具有改善的机械特性的绝缘膜合成物制造技术

一种形成具有良好机械和绝缘特性的绝缘膜的合成物，包括：具有良好分散稳定性的硅溶胶、有机硅氧烷聚合物和疏水性有机溶剂，其中硅溶胶包含具有５至１５ｎｍ平均粒径的初级粒子和具有７０至１００ｎｍ的次级粒子，所述初级和次级硅石粒子的总量占硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总重量的２％至５０％的范围内。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
具有改善的机械特性的绝缘膜合成物专利
本专利技术涉及用于形成半导体器件的绝缘膜的合成物。专利技术背景在超大规模集成电路(ULSI)技术的发展中，已经出现增加的内层和夹层电容导致了信号延迟的问题。因此，已经作出许多尝试来开发用于减小内层和夹层电容的绝缘层基体。例如，美国专利No.5853808公开了一种包括有机硅氧烷聚合物(organic siloxane polymer)和硅倍半氧烷(silsesquioxane)聚合物的合成物；欧洲专利公开No.0997497A1公开了一种从各种烷氧基硅烷(alkoxysilanes)的混合物中获得的合成物；韩国专利No.343938公开了一种从环状硅氧烷单体(cyclic siloxanemonomers)中获得的有机硅氧烷合成物。这些有机硅氧烷聚合物可以提供具有相对较低的介电常数的绝缘膜，但是，这样制备的膜的机械特性差。同时，已经建议了一种利用多孔硅石作为绝缘膜基体的技术(日本专利申请公开No.1997-315812、No.1997-313812和No2003-249495；US专利No.6261357和欧洲专利公开No.0992556A1)：利用多孔硅石来准备绝缘膜，其表面用烷氧基硅烷(alkoxy silane)、卤化硅烷(halogenated silane)等来处理。同样，日本专利申请公开No.1999-50007公开了一种用于低介电膜的二氧化硅的纳迷团簇(nanocluster)。然而，上述技术的缺点是，很难控制影响最终膜的介电常数的多孔性。-->
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于形成具有改善的机械和绝缘特性的绝缘膜的合成物。根据本专利技术，提供一种用于形成绝缘膜的合成物，包括：硅溶胶、有机硅氧烷聚合物和疏水性有机溶剂，其中硅溶胶包含具有5至15nm平均粒径的初级粒子和具有70至100nm的平均粒径的次级粒子，且所述初级和次级硅石粒子的总量占硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总重量的2至50％。附图的简要说明从下述结合附图的详细说明，本专利技术的上述和其它目的及特征将显而易见，所述附图分别是：图1：示出利用本专利技术的合成物形成绝缘膜的工艺的示意图；和图2：利用实例1中获得的合成物形成的绝缘膜的透射电子显微镜(TEM)照片。具体实施方式本文中的术语“初级粒子”意为单独的粒子或颗粒；而本文中的术语“次级粒子”意为成团的初级粒子，其行为上和单个粒子一样。本专利技术的形成绝缘膜的合成物的特征在于：包括具有均匀粒子分布的硅溶胶和有机硅氧烷聚合物。优选地，通过将分散在乙醇中的硅溶胶与疏水性有机溶剂混合并通过蒸发将乙醇从其中除去，来获得用于本专利技术的硅溶胶。如此获得的未经采用表面处理或没有添加剂的硅溶胶具有优良的可分散性。可用于准备硅溶胶的疏水性有机溶剂包括具有至少一个羰基(carbonyl group)(C＝O)、碳数量为5至20个且沸点范围从100至200℃的有机溶剂，例如，乙酸丙二醇单甲基醚酯(PGMEA)、甲-->基异丁基酮(MIBK)、二乙基酮(diethylketone)、甲基丙基酮(methylpropylketone)、乙基丙基酮(ethylpropylketone)、二丙基酮(dipropylketone)、丁基乙基酮(butylethylketone)、甲基异戊基酮(methylisoamyl ketone)、丁基异丙基酮(butylisopropylketone)和其混合物。分散在疏水性有机溶剂的硅溶胶优选地包含平均粒径分别在5至15nm和70至100nm范围内的初级粒子和次级粒子，且仅含有最小量(重量小于2％)的吸附于硅石粒子上的剩余有机材料，而其金属含量几乎为零，小于10ppm。本专利技术的合成物包括基本上由作为硅溶胶引入的硅石粒子和硅氧烷聚合物组成的固体。在本专利技术中，使用适量的硅溶胶，使得硅石粒子占该合成物中的硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总重量的2至50％，优选占8至20％。当硅石粒子超过50％的重量，最终的膜会具有高介电常数。当硅石粒子的重量小于2％，最终的膜的机械特性会降低。用于本专利技术中的有机硅氧烷聚合物包括那些用于常规绝缘膜的任何一种有机硅氧烷聚合物，且优选为具有羟基或乙酸基终端基团(acetoxy-terminated group)的硅氧烷聚合物。