此处公开了一种使用多面体分子倍半硅氧烷形成半导体器件所用的层间电介质膜的方法。根据该方法，使用多面体分子倍半硅氧烷作为硅氧烷基树脂所用的单体或作为多孔形成剂（微孔生成物），来制备用于形成电介质膜的组合物，并且把组合物涂敷在基板上以形成半导体器件所用的层间电介质膜。由本方法形成的层间电介质膜具有低介电常数并显示出优良的机械特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种〗吏用多面体分子倍半硅氧烷(polyhedral molecular silsesquioxane)形成用于半导体器件的层间电介质膜的方法。更具体地，本 专利技术涉及一种用于使用多面体分子倍半硅氧烷作为用于硅氧烷基树脂的单 体或作为微孔形成剂(下文中，简称为微孔生成物[porogen])来形成电介 质膜的方法，以制备用于形成电介质膜的合成物并在衬底上涂布合成物。 由于本方法所用的多面体分子倍半硅氧烷含有许多的内部孔，所以由本方 法形成的电介质膜具有低电介质常数。此外，由于能把多种反应基团引入 多面体分子倍半硅氧烷，所以控制反应基团，产生具有优良机械特性的电介质膜。相关技术的介绍随着半导体器件集成度的增加，布线间的速度对半导体器件的性能具 有显著的影响。因此，需要具有低存储电容的层间电介质膜，以便降低布 线间的电阻和电容。为了这个目的，已尝试使用低介电常数材料用于层间 电介质膜。例如，美国专利No.3,615,272、 4,399,266、 4,756,977和4,999,397 公开了具有介电常数约2.5-3.1的聚合倍半珪氧烷(polysilsesquioxane )， 其用旋压淀积(SOD)涂敷，取代常规化学汽相淀积(CVD)技术施加具有 约4.00介电常数的Si02。由于化合物具有良好的平面性，所以，能够被旋 涂。另一方面，现有技术中已知有氢倍半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane ) 及其多种制备方法。例如，美国专利No.3,615,272介绍了几乎完全缩聚的 氢树脂的制备，该制备包括对用在苯磺酸中水解三氯硅烷，并随后用水或 石危酸水溶液清洗所得到的树脂:的方法。此外，美国专利No. 5,010,159公开 了一种用于制备氢倍半硅氧烷的方法，该方法利用在芳基磺酸水合水解介 质中水解氢化硅烷以形成树脂，并使树脂与中和剂接触。而且，美国专利 No.6,232，424提出一种具有极好的溶液稳定性的高度可溶的硅树脂合成物， 其通过在水和催化剂存在下水解和缩聚四烷氧基硅烷、有机硅烷和有机三 烷氧基硅烷来制备。而且，美国专利No.6,000,339发表了一种用于制备硅 石基化合物的方法，硅石基化合物具有改善的抗氧等离子体和其他物理特 性，并能形成厚层。根据该方法，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，在水和催化剂的存在下与钛(Ti)或锆(Zr)的醇 盐反应，制备硅石基化合物。此外，美国专利No.5,853,808公开了可用于 制备富含Si02薄膜的硅氧烷，倍半硅氧烷聚合物，而该聚合物由具有P-取代的反应基的有机硅烷制备；和含有聚合物的薄膜组合物。此外，EP 0 997 497介绍了含有烷氧基硅烷化合物的组合物，该烷氧基硅烷选自单烷氧基硅 烷、二烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷和三烷氧基硅烷二聚物 (dimmers)和有机聚合物。该专利进一步介绍了 一种使用该组合物形成的绝 缘薄膜。试图把用于半导体器件的层间电介质膜的介电常数降至2.5或更低，提 出 一种孩i孔生成模板法(porogen-template approach),其用微孔生成物配置 硅氧烷基树脂，并随后用热解除去微孔生成物。然而，与该方法冲突的问 题是，Si-OH键在微孔表面上形成，在微孔生成物去除期间，微孔壁断裂和 相互连接，如图1所示。这些问题恶化了多孔电介质膜用于半导体器件电 介质膜的工艺可用性。例如，对具有约5.3A的对角线长度的笼形结构的硅氧烷基单体已进行 了大量研究，如下列化学式l所示化学式l然而，由于使用硅氧烷基单体形成的电介质膜具有2.7~3.0的相对高的介电常数，所以，需要增加微孔生成物以便降低介电常数。结果，不可避 免地出现了上述问题。专利技术概述因此，考虑到现有技术的上述问题得出本专利技术，本专利技术的特征是提供 一种用于形成半导体器件使用的层间电介质膜的方法，通过利用多孔多面 体分子倍半硅氧烷，作为形成电介质膜硅氧烷基树脂所用的单体、或作为 形成电介质膜组合物的一种元素的微孔生成物。由本方法形成的电介质膜 通过把各种反应基团引入多面体分子倍半硅氧烷中而具有低介电常数、并 显示出优良的机械特性、热稳定性、抗裂性等等。根据本专利技术的一个方案，提供一种由下面的化学式2表示的硅氧烷基 树脂，其通过水解和缩聚至少一种多面体分子倍半硅氧烷进行制备。 化学式2n-(R)n其中，取代基R彼此可以相同或不同，并且分别独立为氳原子、卤原 子、羟基、或Cwo烷基、链烯基、炔基、芳基、烷氧基、或-OSiw2r3(其中， ri、 r2和r3分别独立为氢原子、卤原子、羟基、或C^o烷基、链烯基、炔基、 芳基、烷氧基)，取代基R至少一种为可水解的官能团；并且n为10、 12、 14或16;在存在水和酸或碱催化剂的有机溶剂中，多面体分子倍半硅氧烷和至 少 一种硅烷基单体以单独或混合物的形式存在。