特開 2021-25124 ケイ素化合物及びケイ素化合物を使用してフィルムを堆積する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-25124(P2021-25124A)

(43)【公開日】2021年2月22日

(54)【発明の名称】ケイ素化合物及びケイ素化合物を使用してフィルムを堆積する方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/22 20060101AFI20210125BHJP

   C07F 7/18 20060101ALI20210125BHJP

   H01L 21/312 20060101ALI20210125BHJP

   C07B 61/00 20060101ALN20210125BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/22

   C07F7/18 S

   H01L21/312 C

   C07B61/00 300

【審査請求】有

【請求項の数】25

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2019-199602(P2019-199602)

(22)【出願日】2019年11月1日

(31)【優先権主張番号】16/532,657

(32)【優先日】2019年8月6日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】PCT/US2019/045877

(32)【優先日】2019年8月9日

(33)【優先権主張国】WO

(71)【出願人】

【識別番号】517114182

【氏名又は名称】バーサム マテリアルズ ユーエス，リミティド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100210686

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 直樹

(72)【発明者】

【氏名】マンチャオ シアオ

(72)【発明者】

【氏名】レイモンド ニコラス バーティス

(72)【発明者】

【氏名】ロバート ゴードン リッジウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム ロバート エントレー

(72)【発明者】

【氏名】ジェニファー リン アン アチタイル

(72)【発明者】

【氏名】シンチエン レイ

(72)【発明者】

【氏名】ダニエル ピー．スペンス

【テーマコード（参考）】

4H039

4H049

4K030

5F058

【Ｆターム（参考）】

4H039CA92

4H039CH20

4H049VN01

4H049VP01

4H049VQ87

4H049VR22

4H049VR23

4H049VR41

4H049VR42

4H049VS21

4H049VT17

4H049VU24

4H049VW02

4H049VW31

4H049VW35

4K030AA06

4K030BA44

4K030CA04

4K030FA01

4K030JA05

4K030JA10

4K030LA02

4K030LA15

5F058AA10

5F058AB01

5F058AB02

5F058AB04

5F058AB05

5F058AB06

5F058AB07

5F058AC03

5F058AC06

5F058AD05

5F058AD07

5F058AF02

5F058AG01

5F058AG09

5F058AG10

5F058AH02

5F058AH03

(57)【要約】

【課題】構造形成前駆体としてケイ素化合物を使用して誘電体フィルムを形成するための組成物及び方法を提供する。
【解決手段】誘電体フィルムを製造するための組成物、及び化学蒸着方法が提供される。この組成物を含む気体状試薬が、基体が中に提供された反応チャンバ内へ導入される。気体状試薬は、ここで定義された式Ｉに基づくケイ素化合物を含むケイ素前駆体を含む。気体状試薬の反応を誘発するため、そしてこれにより基体上にフィルムを堆積するために、反応チャンバ内の気体状試薬にエネルギーが印加される。堆積されたままのフィルムは、堆積されたままのフィルムに任意の付加的な硬化工程を適用することなしに、フィルムを意図されたように使用するのに適している。組成物を製造する方法も開示される。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体フィルムを製造するための化学蒸着方法であって、前記方法が、
基体が中に提供された反応チャンバ内へ気体状試薬を導入し、前記気体状試薬が下記式Ｉ、すなわち、

【化1】

を有するケイ素化合物を含むケイ素前駆体を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、Ｒ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、任意のＣ_１〜Ｃ_６アルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択され、そして、
前記基体上にフィルムを堆積するために前記気体状試薬の反応を誘発するように、前記反応チャンバ内の前記気体状試薬にエネルギーを印加する
ことを含む、
誘電体フィルムを製造するための化学蒸着方法。

【請求項2】

前記ケイ素前駆体がさらに硬化添加剤を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ケイ素化合物が、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，２−ジメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，２，６，６−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記硬化添加剤がテトラエトキシシランを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記硬化添加剤がテトラメトキシシランを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

プラズマ支援型化学蒸着方法である、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記気体状試薬がさらに、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ_２、ＣＯ、水、Ｈ_２Ｏ_２、オゾン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された少なくとも１種の酸素源を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記印加工程の前記反応チャンバが、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ_２、Ｋｒ、Ｘｅ、ＮＨ_３、Ｈ_２、ＣＯ_２、及びＣＯから成る群から選択された少なくとも１種の気体を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

さらに前記フィルムに付加的なエネルギーを印加する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記付加的なエネルギーが、熱処理、紫外線（ＵＶ）処理、電子ビーム処理、及びガンマ線処理から成る群から選択された少なくとも１種である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記ＵＶ処理が、前記熱処理の少なくとも一部が実施されている間に行われる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記気体状試薬がさらにポロゲン前駆体を含み、そして、
フィルムを堆積するために前記気体状試薬にエネルギーを印加する工程が、前記基体上に犠牲ポロゲンを共堆積することを含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項13】

