用于低介电常数材料的有机组合物制造技术

本发明专利技术提供了一种组合物，所述组合物包括：（ａ）介电材料；和（ｂ）成孔剂，所述成孔剂包括至少两个稠合芳环，其中所述稠合芳环上各自具有至少一个烷基取代基且在相邻芳环上的至少两个烷基取代基间存在键。优选所述介电材料为一种包含以下组分的组合物：（ａ）热固性组分，所述组分包括：（１）任选的下式Ⅰ的单体和（２）至少一种下式Ⅱ的低聚物或聚合物，其中Ｑ、Ｇ、ｈ、ｉ、ｊ和ｗ如下定义；和（ｂ）成孔剂。优选所述成孔剂选自未官能化的聚苊均聚物、官能化的聚苊均聚物、聚苊共聚物、聚降冰片烯、聚己内酯、聚（２－乙烯基萘）、乙烯基蒽、聚苯乙烯、聚苯乙烯衍生物、聚硅氧烷、聚酯、聚醚、聚丙烯酸酯、脂族聚碳酸酯、聚砜、聚交酯和它们的共混物。本发明专利技术组合物特别可用作微型芯片、多片组件、层压线路板或印刷插线板的介电基体材料。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体装置，具体地讲，本专利技术涉及具有低介电常数的有机材料的半导体装置及其制备方法。
技术介绍
为努力提高半导体装置的性能和速度，半导体装置生产商一直寻求减小互连的线宽和间距，同时使传输损失最小化并降低互连的电容耦合。降低能耗和电容的一种方法是通过降低间隔互连的绝缘材料或电介质的介电常数(也称为“k”)。特别需要介电常数低的绝缘材料，因为它们通常能使信号传播更快，降低电容和减少导线间的串音，并降低集成电路工作所需电压。由于空气的介电常数是1.0，所以主要目标就是将绝缘材料的介电常数降低到理论极限值1.0。现有技术中有几种降低绝缘材料的介电常数的方法。这些技术包括将元素如氟加入到组合物中以降低整块材料的介电常数。降低k的其它方法包括使用替代介电材料基体。另一种方法是在基体中引入孔。因此，随着互连线宽下降，要求绝缘材料的介电常数也同时下降，以获得将来半导体装置需要的改善的性能和速度。例如，互连线宽为0.13或0.10微米及以下的装置需要介电常数(k)＜3的绝缘材料。目前使用二氧化硅(SiO2)和改性的二氧化硅如氟代二氧化硅或氟代硅玻璃(下文称FSG)。这些介电常数范围约为3.5-4.0的氧化物常用作半导体装置的电介质。虽然SiO2和FSG具有半导体装置生产时的热循环和加工步骤所必须的机械和热稳定性，但是半导体工业非常需要具有低介电常数的材料。用于沉积介电材料的方法可分为两类自旋沉积(下文称SOD)和化学蒸汽沉积(下文称CVD)。一些开发低介电常数的材料的方法包括改变化学组成(有机、无机、有机/无机共混物)或改变介电基体(多孔、无孔)。表1汇总了介电常数范围为2.0-3.5的几种材料的研究情况(PE＝增强的等离子体；HDP＝高密度等离子体)。然而表1中公布的介电材料和基体未能表现出有效介电材料期望、甚至是必需的许多物理化学综合特性，例如较高的机械稳定性、高热稳定性、高玻璃化转变温度、高模量或硬度，同时依然能够形成溶剂化物，自旋沉积或沉积在基体、晶片或其他表面上。因此，研究其它可用作绝缘材料和绝缘层的化合物和材料将是有益的，即便目前这些化合物或材料以现在的状态还不能考虑用作介电材料。表1 令人遗憾的是，正研发中的介电常数范围为2.0-3.5的许多有机SOD系统存在如上所述的机械和热特性方面的某些缺陷，因此半导体工业需要研发出具有该范围介电常数的介电膜的改进的工艺和性能。另外，工业上需要具有所述的低介电常数可扩充性的材料，即是能够降低至更低介电常数(如2.7-2.5至2.2-2.0和以下)的材料。Reichert和Mathias描述了包含金刚烷(adamantane，下文中简称为C10金刚烷)分子的化合物和单体，它们是一类笼形的分子，可用做金刚石替代物。(Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1993年，34(1)卷，495-6页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1992年，33(2)卷，144-5页；Chem.Mater.，1993年，5(1)卷，4-5页；Macromolecules，1994年，27(24)卷，7030-7034页；Macromolecules，1994年，27(24)卷，7015-7023页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1995年，36(1)卷，741-742页；205thACS NationalMeeting，Conference Program，1993年，312页；Macromolecules，1994年，27(24)卷，7024-9页；Macromolecules，1992年，25(9)卷，2294-306页；Macromolecules，1991年，24(18)卷，5232-3页；Veronica R.Reichert，PhD Dissertation，1994年，55-06B卷；ACS Symp.Ser.Step-GrowthPolymers for High-Performance