JP2005517784A - オルガノシロキサン - Google Patents

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Abstract

本発明は、式(I)：[Y0.01-1.0SiO1.5-2]a[Z0.01-1.0SiO1.5-2]b[H0.01-1.0SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式(I)の15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式(I)の２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式(I)の20パーセント〜80パーセントである｝を少なくとも80重量パーセント含む、オルガノシロキサンを提供する。本発明のオルガノシロキサンは、セラミックバインダー、高温封止剤及びファイバーマトリックスバインダーとして使用することができる。本発明の組成物は、非マイクロエレクトロニクス用途またはマイクロエレクトロニクス用途での他の材料と結合させた時に優れた接着特性を示すという点で接着促進剤としても有用である。本発明の組成物は、エッチストップ、ハードマスク及び誘電体としてマイクロエレクトロニクス用途で使用するのが好ましい。

Description

発明の詳細な説明
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、以下の係属中の出願：a)米国特許出願シリアル番号09/609437、2000年６月30日出願、これは2001年１月23日発行の米国特許第6,177,199号の分割出願である；b)米国特許出願シリアル番号09/609499、2000年６月30日出願、これは2001年４月17日発行の米国特許第6,218,020号の分割出願である；c)米国特許出願シリアル番号09/610567、2000年７月３日出願、これは2001年４月17日発行の米国特許第6,218,497号の分割出願である；d)米国特許出願シリアル番号09/611528、2000年６月30日出願、これは、2000年11月7日発行の米国特許第6,143,855号の分割出願である；及びe)米国特許出願シリアル番号10/078919、2002年２月19日出願(係属中の仮特許出願の米国特許出願シリアル番号60/334169、2001年11月20日出願；米国特許出願シリアル番号60/334172、2001年11月29日出願；及び米国特許出願シリアル番号60/336662、2001年12月３日出願の恩典を請求する)の一部継続出願である。これらは全て、本明細書中、その全体が参照として含まれる。
発明の分野
本発明は、半導体デバイス、特に、低誘電率材料を含む半導体デバイスに関する。
発明の背景
半導体デバイスの性能と速度とを上げる目的で、半導体デバイス製造業者らは、動作減衰量を最小化し、且つ内部連絡の静電結合を低下させつつ、内部連絡の線幅と間隔とを減少させようとしてきた。電力消費とキャパシタンス(静電容量)とを減少させる一つの方法は、内部連絡を隔てる絶縁体、または誘電体の誘電率(「ｋ」ともいう)を小さくすることである。低い誘電率をもつ絶縁材料は特に望ましい。というのも、これらの材料は通常、シグナル伝播をより早くし、キャパシタンスと導体ライン間のクロストークとを小さくし、集積回路を駆動するのに必要な電圧を下げるからである。従って、内部連絡の線幅が狭くなるにつれて、将来的な半導体デバイスに望ましい優れた性能と速度とを得るためには、絶縁材料の誘電率も随伴して減少させなければならない。たとえば、0.13または0.10ミクロン以下の内部連絡の線幅をもつデバイスは、誘電率(k)＜３の絶縁材料を追求する。半導体デバイス製造業者らも、低誘電率を有することに加えて、半導体デバイスの製造の熱サイクル及び加工段階に耐えるのに必要な機械的及び熱安定性を持つ材料を追求している。
典型的なダマシンプロセスにおいて、ラインパターンは、絶縁材料の表面にエッチングされ、このようにしてトレンチが形成する。すなわち、半導体デバイスの特定のレベルまたは層に、水平の電気接続を格納するために作った水平構造に、エレクトロポレーション、無電解メッキまたはスパッタリングによって銅を充填する。銅を表面全体に蒸着させた後、ケミカル・メカニカル・プラナリゼーション(chemical-mechanical planarization：CMP)段階を使用して過剰の銅を除去し、続く加工段階のためにウェハを平坦化する。このプロセスは通常、ビアを形成するために数回繰り返す。すなわち、半導体デバイスに少なくとも二つの金属レベルまたは金属の層の間のトレンチを接続する垂直の電気接続を含むように垂直構造が作られる。
ダマシンプロセスをさらに改良するために、ビア及びライン形成を一つのプロセスに統合することができ、これはデュアルダマシンプロセスと言われる。このデュアルダマシンプロセスでは、ビア誘電層を基板上に固着し、つづいてビア誘電層をパターン化エッチストップ層、すなわち、誘電体のエッチング、または除去を制御する層でコーティングし、これによってエッチストップ層の空隙は、ビア誘電体にエッチングされるビアの位置に対応する。次の段階では、ライン誘電体をエッチストップ層上に蒸着し、順にこれをラインの跡を確定するパターン化ハードマスク層でコーティングする。現行のハードマスク層は、窒化珪素、オキシ窒化珪素(silicon oxynitride)、酸化珪素または、炭化珪素で作られている。以下の段階では、ビア及びライン跡を形成し、これによって、エッチング液がエッチストップ層に到達するまで、ライントレンチがライン誘電体にエッチングされる。エッチストップ層がない位置では、このエッチングプロセスは、ビア誘電体を通ってビアを形成するまで継続する。ダマシンプロセスでは、エッチ化ビア及びライン跡は、(Ta(N)バリヤ層とCu-シード層とを適用した後に)銅で充填し、CMP段階はデュアルダマシンプロセスを完了する。
誘電体エッチングは、今日必要とされている0.13ミクロンのトレンチ幅で制御するのが困難である。従って、エッチストップは、半導体デバイス構造体で重要な役割を果たす。公知のハードマスクとエッチストップ材料の欠点は、これらの誘電率(k-値)が比較的高いということである。たとえば、SiN、SiON、SiO2及びSiCなどの典型的なハードマスク及びエッチストップ材料は、少なくとも約4.0の望ましくない高い誘電率をもち、化学蒸着(CVD)によって適用される。ウォータールー(J.J.Waeterloos)らの"Integration of a Low Permittivity Spin-on Embedded Hardmask for Cu/SiLK Resin Dual Damascene"、IEEE 2001年のInternational Interconnect Technology Conference会報、60〜62頁(2001年６月４〜６日)は、低ｋスピンオン・オルガノシロキサンフィルムは、先行する公知のエッチストップ材料に取ってかわって効果的にｋ値を下げることを教示し、この文献は、このオルガノシロキサンフィルムが3.2のｋ値を有すると報告しているが、使用したオルガノシロキサンについての詳細は何も開示していない。
