WO2024253409A1 - 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 및 이를 이용한 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a precursor for forming a silicon-containing thin film and a method for forming a silicon-containing thin film using the same, and more specifically, to a precursor comprising a silicon-containing compound having a cyclic disilane structure, which is easy to store and handle in a liquid state at room temperature and has high reactivity, enabling the formation of a high-quality low-k thin film at an excellent growth rate, and a method for forming a silicon-containing thin film using the same.
  • parasitic capacitance As semiconductor devices become smaller and more highly integrated, parasitic capacitance increases, which causes a delay in response speed (RC delay). Research and development are being conducted to resolve this.
  • the parasitic capacitance mainly occurs when the metal wirings become very close to each other, and the arrangement of the metal wirings has the same structure as a capacitor. In order to reduce this, it is necessary to form the interlayer insulating film formed between the metal wirings with an insulating material having a low dielectric constant.
  • the insulating material having the above low dielectric constant can be formed by the spin-on dielectric (SOD) method and the chemical vapor deposition (hereinafter, CVD) method, and examples of this include a fluorinated silicate glass (hereinafter, FSG film) and a SiOC film.
  • SOD spin-on dielectric
  • CVD chemical vapor deposition
  • Precursors conventionally used to form low-k thin films include octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), diethoxymethylsilane (DEMS), and tetraethoxyorthosilicate (TEOS).
  • OCTS octamethylcyclotetrasiloxane
  • DEMS diethoxymethylsilane
  • TEOS tetraethoxyorthosilicate
  • MTES, DEMS, DMOMS, TOMCATS, DMDMOS, DMDOSH, Z3MS, etc. are used as organosiloxane source gases in a process of forming an insulating film using SiH 4 and SiF 4 gases.
  • the organosiloxane source is additionally added to a precursor, so there is a limit to lowering the dielectric constant.
  • the organosiloxane source is used as a precursor, there is a problem that the elastic modulus is lowered, which limits its use in the thin film formation process.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned prior arts, and its purpose is to provide a precursor for forming a low-k silicon-containing thin film, which comprises a silicon-containing compound having a cyclic disilane structure, is liquid at room temperature, is easy to store and handle, and has high reactivity, thereby exhibiting an excellent thin film growth rate.
  • the purpose is to provide a precursor for forming a low-k silicon-containing thin film, which is easy to control the carbon content ratio within the molecule and can improve the elastic modulus of the formed thin film.
  • the purpose is to provide a method for forming a low-k silicon-containing thin film having a high elastic modulus by using the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film.
  • the precursor for forming a low-k silicon-containing thin film of the present invention comprises a silicon-containing compound represented by the following chemical formula 1 or 2, and is characterized in that the dielectric constant of the silicon-containing thin film formed using the precursor for forming a low-k silicon-containing thin film is 2.2 to 3.6.
  • R 1 and R 2 may be the same or different, and are each independently a hydrogen atom, a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic alkyl group, an allylic group containing a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic functional group, a vinyl group containing a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic functional group, an alkoxy group containing a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic functional group, a primary or secondary amine group, or a phenyl group containing or not containing a C 1 -C 6 functional group,
  • R 3 to R 6 are each independently a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic alkyl group, an allylic group containing a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic functional group, a vinyl group containing a C 1 -C 6 straight-chain, branched or cyclic functional group, n is 1 to 4, and m is 1 to 6.
  • At this time, at least one of R 3 and R 6 may be a methyl group (Me), and all of R 3 to R 6 may be the same.
  • chemical formula 1 may be a silicon-containing compound represented by the following chemical formula 1-1.
  • the chemical formula 2 may be a silicon-containing compound represented by the following chemical formula 2-1.
  • the precursor may additionally include a solvent, and at this time, the solvent may be one or more of a C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbon, a ketone, an ether, a glyme, an ester, tetrahydrofuran, and a tertiary amine, and may be included in an amount of 1 to 99 wt% based on the total weight of the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film.
  • the solvent may be one or more of a C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbon, a ketone, an ether, a glyme, an ester, tetrahydrofuran, and a tertiary amine, and may be included in an amount of 1 to 99 wt% based on the total weight of the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film.
  • the method for forming a low-k silicon-containing thin film of the present invention is characterized by including a process of forming a thin film on a substrate using the precursor for forming a low-k silicon-containing thin film as described above.
  • the process of forming a thin film on the substrate may include a process of forming a precursor thin film by depositing a precursor for forming the thin film on the surface of the substrate, and a process of reacting the precursor thin film with a reactive gas.
  • N 2 nitrogen
  • NH 3 ammonia
  • N 2 H 4 hydrazine
  • N 2 O nitrous oxide
  • oxygen O 2
  • water vapor H 2 O
  • ozone O 3
  • hydrogen peroxide H 2 O 2
  • silane hydrogen (H 2 ), and diborane (B 2 H 6 )
  • B 2 H 6 diborane
  • the process of forming the precursor thin film may include a process of vaporizing the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film and transporting it inside the chamber.