Materials，1996年，624卷，197-207页；Macromolecules，2000年，33(10)卷，3855-3859页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1999年，40(2)卷，620-621页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1999年，40(2)卷，577-78页；Macromolecules，1997年，30(19)卷，5970-5975页；J.Polym.Sci，PartAPolymer Chemistry，1997年，35(9)卷，1743-1751页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1996年，37(2)卷，243-244页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1996年，37(1)卷，551-552页；J.Polym.Sci.，Part APolymer Chemistry，1996年，34(3)卷，397-402页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1995年，36(2)卷，140-141页；Polym，Prepr.(Am.Chem.Soc.，Div.Polym.Chem.)，1992年，33(2)卷，146-147页；J.Appl.Polym.Sci.，1998年，68(3)卷，475-482页)。Reichert和Mathias描述的C10金刚烷基化合物和单体优选用于形成聚合物，其中C10金刚烷分子作为热固性核。但是，Reichert和Mathias所公开的化合物只包括通过设计选择的C10金刚烷基化合物的一种异构体。结构A显示了该对称的对位异构体-1，3，5，7-四[4′-(苯乙炔基)苯基]C10金刚烷 结构A换句话说，Reichert和Mathias在他们各自和共同的工作中涉及一种有用的只包含目标C10金刚烷基单体的一种异构体形式的聚合物。但是，当通过C10金刚烷基单体的单一异构体形式1，3，5，7-四[4′-(苯乙炔基)苯基]C10金刚烷(对称的“全对位”异构体)形成聚合物并进行加工时，存在一个严重问题。根据Reichert的论文(出处同前)和Macromolecules 27卷，7015-7034页(出处同前)，发现对称的全对位异构体1，3，5，7-四[4′-(苯乙炔基)苯基]C10金刚烷“可充分溶于氯仿中，由此可得到1H NMR波谱。但是，从采集时间来看无法得到溶液13CNMR波谱”。这表明所有的对位异构体溶解性较小。这样，Reichert的对称的全对位异构体1，3，5，7-四[4′-(苯乙炔基)苯基]C10金刚烷不能溶解于标准的有机溶剂中，因此，将不能用于任何需要溶解性或基于溶剂的加工应用，如流涂、旋涂、浸涂中。在我们的共同转让的、于2001年10月17日提交的待审批的专利申请PCT/US01/22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，所述组合物包括：（ａ）介电材料；和（ｂ）成孔剂，所述成孔剂包括至少两个稠合芳环，其中所述稠合芳环上各自具有至少一个烷基取代基且在相邻芳环上的至少两个所述烷基取代基间存在键。

【技术特征摘要】
US 2002-1-15 60/350,187;US 2002-1-22 60/350,557;US1.一种组合物，所述组合物包括(a)介电材料；和(b)成孔剂，所述成孔剂包括至少两个稠合芳环，其中所述稠合芳环上各自具有至少一个烷基取代基且在相邻芳环上的至少两个所述烷基取代基间存在键。2.权利要求1的组合物，其中所述成孔剂选自未官能化的聚苊均聚物、官能化的聚苊均聚物、聚苊共聚物、聚(2-乙烯基萘)和乙烯基蒽以及它们彼此的共混物。3.权利要求2的组合物，其中所述成孔剂为所述由苊和选自以下的单体制备的聚苊共聚物新戊酸乙烯酯、丙烯酸叔丁酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、2-乙烯基萘、5-乙烯基-2-降冰片烯、乙烯基环己酮、乙烯基环戊烷、9-乙烯基蒽、4-乙烯基联苯、四苯基丁二烯、1，2-二苯乙烯、叔丁基1，2-二苯乙烯、茚、烯丙基取代的氢聚碳硅烷、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和乙烯基醚。4.权利要求2的组合物，其中所述成孔剂选自未官能化的聚苊均聚物、官能化的聚苊均聚物、聚苊共聚物，以及未官能化的聚苊均聚物和聚己内酯的共混物。5.权利要求2或3的组合物，其中所述介电材料为有机介电材料。6.权利要求5的组合物，其中所述介电材料为苯乙炔基化的芳族单体或低聚物。7.权利要求5的组合物，其中所述有机介电材料为笼形化合物，优选C10金刚烷。8.一种旋涂前体，所述旋涂前体包括权利要求5的所述组合物。9.一种热固性基体，所述基体由权利要求8的旋涂前体制备。10.一种层，所述层包括权利要求9的所述热固性基体。11.权利要求10的层，其中所述热固性基体经过固化。12.一种使用权利要求5的所述组合物的方法。13.权利要求12的方法，所述方法包括以下步骤使所述成孔剂分解；和将所述已分解的成孔剂挥发，由此降低所述介电材料的介电常数。