説明

電子デバイス用絶縁膜の製造方法、電子デバイス用絶縁膜、及び、電子デバイス

【課題】誘電率及び機械強度に優れる電子デバイス用絶縁膜の製造方法、前記製造方法により得られる電子デバイス用絶縁膜、並びに、前記電子デバイス用絶縁膜を有する電子デバイスを提供すること。
【解決手段】非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を加熱して重合体を得る工程、前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程、並びに、前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程を含むことを特徴とする電子デバイス用絶縁膜の製造方法、前記製造方法により得られる電子デバイス用絶縁膜、並びに、前記電子デバイス用絶縁膜を有する電子デバイス。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子デバイス用絶縁膜の製造方法、電子デバイス用絶縁膜、及び、電子デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子材料分野においては、高集積化、多機能化、高性能化の進行に伴い、回路抵抗や配線間のコンデンサー容量が増大し、消費電力や遅延時間の増大を招いている。中でも、遅延時間の増大は、デバイスの信号スピードの低下やクロストークの発生の大きな要因となるため、この遅延時間を減少させてデバイスの高速化を図るべく、寄生抵抗や寄生容量の低減が求められている。この寄生容量を低減するための具体策の一つとして、配線の周辺を低誘電性の層間絶縁膜で被覆することが試みられている。また、層間絶縁膜には、実装基板製造時の薄膜形成工程やチップ接続、ピン付け等の後工程に耐え得る優れた耐熱性やウェットプロセスに耐え得る耐薬品性が求められている。さらに、近年は、Al配線から低抵抗のCu配線が導入されつつあり、これに伴い、CMP(ケミカルメカニカルポリッシング、化学的機械的研磨)による平坦化が一般的となっており、このプロセスに耐え得る高い機械的強度が求められている。
【0003】
絶縁膜として古くからポリベンゾオキサゾール、ポリイミドが広く知られている。また、ポリアリーレンエーテルからなる絶縁膜が開示されている(特許文献1)。
しかしながら、高速デバイスを実現するためには、さらなる誘電率の低減が強く要望されている。
【0004】
【特許文献1】米国特許第6646081号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、誘電率及び機械強度に優れる電子デバイス用絶縁膜の製造方法、前記製造方法により得られる電子デバイス用絶縁膜、並びに、前記電子デバイス用絶縁膜を有する電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、鋭意検討の結果、上記課題が下記の<1>、<2>、<5>及び<6>の構成により解決されることを見出した。好ましい実施態様である<3>及び<4>とともに以下に示す。
<1> 非ダイヤモンドイド構造を有する化合物から重合体を得る工程、前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程、並びに、前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程を含むことを特徴とする電子デバイス用絶縁膜の製造方法、
<2> 架橋性基及び非ダイヤモンドイド構造を有する化合物から重合体を得る工程、前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程、並びに、前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程を含むことを特徴とする電子デバイス用絶縁膜の製造方法、
<3> 前記架橋性基が、ラジカル重合性基である上記<2>に記載の電子デバイス用絶縁膜の製造方法、
<4> 前記塗布液が、ラジカル重合開始剤をさらに含有する上記<3>に記載の電子デバイス用絶縁膜の製造方法、
<5> 上記<1>乃至<4>のいずれか1つに記載の電子デバイス用絶縁膜の製造方法により得られる電子デバイス用絶縁膜、
<6> 上記<5>に記載の電子デバイス用絶縁膜を有する電子デバイス。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、誘電率及び機械強度に優れる電子デバイス用絶縁膜の製造方法、前記製造方法により得られる電子デバイス用絶縁膜、並びに、前記電子デバイス用絶縁膜を有する電子デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明の電子デバイス用絶縁膜の製造方法の一つの側面は、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を重合体を得る工程(以下、「重合工程」ともいう。)、前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程(以下、「塗布乾燥工程」ともいう。)、並びに、前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程(以下、「加熱工程」ともいう。)を含むことを特徴とする。
また、本発明の電子デバイス用絶縁膜の製造方法の他の一つの側面は、架橋性基及び非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を重合体を得る工程(以下、前記と同様に「重合工程」ともいう。)、前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程(以下、前記と同様に「塗布乾燥工程」ともいう。)、並びに、前記乾燥膜を加熱するか又は前記乾燥膜に活性放射線を照射し、三次元架橋構造を有する膜を得る工程(以下、「加熱工程又は活性放射線照射工程」ともいう。)を含むことを特徴とする。
