涂料组合物和通过使用该涂料组合物制得的低介电硅质材料制造技术

本发明专利技术提供一种涂料组合物，它能简便地制备出具有优异机械强度且同时具有稳定的非常低水平介电常数和对多种化学品有良好耐化学品性的多孔硅质膜，并提供了一种通过使用该涂料组合物制备硅质材料的方法。本发明专利技术涂料组合物含有聚烷基硅氮烷化合物、乙酰氧基硅烷化合物、有机溶剂、和（如果需要的话）成孔材料。本发明专利技术还提供了一种通过焙烧该涂料组合物制备得到的硅质材料和用于制备该硅质材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及涂料组合物。本专利技术还涉及通过使用该涂料组合物制备低介电硅质材料的方法和由该制备方法制得的低介电硅质材料。而且，本专利技术涉及含有经此制得的低介电硅质材料的半导体器件。
技术介绍
最近几年中，对于半导体器件集成电路中的高速化和高集成化存在着日益增加的要求。这导致需要开发一种多层布线技术，以更有效地实现半导体器件中内部配线提高的精度和多层化。这种技术的一个实例是，通过嵌埋如铜(Cu)之类的配线材料在沟槽内部(例如采用溅射回流法或CVD法)，和接着除去沉积在沟槽外部的配线材料(例如采用CMP法(化学机械抛光法))的沟槽配线的形成。依靠这种沟槽布线技术的先进性，在半导体器件中，内部配线的精度得到提高，而且，与CMP的表面整平结合，就能实现更高水平的多层化。集成电路的高集成化导致在配线之间存在的金属层间电介质需要更低的介电性，需要足以经受CMP法除去配线材料步骤的高机械强度，并需要能经受各种不同化学品的耐化学性，如CMP法中所用的化学品，湿法剥离法除去光致抗蚀剂所用的化学品(当使用这种方法时)，和在灰化后用于除去残余物的化学品(当光致抗蚀剂的除去是通过灰化进行时)。所以，半导体中所用电子材料，如金属层间电介质(IMD)和金属前电介质(PMD)，需要提高其质量，例如，更低的介电性，提高的机械强度，或改善的耐化学性。为了满足这些要求，已经对绝缘材料进行了许多研究。其中，许多硅质材料的用途也已经进行了研究。但是，硅质材料通常是吸湿的，从而引起一个问题，即在一些外界环境中，相对介电常数随着时间推移会不利地提高。使用通过焙烧聚有机硅氮烷形成的有机硅质膜，被认为对于防止相对介电常数随着时间的提高是有效的。经此获得的有机硅质膜具有这样的结构，即有机基团连接到二氧化硅中的硅原子之上。因此，硅质膜可被制成具有高疏水性，能抑制随着时间推移相对介电常数由于湿气吸收引起的提高，同时，还具有作为半导体绝缘膜所需要的耐热性和耐环境性。专利文献1日本专利公开号75982/2002
技术实现思路
为了满足对于硅质材料的上述需要，对多种方法进行了研究。例如，本申请专利技术人已经发现，一种高强度多孔硅质膜可通过焙烧一种含有聚烷基硅氮烷和聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯的组合物的膜而形成(专利文献1)。在此专利文献1中所述多孔硅质膜，具有抑制随着时间推移由于湿气吸收引起的相对介电常数提高的效果。作为本申请专利技术人进一步研究的结果，已经发现，对于这种多孔硅质膜来说，当相对介电常数为约2.2时，其弹性模量通常不大于3GPa，所以，还存在着改善膜强度的空间。而且，在此专利文献1所述方法中，在制备过程中，为了有利地制备优质硅质膜，“增湿步骤”对于转化聚烷基硅氮烷为低介电膜是必不可少的。在此增湿步骤中，在聚硅氮烷膜涂敷到基片后与在干燥气氛中加热焙烧前之间的时刻，聚硅氮烷膜要么在该气氛中进行处理很长一段时间，例如24小时，要么在增湿气氛中例如在50℃和80％RH条件下处理30分钟。在此增湿步骤的处理过程中，烷基硅氮烷向烷基硅醇的转化得到加速。当此增湿步骤在常规方法中被省略时，它就难以形成良好的多孔硅质膜。此增湿步骤的添加，降低了生产效率，并需要商业投资用于另外提供增湿装置。因此，人们希望开发一种不需要这种增湿步骤的用于制备优质硅质膜的方法。不仅在专利文献1所公开的方法中，而且在常规硅质膜生产中，硅质膜是通过高温处理涂层膜而形成的。这种高温处理迄今为止通常是在400℃或更高的温度下进行的。例如，当使用铜作配线金属时，为了保证铜的电稳定性，优选地，在膜形成时的高温处理量(热量预算)要降低到较现有技术更低的水平。当使用铝作配线材料时，约400℃持续一小时的热量预算，在现有技术中是可接受的。但是，在最近几年中，人们希望这种温度降低到375℃，在某些情形中要降低到350℃。