间隙填充介电材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于使半导体器件表面平面化的组合物，该组合物包含聚(甲基倍半硅氧烷)树脂；季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者；以及至少一种溶剂。聚(甲基倍半硅氧烷)树脂在该组合物的1重量％至40重量％的范围内。聚(甲基倍半硅氧烷)树脂具有500Da与5,000Da之间的重均分子量。季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者在该组合物的0.01重量％至0.20重量％的范围内。至少一种溶剂构成该组合物的剩余部分。

Gap-filled dielectric materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】间隙填充介电材料相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月20日提交的美国临时专利申请序列号62/448,488的优先权，该临时专利申请的公开内容据此全文明确地以引用方式并入本文。
本专利技术涉及介电材料，并且具体地讲，涉及用于半导体制造的间隙填充介电材料。
技术介绍
在先进半导体制造中，需要可旋涂到半导体器件的表面上的介电材料以填充器件结构之间的狭窄空间或间隙，从而提供适用于后续器件层处理的相对平坦的表面。要为具有约20纳米宽及更窄的间隙的先进半导体器件提供平面化，需要对平面化介电材料加以改进。重要的是此类介电材料不含空隙并且基本上能够抑制流过介电材料的电流(泄漏电流)。
技术实现思路
用于使半导体器件表面平面化的组合物包含聚(甲基倍半硅氧烷)树脂；季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者；以及至少一种溶剂。聚(甲基倍半硅氧烷)树脂在该组合物的1重量％至40重量％的范围内。聚(甲基倍半硅氧烷)树脂具有500Da与5,000Da之间的重均分子量。季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者在该组合物的0.01重量％至0.20重量％的范围内。至少一种溶剂构成该组合物的剩余部分。各种实施方案涉及用于使半导体器件表面平面化的组合物。该组合物包含聚(甲基倍半硅氧烷)树脂；季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者；以及至少一种溶剂。聚(甲基倍半硅氧烷)树脂在该组合物的1重量％至40重量％的范围内。聚(甲基倍半硅氧烷)树脂具有500Da与5,000Da之间的重均分子量。季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者在该组合物的0.01重量％至0.20重量％的范围内。至少一种溶剂构成该组合物的剩余部分。在一些实施方案中，季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者包含氨基丙基三乙氧基硅烷三氟甲磺酸盐。在一些实施方案中，至少一种溶剂是包含丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸正丁酯的溶剂混合物，其中丙二醇甲醚乙酸酯与乙酸正丁酯的重量比在0.5:1至2:1的范围内。在一些特定实施方案中，该组合物还包含在该组合物的0.05重量％至5重量％的范围内的高沸点溶剂，该高沸点溶剂具有154℃至274℃的范围内的沸点。在一些另外的实施方案中，高沸点溶剂包含1-辛醇、苄醇、己醇、乙二醇、二丙二醇、二丙二醇甲醚、二丙二醇正丙醚、三丙二醇正丁醚、苯甲醚以及碳酸丙稀酯中的至少一者。在一些实施方案中，该组合物还包含在该组合物的0.05重量％至8重量％的范围内的苯基倍半硅氧烷。在一些实施方案中，该组合物还包含在该组合物的0.25重量％至1重量％的范围内的表面活性剂。在一些特定实施方案中，表面活性剂包括聚醚改性聚二甲基硅氧烷表面活性剂。在一些实施方案中，聚(甲基倍半硅氧烷)具有1,200Da与4,300Da之间的重均分子量。各种实施方案涉及用于制备平面化组合物的方法。该方法包括提供重均分子量在500Da与5,000Da之间的聚(甲基倍半硅氧烷)树脂；提供一种或多种溶剂；将聚(甲基倍半硅氧烷)树脂溶解于一种或多种溶剂中以形成聚(甲基倍半硅氧烷)溶液；以及将季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者溶解于聚(甲基倍半硅氧烷)溶液中以形成平面化组合物。在一些实施方案中，季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者包含氨基丙基三乙氧基硅烷三氟甲磺酸盐。在一些实施方案中，提供一种或多种溶剂包括将丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸正丁酯共混在一起，丙二醇甲醚乙酸酯与乙酸正丁酯的重量比在0.5:1至2:1的范围内。在一些特定实施方案中，提供一种或多种溶剂还包括将高沸点溶剂与丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸正丁酯共混在一起，该高沸点溶剂具有154℃至274℃的范围内的沸点。在一些实施方案中，该方法还包括提供苯基倍半硅氧烷；将苯基倍半硅氧烷溶解于溶剂中以形成苯基倍半硅氧烷溶液；并将苯基倍半硅氧烷溶液与聚(甲基倍半硅氧烷)溶液共混以形成平面化组合物。在一些实施方案中，该方法还包括将表面活性剂溶解于聚(甲基倍半硅氧烷)溶液中。在一些实施方案中，该方法还包括通过一系列至少两个0.1微米过滤器过滤平面化组合物。