米国特許第4,626,556号は、フォトレジスト材料の代替品として、これらに結合した必要なアルキル及びアルケニル側基と、場合によりこれらに結合したアリール基と水素側基とをもつオルガノシルセスキオキサンを教示する。米国特許第4,626,556号は、そのオルガノシルセスキオキサンが、エッチストップやハードマスクとして機能し得るとは教示していない。以下の比較例Ａにおいて、本出願人は、米国特許第4,626,556号の必要な最小の少なくとも50%のメチル基を持つオルガノシルセスキオキサンを製造したが、この材料は公知の誘電材料を湿潤せず、エッチストップとしては有用ではなかった。米国特許第4,626,556号は、そのオルガノシルセスキオキサンフィルムが低い誘電率をもつと教示しているが、米国特許第4,626,556号は、全く誘電率の値については報告していない。しかしながら当業者に公知の如く、シラノールは望ましくない誘電率となり、米国特許第4,626,556号のオルガノシルセスキオキサンの透過FTIRプロットは、シラノール(3400-3700/cm)が存在していることを示している。また、米国特許第4,626,556号は、好ましい態様において、光活性化された架橋剤の存在を教示しており、当業者に公知の如く、これらの材料は高い誘電率をもつ。また米国特許第4,626,556号は、存在するアルキル基の量が多ければ多いほど耐熱性が高くなるため、その側鎖の少なくとも50%がアルキル基であると教示している。米国特許第4,626,556号の実施例13と14は、そのオルガノシルセスキオキサンを２インチの厚さのシリコーンウェハに適用し、そこに１ミクロン薄いフィルムを形成させた；次いでこのフィルムを250℃で２時間、350℃で１時間、次いで450℃で30分間加熱し、熱重量分析にかけたが、600℃まで重量減は観察されなかったと教示している。シリコーンウェハ重量が、報告された「重量減なし」に含まれていたかどうかは明確ではない。今日の半導体製造業者らには、フィルム単独であってウェハ上にはない、より厳格なTGA試験が必要である。この現在のより厳格なTGA試験は、200℃に加熱及び保持し(重量減は、如何に十分に材料が乾燥しているかを示す)、430℃で90分間保持し、(重量減は、低温ベーキングから高温硬化までの収縮に関する最も悪い場合のシナリオを示す)、そして450℃で加熱する(重量損失は熱安定性を示す)。かくして、米国特許第4,626,556号のオルガノシルセスキオキサンは、今日の半導体製造業者らに必要な湿潤特性も、低誘電率も、熱安定性ももたない。
1999年、AlliedSignal社、現在のHoneywell International Inc.は、約80%のメチル基と20%の水素基とをもつオルガノシロキサンを含むHOSP(登録商標)を発表した。2001年７月５日に発行された米国特許公報第2001/006848A1号は、AlliedSignal社のHOSP(商標)製品がハードマスクとして有用であると教示している。意外にも、以下の比較例Aで報告するように、この製品は有機誘電体に対して許容可能な湿潤特性をもっていない。
同一出願人による米国特許第5,973,095号；同第6,020,410号；同第6,043,330号；同第6,177,143号；及び同第6,287,477号は、式：(H0.4-1.0SiO1.5-1.8)n(R0.4-1.0SiO1.5-1.8)m｛式中、Rはアルキル基、アリール基及びそれらの混合物である｝のオルガノヒドリドシロキサン樹脂を教示する。同一出願人による米国特許第6,015,457号も参照されたい。残念なことに、以下の比較例Bに報告するように、現行の厳格なTGA試験にかけた50%フェニル基と50%水素とを含む組成物は、１時間当たり1.0パーセントの重量減を示した。
かくして、半導体業界には、a)より低い誘電率をもつ組成物；b)熱安定性、ガラス転移温度(Tg)及び硬度などの優れた機械的特性を備えた組成物；c)ウェハまたは層状材料に溶媒和及びスピンオン可能な組成物；並びにd)ハードマスクまたはエッチストップとして機能することが十分に可能で且つ誘電材料を湿潤し得る組成物を提供する必要性が存在する。
発明の概要
当業界におけるこの必要性に答えて、本発明は、式I：[Y0.01-1.0SiO1.5-2]a[Z0.01-1.0SiO1.5-2]b[H0.01-1.0SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式Iの15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式Iの２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式Iの20パーセント〜80パーセントである｝を少なくとも80重量パーセント含む、オルガノシロキサンを提供する。公知の誘電材料を湿潤させない米国特許第4,626,556号に教示されたものと似たアルキル含有材料とは異なり、本発明の組成物は、以下の本発明の実施例で報告するように誘電材料を湿潤し、かくしてエッチストップとして都合よく使用することができる。そのオルガノシルセスキオキサンが耐熱性のためにアルキル基の存在を必要とし、且つアリール基の存在を必要としないと教示している米国特許第4,626, 556号の教示とは対照的に、本出願人は、アリール基の存在を必要とするが、アルキル基の存在は必要としない本発明の組成物は、以下に報告するTGAの結果によって明白に示されるように優れた熱安定性を示すことを知見した。本発明の組成物は、好ましくは3.2未満の誘電率ももつ。本発明の組成物のもう一つの好都合な点は、架橋温度が低いということである。本発明の組成物は、他の単位が本発明の組成物の望ましい特性を損なわない限り、20重量パーセント以下の他の単位を含むことができる。
もう一つの態様において、本発明は、式I：[Y0.01-1.0SiO1.5-2]a[Z0.01-1.0SiO1.5-2]b[H0.01-1.0SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式Iの15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式Iの２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式Iの20パーセント〜80パーセントである｝のオルガノシロキサンを含み、且つシラノールを実質的に含まず、且つ3.2未満の誘電率であるスピンオン・エッチストップを提供する。このエッチストップは誘電材料を好都合に湿潤し、誘電材料に対して良好な接着性を有し、優れた熱安定性を備え、且つ架橋温度が低い。
もう一つの態様において、本発明は、アルケニル基と熱安定性をもつオルガノシロキサンを提供する。
発明の詳細な説明
本明細書中で使用する「実質的にシラノールを含まない：substantially no silanol」なる用語は、米国特許第4,626,556号により教示されたFTIRのシラノールピークによって明白に示されたようなシラノールの存在を排除するものとする。
本明細書中で使用する「オルガノシロキサン」なる用語は、Siと炭素とを含有する化合物を意味し、オルガノシルセスキオキサンが挙げられ、米国特許第4,626,556号により教示された光活性化された架橋剤の存在を排除するものとする。
本明細書中で使用する「熱安定性」なる用語は、450℃における重量損失が0.5パーセント未満であることを意味する。
予想されたポリマーは、交互に珪素原子と酸素原子とを包含するポリマー幹を含む。上記式Ｉにおいて、Yはフェニル、ベンジル、置換フェニル、ナフチル、アントリル、及びフェナントリルであるのが好ましい。上記式Ｉにおいて、Ｚはビニル、置換ビニル、ビニルエーテル、アクリレート、及びメタクリレートであるのが好ましい。上記式Ｉにおいて、ａは式Ｉの30パーセント〜70パーセントであり、且つｂは式Ｉの10パーセント〜40パーセントであるのが好ましい。
本発明のポリマーは、幹の珪素原子に本質的に結合しなかったヒドロキシルまたはアルコキシ基を任意に用いて製造することができる。上記の幹の酸素原子に加えて、それぞれの珪素原子は式Ｉに定義されるように水素原子及び／またはＹ基またはＺ基だけに結合しているのが好ましい。ポリマーの幹の珪素原子に直接水素及び／またはＹ及びＺ基だけを付けることによって、望ましくない鎖の延長形成や架橋が回避される。そして、中でも、望ましくない鎖の延長化や架橋が本発明の樹脂で回避されるならば、これらの樹脂溶液の貯蔵安定性は公知のオルガノシロキサン樹脂と比較して高められる。さらに、珪素-炭素結合は、珪素-水素結合よりも反応性が低いので、本明細書で記載するオルガノシロキサン樹脂溶液の貯蔵安定性は、公知のヒドリドシロキサン樹脂と比較して高められる。本発明のオルガノシロキサンは、約1,000〜約100,000の分子量を有するのが好ましい。
好ましい態様において、ポリマー幹のコンフォメーションはかご型であると考えられているが、確認されていない。従って、かご型コンフォメーションであれば、ポリマー樹脂には非常に少ないレベルの反応性末端部しかない。ポリマー幹のかご型コンフォメーションは、溶液中で不都合な鎖延長形成重合を確実に起こすこともないので、貯蔵安定性が長くなる。ポリマーのそれぞれの珪素原子は、少なくとも３個の酸素原子に結合する。ポリマー幹に結合した部分としては、本明細書中に記載した水素と有機基が挙げられる。
