新颖的硅氧烷基树脂和使用该树脂形成的层间绝缘膜制造技术

具有新颖结构的硅氧烷基树脂和使用该树脂的半导体间层绝缘膜。硅氧烷基树脂除优异的机械性能以外具有低介电常数，并且是半导体器件互连层之间的绝缘膜中的有用材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅氧烷基树脂和使用该树脂形成的用于半导体器件的间层绝缘膜。更具体地，本专利技术涉及连接成多梯形形式的硅氧烷基树脂和用作半导体器件互连层之间的绝缘膜的树脂膜。相关技术的描述当多级集成电路器件的电路密度增加时，这种器件的性能依赖于线速率。故需要降低器件间层绝缘膜的电容以减少线中的电阻和容量。具体地，美国专利号3615272，4399266，4756977和4999397公开了由SOD(旋上沉积spin-on-deposition)方法，使用介电常数为2.5-3.1以及具有良好平面化性能的聚倍半硅氧烷来形成绝缘膜，作为介电常数为4.00的SiO2的替代物。氢倍半硅氧烷以及其制备方法是本领域公知的。例如，美国专利号3615272公开了一种完全缩合的、溶解性氢倍半硅氧烷树脂的制备方法，该方法包括如下步骤在硫酸介质中缩合三氯硅烷和采用水或含水硫酸洗涤获得的树脂。同样，美国专利号5010159公开了溶解性缩合氢倍半硅氧烷树脂的合成方法，该方法包括如下步骤在含芳基硫酸水合物的水解介质中水解氢硅烷并使获得的树脂与中和剂接触。美国专利号6232424描述了具有优异溶解稳定性的高度溶解性硅树脂组合物及其制备方法，其是在水和催化剂存在下通过水解和缩聚四烷氧基硅烷、有机硅烷和有机三烷氧基硅烷单体制备得到的。美国专利号6000339描述的是二氧化硅基化合物用于改进耐氧等离子体的性能和物理性能以及涂料膜厚度，可以在水和催化剂存在下，通过使选自烷氧基硅烷、含氟烷氧基硅烷和烷基烷氧基硅烷的单体与钛-或锆-醇盐化合物反应，获得该化合物。美国专利号5835808描述的是可以从含有β-取代烷基的有机硅烷的水解和缩聚获得硅氧烷、倍半硅氧烷聚合物和包括该聚合物的组合物，它们用于形成富含SiO2的陶瓷涂层。EP0997497A1公开了包括单-、二-、三-、四烷氧基硅烷的烷氧基硅烷和三烷氧基硅烷二聚体的某些结合物的水解和缩聚可提供用于绝缘膜的树脂性材料。专利技术概述本专利技术的特征是提供连接成多梯形结构，具有优异溶解度和流动性以及良好机械性能的硅氧烷基树脂。本专利技术的另一个特征是提供使用硅氧烷基树脂的低介电绝缘膜。根据本专利技术的特征，提供一种由如下方式制备的硅氧烷基树脂在有机溶剂中在酸或碱性催化剂和水存在下，水解和缩合由通式1表示的硅烷基单体，该通式1的单体选择性地与至少一种选自通式2-6表示的化合物的单体混合通式1 其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；X1，X2，X3，X4，X5和X6独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基；m是1-5的整数；n是1-3的整数；和p和q独立地是0-1的整数，通式2 其中，R1，R2和R独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；X1，X2，X3和X4独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基；n是1-3的整数；和p和q独立地是0-1的整数，通式3 其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；Xs是卤素原子、或C1-C5烷氧基；r是0-10的整数；s是1-3的整数；和t是3-8的整数，和通式4SiX1X2X3X4通式5R1SiX1X2X3通式6R1R2SiX1X2其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；和X1，X2，X3和X4独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基。根据本专利技术的另一个特征，其提供形成半导体间层绝缘膜的组合物。根据本专利技术的仍然另一个特征，提供一种形成半导体间层绝缘膜的方法，该方法包括通过在有机溶剂中溶解硅氧烷基树脂，提供树脂溶液；采用树脂溶液涂敷硅晶片；和热固化涂料膜。