各种实施方案包括用于半导体器件的平面化膜。该膜包含由重均分子量在500Da与5,000Da之间的聚(甲基倍半硅氧烷)聚合物链形成的固化的聚(甲基倍半硅氧烷)。在一些实施方案中，平面化膜还包含季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者的残基。在特定实施方案中，季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者的残基包含氨基丙基三乙氧基硅烷三氟甲磺酸盐的残基。在一些实施方案中，平面化膜还包含苯基倍半硅氧烷的残基。通过结合附图参考以下对本专利技术实施方案的描述，本专利技术的上述特征和其他特征及其获得方式将变得更加明显，并且将更好地理解本专利技术本身。附图说明图1是示出待平面化的表面形貌的半导体器件的一部分的示意性横截面。图2是示出根据本公开的实施方案通过平面化膜使表面形貌平面化的图1的半导体器件的部分的示意性横截面。图3是由高分子量聚(甲基倍半硅氧烷)树脂形成的平面化膜的TEM显微照片。图4是根据本公开的实施方案形成的平面化膜的TEM显微照片。图5是根据本公开的实施方案形成的另一个平面化膜的TEM显微照片。具体实施方式本公开的实施方案可在组合物中采用聚(甲基倍半硅氧烷)树脂以便旋涂到半导体器件的表面上，从而使半导体器件表面平面化。已发现根据本公开的实施方案通过使聚(甲基倍半硅氧烷)组合物固化而形成的平面化膜表现出优异介电属性和低泄漏电流水平。还已发现平面化膜在氮气中在最高至450℃下是热稳定的并且是尺寸稳定的。图1是示出待平面化的表面形貌的半导体器件的一部分的示意性横截面。图1示出了包括衬底12和多个翅片14的器件10。衬底12可为例如绝缘材料(诸如二氧化硅或氮化硅)层。衬底12可在其他器件层(未示出)的顶部上。多个翅片14可为例如导电材料(诸如掺杂硅、铜或铝)的翅片。多个翅片14形成多个间隙16，每个间隙16由相邻翅片对14限定，如图1所示。如图1进一步所示，每个间隙16可被描述为具有宽度W和深度D。因此，每个间隙16可进一步由长径比限定。出于本公开的目的，每个间隙16的长径比是其深度D与其宽度W的比率，通常表示为D:W。具有更高长径比(诸如4:1、6:1、8:1或10:1或更高)的间隙对于用平面化膜完全或基本上完全填充可具有挑战性。图2是示出根据本公开的实施方案通过平面化膜使表面形貌平面化的图1的半导体器件10的部分的示意性横截面。图2示出了根据本公开的实施方案在由聚(甲基倍半硅氧烷)组合物形成平面化膜18之后的器件10。平面化膜18填充多个间隙16中的每一个间隙以提供优异介电特性并且使相邻翅片14之间的泄漏电流最小化。平面化膜还提供可在其上形成后续器件层(未示出)的基本上平坦的表面。图1和图2示出了可采用根据本公开的实施方案的平面化膜的一个示例。应当理解，可在涉及导电、非导电和半导体材料的不同布置方式的许多其他形貌上采用根据本公开的实施方案的平面化膜。已发现，通过将该组合物中的聚(甲基倍半硅氧烷)树脂的重均分子量(Mw)限制于不大于5,000道尔顿(Da)，该组合物可为具有包括约20纳米宽及更窄的间隙的形貌的先进半导体器件提供平面化，这些间隙具有至少4:1的长径比。相比之下，发现包含Mw大于10,000Da的聚(甲基倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使半导体器件表面平面化的组合物，所述组合物包含：聚(甲基倍半硅氧烷)树脂，所述聚(甲基倍半硅氧烷)树脂在所述组合物的1重量％至40重量％的范围内，所述聚(甲基倍半硅氧烷)树脂具有500Da与5,000Da之间的重均分子量；季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者，所述季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者在所述组合物的0.01重量％至0.20重量％的范围内；和至少一种溶剂，所述至少一种溶剂构成所述组合物的剩余部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.20 US 62/448,488;2017.08.30 US 15/691,0961.一种用于使半导体器件表面平面化的组合物，所述组合物包含：聚(甲基倍半硅氧烷)树脂，所述聚(甲基倍半硅氧烷)树脂在所述组合物的1重量％至40重量％的范围内，所述聚(甲基倍半硅氧烷)树脂具有500Da与5,000Da之间的重均分子量；季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者，所述季铵盐和氨基丙基三乙氧基硅烷盐中的至少一者在所述组合物的0.01重量％至0.20重量％的范围内；和至少一种溶剂，所述至少一种溶剂构成所述组合物的剩余部分。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述至少一种溶剂是溶剂混合物，所述溶剂混合物包含：丙二醇甲醚乙酸酯；和乙酸正丁酯，所述丙二醇甲醚乙酸酯与所述乙酸正丁酯的重量比在0.5:1至2:1的范围内。3.根据权利要求1所述的组合物，还包含在所述组合物的0.05重量％至8重量％的范围内的苯基倍半硅氧烷。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述聚(甲基倍半硅氧烷)具有1,200Da与4,300Da之间的重均分子量。5.一种用于制备平面化组合物的方法，所述方法包括：提供重均分子量在...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅米妮·潘迪，海伦·晓·徐，约瑟夫·T·肯尼迪，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US