  • the deposition may be performed by any one of a spin-on dielectric (SOD) process, a low temperature plasma (LTP) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, a high density plasma -chemical vapor deposition (HDPCVD) process, an atomic layer deposition (ALD) process, or a plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) process.
  • SOD spin-on dielectric
  • LTP low temperature plasma
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • HDPCVD high density plasma -chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • PEALD plasma-enhanced atomic layer deposition
  • the process of forming a thin film on the substrate may include a step of supplying a precursor for forming a thin film to the substrate and applying plasma to form a thin film.
  • the thin film may have a carbon content of 10 to 35 at% as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a refractive index (RI) of 1.3 to 1.7, an elastic modulus of 4 to 20 GPa, and a density of 1.2 to 1.7 g/cm3 as measured by X-ray reflectometry (XRR).
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • RI refractive index
  • XRR X-ray reflectometry
  • the precursor according to the present invention exhibits the effect of easily controlling the carbon content ratio within a molecule in a low-k silicon-containing thin film through a silicon-containing compound having a cyclic disilane structure and improving the elastic modulus of the formed thin film.
  • the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film has a structural characteristic that allows it to be decomposed at low temperatures, an effect of exhibiting characteristics suitable for low-temperature processes can be obtained.
  • Figure 1 is a conceptual diagram illustrating a process in which a precursor composed of a silicon-containing compound represented by chemical formula 1-1 forms a reaction site by plasma application.
  • Figure 2 shows the results of 1 H-NMR analysis of a precursor according to Example 1.
  • Figure 3 shows the results of 1 H-NMR analysis of a precursor according to Example 2.
  • FIG. 4 shows the thermogravimetric analysis (TGA) results of a precursor according to an embodiment.
  • a precursor for forming a low-k silicon-containing thin film according to the present invention comprises a silicon-containing compound represented by the following chemical formula 1 or 2, and a low-k silicon-containing thin film formed using the precursor for forming a low-k silicon-containing thin film can form a silicon-containing thin film having a dielectric constant of 2.2 to 3.6.
  • the chemical formula 1 may be a silicon-containing compound represented by the following chemical formula 1-1
  • the chemical formula 2 may be a silicon-containing compound represented by the following chemical formula 2-1.
  • the silicon-containing compound represented by the chemical formula 1 or 2 above includes a cyclic disilane structure.
  • energy such as plasma is applied, as illustrated in FIG. 1
  • the bond of disilane (Si-Si) is broken up, radicals are formed at silicon atoms to form a reaction site. That is, since the Si-Si bond has a relatively low bonding strength, it is easily broken down by the application of plasma and is deposited on the surface of the thin film through the reaction site. At this time, due to the characteristics of the chemical structure, the initial chemical adsorption rate on the surface of the thin film can be significantly improved.
  • the reaction site and the reactive group on the surface of the thin film can be tightly bonded, the elastic modulus of the formed thin film can be improved.
  • R 3 in the above chemical formula 1 or 2 is bonded to a silicon atom, it is first adsorbed onto the surface of the thin film and then forms a Si-C bond within the thin film. Through this surface adsorption process, the dielectric constant of the thin film formed can be lowered.
  • the precursor of the present invention may additionally include a solvent.
  • a solvent any one or a mixture thereof may be used among C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons, ketones, ethers, glyme, esters, tetrahydrofuran, and tertiary amines.
  • Examples of the C 1 -C 16 saturated or unsaturated hydrocarbons include toluene and heptane, and examples of the tertiary amine include dimethylethylamine.
  • the silicon-containing compound when the silicon-containing compound forms a solid state at room temperature or a slightly higher temperature, it is preferable to include a solvent capable of dissolving it. That is, when the solvent is included, it is included in a solvent capable of dissolving the silicon-containing compound and in an amount, and it is preferable to include it in an amount of 1 to 99 wt% with respect to the total weight of the precursor for forming the silicon-containing thin film.
  • the precursor containing or not containing the above solvent is vaporizable, it can be supplied into the chamber in the form of precursor gas. Accordingly, depending on the type of silicon-containing compound, if it exists in a liquid state at room temperature and can be easily vaporized, the thin film formation process can be performed without a separate solvent.
  • the method for forming a low-dielectric silicon-containing thin film of the present invention may include a process of forming a thin film on a substrate using a precursor for forming a low-dielectric silicon-containing thin film.
  • the process for forming a thin film on a substrate may include a process for depositing a precursor for forming a thin film on a surface of the substrate to form a precursor thin film, and a process for reacting the precursor thin film with a reactive gas.
  • the reactive gas may be one or more of nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), hydrazine (N 2 H 4 ), nitrous oxide (N 2 O), oxygen (O 2 ), water vapor (H 2 O), ozone (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), silane, hydrogen (H 2 ), and diborane (B 2 H 6 ).
  • the method may include a step of vaporizing the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film and transporting it inside the chamber, and forming a thin film by supplying the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film onto a substrate and then applying plasma to deposit the precursor.
  • the deposition process can be performed by any one of a spin-on dielectric (SOD) process, a low temperature plasma (LTP) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, a high density plasma -chemical vapor deposition (HDPCVD) process, an atomic layer deposition (ALD) process, or a plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) process.
