TWI586715B - 用於形成二氧化矽類層的組成物、二氧化矽類層及電子裝置 - Google Patents

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Description

用於形成二氧化矽類層的組成物、二氧化矽類層及電子裝置
本申請案主張2014年12月19日在韓國智慧財產局提申的韓國專利申請案第10-2014-0184768號的優先權及權益,其全部內容併入本文參考。
本揭露涉及用於形成二氧化矽類層(silica based layer)的組成物、二氧化矽類層以及包括所述二氧化矽類層的電子裝置。
隨著半導體科技的發展,已做出具有高積集度與高速的半導體記憶體單元的研究,以便增加較小的半導體晶片中的積集度以及改善表現。然而,因為半導體需要高積集度,且導線之間的空間變得更窄,因此可能發生RC延遲、串音、回應速度劣化等,且因此關於半導體內連線造成問題。為了解決此問題,可需要裝置間的合適分隔。因此,藉由廣泛地在裝置間使用做為半導體裝置的層間絕緣層的由含矽材料形成的二氧化矽類層、平坦化層、鈍化膜、絕緣層等來進行裝置間的合適分隔。二氧化矽類層用作顯示裝置等以及半導體裝置的保護層、絕緣層等。舉例來說,韓國專利早期公開第2002-0025680號揭露一種包括氮化矽層的半導體裝置,且韓國專利早期公開第2005-0104610號揭露一種包括絕緣層做為矽層的顯示裝置。一般來說,二氧化矽類層是藉由在裝置的預定區域中塗佈含矽材料且將其固化來形成,且由於在含矽材料製備及塗佈期間產生氣泡,在二氧化矽類層上產生缺陷。因此,二氧化矽類層的良率降低,且因此裝置的製作成本可能增加。
一實施例提供一種用於形成二氧化矽類層的組成物,其能夠提供具有絕佳平坦化特徵的膜。
另一實施例提供一種使用用於形成二氧化矽類層的組成物的二氧化矽類層。
又一實施例提供一種包括二氧化矽類層的電子裝置。
一實施例提供一種用於形成二氧化矽類層的組成物,其包括多分散性為從3.0至30的含矽聚合物以及溶劑,且黏度為從1.30 cps到1.80 cps。
含矽聚合物的重量平均分子量可為4000至160000。
含矽聚合物的重量平均分子量可為20000至160000。
含矽聚合物可包括聚矽氮烷(polysilazane)、聚矽氧氮烷(polysiloxazane)或其組合。
溶劑可包括選自以下中的至少一者:苯、甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、三甲苯、三乙苯、環己烷、環己烯、十氫萘(decahydro naphthalene)、雙戊烯(dipentene)、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、乙基環己烷、甲基環已烷、對甲烷、二丙醚(dipropylether)、二丁醚、茴香醚(anisole)、乙酸丁酯、乙酸戊酯、甲基異丁基酮及其組合。
基於用於形成二氧化矽類層的組成物的總量,含矽聚合物的量可以是0.1重量%到30重量%。
根據另一實施例,提供一種使用用於形成二氧化矽類層的組成物製作的二氧化矽類層。
根據又一實施例,提供一種包含二氧化矽類層的電子裝置。
可實現最小化在表面上產生的缺陷且不在邊緣上產生珠泡(bead)的二氧化矽類層。
下文將詳細描述本發明的例示性實施例,且其可由具有相關技術常識的人員容易地執行。然而,本揭露可用許多不同形式實施,且不應理解為受限於本文所闡述的例示性實施例。
在下文中說明根據一實施例的用於形成二氧化矽類層的組成物。
根據一實施例的用於形成二氧化矽類層的組成物包括含矽聚合物和溶劑。
含矽聚合物可包括包含矽(Si)原子且多分散性在3.0到30的範圍內的任何聚合物而沒有特別限制,例如是聚矽氮烷、聚矽氧氮烷或其組合。
含矽聚合物的多分散性可以在3.0到30的範圍中,且具體而言在5.0到20的範圍中。
用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度可為從1.30 cps到1.80 cps,且具體而言,從1.40 cps到1.80 cps。
根據一實施例,用於形成二氧化矽類層的組成物使用多分散性在預定範圍內的含矽聚合物,且將黏度控制在預定範圍內,且因此可最小化在塗佈期間產生的氣泡。因此,組成物可確保層的均勻度。
就此觀點而言,用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度可為從1.40 cps到1.80 cps(在25°C下測量),但不限於此。
在此說明書中,在以下條件下測量黏度。 黏度計:LVDV-Ⅲ(布魯克菲爾德;BROOKFIELD) 心軸號碼:SP-40 力矩/RPM:30 %至60 %力矩/50 RPM 測量溫度(樣品杯溫度):25°C
