」は、分子または化合物のある一点またはそれらの周囲で均一な電荷が生じる分子または化合物の性質を意味する。
【００２２】
揮発性成分１２６は、不揮発性成分１２８と揮発性成分１２６で所望の粘度が得られるように第１の層１２０において任意の適切な比率を占めることができる。好ましい実施態様では、揮発性成分１２６は、不揮発性成分１２８を溶媒和させるために必要な比率よりもわずかに多い比率で第１の層１２０中に含まれる。より好ましい実施態様では、揮発性成分１２６は、不揮発性成分１２８の溶媒に必要な比率で第１の層１２０中に含まれる。
【００２３】
用語「架橋」は、少なくとも２つの分子、または長い分子の少なくとも２つの部分が化学的相互作用で互いに結合する過程を意味する。このような相互作用は、共有結合の形成、水素結合の形成、疎水性、親水性、イオン性、または静電的な相互作用などの多くの異なる方法で形成されうる。さらに、分子相互作用は、分子内または２つ以上の分子の間の少なくとも一時的な物理的結合も特徴とすることができる。
【００２４】
語句「誘電率」は、状況に合わない場合を除けば、１ＭＨｚから２ＧＨｚで測定した誘電率を意味する。第１の層１２０の誘電率は３．０未満となることを意図している。好ましい実施態様では誘電率は２．５未満であり、さらにより好ましい実施態様では誘電率は２．０未満である。
【００２５】
本明細書で使用される場合、用語「空隙」は、ある量が気体で置き換えられた体積を意味する。この気体の組成は一般には重要ではなく、適当な気体としては、比較的純粋な気体およびそれらの混合物（空気など）が挙げられる。第１の層１２０は、複数の空隙１２５を含む場合があるし、連続的で空隙が存在しない場合もある。空隙１２５は通常は球形であるが、この代わりにまたはこれに加えて、管状、層状、円板状、またはその他の形状などの任意の好適な形状を有してもよい。空隙１２５が任意の適当な直径を有しうることも意図している。さらに、少なくとも一部の空隙１２５が隣接する空隙１２５と結合して、有意量の連結したすなわち「開放された」孔隙を有する構造を形成しうることも考慮している。空隙１２５は、好ましくは平均直径が１μｍ未満であり、より好ましくは平均直径が１００ｎｍ未満であり、さらにより好ましくは平均直径が１０ｎｍ未満である。第１の層１２０内部で空隙１２５は均一に分布している場合もあるし、不規則に分布している場合もある。好ましい実施態様では、空隙１２５は第１の層１２０の内部で均一に分布している。
【００２６】
本発明において一般的に考慮されるナノ多孔性または空隙は、揮発性成分１２６の一部または全体を除去または蒸発させるために揮発性成分１２６と不揮発性成分１２８の混合物を加熱またはその他の方法で硬化させることによって形成させることができる。ケイ素（コロイダルシリカ、溶融石英、ゾルゲル誘導モノサイズシリカ、シロキサン、またはシルセスキオキサン）またはフッ素（ＨＦ、ＣＦ_４、ＮＦ_３、ＣＨ_ＺＦ_４−ｚ、およびＣ_２Ｈ_ｘＦ_ｙ（式中、ｘは０〜５の整数であり、ｘ＋ｙは６であり、ｚは０〜３の整数である））を含有する成分などの無機成分を、空隙が望まれる層中の有機成分から浸出させることによってナノ多孔性にすることもできる。
【００２７】
第１の層１２０と同様に、第２のナノ多孔質層１３０も、高い多孔度を維持しながらの第１の層１２０と追加層１４０の保持などの、いくつかの設計上の目的を満たすように設計することができるが、主要な目的は高い多孔度を有する構造を得ることである。第２の層１３０の不揮発性成分１３８は、第２の層１３０に関する前述の設計の目的に対応するように選択することができる。不揮発性成分１３８は、不揮発性成分１２８として考慮される材料と同様の材料も含むことができ、例えば、無機化合物、有機化合物、または有機金属化合物、およびこれらの材料の混合物、ならびにポリマー、モノマー、および／またはかご状構造を含むことができる。意図される無機化合物の例としては、ケイ酸塩、アルミン酸塩、および遷移金属を含有する化合物が挙げられる。有機化合物の例としては、ポリアリーレンエーテル、ポリイミド、アダマンタン分子、分岐アダマンタン構造、およびポリエステルが挙げられる。意図される有機金属化合物の例としては、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（ビニルシロキサン）、およびポリ（トリフルオロプロピルシロキサン）が挙げられる。
【００２８】
第２の層１３０は、第１の層１２０の一部と同様に複数の空隙１３５を含むことができる。空隙１３５は通常は球形であるが、この代わりにまたはこれに加えて、管状、層状、円板状、またはその他の形状などの任意の好適な形状を有してもよい。さらに、少なくとも一部の空隙１３５が隣接する空隙１３５と結合して、有意量の連結したすなわち「開放された」孔隙を有する構造を形成しうることも考慮している。空隙１３５が任意の適当な直径を有しうることも意図している。空隙１３５は、好ましくは平均直径が１μｍ未満であり、より好ましくは平均直径が１００ｎｍ未満であり、さらにより好ましくは平均直径が１０ｎｍ未満である。第２の層１３０内部で空隙１３５は均一に分布している場合もあるし、不規則に分布している場合もある。好ましい実施態様では、空隙１３５は第２の層１３０内部で均一に分布している。
