JP4947836B2 - 多官能Siに基くオリゴマー及びポリマー、若しくは、オリゴマー又はポリマーを含む面改質用のナノ多孔質シリカフィルム、およびそれを処理するプロセス、並びにそれを含む集積回路 - Google Patents

多官能Siに基くオリゴマー及びポリマー、若しくは、オリゴマー又はポリマーを含む面改質用のナノ多孔質シリカフィルム、およびそれを処理するプロセス、並びにそれを含む集積回路 Download PDF

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Description

【0001】
(技術分野)
本発明は低い誘電率のシリカフィルム及び集積回路(IC)のような半導体装置の製造に好適に使用される基板上にシリカフィルムを製造する改良されたプロセスに関する。
【0002】
(背景技術)
集積回路(IC)の特徴サイズが0.18ミクロン以下に近づくに伴い、レベル間誘電(ILD)及び金属間誘電(IMD)の用途には2.5以下の誘電率を有する電気絶縁層が要求されると考えられる。
【0003】
ナノ多孔質シリカフィルム
低い誘電率(k)を有する一材料はナノ多孔質シリカであり、これは空気を含ませkが1でナノメータサイズの多孔質状に設けることにより比較的低い誘電率で製造できる。ナノ多孔質シリカは、有機置換シランを含む同様の先駆物質、例えば現在使用されているスピン・オン・グラス(SOG)やシリカ(SiO)の化学蒸着(CVD)に使用されるように、テトラメメトキシシラン(TMOS)ないしはテトラエトキシシラン(TEOS)、あるいはメチルトリエトキシシランを採用するため、魅力的である。ナノ多孔質シリカも、多孔度を従って密度を更に結果としてのフィルム材料の強度及び誘電率を制御可能であり、魅力的である。誘電率kが低い他に、ナノ多孔質シリカは1)500℃までの熱安定性で、2)実質的に小さな孔サイズ、即ち少なくとも集積回路のマイクロ電子特徴部の場合より小さな桁で、3)上述したように半導体に広く使用されるシリカ及びTEOSのような材料から作成する、4)広範囲にわたりナノ多孔質シリカの誘電率を“調整”できる、5)ナノ多孔質フィルムを従来のSOG処理に使用される場合と同様のツールを用いて蒸着可能な点を含む他の利点を与える。
【0004】
ナノ多孔質シリカフィルムに関する一の欠点は内部多孔面さに偏光可能な官能基が存在することにある。以前に入手可能なナノ多孔質フィルムに存在する官能基はシラノール(SiOH)、シロキサン(SiOSi)、アルコキシ(SiOR)を含み、Rはメチル、エチル、イソプロピル若しくはフェニアル基あるいはアルキルシラン(SiR)(Rは上述で定義されるようなもの)のような有機種であるが、これに限定するものではない。特に、シラノール基は強く偏光可能であり吸湿性である。ナノ多孔質シリカはその多孔性構造と関連し比較的大きな(内部)表面積を有するので、高い偏光可能性のシラノール基の寄与のため所望の誘電率値より高くなる。シラノール基による環境水の吸着により潜在的にその材料の誘電率をより一層上昇させる。
【0005】
誘電率フィルムが次の処理前に加熱することによりガス発生されるときでも極性シラノールの存在により、誘電率及び誘電損に対し負の影響が与えられる。この制限を解決しナノ多孔質シリカの内部多孔性面の偏光可能性を弱め、親水性を弱める従来採用した方法には、内部面シラノールを当業者にはシリレーション剤あるいはキャッピング剤と呼ばれる表面改質剤で反応させる工程が含まれる。このキャッピング剤には、例えばクロロシレンやジシラジンが含まれる。
【0006】
シラノール基を多孔性面上キャッピング処理する従来法の一においては、ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)のような有機試薬がフィルムの多孔内に導入され、表面のシラノール基と反応させトリメチルシリル基を形成することによりシラノール基をキャッピング処理する。このシリレート化(silylated)面基により、当初のシラノールの場合より偏光可能性が大幅に低下されフィルムの多孔面の親水性が高められる。トリメチルシリル基の使用の一欠点は、熱的にそれほど安定せずIC処理中のガス抜きによりバイアポイゾニングが生じることである。
【0007】
ナノ多孔質シリカフィルムの別の重要なパラメータはその機械的強度である。一般に材料の機械的強度はその材料の密度の減少に比例して減少する。IC装置内の誘電フィルムとして有用であるナノ多孔質フィルムの場合、機械的強度と低い誘電率との組み合わせを最適化することは重要である。ある誘電率(これは屈折率及び密度に比例する)の場合、密度は少なくとも特定の化学配合物に対しては固定される。密度が固定の場合ナノ多孔質シリカの強度は、ナノメータサイズの孔の表面に添付する化学基としてではなく、フィルムのスケルトン内に固形分を最大に与えることにより最大にされる。従って別の欠点として、HMDZのような試薬がトリメチルシリル基の形態で多孔性面にかなり大量に追加導入されることである。トリメチルシリル基の不適切な量は機械的強度に寄与するために入手可能でなく、フィルムの密度を上昇させるので最低の誘電率kを得るための障害となる。
【0008】
このため及び半導体ないしはマイクロプロセッサまたはIC製造の分野での競争的な進歩の必要性の見地から、この分野での従来の方法及び材料の改良の必要性がある。特にシリカ誘電フィルムに疎水性面を与え、また特にナノ多孔質シリカフィルムに疎水性多孔性面を与えある必要があり、且つこの処理された疎水性フィルムの機械的強度を高めることが望ましい。この問題の好適な解決法により、ある所望誘電率に対し材料フィルムの強度が増加される。
【0009】
(発明の開示)
本発明の方法によれば従来の方法あるいは薬剤若しくは試薬に比べ、処理されたシリカ誘電フィルムを疎水性にできる面改質剤を与え、且つ処理されたフィルムの機械的強度を高めることにより、これら及び他の問題を解決できる。
【0010】
従って本発明によれば、面改質剤で好適なシリカフィルムを反応させる工程によりシリカ誘電フィルムまたは被覆を形成する新規なプロセスが提供される。シリカフィルムは基板上に存在し、反応はの面改質剤が十分にシリカ誘電フィルム上に疎水性被覆を形成可能な期間、好適条件下で行われる。面改質剤はシリカフィルム上のシラノールと反応する少なくとも一種のオリゴマーまたはポリマを含む。シリカ誘電フィルム及び本発明のプロセスにより処理された少なくとも一のシリカ誘電フィルムを有する集積回路含む配合物も提供される。予想しなかったことだが、本発明のプロセスは望ましい誘電値の可能範囲を大幅に劣化させることなくシリカ誘電フィルムに適用可能である。
【0011】
オプションとしてシリカフィルムは誘電フィルム面のシラノールをキャッピング処理あるいはシリレート処理可能なモノマータイプの面改質剤で作成される。別のオプションといえ、シリカフィルムはオリゴマーまたはポリマの面改質剤及びモノマータイプの面改質剤の両方を含み配合物で処理される。
【0012】
処理対象のシリカ誘電フィルムは非多孔質であるが、好ましくは処理時間の直前に基板上でナノ多孔質シリカフィルムであり、また前以て作成あるいは保管される、あるいは他の供給源から入手可能である。本発明の新規なプロセスにより処理されるシリカ誘電フィルムはオプションとして(かならずしも必要ではないが)エージング処理あるいはゲル化処理されることも理解されよう。エージング工程が採用される場合、それは上述したように面改質処理を行う前あるいは後に実行できるが、好ましくはフィルムは面改質前にエージング処理される。
