有机硅酸酯聚合物和包含该有机硅酸酯聚合物的绝缘薄膜制造技术

本发明专利技术涉及一种通过混合硅烷化合物与有机溶剂以制备第一混合物，以及通过加入水和催化剂以水解并缩合第一混合物而制备的有机硅酸盐聚合物；该第一混合物选自包含氧化氢硅烷、环硅氧烷、氧化氢硅烷与硅烷或硅烷低聚物的第二混合物、和环硅氧烷与硅烷或硅烷低聚物的第三混合物的组；还涉及通过应用该有机硅酸盐聚合物形成半导体器件的绝缘薄膜的复合物；一种应用该复合物制备绝缘薄膜的方法；以及包含该绝缘薄膜的半导体器件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有极佳机械性能和低介电性的有机硅酸盐聚合物，尤其是涉及制备具有极佳机械性能和低介电性的有机硅酸盐聚合物的方法，由该方法制备的有机硅酸盐聚合物，用于形成半导体器件的绝缘薄膜的复合物，使用该复合物制备绝缘薄膜的方法，和包含该绝缘薄膜的半导体器件。
技术介绍
随着半导体器件集成度的提高，连接器件的导线线宽快速地减小。在2003年内，预计使用0.1μm线宽的高密度器件将被开发出来。一般地，半导体器件的速度与晶体管的转换速率及信号传递速率是成比例的。信号传递速率取决于半导体器件中连线材料的阻抗和绝缘薄膜的电容产生的RC(电阻-电容)(Resistance-Capacitance)延迟。随着半导体器件集成度的提高，器件内部金属线的间隙变窄了。而当金属线的厚度变小时，其长度却快速增加。而且高密度芯片的速度主要取决于RC延迟而非转换速率。因此，高速芯片应用具有低阻抗的导体和具有低介电常数的绝缘体。此外，应用具有低介电常数材料的芯片可阻止电能消耗以及金属线之间的串扰。最近，国际商用机器公司发布了使用铜线取代常规铝线的半导体产品。新产品的速度提升超过了20％。然而，使用具有低介电常数材料的半导体器件由于缺乏合适的材料而还未上市。大部分如ICs和LSIs的常规半导体器件使用SiO2作为绝缘体。SiO2的介电常数为4.0。并且具有低介电常数的氟掺杂硅酸盐(F-SiO2)被用于某些器件中。然而，如果F-SiO2的氟含量大于6％，其将变得热不稳定。因此，很难使F-SiO2的介电常数低于3.5。为了解决这个问题，众提出了许多热稳定的和具有低极性的有机和无机聚合物。聚酰亚胺树脂、聚芳撑醚树脂和包含芳香烃或全氟环丁烷的树脂是已知的可作为具有低介电常数的有机聚合物。这些树脂可以包含或不包含氟。尽管这些有机聚合物大部分具有低于3.0的介电常数，但由于低玻璃化转变温度而在高温下具有较差的弹性，并且具有非常高的线形膨胀系数。尤其是，这些问题在包含氟的有机聚合物中更为严重。因为半导体的制备和封装工艺涉及到200℃～450℃的高温，具有较差热稳定性和弹性以及高线性膨胀系数的有机聚合物可能会降低半导体器件或电路板的可靠性。近来，使用烷氧基硅烷的有机硅酸盐聚合物已经被开发出来用于解决热稳定性问题。有机硅酸盐聚合物通过水解、缩合和硬化有机硅烷而制备。如甲基倍半硅氧烷(methylsilsesquioxane)和氢化倍半硅氧烷(hydrosilsesquioxane)的有机硅酸盐聚合物具有低于3.0的相当低的介电常数且在450℃仍是热稳定的。然而，如果这些聚合物的厚度大于1μm，由于在硬化处理中压缩压力而使这些聚倍半硅氧烷易碎。并且尽管这些聚倍半硅氧烷比有机聚合物具有相对高的机械强度，但用于降低介电常数到2.5以下的额外处理会降低机械性能。因此，需要具有低介电常数和极佳机械性能的有机硅酸盐。
技术实现思路
本专利技术提供了用于能够为半导体器件提供高速度，降低电能消耗和极大地降低金属线间串扰的绝缘薄膜的具有低介电常数的材料。本专利技术提供了具有极佳机械性能和低介电性能的有机硅酸盐聚合物及其制备方法，应用该有机硅酸盐聚合物制备半导体器件的绝缘薄膜的复合物，通过使用该复合物而制备的绝缘薄膜，和包含该绝缘薄膜的半导体器件。本专利技术提供了用于制备有机硅酸盐聚合物的方法，包括混合硅烷化合物与有机溶剂以制备第一混合物，硅烷化合物选自包含a)氧化氢硅烷；b)环硅氧烷；c)氧化氢硅烷和硅烷或硅烷低聚物的第二混合物；d)环硅氧烷和硅烷或硅烷低聚物的第三混合物的组；和通过加入水和催化剂水解及缩合第一混合物。本专利技术还提供了一种由所述方法制备的有机硅酸盐聚合物。本专利技术还提供了用于形成半导体器件绝缘薄膜的复合物。