【００２９】
第１の層および第２の層の不揮発性成分と同様に、追加層１４０の不揮発性成分１４８は、所望の構造または設計上の目的に応じて意図され前述した材料を含むことができる。意図される有機化合物の例は、ポリエーテル、ポリアリーレンエーテル、アダマンタン分子、分岐アダマンタン構造、ポリイミド、またはポリエステルである。意図される無機化合物の例としては、ケイ酸塩またはアルミン酸塩が挙げられる。意図される有機金属化合物の例としては、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（ビニルシロキサン）、およびポリ（トリフルオロプロピルシロキサン）が挙げられる。
【００３０】
不揮発性成分１４８は、ポリマーとモノマーの両方を含むこともできる。さらに、不揮発性成分１４８は、非晶質ポリマー、架橋ポリマー、結晶質ポリマー、または分岐ポリマーで構成されうる。不揮発性成分１４８の好ましい成分は有機ポリマーである。不揮発性成分１４８のより好ましい成分は有機架橋ポリマーである。
【００３１】
第１の層１２０、および特に第２の層１３０と同様に、追加層１４０は複数の空隙１４５を含みうる。空隙１４５は好ましくは平均直径が１μｍ未満であり、より好ましくは平均直径が１００ｎｍ未満であり、さらにより好ましくは平均直径が１０ｎｍ未満である。さらに、追加層１４０の内部で空隙１４５は均一に分布している場合もあるし、不規則に分布している場合もある。好ましい実施態様では、空隙１４５は追加層１４０内部で均一に分布している。
【００３２】
追加層１４０は、空隙１４５が実質的に存在しない不揮発性成分１４８を含んでもよい。好ましい実施態様では、空隙が存在しない追加層１４０の作製方法は、不揮発性成分１４８の薄い層を有し空隙を含有する表面にコーティングすることによって、下にあるナノ多孔質材料を補強するために最後に適用したナノ多孔質層に溶浸させるために使用される。この方法による溶浸層の適用方法は、米国特許出願第０９／４２００４２号（この記載内容全体を本明細書に組み込まれる）に詳細に記載されている。
【００３３】
本明細書に記載される有機材料および無機材料は、Ｂｕｒｇｏｙｎｅらに付与された米国特許第５，８７４，５１６号（１９９９年２月）（この記載内容を本明細書に組み込まれる）に記載されるものとある程度類似しており、その特許に記載される方法と実質的に同様の方法で使用することができる。例えば、本明細書に記載される有機材料および無機材料は、電子チップ、チップ、およびマルチチップモジュール、中間層誘電体、保護コーティング、ならびに回路基板またはプリント基板などの基板に使用することができる。さらに、本明細書に記載される有機材料および無機材料のフィルムまたはコーティングは、吹き付け、スピンコーティング、またはキャスティングなどの溶液法で形成することができ、スピンコーティングが好ましい。好ましい溶媒は、２−エトキシエチルエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、メチルイソブチルケトン、２−メトキシエチルエーテル、５−メチル−２−ヘキサノン、γ−ブチロラクトン、およびそれらの混合物である。通常、コーティングの厚さは約０．１μｍから約１５μｍである。誘電性中間層としては、フィルムの厚さは通常２μｍ未満である。特定の目的の性質を向上または付与するために添加剤を使用することもでき、ポリマー技術分野で従来知られているように、例えば、安定剤、難燃剤、顔料、可塑剤、および界面活性剤を使用することができる。相溶性または非相溶性ポリマーを混合して所望の性質を得ることができる。接着促進剤を使用することもできる。このような促進剤の代表としてはヘキサメチルジシラザンが挙げられ、これは、水分または湿気にさらされた二酸化ケイ素などの表面上に存在しうる反応可能なヒドロキシル官能性と相互作用させるために使用することができる。マイクロエレクトロニクス用途のポリマーは、特に誘電性中間層の場合には、イオン性不純物が少ない（一般に１ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｂ未満）ことが望ましい。
【００３４】
図３において、導線および損の他の適切な導電性デバイス３００を、基板１１０と第１の層の材料１２０との間に配置することができる。この場合、導線層のすぐ上の層の材料は、導線間の最小厚さの保護層として機能し、任意の追加層の支持体としても機能する。さらに、導線またはその他の電子部品が基板１１０と第１の層１２０の間に配置される場合、第１の層１２０の材料は連続であり、一般にはナノ多孔質ではない。
【００３５】