以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】
(非ダイヤモンドイド構造を有する化合物)
まず、本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物について説明する。
本発明における「ダイヤモンドイド構造」とは、アダマンタン構造、ジアマンタン構造、トリアマンタン構造、及び、アダマンタン(トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン)のテトラマー構造、ペンタマー構造、ヘキサマー構造、ヘプタマー構造、オクタマー構造、ノナマー構造、デカマー構造などを含み、C4n+64n+12の化学組成式を持つ化合物から0個以上の水素原子を除いた構造である。なお、nは1以上の整数である。
また、前記ダイヤモンドイド構造は、置換基を有していてもよく、好ましい置換基としては、炭素数1〜10のアルキル基(より好ましくはメチル基)、炭素数2〜10のアルケニル基(より好ましくはビニル基、フェニルビニル基)、炭素数2〜10のアルキニル基(より好ましくはエチニル基、フェニルエチニル基)、炭素数6〜10のアリール基(より好ましくはフェニル基)が挙げられる。
ダイヤモンドイド構造を有する化合物の一例として、下記にアダマンタン(adamantane)、ジアマンタン(diamantane)、トリアマンタン(triamantane)を示すが、これらに限定されるわけではない。
【0010】
【化1】

【0011】
本発明における「非ダイヤモンドイド構造」とは、上記ダイヤモンドイド構造を有する化合物を除くC4n+6の化学組成式を持つ化合物から0個以上の水素原子を除いた構造である。なお、nは1以上の整数であり、mは、m≦4n+12を満たす整数である。
また、前記非ダイヤモンドイド構造は、置換基を有していてもよく、好ましい置換基としては、炭素数1〜10のアルキル基(より好ましくはメチル基)、炭素数2〜10のアルケニル基(より好ましくはビニル基、フェニルビニル基)、炭素数2〜10のアルキニル基(より好ましくはエチニル基、フェニルエチニル基)、炭素数6〜10のアリール基(より好ましくはフェニル基)が挙げられる。
【0012】
よって、本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物とは、ダイヤモンドイド構造を有する化合物を除くC4n+6の化学組成式を持つ化合物から0個以上の水素原子を除いた構造を有する化合物である。
また、本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物は、2以上の非ダイヤモンドイド構造が単結合又は連結基により連結した化合物であってもよく、前記連結基は、多価の炭化水素基であることが好ましい。
本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物は、熱、紫外線(UV)、電子線(EB)、赤外線等の活性放射線、ブレンステッド酸、ルイス酸等の触媒、ラジカル発生剤等との反応により、分子内又は分子間で転移反応を起こし、熱力学的に安定な構造であるダイヤモンドイド構造に変化、又は、ダイヤモンドイド構造に近づくものを示す。
本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0013】
本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物の一例として、具体的には、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、及び、アダマンタン(トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン)のテトラマー、ペンタマー、ヘキサマー、ヘプタマー、オクタマー、ノナマー、デカマーよりなる群から選ばれた化合物の構造異性体が好ましく例示できる。なお、本発明において、例えば、「アダマンタンの構造異性体」にはアダマンタンは含まれないことは言うまでもない。
【0014】
アダマンタンの構造異性体は、C1016の化学組成式で表される非ダイヤモンドイド構造を有する化合物である。
具体的には、下記のトリメチレンノルボルナン(A−1)が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。
【0015】
【化2】

【0016】
また、ジアマンタンの構造異性体は、C1420の化学組成式で表される非ダイヤモンドイド構造を有する化合物である。
具体的には下記に示す化合物(B−1)〜(B−7)が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0017】
【化3】

【0018】
また、トリアマンタンの構造異性体は、C1824の化学組成式で表される非ダイヤモンドイド構造を有する化合物である。
具体的には下記に示す化合物(C−1)〜(C−3)が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0019】
【化4】

【0020】
また、本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物としては、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、及び、アダマンタン(トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン)のテトラマー、ペンタマー、ヘキサマー、ヘプタマー、オクタマー、ノナマー、デカマーよりなる群から選ばれた化合物の構造異性体における任意の2つの炭素原子を単結合により結合した架橋化合物も好ましく例示できる。