本発明のオルガノシロキサン組成物は、触媒を使用する二相溶媒系で製造することができる。出発物質としては、トリクロロシランと、アルケニルまたはアリール置換トリクロロシランを含むオルガノトリクロロシランとの組み合わせを包含する。トリクロロシランとオルガノトリクロロシランの相対比は、ポリマー中の炭素含有置換基のモルパーセントを決定する。一例として、方法は以下のごときである。ヒドリドトリハロシランと有機置換トリハロシラン(たとえばトリクロロシランとアルケニルまたはアリールトリクロロシラン)の溶液を混合して、混合物を準備する。この混合物を、非極性溶媒と極性溶媒とを含む二相溶媒(dual phase solvent)と混合して、二相反応混合物を準備する。シラン/溶媒反応混合物に、固相触媒を添加する。シランを反応させて、オルガノヒドリドシロキサンを形成させる。二相溶媒系の有機部分からオルガノシロキサンを回収する。追加の段階としては、回収したオルガノシロキサンを洗浄して全ての未反応モノマーを除去し、次いでオルガノシロキサン生成物を分画して、分子量に従って生成物を分類することが挙げられる。
相転移触媒として使用する触媒は、たとえば塩化テトラブチルアンモニウム及び塩化ベンジルトリメチルアンモニウムなどを使用することができる。この相転移触媒を反応混合物に導入し、所望の重合度まで反応を進行させる。
連続相の非極性溶媒と極性溶媒とを含む二相溶媒系を使用することができる。非極性溶媒としては、任意の好適なアルキル、アルケニル若しくはアリール化合物、または任意の若しくはそのような全ての好適な化合物の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。本明細書における「好適な(suitable)」なる操作的定義としては、１）モノマー性珪素化合物を可溶化する、２）樹脂生成物を可溶化する、３）溶媒中における樹脂生成物の安定性、及び４）不都合な反応生成物の非溶解性の機能的な特徴が挙げられる。
考えられる溶媒としては、所望の温度、たとえば臨界温度で気化する、任意の好適な純粋な有機、有機金属若しくは無機分子またはその混合物が挙げられる。溶媒は、極性化合物と非極性化合物の任意の好適な純粋なものまたはその混合物も含むことができる。好ましい態様では、溶媒は、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、トルエン、エーテル類、シクロヘキサノン、ブチロラクトン、メチルエチルケトン及びアニソールを含む。本明細書中で使用するように、「純粋な(pure)」なる用語は、一定の組成をもつ成分を意味する。たとえば、純粋な水は、H2Oだけから構成されている。本明細書中で使用するように、「混合物」なる用語は、純粋でない成分、塩水(salt water)を含むことを意味する。本明細書中で使用するように、「極性の」なる用語は、分子または化合物の一点またはこれに沿って、一様でない電荷(unequal charge)、部分的な電荷または自然発生的な電荷分布を作る分子または化合物の特性を意味する。本明細書中で使用するように、「非極性の」なる用語は、分子または化合物の一点またはこれに沿って、一様な電荷(equal charge)、部分的な電荷または自然発生的な電荷分布を作る分子または化合物の特性を意味する。特に好ましい溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ハロゲン化溶媒、たとえば四塩化炭素、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
第二の溶媒相は、有機の非極性溶媒と非混和性の極性相であり、水、アルコール類及び、アルコールと水との混合物が挙げられる。アルコールは、非極性相にはまだ可溶性でなく、且つ本来は、実質的に水性相では不安定である反応中間体を可溶性にするだろうと考えられている。しかしながら、含まれるアルコール量は、約400AMUより高い分子量をもつ生成物ポリマーを有意に溶解するほど 多くない。
極性相で使用するのに好適なアルコール類及び他の極性溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、グリセロール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジグリム、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。一態様において、極性溶媒としては、水/アルコール混合物が挙げられ、ここで水は、アルコールに不溶性のイオン性不純物を優先的に可溶化させ、及び／またはアルコールに溶解するかもしれない生成物の化合物の溶媒抽出を防止するのに十分な量で存在する。極性溶媒相は、好都合には、塩酸(HCl)縮合生成物及び存在し得る全ての金属塩または他のイオン性汚染物質を保持する。全てのイオン性汚染物質がこの極性溶媒相に保持されるので、本発明のオルガノシロキサン生成物は高純度であり、本質的に金属汚染物質を含まない。
本明細書で開示する方法のもう一つの態様では、固相触媒及び／またはイオン交換樹脂、たとえばAmberjet 4200またはAmberlite I-6766イオン交換樹脂(いずれも、Rohm and Haas Company，フィラデルフィア、ペンシルバニア州より市販)は、表面がトリハロシラン及びオルガノ-トリハロシランモノマーの本発明の組成物への重合を触媒する。Amberjet 4200は、塩化物イオンをベースとする塩基性アニオン交換樹脂である。Amberlite I-6766も、塩基性アニオン交換樹脂である。たとえば、これらに限定されるものではないが、ポリマー鎖の生長反応は、モノマーのSi-Clの結合Si-OHへの加水分解、続いてもう一つのSi-OHとの縮合によってSi-O-Siを与えてポリマー鎖を伸張することによって、触媒表面で起きるものと考えられている。他の態様では、重合は、塩化テトラブチルアンモニウムなどの相転移触媒で触媒する。
次いで、得られたシロキサン/溶媒溶液を、当業界で公知の濾過装置のどれによっても周囲条件下で濾過する。通常、約１ m未満の孔径をもつ濾過装置を使用するのが好ましい。典型的な濾過プロセスでは、約0.1 mの孔径を使用する。
ユーティリティ：本発明のオルガノシロキサンは、接着促進剤、消泡剤、洗剤、難燃剤、顔料、可塑剤、安定剤、縦皺変性剤(striation modifiers)、及び界面活性剤などの追加の成分も含むことができる。
本発明のオルガノシロキサンは、セラミックバインダー、高温封止剤及びファイバーマトリックスバインダーとして使用することができる。本発明の組成物は、非-マイクロエレトロニクス用途またはマイクロエレトロニクス用途において他の材料と結合させる際に優れた接着特性を示すという点で、接着促進剤としても有用である。マイクロエレクトロニクス用途では、本発明の組成物は、ナノポーラス(nanoporous)誘電体、かご型誘電体材料、反射防止コーティング、フォトレジスト材料、相似誘電体(conformal dielectric materials)、基板、浸透層(infiltration layers)、コーティングなどの慣用の層状材料及びそれほど慣用でない層状材料、並びに層状スタック、電子部品または半導体の製造に使用する他の層状または充填材料と結合させることができる。
好ましくは、本発明の組成物は、エッチストップ、ハードマスク及び誘電体としてマイクロエレクトロニクス用途で使用する。本発明の組成物の層またはフィルムは、噴霧、圧延、浸漬、スピンコーティング、フローコーティング、化学蒸着（CVD）、またはキャスティングなどの溶液法により形成することができるが、マイクロエレクトロニクスに関してはスピンコーティングが好ましい。
化学蒸着(CVD)に関しては、本発明の組成物をCVD装置に設置し、気化させ、次いでコーティングすべき基板を含む蒸着チャンバ内に導入する。気化は、その蒸発点を超えて組成物を加熱することにより、真空を使用することにより、または上記の組み合わせによって実施することができる。通常、気化は、大気圧下で50℃〜300℃の範囲または、真空下で低い温度(室温近く)で実施する。