根据本专利技术的另一个特征，提供半导体间层绝缘膜，该绝缘膜包括使用本专利技术的硅氧烷基树脂。优选实施方案的描述以下，更详细描述本专利技术。用于本专利技术的可多交联硅氧烷单体具有结构，其中硅原子通过碳原子连接，并且硅原子含有至少一个可水解官能团。它由通式1表示通式1 其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；X1，X2，X3，X4，X5和X6独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基；m是1-5的整数；n是1-3的整数；和p和q独立地是0-1的整数。在本专利技术硅氧烷基树脂的制备中，可以进一步加入线性或环状硅氧烷单体。线性硅氧烷单体具有线性结构，其中在末端包含硅原子和至少一个可水解基团。它由通式2表示通式2 其中，R1，R2和R独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；X1，X2，X3和X4独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基；n是1-3的整数；和p和q独立地是0-1的整数。环状硅氧烷单体具有环状结构，其中包含硅原子和至少一个可水解基团。它由通式3表示通式3 其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；Xs是卤素原子、或C1-C5烷氧基；r是0-10的整数；s是1-3的整数；和t是3-8的整数。此外，可以使用含有至少两个可水解官能团的硅烷化合物。硅烷化合物由通式4-6表示通式4SiX1X2X3X4通式5R1SiX1X2X3通式6R1R2SiX1X2其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；和X1，X2，X3和X4独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基。由如下方式制备根据本专利技术的硅氧烷基树脂在有机溶剂中在酸或碱性催化剂和水存在下，水解和缩合由通式1表示的单体，该通式1的单体选择性地与至少一种选自通式2-6表示的化合物的单体混合。在仅通式1的单体用于硅氧烷基树脂制备的情况下，提供在有机溶剂中具有优异溶解度和良好流动性能的多梯形类型的硅氧烷树脂。多梯形类型的硅氧烷树脂可以由如下通式7表示通式7 其中，X是卤素原子、羟基或C1-5烷氧基；R是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；1是2-10000的整数；m是1-5的整数；和n是1-3的整数。以上高分子具有梯形形式，其中硅原子与两个碳原子和两个氧原子连接，并显示线性硅氧烷高分子和网络硅氧烷高分子的性能。具体地，多梯形类型的硅氧烷基树脂具有作为线性硅氧烷高分子的优异溶解度和流动性能和作为网络硅氧烷高分子的硅氧烷主链的良好刚性。因此在现有硅氧烷基高分子领域中，多梯形类型的硅氧烷基树脂不仅仅可用作绝缘体膜而且可用作具有高刚性的材料。在以上硅氧烷基树脂的制备中，以1∶99-99∶1的摩尔比混合通式1的单体和选自通式2-6表示的化合物的单体。用于本专利技术硅氧烷基树脂制备的酸催化剂，例如盐酸、硝酸、苯磺酸、草酸、甲酸等。作为碱催化剂，例如氢氧化钾、氢氧化钠、三乙胺、碳酸氢钠、吡啶等。催化剂对通式1-6的单体的摩尔比是0.000001∶1-10∶1。用于本专利技术硅氧烷基树脂制备的水对通式1-6的单体的摩尔比是1∶1-1000∶1。用于本专利技术硅氧烷基树脂制备的有机溶剂的非限制性例子包括脂族烃溶剂如己烷；芳族烃溶剂如苯甲醚、1，3，5-三甲基苯和二甲苯；酮基溶剂如甲基异丁基酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮和丙酮；醚基溶剂如四氢呋喃和异丙醚；乙酸酯基溶剂如乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇甲基醚乙酸酯；醇基溶剂如异丙醇和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由如下方式制