另一方面，众所周知，在通过在金属层间电介质中使用硅质膜形成多层布线结构时，硅质膜中大量微孔的形成，能实现降低的密度和降低的介电常数。但是，在这种情况下，最重要的是在硅质膜中形成的孔径更小，且孔径是均匀的。这是因为，当多孔绝缘膜暴露于形成多层配线结构所用的蚀刻气体、剥离剂等时，蚀刻气体或剥离剂有时会进入大孔之中并进攻膜。而且，在某些情形中，在多孔膜上形成金属配线或其它薄膜形成时施加的应力或热量，会引发孔的扩大。而且，这些位点会起渗漏通道作用，其结果，此多孔膜就不能起绝缘膜作用。基于上述理由，多孔膜的孔径优选不大于2nm。但是，在常规方法中，形成具有不大于2nm的均匀孔径的孔的多孔膜是困难的。根据本专利技术，提供了一种涂料组合物，其特征在于含有聚烷基硅氮烷化合物、乙酰氧基硅烷化合物和有机溶剂。另外，根据本专利技术，还提供一种硅质材料，其特征在于它是通过涂敷上述涂料组合物到基片上或通过填充上述涂料组合物到沟槽中、并焙烧该涂料组合物而制成的。此外，根据本专利技术，还提供一种半导体器件，其特征在于含有上述硅质材料作为金属层间电介质。此外，根据本专利技术，还提供一种用于制备硅质材料的方法，其特征在于包括在350℃或更低温度加热上述涂料组合物持续1-60分钟。本专利技术解决了在上述常规硅质材料生产中存在的问题，本专利技术能提供一种涂料组合物，它能简便地制得一种硅质材料，这种硅质材料具有足以经受包括大马士革工艺在内的最新高集成工艺的高机械强度，具有低水平的介电常数，并且耐各种化学品。而且，在本专利技术中，在使用硅氮烷化合物形成硅质膜方法中需要的增湿步骤可以省略，因此，生产工艺得到简化。而且，根据本专利技术，与常规硅质膜生产工艺相比，焙烧温度可得到降低。这会降低热量预算，电子材料中金属配线的稳定性可得到提高，同时，能量消耗可得到减少从而降低生产成本。当在本专利技术所述涂料组合物中使用成孔剂时，就可稳定地获得非常低水平的介电常数。附图说明图1是使用仅在参考例2中制备的聚甲基硅氮烷的硅质膜的IR光谱；和图2是使用仅在参考例2中制备的聚甲基硅氮烷的硅质膜的IR光谱的放大图。具体实施例方式聚烷基硅氮烷化合物本专利技术聚烷基硅氮烷化合物具有烷基取代的硅氮烷键。虽然这种结构没有限制，但是，优选的聚烷基硅氮烷化合物含有由通式(1)表示的重复单元 其中，R1表示氢原子或具有1-3个碳原子的烷基，条件是整个化合物中的所有R1不同时表示氢；R2-R4每个独自表示氢原子或具有1-3个碳原子的烷基，条件是所有的R2-R4不同时表示氢原子；和p、q和r每个是0或1，且0≤p+q+r≤3。在通式(1)中，当R1表示甲基且R2-R4存在时，优选所有R2-R4表示氢。本专利技术聚烷基硅氮烷化合物，在其结构中可含有通式(2)和(3)表示的任一基团或同时含有这两种基团 其中，R5-R11每个独自表示氢原子或具有1-3个碳原子的烷基，条件是所有的R5和R6不同时表示氢和所有的R9-R11不同时表示氢。在通式(2)中，优选地，R5和R6的任一个表示氢原子，而另一个表示甲基，且R7表示氢原子。在通式(3)中，优选地，R8表示氢原子，所有R9-R11表示甲基。在本专利技术中，含有通式(1)表示的单元和通式(2)或(3)表示的单元、或通式(1)-(3)表示的所有单元的聚烷基硅氮烷化合物是特别有用的，这是因为在涂料组合物贮存过程中的胶凝可得到抑制。在这种情况下，通式(1)表示的重复单元数，优选不少于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂料组合物，其特征在于含有聚烷基硅氮烷化合物、乙酰氧基硅烷化合物和有机溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-8-12 292529/20031.一种涂料组合物，其特征在于含有聚烷基硅氮烷化合物、乙酰氧基硅烷化合物和有机溶剂。2.如权利要求1所述的涂料组合物，还含有成孔剂。3.如权利要求2所述的涂料组合物，其中，所述成孔剂是含甲硅氧基的聚氧化乙烯化合物，或是含有含甲硅氧基的聚氧化乙烯化合物作为单体单元的共聚物。4.如权利要求1-3中任一项所述的涂料组合物，其中，所述聚烷基硅氮烷化合物含有由通式(1)表示的重复单元 其中，R1表示氢原子或具有1-3个碳原子的烷基，条件是整个化合物中的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木伦子，青木宏幸，
申请(专利权)人：AZ电子材料日本株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]