導線、導電性デバイス、または電子部品３００は、金属、またはその他の適切な導電性材料から作製することができる。好適な金属は、元素周期表のｄ−ブロックおよびｆ−ブロックの元素、ならびにケイ素やゲルマニウムなどの金属と同様の性質を有する元素である。本明細書で使用される場合、語句「ｄ−ブロック」は、元素の核の周囲の３ｄ、４ｄ、５ｄ、および６ｄの軌道を満たす電子を有する元素を意味する。本明細書で使用される場合、語句「ｆ−ブロック」は、元素の核の周囲の４ｆ軌道および５ｆ軌道を満たす電子を有する元素を意味し、ランタニドとアクチニドが含まれる。好ましい金属としては、チタン、ケイ素、コバルト、銅、ニッケル、亜鉛、バナジウム、アルミニウム、クロム、白金、金、銀、タングステン、モリブデン、セリウム、プロメチウム、およびトリウムが挙げられる。より好ましい金属としては、アルミニウム、チタン、ケイ素、銅、ニッケル、白金、金、銀、およびタングステンが挙げられる。最も好ましい金属としては、アルミニウム、チタン、ケイ素、銅、およびニッケルが挙げられる。用語「金属」は、合金、金属／金属複合材料、金属セラミックス複合材料、金属ポリマー複合材料、およびその他の金属複合材料も含む。
【００３６】
より詳細に後述するが、図４において、層状ナノ多孔質誘電性材料の好ましい製造方法は、第１の層１２０を基板１１０上に配置すること（１０）、第１の層１２０上に第２の層１３０を配置すること（２０）、孔隙を形成するために層状材料１００を処理すること（３０）、第２の層１３０上に少なくとも１つの追加層１４０を配置すること（４０）とを含む。
【００３７】
第１の層１２０は、任意の好適な方法によって基板１１０上に配置することができる。意図される方法としては、第１の層１２０の基板１１０上へのスピンコーティング、第１の層１２０の基板１１０上への圧延、第１の層１２０の基板１１０上への滴下、および第１の層１２０の基板１１０上への流し込みが挙げられる。好ましい実施態様では、第１の層１２０は、基板１１０上に圧延またはスピンコーティングされる。第１の層１２０は任意の好適な大きさまたは形状で付着させることができる。特に、薄層型付着（＜１ｍｍ）が考慮されているが、厚膜（≧１ｍｍ）などのその他の付着方法、または独立した付着方法も考慮している。
【００３８】
第２の層１３０および追加層１４０は、第１の層１２０に関して説明した方法を含む任意の好適な方法によって第１の層１２０上に直接配置することができる。
【００３９】
続いて、追加層１４０の任意の過剰の不揮発性成分１４８は、任意の好適な除去装置または方法によって層状スタック１００から任意、部分的、または完全に除去することができる。意図される除去方法としては、過剰の不揮発性成分１４８の分離、または適当な溶媒による過剰な不揮発性成分１４８の洗浄を挙げることができる。好適な溶媒としては、シクロヘキサノン、アニソール、トルエン、エーテルまたは、相溶性溶媒の混合物を挙げることができる。不揮発性成分１４８が過剰とならない場合も本発明では考慮しており、その場合には不揮発性成分除去工程は不要である。本明細書で使用される場合、語句「任意の過剰の」は、必ずしも任意の不揮発性成分１４８が存在することを意味するものではない。
【００４０】
揮発性成分１４６は、熱および／または圧力を含む任意の好適な除去手順によって追加層１４０から除去することができる。好ましい実施態様では、揮発性成分１４６は、追加層１４０または層状スタック１００を加熱することによって除去することができる。より好ましい実施態様では、揮発性成分１４６は、大気圧の気体環境中で追加層１４０または層状スタック１００を加熱することによって除去される。別の好ましい実施態様では、揮発性成分１４６は、減圧下の気体環境中で追加層１４０または層状スタックを加熱することによって除去される。本明細書で使用される場合、語句「減圧」は、７６０気圧未満の圧力を意味する。本明細書で使用される場合、用語「大気圧」は、７６０気圧の圧力を意味する。本明細書で使用される場合、語句「気体環境」は、窒素、ヘリウム、またはアルゴンなどの純気体、または空気などの混合気体を含む環境を意味する。
【００４１】
任意の過剰／追加成分１４８を追加層１４０から除去する前または後に、層状スタック１００を硬化させて最終形態にすることができる。好ましい実施態様では、層状スタック１００を熱硬化させるが、触媒および非触媒方法を含む多くの他の方法も使用される。触媒方法としては、一般に酸および塩基触媒反応、ラジカル触媒反応、陽イオン性および陰イオン性触媒反応、および光触媒反応を挙げることができる。例えばポリマー構造は、ＵＶ照射、過硫酸アンモニウムなどのラジカル開始剤の添加、および酸または塩基の添加によって形成することができる。非触媒方法としては、加圧や、減圧下、大気圧下、または加圧下での加熱が挙げられる。
【実施例１】
【００４２】
４重量％ポリアリーレンエーテルのシクロヘキサノン溶液５ｍＬをシリコンウエハ上に供給し、続いて１５０ＲＰＭで３秒間、０ＲＰＭで５０秒間、そして２０００ＲＰＭで６０秒間かけてコーティングする。この第１のフィルム層を次に８０℃、１５０℃、および２５０℃でそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、続いて窒素中４００℃で３０分間硬化させる。３種類のコーティングされたウエハＡ、Ｂ、およびＣの作製のためにこの手順を繰り返した。