舉例來說,含矽聚合物的重量平均分子量可為從4000至160000或從20000至160000。
因此,包括重量平均分子量及多分散性在所述範圍內的含矽聚合物的組成物可確保絕佳蝕刻特徵且具有絕佳塗佈特性,且因此形成均勻的層。
舉例來說,含矽聚合物可以是氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷。
基於100重量%的氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷,氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷可具有從0.2重量%至3重量%的氧含量。
當在所述範圍內包括氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷時,所述組成物可避免在熱處理期間的收縮,且因此避免由其形成的填充圖案中產生裂紋。更具體而言,氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷可包括於0.4重量%至2重量%的範圍中。
此外,氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷在末端可包括由-SiH3 表示的部分,並且基於氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷中的Si-H鍵的總量,氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷的-SiH3 基團含量可為15%至40%。在本說明書中,氧含量是藉由使用FlashEA 1112(賽默飛世爾科技公司;Thermo Fisher Scientific Inc.)來測量,且SiH3 /SiH的比例是藉由使用200 MHz的質子NMR:AC-200(布魯克公司;Bruker Corp.)來測量。
基於用於形成二氧化矽類層的組成物的總量,可以以0.1重量%至30重量%的量包含氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷。當在所述範圍內包括氫化聚矽氧氮烷或氫化聚矽氮烷時,組成物可維持合適的黏度,且在填滿間隙期間形成平坦又均勻的層而不會形成空隙。
溶劑可使用芳香族化合物、脂肪族化合物、飽和烴化合物、醚類、酯類、酮類等,且具體地可以是選自苯、甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、三甲苯、三乙苯、環己烷、環己烯、十氫萘、雙戊烯、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、乙基環己烷、甲基環已烷、對甲烷、二丙醚、二丁醚、茴香醚、乙酸丁酯、乙酸戊酯、甲基異丁基酮以及其組合。
特別地,溶劑中的至少一種具有大於或等於130°C的高沸點。因此,層的平坦度可增加。
基於用於形成二氧化矽類層的組成物的總重量,除了所述組分之外,可以以餘量包括溶劑。
用於形成二氧化矽類層的組成物更可以包括熱酸產生劑(thermal acid generator;TAG)。
如果熱酸產生劑藉由熱產生酸(H+ ),其可以包括任何化合物而沒有特別限制。特別是,其可包括在90°C或更高溫被活化且產生足夠酸且亦具有低揮發性的化合物。這種熱酸產生劑可以是(例如)選自硝基苄甲苯磺酸酯(nitrobenzyl tosylate)、硝基苄苯磺酸酯(nitrobenzyl benzenesulfonate)、酚磺酸酯(phenol sulfonate)及其組合。
基於用於形成二氧化矽類層的組成物的總量,可以以0.01重量%至25重量%的量包含熱酸產生劑。
用於形成二氧化矽類層的組成物可更包含表面活性劑。
表面活性劑沒有特別限制,且(例如)可以是:非離子型的表面活性劑,例如聚氧乙烯烷基醚類,例如聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯油基醚等;聚氧乙烯烷基烯丙基醚類,例如聚氧乙烯壬基酚醚等;聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物類;聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯(polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester),例如山梨糖醇單月桂酸酯(sorbitan monolaurate)、山梨糖醇單棕櫚酸酯、山梨糖醇單硬脂酸酯、山梨糖醇單油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇三硬脂酸酯等;EFTOP EF301、EF303、EF352的氟類表面活性劑(土懇產品有限公司;Tochem Products Co., Ltd.)