これらの化合物では、前記C4n+6の化学組成式におけるmが、m<4n+12となる。
具体的には下記に示す化合物(D−1)〜(D−3)が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0021】
【化5】

【0022】
また、本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物としては、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、及び、アダマンタン(トリシクロ[3.3.1.13,7]デカン)のテトラマー、ペンタマー、ヘキサマー、ヘプタマー、オクタマー、ノナマー、デカマーよりなる群から選ばれた化合物の構造異性体の骨格中にエチレン性不飽和結合を有する化合物も好ましく例示できる。また、前記架橋化合物の骨格中にエチレン性不飽和結合を有する不飽和化合物も好ましく例示できる。
これらの化合物では、前記C4n+6の化学組成式におけるmが、m<4n+12となる。
具体的には下記に示す化合物(E−1)〜(E−19)が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0023】
【化6】

【0024】
本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物は、アダマンタンの構造異性体、ジアマンタンの構造異性体、トリアマンタンの構造異性体、これらの架橋化合物、又は、これらの不飽和化合物であることが好ましく、ジアマンタンの構造異性体、トリアマンタンの構造異性体、これらの架橋化合物、又は、これらの不飽和化合物であることがより好ましい。
【0025】
本発明に用いることができる非ダイヤモンドイド構造を有する化合物は、架橋性基を有する非ダイヤモンドイド構造を有する化合物であってもよい。
架橋性基としては、ラジカル重合性基であることが好ましく、アルケニル基、アルキニル基、又は、シクロプロピル基であることがより好ましい。
また、架橋性基を有する非ダイヤモンドイド構造を有する化合物には、前記不飽和化合物やシクロプロパン構造を有するものも含まれる。
【0026】
(重合工程)
本発明の電子デバイス用絶縁膜の製造方法は、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物から重合体を得る工程(重合工程)を含む。
重合体を得る方法としては、特に制限はないが、熱、ブレンステッド酸、ルイス酸、ラジカル重合開始剤(ラジカル発生剤)、活性放射線の照射等の手段により重合を行うことが例示でき、その中でも、熱により重合を行うことが好ましい。
また、前記した熱、ブレンステッド酸、ルイス酸、ラジカル重合開始剤、活性放射線の照射等の手段は、単独で行っても、2種以上を組み合わせて行ってもよい。
前記重合工程における加熱方法としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
前記重合工程における加熱温度は、100〜250℃であることが好ましく、150〜220℃であることがより好ましい。
前記重合工程における加熱時間は、1〜100時間であることが好ましく、10〜50時間であることがより好ましい。
前記重合工程に用いることができるブレンステッド酸やルイス酸としては、重合が進行する限り、特に制限はなく、公知のものを用いることができる。
また、前記ラジカル重合開始剤や活性放射線の照射については、後述するものを好適に使用することができる。
前記重合工程においては、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を無溶媒で加熱することが好ましい。また、前記重合工程においては、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を封管中で加熱することが好ましく、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を無溶媒かつ封管中で加熱することがより好ましい。
重合して得られるポリマーの重量平均分子量は、1,000〜100,000であることが好ましく、3,000〜50,000であることがより好ましく、5,000〜10,000であることがさらに好ましい。
前記重合工程では、例えば、加熱により重合を行う場合、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物が分子内又は分子間で転移反応を起こし、重合体を形成する。
【0027】
(塗布乾燥工程)
本発明の電子デバイス用絶縁膜の製造方法は、前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー(以下、「基板」ともいう。)上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程(塗布乾燥工程)を含む。
前記塗布乾燥工程における塗布方法、及び、乾燥方法としては、特に制限はないが、例えば、スピンコーティング法、ローラーコーティング法、ディップコーティング法、スキャン法等の任意の方法により、基板に塗布した後、溶剤を加熱や減圧等の処理を行い除去することにより形成することができる。
基板に塗布する方法としては、スピンコーティング法、スキャン法によるものが好ましく、スピンコーティング法によるものが特に好ましい。
スピンコーティングについては、市販の装置を使用できる。例えば、クリーントラックシリーズ(東京エレクトロン(株)製)、D−スピンシリーズ(大日本スクリーン製造(株)製)、SSシリーズあるいはCSシリーズ(東京応化工業(株)製)等が好ましく使用できる。
スピンコート条件としては、いずれの回転速度でもよいが、膜の面内均一性の観点より、300mmシリコン基板においては1,300rpm程度の回転速度が好ましい。
【0028】