三種類のCVDプロセスがある：大気圧CVD(atmospheric pressure CVD：APCVD)、低圧CVD(LPCVD)、及びプラズマ強化CVD(plasma enhanced CVD：PECVD)。これらのアプローチはそれぞれ好都合な点と不都合な点とを有していた。APCVD装置は、約400℃の温度で大量輸送制限反応モード(a mass transport limited reaction mode)で操作する。大量輸送制限蒸着では、蒸着チャンバの温度制御は他の方法よりもそれほど重要ではない。というのも、大量輸送プロセスは温度に対してほんの弱くしか依存しないからである。反応体の到着速度(arrival rate)はバルクガス中のその濃度に正比例するので、ウェハに隣接するバルクガス中の反応体を均一濃度に保持することが重要である。かくして、ウェハにわたって均一な厚さのフィルムにするためには、大量輸送制限レジメで操作された反応体は、全てのウェハ表面に等しい反応体の融剤(flux)を提供するように設計しなくてはならない。最も広く使用されるAPCVD反応器のデザインでは、ウェハを水平に配置し、次いで気体ストリーム下で移動させることによって、反応体を均一に供給している。
APCVD反応器とは対照的に、LPCVD反応器は、反応速度制限モード(reaction rate-limited mode)で操作する。反応速度制限下で実施されるプロセスでは、プロセスの温度は重要な因子である。反応器内にくまなく均一な蒸着を維持するためには、反応器温度は反応器内及び全てのウェハ表面で均一でなければならない。反応速度制限条件下では、蒸着された種が表面に到着する速度は、一定の温度ほど重要ではない。かくして、LPCVD反応器は、ウェハ表面の全ての位置に対して反応体の一定の融剤を供給すべく設計する必要はない。
たとえば、中程度の真空(30〜250Paまたは0.25〜2.0トール)及び高温(550〜600℃)で操作するようなLPCVD反応器の低圧下では、蒸着された種の拡散率(diffusivity)は、大気圧のときの拡散率よりもおよそ1000倍に増加する。増加した拡散率は、反応体が拡散しなければならない距離が、圧力の平方根未満だけ増加するという事実によって一部相殺される。正味の効果は、基板表面に対する反応体及び基板表面からの副生成物の輸送には、ワンオーダーを超える増加があるということである。
LPCVD反応器は、二つの主な形状で設計される：(a)水平管反応器(horizontal tube reactor)及び(b)垂直フロー等温反応器(vertical flow isothermal reactor)。水平管、ホットウォール(hot wall)反応器は、VLSI処理で最も広く使用されるLPCVD反応器である。これらは、ポリ-Si、窒化珪素、並びに非ドープ化及びドープ化SiO2フィルムを蒸着するために使用される。これらは、主にその優れた経済性、処理量、均一性及び、たとえば150mmウェハなどの大きな直径に対応する能力のため、そのような広い適用性が知見されている。
垂直フロー等温LPCVD反応器はさらに、ウェハがそれぞれ新しい反応体を等しく供給されるように、分布ガス供給法(distributed gas feed technique)に拡大適用する。ウェハは並べて再び積み上げるが、穿孔した石英かご(perforated-quartz cage)に配置される。かごは、それぞれの反応体ガス毎に一つの管ごとに、長い、穿孔した石英ガスインジェクタ管の真下に配置される。ガスはインジェクター管から垂直に、かごの穿孔を通って、ウェハを過ぎて、ウェハ表面に平行に且つかごの下の排気口に流れる。かご穿孔のサイズ、数及び位置は、ウェハ表面への反応体ガスの流れを制御するように使用する。かごの穿孔デザインを正しく最適化することにより、ウェハはそれぞれ、垂直に隣接するインジェクター管から等しい量の新しい反応体の供給を受けることができる。かくして、このデザインにより、端部供給材料管反応器のウェハ−ウェハ反応体減少作用を避け、温度傾斜の必要なく、非常に均一な蒸着を生み出し、且つ微粒子の汚染物質が低くすることができるという。
第三の主なCVD蒸着法は、PECVDである。この方法は、圧力レジメにより分類されるだけでなく、エネルギー入力法によっても分類される。化学反応を開始し且つ保持する熱エネルギーに単に依存するのではなく、PECVDは、反応体ガスへエネルギーを転送するためにrf-誘発グロー放電を使用して、APCVDまたはLPCVDのプロセスよりも基板が低温で保持されるようにする。低い基板温度はPECVDの主な好都合な点であり、他の方法によってコーティングを受けるのに十分な熱安定性をもたない基板にもフィルムを蒸着できる。PECVDは、熱反応を使用して達成されるものよりも付着速度も促進させることができる。さらに、PECVDは、特徴的な組成及び特性をもつフィルムを製造することができる。優れた接着性、低いピンホール密度、優れたステップカバレージ(step coverage)、好適な電気特性、及び微細なラインパターン移動プロセスとの適合性などの所望の特性が、VLSIでのこれらのフィルムの適用に結びついた。
PECVDでは、rf電力密度、周波数及び負荷サイクルを含む幾つかの蒸着パラメーターを制御且つ最適化しなければならない。この蒸着プロセスは、これらのパラメーター、並びに、気体組成、流速、温度及び圧力の通常のパラメーターにも複雑且つ相互依存的に依存する。さらに、LPCVDと同様に、PECVD法は、表面反応制限性であり、かくして均一なフィルム厚さを確保するためには、適当な基板温度管理が必要である。
CVD系は通常、以下の成分：気体供給源、気体供給ライン、系に気体を計量するためのマス-フローコントローラー、反応チャンバまたは反応器、蒸着すべきフィルムが置かれるウェハを加熱したり、系のタイプによっては、他の手段により追加のエネルギーを加えたりするための方法、並びに温度センサを含む。LPCVD及びPECVD系は、減圧するため、及びチャンバからガスを排気するためのポンプも含む。
本発明の組成物のそのような溶液で使用するのに好適な溶媒としては、所望の温度で気化する任意の好適な、有機、有機金属または無機分子の純粋なものまたはそれらの混合物が挙げられる。好適な溶媒としては、非プロトン性溶媒、たとえば環式ケトン類、たとえばシクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン及びシクロオクタノン；環式アミド類、たとえばN-アルキルピロリジノン(ここでアルキルは炭素原子約１〜４個を有する)；及びN-シクロヘキシルピロリジノン並びにこれらの混合物が挙げられる。広範な種類の他の有機溶媒がコーティング溶液として得られた溶液の粘度を効果的に制御する限りは、これらの他の有機的な溶剤を本明細書中で使用することができる。撹拌及び／または加熱などの種々の促進手段を使用して、溶解させ易くすることができる。他の好適な溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジブチルエーテル、環式ジメチルポリシロキサン、ブチロラクトン、γ-ブチロラクトン、2-ヘプタノン、エチル3-エトキシプロピオネート、ポリエチレングリコール[ジ]メチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、アニソール並びに炭化水素溶媒、メシチレン、キシレン類、ベンゼン及びトルエンが挙げられる。好ましい溶媒はシクロヘキサノンである。
通常、層の厚さは0.001〜約15ミクロンである。マイクロエレクトロニクスにおいては、層の厚さは通常、２ミクロン未満である。本組成物に添加する溶媒の量は、少なくとも約70重量パーセントである。
本発明の組成物は、単一の集積回路(IC)チップと関連する内部連絡での中間層誘電体として使用することができる。通常、集積回路チップは、その表面に本発明の組成物の多数の層と、金属導体の複数の層とを有するだろう。また、集積回路の同一層またはレベル内の導体の領域または別々の金属導体の間に本発明の組成物の領域を含めることもできる。