该复合物包括有机硅酸盐聚合物和有机溶剂。有机硅酸盐聚合物是通过混合硅烷化合物与有机溶剂从而制备第一混合物，并通过加入水和催化剂水解及缩合第一混合物而制备的。硅烷化合物选自包含i)氧化氢硅烷；ii)环硅氧烷；iii)氧化氢硅烷和硅烷或硅烷低聚物的第二混合物；和iv)环硅氧烷和硅烷或硅烷低聚物的第三混合物的组。本专利技术还提供了用于制备半导体器件的绝缘薄膜的方法。该方法包括a)混合硅烷化合物和有机溶剂以制备第一混合物及通过加入水和催化剂缩合第一混合物以获得有机硅酸盐聚合物，硅烷化合物选自包含i)氧化氢硅烷；ii)环硅氧烷；iii)氧化氢硅烷和硅烷或硅烷低聚物的第二混合物；和iv)环硅氧烷和硅烷或硅烷低聚物的第三混合物；b)将有机硅酸盐聚合物溶解在溶剂中；c)在半导体器件基板上涂布溶解的有机硅酸盐聚合物；和d)干燥并硬化涂布了有机硅酸盐聚合物的基板。本专利技术还提供了由所述的方法制备的半导体器件的绝缘薄膜。本专利技术还提供了包含由所述方法制备的绝缘薄膜的半导体器件。具体实施例方式本专利技术现将更详细地加以描述。根据本专利技术的示范实施例，有机硅酸盐聚合物通过混合硅烷化合物与有机溶剂以制备第一混合物并通过加入水及催化剂水解和缩合第一混合物而制备。硅烷化合物选自包含氧化氢硅烷、环硅氧烷、氧化氢硅烷与硅烷或硅烷低聚物的第二混合物，和环硅氧烷与硅烷或硅烷低聚物与有机溶剂的第三混合物。有机硅酸盐聚合物具有极佳的机械性能和低介电性能。此外，由聚合物制备的绝缘薄膜具有良好的绝缘性能、均一的薄膜厚度、预期的介电常数和极佳的薄膜机械性能。用于制备本专利技术的有机硅酸盐聚合物的氧化氢硅烷是通过在水或乙醇的存在下对氢化硅烷进行氧化而制备的。任何包含氢的有机硅烷低聚物均可被用作氢化硅烷。尤其是，由下面化学式1表示的氢化硅烷低聚物或由化学式2表示的环氢化硅烷低聚物是优选的。R1nSi(OSi)mH(2m-n+4)在化学式1中R1为氢、氟、芳基、乙烯基、烯丙基、或者直链或支链的氟取代或未取代的C1-4烷基；m独立地为1到20的整数；和n独立地为1到20的整数。 在化学式2中R2为氢、氟、芳基、乙烯基、烯丙基、或者直链或支链的氟取代或未取代的C1-4烷基；k和l独立地为3到10的整数。一般而言，氢化硅烷没有羟基或烷氧基功能基团。然而其也可以有这样的功能基团。催化剂或氧化剂可以被加入以帮助氢化硅烷的氧化。如Pd、Pt或Rh的金属催化剂可以被用作催化剂，并且过氧化物可以被用作氧化剂。任何过氧化物均可被使用。过氧化物的例子为环氧化物，如二甲基二环氧乙烷。用于制备本专利技术的有机硅酸盐聚合物的环硅氧烷优选地为由下面化学式3表示的化合物。 在化学式3中R3为氢、氟、芳基、乙烯基、烯丙基、或者直链或支链的氟取代或未取代的C1-4烷基；R4为氢或者直链或支链的C1-4烷基；且x和y独立地为3到10的整数。任何包含硅、氧、碳和氢的硅烷或硅烷低聚物均可被用作制备本专利技术的有机硅酸盐聚合物的硅烷或硅烷低聚物。尤其是，优选的为由下面化学式4或化学式5表示的硅烷或者由此制备的二聚物或低聚物。SiR5pR64-p在化学式4中R5为氢、芳基、乙烯基、烯丙基、或者直链或支链的氟取代或未取代的C1-4烷基；R6为乙酸基、羟基或者直链或支链的C1-4烷氧基；和p独立地为0到2的整数。R7qR83-qSi-M-SiR9rR103-r在化学式5中R7和R9分别为氢、芳基、乙烯基、烯丙基、或者直链或支链的氟取代或未取代的C1-4烷基；R8和R10为乙酸基、羟基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备有机硅酸盐聚合物的方法，包括：混合硅烷化合物与有机溶剂以制成第一混合物，硅烷化合物选自包含以下化合物的组：ａ）氧化氢硅烷；ｂ）环硅氧烷；ｃ）氧化氢硅烷和硅烷或硅烷低聚物的第二混合物；和ｄ）环硅 氧烷和硅烷或硅烷低聚物的第三混合物；和通过加入水和催化剂水解和缩合第一混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜晶元，高敏镇，申东析，姜贵权，文明善，南惠映，崔范圭，金永得，金秉鲁，权元钟，朴相敃，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]