また、前記塗布液の吐出方法においては、回転する基板上に前記塗布液を吐出する動的吐出、静止した基板上へ前記塗布液を吐出する静的吐出のいずれでもよいが、膜の面内均一性の観点より、動的吐出が好ましい。また、前記塗布液の消費量を抑制する観点より、溶剤のみを基板上に吐出して液膜を形成した後、その上から前記塗布液を吐出するという方法を用いることもできる。
スピンコート時間については特に制限はないが、スループットの観点から180秒以内が好ましい。また、基板の搬送の観点より、基板エッジ部の膜を残存させないための処理(エッジリンス、バックリンス)をすることも好ましい。
前記塗布乾燥工程における乾燥方法は、加熱により行うことが好ましく、乾燥のための加熱条件としては、100℃〜250℃で1分〜5分行うことが好ましい。
加熱処理の方法は、特に限定されないが、一般的に使用されているホットプレート加熱、ファーネス炉を使用した加熱方法、RTP(Rapid Thermal Processor)等によるキセノンランプを使用した光照射加熱等を適用することができる。好ましくは、ホットプレート加熱、ファーネスを使用した加熱方法である。
ホットプレートとしては、市販の装置を好ましく使用でき、クリーントラックシリーズ(東京エレクトロン(株)製)、D−スピンシリーズ(大日本スクリーン製造(株)製)、SSシリーズあるいはCSシリーズ(東京応化工業(株)製)等が好ましく使用できる。ファーネスとしては、αシリーズ(東京エレクトロン(株)製)等が好ましく使用できる。
【0029】
前記塗布液は、前記重合工程により得られた重合体及び有機溶剤を含む。
有機溶剤は、特に限定はされないが、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−エトキシメタノール、3−メトキシプロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール等のアルコール系溶剤、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチルプロピルエーテル、アニソール、フェネトール、ベラトロール等のエーテル系溶剤、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、N−メチルピロリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤などが挙げられる。これら有機溶剤は、1種単独で使用しても、2種以上を混合して用いてもよい。
【0030】
これらの中でも、好ましい溶剤は、1−メトキシ−2−プロパノール、プロパノール、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、アニソール、メシチレン、t−ブチルベンゼンであり、特に好ましくは1−メトキシ−2−プロパノール、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、t−ブチルベンゼン、アニソールである。
【0031】
前記塗布液における前記重合体の濃度は、好ましくは0.1〜20重量%であり、より好ましくは1.0〜10重量%であり、特に好ましくは2.0〜5.0重量%である。
前記塗布液における全固形分濃度は、好ましくは0.1〜50重量%であり、より好ましくは1.0〜20重量%であり、特に好ましくは2.0〜10重量%である。
ここで全固形分とは、この塗布液を用いて得られる絶縁膜を構成する全成分に相当する。
【0032】
前記重合体は、溶剤への溶解度が高いほうが好ましい。前記重合体の溶解度は、25℃でシクロヘキサノン又はアニソールに、3重量%以上(前記重合体が溶解した溶液における前記重合体の濃度)であることが好ましく、5重量%以上であることがより好ましく、10重量%以上であることが特に好ましい。
【0033】
前記塗布乾燥工程における前記塗布液は、重合開始剤を含有していてもよく、前記重合工程において、架橋性基及び非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を使用する場合に、重合開始剤を使用することが好ましい。
重合開始剤は、ラジカル重合開始剤であることが好ましく、非金属のラジカル重合開始剤であることがより好ましく、有機過酸化物又は有機アゾ系化合物であることが特に好ましい。
【0034】
有機過酸化物としては、日本油脂株式会社より市販されているパーヘキサH等のケトンパーオキサイド類、パーヘキサTMH等のパーオキシケタール類、パーブチルH−69等のハイドロパーオキサイド類、パークミルD、パーブチルC、パーブチルD等のジアルキルパーオキサイド類、ナイパーBW等のジアシルパーオキサイド類、パーブチルZ、パーブチルL等のパーオキシエステル類、パーロイルTCP等のパーオキシジカーボネート、ジイソブチリルパーオキサイド、クミルパーオキシネオデカノエート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、ジ(4−t−ブチルクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジコハク酸パーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジ(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ベンゾイル(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、
【0035】