本発明のポリマーをICに適用することにおいて、本発明の組成物の溶液を慣用のウェットコーティングプロセス、たとえばスピンコーティングなどを使用して半導体ウェハに適用する；他の公知のコーティング方法、たとえばスプレーコーティング、フローコーティング、または浸漬コーティングも特定の場合に使用することができる。スピンコーティングプロセスでは、上記のごとき方法で製造したオルガノシロキサン樹脂溶液を、ウェハの中心またはその付近に分配する。態様によっては、ウェハは分配サイクルの間に静止したままであろうし、態様によっては、ウェハは、通常、少なくとも約200回転/分(rpm)の比較的低速で回転またはスピンするだろう。場合により、分配サイクルは短い休み時間へ続き、次いで、以後シックネス・スピン(thickness spin)という追加のスピンをすることができる。通常、約500〜3000rpmであるが、必要に応じて他のスピン速度も使用することができる。説明図の如く、本発明の組成物のシクロヘキサノン溶液を、その中に導電成分をもつ基板にスピンコーティングし、次いでコーティング済み基板を熱処理にかける。本発明の組成物は、サブストラクティブ・メタル(substractive metal)(たとえばアルミニウム及びアルミニウム/タングステン)処理及びデュアルダマシン(たとえば銅)処理で使用することができる。本発明の組成物の例示的な配合物は、非金属ライニングをもつ全ての慣用の装置での痕跡量の金属の汚染を防ぐために、クリーン・ハンドリング・プロトコルを厳守した周囲条件下で、シクロヘキサノン溶媒中に本発明の組成物を溶解することにより製造する。得られた溶液は、総溶液重量をベースとして、本発明の組成物を好ましくは約0.02〜約50重量パーセントと、溶媒約50〜約99.98重量パーセントを含み、より好ましくは、本発明の組成物を約0.10〜約30重量パーセントと、溶媒約70〜約99.9重量パーセントを含む。
本発明の使用の実例は以下の通りである。本発明の組成物の溶媒溶液を、組成物をベースとして約0.05〜約30重量パーセント(%)の量で準備する。平面的なまたは立体的な表面または基板上への本発明の組成物の適用は、任意の慣用の装置、好ましくはスピンコーターを使用して実施することができる。というのも、本明細書中で使用する組成物は、そのようなコーターに適した制御された粘度を有するためである。任意の好適な手段(たとえば、スピンコーティングの間の簡単な風乾)により、周囲条件に暴露することにより、またはホットプレート若しくは複数のホットプレート上で350℃以下に加熱することにより、溶媒を完全に蒸発させることができる。この基板は、その上に本発明の組成物の少なくとも一つの層を有する。高温、すなわち300℃を超えるホットプレートまたは炉によってさらに硬化を実施することができる。炉またはホットプレート硬化に加えて、本発明の組成物は、本明細書中、その全体が参照として含まれる、同一出願人による公開特許、PCT/US96/08678号；PCT/US00/28689(PCT国際公開第WO01/29052号)；及びPCT/US00/28738(PCT国際公開第WO01/29141号)；並びに米国特許第6,042,994号；同第6,080,526号；同第6,177,143号；及び同第6,235,353号により教示されるような、紫外線、マイクロ波、または電子ビームに暴露することによっても硬化させることができる。本発明の組成物は、紫外線、マイクロ波、または電子ビームに暴露して、特定の望ましいフィルム特性を達成することもできる。
本発明の組成物を電子立体的基板に適用した後、コーティング済み構造体を約50℃〜約450℃の範囲に温度を上昇させてベーキング及び硬化熱プロセスにかけて、コーティングを重合する。好ましい硬化温度は少なくとも約150℃である。通常、硬化は約350℃〜約425℃の温度で実施するのが好ましい。硬化は電気炉、ホットプレートなどの慣用の硬化チャンバ内で実施することができ、通常、硬化チャンバ内で、不活性(非酸化性)雰囲気(窒素)中で実施する。任意の非酸化性または還元性雰囲気(たとえば、アルゴン、ヘリウム、水素、及び窒素処理ガス)を本発明の実施で使用することができる。本発明の組成物の一つの好都合な点は、以下の実施例に示されるように、硬化中の重量損失が最小であるという点である。
既に記載の如く、本発明のコーティングは、中間層(interlayer)として機能することができ、他の有機または無機コーティング、たとえば、他の誘電体(SiO2)コーティング、SiO2変性セラミックオキシド層、珪素含有コーティング、珪素炭素含有コーティング(silicon nitrogen containing coating)、珪素-窒素-炭素含有コーティング、ダイヤモンド様炭素コーティング、窒化チタンコーティング、窒化タンタルコーティング、窒化タングステンコーティング、アルミニウムコーティング、銅コーティング、タンタルコーティング、オルガノシロキサンコーティング、オルガノシリコンガラスコーティング、及びフッ素化シリコンガラスコーティングの上部にあるか、またはこれらにより覆うことができる。そのような多層コーティングは、本明細書中、参照として含まれる米国特許第4,973,526号に教示されている。さらに十分に説明されているように、本発明のプロセスで製造した本発明の組成物は、できあがった電子基板または半導体基板上の隣接する導体路の間に挿入された誘電層として容易に形成することができる。
本発明の組成物のフィルムを含む半導体デバイスは、通常、第一のフィルムに隣接する第二のフィルムを有する。この第二のフィルムは、無機または有機材料であってもよい。好ましい有機材料は、芳香族または脂肪族炭化水素であり、より好ましくはアダマンタンまたはジアマンタンベースの材料を使用する。第二のフィルム用の有用な材料の例としては、2000年６月２日発行のPCT国際出願国際公開第WO00/31183号及び本出願人の係属中の特許出願、2001年10月17日出願のシリアル番号PCT/US01/22204号；2001年12月31日出願のPCT/US01/50182号；2002年１月８日出願の同第60/347195号；2002年５月30日出願の同第60/384,303号；2002年５月30日出願の同第10/160,773号に転換した2002年１月15日出願の同第60/350187号；2002年５月30日出願の同第10/158,548号；及び2002年５月30日出願の同第10/158,513号；同一出願人による米国特許第6,126,733号；同第5,115,082号；同第5,986,045号；及び同第6,143,855号並びに、2001年４月26日発行のPCT国際出願国際公開第WO02/29052号；及び2001年４月26日発行の同第WO01/29141号に開示のものが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の組成物は、好ましくは3.2未満の誘電率をもち、より好ましくは約2.5から3.2未満の誘電率をもつ。
本発明の組成物は、本明細書中、その全体が参照として含まれる、トーマス(Michael E．Thomas)の"Spin-On Stacked Films for Low Keff Dielectrics"，Solid State Technology(2001年７月)により教示される所望の全てスピンオン・スタックフィルムで使用することができる。
分析試験法：
誘電率：誘電率は、硬化層上にアルミニウムの薄いフィルムをコーティングし、次いで１MHzでキャパシタンス−電圧測定を実施し、層の厚さをベースとしてｋ値を計算することにより決定した。
収縮/膨張：フィルム収縮または膨張は、プロセスの前後でフィルムの厚さを測定することにより計った。収縮は、元のフィルム厚さのパーセントで表した。フィルムの厚さが減少した場合には、収縮は正であった。実際の厚さの測定は、J.A.Woollam M-88分光偏光解析器を使用して光学的に実施した。Cauchyモデルを使用して、プサイとデルタに関して最も合う値を計算した(偏光解析法に関する詳細は、たとえば、"Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry"、H.G.Thompkins及びWilliam A.McGahan，John Wiley and Sons,Inc.,1999年に知見することができる)。