誘電体フィルムを製造する堆積プロセスに際して使用するための組成物であって、前記組成物が下記式Ｉ、すなわち

【化2】

を有するケイ素化合物を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、Ｒ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、任意のＣ_１〜Ｃ_６アルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択される、
誘電体フィルムを製造する堆積プロセスに際して使用するための組成物。

【請求項14】

前記ケイ素化合物が、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，２−ジメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，２，６，６−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された少なくとも１種である、請求項１３に記載の組成物。

【請求項15】

式Ｉ、すなわち

【化3】

によって表されるケイ素化合物を製造する方法であって、
前記方法が、
触媒の存在において不飽和アルコールでアルコキシシランのヒドロシリル化を実施し、これに続いて７０％以上の収率で、反応式（１）又は（２）、すなわち、

【化4】

に従って、溶媒がある状態又はない状態で環化を行うことを含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択され、そしてＲ^５−８は、水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基から成る群から独立して選択される、
ケイ素化合物を製造する方法。

【請求項16】

式Ｉによって表される化合物が、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，２−ジメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，２，６，６−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

誘電体フィルムの蒸着のための組成物であって、下記式Ｉ、すなわち、

【化5】

を有するケイ素化合物を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、Ｒ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、任意のＣ_１〜Ｃ_６アルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択され、そして前記化合物が、ハロゲン化物、有機シラン不純物、及び水から成る群から選択された少なくとも１種の不純物をほとんど含まない、
誘電体フィルムの蒸着のための組成物。

【請求項18】

前記ケイ素化合物が、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２，２−ジメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，２，６，６−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−メトキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−ｎ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２−メチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロポキシ−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，５，５−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、２−メチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、２，６，６−トリメチル−２−イソ−プロピル−１−オキサ−２−シラシクロヘキサン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された少なくとも１種である、請求項１７に記載の組成物。

【請求項19】

前記ハロゲン化物が塩化物イオンを含む、請求項１７に記載の組成物。

【請求項20】

前記塩化物イオンが、存在するならば、５０ｐｐｍ以下の濃度で存在する、請求項１９に記載の組成物。

【請求項21】

前記塩化物イオンが、存在するならば、１０ｐｐｍ以下の濃度で存在する、請求項１９に記載の組成物。

【請求項22】

前記塩化物イオンが、存在するならば、５ｐｐｍ以下の濃度で存在する、請求項１９に記載の組成物。

【請求項23】

前記組成物が０ｐｐｍの塩化物イオンを有する、請求項１９に記載の組成物。

【請求項24】

ＧＣに基づく全ての有機シラン不純物の合計が１．０ｗｔ％以下である、請求項１７に記載の組成物。

【請求項25】

ＧＣに基づく全ての有機シラン不純物の合計が０．５ｗｔ％以下である、請求項１７に記載の組成物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月１０日付けで出願された米国仮特許出願第６２／７１７，４５４号、及び２０１９年８月６日付けで出願された米国特許出願第１６／５３２，６５７号の優先権を主張する。これらの開示内容はこれら全体を参照することにより本明細書中に援用される。

【0002】

本明細書中に記載されているのは、構造形成前駆体としてケイ素化合物を使用して誘電体フィルムを形成するための組成物及び方法である。より具体的には、本明細書中に記載されているのは、低誘電率フィルム（「ｌｏｗ ｋ」フィルム、又は誘電率が約３．２以下のフィルムを形成するための組成物及び方法である。フィルムを堆積するために用いられる方法は化学蒸着（ＣＶＤ）法である。本明細書中に記載された組成物及び方法によって製造された低誘電率フィルムは、例えば電子デバイス内の絶縁層として使用することができる。

