【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件中的层间电介质(ild)领域。
技术介绍
1、晶体管的收缩尺寸需要ild材料具有超低的k性能。haluska在美国专利号4,756,977中和chandra美国专利号5,059,448报道了在400-900℃的范围内加热时氢倍半硅氧烷树脂(hsio3/2)n涂层转化为含二氧化硅(sio2)的涂层。torres的wo 2018/063344a1报道了使用旋涂方法生产的多孔介电材料的孔填充。2018年10月23日公布的briggs的美国专利号10,109,579b2教导各种方法来减小在后处理例如cmp中对多孔介电涂层的损坏。多孔的介电材料可满足ic芯片扩展(chip scaling)的挑战性的超低k要求。
2、然而，现有的旋涂的多孔低k介电材料具有开孔结构，因此来自后续处理例如金属化或cmp的污染物的扩散可损坏它们的低k性质。
3、因此需要提供减少和消除这一问题的具有闭孔结构的旋涂的多孔的低k介电材料。
技术实现思路
1、专利技术概述
2、本专利技术公开内容的目的是提供多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物，其中在涂覆之后固化，固化的膜具有高孔隙率、低介电常数(低k)和好的机械性质。其中涂层基体中的孔结构大部分由闭孔组成，其防止在后续处理例如cmp和金属化中不希望的材料扩散至多孔的介电涂层中，并消除对于现有技术中显示的多孔介电涂层的保护层的需要。
3、本专利技术的一个目的是提供多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组
4、(i)包含以下单元的硅氧烷共聚物：
5、[rsi(oh)2o0.5]m
6、[rsio1.5]n
7、[rsi(oh)o]p
8、[sio2]k
9、[si(oh)o1.5]a
10、[si(oh)2o]b
11、[si(oh)3o0.5]c
12、[si(oh)o(ch2)2si(oh)o]d
13、[si(oh)2o(ch2)2si(oh)2o]e
14、[si o1.5(ch2)2sio1.5]f
15、其中r独立地为甲基或非必要取代或未取代的c2-c10烷基基团、取代或未取代的c3-c20环烷基基团、取代或未取代的c2-c10烯基基团、取代或未取代的(甲基)丙烯酰基、取代或未取代的缩水甘油基c3-c8环氧醚基、或它们的组合；和每个单元的摩尔％浓度为0<a,b,c,k,d,e,f,m,n,p<0.90，且a+b+c+k+d+e+f+m+n+p的总摩尔％浓度＝1；优选地，每个单元的摩尔％浓度为0.05<m,n,p<0.50、0.10<a,b,c,k<0.90且0.05<d,e,f<0.90；
16、(ii)有机溶剂；和
17、(iii)至少一种选自以下的添加剂：热自由基引发剂、光自由基引发剂、造孔添加剂、si-oh缩合催化剂、或交联剂、粘合促进剂、或表面活性剂或它们的组合；优选至少一种选自以下的添加剂：热自由基引发剂、造孔添加剂、或它们的组合；
18、其中硅氧烷共聚物具有大于10mol％si-oh基团。
19、本专利技术的另一目的是提供在多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物的配制中使用的制备硅氧烷共聚物(i)的合成方法。
20、本专利技术的另一目的是提供在半导体器件上形成多孔sod涂层的方法，包括在半导体器件，优选si晶片上旋涂多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物；去除溶剂；和固化多孔sod涂层以在半导体器件上形成多孔的低k涂层。
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1.多孔的旋涂式介电(SOD)材料溶液组合物，包含：
2.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中在一锅法体系中通过烷基/烯基三烷氧基硅烷、六烷氧基二硅基乙烷和四烷氧基硅烷混合物的逐步水解和缩合来制备硅氧烷共聚物溶液。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中在一锅法体系中通过烷基/烯基三氯硅烷、六烷氧基二硅基乙烷和四烷氧基硅烷混合物的逐步水解和缩合来制备硅氧烷共聚物溶液。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中烷基/烯基三氯硅烷选自以下：甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、丁基三氯硅烷、异丁基三氯硅烷、戊基三氯硅烷、己基三氯硅烷、环戊基三氯硅烷、环己基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中烷基/烯基三烷氧基硅烷选自以下：三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、戊基三甲氧基
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中六烷氧基二硅基乙烷选自六乙氧基二硅基乙烷或六甲氧基二硅基乙烷，优选1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷或1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中四烷氧基硅烷选自四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述硅氧烷共聚物(I)包含1000至50,000道尔顿的重均分子量(Mw)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述硅氧烷共聚物(I)占0.1至50重量％，基于多孔的旋涂式介电(SOD)材料溶液组合物的总重量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中有机溶剂选自以下：醇、酯、醚、丙二醇单甲醚(PGME)、异丙醇和PGME的混合物、和酮，其中所述有机溶剂的量为30重量％-99.9重量％，基于多孔的旋涂式介电(SOD)材料溶液组合物的总重量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中粘合促进剂选自以下：(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基二甲基甲氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基二甲基甲氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基甲基二甲氧基硅烷，量为基于多孔的旋涂式介电(SOD)材料溶液组合物的总重量的0.0-5.0重量％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中热自由基引发剂选自以下：过氧化物，例如101、VAROX 