JP4206026B2 - 糖類またはその誘導体を含有する多孔性層間絶縁膜を形成するための組成物 - Google Patents
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Description
=Area(Si−OH)÷[Area(Si−OH)+Area(Si−OCH3)/3+Area(Si−CH3)/3]×100
実施例1−1:シロキサンモノマーA合成
2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン(2,4,6,8-tetramethy-2,4,6,8-tetravinylcyclotetrasiloxane)29.014mmol(10.0g)とキシレン溶液に溶けている白金(0)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン化合物(platinum(0)−1,3−divinyl−1,1,3,3−tetramethyldisiloxane complex(solution in xylenes))0.164gをフラスコに入れた後、ジエチルエーテル300mlを入れて希薄させた。以後、反応温度を−78℃で低くした後、トリクロロシラン127.66mmol(17.29g)を徐々に加えて、反応温度を徐々に常温まで上げた。以後常温で20時間反応を進行させた後、0.1トル(Torr)程度の減圧下で揮発性物質を除去して、ペンタン100mlを加えた次に、1時間撹はん後セライト(celite)を通じ瀘過して、無色の澄んだ溶液を得た。再び0.1トル程度の減圧下でペンタンを除去して無色の液体化合物[−Si(CH3)((CH2CH2SiCl3)O)]4を95%の収率で得た。
実施例2−1
前駆体A:モノマーAの単独重合
モノマーA9.85mmol(8.218g)をフラスコに入れた後、テトラヒドロフラン90mlで希薄させて、−78℃で水と濃い塩酸(塩化水素35%含有)を100ml:8.8mlの割合で混合した塩酸溶液を塩化水素が1.18mmol添加されるように徐々に加えた後、上で添加した希薄した塩酸溶液中に含まれている物量を合わせて総393.61mmol(7.084g)の水を徐々に加えた。以後、反応温度を徐々に70℃まで上げて反応を16時間進行させた。以後、反応溶液を分別漏斗(separatory funnel)に移した後、ジエチルエーテル90mlを入れて、水100mlで5回洗った後、この溶液に硫酸ナトリウム(無水)5gを入れて常温で10時間撹はんして溶液に含まれている微量の水を除去した後、瀘過して得た無色の澄んだ溶液を0.1トル程度の減圧下で揮発性物質を除去して白色粉末形態の前駆体A5.3gを得た。
前駆体B:モノマーAとメチルトリメトキシシランの共重合
メチルトリメトキシシラン37.86mmol(5.158g)とモノマーA3.79mmol(3.162g)をフラスコに入れた後、テトラヒドロフラン100mlで希薄させて、−78℃で水と濃い塩酸(塩化水素35%含有)を100ml:0.12mlの割合で混合した塩酸溶液を塩化水素が0.0159mmol添加されるように徐々に加えた後、上で添加した希薄した塩酸溶液中に含まれている物量を合わせて総529.67mmol(9.534g)の水を徐々に加えた。以後、反応温度を徐々に70℃まで上げて反応を16時間進行させた。次に反応溶液を分別漏斗(separatory funnel)に移した後、ジエチルエーテル100mlを入れて、水100mlで5回洗った後、この溶液に硫酸ナトリウム(無水)5gを入れて常温で10時間の間撹はんして溶液に含まれている微量の水を除去し、瀘過して得た無色の澄んだ溶液を0.1トル程度の減圧下で揮発性物質を除去して白色粉末形態の前駆体B5.5gを得た。
前駆体C:モノマーAとテトラメトキシシランの共重合
テトラメトキシシラン2.39mmol(0.36g)とモノマーA13.28mmol(11.08g)をフラスコに入れた後、テトラヒドロフラン100mlで希薄させて、−78℃で水と濃い塩酸(塩化水素35%含有)を100ml:0.12mlの割合で混合した塩酸溶液を塩化水素が0.0159mmol添加されるように徐々に加えた後、上で添加した希薄した塩酸溶液中に含まれている物量を合わせて総529.67mmol(9.534g)の水を徐々に加えた。以後、反応温度を徐々に70℃まで上げて反応を16時間進行させた。次に反応溶液を分別漏斗に移した後、ジエチルエーテル100mlを入れて、水100mlで5回洗った後、この溶液に硫酸ナトリウム(無水)5gを入れて常温で10時間の間撹はんして溶液に含まれている微量の水を除去し、瀘過して得た無色の澄んだ溶液を0.1トル程度の減圧下で揮発性物質を除去して白色粉末形態の前駆体C6.15gを得た。
前記で合成されたシロキサン系樹脂前駆体の分子量及び分子量分布をゲルパミエーションクロマトグラフィ(gel permeation chromatography、Waters社)で分析して、シロキサン系樹脂末端基のSi−OH(モル%)含有量を核磁気共鳴分析機(NMR、Bruker社)で分析してその結果を下記表1に表した。
実施例2で製造されたシロキサン系樹脂マトリックス前駆体、糖類系ポロゲン、およびプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(propylene glycol methyl ether acetate:PGMEA)を、下記表2に表す組成比に混合して本発明の組成物を製造し、これを使って、ボロン(boron)でドープ(doping)されたP-タイプのシリコンウェーハ(silicon wafer)上に3000rpmの速度でスピンコーティング(spin-coating)を行なった。シロキサン系樹脂がコーティングされた基板を、ホットプレート(hot plate)下で、150℃1分、250℃1分の順にソフトベーキング(soft baking)を実施し、有機溶剤を充分に除去した。前記製造された基板をLinberg炉中で420℃、真空雰囲気下で60分間硬化した後、低誘電膜の膜厚と屈折率をプリズムカップラ(prism coupler)を用いて測定した。その測定結果を下記表2に表す。