  • SOD spin-on dielectric
  • LTP low temperature plasma
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • HDPCVD high density plasma -chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • PEALD plasma-enhanced atomic layer deposition
  • the plasma when applying plasma, the plasma may be applied while a source gas other than the precursor for forming the low-k silicon-containing thin film transferred into the chamber is supplied to the substrate.
  • a low-dielectric constant insulating film that fills the gap between metal wiring patterns on the substrate can be formed by supplying an inert gas, such as argon (Ar) or helium (He), together with a silicon source gas, a fluorine source gas, an oxygen gas, or a gas containing carbon onto the substrate and generating plasma.
  • an inert gas such as argon (Ar) or helium (He)
  • the commonly used SiF 4 can be used, and as the carbon-containing gas, a hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 2 H 2 , C 6 H 6 , or an organosiloxane source gas such as methylethoxysilane (MTES), diethoxymethylsilane (DEMS), dimethoxymethylsilane (DMOMS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TOMCATS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), dimethyldeoxysilylcyclohexane (DMDOSH), or trimethylsilane can be used.
  • a hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 2 H 2 , C 6 H 6
  • an organosiloxane source gas such as methylethoxysilane (MTES), diethoxymethylsilane (DEMS), dimethoxymethylsilane (DMOMS), tetramethylcycl
  • the process for forming the above thin film can be performed under a chamber pressure condition of 0.1 to 10 Torr.
  • the source power for forming plasma within the chamber is appropriately 50 to 9,000 W
  • the bias power is appropriately 0 to 5,000 W.
  • the bias power may not be applied depending on the case.
  • the mechanical properties of the formed thin film are improved because the bonding strength between the silicon-containing compound and the thin film surface is improved.
  • the low-k silicon-containing thin film forms an FSG (Fluorinated Silicate Glass) film or an OSG (Organo Silicate Glass) film as an interlayer insulating film, thereby reducing the parasitic capacitance between wirings of the semiconductor device, thereby forming a high-quality semiconductor device.
  • FSG Fluorinated Silicate Glass
  • OSG Organic Silicate Glass
  • the thin film obtained by applying the thin film forming method of the present invention exhibits excellent physical properties.
  • the thin film may have a carbon content of 10 to 35 at% as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the thin film may have a refractive index (RI) of 1.3 to 1.7.
  • the elastic modulus may be 4 to 20 GPa.
  • the density calculated by X-ray reflectometry (XRR) may be 1.2 to 1.7 g/cm3.
  • the thin film is a low dielectric thin film with a dielectric constant of 2.2 to 3.6.
  • a low dielectric thin film with a high elastic modulus can be obtained through these thin film properties, and thus can be used in semiconductor devices such as next-generation DRAM IMD.
  • a solution was prepared by diluting 43 ml (0.3 mol) of triethylamine with 600 ml of hexane.
  • a solution of 25 g (0.13 mol) of 1,2-dichlorotetramethyldisilane and 12 g (0.13 mol) of 2,3-butanediol diluted with 100 ml of hexane was slowly added to the solution at low temperature (approximately 0°C) to prepare a mixture, and the mixture was stirred at room temperature for about 12 hours.
  • the reactant was filtered, and the filtrate was heated at normal pressure to remove the residual triethylamine and hexane, thereby obtaining a colorless liquid.
  • the obtained liquid was purified under reduced pressure [80°C (bath standard) @ 4 torr] to obtain 18.2 g (yield: 65%) of 2,2,3,3,5,6-hexamethyl-1,4,2,3-dioxadisilinane as a colorless liquid.
  • a solution of 8.5 ml (0.02 mol) of triethylamine diluted with 300 ml of hexane was prepared.
  • a solution of 25 g (0.13 mol) of 1,2-dichlorotetramethyldisilane and 3.1 g (0.02 mol) of 1,2-cyclohexanediol diluted with 50 ml of tetrahydrofuran was slowly added to the solution at low temperature (approximately 0°C), and the mixture was stirred at room temperature for about 12 hours.
  • the reactant was filtered, and the filtrate was heated at normal pressure to remove the residual triethylamine, hexane, and tetrahydrofuran, thereby obtaining a colorless liquid.
  • the obtained liquid was purified under reduced pressure [60°C (bath standard) @ 0.8 torr] to obtain 3.7 g (yield: 60%) of 2,2,3,3-tetramethyloctahydrobenzo-1,4,2,3-dioxadisiline as a colorless liquid.
  • the precursor including the silicon-containing compound according to the present invention exhibits properties suitable for use in a process of forming a low-k silicon-containing thin film.
  • a SiCOH thin film was formed through the thin film formation process of the present invention. That is, a silicon precursor, oxygen, and helium were simultaneously injected using CN1 Co., Ltd. 6" ATOMIC PREMIUM to form a silicon oxide thin film containing carbon.
  • helium (He) gas was used as a carrier gas in the precursor storage container (Canister) to supply the precursor to the reactor, and oxygen was used as a reactant to deposit a carbon-containing silicon oxide thin film by the plasma vapor deposition method.