130、224、231、331M80、531M80、TBH70X、过乙酸叔丁酯、α,α-二甲基苄基氢过氧化物、2,5-二(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基-3-己炔、过氧化苯甲酰、DI、DCP、双(1-甲基-1-苯乙基)过氧化物、双(α,α-二甲基苄基)过氧化物、双(1-甲基-1-苯乙基)过氧化物、LP、P、TBEC、TBH70X和偶氮化合物，例如1,1′-偶氮双(氰基环己烷)、1,1′-偶氮双(氰基环己烷)、α,α′-偶氮二异丁脒二盐酸盐、α,α′-偶氮异丁腈、4,4′-偶氮双(4-氰基戊酸)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中光自由基引发剂选自以下：苯乙酮、茴香偶姻、蒽醌、蒽醌-2-磺酸、钠盐一水合物、(苯)三羰基铬、苯偶酰、苯偶姻、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丁醚、苯偶姻甲醚、二苯甲酮、二苯甲酮/1-羟基环己基苯基酮、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、4-苯甲酰基联苯、2-苄基-2-(二甲氨基)-4'-吗啉代丁酰苯、4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮、4,4'-双(二甲氨基)二苯甲酮、樟脑醌、2-氯噻吨-9-酮、(枯烯)环戊二烯基铁(II)六氟磷酸盐、二苯并环庚烯酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、4,4'-二羟基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4-(二甲氨基)二苯甲酮、4,4'-二甲基苯偶酰、2,5-二甲基二苯甲酮、3,4-二甲基二苯甲酮、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦/2-羟基-2-甲基苯丙酮、4'-乙氧基苯乙酮、2-乙基蒽醌、二茂铁、3 3'-羟基苯乙酮、4'-羟基苯乙酮、3-羟基二苯甲酮、4-羟基二苯甲酮、1-羟基环己基苯基酮...
【技术特征摘要】
1.多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物，包含：
2.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中在一锅法体系中通过烷基/烯基三烷氧基硅烷、六烷氧基二硅基乙烷和四烷氧基硅烷混合物的逐步水解和缩合来制备硅氧烷共聚物溶液。
3.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中在一锅法体系中通过烷基/烯基三氯硅烷、六烷氧基二硅基乙烷和四烷氧基硅烷混合物的逐步水解和缩合来制备硅氧烷共聚物溶液。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中烷基/烯基三氯硅烷选自以下：甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、丁基三氯硅烷、异丁基三氯硅烷、戊基三氯硅烷、己基三氯硅烷、环戊基三氯硅烷、环己基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中烷基/烯基三烷氧基硅烷选自以下：三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、戊基三甲氧基硅烷、戊基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、环戊基三甲氧基硅烷、环戊基三乙氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中六烷氧基二硅基乙烷选自六乙氧基二硅基乙烷或六甲氧基二硅基乙烷，优选1,2-双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷或1,2-双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中四烷氧基硅烷选自四乙氧基硅烷或四甲氧基硅烷。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述硅氧烷共聚物(i)包含1000至50,000道尔顿的重均分子量(mw)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述硅氧烷共聚物(i)占0.1至50重量％，基于多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物的总重量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中有机溶剂选自以下：醇、酯、醚、丙二醇单甲醚(pgme)、异丙醇和pgme的混合物、和酮，其中所述有机溶剂的量为30重量％-99.9重量％，基于多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物的总重量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中粘合促进剂选自以下：(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基二甲基甲氧基硅烷、(甲基)丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基二甲基甲氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基甲基二甲氧基硅烷，量为基于多孔的旋涂式介电(sod)材料溶液组合物的总重量的0.0-5.0重量％。
12.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中热自由基引发剂选自以下：过氧化物，例如101、varox 130、224、231、331m80、531m80、tbh70x、过乙酸叔丁酯、α,α-二甲基苄基氢过氧化物、2,5-二(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基-3-己炔、过氧化苯甲酰、di、dcp、双(1-甲基-1-苯乙基)过氧化物、双(α,α-二甲基苄基)过氧化物、双(1-甲基-1-苯乙基)过氧化物、lp、p、tbec、tbh70x和偶氮化合物，例如1,1′-偶氮双(氰基环己烷)、1,1′-偶氮双(氰基环己烷)、α,α′-偶氮二异丁脒二盐酸盐、α,α′-偶氮异丁腈、4,4′-偶氮双(4-氰基戊酸)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中光自由基引发剂选自以下：苯乙酮、茴香偶姻、蒽醌、蒽醌-2-磺酸、钠盐一水合物、(苯)三羰基铬、苯偶酰、苯偶姻、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丁醚、苯偶姻甲醚、二苯甲酮、二苯甲酮/1-羟基环己基苯基酮、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、4-苯甲酰基联苯、2-苄基-2-(二甲氨基)-4'-吗啉代丁酰苯、4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮、4,4'-双(二甲氨基)二苯甲酮、樟脑醌、2-氯噻吨-9-酮、(枯烯)环戊二烯基铁(ii)六氟磷酸盐、二苯并环庚烯酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、4,4'-二羟基二苯甲酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4-(二甲氨基)二苯甲酮、4,4'-二甲基苯偶酰、2,5-二甲基二苯甲酮、3,4-二甲基二苯甲酮、二苯基...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑学刚，
申请(专利权)人：上海艾深斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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