屈折率：屈折率の測定は、J.A.Woollam M-88分光偏光解析器を使用して厚さ測定と一緒に実施した。Cauchyモデルを使用して、プサイとデルタに最も合う値を計算した。他に記載しないかぎり、屈折率は633nmにおける波長で報告した(偏光解析法に関する詳細は、たとえば、"Spesctoscopic Ellipsometry and Reflectometry"、H.G.Thompkins及びWilliam A.McGahan，John Wiley and Sons,Inc.,1999年に知見することができる。
FTIR分析：FTIRスペクトルは、透過モードでNicolet Magna 550 FTIR分光器を使用してとった。基板のバックグラウンドスペクトルは、非コーティング化基板でとった。フィルムのスペクトルは、バックグラウンドとして基板を使用してとった。次いでフィルムのスペクトルを、ピーク位置及び強度における変化に関して分析した。結果は吸光度モードで報告する。
等温重量分析（ITGA）重量損失：総重量損失は、TA Instruments熱分析コントローラーと関連するソフトウェアとを組み合わせて使用するTA Instruments 2950 熱重量測定分析器(Thermogravimetric Analyzer：TGA)で測定した。Platinel II熱電対及び、25℃〜1000℃の温度範囲の標準炉と、0.1℃〜100℃/分の加熱速度を使用した。少量のサンプル(7〜12mg)をTGA秤で秤量し(分解能：0.1μg，精度〜±0.1%)、プラチナパン上で加熱した。サンプルを窒素下で、100ml/分のパージ速度(60ml/分で炉に入り、40ml/分で秤に入る)で加熱した。
テープ試験；テープ試験は、ASTM D3359-95のガイドラインに従って実施した。以下に従って、誘電層に格子をひいた。テープ試験は、以下のようにして作った格子にわたって実施した：(1)一片の接着テープ、好ましくはScotch製#3m600-1/2×1296を本発明の層に設置し、しっかりと押しつけてよく接触するようにして；次いで(2)層の表面に対して180゜の角度で迅速且つ一様に引き剥がした。層がウェハ上に無傷で残る場合には、サンプルは合格とみなし、フィルムの一部または全体がテープと共に剥がれる場合には、サンプルは不合格とみなした。
粒子計数：フィルムの粒子計数は、KLA 6420 Surfscanで測定した。製品のフィルム厚さに合うフィルム厚さの酸化物の処方を使用した。処方は、最も低いサイズの閾値が0.2ミクロンであるように設定した。報告された粒子数は、サイズ閾値を超えて検出された粒子の総数である。
カンデラフィルム：ウェハはCandela OSAで分析し、測定では5000rpmでスピンした。データは、50ミクロンのトラック間隔と１トラック当たり16Kのデータ点で、S鏡面獲得モード(S-specular acquisition mode)を使用して得た。得られた画像は、欠陥に関してさらに視覚的に詳細に調べた。定量分析は実施しなかった。
接触角：接触角測定は、ウェハ/誘電体/本発明の製品/誘電体スタックを作るために、本発明の製品上で誘電体溶液の接触角を測定するために実施した。ASC Products製のVCA2500 Video Contact Angle Systemを使用して、測定を実施した。測定の準備では、ウェハを第一の誘電層で、次いで本発明の製品層でコーティングした。測定に関しては、上部層として配置すべきであった誘電体溶液の液滴を本発明の製品の表面に接触させた。液滴の容積は0.8マイクロリットルに設定した。液滴が表面上に形成した時間から始まって、次の3.5秒間でビデオ画像を記録した。次いで接触角測定ソフトウェアを使用して、記録したビデオ画像で接触角を測定した。５回の測定の平均を報告する。
比較例A
炭素原子４個未満をもつアルキル基60〜80%と水素20〜40%とをもつオルガノシルセスキオキサンは、2002年１月15日出願の同一出願人による係属中の特許出願、米国特許シリアル番号第60/350187号の有機誘電体でデウェッティング(dewetting)性であったか、または殆ど濡れなかった。そのようなオルガノシロキサン類は、米国特許第4,626,556号により教示された少なくとも50%のメチル基の必要最小値を有しており、上記有機誘電体との接触角は15〜39゜であった。そのようなオルガノシロキサン類には、約80%メチル基と20%水素基とを含むHoneywell HOSP(登録商標)も含んでいたが、上記有機誘電体とHOSP(登録商標)との接触角は35゜であった。
比較例B：
図１は、66%フェニルと34%メチルとを有するオルガノシロキサンを含むHoneywell Accuglass(登録商標)720製品のTGAの結果を示す。プログラムは、(a)200℃に傾斜させ、200℃に15分間保持し、(b)次いで、430℃に傾斜させ、430℃で90分間保持し、次いで(c)200℃〜450℃に傾斜し、450℃で30分間保持するサイクルを２サイクルであった。TGAをベースとして、重量損失は1.9パーセント/時間であった。
AlliedSignal社のHOSP(商標)製品便覧(98年11月と99年２月)は、HOSP(商標)ポリマーは550℃まで熱安定であり、Honeywell社の"Integration of HOSP(登録商標) in Cu-Damascene Interconnect"，IITC 2000年は、HOSP(登録商標)ポリマーが＞450℃のTDMS安定性を有すると教示する。しかしながら、本出願人がメチル基80%と水素20%とをもつオルガノシロキサンを含むHOSP(登録商標)ポリマーを現行のより厳しいTGA試験にかけると、その重量損失は、図２に示すように0.56パーセント/時間であった。
本出願人は、同一出願による米国特許第5,973,095号；同第6,020,410号；同第6,043,330号；同第6,177,143号及び同第6,287,477号により網羅されたフェニル基50%と水素50%とを有するオルガノシロキサンも製造した。図３は、この製品に関するTGA試験結果を示す。このTGAをベースとして、重量損失は、1.0パーセント/時間であった。
実施例１〜１４：
実施例１及び３に関しては、反応器は35℃以下に温めた。以下のもの：トルエン(900ミリリットル)、水中10%ｔ-BACI(24.0グラム)、脱イオン水(23.4グラム)及びエタノール(8.0グラム)を撹拌しながら反応器に加えた。別に、フェニルトリクロロシラン(81.0グラム)、ビニルトリクロロシラン(61.8グラム)及びトリクロロシラン(69.1グラム)を添加することによりテフロンボトルにシラン混合物を製造した。トルエン(100ミリリットル)をこの混合物に添加した。蠕動ポンプを使用して、このシラン混合物を１時間で反応器に添加した。温度を５分毎にモニターした。ラインをトルエンで10分間濯いだ。１時間後、GPCサンプルを採取し、Mwをチェックした。Mwが30,000に到達したら、反応を停止した。ブフナー漏斗と濾紙＃１または４を使用して、溶液を濾過した。この溶液を分離漏斗に移し、水(200ミリリットル)とエタノール(50ミリリットル)とを添加した。漏斗の混合物を数回よく振盪した。水性層を廃棄した。この溶液をブフナー漏斗中、0.45ミクロンのテフロンまたはナイロン濾紙を通して濾過した。この溶液を蒸留フラスコに移し、トルエン(300グラム)を添加した。トルエンをRotovapで約200グラムまで留去した。シクロヘキサノン(400グラム)を添加し、再び約200グラムまで留去した。先の段階を繰り返した。この溶液をテフロンボトルに移し、シクロヘキサノンを全部で700グラムまで添加した。最終のMwをGPCでチェックした。
実施例２及び４〜１４に関しては、出発モノマーと量が表１のごときであった以外には、上記を繰り返した。
Figure 2005517784
分析結果は以下の表２の通りである。表２の実施例２において、Bは、ベンジルをフェニルの代わりに使用したことを意味する。
実施例１のTGAを図４に示す。プログラムは、(a)200℃に傾斜させ、200℃で15分間保持し、(b)次いで430℃に傾斜させ、430℃で90分間保持し、次いで(c) 200℃〜450℃に傾斜し、450℃で30分間保持するサイクルを２サイクルであった。上記比較例Bと異なり、本発明の組成物は、好都合なことにTGAをベースとして、重量損失は0.34パーセント/時間であった。