【００４３】
９．６重量％のポリアリーレンエーテル、６．４重量％のコロイダルシリカ、および８４重量％のシクロヘキサノンを含有するスピンコーティング溶液を使用して、厚さが約８０００Åでフィルムの形態の低誘電性構造層を第１のフィルム層上に形成することができる。次にこのフィルムを１５０℃／２００℃／２５０℃でそれぞれ１分間焼き付けして、窒素中４００℃で６０分間硬化させることができる。硬化させたフィルムは、ＢＯＥの５０：１溶液で３分間エッチングしてシリカを除去することができる。エッチング後、＞９８％のシリカが除去され、エッチング後のフィルムは多孔質ポリアリーレンエーテルとなる。エッチング後のフィルムの屈折率は、約１．４７４であり、厚さは約７８００Åである。構造層の誘電率は約２．０６である。３つのウエハＡ、Ｂ、およびＣはこの方法で前述のように作製した。
【００４４】
クオード・グループ（Ｑｕａｄｇｒｏｕｐ）製造のセバスチャン・ファイブ（ＳｅｂａｓｔｉａｎＦｉｖｅ）スタッド抜取試験機を使用して、スタッド抜取試験を実施した。コーティングし硬化させたウエハは最初に、構造材料の表面上に高密度の厚さ１μｍのアルミニウム層を付着させるために加工する。得られた層状スタックをそれぞれ約１ｃｍ×１ｃｍの複数の断片に切断した。エポキシコーティングを有するセラミック製バッキングプレートを、試験片の溶浸していない側に取り付けた。先端にエポキシコーティングされた金属ピンであるスタッドを試験片のフィルムに取り付けた。次に、バッキングプレート、試験片、およびスタッドを金属クリップで互いに固定した。この手順をスタッドアセンブリと呼ぶ。組み立てた試験片を１３０℃のオーブンで２時間硬化させた。エポキシを硬化させた後、スタッド、試験片、およびバッキングプレートは互いに接着した。次にスタッドの末端を、クオード・グループのセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機に挿入した。組み立てた試験片が破壊されるまで引張力を加えた。フィルムのスタッド抜取強さの試験中に得られる最大強さを単位Ｋｐｓｉで記録した。通常、１つの試料について少なくとも１０個の試験片で試験を行う。報告されるスタッド抜取強さはこれらの測定の平均値である。ウエハＡのスタッド抜取強さは約２Ｋｐｓｉである。ウエハＡは溶浸させていない。
【００４５】
４重量％ポリアリーレンエーテルのシクロヘキサノン溶液約５ｍＬを、前述のウエハＢ［溶浸したが上部層はない］のエッチングしたフィルム上に供給する。このウエハを２００ＲＰＭで５秒間回転させ、停止させた。フィルム上にポリアリーレンエーテル溶液を１５秒間維持した後、層状スタックを約２０００ＲＰＭで回転させる。回転を停止させた後、約９ｍＬのシクロヘキサノンをフィルム上に供給してから再び２０００ＲＰＭで１秒間回転させて、スピンコーターの作動中に過剰の樹脂を洗い流す。溶浸され洗浄された層状スタックを次に１５０℃／２００℃／２５０℃のホットプレートでそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、シクロヘキサノンを除去する。溶浸した材料を次に４００℃で６０分間硬化させ、最終的な溶浸低誘電性構造層を得る。
【００４６】
溶浸層の誘電率は２．１２であり、屈折率は１．４９４であり、フィルム厚さは約７８００Åであった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によると、構造層の上には溶浸層が存在しないことが分かった。ウエハＢのスタッド抜取強さは６Ｋｐｓｉであった。
【００４７】
シクロヘキサノン洗浄工程を省略したことを除けば、ウエハＢと同様の方法でウエハＣを加工した。このフィルムの誘電率は２．２であり、屈折率は１．５２１であった。ＳＥＭ分析によると、厚さ約１５００Åの連続的な非多孔質フィルムがナノ多孔質層上に見られた。ウエハＣのスタッド抜取強さは９Ｋｐｓｉであった。
【実施例２】
【００４８】
第１のフィルム層の連続的なポリアリーレンエーテルを配置しなかったことを除けば、実施例１のウエハＣと全く同様の方法でウエハＤを作製した。完成した構造体のスタッド抜取強さは８Ｋｐｓｉであった。
【実施例３】
【００４９】
集積回路に一般的に使用される細いアルミニウム線構造を組み込むために別々に加工した３種類のシリコンウエハを、３つの方法で加工した。ウエハＥは、実施例１のウエハＣの処理に使用した方法と同じ方法で加工した。ウエハＦは、実施例２のウエハＤの処理に使用した方法と同じ方法で加工した。ポリアリーレンエーテル層を付着する第１の工程の代わりにＣＶＤ法を使用して厚さ５００Åの窒化ケイ素層を付着させたことを除けば、ウエハＣと同様の方法でウエハＧを加工した。
【００５０】
ウエハＦのＳＥＭ分析によると、細いアルミニウム線は大きくエッチングされ、フィルム構造内に大きな空隙が残留したことが分かった。ウエハＥおよびＧのＳＥＭ分析では、無傷のアルミニウム線が残った。
【実施例４】
【００５１】