1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ジ〔4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキシル〕プロパン、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、n−ブチル−4,4−ジ−t−ブチルパーオキシバレレート、ジ(2−t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、p−メタンヒドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、o−クロロベンゾイルパーオキサイド、p−クロロベンゾイルパーオキサイド、トリス(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、2,4,4−トリメチルペンチルパーオキシネオデカノエート、α−クミルパーオキシネオデカノエート、t−アミルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシトリメチルアジペート、ジ−3−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、1,6−ビス(t−ブチルパーオキシカルボニルオキシ)ヘキサン、ジエチレングリコールビス(t−ブチルパーオキシカーボネート)、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート等が好ましく用いられる。
【0036】
有機アゾ系化合物としては、和光純薬工業株式会社で市販されているV−30、V−40、V−59、V−60、V−65、V−70等のアゾニトリル化合物類、VA−080、VA−085、VA−086、VF−096、VAm−110、VAm−111等のアゾアミド化合物類、VA−044、VA−061等の環状アゾアミジン化合物類、V−50、VA−057等のアゾアミジン化合物類、2,2−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルブチロニトリル)、1,1−アゾビス(シクロヘキサン−1−カーボニトリル)、1−〔(1−シアノ−1−メチルエチル)アゾ〕ホルムアミド、2,2−アゾビス{2−メチル−N−〔1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル〕プロピオンアミド}、2,2−アゾビス〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシブチル)プロピオンアミド〕、2,2−アゾビス〔N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオンアミド〕、2,2−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、2,2−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオアミド)、2,2−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕ジスルフェートジハイドレート、2,2−アゾビス{2−〔1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル〕プロパン}ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕、2,2−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン)ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス〔N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン〕テトラハイドレート、ジメチル−2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4−アゾビス(4−シアノバレリックアシッド)、2,2−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)等が好ましく用いられる。
【0037】
本発明に用いることできる重合開始剤は、1種のみ使用しても、2種以上を混合して用いてもよい。
重合開始剤の使用量は、架橋性基及び非ダイヤモンドイド構造を有する化合物1モルに対して、好ましくは0.001〜2モル、より好ましくは0.01〜1モル、特に好ましくは0.05〜0.5モルである。
【0038】
さらに、前記塗布液には、得られる絶縁膜の特性(耐熱性、誘電率、機械強度、塗布性、密着性等)を損なわない範囲で、ラジカル発生剤、コロイド状シリカ、界面活性剤、密着促進剤などの添加剤を添加してもよい。
【0039】
前記塗布液には、界面活性剤を使用してもよい。
界面活性剤としては、例えば、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤などが挙げられ、さらにシリコーン系界面活性剤、含フッ素系界面活性剤、ポリアルキレンオキシド系界面活性剤、アクリル系界面活性剤が挙げられる。本発明に使用する界面活性剤は、一種類でもよいし、二種類以上でもよい。
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、含フッ素系界面活性剤、アクリル系界面活性剤が好ましく、シリコーン系界面活性剤が特に好ましい。
【0040】
本発明で使用する界面活性剤の添加量は、前記塗布液の全量に対して、0.01重量%以上1重量%以下であることが好ましく、0.1重量%以上0.5重量%以下であることがさらに好ましい。
【0041】
前記塗布液には、密着促進剤を使用してもよい。