  • the substrate temperature was heated to 300°C, and the plasma was supplied with RF power of 100 to 300 W at a frequency of 13.56 MHz.
  • the pressure of the reactor was maintained at 2 Torr.
  • Thin films were deposited by varying process conditions such as plasma application conditions, reactive gas, and carrier flow rates, and the dielectric constant, density, and carbon content of each deposited thin film were measured.
  • the refractive index (RI) of the deposited thin films was analyzed by ellipsometry in the range of 1.3–5.0 eV, and the refractive index at 1.96 eV is attached in Table 1.
  • the elemental composition ratio in the thin films, including the carbon content, was measured by XPS, and the density was measured by XRR.
  • the dielectric constant was measured by contacting the deposited thin films using a Hg-probe, and the AC frequency was set to 250 Hz for the measurement.
  • the elastic modulus was measured by Nanoindenter, and was measured at 20% of the thickness from the surface of the deposited thin films.
  • the manufactured thin film can be used as a low-k dielectric material to reduce the RC delay of semiconductor devices.
  • Low-k dielectric materials in the semiconductor device field are evaluated by dielectric constant and elastic modulus, etc. It is judged that a thin film with a low dielectric constant and high elastic modulus is better in the relevant field.

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 및 상기 전구체를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체는 유전상수가 2.2 내지 3.6인 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성하며, 상기 전구체는 상온에서 액상이므로 보관 및 취급이 용이하고, 높은 반응성을 갖기 때문에 우수한 성장 속도로 쉽게 양질의 실리콘 함유 박막을 형성할 수 있다.

Description

저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 및 이를 이용한 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법
본 발명은 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 및 이를 이용한 실리콘 함유 박막 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사이클릭 다이실란(cyclic disilane) 구조의 실리콘 함유 화합물을 포함하며, 상온에서 액상으로 보관 및 취급이 용이하고 반응성이 높아 우수한 성장 속도로 양질의 저 유전율 박막을 형성할 수 있는 전구체 및 이를 이용한 실리콘 함유 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 소형화, 고집적화에 따라 기생 커패시턴스가 증가하고 이로 인해 응답 속도 지연(RC delay)이 발생하여 이를 해결하기 위한 연구개발이 진행되고 있다. 상기 기생 커패시턴스는 주로 금속 배선과 금속 배선 사이가 매우 가까워져 상기 금속 배선들의 배치가 커패시터와 동일한 구조를 갖게 되면서 발생하며, 이를 줄이기 위해서는 상기 금속 배선 사이에 형성되는 층간 절연막을 저 유전상수를 갖는 절연 물질로서 형성할 필요가 있다.
상기 저 유전상수를 갖는 절연 물질은 SOD(spin-on dielectric) 방식 및 화학 기상 증착 방식(Chemical vapor deposition, 이하, CVD)으로 형성될 수 있으며, 이러한 예로는 불소를 포함하는 실리콘 산화막(Fluorinated Silicate Glass, 이하 FSG막) 및 SiOC 막을 들 수 있다.
종래에 저 유전율 박막을 형성하기 위해 사용되는 전구체로는 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 디에톡시메틸실란(DEMS), 테트라에톡시오르소실리케이트(TEOS) 등을 들 수 있다. 상기 전구체는 액상으로 증착 공정을 위한 기화에 유리하나 형성된 박막에서 충분한 탄성계수(Elastic Modulus)를 얻기 어려워 적용범위에 제한이 따른다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2006-0029762호에는 SiH4 및 SiF4 가스를 사용하여 절연막을 형성하는 공정에서 유기 실록산 소스 가스로 MTES, DEMS, DMOMS, TOMCATS, DMDMOS, DMDOSH. Z3MS 등을 사용하고 있으나, 상기 유기 실록산 소스는 전구체에 부가적으로 첨가되는 것으로서 유전율을 낮추는데 한계가 있으며, 상기 유기 실록산 소스를 전구체로 사용하는 경우에는 탄성계수가 낮아지는 문제점이 발생하여 박막 형성 공정에 사용이 제한적인 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술들을 감안하여 안출된 것으로, 사이클릭 다이실란(cyclic disilane) 구조의 실리콘 함유 화합물을 포함하며, 상온에서 액상이어서 보관 및 취급이 용이하고 반응성이 높아 박막 성장 속도가 우수한 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 분자 내의 탄소 함량비를 조절하기 용이하고 형성된 박막의 탄성계수를 개선할 수 있는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 사용함으로써 높은 탄성계수를 갖는 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 것으로서, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 형성되는 실리콘 함유 박막의 유전상수가 2.2 내지 3.6인 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000002
상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알릴기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 비닐기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알콕시기, 1차 또는 2차 아민기, 또는 C1-C6의 관능기를 포함하거나 관능기를 포함하지 않는 페닐기이며,
R3 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알릴기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 비닐기이며, n은 1 내지 4이며, m은 1 내지 6이다.