実施例１のFTIRを図５に示す。それぞれの処理段階の後、図５に示すようにFTIRを測定した。シラノール対SiOの比は、存在するSiOに対して殆どシラノールが存在しないことを示す。
同一出願人の係属中の2002年１月15日出願の特許出願シリアル番号第60/350187号の有機誘電体の接触角は、10゜〜15゜であった。
Figure 2005517784
Figure 2005517784
実施例１５〜１７：
実施例１〜３の組成物をこれらの実施例に関して使用した。組成物をスピンし、べーキングし、ベーキング済みフィルムの結果を表３に示す。
Figure 2005517784
最終の重量平均分子量は、11,800であり、多分散性は6.3であった。溶液の固体含有量は、10.31重量%であった。
実施例１８：
実施例１由来の溶液を、1000rpmのスピン速度で一つは高い抵抗率と、一つは低い抵抗率の８インチのシリコーンウェハ上にスピンした。このウェハを150℃、200℃及び350℃でそれぞれ１分ずつベーキングした。次いでベーキング後のフィルムを炉の中で、窒素を流しながら400℃で１時間硬化させた。硬化後のフィルムの厚さは3776Åであり、屈折率は1.459であった。ベーキング後から硬化後まででフィルムは2.1%膨張した。高い抵抗率のウェハ上で測定したフィルムのFTIRは、SiH(2248cm-1及び884cm-1)、Si-フェニル(1432cm-1)、Si-ビニル(1411cm-1)、及びSiC(1275cm-1)の存在を示した。1136cm-1(かごSiO構造を示す)及び1058cm-1(分岐SiO構造を示す)におけるピーク高度を測定した。1136cm-1と1058cm-1におけるピーク高度の間の比は、1.20であった。フィルムの誘電率数は、低い抵抗率のウェハで測定した。誘電率は2.90であった。ウェハを200℃で２分間、ホットプレートで加熱して、吸着した水分を追い出した後に、フィルムのキャパシタンスを再び測定した。加熱後に、キャパシタンスは1.4%だけ減少した。
実施例１９
実施例１由来の10.31重量%溶液をシクロヘキサノンで1.6重量%に希釈した。フィルムを４つの異なるスピン速度で８インチウェハ上にスピンし、次いで、150℃/200℃/350℃でそれぞれ１分間ベーキングした。ベーキング後の厚さは、4000rpmで219Å、3000rpmで250Å、2000rpmで302Å及び4000rpmで421Åであった。
実施例２０
実施例１９由来の1.60重量%溶液をシクロヘキサノンで４種類の異なる濃度：1.00%、0.75%、0.50%及び0.25%にさらに希釈した。種々のスピン速度におけるベーキング後の厚さを以下の表に示す。
Figure 2005517784
全てのフィルムは優れた均一性と湿潤性とを示した。
実施例２１
実施例１の溶液からの乾燥樹脂粉末は、溶媒を120℃未満の温度で真空蒸発させることにより得た。27.7880mgの乾燥樹脂を、窒素を流しながらTGAに入れた。以下のサイクルを使用して加熱した：
(1)30℃〜200℃まで25℃/分で、次いで200℃で15分間保持；
(2)200℃〜430℃まで10℃/分で、次いで430℃で90分間保持；
(3)200℃に10分間で冷却し、200℃で10分間保持し、次いで450℃に15分間加熱し；
(4)450℃で30分間保持し；
(5)200℃に10分間で冷却し、200℃で10分間保持し、次いで450℃に15分で加熱し；
(6)450℃に30分間保持し；
(7)室温に放冷した。
段階(4)と段階(6)に関する重量損失割合は、それぞれ0.37%と0.25%であった。
実施例２２
上記実施例１の組成物にシクロヘキサノンを添加した。この溶液を、有機の高芳香族高温誘電層のフィルム上にスピンした。本発明の層の目的は、エッチストップとして機能することであった。同一の有機誘電層の第二の層を、このエッチストップ層の上にスピンした。以下のエッチ処方を使用した：200ミリトール、1000ワット、120N2/30O2、及び40℃。O2は有機誘電層を迅速にエッチングした。有機誘電層のエッチング速度は、5540オングストローム/分であったのに、本発明の層のエッチング速度は、241オングストローム/分であったので、本発明の層はエッチストップとして機能した。
実施例２３
使用した溶媒がプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)で最終濃度10.77%であった以外には、実施例１を繰り返した。これを濃縮し、13.49%に再び希釈し、0.1ミクロンシリンジフィルターで濾過した。この組成物をウェハ上にスピンした。このウェハを150℃、200℃、及び350℃でそれぞれ１分間、ベーキングした。次いで、ベーキング後のフィルムを炉の中で、窒素を流しながら400℃で１時間硬化させた。フィルムの結果を以下の表に示すが、表中、RIは屈折率を表す。
Figure 2005517784
実施例２４
銅デュアルダマシンプロセスにおいて、高密度積層誘電系(dense stacked dielectric system)を以下のようにして形成した。実施例１の組成物を使用する接着促進剤層をバリヤに適用した(接着促進剤層の通常の厚さは25〜80オングストロームであり、均一性は±５〜10オングストロームである)。次いで、Honeywell GX-3(商標)高密度アダマンタン誘電体材料の層をこの接着促進剤層に適用した。次いで接着促進剤層を適用した。次いでハードマスク/CMPストップ層を適用した。３psiケミカル・メカニカル・プラナリゼーション処理の後、実施例１とGX-3(商標)層の界面は、無傷のままであった、すなわち剥離はなかった。
シクロヘキサノンの代わりにプロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶媒と実施例１の組成物とを使用して、接着促進剤層を形成することも可能である。
実施例２５
銅デュアルダマシンプロセスにおいて、多孔質積層誘電体系を以下のようにして形成した。実施例１の組成物を使用する接着促進剤層をバリヤに適用した。次いで、Honeywell GX-3P(商標)多孔質アダマンタンベースの誘電体材料をこの接着促進剤層に適用した。次いで実施例１の組成物を使用して埋め込まれたエッチストップを適用した(埋め込まれたエッチストップ層の通常の厚さは250オングストロームであり、均一性は、±10オングストロームであった)。次いでHoneywell GX-3P(商標)多孔質アダマンタンベースの誘電体材料の層を埋め込まれたエッチストップ層に適用した。次いで実施例１の組成物を使用するハードマスク/CMPストップを適用した(ハードマスク/CMPストップ層の通常の厚さは500オングストロームであり、均一性は±10オングストロームである)。
シクロヘキサノンの代わりにプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)溶媒と実施例１の組成物を使用してエッチストップ層を形成することも可能である。シクロヘキサノンの代わりにプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)と実施例１の組成物を使用してハードマスク/CMPストップ層を形成することも可能である。
実施例２６
Honeywell GX-3(商標)の高密度アダマンタンベースの誘電体材料の層をSi基板に適用した。適用した層の厚さは、4000オングストロームであった。次いで実施例１の組成物を適用した。この適用した層の厚さは、2400オングストロームであった。この構造体はテープ試験に合格した。
実施例２７
Honeywell NANOGLASS(登録商標)多孔質シリカ誘電体材料の層をSi基板に適用した。この適用した層の厚さは3000オングストロームであった。次いで実施例１の組成物の層を適用した。この層の厚さは2400オングストロームであった。この構造体はテープ試験に合格した。
実施例２８
実施例１の組成物のガラス転移温度は500℃よりも高い。
図１は、66%フェニルと34%メチルとを含むHoneywell Accuglass(登録商標)720オルガノシロキサンのTGAデータを示す。 図２は、80%メチル基と20%水素とを含むHoneywell HOSP(登録商標)オルガノシロキサンのTGAデータを示す。 図３は、50%フェニル基と50%水素とを有するオルガノシロキサンのTGAデータを示す。 図４は、本発明の組成物のTGAデータを示す。 図５は、本発明の組成物のFTIRデータを示す。