14.权利要求12的方法，所述方法包括以下步骤使所述成孔剂分解；和将所述已分解的成孔剂挥发，由此在所述介电材料中形成孔。15.权利要求13的方法，其中所述分解所述成孔剂的步骤包括通过熔炉、电热板、电子束辐射、微波辐射或紫外辐射进行固化。16.权利要求14的方法，其中所述分解所述成孔剂的步骤包括通过熔炉、电热板、电子束辐射、微波辐射或紫外辐射进行固化。17.一种组合物，所述组合物包含介电常数小于2.7的笼形结构。18.权利要求17的组合物，其中所述笼形结构为C10金刚烷。19.一种旋涂前体，所述旋涂前体包括权利要求18的所述组合物。20.一种热固性基体，所述基体由权利要求19的所述旋涂前体制备。21.一种层，所述层包括权利要求20的所述热固性基体。22.权利要求21的层，其中所述热固性基体经过固化。23.一种组合物，所述组合物包括(a)热固性组分，所述热固性组分包括(1)任选至少一种式I的单体 和(2)至少一种式II的低聚物或聚合物 其中所述E是笼形化合物；每个所述Q相同或不同并选自氢、芳基、支化芳基和取代芳基，其中所述取代基包括氢、卤素、烷基、芳基、取代芳基、杂芳基、芳醚、链烯基、炔基、烷氧基、羟烷基，羟芳基，羟链烯基、羟炔基、羟基或羧基；所述Gw是芳基或取代芳基，其中所述取代基包括卤素和烷基；所述h为0-10；i为0-10；j为0-10；w为0或1；(b)成孔剂。24.权利要求23的组合物，其中所述成孔剂包括分解温度低于所述热固性组分(a)的玻璃化转变温度并高于所述热固性组分(a)的固化温度的材料。25.权利要求24的组合物，其中所述成孔剂包含至少两个稠合芳环，其中所述稠合芳环上各自具有至少一个烷基取代基，并且在相邻芳环上的至少两个所述烷基取代基间存在键。26.权利要求24的组合物，其中所述成孔剂选自未官能化的聚苊均聚物、官能化的聚苊均聚物、聚苊共聚物、聚降冰片烯、聚己内酯、聚(2-乙烯基萘)、乙烯基蒽、聚苯乙烯、聚苯乙烯衍生物、聚硅氧烷、聚酯、聚醚、聚丙烯酸酯、脂族聚碳酸酯、聚砜、聚交酯和它们的共混物。27.权利要求26的组合物，其中所述成孔剂为所述由苊和选自以下的单体制备的苊共聚物新戊酸乙烯酯、丙烯酸叔丁酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、2-乙烯基萘、5-乙烯基-2-降冰片烯、乙烯基环己酮、乙烯基环戊烷、9-乙烯基蒽、4-乙烯基联苯、四苯基丁二烯、1，2-二苯乙烯、叔丁基1，2-二苯乙烯、茚、烯丙基取代的氢聚碳硅烷、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和乙烯基醚。28.权利要求24的组合物，其中所述成孔剂选自未官能化的聚苊均聚物、官能化的聚苊均聚物、聚苊共聚物、聚降冰片烯和聚己内酯。29.权利要求26的组合物，所述组合物包括(1)所述式III的至少一种C10金刚烷单体 和(2)所述式IV的至少一种C10金刚烷低聚物或聚合物 或(1)所述式V的至少一种C14金刚烷单体 和(2)所述式VI的至少一种C14金刚烷低聚物或聚合物30.权利要求29的组合物，其中所述至少一种低聚物或聚合物(2)为式VII的C10金刚烷二聚体31.权利要求29的组合物，其中所述至少一种低聚物或聚合物(2)为下式VIII的C10金刚烷三聚体32.权利要求26的组合物，其中所述热固性组分(a)包括(1)以下各式的C10金刚烷单体式XA 式XB 式XC 或式XD 和(2)式XI的C10金刚烷低聚物或聚合物 或(1)以下各式的C14金刚烷单体式XIIA 式XIIB 式XIIC 或式XIID 和(2)式XIII的C14金刚烷低聚物或聚合物， 其中所述h为0-10；所述i为0-10；所述j为0-10；所述R1各自相同或不同并选自氢、卤素、烷基、芳基、取代芳基、杂芳基、芳醚、链烯基、炔基、烷氧基、羟烷基、羟芳基、羟链烯基、羟炔基、羟基或羧基；所述Y各自相同或不同并选自氢、烷基、芳基、取代芳基或卤素。33.权利要求32的组合物，其中存在所述单体。34.权利要求32或33的组合物，其中所述R1为芳基或取代芳基和所述Y为氢、苯基或联苯基。35.权利要求34的组合物，其中所述(2)C10金刚烷低聚物或聚合物为式XVI的二聚体 或所述(2)C14金刚烷低聚物或聚合物为式XVII的二聚体36.权利要求34的组合物，其中所述(2)C10金刚烷低聚物或聚合物为式XVIII的三聚体 或所述(2)C14金刚烷低聚物或聚合物为式XIX的三聚体37.权利要求34的组合物，其中所述热固性组分(a)、所述低聚物或聚合物(2)包括式XVI的C10金刚烷二聚体和式XVIII的C10金刚烷三聚体的混合物式XVI 式XVIII 或式XVII的C14金刚烷二聚体和式XIX的C14金刚烷三聚体的混合物式XVII 式XIX38.权利要求37的组合物，其中所述热固性组分(a)、所述单体(1)和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE李，R泽雷宾，N斯雷曼，A格雷汉，A纳曼，JG斯科尼亚，K劳，PG阿彭，B科罗勒夫，N伊瓦莫托，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]