例如，有机硅氧烷聚合物可以选自硅氧烷均聚物(solixane homopolymer)、硅氧烷单体(siloxane monomer)和其它单体的共聚物、以及从选自由甲基硅倍半氧烷(methylsilsesquinoxane)(MSQ)、氢化硅倍半氧烷(hydrosilsesquinoxane)(HSQ)和其衍生物组成的组中的至少一种化合物中获得的聚合物。优选地，有机硅氧烷聚合物具有1000至300000分子量的平均重量和占聚合物总重量的5％或更多的羟基或乙酸基终端基团。在本专利技术中，使用的有机硅氧烷聚合物重量占所述合成物中的硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总和的50至98％，优选占80至92％，以便于获得良好的稳定性和期望的涂层厚度。-->在本专利技术中基本上由硅石粒子和有机硅氧烷聚合物组成的固体重量占该合成物总重量的2至75％。用于本专利技术合成物中的疏水性有机溶剂可以为用于硅溶胶准备中的那些溶剂中的任意一种。在本专利技术中，使用重量占该合成物中的硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总和的0.3％至30％(fold)的疏水性有机溶剂。根据本专利技术的合成物还可以包括生孔剂(porogen)以改善绝缘特性。用于本专利技术的生孔剂包括用于常规绝缘膜中的那些生孔剂中的任何一种，且其中，优选为环糊精、聚己酸内酯(Polycaprolactone)及其衍生物。使用的生孔剂的重量占该合成物中的硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总和的0.1％至50％的。如果需要，根据本专利技术的合成物还可以包括本领域公知的其它功能添加剂(functional additive)。根据本专利技术，如图1示意性示出的，可以通过在衬底上涂覆本专利技术的合成物并固化和煅烧该涂覆膜来获得具有良好机械和绝缘特性的绝缘膜。用于本专利技术中的衬底可以由硅、SiO2、SiN、锗、砷化镓或铟-锑制成，且涂覆绝缘膜的衬底可以照原样或在使用其它材料涂覆表面之后用于半导体器件中。通常通过旋涂、浸渍涂布、喷涂、流涂或丝网印刷方法来进行涂覆工艺。优选地，进行在800至5000rpm速率下进行旋涂。涂层的固化工艺在150至300℃范围内的温度下进行1至150分钟，优选1至30分钟，并且煅烧在300至600℃范围内的温度下进行30至120分钟，优选为60分钟，以引起有机材料的挥发以及硅溶胶与有机硅氧烷聚合物的浓缩。在降低的压力下在空气或惰性气氛中，优选在氮气气氛中和真空下，进行固化和煅烧工艺。本专利技术的绝缘膜具有：0.05至10μm的厚度，优选为0.1至5μm；-->具有2nm或更小直径的孔；5至10nm的粒子间距；以及0.3至1.3g/cm3的低密度，优选为0.2至1.2g/cm3。因此，具有相对较高SiO2含量的本专利技术的绝缘膜具有低介电常数和良好的机械特性，且适用于制造半导体器件的内层和/或夹层。通过下述实例，将更加详细地描述本专利技术，然而下述实例并非旨在限制本专利技术的范围。实例制备：硅溶胶的制备使用离子交换树脂来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成绝缘膜的合成物，包括：硅溶胶、有机硅氧烷聚合物和疏水性有机溶剂，其中硅溶胶包含平均粒径为５至１５ｎｍ的初级粒子和平均粒径为７０至１００ｎｍ的次级粒子，所述初级和次级硅石粒子的总量占硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总重量的２％至５０％的范围内。

【技术特征摘要】
KR 2003-12-23 10-2003-00957931、一种用于形成绝缘膜的合成物，包括：硅溶胶、有机硅氧烷聚合物和疏水性有机溶剂，其中硅溶胶包含平均粒径为5至15nm的初级粒子和平均粒径为70至100nm的次级粒子，所述初级和次级硅石粒子的总量占硅石粒子和有机硅氧烷聚合物总重量的2％至50％的范围内。2、根据权利要求1的合成物，其中通过将分散在乙醇中的硅溶胶与疏水性有机溶剂混合并从其中除去乙醇来获得硅溶胶。3、根据权利要求1的合成物，其中疏水性有机溶剂具有至少一个羰基(C＝O)，碳数量为5至20个且沸点范围从100至200℃。4、根据权利要求3的合成物，其中所述溶剂选自由乙酸丙二醇单甲基醚酯(PGMEA)、甲基异丁基酮(MIBK)、二乙基酮、甲基丙基酮、乙基丙基酮、二丙基酮、丁基乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰完，李志薰，朴大出，宣钟白，李光熙，郑铉潭，
申请(专利权)人：三星康宁株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]