４重量％アダマンタン系化合物のシクロヘキサノン溶液５ｍＬをシリコンウエハ上に供給し、続いて１５０ＲＰＭで３秒間、０ＲＰＭで５０秒間、そして２０００ＲＰＭで６０秒間かけてコーティングする。この第１のフィルム層を次に８０℃、１５０℃、および２５０℃でそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、続いて窒素中４００℃で３０分間硬化させる。３種類のコーティングされたウエハＨ、Ｉ、およびＪの作製のためにこの手順を繰り返した。
【００５２】
９．６重量％のポリアリーレンエーテル、６．４重量％のコロイダルシリカ、および８４重量％のシクロヘキサノンを含有するスピンコーティング溶液を使用して、厚さが約８０００Åでフィルムの形態の低誘電性構造層を第１のフィルム層上に形成することができる。次にこのフィルムを１５０℃／２００℃／２５０℃でそれぞれ１分間焼き付けして、窒素中４００℃で６０分間硬化させることができる。硬化させたフィルムは、ＢＯＥの５０：１溶液で３分間エッチングしてシリカを除去することができる。エッチング後、＞９８％のシリカが除去され、エッチング後のフィルムは厚さ約７８００Åの多孔質ポリアリーレンエーテルとなる。この構造層の誘電率は約１．９２である。ウエハＨ、Ｉ、およびＪをこの方法で処理した。
【００５３】
クオード・グループ製造のセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機を使用してスタッド抜取試験を実施した。コーティングし硬化させたウエハは最初に、構造材料の表面上に高密度の厚さ１μｍのアルミニウム層を付着させるために加工する。得られた層状スタックをそれぞれ約１ｃｍ×１ｃｍの複数の断片に切断した。エポキシコーティングを有するセラミック製バッキングプレートを、試験片の溶浸していない側に取り付けた。先端にエポキシコーティングされた金属ピンであるスタッドを試験片のフィルムに取り付けた。次に、バッキングプレート、試験片、およびスタッドを金属クリップで互いに固定した。この手順をスタッドアセンブリと呼ぶ。組み立てた試験片を１３０℃のオーブンで２時間硬化させた。エポキシを硬化させた後、スタッド、試験片、およびバッキングプレートは互いに接着した。次にスタッドの末端を、クオード・グループのセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機に挿入した。組み立てた試験片が破壊されるまで引張力を加えた。フィルムのスタッド抜取強さの試験中に得られる最大強さを単位Ｋｐｓｉで記録した。通常、１つの試料について少なくとも１０個の試験片で試験を行う。報告されるスタッド抜取強さはこれらの測定の平均値である。ウエハＨのスタッド抜取強さは約２Ｋｐｓｉである。ウエハＨは溶浸させていない。
【００５４】
４重量％ポリアリーレンエーテルのシクロヘキサノン溶液約５ｍＬを、前述のウエハＩ［溶浸したが上部層はない］のエッチングしたフィルム上に供給する。このウエハを２００ＲＰＭで５秒間回転させ、続いて停止させた。フィルム上にポリアリーレンエーテル溶液を１５秒間維持した後、層状スタックを約２０００ＲＰＭで回転させる。スピンコーティング工程の後、約９ｍＬのシクロヘキサノンをフィルム上に供給してから再び２０００ＲＰＭで１秒間回転させて、スピンコーターの作動中に過剰の樹脂を洗い流す。溶浸され洗浄された層状スタックを次に１５０℃／２００℃／２５０℃のホットプレートでそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、シクロヘキサノンを除去する。溶浸した材料を次に４００℃で６０分間硬化させ、最終的な溶浸低誘電性構造層を得る。
【００５５】
溶浸層の誘電率は２．１２であり、屈折率は１．４９４であり、フィルム厚さは約７８００Åであった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によると、構造層の上には溶浸層が存在しないことが分かった。ウエハＩのスタッド抜取強さは６Ｋｐｓｉであった。
【００５６】
シクロヘキサノン洗浄工程を省略したことを除けば、ウエハＩと同様の方法でウエハＪを加工した。このフィルムの誘電率は２．２であり、屈折率は１．５２１であった。ＳＥＭ分析によると、厚さ約１５００Åの連続的な非多孔質フィルムがナノ多孔質層上に見られた。ウエハＪのスタッド抜取強さは９Ｋｐｓｉであった。
【実施例５】
【００５７】
第１のフィルム層の連続的なアダマンタン系化合物を配置しなかったことを除けば、実施例４のウエハＪと全く同様の方法でウエハＫを作製した。完成した構造体のスタッド抜取強さは８Ｋｐｓｉであった。
【実施例６】
【００５８】
集積回路に一般的に使用される細いアルミニウム線構造を組み込むために、２種類のシリコンウエハＬおよびＭを別々に加工した。隣接するアルミニウム線／ラインの距離（通常、間隙と呼ばれる）は約０．１μｍ〜＞１．０μｍの範囲であった。アルミニウム構造の高さは約０．７μｍであった。
【００５９】