【0013】
本発明のプロセスは望ましくは蒸気あるいは液体状態のいずれかで実行可能である。更にプロセスはオプションとして溶剤あるいは補助溶剤の存在下でおこなわれ、面改質剤が液体状態で行われるときは、溶剤あるいは補助溶剤は面改質剤または薬剤を効果的に溶解ないしは懸濁し且つ処理するフィルムを大幅に溶解しないことは理解されよう。
【0014】
好適な材料がケトン及び非ケトンの両方を含む溶剤あるいは補助溶剤として採用可能であり、好ましくはこのような溶剤または補助溶剤はエーテル、エステル、ケトース。グリコール・エーテル、塩素化溶剤、低粘性のシロキサンおよびその好適な組み合わせからなる群から選択される。
【0015】
処理するシリカフィルムは多孔質である必要はないが、好ましくは処理するフィルムが高い表面積を有する多孔質構造体のナノ多孔質誘電フィルムであり、面改質プロセスは面改質剤がフィルムの面を効果的に被覆し、約3以下の誘電率を有する処理されたナノ多孔質シリカフィルムを製造するに十分な時間の間行われる。好ましくは面改質反応は、約10秒〜約1時間の範囲の時間約10℃〜約300℃の範囲の温度で行われる。
【0016】
好ましくは処理対象のフィルムは基板上の、例えば集積回路の製造に好適なウエハである。
【0017】
本発明によればまた本発明のプロセスにより製造される誘電フィルム及び少なくとも一の誘電フィルムを含む1以上の集積回路が提供される。好ましくは本発明のプロセスにより製造される誘電シリカに基くフィルムでは、フーリエ変換赤外線分光器の下で約3200〜約3700cm−1の範囲の波長で大きくシラノール吸収される。
【0018】
(発明を実施するための最良の形態)
従ってシリカ誘電フィルム及び材料を疎水性にする従来の方法に比べ本発明によれば、面改質処理用のポリマないしはオリゴマーに基く試薬が提供される。この方法は従来の方法に比べ多くの利点を有する。特にポリマに基く処理用を用いる面改質により、従来の試薬に比べ機械的強度が改良される。本発明の試薬の作用法に関する仮説または理論に束縛されることなく、ナノ多孔質シリカフィルムの微細構造の最弱の部分はフィルムの粒子間の接触点であると考えらえる。従ってフィルム面上のポリマ被覆、特にナノメータサイズの孔の面上の被覆は、フィルムを構成する微細粒子をオーバコートし結合することにより、湿気吸収問題を除去し且つフィルムの機械的特性を強化すると考えられる。フィルムの機械的強度に正の効果を及ぼす理由が何であれ、以下に示す実験例から本発明の方法及び試薬により実際フィルム強度が向上されることが確証される。
【0019】
本発明のプロセス及び試薬はシリカ誘電フィルムに与えられる。基板上にナノ多孔質シリカフィルムを作成する多くの方法は上の「本発明の背景技術」の項で要約したように当業者には周知である。更にナノ多孔質フィルムの一般に周知な作成法の多くの変形または改良が1998年3月25日出願で共有の米国特許出願第09/046,475号及び第09/046,473号、1998年4月3日出願の第09/054,262号、1998年4月6日に出願された米国特許出願第09/055,244号及び第09/055,516号、1999年8月23日出願され米国特許出願第09/379,484号及び1999年9月9日出願の第09/392,413号に開示されており、これらは参考のためここに示される。いずれにしても本発明の方法及び材料はを有機物に基く誘電材料含む周知の広範囲の各種誘電材料に容易に応用され、好ましくはシリカに基く材料に、最適にはナノ多孔質誘電シリカ材料に応用され、強度ないしは保護疎水性被覆を高めることは当業者に理解されよう。
【0020】
本発明の範囲をよりよく理解するためSiO官能基が特に記載されていなければ、用語「シリカ」が使用されるとき、ここで例えば誘電フィルムと関連して使用する用語「シリカ」は有機あるいは無機のガラス基本材料、例えば好適なシリコンに基く材料から本発明の方法により作成される誘電フィルムを指すことは理解されよう。更にここでの単数形の用語の使用は単数に制限するものではなく、場合によっては複数形を含み、例えば本発明の一例としてのプロセスが一つの「フィルム」に応用し製造するよう説明されるが、所望ならば説明され、例示され請求されるプロセスにより複数のフィルムも製造可能であることが理解されよう。
【0021】
更にここで使用する用語「一つの薬剤」あるいは「複数の薬剤」は、他に記載がなければ用語「一つの試薬」あるいは「複数の試薬」と同義であると考える必要がある。用語「集積回路」あるいは「IC」は他に記載がなければ、本発明のプロセス及び配合物が採用される半導体製品を示すものとする。
【0022】
更にここに与える説明は一般にナノ多孔質の誘電材料を処理するために採用されるプロセスに関するが、簡単に与えられる方法及び配合物はナノ多孔質誘電シリカフィルムにも容易に適用されることは当業者には容易に理解されよう。従って好適な基板に応用されるナノ多孔質フィルム、例えば以下に説明する集積回路の製造に適する半導体ウエハも、本発明により提供される方法及び材料から利点を得る。例えば集積回路の製造に絶縁体等として使用される親水性シリカフィルムへの環境水蒸気の吸着により、過度に高い誘電率、漏れ電流及びバイアポイズニングのような問題が生じる。この付加的な問題は本発明の方法及び配合物により解決される。
【0023】
基 板
広義に言えばここで説明する「基板」は本発明のナノ多孔質シリカフィルムがその配合物に対する、あるいはその上に与えられる前に形成される任意の好適な配合物を含む。例えば基板は通常集積回路の製造に好適なシリコンウエハでああり、ナノ多孔質シリカフィルムの形成開始材としてのベース材料は例えば、当業者には周知なスピン被覆、化学蒸着(CVD)及びディップ被覆等の方法(ただしこれに限定されない)を含む方法により基板上に供給される。ベース材料を与えてナノ多孔質シリカフィルムを形成する前に、基板面が標準で当業者には周知な清浄法により被覆に対しオプションとして作成される。
【0024】
本発明に好適な基板はゲルマニウム砒素(GaAs)のような半導体材料、シリコン及び結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、エピタキシャルシリコン、二酸化シリコン(SiO)のようなシリコンを含む配合物及びその混合物を含むがこれらに限定するものではない。基板上は金属、酸化物、窒化物あるいは酸素窒化物からなる線のような突出した線からなるオプションとしてのパターンがあり、この線は周知のリソグラフィ技術により形成される。線に好適な材料はシリカ、シリコン窒化物、チタン窒化物、タンタル窒化物、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、タンタル、タングステン及びシリコン酸素窒化物を含む。これらの線は集積回路の導電体あるいは絶縁体を形成する。この線は通常互いに約20ミクロン以下、好ましくは1ミクロン以下、より好ましくは約0.05〜約1ミクロンの距離で近接離間される。好適な基板の面の他のオプションとして特徴部は前に形成したナノ多孔質シリカ誘電フィルムを含む。
【0025】