、MEGAFACE F171、F173(大日本油墨化學工業株式會社;Dainippon Ink & Chem., Inc.)、FLUORAD FC430、FC431(住友3M;Sumitomo 3M)、Asahi guardAG710、Surflon S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(朝日玻璃有限公司;Asahi Glass Co., Ltd.)等;其他矽酮類表面活性劑,例如有機矽氧烷聚合物KP341(信越化學有限公司;Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)等。
基於用於形成二氧化矽類層的組成物的總量,可以以0.001重量%至10重量%的量包括表面活性劑。在所述範圍內,可同時改善溶液的分散度、層的均勻厚度以及填充特性。
根據另一實施例,提供一種使用用於形成二氧化矽類層的組成物製作的二氧化矽類層。
二氧化矽類層(例如)可以是絕緣層、填充層、保護層(例如硬塗層)等、半導體電容器等。絕緣層可(例如)用在電晶體裝置和位元線之間、電晶體裝置和電容器之間而沒有限制。
根據另一實施例,提供一種包含二氧化矽類層的電子裝置。所述電子裝置可包括顯示裝置、半導體、影像感測器等。
根據另一實施例,提供一種使用用於形成二氧化矽類層的組成物製作的二氧化矽類層。
製作二氧化矽類層的方法包括:將用於形成二氧化矽類層的組成物塗佈在基板上;乾燥塗佈有所述組成物的基板;以及固化基板。
用於形成二氧化矽類層的組成物可以是包括含矽聚合物以及溶劑的溶液的形式,且可使用溶液製程(例如旋轉塗佈、狹縫塗佈、絲網印刷、噴塗、滴下式注入法(one drop filling;ODF)或其組合)來塗佈。基板的固化製程可包括在一溫度(例如150°C或更高)下進行熱處理。
下文中,以下實例更詳細地說明本發明的實施例。然而,這些實施例僅是例示,且本揭露不限於此。用於形成二氧化矽類層的組成物的製備 [ 實例 1]
將乾燥氮氣置換在裝配有攪拌器和溫度控制器的2升反應器內部。接著,將2克純水注入1500克的乾燥吡啶,且接著使其充分混合,且將混合物放置於反應器中且維持5°C的暖度。接著,以超過一小時的時間將100克的二氯矽烷緩慢地注入其中。接著,以超過3小時的時間將70克的氨注入其中,同時攪拌混合物。接著,注入乾燥氮氣30分鐘,且移除殘餘在反應器中的氨。
獲得的白色漿態產品在乾燥氮氣環境下經由1微米鐵氟龍過濾器進行過濾,獲得1000克過濾後的溶液。接著,將1000克的乾燥二甲苯加到其中,並且藉由使用旋轉蒸發器重複三次用二甲苯取代吡啶的溶液置換,將混合物調整為具有20%的固體濃度,且接著用具有0.03微米的孔徑的鐵氟龍過濾器過濾。
最後,使用旋轉蒸發器同時加入水份小於或等於5 ppm的乾燥二正丁基醚,藉由重複三次用二正丁基醚取代二甲苯的溶液置換來調整所得物具有20%的固體濃度,且接著用具有0.03微米的孔徑的鐵氟龍過濾器過濾。藉由使用GPC、HPLC泵1515、RI偵測器2414(瓦特斯公司;Waters Corp.)以及管柱:LF804(Shodex)來測量產品的重量平均分子量。
經由所述製程,獲得重量平均分子量為23000且多分散性指數為13.6的聚矽氮烷。在本說明書中,藉由使用GPC(RID偵測器2414,瓦特斯公司)以及管柱:LF804(Shodex)來分別測量聚矽氮烷的重量平均分子量及多分散性。接著,將20克的聚矽氮烷溶解於109克的DBE(溶劑)中,且過濾溶液,製備用於形成二氧化矽類層的組成物(化合物含量:18.3重量%)。
接著,藉由使用黏度計(LVDV-III,布魯克菲爾德)在以上黏度測量條件下測量用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度,且黏度為1.60 cps。[ 實例 2]
經由所述製程獲得重量平均分子量為37000且多分散性為11.7的聚矽氮烷。將20克的所獲得的聚矽氮烷溶解於114克的DBE(溶劑)中,且過濾溶液,獲得用於形成二氧化矽類層的組成物(化合物含量:17.5重量%)。
接著,以與實例1相同的方法測量用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度,且黏度為1.50 cps。[ 實例 3]
經由所述製程獲得重量平均分子量為45000且多分散性為10.3的聚矽氮烷。將20克的聚矽氮烷溶解於123克的DBE(溶劑)中,且過濾溶液,製備用於形成二氧化矽類層的組成物(化合物含量:16.2重量%)。
接著,以與實例1相同的方法測量用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度,且黏度為1.40 cps。[ 實例 4]