ウエハＬは、実施例３のウエハＧと同じ方法で加工した。第２の層および追加層の形成にポリアリーレンエーテルの代わりにアダマンタン系化合物を使用したことを除けば、ウエハＬと同じ方法でウエハＭを加工した。
【００６０】
第２の層のナノ多孔質ポリマーがアルミニウム線／ラインの間の間隙を充填しているかどうかを調べるため、ＳＥＭによって両方のウエハを調べた。ウエハＭの観察では、０．１μｍ未満の間隙を含むすべての間隙に完全に充填されたことが分かった。一方、ポリアリーレンエーテル材料を含むウエハＬは、約０．２５μｍより小さな間隙には充填されなかった。
【実施例７】
【００６１】
４重量％アダマンタン系化合物のシクロヘキサノン溶液５ｍＬをシリコンウエハ上に供給し、続いて１５０ＲＰＭで３秒間、０ＲＰＭで５０秒間、そして２０００ＲＰＭで６０秒間かけてコーティングする。この第１のフィルム層を次に８０℃、１５０℃、および２５０℃でそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、続いて窒素中４００℃で３０分間硬化させる。３種類のコーティングされたウエハＮ、Ｏ、およびＰの作製のためにこの手順を繰り返した。
【００６２】
９．６重量％のアダマンタン系化合物、６．４重量％のコロイダルシリカ、および８４重量％のシクロヘキサノンを含有するスピンコーティング溶液を使用して、厚さが約８０００Åでフィルムの形態の低誘電性構造層を第１のフィルム層上に形成することができる。次にこのフィルムを１５０℃／２００℃／２５０℃でそれぞれ１分間焼き付けして、窒素中４００℃で６０分間硬化させることができる。硬化させたフィルムは、ＢＯＥの５０：１溶液で３分間エッチングしてシリカを除去することができる。エッチング後、＞９８％のシリカが除去され、エッチング後のフィルムは厚さ約７８００Åの多孔質アダマンタン系化合物となる。構造層の誘電率は約１．９２である。作製したこれらのウエハをＮ、Ｏ、およびＰと呼んだ。
【００６３】
クオード・グループ製造のセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機を使用してスタッド抜取試験を実施した。コーティングし硬化させたウエハは最初に、構造材料の表面上に高密度の厚さ１μｍのアルミニウム層を付着させるために加工する。得られた層状スタックをそれぞれ約１ｃｍ×１ｃｍの複数の断片に切断した。エポキシコーティングを有するセラミック製バッキングプレートを、試験片の溶浸していない側に取り付けた。先端にエポキシコーティングされた金属ピンであるスタッドを試験片のフィルムに取り付けた。次に、バッキングプレート、試験片、およびスタッドを金属クリップで互いに固定した。この手順をスタッドアセンブリと呼ぶ。組み立てた試験片を１３０℃のオーブンで２時間硬化させた。エポキシを硬化させた後、スタッド、試験片、およびバッキングプレートは互いに接着した。次にスタッドの末端を、クオード・グループのセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機に挿入した。組み立てた試験片が破壊されるまで引張力を加えた。フィルムのスタッド抜取強さの試験中に得られる最大強さを単位Ｋｐｓｉで記録した。通常、１つの試料について少なくとも１０個の試験片で試験を行う。報告されるスタッド抜取強さはこれらの測定の平均値である。ウエハＮのスタッド抜取強さは約２Ｋｐｓｉである。ウエハＮは溶浸させていない。
【００６４】
４重量％ポリアリーレンエーテルのシクロヘキサノン溶液約５ｍＬを、前述のウエハＯ［溶浸したが上部層はない］のエッチングしたフィルム上に供給する。このウエハを２００ＲＰＭで５秒間回転させ、続いて停止させた。フィルム上にポリアリーレンエーテル溶液を１５秒間維持した後、層状スタックを約２０００ＲＰＭで回転させる。スピンコーティング工程の後、約９ｍＬのシクロヘキサノンをフィルム上に供給してから再び２０００ＲＰＭで１秒間回転させて、スピンコーターの作動中に過剰の樹脂を洗い流す。溶浸され洗浄された層状スタックを次に１５０℃／２００℃／２５０℃のホットプレートでそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、シクロヘキサノンを除去する。溶浸した材料を次に４００℃で６０分間硬化させ、最終的な溶浸低誘電性構造層を得る。
【００６５】
溶浸層の誘電率は１．９７であり、フィルム厚さは約７８００Åであった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によると、構造層の上には溶浸層が存在しないことが分かった。ウエハＯのスタッド抜取強さは６Ｋｐｓｉであった。
【００６６】
シクロヘキサノン洗浄工程を省略したことを除けば、ウエハＯと同様の方法でウエハＰを加工した。このフィルムの誘電率は２．０５であった。ＳＥＭ分析によると、厚さ約１５００Åの連続的な非多孔質フィルムがナノ多孔質層上に見られた。ウエハＰのスタッド抜取強さは９Ｋｐｓｉであった。
【実施例８】
【００６７】