Claims (54)

  1. 式I：[Y0.01-1.0SiO1.5-2]a[Z0.01-1.0SiO1.5-2]b[H0.01-1.0SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式Iの15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式Iの２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式Iの20パーセント〜80パーセントである｝を少なくとも80重量パーセント含む、オルガノシロキサン。
  2. 前記Yがフェニル、ベンジル、置換フェニル、ナフチル、アントリル及びフェナントリルから選択される、請求項１に記載のオルガノシロキサン。
  3. 前記Zがビニル、置換ビニル、ビニルエーテル、アクリレート、及びメタクリレートから選択される、請求項１に記載のオルガノシロキサン。
  4. 請求項１に記載の前記オルガノシロキサンを含む接着促進剤。
  5. 請求項４に記載の前記接着促進剤を含むフィルム。
  6. 請求項１に記載の前記オルガノシロキサンを含むスピンオン組成物。
  7. 請求項１に記載の前記オルガノシロキサンを含む化学蒸着前駆体。
  8. 請求項６に記載の前記スピンオン組成物を含むフィルム。
  9. 請求項７に記載の前記化学蒸着前駆体を含むフィルム。
  10. 請求項６に記載の前記スピンオン組成物を含む誘電体。
  11. 請求項６に記載の前記スピンオン組成物を含むハードマスク。
  12. さらに溶媒を含む請求項１１に記載のハードマスク。
  13. 前記溶媒がシクロヘキサノンまたはプロピレングリコールメチルエーテルアセテートである、請求項１２に記載のハードマスク。
  14. 請求項６に記載の前記スピンオン組成物を含むケミカル・メカニカル・プラナリゼーション・ストップ。
  15. さらに溶媒を含む、請求項１４に記載のケミカル・メカニカル・プラナリゼーション・ストップ。
  16. 前記溶媒がシクロヘキサノンまたはプロピレングリコールメチルエーテルアセテートである、請求項１５に記載のケミカル・メカニカル・プラナリゼーション・ストップ。
  17. 請求項６に記載の前記スピンオン組成物を含むエッチストップ。
  18. さらに溶媒を含む、請求項１７に記載のエッチストップ。
  19. 前記溶媒がシクロヘキサノンまたはプロピレングリコールメチルエーテルアセテートである、請求項１８に記載のエッチストップ。
  20. 請求項８に記載の前記フィルムを含み、且つ前記第一のフィルムに隣接する第二のフィルムをさらに含む、半導体デバイス。
  21. 前記第二のフィルムが無機材料である、請求項２０に記載の半導体デバイス。
  22. 前記第二のフィルムが有機材料である、請求項２０に記載の半導体デバイス。
  23. 前記有機材料が芳香族または脂肪族炭化水素を含む、請求項２２に記載の半導体デバイス。
  24. 前記有機材料がアダマンタンまたはジアマンタンベースの材料を含む、請求項２２に記載の半導体デバイス。
  25. 3.2未満の誘電率をもつ、請求項２０に記載の半導体デバイス。
  26. 式I：[Y0.01-1.0SiO1.5-2]a[Z0.01-1.0SiO1.5-2]b[H0.01-1.0SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式Iの15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式Iの２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式Iの20パーセント〜80パーセントである｝のオルガノシロキサンを含むスピンオン・エッチストップであって、実質的にシラノールを含まず、且つ3.2未満の誘電率をもつ前記スピンオン・エッチストップ。
  27. 前記スピンオン・エッチストップが、前記オルガノシロキサンを少なくとも80重量パーセント含む、請求項２６に記載のスピンオン・エッチストップ。
  28. 前記Yがフェニル、ベンジル、置換フェニル、ナフチル、アントリル、及びフェナントリルから選択される、請求項２６に記載のスピンオン・エッチストップ。
  29. 前記Yがフェニル及びベンジルから選択される、請求項２８に記載のスピンオン・エッチストップ。
  30. 前記Zがビニル、置換ビニル、ビニルエーテル、アクリレート、及びメタクリレートから選択される、請求項２６に記載のスピンオン・エッチストップ。
  31. 前記誘電率が約3.2以下である、請求項２６に記載のスピンオン・エッチストップ。
  32. アルケニル基と熱安定性とをもつオルガノシロキサン。
  33. 前記オルガノシロキサンが、式I：[Y0.5-1SiO1.5-2]a[Z0.5-1SiO1.5-2]b[H0.5-1SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式Iの15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式Iの２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式Iの20パーセント〜80パーセントである｝を少なくとも80重量パーセント含む、請求項３２に記載のオルガノシロキサン。
  34. 前記Yがフェニル、ベンジル、置換フェニル、ナフチル、アントリル、及びフェナントリルから選択される、請求項３３に記載のオルガノシロキサン。
  35. 前記Zがビニル、置換ビニル、ビニルエーテル、アクリレート、及びメタクリレートから選択される、請求項３３に記載のオルガノシロキサン。
  36. 請求項３３に記載の前記オルガノシロキサンを含む接着促進剤。
  37. 請求項３６に記載の前記接着促進剤を含むフィルム。
  38. 請求項３３に記載の前記オルガノシロキサンを含むスピンオン組成物。
  39. 請求項３３に記載の前記オルガノシロキサンを含む化学蒸着前駆体。
  40. 請求項３８の前記スピンオン組成物を含むフィルム。
  41. 請求項３９に記載の前記化学蒸着前駆体を含むフィルム。
  42. 請求項３８に記載の前記スピンオン組成物を含む誘電体。
  43. 請求項３８に記載の前記スピンオン組成物を含むハードマスク。
  44. 請求項３８に記載の前記スピンオン組成物を含むケミカル・メカニカル・プラナリゼーション・ストップ。
  45. 請求項３８に記載の前記スピンオン組成物を含むエッチストップ。
  46. 請求項４０に記載の前記フィルムを含み、且つ前記第一のフィルムに隣接する第二のフィルムをさらに含む、半導体デバイス。
  47. 前記第二のフィルムが無機材料である、請求項４６に記載の半導体デバイス。
  48. 前記第二のフィルムが有機材料である、請求項４６に記載の半導体デバイス。
  49. 前記有機材料が芳香族または脂肪族炭化水素を含む、請求項４８に記載の半導体デバイス。
  50. 前記有機材料がアダマンタンまたはジアマンタンベースの材料を含む、請求項４８に記載の半導体デバイス。
  51. 3.2未満の誘電率をもつ、請求項４６に記載の半導体デバイス。
  52. 式I：[Y0.01-1.0SiO1.5-2]a[Z0.01-1.0SiO1.5-2]b[H0.01-1.0SiO1.5-2]c｛式中、Yはアリールであり、Zはアルケニルであり、aは式Iの15パーセント〜70パーセントであり、ｂは式Iの２パーセント〜50パーセントであり、及びｃは式Iの20パーセント〜80パーセントである｝を少なくとも80重量パーセント含む組成物を基板上に蒸着させる段階を含む、フィルム形成方法。
  53. 前記蒸着が化学蒸着を含む、請求項５２に記載の方法。
  54. 前記蒸着させた組成物を熱エネルギー、マイクロ波、紫外線、または電子ビームに暴露することをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
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