經由所述製程獲得重量平均分子量為61000且多分散性為7.0的聚矽氮烷。將20克的聚矽氮烷溶解於130克的DBE(溶劑)中,製備用於形成二氧化矽類層的組成物(化合物含量:15.4重量%)。
接著,以與實例1相同的方法測量用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度,且黏度為1.35 cps。[ 比較實例 1]
經由所述製程獲得重量平均分子量為100000且多分散性為17.7的聚矽氮烷。
接著,將20克的聚矽氮烷溶解於132克的DBE(溶劑)中,且過濾溶液,製備用於形成二氧化矽類層的組成物(化合物含量:15.1重量%)。
接著,以與實例1相同的方法測量用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度,且黏度為1.90 cps。[ 比較實例 2]
經由所述製程獲得重量平均分子量為8000且多分散性為2.9的聚矽氮烷。將20克的聚矽氮烷溶解於107克的DBE(溶劑)中,且過濾溶液,獲得用於形成二氧化矽類層的組成物(化合物含量:18.7重量%)。
接著,以與實例1相同的方法測量用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度,且黏度為1.25 cps。評估 1 :層表面的特徵
分別將根據實例1至實例4與比較實例1及比較實例2的用於形成二氧化矽類層的每一組成物進行旋轉塗佈,以在8吋直徑的矽晶圓上形成5500Å厚的薄膜,且接著在150°C下烘烤130秒。接著,使用掃描式電子顯微圖(SEM)檢視是否在薄膜邊緣上產生珠泡、以及在薄膜的表面上有多少缺陷,且在此,對直徑大於或等於175 nm的缺陷計量。
於表1中提供結果,且圖1提供掃描式電子顯微圖(SEM),其展示由根據比較實例1的用於形成二氧化矽類層的組成物形成的薄膜邊緣上產生珠泡。 [表1]
參照表1與圖1,分別由根據實例1至實例4的用於形成二氧化矽類層的組成物形成的各薄膜並未在邊緣上展示珠泡,而分別由根據比較實例1與比較實例2的用於形成二氧化矽類層的組成物形成的各薄膜在邊緣上展示珠泡。
此外,參照表1,相較於分別由根據比較實例1與比較實例2的用於形成二氧化矽類層的組成物形成的各薄膜,分別由根據實例1至實例4的用於形成二氧化矽類層的組成物形成的各薄膜展示數目銳減的缺陷。
因此,滿足預定黏度與分散性的由用於形成二氧化矽類層的組成物形成的二氧化矽類層展示絕佳的平坦化特徵。
雖然已結合目前認為是實用的示例性實施例對本發明進行描述,但是應理解到,本發明不限於所揭露的實施例,而是相反,旨在涵蓋包括在所附申請專利範圍的精神和範疇內的各種修改和等價配置。
無。
圖1是展示是否在薄膜的邊緣上產生珠泡的掃描式電子顯微圖(SEM)照片,所述薄膜由根據比較實例1的用於形成二氧化矽類層的組成物形成。

Claims (6)

  1. 一種用於形成二氧化矽類層的組成物,包括含矽聚合物以及溶劑,其中所述含矽聚合物的多分散性是從3.0到30,且當在以下條件下測量時,所述用於形成二氧化矽類層的組成物的黏度是從1.30cps到1.80cps,其中所述含矽聚合物的重量平均分子量為20000至160000,且所述含矽聚合物包括聚矽氮烷、聚矽氧氮烷或其組合,黏度測量條件為:黏度計為LVDV-Ⅲ,心軸號碼為SP-40,力矩/RPM為30%至60%力矩/50RPM,測量溫度為25℃。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成二氧化矽類層的組成物,其中所述溶劑包括選自以下中的至少一者:苯、甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯、三甲苯、三乙苯、環己烷、環己烯、十氫萘、雙戊烯、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、乙基環己烷、甲基環已烷、對甲烷、二丙醚、二丁醚、茴香醚、乙酸丁酯、乙酸戊酯、甲基異丁基酮及其組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成二氧化矽類層的組成物,其中基於所述組成物的總量,所述含矽聚合物的量為0.1重量%至30重量%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於形成二氧化矽類層的組成物,其中所述含矽聚合物包括氫化的聚矽氮烷、氫化的聚矽 氧氮烷或其組合。
  5. 一種二氧化矽類層,使用如申請專利範圍第1項所述的用於形成二氧化矽類層的組成物製作。
  6. 一種電子裝置,包括如申請專利範圍第5項所述的二氧化矽類層。
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