４重量％アダマンタン系化合物のシクロヘキサノン溶液５ｍＬをシリコンウエハ上に供給し、続いて１５０ＲＰＭで３秒間、０ＲＰＭで５０秒間、そして２０００ＲＰＭで６０秒間かけてコーティングする。この第１のフィルム層を次に８０℃、１５０℃、および２５０℃でそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、続いて窒素中４００℃で３０分間硬化させる。３種類のコーティングされたウエハＱ、Ｒ、およびＳの作製のためにこの手順を繰り返した。
【００６８】
９．６重量％のアダマンタン系化合物、６．４重量％のコロイダルシリカ、および８４重量％のシクロヘキサノンを含有するスピンコーティング溶液を使用して、厚さが約８０００Åでフィルムの形態の低誘電性構造層を第１のフィルム層上に形成することができる。次にこのフィルムを１５０℃／２００℃／２５０℃でそれぞれ１分間焼き付けして、窒素中４００℃で６０分間硬化させることができる。硬化させたフィルムは、ＢＯＥの５０：１溶液で３分間エッチングしてシリカを除去することができる。エッチング後、＞９８％のシリカが除去され、エッチング後のフィルムは多孔質アダマンタン系化合物層となる。このエッチング後のフィルムの厚さは約７８００Åである。この構造層の誘電率は約１．９２である。３種類のウエハＱ、Ｒ、およびＳを作製した。
【００６９】
クオード・グループ製造のセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機を使用してスタッド抜取試験を実施した。コーティングし硬化させたウエハは最初に、構造材料の表面上に高密度の厚さ１μｍのアルミニウム層を付着させるために加工する。得られた層状スタックをそれぞれ約１ｃｍ×１ｃｍの複数の断片に切断した。エポキシコーティングを有するセラミック製バッキングプレートを、試験片の溶浸していない側に取り付けた。先端にエポキシコーティングされた金属ピンであるスタッドを試験片のフィルムに取り付けた。次に、バッキングプレート、試験片、およびスタッドを金属クリップで互いに固定した。この手順をスタッドアセンブリと呼ぶ。組み立てた試験片を１３０℃のオーブンで２時間硬化させた。エポキシを硬化させた後、スタッド、試験片、およびバッキングプレートは互いに接着した。次にスタッドの末端を、クオード・グループのセバスチャン・ファイブスタッド抜取試験機に挿入した。組み立てた試験片が破壊されるまで引張力を加えた。フィルムのスタッド抜取強さの試験中に得られる最大強さを単位Ｋｐｓｉで記録した。通常、１つの試料について少なくとも１０個の試験片で試験を行う。報告されるスタッド抜取強さはこれらの測定の平均値である。ウエハＱのスタッド抜取強さは約２Ｋｐｓｉである。ウエハＱは溶浸させていない。
【００７０】
４重量％アダマンタン系化合物のシクロヘキサノン溶液約５ｍＬを、前述のウエハＲ［溶浸したが上部層はない］のエッチングしたフィルム上に供給する。このウエハを２００ＲＰＭで５秒間回転させ、続いて停止させた。フィルム上にアダマンタン系化合物溶液を１５秒間維持した後、層状スタックを約２０００ＲＰＭで回転させる。スピンコーティング工程の後、約９ｍＬのシクロヘキサノンをフィルム上に供給してから再び２０００ＲＰＭで１秒間回転させて、スピンコーターの作動中に過剰の樹脂を洗い流す。溶浸され洗浄された層状スタックを次に１５０℃／２００℃／２５０℃のホットプレートでそれぞれ１分間ずつ焼き付けして、シクロヘキサノンを除去する。溶浸した材料を次に４００℃で６０分間硬化させ、最終的な溶浸低誘電性構造層を得る。
【００７１】
溶浸層の誘電率は１．９６であり、屈折率は１．４９４であり、フィルム厚さは約７８００Åであった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によると、構造層の上には溶浸層が存在しないことが分かった。ウエハＲのスタッド抜取強さは６Ｋｐｓｉであった。
【００７２】
シクロヘキサノン洗浄工程を省略したことを除けば、ウエハＲと同様の方法でウエハＳを加工した。このフィルムの誘電率は２．０であった。ＳＥＭ分析によると、厚さ約１５００Åの連続的な非多孔質フィルムがナノ多孔質層上に見られた。ウエハＳのスタッド抜取強さは９Ｋｐｓｉであった。
【００７３】
以上のように、層状ナノ多孔質材料の特定の実施態様および用途を開示した。しかし、当業者には明らかなように、本明細書に記載の本発明の概念から逸脱せずに、すでに開示したもの以外に多くの修正が可能である。したがって、本発明の主題は、添付の請求項の意図以外に制限されるべきではない。さらに、明細書および請求項の解釈においては、すべての用語はその状況に合った方向で可能な限り広く解釈すべきである。特に、用語「含む」「含むこと」は、非排他的に要素、成分、または工程を意味すると解釈すべきであり、言及された要素、成分、または工程は、言及されなかった他の要素、成分、または工程とともに存在したり、利用したり、あるいは併用したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】好ましい実施態様の断面図を示している。
【図２】好ましい実施態様の断面図を示している。
