[发明专利]用多面体分子倍半硅氧烷,形成半导体器件用层间电介质膜的方法

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：用多面体分子倍半硅氧烷，形成半导体器件用层间电介质膜的方法，申请日：2004年11月24日；申请号：200410094224.X)的分案申请。

发明背景

本申请要求在35U.S.C.§119(a)下于2003年11月24日申请的韩国专利申请No.2003-83580和2004年11月22日申请的韩国专利申请No.2004-95797的优先权，此处引入供参考。

发明领域

本发明涉及一种使用多面体分子倍半硅氧烷(polyhedral molecularsilsesquioxane)形成用于半导体器件的层间电介质膜的方法。更具体地，本发明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的聚合倍半硅氧烷(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SiO₂。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，该制备包括利用在苯磺酸中水解三氯硅烷，并随后用水或硫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SiO₂薄膜的硅氧烷和倍半硅氧烷聚合物，而该聚合物由具有β-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 997497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，提出一种微孔生成模板法(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5.3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1所示：

化学式1

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。

发明概述