이때, 상기 R3 및 R6 중 어느 하나 이상은 메틸기(Me)일 수 있으며, 상기 R3 내지 R6는 모두 동일한 것일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000003
또한, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물일 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000004
또한, 상기 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있으며, 이때, 상기 용매로는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있으며, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법은 상기와 같은 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정, 상기 전구체 박막을 반응성 가스와 반응시키는 공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응성 가스로는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H2), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전구체 박막을 형성하는 공정은 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 공정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 증착은 SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 상기 박막 형성용 전구체를 기판에 공급하고 플라즈마를 인가하여 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 박막은 X선 광전자 분광법(XPS)으로 측정했을 때 탄소 함유량이 10 내지 35 at%인 것일 수 있으며, 굴절율(RI)이 1.3 내지 1.7인 것일 수 있고, 탄성계수가 4 내지 20 GPa인 것일 수 있으며, X선 반사 측정법(XRR)에 의해 산출된 밀도가 1.2 내지 1.7 g/㎤인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 전구체는 사이클릭 다이실란 구조의 실리콘 함유 화합물을 통해 저 유전율 실리콘 함유 박막에서의 분자 내의 탄소 함량비를 조절하기 용이하고 형성된 박막의 탄성계수를 개선하는 효과를 나타낸다.
또한, 상온에서 액상이어서 보관 및 취급이 용이하고 반응성이 높아 박막 성장 속도가 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체는 저온에서 분해될 수 있는 구조적 특성을 가지고 있으므로 저온 공정에 적합한 특성을 나타내는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 사용함으로써 높은 탄성계수를 갖는 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성할 수 있어 차세대 DRAM IMD 등의 용도로 활용할 수 있는 박막 형성 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 화학식 1-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물로 이루어진 전구체가 플라즈마 인가에 의해 반응 사이트를 형성하는 과정을 도시한 개념도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 전구체의 1H-NMR 분석 결과이다.
도 3은 실시예 2에 따른 전구체의 1H-NMR 분석 결과이다.
도 4는 실시예에 따른 전구체의 열중량분석(TGA) 결과이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 것으로서, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 형성되는 실리콘 함유 박막의 유전상수가 2.2 내지 3.6인 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성할 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000005
[화학식 2]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000006
상기 화학식 1 및 화학식 2에서, R1 및 R2는 서로 같거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알릴기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 비닐기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알콕시기, 1차 또는 2차 아민기, 또는 C1-C6의 관능기를 포함하거나 관능기를 포함하지 않는 페닐기이며, R3 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알릴기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 비닐기이며, n은 1 내지 4이며, m은 1 내지 6이다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실리콘 함유 화합물의 구체예로는 상기 R3 및 R6 중 어느 하나 이상은 메틸기(Me)인 화학구조를 들 수 있으며, 상기 R3 내지 R6는 모두 동일한 화학구조도 예시할 수 있다.
바람직하게는 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물일 수 있으며, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000007
[화학식 2-1]
Figure PCTKR2024007656-appb-img-000008
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실리콘 함유 화합물은 사이클릭 다이실란(cyclic disilane) 구조를 포함하는 것이다. 화학식 1-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물을 기판 상에 도입한 후 플라즈마 등의 에너지를 인가하는 경우를 살펴보면, 도 1에 도시된 것과 같이, 다이실란(Si-Si)의 결합이 절단(break-up)되면서 실리콘 원자에 라디칼이 형성되어 반응 사이트를 형성하게 된다. 즉, Si-Si 결합은 결합력이 상대적으로 낮기 때문에 플라즈마 인가에 의해 쉽게 분해되며, 반응 사이트를 통해 박막의 표면에 증착되게 된다. 이때, 화학구조의 특성상 박막 표면에서 초기 화학 흡착 속도를 크게 향상될 수 있다. 또한, 상기 반응 사이트와 박막 표면의 반응기가 기밀하게 결합될 수 있기 때문에 형성된 박막의 탄성계수를 향상시킬 수 있게 된다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2에서 R3는 실리콘 원자에 결합되어 있기 때문에 일단 박막 표면에 흡착한 후 박막 내에 Si-C 결합을 형성하게 된다. 이러한 표면 흡착 과정을 통해 형성되는 박막의 유전율을 낮출 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 전구체는 용매를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 용매로는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소의 예로는 톨루엔, 헵탄 등을 들 수 있으며, 3차 아민으로는 디메틸에틸아민을 들 수 있다.
특히, 실리콘 함유 화합물이 상온이나 그보다 약간 높은 온도에서 고체 상태를 형성하는 경우 이를 용해할 수 있는 용매를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 용매를 포함하는 경우, 상기 실리콘 함유 화합물을 용해할 수 있는 용매 및 함량으로 함유되게 되며, 상기 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 용매를 포함하거나 포함하지 않는 전구체는 기화할 수 있는 것이기 때문에 이를 전구체 가스 형태로 챔버 내로 공급할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유 화합물의 종류에 따라 실온에서 액상으로 존재하며, 쉽게 기화될 수 있는 경우에는 별도의 용매 없이도 박막 형성 공정을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법은 저 유전 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로, 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정 및 상기 전구체 박막을 반응성 가스와 반응시키는 공정을 포함할 수 있다. 이때, 상기 반응성 가스로는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H2), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 그 이상의 가스를 사용할 수 있다.