本発明にはいかなる密着促進剤を使用してもよいが、例えば、トリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、トリメトキシビニルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、アルミニウムモノエチルアセトアセテートジイソプロピレート、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ポリビニルメトキシシロキサン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール、ビニルトリクロロシラン、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、チオ尿素化合物等を挙げることができる。
密着促進剤の使用量は、全固形分100重量部に対して、10重量部以下であることが好ましく、0.05〜5重量部であることが特に好ましい。
【0042】
前記塗布液には、得られる絶縁膜の機械強度の許す範囲内で、空孔形成因子を使用してもよい。空孔形成因子を使用することにより、膜を多孔質化し、低誘電率化を図ることができる。
空孔形成剤となる添加剤としての空孔形成因子としては特に限定はされないが、非金属化合物が好適に用いられ、前記塗布液に含有してもよい溶剤との溶解性、前記重合体との相溶性を同時に満たすことが必要である。
【0043】
空孔形成剤としては、ポリマーも使用することができる。
空孔形成剤として使用できるポリマーとしては、例えば、ポリビニル芳香族化合物(ポリスチレン、ポリビニルピリジン、ハロゲン化ポリビニル芳香族化合物など)、ポリアクリロニトリル、ポリアルキレンオキシド(ポリエチレンオキシド及びポリプロピレンオキシドなど)、ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム、ポリウレタン、ポリメタクリレート(ポリメチルメタクリレートなど)又はポリメタクリル酸、ポリアクリレート(ポリメチルアクリレートなど)及びポリアクリル酸、ポリジエン(ポリブタジエン及びポリイソプレンなど)、ポリビニルクロライド、ポリアセタール、及び、アミンキャップドアルキレンオキシド、その他、ポリフェニレンオキシド、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリテトラヒドロフラン、ポリシクロヘキシルエチレン、ポリエチルオキサゾリン、ポリビニルピリジン、ポリカプロラクトン等であってもよい。
特にポリスチレンは、空孔形成剤として好適に使用できる。
ポリスチレンはとしては、例えば、アニオン性重合ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、未置換及び置換ポリスチレン(例えば、ポリ(α−メチルスチレン))が挙げられ、未置換ポリスチレンが好ましい。
【0044】
また、空孔形成剤としては熱可塑性のポリマーも使用することができる。
熱可塑性空孔形成用ポリマーの例としては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリテトラヒドロフラン、ポリエチレン、ポリシクロヘキシルエチレン、ポリエチルオキサゾリン、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸及びポリビニルピリジン等が挙げられる。
【0045】
また、この空孔形成剤の沸点若しくは分解温度は、好ましくは100〜500℃、より好ましくは200〜450℃、特に好ましくは250〜400℃である。分子量としては、200〜50,000であることが好ましく、300〜10,000であることがより好ましく、400〜5,000であることが特に好ましい。
空孔形成剤の添加量は、前記重合体に対して、好ましくは0.5〜75重量%、より好ましくは0.5〜30重量%、特に好ましくは1〜20重量%である。
【0046】
また、空孔形成因子として、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物中に分解性基を含んでいてもよい。
前記分解性基の分解温度は、好ましくは100〜500℃、より好ましくは200〜450℃、特に好ましくは250〜400℃である。
分解性基を有する非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を使用する場合、分解性基を有する非ダイヤモンドイド構造を有する化合物の使用量は、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物の全モル量に対し、好ましくは0.5〜75モル%、より好ましくは0.5〜30モル%、特に好ましくは1〜20モル%である。
【0047】
(加熱工程又は活性放射線照射工程)
本発明の電子デバイス用絶縁膜の製造方法は、前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程(加熱工程)、又は、前記乾燥膜を加熱するか若しくは前記乾燥膜に活性放射線を照射し、三次元架橋構造を有する膜を得る工程(加熱工程又は活性放射線照射工程)を含む。
【0048】
本発明においては、前記塗布乾燥工程において、基板上に塗布・乾燥して得られる前記乾燥膜を加熱処理することによって三次元架橋構造を有する膜を形成させることが特に好ましい。
前記三次元架橋構造は、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物により形成された構造であり、ダイヤモンドイド構造を少なくとも含むことが好ましく、アダマンタン構造、ジアマンタン構造又はトリアマンタン構造のいずれかを少なくとも含むことがより好ましい。
前記加熱工程における、この後加熱処理の条件は、好ましくは100〜450℃、より好ましくは200〜420℃、特に好ましくは350℃〜400℃で、好ましくは1分〜2時間、より好ましくは10分〜1.5時間、特に好ましくは30分〜1時間の範囲である。加熱処理は数回に分けて行ってもよい。また、この後加熱は酸素による熱酸化を防ぐために窒素雰囲気下で行うことが特に好ましい。
加熱処理の方法は、特に限定されないが、前記塗布乾燥工程にて前述した加熱方法を好適に行うことができる。
【0049】