本発明のプロセスを実施するための開始材はまた基板上にスピン・オン・グラス配合物のようなシリカ先駆物質を塗布し次にフィルムをエージング処理することにより基板上に形成されたナノ多孔質シリカフィルムを含む。エージングこう当て射が使用されるとき、これは通常例えばアンモニア及び水蒸気で被覆された基板を処理しゲル化を促進することにより行われる。
【0026】
一般に本発明のプロセスはエージング処理の直後ナノ多孔質フィルム上でフィルムが依然湿潤状態の間に行われる。別の実施形態によれば、本発明のプロセスはエージング処理の完了後しばらくの間保管されていたエージング処理をまだ受けていないナノ多孔質シリカフィルム上でオプションとして行われる。
【0027】
多くの別のエージング法が当業者には周知であるが、好ましくは本発明のプロセスによれば、フィルムは水酸化アンモニアで処理することによりエージング処理される。以下に一例として示すように、フィルムはフィルムを支承する基板を15M水酸化アンモニウムに晒し所定の時間の間閉鎖したチャンバ内の水蒸気に晒して水蒸気及びアンモニア蒸気をフィルム内に効果的に拡散させることにより静的にエージング処理される。
【0028】
ポリマ・オリゴマー面改質配合物
密度・誘電率パラメータを最適化し且つ十分な機械的強度を得るため、本発明によれば、1以上のポリマ・オリゴマー面改質配合物を用いてシリカ誘電フィルムのシラノールを含む面に対し疎水性面フィルムを形成可能な面改質プロセスが提供される。従って広いパラメータ内で面改質配合物は配合物内に作成されシリカ誘電フィルムの面と作用して疎水性被覆が形成可能な1以上の面改質剤を含む。
【0029】
更に詳しく説明するに面改質剤はモノマーから即ちモノマー先駆物質から作成され導入されてそれ自体ないしは反応混合物内に存在する他の種類のモノマーと重合し架橋し面改質試薬が形成可能であると考えられる。形成された面改質試薬は例えば、オリゴマー、例えば100以下の反復単位のマルチマーないしはポリマ例えば100以上の反復単位のマルチマーを含む混合物である。次にこの面改質試薬はシリカ誘電フィルムの、処理を必要とする場所に塗布し、その実質的な割合のシラノール基と反応して即ちキャッピング処理されて所望の疎水性被覆が形成される。この面改質試薬はシラノールと、例えばメチルトリアセトキシレン、トリス(ジメチルイミノ)−メチルシラン及びトリス(ジエチルアミノ)メチルシランと反応可能なポリマを形成可能なオルガノシリコンモノマーを含む好適なモノマーの重合から作成できる。
【0030】
より代表的には面改質試薬は例えば、加水分解・縮合あるいは他の種類の重合・反応により、シリコンを基にするモノマーから、例えばシロキサン、シラザン、シラン、カーボシラン等及びその組み合わせから作成される。例えば以下のような反応が生じるが、これはあくまで一例であり面改質試薬を制限するものではない。
Figure 0004947836
ここに、「→」は重合の進行をしめし、この場合加水分解・縮合であり、「n」は約2〜約10、000あるいはそれ以上の範囲内の値の整数である。
【0031】
反応混合物内の水とモノマーのモル比は特定製品により容易に調整される。好ましい実施形態において水は約0.50:1.5から約1.5:0.5の範囲内のモル・モルの比でモノマーに対する割合で反応中存在する。
【0032】
本発明の試薬の作用方法に関する加水分解理論により束縛されないが、図示の反応計画に基きポリマ−OCOCH成分は官能基であり、多孔質シリカ面上のシラノール(Si−OH)と反応すると考えられる。この面改質試薬は主に面のシラノールと連結されると考えられるが、被覆形成中結果としての疎水性被覆内に相当の量の架橋が生じる。
【0033】
従ってシラノール(Si−OH)と反応可能な多官能基を有する一例としてのクラスのシロキサンポリマ・オリゴマーは以下のような一般式を有する。
【0034】
【化1】
Figure 0004947836
【0035】
ここにRはH、アルキルあるいはアリール基にでき、Xは例えばH、アセトキシ(OCOCH)、エノキシ(CH=C(CH)−O−Si)、オキシム(RC=N−Os−Si)、アルコキシ(RO−Si)、アミン(RN−Si)、ないしはシラノールから選択され、nは例えば2〜約10,000以上の範囲内の値の整数である。更にオプションとしてnは約2〜約1000の範囲内の値の整数である。ある作成において形成されたオリゴマーないしはポリマ種のサイズ従って、nの値は通常の範囲内の値に対し分布されることも理解されよう。
【0036】
別の一般クラスの好適な面改質試薬は以下の一般式を有するシラノール(Si−OH)と反応可能な多官能基を有するシラザンポリマ・オリゴマーを含む。
【0037】
【化2】
Figure 0004947836
【0038】
ここにR及びRは独立的にH、アルキルないしはアリールであり、例えばアセトキシ(OCOCH)、エノキシ(CH=C(CH)−O−Si)、オキシム(RC=N−Os−Si)、アルコキシ(RO−Si)、及びアミン(RN−Si)の成分の一以上から選択され、nは式Iの場合のように定義される。
【0039】
シラザンポリマのバックボーンはSi−Nであるので、この基はオプションとして追加の機能性及び誘導化及び架橋のオプションを与えることができることも理解されよう。好適なシラザン試薬は、例えばトルエン内にポリ(1,2−ジメチルシラザン)、(1,2−ジメチルシラザン)、(1−メチルシラザン)コポリマ、及びN−メチルシラザン樹脂を含む。これらのシラザンポリマは好適なアミン若しくはNHの反応により所望のシラン試薬と合成できる。
【0040】
更に別のクラスの好適な面改質試薬は以下の一般式を有するシラノール(Si−OH)と反応可能な多官能基を有するシランポリマ・オリゴマーを含む。
【0041】
【化3】
Figure 0004947836
【0042】
ここにRはH、アルキルまたはアリール基にでき、Xは例えばH、アセトキシ(OCOCH)、エノキシ(CH=C(CH)−O−Si)、オキシム(RC=N−Os−Si)、アルコキシ(RO−Si)、及びアミン(RN−Si)、の成分の一以上から選択され、nは式Iの場合のように定義される。シランポリマのバックボーンはSi−Siであるので、この基はオプションとして追加機能性及び誘導化及び架橋のオプションを与えることができることも理解されよう。代表的シラン試薬は例えば、ポリジメチルシラン、ポリフェニールメチルシラン等及びその混合物を含むこの用途に使用できる。
【0043】
別の一般クラスの好適な面改質試薬は以下の一般式を有するシラノール(Si−OH)と反応可能な多官能基を有するカーボシランポリマ・オリゴマーを含む。
【0044】
【化4】
Figure 0004947836
【0045】
ここに、R及びRは独立的にH、アルキル、アリール基、アセトキシ(OCOCH)、エノキシ(CH=C(CH)−O−Si)、オキシム(RC=N−Os−Si)、アルコキシ(RO−Si)、あるいはアミン(RN−Si)にでき、Rはアルキレンまたはアリーレンと置換あるいは非置換可能である。
【0046】
多官能基及びシラノール基を有する好適なシラノキサンポリマも市販から入手できる。例えば、アドバンスド・マイクロエレクトロニック・マテリアル・ディビジョン−ハネウエル(以前はアライド・シグナル社、カリフオルニア州サニーバレー)からのT−11シリーズのシラキサン試薬は 当業者に周知である。多くの好適なシラン若しくはシラザンポリマはまたユナイテッド・ケミカル・テクノロジー(ペンシルバニア州ブリストル)から市販で入手できる。
【0047】