또한, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 기판 상에 공급한 후 플라즈마를 인가하여 증착함으로써 박막을 형성할 수도 있다.
구체적으로, 상기 증착 공정은 SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, HDP-CVD 공정을 적용할 경우 상압 화학 기상 증착 공정(AP-CVD), 저압 화학 기상 증착 공정(LP-CVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정(PE-CVD)에 비해 고진공 및 고파워에서 진행될 수 있기 때문에 구조적으로 치밀하고 기계적 특성이 우수한 박막을 형성할 수 있게 된다.
또한, 플라즈마를 인가할 때 상기 챔버 내부로 이송된 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체와 다른 소스 가스가 기판에 공급된 상태에서 플라즈마를 인가할 수도 있다,
예를 들어, 금속 배선 패턴이 형성된 기판 상에 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체의 가스, 산소 가스, 캐리어 가스인 수소 가스를 공급하고 여기에 플라즈마를 발생시킴으로써 상기 기판 상에 형성된 금속 배선 패턴 사이의 갭을 채우는 저 유전율의 층간 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 불화실리콘 절연막을 형성하고자 하는 경우 불소 소스 가스를 함께 공급하여 박막을 형성할 수도 있다.
또한, 층간 절연막의 종류에 따라 기판 상에 실리콘 소스 가스, 불소 소스 가스, 산소 가스, 탄소를 포함하는 가스와 함께 비활성 가스인 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 가스를 공급하고 플라즈마를 발생시킴으로써 기판 상의 금속 배선 패턴 사이의 갭을 채우는 저 유전율의 절연막을 형성할 수 있다.
상기 불소 소스로는 통상적으로 사용하는 SiF4를 사용할 수 있으며, 탄소를 포함하는 가스로는 CH4, C2H4, C2H6, C2H2, C6H6와 같은 탄화수소 가스나 메틸에톡시실란(MTES), 디에톡시메틸실란(DEMS), 디메톡시메틸실란(DMOMS), 테트라메틸사이클로테트라실록산(TOMCATS), 디메틸디메톡시실란(DMDMOS), 디메틸디옥시실릴사이클로헥산(DMDOSH), 트리메틸실란과 같은 유기실록산 소스 가스를 사용할 수 있다.
상기 박막을 형성하기 위한 공정은 0.1 내지 10Torr의 챔버 내 압력 조건에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위한 소스 파워는 50 내지 9,000W, 바이어스 파워는 0 내지 5,000W가 적절하다. 또한, 상기 바이어스 파워는 경우에 따라서 가하지 않을 수도 있다.
상기 박막 형성 공정에서 본 발명에서 사용되는 실리콘 함유 화합물의 구조적 특성 상 층간 절연막이 형성될 때 미세한 공극이 형성되게 된다. 이러한 공극이 형성됨으로써 상기 층간 절연막의 유전율을 더욱 더 낮추어 줄 수 있으며, 기존의 층간 절연막에 비해 더 낮은 유전율을 달성할 수 있게 된다.
또한, 실리콘 함유 화합물과 박막 표면과의 결합력이 향상되기 때문에 형성된 박막의 기계적 특성이 향상되게 된다.
또한, 상기 박막 형성 공정을 적용하면 저 유전율 실리콘 함유 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자를 제조할 수 있다. 이때 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막은 층간 절연막으로서 FSG(Fluorinated Silicate Glass)막이나 OSG(Organo Silicate Glass) 막을 형성하게 되며, 이를 통해 반도체 소자의 배선 간 기생 커패시턴스를 감소시켜 고품질의 반도체 소자를 형성하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 박막 형성 방법을 적용하여 수득되는 박막은 우수한 물성을 나타낸다. 예를 들어, 상기 박막은 X선 광전자 분광법(XPS)으로 측정했을 때 탄소 함유량이 10 내지 35 at%인 것일 수 있다. 또한, 굴절율(RI)이 1.3 내지 1.7인 것일 수 있다. 또한, 탄성계수가 4 내지 20 GPa인 것일 수 있다. 또한, X선 반사 측정법(XRR)에 의해 산출된 밀도가 1.2 내지 1.7 g/㎤인 것일 수 있다. 또한, 상기 박막은 저 유전체로서 유전상수가 2.2 내지 3.6으로서 저 유전체 박막을 형성할 수 있다.
따라서 이러한 박막 특성을 통해 높은 탄성계수를 갖는 저 유전체 박막이 수득될 수 있으므로 차세대 DRAM IMD 와 같은 반도체 소자에 이용할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.
실시예1. 2,2,3,3,5,6-hexamethyl-1,4,2,3-dioxadisilinane의 제조
트리에틸아민 43㎖(0.3mol)를 헥산 600㎖로 희석한 용액을 준비하였다. 상기 용액에 1,2-다이클로로테트라메틸다이실란 25g(0.13mol)과 2,3-부탄다이올 12g(0.13mol)을 헥산 100㎖로 희석한 용액을 저온(약 0℃)에서 천천히 첨가하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 실온에서 약 12시간 동안 교반하였다. 반응물을 필터하고 여과액을 상압에서 가열하여 잔여 트리에틸아민과 헥산을 제거하여 무색의 액체를 얻었다.