また、架橋性基及び非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を使用する場合は、加熱処理ではなく、活性放射線を照射することで架橋性基の重合反応を起こして硬化(焼成)させてもよい。
活性放射線としては、電子線、紫外線、X線などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
活性放射線として、電子線を使用した場合のエネルギーは、50keV以下が好ましく、30keV以下がより好ましく、20keV以下が特に好ましい。電子線の総ドーズ量は、好ましくは5μC/cm2以下、より好ましくは2μC/cm2以下、特に好ましくは1μC/cm2以下である。
電子線を照射する際の基板温度は、0〜450℃が好ましく、0〜400℃がより好ましく、0〜350℃がより好ましい。圧力は、好ましくは0〜133kPa、より好ましくは0〜60kPa、特に好ましくは0〜20kPaである。
前記重合体の酸化を防止するという観点から、基板周囲の雰囲気はAr、He、窒素などの不活性雰囲気を用いることが好ましい。
また、電子線との相互作用で発生するプラズマ、電磁波、化学種との反応を目的に酸素、炭化水素、アンモニアなどのガスを添加してもよい。
本発明における電子線照射は、複数回行ってもよく、この場合は電子線照射条件を毎回同じにする必要はなく、毎回異なる条件で行ってもよい。
【0050】
また、活性放射線として紫外線を用いてもよい。
紫外線を用いる際の照射波長領域は190〜400nmが好ましく、その出力は基板直上において、0.1〜2,000mW・cm-2が好ましい。
紫外線照射時の基板温度は250〜450℃が好ましく、250〜400℃がより好ましい、250〜350℃が特に好ましい。
前記重合体の酸化を防止するという観点から、基板周囲の雰囲気はAr、He、窒素などの不活性雰囲気を用いることが好ましい。また、その際の圧力は0〜133kPaが好ましい。
【0051】
本発明の電子デバイス用絶縁膜(以下、単に「絶縁膜」ともいう。)は、本発明の電子デバイス用絶縁膜の製造方法により得られる絶縁膜である。
本発明の絶縁膜は、誘電率及び機械強度に優れ、電子デバイスに好適に使用することができる。
また、本発明の電子デバイスは、本発明の絶縁膜を少なくとも有する電子デバイスである。
【0052】
本発明の絶縁膜は、前記塗布液に含まれる添加剤等の化合物やその分解物、反応物が含まれていてもよいが、本発明の絶縁膜には不純物としての金属含量が充分に少ないことが好ましい。
本発明の絶縁膜中の金属濃度は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)法にて高感度に測定可能であり、その場合の遷移金属以外の金属含有量は、本発明の絶縁膜の全量に対して重量基準で、30ppm以下であることが好ましく、3ppm以下であることがより好ましく、300ppb以下であることが特に好ましい。また、遷移金属については、酸化を促進する触媒能が高く、プリベーク、熱硬化プロセスにおいて酸化反応によって本発明の絶縁膜の誘電率を上げてしまうという観点から、含有量が少ないほうがよく、好ましくは10ppm以下、より好ましくは1ppm以下、特に好ましくは100ppb以下である。
【0053】
本発明の絶縁膜の金属濃度は、本発明の絶縁膜に対して全反射蛍光X線測定を行うことによっても評価できる。
X線源としてW線を用いた場合、金属元素としてK、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pdが観測可能であり、それぞれ100×1010atom・cm−2以下が好ましく、50×1010atom・cm−2以下がより好ましく、10×1010atom・cm−2以下が特に好ましい。
また、ハロゲンであるBrも観測可能であり、残存量は10,000×1010atom・cm−2以下が好ましく、1,000×1010atom・cm−2以下がより好ましく、400×1010atom・cm−2以下が特に好ましい。
また、ハロゲンとしてClも観測可能であるが、残存量は100×1010atom・cm−2以下が好ましく、50×1010atom・cm−2以下がより好ましく、10×1010atom・cm−2以下が特に好ましい。
【0054】
本発明の絶縁膜は、半導体用層間絶縁膜として使用する際、その配線構造において、配線側面にはメタルマイグレーションを防ぐためのバリア層があってもよく、また、配線や層間絶縁膜の上面底面にはCMP(化学的機械的研磨)での剥離を防ぐキャップ層、層間密着層の他、エッチングストッパー層等があってもよく、さらには層間絶縁膜の層を必要に応じて他種材料で複数層に分けてもよい。
【0055】
本発明の絶縁膜は、銅配線あるいはその他の目的でエッチング加工をすることができる。エッチングとしてはウエットエッチング、ドライエッチングのいずれでもよいが、ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングは、アンモニア系プラズマ、フルオロカーボン系プラズマのいずれもが適宜使用できる。これらプラズマにはArだけでなく、酸素、あるいは窒素、水素、ヘリウム等のガスを用いることができる。また、エッチング加工後に、加工に使用したフォトレジスト等を除く目的で灰化(アッシング)することもでき、さらにはアッシング時の残渣を除くため、洗浄することもできる。
【0056】
本発明の絶縁膜は、銅配線加工後に、銅めっき部を平坦化するためCMPをすることができる。CMPスラリー(薬液)としては、市販のスラリー(例えば、(株)フジミインコーポレーテッド製、ロデールニッタ社製、JSR(株)製、日立化成工業(株)製等)を適宜使用できる。また、CMP装置としては市販の装置(アプライドマテリアル社製、(株)荏原製作所製等)を適宜使用することができる。さらにCMP後のスラリー残渣除去のため、洗浄することができる。
【0057】