上記の例えばポリマないしはコポリマの組み合わせの形態で化学式I、II、IIIないしはIVにより示される試薬の1以上の組み合わせ本発明の方法及び配合物に有効に使用されることも理解されよう。
【0048】
好ましくは面改質剤はスピン・オン・グラスタイプのシリカ試薬、例えば、メチルトリアセトキシラン(MTAS)の加水分解・縮合製品である。MTASの加水分解・縮合製品は好適なので所定の割合の水と好適なMTAS 溶液を混合することにより形成されアセトキシ多官能基を有するシラキサンバックボーン構造を有する。
【0049】
シリカ誘電体を反応させる方法
面改質剤を有するフィルム
上述したように例えば、1998年7月7日出願で参考のためここに示される共有の米国特許出願第09/111,084号に示すように、面改質剤とシリカフィルムを反応させる一例としての方法は液体状態で行われるが、所望の範囲内の誘電率及び機械的強度を有し、基板上に好適な集積回路を形成可能な誘電フィルムを効果的に提供できるよう反応が所定量あるいは所定濃度の面改質剤で行われる場合、面改質剤は供給され、オプションとしての補助溶剤の有無の液体状態あるいはオプションとしての補助溶剤の有無の蒸気状態で処理対象のフィルムと接触させることは当業者には理解されよう。
【0050】
本発明の一実施形態によれば、シリカフィルムは上述したようにポリマ・オリゴマー面改質剤を形成するためモノマーを含む蒸気状態の材料に晒され、オプションとしてフィルム面上にシラノール成分を効果的にキャッピング処理する量及び条件下でキャリアガスと組み合わせて行われる。
【0051】
ポリマ・オリゴマー面改質剤を製造するために好適な蒸気状態のモノマーは満足する沸点/蒸気圧、反応性、純度を示し、不都合な大きな効果を引き起こすことなく処理したフィルム上に効果的で熱安定した疎水性面与えることは理解されよう。望ましくは蒸気状態で採用された面改質剤を形成するモノマーは面改質処理を行うため温度範囲で好適な蒸気圧を有する。好適なモノマーの蒸気圧は約1〜約500torrの範囲であるが、これは一例であり、これに限定されるものではない。好ましくは好適な面改質剤の蒸気圧は約5〜100torrの範囲内であり、より好ましくはモノマーの蒸気圧は約5〜100torrの範囲内にある。最適には面改質剤を形成するためのモノマーの蒸気圧は約10〜約50torrの範囲内である。
【0052】
ここに一例としてモノマーは液体状態の好適な溶剤・補助溶剤と混合した。好適な補助溶剤は面改質剤及び他のオプションとしての材料が溶解できるが処理対象の誘電材料を溶解せず、処理した面上のシラノールのキャッピング処理と干渉せず、また面改質反応が完了した後蒸発ないしは加熱により容易に除去可能な溶剤である。補助溶剤はエーテル、エステル、ケトン、グリコールエーテル、塩化溶剤、低粘度のシロキサンおよびこれら溶剤クラスのメンバの好適な組み合わせを含むが、これは単に一例として挙げたものであり、これに限定されるものではない。シロキサンに使用された用語「低粘度」は当業者には一般に理解されることであり、好ましくは約1〜約100センチストークスの範囲にあり、約160〜約3800ダルトン(Dalton)の範囲のモル重量を有することを意味することは当業者には理解されよう。本発明のプロセスに有効な一例としての低粘度のシロキサンは例えば、ダウ・コーニングから市販で入手可能である。
【0053】
好適な溶剤・補助溶剤は一般に全溶液の重量単位で約0.5〜約99%以上の濃度で使用できる。本発明のプロセスに有用な一例としてのエーテルはジエチルエーテル、ジイソポロピルエーテルジブチルエーテル及びその組み合わせを含む。本発明のプロセスに有用な一例としてのエーテルはエチルアセテート、イソプロピルアセテート、n−ブチルアセテート及びその組み合わせを含む。本発明のプロセスに有用な一例としての炭化水素はn−ヘキサン、n−ペプタン、シクロヘキサン、トルエンおよびその組み合わせを含む。本発明のプロセスに有用な一例としてのケトンはアセトン、3−ペンタノン、メチルイソブチルケトン、及びその組み合わせを含む。本発明のプロセスに有用な一例としてのグリコールエーアテルはトリ(エチレングリコール)ジメチルエーテル、テトラ(エチレングリコール)ジメチルエーテル、トリ(プロピレングリコール)ジメチルエーテル及びその組み合わせを含む。本発明のプロセスに有用な一例としての塩化溶剤は1,2−ジクロロエタン、カーボンテトラクロロ、クロロホルム及びその組み合わせを含む。以下の実験例に例示するように、3−ペンタノンは好ましい補助溶剤である。3−ペンタノンは全溶液の重量を単位として約0.5〜約99%以上、より好ましくは約50〜約80%の範囲内が有効である。
【0054】
本発明の一例としての実施形態においては、モノマーは水を含む溶剤あるいは補助溶剤と混合され、面改質剤は水の存在下で形成される疎水性・縮合製品である。補助溶剤の水分は約0.05%以上の範囲である。好ましくは溶剤あるいは補助溶剤の水分は約0.05〜約10%以上の範囲である。より好ましくは溶剤あるいは補助溶剤の水分は約0.5〜約4%の範囲である。
【0055】
溶液は次に補助溶剤溶液と各種に定義された割合で混合され、従来の標準法により基板上の誘電フィルムに塗布され、例えば疎水性・縮合製品を含むこの溶液あるいは懸濁液は各種テストフィルム上にスピンされた。モノマーは約5〜約90%以上の範囲内の(モノマー対補助溶剤)濃度で溶剤・補助溶剤を含む水と混合される。好ましくは補助溶剤内のモノマーの濃度範囲は約5〜約50%であり、より好ましくは補助溶剤内のモノマーの濃度範囲は約10〜約30%である。モノマー対水の割合の範囲は約0.50:1〜約1:0.50(モル/モル)内であり、より好ましくはモノマーの水に対する割合の範囲は約0.70:1〜約1:0.75内である。以下の実験例ではモノマーはMTASにより例示した。
【0056】
その後基板及び処理されたフィルムを残の面改質剤及び溶剤を十分に駆逐すい十分な間所定温度まで加熱した。好ましい実施形態では、フィルムは次に硬化される。オプションとして加熱工程は複数のステージで実行でき、各ステージは同様あるいは異なる時間及び温度を用いて単一のプロセス工程に組み合わされる。例えば加熱処理はそれぞれ175及び320℃の空気内で行なった。処理されたフィルムはその後例えば、400℃で硬化した。
【0057】
他の方法及び試薬との組み合わせ−
モノマータイプの面改質剤
本発明の「背景技術」の項で上述したように、誘電フィルム多孔性面上のシラノール基をキャッピング処理する一従来例はヘキサメチルジシラザン(HMDZ)のような有機試薬モノマーを用いてフィルムの孔内に導入し、ある面のシラノール基と反応させた。この反応により疎水性トリメチルシリル基の形成によりシラノールがキャッピング処理される。上述したようにトリメチルシリル基の使用の1欠点はこの基がそれほど熱的に安定せず、ICの、その後処理中に排ガスされバイアポイズニングを引き起こす。
【0058】
一方本発明のオプションとしての実施形態は、即ちシラノール基をモノマーでキャッピング処理して疎水性面を形成する他の方法を本発明の方法及び配合物と組み合わせられる。利点として組み合わせ処理により、例えばナノ多孔質フィルムの孔構造の内側に配置されるフィルム面上の内部シラノールが更にキャッピング処理され、これはフィルムの誘電率を更に低下させると考えられる。更に本発明によるオリゴマーあるいはポリマの面改質剤はフィルム面を密封し、機械的強度を増加し、疎水性を改良し、IC処理中排ガスを禁止すると考えらえる。