根据本专利技术的另一个方案，提供一种用于形成电介质膜的组合物、其 中包括硅氧烷基树脂和有机溶剂。根据本专利技术的另一个方案，提供一种用于形成电介质膜的组合物，其 中包括化学式2的多面体分子倍半石圭氧烷、耐热硅氧烷母体和溶解该两种 成分的;容剂。根据本专利技术的另一个方案，提供一种用于形成电介质膜的方法，其中 包括在基板上涂敷该组合物的步骤，以及热固化涂敷的基板的步骤。根据本专利技术的又一个方案，提供一种由本方法形成的用于半导体器件 的层间电介质膜。附图说明通过结合附图的下列详细说明，将更加清楚地理解本专利技术的上述和其它目的、特征及其它优点，其中图1示出现有技术的微孔薄膜形成中的问题；和 图2示出本专利技术的方法形成的电介质膜的结构图。实施方案下文中，将更加详细地说明本专利技术。用化学式2表示本专利技术中所用的多面体分子倍半硅氧烷n-(R)n (2)其中，取代基R彼此可以相同或不同，并且分别独立为氢原子、卣原 子、羟基、或Cwo烷基、链烯基、炔基、芳基或烷氧基、或-OSinr2r3(其中， r,、 r2和r3分别独立为氢原子、鹵原子、或d.2o烷基、链烯基、芳基或烷氧 基)，耳义代基R至少一种为可水解的官能团；并且n为10、 12、 14或16。化学式2的至少一种多面体分子倍半硅氧烷可以直接用于制备硅氧烷 基树脂，该硅氧烷基树脂用于形成电介质膜。换句话说，多面体分子倍半 硅氧烷可以用作微孔生成物，该微孔生成物是用于形成电介质膜组合物的 一种成分。下面将具体介绍利用多面体分子倍半硅氧烷制备硅氧烷基树脂工序的 更i羊细i兌明。在存在水和酸或碱催化剂的有机溶剂中，通过多面体分子倍半硅氧烷 单独缩聚、或多面体分子倍半硅氧烷和至少一种硅烷基单体的混合物缩聚， 来制备本专利技术的硅氧烷基树脂，硅氧烷基单体选自由下面化学式3至6表示的化合物 化学式3<formula>formula see original document page 9</formula>其中，R,为氢原子、Cw烷基或Cw5芳基；R2为氢原子、C,.]o烷基或 SiX,X2X3(其中，X,、 X2和X3各自分别为氢原子、Cw烷基、Cwo烷氧基或 卣原子，这些取代基中的至少一种为可水解的官能团)；并且p为3和8之 间的整数；化学式4<formula本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于形成电介质膜的组合物，包括： 由下面的化学式２表示的至少一种多面体分子倍半硅氧烷： ［ＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｎ］－（Ｒ）↓［ｎ］ （２） 其中，取代基Ｒ彼此相同或不同，并且各自独立地为氢原子、卤原子、羟基、或Ｃ↓［１－２０］烷基、链烯基、炔基、芳基或烷氧基、或－ＯＳｉｒ↓［１］ｒ↓［２］ｒ↓［３］，其中ｒ↓［１］、ｒ↓［２］和ｒ↓［３］各自独立地为氢原子、卤原子、或Ｃ↓［１－２０］烷基、链烯基、炔基、芳基或烷氧基，至少一种取代基Ｒ为可水解的官能团，并且ｎ为１０、１２、１４或１６； 耐热硅氧烷母体；以及 溶解上述两种组分的溶剂。
【技术特征摘要】
KR 2003-11-24 83580/03;KR 2004-11-22 95797/041. 一种用于形成电介质膜的组合物，包括由下面的化学式2表示的至少一种多面体分子倍半硅氧烷[SiO1. 5]n-(R)n (2)其中，取代基R彼此相同或不同，并且各自独立地为氢原子、卤原子、羟基、或C1-20烷基、链烯基、炔基、芳基或烷氧基、或-OSir1r2r3，其中r1、r2和r3各自独立地为氢原子、卤原子、或C1-20烷基、链烯基、炔基、芳基或烷氧基，至少一种取代基R为可水解的官能团，并且n为10、12、14或16；耐热硅氧烷母体；以及溶解上述两种组分的溶剂。2. 根据权利要求1所述的组合物，其中，耐热硅氧烷母体在存在水和 酸或碱催化剂的有机溶剂中，通过至少一种硅烷基单体缩聚来制备，该至 少一种硅烷基单体选自下列式3 ~ 6表示的化合物<formula>formula see original document page 2</formula>(3)其中R,为氢原子、d.3烷基或(:6.15芳基；R2为氢原子、Cu烷基或 SiX,X2X3,其中X!、 X2和X3各自独立地为氢原子、d.3烷基、Cu烷氧基 或卣原子，这些取代基中的至少一种为可水解的官能团；并且p为3和8 之间的整数；<formula>formula see original document page 2</formula>其中Ri为氢原子、烷基或C6.15芳基；X2和X3各自独立地为氢原子、d.3烷基、Cwo烷氧基或囟原子，这些取代基中的至少一种为可水解的官能团；m为0至10的整数；以及p为3至8的整数； X^XiSi-M-SiX^X; (5)其中X,、 X2和X3各自独立地为氢原子、C,-3烷基、d.,o烷氧基或卤原子，这些取代...
【专利技术属性】
技术研发人员：申铉振，郑铉潭，
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]
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