얻어진 액체를 감압 정제[80℃(bath 기준)@4torr]하여 무색의 액체인 2,2,3,3,5,6-헥사메틸-1,4,2,3-다이옥사다이실리난[2,2,3,3,5,6-hexamethyl-1,4,2,3-dioxadisilinane] 18.2g (수율: 65%)을 수득하였다.
수득된 생성물을 1H-NMR(400 MHz, C6D6, 25℃)로 측정한 결과, 도 2에서와 같이, δ 0.25 [s, 6H, meso -Si(CH 3)2], 0.26 [s, 0.9H, dl -Si(CH 3)2], 0.28 [s, 6.9H, meso and dl -Si(CH 3)2], 1.06 [d, J=6.1 Hz, 0.8H, dl -CH(CH 3)], 1.07 [d, J=6.6 Hz, 6H, meso -CH(CH 3)], 3.69 [m, 0.2H, dl -CH(CH3)], 3.94 [q, J=6.6 HZ, 2.0H, meso -CH(CH3)]의 특정 피크가 확인되어 화학구조를 확인할 수 있었다.
실시예2. 2,2,3,3-tetramethyloctahydrobenzo-1,4,2,3-dioxadisiline의 제조
트라이에틸아민 8.5ml(0.02mol)를 헥산 300㎖로 희석한 용액을 준비한다. 상기 용액에 1,2-다이클로로테트라메틸다이실란 25g(0.13mol)과 1,2-시클로헥산다이올 3.1g(0.02mol)을 테트라하이드로퓨란 50ml로 희석한 용액을 저온(약 0℃)에서 천천히 첨가한 후, 혼합물을 실온에서 약 12시간동안 교반하였다. 반응물을 필터하고 여과액을 상압에서 가열하여 잔여 트라이에틸아민과 헥산, 테트라하이드로퓨란을 제거하여 무색의 액체를 얻었다.
얻어진 액체를 감압 정제[60℃(bath 기준)@0.8torr]하여 무색의 액체인 2,2,3,3-테트라메틸옥타하이드로벤조-1,4,2,3-다이옥사다이실린 [2,2,3,3-tetramethyloctahydrobenzo-1,4,2,3-dioxadisiline] 3.7g (수율: 60%)을 얻었다.
수득된 생성물을 1H-NMR(400 MHz, C6D6, 25℃)로 측정한 결과, 도 3에서와 같이, δ 0.26-0.31 [m, 12H, -Si(CH 3)2], 0.99 [m, 1H, cycle-(CHCH2-CH 2)-], 1.12 [m, 1H, cycle-(CHCH2-CH 2)-], 1.28-1.49 [m, 3H, cycle-(CHCH 2-CH 2)-], 1.65 [m, 1H, cycle-(CHCH 2-CH2)-], 1.83 [m, 1H, cycle-(CHCH 2-CH2)-], 1.97 [m, 1H, cycle-(CHCH 2-CH2)-], 3.59 [m, 1H, cycle-(CHCH2-CH2)-], 3.91 [m, 1H, cycle-(CHCH2-CH2)-]의 특정 피크가 확인되어 화학구조를 확인할 수 있었다.
또한, 도 4의 열중량 분석 결과를 살펴보면, 실시예 1 및 2의 화합물은 100 내지 150℃의 온도 영역에서 중량 변화가 발생하는 것으로 나타나 증착 공정에 유리한 효과를 나타낼 수 있는 것으로 파악되었다.
따라서 본 발명에 따른 실리콘 함유 화합물을 포함하는 전구체는 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성하는 공정에 사용하기에 적합한 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
[공정예]
본 발명의 박막 형성 공정을 통해 SiCOH 박막을 형성하였다. 즉, ㈜CN1사 6" ATOMIC PREMIUM을 사용하여 실리콘 전구체와 산소, 헬륨을 동시에 주입하여 탄소가 함유된 실리콘 산화물 박막을 형성하였다.
공정에서 안정적인 실리콘 전구체 주입을 위하여 전구체 보관용기(Canister)에 운반 가스로 헬륨(He)가스를 사용하여 전구체를 반응로에 공급하였으며, 산소를 반응물로 사용하여 플라즈마 기상화학 증착 방법으로 탄소가 함유된 실리콘 산화물 박막을 증착하였다. 이때, 기판 온도는 300℃로 가열하고, 플라즈마는 13.56MHz의 주파수의 100~300W의 RF 전원을 공급하였다. 반응로의 압력은 2Torr로 유지하였다.
플라즈마 인가 조건, 반응성 기체, 캐리어의 유량 등의 공정 조건을 달리하여 박막을 증착하였으며, 증착된 박막 별 유전상수, 밀도, 탄소함량 등을 측정하였다.
증착된 박막의 굴절률(RI)는 Ellipsometry로 1.3~5.0eV 범위에서 분석하였으며, 1.96eV에서 굴절률을 표 1에 첨부하였다. 탄소 함량을 포함한 박막 내 원소 조성비는 XPS로 측정하였으며, 밀도는 XRR로 측정하였다. 유전 상수는 Hg-probe를 이용하여 증착된 박막에 접촉하여 측정하였고, AC 주파수는 250Hz로 설정하여 측정하였다. 탄성계수는 Nanoindenter로 측정하였으며, 증착된 박막 표면에서부터 20% 지점 두께에서 측정하였다.