【図３】好ましい実施態様の断面図を示している。
【図４】層状ナノ多孔質誘電性材料の好ましい製造方法のフローチャートを示している。

Claims

基板と近接する第１の層と、
ナノ多孔質であり前記第１の層と近接する第２の層と、
前記第２の層と部分的に近接する追加層と、
を含む層状低誘電率ナノ多孔質材料。
前記低誘電率材料の誘電率が２．５以下である、請求項１に記載の材料。
前記第１の層が連続的な非多孔質ポリマーを実質的に含む、請求項１に記載の材料。
前記ポリマーが有機である、請求項３に記載の材料。
前記ポリマーがポリアリーレンエーテルを含む、請求項４に記載の材料。
前記第１の層が耐火セラミック材料を実質的に含む、請求項１に記載の材料。
前記セラミック材料が、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、および炭化ケイ素からなる群より選択される、請求項６に記載の材料。
前記第１の層がナノ多孔質材料を実質的に含む、請求項１に記載の材料。
前記第１の層がアダマンタン系化合物を実質的に含む、請求項１に記載の材料。
前記第２の層がナノ多孔質ポリマーを実質的に含む、請求項１に記載の材料。
前記ポリマーが、ポリアリーレンエーテルまたはアダマンタン系化合物の少なくとも一方を含む、請求項１０に記載の材料。
前記追加層が有機化合物を含む、請求項１に記載の材料。
前記有機化合物が、ポリアリーレンエーテルまたはアダマンタン系化合物の少なくとも一方を実質的に含む、請求項１２に記載の材料。
前記ナノ多孔質材料が、平均直径１００ｎｍ未満の空隙を有する、請求項１に記載の材料。
前記基板と前記第１の層の間に金属線の層をさらに含む、請求項１に記載の材料。
前記第１の層が連続的である、請求項１５に記載の材料。
前記金属線がアルミニウムまたは銅である、請求項１５に記載の材料。
第１の層を基板上に配置することと、
前記第１の層上に第２の層の少なくとも一部を配置することと、
前記第２の層の材料を処理して前記層中をナノ多孔性にすることと、
前記第２の層上に追加層の少なくとも一部を配置することと、
を含む層状低誘電率ナノ多孔質材料の製造方法。
前記基板がシリコンウエハである、請求項１８に記載の方法。
前記第１の層が、層中でナノ多孔性となるように処理される、請求項１８に記載の方法。
前記低誘電率構造層の誘電率が２．５以下であり、前記第１の層がポリマーを含み、前記第２の層が有機ポリマーを含み、前記追加層が実質的に有機ポリマーを含み、平均直径が１００ｎｍ未満の空隙を有する、請求項１８に記載の方法。
前記低誘電率構造層の誘電率が２．５以下であり、前記第１の層がポリアリーレンエーテルを含み、前記第２の層が、平均直径が１００ｎｍ未満の空隙を有するポリアリーレンエーテルを含み、前記追加層がポリアリーレンエーテルを含む、請求項１８に記載の方法。
前記低誘電率構造層の誘電率が２．５以下であり、前記第１の層がアダマンタン系化合物を含み、前記第２の層が、平均直径が１００ｎｍ未満の空隙を有するポリアリーレンエーテルを含み、前記追加層がポリアリーレンエーテルまたはアダマンタン系化合物の少なくとも一方を含む、請求項１８に記載の方法。
前記低誘電性構造層の誘電率が２．５以下であり、前記第１の層が耐火セラミック材料を含み、前記第２の層が、平均直径が１００ｎｍ未満の空隙を有する有機ポリマーを含み、前記追加層が実質的に有機ポリマーを含む、請求項１８に記載の方法。
前記低誘電性構造層の誘電率が２．５以下であり、前記第１の層が窒化ケイ素を含み、前記第２の層が、平均直径が１００ｎｍ未満の空隙を有するポリアリーレンエーテルを含み、前記追加層がポリアリーレンエーテルまたはアダマンタン系化合物の少なくとも一方を含む、請求項１８に記載の方法。
前記低誘電性構造層の誘電率が２．５以下であり、前記第１の層が窒化ケイ素を含み、前記第２の層が、平均直径が１００ｎｍ未満の空隙を有するアダマンタン系化合物を含み、前記追加層がポリアリーレンエーテルまたはアダマンタン系化合物の少なくとも一方を含む、請求項１８に記載の方法。
前記ナノ多孔性が、前記第２の層中の有機成分から無機成分を浸出させることによって形成される、請求項１８に記載の方法。
前記無機成分がケイ素を含む、請求項２５に記載の方法。
前記無機成分が、コロイダルシリカ、溶融石英、ゾルゲル誘導モノサイズシリカ、シロキサン、およびシルセスキオキサンからなる群より選択される、請求項２６に記載の方法。
前記無機成分がフッ素を含む、請求項２５に記載の方法。
前記無機成分が、ＨＦ、ＣＦ_４、ＮＦ_３、ＣＨ_ｚＦ_４−ｚ、およびＣ_２Ｈ_ｘＦ_ｙからなる群より選択され、式中ｘは０〜５の整数であり、ｘ＋ｙは６であり、ｚは０〜３の整数である、請求項２８に記載の方法
揮発性成分と有機ポリマーとを含有する溶液を前記第２の層上に配置し、少なくとも一部を前記第２の層に溶浸させ、加熱することによって前記揮発性成分を除去し前記ポリマーを硬化させることによって前記追加層が形成される、請求項１８に記載の方法。
前記追加層が、シクロヘキサノンに溶解させたポリアリーレンエーテルの溶液を含む、請求項３０に記載の方法。