[發明專利]具有低介電常數的多孔硅石涂層、半導體設備和涂料組合物

有效

• 申請號: 00810212.0
• 申請日: 2000-06-20
• 公開（公告）號: CN1360559A
• 公開（公告）日: 2002-07-24
• 發明（設計）人: 青木倫子;清水泰雄
• 申請（專利權）人: 東燃杰納爾石油株式會社
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;H01L21/312;H01L21/768;C09D183/16;C09D133/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 陳季壯

技術領域

本發明涉及一種具有低介電常數的多孔硅石涂層、一種包含該多孔硅石涂層的半導體設備和一種能夠成為該多孔硅石涂層的涂料組合物。

背景技術

聚硅氮烷涂料通過在大氣空氣中燒制而轉化成硅石涂層。這些硅石涂層由于優異的電絕緣性能而用作半導體的中間層電介質。在這些硅石涂層中，已采用完全無機硅石涂層作為優異的半導體中間層電介質，因為它具有高耐熱性并可用于非深蝕刻工藝。在這種情況下，硅石涂層的物理性能類似于二氧化硅(SiO₂)且其介電常數在3.0-4.7的范圍內。

隨著集成電路的速度和集成密度的增加，需要進一步降低電子材料如中間層電介質的介電常數。但常規硅石涂層的介電常數對這種要求來說太高。已知使硅石涂層多孔以降低介電常數，但硅石涂層一般具有吸濕性能且介電常數在環境氣氛下隨著時間的流逝而增加。已經提出，將多孔涂層進行抗水處理，這樣向表面加入三甲基甲硅烷基之類的有機基團以防介電常數因吸濕隨著時間的流逝而增加。但這種附加的抗水處理造成的問題是，制造成本增加且有機基團的加入損害了無機材料可用于非深蝕刻工藝的能力。

因此，本發明的一個目的是提供一種可明顯降低介電常數(尤其是低于2.5)并在環境氣氛下基本上保持這種較低的介電常數而無需進行抗水處理的硅石涂層。本發明的另一目的是提供一種包含這種具有低介電常數的硅石涂層作為中間層電介質的半導體設備、以及一種能夠成為該硅石涂層的涂料組合物。

本發明的公開內容

為了實現上述目的，本發明人進行了深入研究并因此完成了本發明。

按照本發明，提供了一種介電常數低于2.5的多孔硅石涂層，它通過燒制一種包含含鋁的聚硅氮烷和聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯的組合物的涂層而得到。

按照本發明，還提供了一種包含該多孔硅石涂層作為中間層電介質的半導體設備。

按照本發明，還提供了一種在有機溶劑中包含含鋁的聚硅氮烷和聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯的涂料組合物。

實現本發明的方式

本發明的多孔硅石涂層通過燒制一種包含含鋁的聚硅氮烷和聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯的組合物的涂層而得到。這種含鋁的聚硅氮烷通過將聚硅氮烷與鋁化合物進行混合而得到。

作為一種用于形成硅石涂層的材料，該聚硅氮烷在其分子鏈中具有一種由以下通式(1)表示的硅氮烷結構：

在上式中，R¹、R²和R³分別獨立地表示氫原子、烴基、含烴基的甲硅烷基、含烴基的氨基、或烴氧基。R¹和R²中的至少一個表示氫原子。烴基可與取代基結合，且取代基的例子包括鹵素如氯、溴和氟、烷氧基、烷氧基羰基、和氨基。

烴基包括脂族烴基和芳族烴基，且脂族烴基包括鏈烴基和環狀烴基。烴基的例子包括烷基、鏈烯基、環烷基、環鏈烯基、芳基、和芳烷基。這些烴原子中的碳原子數并不限定，但通常為20或更低，優選10或更低。在本發明中，優選的是具有1-8個碳原子，尤其是1-4個碳原子的烷基。在含烴基的甲硅烷基中，優選的烴基是具有1-20個碳原子，尤其是1-6個碳原子的烷基。與Si結合的烴原子數為1-3。在含烴的氨基和烴氧基中，烴基中的碳原子數為1-3。

在分子鏈中具有通式(1)所示硅氮烷結構的聚硅氮烷可以是具有鏈、環狀或交聯結構、或其混合形式的聚硅氮烷。數均分子量為100-100000，優選300-10000。這種聚硅氮烷包括常規的全氫聚硅氮烷、有機聚硅氮烷、及其改性化合物。

改性聚硅氮烷的例子包括含鉑或鈀的聚硅氮烷、含醇殘基的聚硅氮烷、含HMDS(六甲基二硅氮烷)殘基的聚硅氮烷、含胺的聚硅氮烷、和含有機酸的聚硅氮烷。

例如，這些改性聚硅氮烷描述于日本未審專利出版物№9-31333、8-176512、8-176511、和5-345826。

待加入聚硅氮烷的鋁可以是能夠溶解在有機溶劑中的形式的鋁化合物。這種可溶性鋁化合物包括醇鹽、螯合物、有機鋁、和鹵化物。

鋁的醇鹽的例子包括由以下通式(2)表示的那些：