박막별 증착 조건 및 측정 결과는 하기 표 1과 같다.
sample 증착조건 측정값
RF 전력
[W]		 He 유량
[sccm]		 O2 유량
[sccm]		 전극 간격
[㎜]		 RI 유전
상수		 탄성
계수
[GPa]		 XPS
탄소
함량
[at%]		 XRR
밀도
[g/㎤]
1 200 300 10 40 1.44 2.61 6.92 24.94 1.35
2 200 300 5 40 1.46 2.69 8.83 27.80 1.33
3 200 300 2 40 1.49 2.70 10.25 31.93 1.36
4 200 300 2 30 1.53 2.71 14.64 31.15 1.42
5 200 300 10 30 1.44 2.87 11.38 19.91 1.44
6 200 300 5 20 1.50 2.95 14.88 27.54 1.48
7 100 300 10 20 1.45 2.99 12.30 19.93 1.46
8 200 300 40 20 1.44 2.99 13.70 13.94 1.52
9 200 300 40 30 1.41 2.99 13.60 11.06 1.54
10 200 300 40 25 1.42 3.00 13.22 13.41 1.51
표 1의 결과를 살펴보면, 제조된 박막은 저 유전 물질로서 반도체 소자의 RC 지연을 줄이기 위한 용도로 사용될 수 있음을 알 수 있다. 반도체 소자 분야의 저 유전 물질은 유전상수와 탄성계수 등으로 평가한다. 낮은 유전상수를 지니고, 높은 탄성계수를 지닌 박막이 해당 분야에서는 더 우수한 것으로 판단한다. 유전상수는 실리콘 산화물 기반의 탄소가 포함된 작용기를 도입하여 낮추는 방법이 있으나, 탄성계수도 낮아지는 경향을 보였다. 즉, 유전상수와 탄성계수는 트래이드-오프 관계가 있는 것을 알 수 있다. 본 발명의 박막 형성 방법을 적용하여 수득된 박막은 이러한 다양한 물성을 모두 충족하는 우수한 품질의 박막인 것으로 평가되었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시형태를 들어 설명하였으나, 상기 실시형태들에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (18)

  1. 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체로서,
    상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체는 유전상수가 2.2 내지 3.6인 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2024007656-appb-img-000009
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2024007656-appb-img-000010
    상기 화학식 1 및 화학식 2에서,
    R1 및 R2는 서로 같거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 수소원자 또는 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알릴기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 비닐기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알콕시기, 1차 또는 2차 아민기, 또는 C1-C6의 관능기를 포함하거나 관능기를 포함하지 않는 페닐기이며,
    R3 내지 R6는 각각 독립적으로 C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 알킬기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 알릴기, C1-C6의 직쇄형, 분지형 또는 고리형 관능기를 포함하는 비닐기이며, n은 1 내지 4이며, m은 1 내지 6이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 R3 및 R6 중 어느 하나 이상은 메틸기(Me)인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 R3 내지 R6는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
    [화학식 1-1]
    Figure PCTKR2024007656-appb-img-000011
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1로 표시되는 실리콘 함유 화합물인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
    [화학식 2-1]
    Figure PCTKR2024007656-appb-img-000012
  6. 청구항 1에 있어서,
    용매를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용매는 C1-C16의 포화 또는 불포화 탄화수소, 케톤, 에테르, 글라임, 에스테르, 테트라하이드로퓨란, 3차 아민 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 용매는 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체 총 중량에 대하여 1 내지 99 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하며, 유전상수가 2.2 내지 3.6인 저 유전율 실리콘 함유 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은,
    기판의 표면에 상기 박막 형성용 전구체를 증착하여 전구체 박막을 형성하는 공정;
    상기 전구체 박막을 반응성 가스와 반응시키는 공정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 반응성 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 아산화질소(N2O), 산소(O2), 수증기(H2O), 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 실란(silane), 수소(H2), 다이보레인(B2H6) 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 전구체 박막을 형성하는 공정은 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 기화시켜 챔버 내부로 이송시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 증착은 SOD(spin-on dielectric, SOD) 공정, 저온 플라즈마(Low Temperature Plasma, LTP) 공정, 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, HDPCVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 공정, 또는 플라즈마 원자층 증착(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, PEALD) 공정 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정은,
    상기 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체를 기판에 공급하고 플라즈마를 인가하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 박막은 X선 광전자 분광법(XPS)으로 측정했을 때 탄소 함유량이 10 내지 35 at%인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 박막은 굴절율(RI)이 1.3 내지 1.7인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 박막은 탄성계수가 4 내지 20 GPa인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
  18. 청구항 9에 있어서,
    상기 박막은 X선 반사 측정법(XRR)에 의해 산출된 밀도가 1.2 내지 1.7 g/㎤인 것을 특징으로 하는 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법.
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