备的硅氧烷基树脂：在有机溶剂中在酸或碱性催化剂和水存在下，水解和缩合由通式１表示的硅烷基单体，该通式１的单体选择性地与至少一种选自通式２－６表示的化合物的单体混合：通式１＊＊＊其中，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］独立地是氢原子、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烷基、Ｃ↓［３］－Ｃ↓［１０］环烷基或Ｃ↓［６］－Ｃ↓［１５］芳基；Ｘ↑［１］，Ｘ↑［２］，Ｘ↑［３］，Ｘ↑［４］，Ｘ↑［５］和Ｘ↑［６］独立地是卤素原子或Ｃ↓［１］－Ｃ↓［５］烷氧基；ｍ是１－５的整数；ｎ是１－３的整数；和ｐ和ｑ独立地是０－１的整数，通式２＊＊＊其中，Ｒ↑［１］，Ｒ↑［２］和Ｒ独立地是氢原子、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烷基、Ｃ↓［３］－Ｃ↓［１０］环烷基或Ｃ↓［６］－Ｃ↓［１５］芳基；Ｘ↑［１］，Ｘ↑［２］，Ｘ↑［３］和Ｘ↑［４］独立地是卤素原子或Ｃ↓［１］－Ｃ↓［５］烷氧基；ｎ是１－３的整数；和ｐ和ｑ独立地是０－１的整数，通式３＊＊＊其中，Ｒ↑［１］和Ｒ↑［２］独立地是氢原子、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烷基、Ｃ↓［３］－Ｃ↓［１０］环烷基或Ｃ↓［６］－Ｃ↓［１５］芳基；Ｘ↓［ｓ］是卤素原子、或Ｃ↓［１］－Ｃ↓［５］烷氧基；ｒ是０－１０的整数；ｓ是１－３的整数；和ｔ是３－８的整数，和通式４ＳｉＸ↓［１］Ｘ↓［２］Ｘ↓［３］Ｘ↓［４］通式５Ｒ↓［１］ＳｉＸ↓［１］Ｘ↓［２］Ｘ↓［３］通式６Ｒ↓［１］Ｒ↓［２］ＳｉＸ↓［１］Ｘ↓［２］其中，Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］独立地是氢原子、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烷基、Ｃ↓［３］－Ｃ↓［１０］环烷基或Ｃ↓［６］－Ｃ↓［１５］芳基；和Ｘ↓［１］，Ｘ↓［２］，Ｘ↓［３］和Ｘ↓［４］独立地是卤素原子或Ｃ↓［１］－Ｃ↓［５］烷氧基。...

【技术特征摘要】
KR 2003-9-1 60811/031.一种由如下方式制备的硅氧烷基树脂在有机溶剂中在酸或碱性催化剂和水存在下，水解和缩合由通式1表示的硅烷基单体，该通式1的单体选择性地与至少一种选自通式2-6表示的化合物的单体混合通式1 其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；X1，X2，X3，X4，X5和X6独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基；m是1-5的整数；n是1-3的整数；和p和q独立地是0-1的整数，通式2 其中，R1，R2和R独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；X1，X2，X3和X4独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基；n是1-3的整数；和p和q独立地是0-1的整数，通式3 其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；Xs是卤素原子、或C1-C5烷氧基；r是0-10的整数；s是1-3的整数；和t是3-8的整数，和通式4SiX1X2X3X4通式5R1SiX1X2X3通式6R1R2SiX1X2其中，R1和R2独立地是氢原子、C1-C3烷基、C3-C10环烷基或C6-C15芳基；和X1，X2，X3和X4独立地是卤素原子或C1-C5烷氧基。2.根据权利要求1的硅氧烷基树脂，其中使用通式1的该单体和由通式7表示的单体制备该树脂通式7 其中，X是卤素原子、羟基或C1-5烷氧基；R是氢原子、C1-C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：林珍亨，柳利烈，宋基鎔，郑铉潭，柳俊城，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]