製造された多孔性薄膜の誘電率を測定するために、ボロン(boron)でドープ(doping)されたP-タイプのシリコンウェーハ(silicon wafer)上にシリコン熱酸化膜を3000Åの膜厚に塗布した後、メタルエバポレーター(Metal evaporator)にチタニウム(titanium)薄膜100Å、アルミニウム(Aluminum)薄膜2000Åを蒸着し、下記表3に示される組成で実施例4と同方法で低誘電薄膜をコーティングした。その後、電極径が1mmに設計されたハードマスク(hard mask)を用いて1mm径を有する円形のアルミニウム(Aluminum)薄膜2000Åを蒸着してMIM(Metal-insulator-metal)構造の誘電率測定用低誘電薄膜を完成した。この薄膜を、Probe station(Micromanipulatior 6200 probe station)付きのPRECISION LCR METER(HP4284A)を用いて約100kHzの周波数で静電容量(Capacitance)を測定した。薄膜の膜厚をプリズムカップラで測定し、下記の計算式によって誘電率を計算した。
実施例4と同方法および下記表4の組成で製造された薄膜の気孔構造を分析するために、Surface Area Analyzer[ASAP2010、Micromeritics社]を用いて窒素吸着分析を行った。表4のようにして製造された薄膜の平均気孔大きさは20Å以内と極小さい気孔を持っていた。図1および図2は、実施例6−3、6−4の窒素吸着分析による気孔分布度を表す。
Claims (15)
- 糖類またはその誘導体;
ガラス転移温度が少なくとも400℃以上の有機または無機マトリックス前駆体;および
前記糖類若しくはその誘導体および/または有機若しくは無機マトリックス前駆体を溶解させる溶媒
を含有する、多孔性層間絶縁膜を形成するための組成物であって、
前記糖類またはその誘導体は、
下記式(8)〜(10):
で表される単糖類およびその誘導体からなる群より選択された少なくとも1種;
下記式(11)〜(13):
で表される二糖類およびその誘導体からなる群より選択された少なくとも1種、または
下記の式(14):
で表される多糖類およびその誘導体からなる群より選択された少なくとも1種、
であることを特徴とする組成物。 - 前記糖類またはその誘導体の含有量が、前記組成物に包含された全体固形分(マトリックス前駆体の質量+ポロゲンの質量)中、0.1〜95質量%であることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記溶媒の含有量が、前記組成物中、20〜99.9質量%であることを特徴とする請求項1または2に記載の組成物。
- 前記糖類またはその誘導体は、グルコース、グルコピラノースペンタベンゾエート、グルコースペンタアセテート、ガラクトース、ガラクトースペンタアセテート、フラクトース、スクロース、スクロースオクタベンゾエート、スクロースオクタアセテート、マルトース、及びラクトースからなる群より選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記マトリックス前駆体は、シルセスキオキサン、アルコキシシランゾル、及びシロキサン系高分子からなる群より選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記シルセスキオキサンは、水素シルセスキオキサン、アルキルシルセスキオキサン、アリールシルセスキオキサン及びこれらの共重合体からなる群より選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項5に記載の組成物。
- 前記マトリックス前駆体は、下記式(1)〜(4):
で表される化合物からなる群から選択された1種以上の環形またはケージ形モノマーを有機溶媒下で酸触媒と水を利用して加水分解及び縮合反応させて製造したシロキサン系樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。 - 前記マトリックス前駆体は、下記式(1)〜(4):
で表される化合物からなる群から選択された1種以上の環形またはケージ形モノマーと、下記式(5)〜(7):
で表される化合物からなる群から選択された1種以上のシラン系モノマーを、有機溶媒下で酸触媒と水を利用して加水分解及び縮合反応させて製造したシロキサン系樹脂であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。 - 前記マトリックス前駆体のSi−OH含量が、10モル%以上であることを特徴とする請求項7または8に記載の組成物。
- 前記マトリックス前駆体中、環形またはケージ形モノマーとシラン系モノマーのモル比が、0.99:0.01ないし0.01:0.99であることを特徴とする請求項8記載の組成物。
- 前記マトリックス前駆体は、ポリイミド、ポリベンゾシクロブテン(polybenzocyclobutene)、ポリアリーレン(polyarylene)、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記溶媒は、芳香族炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒と、アミド系溶媒、ガンマブチロラクトン(γ−butyrolactone)、アルコール系溶媒、シリコン溶媒またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物を、半導体基板上に塗布した後、溶媒を蒸発させて、不活性気体雰囲気または真空雰囲気で150〜600℃で加熱させる段階を有することを特徴とする半導体用の層間絶縁膜の製造方法。
- 前記半導体層間絶縁膜は、1000〜5000rpm速度のスピンコーティングにより形成されることを特徴とする請求項13に記載の半導体用の層間絶縁膜の製造方法。
- 糖類またはその誘導体;ガラス転移温度が少なくとも400℃以上の有機または無機マトリックス前駆体;および前記糖類若しくはその誘導体および/または有機若しくは無機マトリックス前駆体を溶解させる溶媒を含有する組成物を使用して製造されたナノ気孔を有する物質であって、
前記糖類またはその誘導体は、下記式(8)〜(10):
で表される単糖類およびその誘導体からなる群より選択された少なくとも1種;
下記式(11)〜(13):
で表される二糖類およびその誘導体からなる群より選択された少なくとも1種、または
下記の式(14):
で表される多糖類およびその誘導体からなる群より選択された少なくとも1種、
であることを特徴とする物質。
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