【0059】
組み合わせプロセスは、まずモノマータイプの面改質剤とフィルムとを反応させ、次にフィルムを本発明のオリゴマーあるいはポリマの面改質剤と反応させることにより順次実行される。好ましくは反応は(1)オリゴマーあるいはポリマの面改質剤を形成し、次に(2)この溶液に追加量の選択したモノマー剤を付加することにより同時に行われる。組み合わせられた溶液は次に上述した従来の方法により処理対象の誘電フィルムに塗布される。
【0060】
疎水性で低誘電率のナノ多孔質シリカフィルムを製造する多くのモノマータイプの面改質剤は、例えば共に1998年8月27日出願された共有の米国特許出願第60/098,068号及び第 09/140,855号、及び共に1999年1月21日に出願された第09/234,609号及び第09/235,186号に開示されている。
【0061】
好ましいモノマータイプの1面改質剤は化学式V(1)〜(6)及びその組み合わせからなる群から選択された式を有する配合物である。
【0062】
【化学式5】
Figure 0004947836
Figure 0004947836
【0063】
xは1〜3の範囲内の整数であり、yは1穴の範囲内の整数であり、y=4−xを満足し、pは2〜3の範囲内の整数であり、各Rは水素及び疎水性有機成分から独立的に選択される。R基は好ましくはアルキル、アリール及びその組み合わせからなる有機成分から独立的に選択される。アルキル成分は置換あるいは非置換され、直線アルキル、分岐アルキル、周期アルキル及びその組み合わせからなる群から選択され、この場合アルキル成分のサイズ範囲はC1からC18である。アリール成分は置換あるいは非置換され、そのサイズ範囲はC5からC18である。好ましくはモノマタイプの面改質剤はアセトオキシラン、例えばアセトキシトリメチルシラン、ジアセトシキジメチルシラン、メチルトリアセトキシレン、フェニルトリアセトキシレン、ジフェニルジアセトキシレン、ないしはアルコキシレン、例えばトリメチルエソキシレン、トリメチルメソキシアラン、2−トリメチルシロキシペント−2−エネ−4−ワン、n(トリメチルシリル)アセタミデ、ないしは2−(トリメチルシリル)酢酸、n−(トリメチルシリル)イミダゾール、トリメチルシリルプロピオレート、トリメチルシリル(トリメチルシロキシ)−アセテート、ノナメチルトリシラゾン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロザン、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール、トリエニルシラノール、t−ブチルジメチルシラノール、ジフェニルシランジジオールの1以上、及びその組み合わせである。
【0064】
モノマータイプの面改質剤は蒸気あるいは液体の形態でナノ多孔質シリカ面に塗布され次に乾燥されるアセトンのような好適な溶剤と混合可能である。
【0065】
追加モノマータイプの面改質剤は上述したように参考のためここに示す共有の米国特許出願第09/235,186号に詳述したような多官能面改質剤を含む。この多官能面改質剤はオプションとして補助溶剤を持つあるいは補助溶剤なしで蒸気あるいは液体状態で塗布可能である。好適な補助溶剤は、例えば参考のためここに示す1998年7月7日出願の米国特許出願第09/111,084号に説明されるような、アセトン、3−ペンタノン、ジイソルプロピルケトン等のようなケトンを含む。例えば参考のためここに示す米国特許出願第09/235,186号に詳しく説明されるように、ある好ましい面改質剤は2以上の官能基を有し、面シラノール官能基と反応し、且つフィルムの構造フレームワークの外側に存在する質量を最少にし、以下の化学式のような好適なシラノールを含む。
【0066】
【化6】
Figure 0004947836
【0067】
ここにR及びRはHのような成分あるいはアルキル、アニールまたはその誘導体のような有機成分から独立的に選択される。RあるいはRはアルキルであり、アルキル成分はオプションとして置換あるいは非置換され、直線、分岐あるいは周期ででき、そのサイズは好ましくはC1〜C18以上の範囲にあり、より好ましくはC1から約C8の範囲にある。RあるいはRがアルキルであるとき、アルキル成分は好ましくはオプションとして置換あるいは非置換される単一の芳香族リングからなり、そのサイズ範囲はC5〜約C18以上であり、より好ましくはC5〜C8である。別のオプションとして、アリール成分はヘテロアリールではない。
【0068】
従ってR及びRの少なくとも一が有機である場合、RあるいはRはH、メチル、エチル、プロピル、フェニールないしはその誘導体から独立的に選択される。1実施形態においてR及びRの両方がメチルであり、式VIによる3官能基面改質剤はメチルトリメソキシレンである。
【0069】
別の実施形態では本発明による好適なシランは以下の化学式を有する。
【0070】
【化7】
Figure 0004947836
【0071】
ここで、R、R、Rは独立的なH、アルキルないしはアリールである。R、R、Rのいずれかがアルキルないしはアリールであるとき、これは上の化学式VIのR、Rに対する場合のように定義される。化学式VIIによる好ましい実施形態においては、RはH、CH、Cから選択され、RおよびRは共にCHである。従って化学式VIによる3官能基モノマータイプの面改質剤は例えばトリス(ジメチルアミノ)メチルシラン、トリス(ジメチルアミノ)フェニルシラン、ないしはトリス(ジメチルアミノ)シランを含む。
【0072】
更に別の実施形態では、本発明による好適なシランは以下の一般式を有する。
【0073】
【化8】
Figure 0004947836
【0074】
ここにR、R、Rは独立的なH、alkylないしはアリールである。R、R、Rがアルキルないしはアニールの場合、これらは上の化学式VIのR、Rに対する場合のように定義される。一の好ましい実施形態によれば、R及びRは共にCHでありRはCHCHである。従って化学式VIIによる3官能基モノマータイプの面改質剤は、例えばメチルトリス(メチルエチルケオキシム)シランを含む。
【0075】
さらに別の実施形態では、本発明による好適なシランは以下の一般式を有する。
【0076】
【化9】
Figure 0004947836
【0077】
ここにRはH、アルキルあるいはアリールである。Rがアルキルないしはアリールであるとき、これらは上の式IVの場合のように定義される。一の好ましい実施形態ではRtはCHである。従って式VIIによる3官能基面改質剤は例えば、モノマータイプの面メチルアトリクロロシランを含む。
【0078】
別の好ましい実施形態では、キャッピング試薬は以下の一般式を有する1以上のオルガノアセトキシレンを含む。
【0079】
【化10】
Figure 0004947836
【0080】
好ましくはxは1〜3の範囲内の整数値であり、x及びyは同じあるいは異なるようにでき、yは約2〜約3以上の範囲内の整数値である。
【0081】
有効なアルキルアセトキシラン及びやアリールアセトキシラン配合物を含む有用なオルガノアセトキシランはメチルトリアセトキシラネ(MTAS)、ジメチルジアセトキシラン(DMDAS)、フェニルトリアセトキシラン、ジフェニルジアセトキシラン及びその組み合わせを含むが一例であってこれらに限定されるものではない.