本発明の絶縁膜は、多様の目的に使用することができる。例えば、LSI、システムLSI、DRAM、SDRAM、RDRAM、D−RDRAM等の半導体装置、マルチチップモジュール多層配線板等の電子部品における絶縁被膜として好適であり、半導体用層間絶縁膜、エッチングストッパー膜、表面保護膜、バッファーコート膜の他、LSIにおけるパッシベーション膜、α線遮断膜、フレキソ印刷版のカバーレイフィルム、オーバーコート膜、フレキシブル銅張板のカバーコート、ソルダーレジスト膜、液晶配向膜等として使用することができる。
【実施例】
【0058】
以下の実施例は、本発明を説明するものであり、その範囲を限定するものではない。
【0059】
実施例で使用した化合物R−1及びR−2の構造を示す。なお、R−1は前記(D−2)と同一の化合物であり、R−2は前記(E−15)と同一の化合物である。
【0060】
【化7】

【0061】
(実施例1)
Organic Syntheses,CV6,378に記載の方法に従い、化合物R−1(Binor−S)を合成した。R−1 5.0重量部を封管中220℃で48時間加熱重合させた後に、イソプロピルアルコールに加えて析出した固体をろ過した。得られた固体をイソプロピルアルコールで十分に洗浄して重合体(1)を2.0重量部得た。
重合体(1)の重量平均分子量は約8,000であった。
この重合体(1)1.0重量部を25℃でシクロヘキサノン9重量部に溶解させ、この溶液を0.1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で200℃60秒間加熱して溶剤を乾燥させた後、さらに窒素置換した400℃のオーブン中で60分間焼成した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
膜の比誘電率をフォーディメンジョンズ社製水銀プローバ及び横川ヒューレットパッカード社製のHP4285ALCRメーターを用いて1MHzにおける容量値から算出した。この結果、誘電率は2.4であった。
MTS社製ナノインデンターSA2を使用して、ヤング率を25℃において測定した結果、6.0GPaであった。
【0062】
(実施例2)
Journal of Organic Chemistry,45,4954(1980)に記載の方法に従い、化合物R−2を合成した。化合物R−2 5.0重量部を封管中220℃で48時間加熱重合させた後に、イソプロピルアルコールに加えて析出した固体をろ過した。得られた固体をイソプロピルアルコールで十分に洗浄して重合体(2)を2.5重量部得た。
重合体(2)の重量平均分子量は約10,000であった。
この重合体(2)1.0重量部を25℃でシクロヘキサノン9重量部に溶解させ、この溶液を0.1μmのPTFE製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で200℃60秒間加熱して溶剤を乾燥させた後、さらに窒素置換した400℃のオーブン中で60分間焼成した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
膜の比誘電率をフォーディメンジョンズ社製水銀プローバ及び横川ヒューレットパッカード社製のHP4285ALCRメーターを用いて1MHzにおける容量値から算出した。この結果、誘電率は2.3であった。
MTS社製ナノインデンターSA2を使用して、ヤング率を25℃において測定した結果、6.0GPaであった。
【0063】
(比較例1)
米国特許第6,646,081号明細書に記載のExample 3bの調製方法におけるのに準じて、ポリアリーレンの10重量%溶液を調製した。この溶液を使用して実施例1と同様にして膜を作製した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
この膜の誘電率は2.70、ヤング率は3.5GPaであった。
【0064】
実施例1、2及び比較例1の結果から、非ダイヤモンドイド構造を有する化合物を加熱して得られる重合体から形成した膜が層間絶縁膜として優れていることがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
非ダイヤモンドイド構造を有する化合物から重合体を得る工程、
前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程、並びに、
前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程を含むことを特徴とする
電子デバイス用絶縁膜の製造方法。
【請求項2】
架橋性基及び非ダイヤモンドイド構造を有する化合物から重合体を得る工程、
前記重合体及び有機溶剤を含む塗布液をシリコンウェハー上に塗布及び乾燥し乾燥膜を形成する工程、並びに、
前記乾燥膜を加熱し三次元架橋構造を有する膜を得る工程を含むことを特徴とする
電子デバイス用絶縁膜の製造方法。
【請求項3】
前記架橋性基が、ラジカル重合性基である請求項2に記載の電子デバイス用絶縁膜の製造方法。
【請求項4】
前記塗布液が、ラジカル重合開始剤をさらに含有する請求項3に記載の電子デバイス用絶縁膜の製造方法。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の電子デバイス用絶縁膜の製造方法により得られる電子デバイス用絶縁膜。
【請求項6】
請求項5に記載の電子デバイス用絶縁膜を有する電子デバイス。

【公開番号】特開2009−70964(P2009−70964A)
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−236579(P2007−236579)
【出願日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【出願人】(306037311)富士フイルム株式会社 (25,513)
【Fターム(参考)】