【0082】
製造されたナノ多孔質誘電フィルムの特性
本発明の使用のための基板上に形成されるナノ多孔質シリカフィルムは一般に約20%以上の多孔が形成され、その孔のサイズは約1nm〜約100nm、より好ましくは約2nm〜約30nm、最適には約3nm〜約20nmの範囲内にある。多孔を含む配合物を含むシリコンの密度は約0.1〜約1.9g/cm、より好ましくは約0.25〜約1.6g/cm、最適には約0.4〜約1.2g/cmである。
【0083】
従って本発明のプロセスにより製造されるナノ多孔質シリカフィルムは、好ましくは湿度安定する約3より小さい誘電率を有する。更に好ましくは本発明のナノ多孔質シリカフィルムの誘電率は約1.1〜約3.0、より好ましくは約1.3〜約2.5、最適には約1.7〜約2の範囲にある。
【0084】
非多孔性シリカ誘電フィルム
本発明の更なる好ましい結果として、例えば極めて低い誘電率ないしは多孔性が要求されない場合、環境湿度等の効果に対し非多孔性誘電材料を安定化しマイクロ電子製品や集積回路製品の絶縁体及び誘電体として使用するために、上記方法及び配合物はオプションとして非多孔性シリカ誘電材料に適用できることが理解されよう。この非多孔性シリカに基く誘電材料は、例えば化学蒸着法(CVD)、ディップコーティング、スプレーコーティングのような標準的な周知の方法により蒸着されるフィルム、あるいはキャッピング処理が望ましい面シラノールを有する他の同様な材料を含む。
【0085】
好ましくはこのようなシリカ誘電材料はCVDにより形成されるが、製造されたフィルムは環境湿度を吸着する面上に自由シラノールを有する傾向にある。従って本発明の方法の適用により、非多孔性の誘電シリカ材料上での自由シラノールが有効にキャッピング処理される。
【0086】
以下の実験例(これらに限定するものではない)は本発明を更に説明し開示するためのものである。
【0087】
実験例1
本実験例は反復単位当り平均1.5の反応性官能基を含むMTAS誘導のシロキサンポリマの25%溶液で処理した誘電フィルムの作成を示す。
【0088】
面改質のため加水分解されたMTASの作成
(ブリストル、ピーエイ・ユナイテッド・ケミカル・テクノロジイから購入された)改質剤アメチルトリアトキシシラン(MTAS)を使用前に真空蒸留により純化された。低い含水率(250PPMより小さい)の3−ペンタノン(パシフィック・パック)が採用された。116gの3−ペンタノンを磁気攪拌棒を有する500mLフラスコ内の1.78gの水に加えた。次に29gの水を上記3−ペンタノン・水混合物に加え適切に攪拌し、これを室温で一晩連続して透明の、色なし溶液を製造した。ガスクロマトグラフィー(質量分光)を用いてこの製品を分析したがMTASが製品中に存在しないことが判明した。これはすべてのMTASが反応したことを示している。この溶液は次に0.2ミクロンのテフロン(登録商標)フィルタに通過してフィルタリングし以下に説明するめん処理のために使用した。
【0089】
ナノ多孔質フィルムの作成
ナノ多孔質シリカ先駆物質は208mLのテトラエトキシシラン、94mLのトリエチレングリコールモノメチルエーテル(TIEGMME)、16.8mLの脱イオン化水、0.68mLの1N硝酸を共に丸い底のフラスコ内に入れることにより合成した。この溶液は約80℃まで加熱し激しく攪拌し(加熱及び攪拌は同じ時間で開始した)、1.5時間の間還流して、透明な溶液を形成した。この結果溶液は放置し室温まで冷却し、次に25重量%エタノールで希釈し0.1ミクロンテフロン(登録商標)フィルタに通した。
【0090】
約2mLのナノ多孔質シリカ先駆物質を4”シリコンウエハ上に堆積させ30秒間2500rpmでスピン回転した。次に結果としてのフィルムは以下のように真空チャンバ内でゲル化しエージング処理した。
1.チャンバは250torrまで排気された。
2.15Mアンモニア炭化水素を加熱され45℃で平衡にし、チャンバ内に導入 して、10分間圧力を660torrまで増加した。
3.チャンバは空気を再充気し、次の工程の面処理・溶剤交換のためフィルムが チャンバから除去した。
【0091】
フィルム面のオリゴマー・ポリマ処理
フィルムの面処理・溶剤交換は以下の条件を用いて行った。
1.面処理に使用される試薬は上述したようにして作成した。
2.エージング処理されたフィルムを回転チャックに置き250rpmで回転し た。
3.約30mLの上記MTAS溶液がファイルを乾燥させることなくフィルム上 で20秒間回転した。
4.次にフィルムは2500rpmで10秒間乾燥回転し、フィルムをチャック から除去し加熱処理をした。
【0092】
加熱処理
上記プロセスから得られたフィルムを次に、それぞれ空気下で2回の60秒工程で175℃及び320℃で加熱した。次いでフィルムを窒素の元で30秒間の間400℃で炉内で硬化した。
【0093】
得られたフィルムの屈折率及び暑さは標準法によりウーラム楕円偏光測定器を用いて測定した。
【0094】
誘電率の決定
誘電率は以下のようにMOS容量(MOSCAP)構造を用い標準のcv電流曲線技術により測定した。MOSCAP構造は円形ドットマスクをへてアルミニウムをフィルム上でスパッタリング処理することにより形成し、アルミニウムブランケットフィルムもウエハの背面上でスパッタリング処理した。好適にバイアスされた電圧をMOSCAPに印加し、この容量を1MHzで測定した。この方法はすべての次の実験例での誘電率決定の際に使用した。
【0095】
フィルムの機械的強度の決定
フィルムを破断するに必要な力を周知な標準のスタッドープルテストにより決定した。テスト対象のフィルムを基板ウエハ上に置き、アルミニウム層を本発明のフィルムの頂部に置かれて、次に加えるエポキシが多孔性構造物を浸透することを防止する。次にエポキシテストスタッドがアルミニウム処理されたフィルムの頂部にエポキシ処理した。一度エポキシが硬化すると、スタッドは一部成分が破断するまで測定力でフィルムから引き離される。破断直後で測定されたプル力はスタッドプル強度として報告された。以下及び次の実験例で説明するように、スタッドープルは平方インチ当りのキロパウンド(KPSI)で測定された機械的破壊の瞬間での工作物に加わる力として定義される。
【0096】
測定されたフィルム特性は以下の表で要約される。
【0097】
【表1】
Figure 0004947836
【0098】
実験例2
本実験例は反復単位当り1反応性官能基を含むMTAS誘導のシロキサンポリマの30%溶液で処理した誘電フィルムの作成法を示す。
【0099】
面改質のための加水分解されたMTASの作成
MTASおよび3−ペンタノンを上記実験例1と同様にして得た。76.3gの3−ペンタノンが磁気攪拌棒を有する250mLのフラスコ内の2.67gの水に加えた。次に32.7gのMTASが上記3−ペンタノン/水混合物に加え適切に攪拌し、これを室温で一晩中連続して透明な色なし溶液が製造した。ガスクロマトグラフィ(質量分析)を用いて、この製品が分析されMTASが製品中に存在しないことが判明した。これはすべてのMTASが完全に反応したことを示す。この溶液は次に0.2ミクロンのテフロン(登録商標)フィルタを通過され以下に説明する面処理のために使用する。
【0100】
ナノ多孔質フィルムの作成
実験例1で説明したようにして作成された2mLのナノ多孔質シリカ先駆物質を4”シリコンウエハ上に堆積し次に2500rpmで30秒間の間回転した。次にこのフィルムは実験例1で上で説明した3−工程法を用いて真空チャンバ内でゲル化されエージング処理した。
【0101】
フィルムの面処理・溶剤交換は実験例1で説明した4−工程プロセスを用い上述した面改質剤を用いて実行された。
【0102】
上記プルから得られたフィルムは次に2−工程プロセスで加熱され、実験例1で上述したように窒素ガス内で硬化された。屈折率、誘電率及びスタッドプルテストはすべて実験例1の場合と同様に行った。測定されたフィルム特性を以下の表に示す。
【0103】
【表2】
Figure 0004947836
【0104】
実験例3
本実験例は反復単位当り1反応性官能基を含むMTAS誘導のシラキサンポリマの20%溶液で処理した誘電フィルムの作成法を示す。
【0105】
面改質のための加水分解したMTASの作成
MTAS及び3−ペンタノンは上記実験例1の場合と同様にして得、作成した。122gの3−ペンタノンを磁気攪拌棒を有する500mLのフラスコ内の2.5gの水に加えた。次に30.5gのMTASを上記3−ペンタノン・水の混合物に加えられ適切に攪拌され、これらを室温で一晩中続けて透明で色なしの溶液を作成した。ガスクロマトグラフィ(質量分光)を用いてその製品を分析し製品中にMTASが存在しないことが判明した。これはMTASがすべて完全に反応したことを示す。この溶液は次に0.2ミクロンテフロン(登録商標)フィルタに通過させ、以下の面処理に使用する。
【0106】
ナノ多孔質フィルムの作成
上記実験例1で説明したようにして作成した約2mLのナノ多孔質シリカ先駆物質を4”シリコンウエハ上に堆積させ、次に30秒間2500rpmで回転した。次にフィルムを実験例1で上述した3−工程法を用いて真空チャンバ内でゲル化/エージング処理した。
【0107】
フィルムの面処理・溶剤交換は実験例1で説明した4−工程プロセスを採用し、上述した面改質剤を用いて実行した。
【0108】
上記のプロセスから得られたフィルムは次に2−工程プロセスで加熱し、実験例1で上述したように窒素ガス内で硬化した。屈折率、誘電率及びスタッドプルテストはすべて実験例1で説明したようにして行われた。測定されたフィルムの特性を以下の表に示す。
【0109】
【表3】
Figure 0004947836
【0110】
実験例4
本実験例は反復単位当り1反応性官能基を含むMTAS誘導のシラキサンポリマの10%溶剤で処理する誘電フィルムの作成法を示す。
【0111】
面改質用に加水分解されたMTASの作成
MTAS及び3−ペンタノンを上記実験例1の場合のようにして得て作成した。185.4gの3−ペンタノンを磁気攪拌棒を有する500mLのフラスコ内の1.68gの水に加えた。次に20.6gのMTASが上記3−ペンタノン/水の混合物に加えられ適切に攪拌され、これが室温で一晩中続けられて透明で色なしの溶液を作成した。ガスクロマトグラフィ(質量分光)を用いてその製品を分析し製品中にMTASが存在しないことが判明した。これはMTASのすべてが完全に反応したことを示す。この溶液は次に0.2ミクロンテフロン(登録商標)フィルタを通過されて、以下の面処理に使用される。
【0112】
ナノ多孔質フィルムの作成
上記実験例1で説明したようにして作成した約2mLのナノ多孔質シリカ先駆物質が4”シリコンウエハ上に堆積し、次に30秒間2500rpmで回転する。次にフィルムは実験例1で上述した3−工程法を用いて真空チャンバ内でゲル化・エージング処理した。
【0113】
フィルムの面処理/溶剤交換は実験例1で説明した4−工程プロセスを用い上述した面改質剤を用いて実行した。
【0114】
上記プロセスから得られたフィルムは次に2−工程プロセスで加熱し、実験例1で上述したように窒素ガス内で硬化した。屈折率、誘電率及びスタッドプルテストはすべて実験例1で説明したようにして行った。測定されたフィルムの特性を以下の表に示す。
【0115】
【表4】
Figure 0004947836
【0116】
実験例5
本実験例は反復単位当り1.5反応性官能基を含むMTAS誘導のシラキサンポリマの10%溶剤で処理された誘電フィルムの作成法を示す。
【0117】
面改質用に加水分解されたMTASの作成
MTAS及び3−ペンタノンは上記実験例1の場合のようにして得、作成した。223.2gの3−ペンタノンが磁気攪拌棒を有する500mLのフラスコ内の1.52gの水に加えた。次に24.8gのMTASが上記3−ペンタノン/水の混合物に加え適切に攪拌し、これが室温で一晩中続けられて透明で色なし溶液を作成した。ガスクロマトグラフィ(質量分光)を用いてその製品を分析し製品中にMTASが存在しないことが判明した。これはMTASがすべて完全に反応したことを示す。この溶液は次に0.2ミクロンテフロン(登録商標)フィルタに通過させて、以下の面処理に使用する。
【0118】
ナノ多孔質フィルムの作成
上記実験例1で説明したようにして作成した約2mLのナノ多孔質シリカ先駆物質を4”シリコンウエハ上に堆積され次に30秒間2500rpmで回転した。次にフィルムは実験例1で上述した3−工程法を用いて真空チャンバ内でゲル化・エージング処理した。
【0119】
フィルムの面処理・溶剤交換は実験例1で説明した4−工程プロセスを用い上述した面改質剤を用いて実行した。
【0120】
上記プロセスから得られたフィルムは次に2−工程プロセスで加熱し、実験例1で上述したように窒素ガス内で硬化した。屈折率、誘電率及びスタッドプルテストはすべて実験例1で説明したようにして行った。測定したフィルムの特性を以下の表に示す。
【0121】
【表5】
Figure 0004947836
【0122】
実験例6
本実験例は比較のためMTASモノマーのみで処理された誘電フィルムの作成法を示す。ポリマ・オリゴマーをこれらのフィルムに与えられなかった。
【0123】
ナノ多孔質フィルムの作成
上記実験例1で説明したようにして作成された約2mLのナノ多孔質シリカ先駆物質が4”シリコンウエハ上に堆積され、次に30秒間2500rpmで回転した。次にフィルムは実験例1で上述した3−工程法を用いて真空チャンバ内でゲル化・エージング処理された。
【0124】
フィルムの面処理/溶剤交換は実験例1における方法に従って実行したが、面改質のために使用される試薬はa5gのMTASを95gの3−ペンタノン(それぞれ実験例1の場合のように得られた)と混合することにより作成し、透明で色なしの溶液を形成した。
【0125】
上記プロセスから得られたフィルムは次に2−工程プロセスで加熱され、実験例1で上述したように窒素ガス内で硬化した。屈折率、誘電率及びスタッドプルテストはすべて実験例1で説明したようにして行われた。測定したフィルムの特性を以下の表に示す。
【0126】
【表6】
Figure 0004947836
Figure 0004947836
【0127】
実験例7
本実験例は(モノマー)シリレーション面改質剤で処理し、次に反復単位当り平均1.5反応性官能基を含むMTAS誘導のシラキサンポリマの25%溶液で処理した誘電フィルムの作成法を示す。
【0128】
面改質のための加水分解したMTASの作成
MTAS及び3−ペンタノンは上記実験例1の場合と同様に得、作成した。50gのMTASが150gの3−ペンタノン内に溶解された。次に3.05gの水が上記溶液に付加され、適切に攪拌した。加水分解されたMTASを含む結果としての透明で色なしの溶液は0.2ミクロンフィルタを通過しその後の面処理に使用した。
【0129】
ナノ多孔質フィルムの作成
上記実験例1で説明したようにして作成した約4mLのナノ多孔質シリカ先駆物質が8”シリコンウエハ上に堆積され次に30秒間2500rpmで回転した。次にフィルムは以下の条件で実験例1で真空チャンバ内でゲル化・エージング処理した。
1.チャンバは250torrまで排気した。
2.15Mアンモニウム炭化水素は45℃で加熱して平衡にし、チャンバ内に導
入されて、5分間660torrまで圧力を増加した。
3.チャンバは250torrまで排気された。
4.15Mアンモニウム炭化水素は45℃で加熱し平衡にしチャンバ内に導入し
て、5分間660torrまで圧力を増加した。
5.チャンバは空気で再充気されエージング処理されたフィルムはチャンバから
除去した。
【0130】
多孔性面をシリレート化する従来の面改質
エージング処理されたフィルムは次に面処理・溶剤交換を受けた。面処理・溶剤交換に使用した溶液は実験例1で説明したようにして作成し蒸留したMTASを3−ペンタノン内に溶解して3−ペンタノン内でMTASの濃度を5重量%にすることにより作成した。フィルムの面処理/溶剤交換は以下の条件下で行われた。
1.フィルムは回転チャックに置かれ250rpmで回転した。
2.約30mLの上記MTAS溶液がフィルム上で20秒間フィルムを乾燥させ
ることなく回転した。
3.次にフィルムは10秒間2500rpmで乾燥回転し、チャックから除去さ
れ、それぞれ空気内で60秒間175及び220℃で熱処理してベーキング
処理されたフィルムを製造した。
【0131】
ポリマ/オリゴマー面処理
上記手順の工程3から得られるベーキング処理されたフィルムは次に上記した加水分解したMTAS溶液で処理された。
【0132】
フィルムの面処理/溶剤交換は以下の条件下で実行した。
1.上記プロセスから得られるベーキング処理したフィルムは回転チャック上に
置かれチャックは250rpmで回転した。
2.約30mLの上記加水分解されたMTAS溶液が20秒間フィルムを乾燥さ
せることなくフィルム上で回転した。
3.次にこのフィルムは10秒間2500rpmで乾燥回転し次にこのフィルム
はチャックから取出し熱処理を受けた。
【0133】
上記プロセスから得られたフィルムは次にそれぞれ175及び320℃で60秒間加熱した。次にフィルムは窒素内で30秒間400℃で炉内で硬化させた。得られたフィルムの屈折率及び厚さはウーラム楕円偏光測定器により測定した。
【0134】
誘電率測定
誘電率は上記実験例1で説明したように標準のCV曲線技術により測定した。
【0135】
フィルムの機械的強度測定
フィルムの凝着強さは上記実験例1で説明したようにスタッドプルテストにより測定された。
【0136】
作成されたフィルムのモジュラスはナノ・インデンタ XP(MTS システムズ・コーポレーション,テネシー州37830オーク・リッジ)で測定された。この測定により、フィルムのモジュラスはGPa(106N/m)単位で与えらた。
【0137】
【表7】
Figure 0004947836
【0138】
一例としての多官能ポリマ/オリゴマーにより処理したフィルムの特性はMTASモノマーで処理されたフィルムの特性に比べ、改善していることは上の表7から明らかであろう。特に誘電率が比較的適度の増加で、凝着強さが5倍以上の増加である。
【0139】
実験例8
本実験例は5%のモノマーシリレーション試薬及び反復単位当り1.5反応官能基の平均を含む25%のMTAS誘動のシロキサンポリマの両方を含む溶液で処理される誘電フィルムの作成法を示す。
【0140】
面改質用の加水分解されたMTASの作成
MTAS及び3−ペンタノンは上記実験例1の場合のようにして得、作成した。250gのMTASは750gの3−ペンタノンと混合され、次に15.3gの水が追加され、溶液を適切に攪拌した。溶液は次に一晩攪拌された。15.4gのMTASは前の工程から得られた185gの透明な溶液に付加された。この結果透明で色なしの溶液が面処理使用の前に0.2ミクロンのフィルタを通過した。
【0141】
ナノ多孔質フィルムの作成
ナノ多孔質シリカの先駆物質は、合成され8”シリコンウエハ上に回転堆積され、次に上記実験例7で説明したように真空チャンバ内でゲル化・エージング処理した。
【0142】
ポリマ・オリゴマー面処理
エージング処理された結果としてフィルムは次に上述したように モノマMTASをも含む加水分解したMTASポリマ溶液で処理した。
【0143】
フィルムの面処理及び溶剤交換は以下の条件下で行った。
1.上記プロセスから得られたエージング処理されたフィルムは回転チャック上
に置き250rpmで回転させた。
2.上記加水分解された約30mLのMTAS溶液は20秒間フィルムを乾燥さ
せることなくフィルム上で回転させた。
3.次にフィルムは2500rpmで10秒間乾燥回転し次いでフィルムをチャ
ックから除去し熱処理をした。
【0144】
上記プロセスから得られたフィルムは次に60秒間空気内でそれぞれ175及び320℃で加熱した。次いでフィルムは窒素内で30秒間400℃で炉内で硬化された。得られたフィルムの屈折率及び厚さはウーラム楕円偏光測定器により測定した。
【0145】
【表8】
Figure 0004947836
【0146】
このプロセスは(実験例7と比べ)MTASモノマー及び加水分解されたMTASポリマ配合物により面シラノールの両シリレーションを用いた簡略共通処理プロセスを示した。結果は実験例8のプロセスにより得られたものと同様な物理特性(誘電率及び凝着強さ)を有するフィルムである。
【0147】
実験例9
本実験例はシリレーション試薬(MTASモノマー)で処理されその後反復単位当り1.5反応官能基を含むMTAS誘導のシロキサンポリマの25%溶液で処理した誘電フィルムの作成法を示す。
【0148】
面改質用の加水分解されたMTASの作成
250のMTASが750gの3−ペンタノンと混合され、次に15.3gの水が追加され、溶液は適切に攪拌した。溶液は次に一晩攪拌された。結果としての透明で色なしの溶液は面処理での使用前に0.2ミクロンフィルタを通過された。
【0149】
ナノ多孔質フィルムの作成
ナノ多孔質シリカ先駆物質を合成し、8”シリコンウエハ上で回転堆積さえ、次に上記実験例7に説明したように真空チャンバ内でゲル化しエージング処理した。
【0150】
ポリマ/オリゴマー面処理
フィルムの面処理・溶剤交換は実験例8に対し上記に説明したようなプロセスを用いて与えられた本実験例の加水分解されたMTASポリマ配合物を用いて実行された。
【0151】
上記プロセスから得られたフィルムは次に60秒間空気内でそれぞれ175及び320℃で加熱した。次にフィルムを窒素内で40分間400℃で炉内で硬化した。得られたフィルムの屈折率及び厚さは実験例1で説明したようにウーラム楕円偏光測定器により測定した。
【0152】
【表9】
Figure 0004947836
【0153】
このプロセスは(実験例8と比べ)簡略化されたプロセスを示し、同のな物理特性(誘電率及び凝着強さ)を有するフィルムが提供される。
【0154】
本発明の好ましい実施形態として現在考えられるものを説明したが、本発明の変形及び変更は本発明の精神から離れることなく実行できることは当業者には理解されよう。本発明の真の範囲内に配流変更物及び変形物をすべて本発明が含む。本明細書には多くの文献が引用されるが参考のための開示である。

Claims (5)

  1. 面改質剤を含む配合物とシリカフィルムとを反応させる工程を包有し、シリカフィルムは基板上に存在し、反応は所定条件下で面改質剤がフィルム上に疎水性被覆を形成できるような時間行われ、面改質剤がシリカフィルム上のシラノールと反応するオリゴマー及びポリマの少なくとも一の種類を含んでなる、基板上のシリカフィルムを処理するプロセス。
  2. シリカフィルムがシラノールを含む多孔性構造を有するナノ多孔質誘電フィルムであり、反応は面改質剤が3以下の誘電率を有する処理されたナノ多孔質シリカフィルムを製造できるような時間行われる請求項1記載のプロセス。
  3. 面改質剤がシラノールと反応する官能基を含むポリマあるいはオリゴマーである請求項1記載のプロセス。
  4. 面改質剤を含む配合物とシリカフィルムとを反応させる工程を包有し、反応が所定条件下で面改質剤がフィルム上に疎水性被覆を形成するような時間行われ、面改質剤がシリカフィルム上のシラノール基と反応するオリゴマーあるいはポリマの少なくとも一の種類を含んでなるプロセスにより製造される誘電フィルム。
  5. 誘電シリカフィルムと面改質剤とを反応させることにより処理された少なくとも一の誘電シリカフィルムを備え、反応は所定条件下で面改質剤がフィルム上の疎水性被覆を形成するような時間行われ、面改質剤がシリカフィルム上のシラノール基と反応するモノマーをオリゴマー及びポリマの少なくとも一の種類を含む集積回路。
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