【背景技術】

【0003】

電子工学業界は、回路間及び集積回路（ＩＣ）構成部分間及び関連電子デバイス間の絶縁層として誘電材料を利用する。マイクロ電子デバイス（例えばコンピュータチップ）の速度及びメモリ記憶容量を増大させるために、線寸法は低減されつつある。線寸法が減少するのに伴って、層間誘電体（ＩＬＤ）に対する絶縁要件は著しく厳しくなる。間隔を縮めることは、ＲＣ時定数を最小化するために、より低い誘電率を必要とする。ここでＲは導電線の抵抗であり、そしてＣは絶縁用誘電体中間層のキャパシタンスである。キャパシタンス（Ｃ）は間隔に対して反比例し、そして層間誘電体（ＩＬＤ）の誘電率（ｋ）に対して比例する。ＳｉＨ_４又はＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）_４、テトラエチルオルトシリケート）とＯ_２とから製造されたコンベンショナルなシリカ（ＳｉＯ_２）ＣＶＤ誘電体フィルムの誘電率ｋは４．０を上回る。業界はいくつかの方法において、誘電率がより低いシリカ系ＣＶＤフィルムを製造しようと試みた。最も奏功したのは、有機基で絶縁用酸化ケイ素フィルムをドープすることであり、誘電率約２．７〜約３．５をもたらす。この有機シリカガラスは典型的には、有機ケイ素前駆体、例えばメチルシラン又はシロキサン、及びオキシダント、例えばＯ_２又はＮ_２Ｏから高密度フィルム（ほぼ１．５ｇ／ｃｍ^３の密度）として堆積される。有機シリカガラスは本明細書ではＯＳＧと呼ぶ。ＯＳＧの炭素含量が増大するのに伴って、フィルムの機械的強度、例えばフィルムの硬度（Ｈ）及び弾性率（ＥＭ）は、誘電率が低減されるにつれて急速に減少する傾向がある。

【0004】

業界内で認識されている難題は、フィルムの誘電率が低ければ低いほど、典型的にはそのフィルムの機械的強度が低くなることである。機械的強度が低くなることにより、狭ピッチフィルムの欠陥、例えば層間剥離、座屈、電子移動の増大、例えば機械的特性が低減された誘電体フィルム内に埋め込まれた銅から形成された導電線に関して観察されるような電子移動の増大が促進されることになる。このような欠陥は、導電性銅線の誘電体又はボイドの時期尚早の破壊を招くおそれがあり、これによりデバイスが時期尚早に故障することになる。ＯＳＧフィルム内の炭素の欠乏が下記の問題、すなわちフィルムの誘電率の増大、湿式清浄化工程中のフィルムエッチング及びフィーチャのボーイング、疎水性の損失によるフィルム内への湿分吸収、パターンエッチング後の湿式清浄化工程中における微細フィーチャのパターン圧潰、及び／又は、後続層、一例としては銅拡散バリア、例えばＴａ／ＴａＮ又は先進的Ｃｏ又はＭｎＮバリア層を堆積するときの集積上の問題、のうちの１つ又は２つ以上を招くおそれもある。

【0005】

これらの問題点の１つ又は２つ以上に対する考えられ得る解決手段は、増大した炭素含量を有しはするが、しかし機械的強度を維持する多孔質ＯＳＧフィルムを使用することを含む。残念ながら、増大するＳｉ−Ｍｅ含量間の関係は、機械的特性の低下をもたらすのが典型的であり、ひいてはより多くのＳｉ−Ｍｅを有するフィルムは、集積にとって重要な機械的強度に不都合な影響を及ぼすことになる。

【0006】

提案されている１つの解決手段は、一般式Ｒ_ｘ（ＲＯ）_３−ｘＳｉ（ＣＨ_２）_ｙＳｉＲ_ｚ（ＯＲ）_３−ｚのエチレン又はメチレン架橋型アルコキシシランを使用することである。ここでｘ＝０〜３、ｙ＝１又は２、ｚ＝０〜３である。架橋型種の使用は、架橋用酸素を架橋用炭素鎖と置換することにより、機械的特性に対する不都合な影響を回避すると考えられている。それというのもネットワーク結合性が同じままになるからである。このことは、架橋用酸素を末端メチル基と置換すると、ネットワーク結合性を低下させることにより機械的強度を低下させるという考えから生じている。このようにすると、酸素原子を１〜２つの炭素原子と置換することにより、機械的強度を低下させることなしに原子重量パーセント（％）Ｃを増大させることができる。しかしながら、これらの架橋型前駆体は一般に、２つのケイ素基を有することから分子量が増大することに基づき極めて高い沸点を有する。沸点が高められると、このことは、化学的前駆体を蒸気送達ライン内又はプロセスポンプ排気装置内で凝縮させることなしに、この化学的前駆体を反応チャンバ内へ気相試薬として送達することを難しくすることによって、製造プロセスに不都合な影響を及ぼすことがある。

【0007】

従って、堆積時に増大した炭素含量を有し、それでもなお上述の欠点を被らないフィルムを提供する誘電体前駆体が当該技術分野において必要である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書中に記載された方法及び組成物は、上記１つ又は２つ以上の必要を満たす。本明細書中に記載された方法及び組成物は、少なくとも１種のケイ素化合物、例えば、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン、又は２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタンを、ケイ素前駆体として使用する。このケイ素前駆体は、ｌｏｗ−ｋ層間誘電体を提供するために堆積されたままで使用することができ、或いは、続いて熱、プラズマ、又はＵＶエネルギー源で処理することにより、フィルム特性を変化させて、例えば機械的強度を向上させるように化学的架橋を提供することもできる。さらに、ケイ素前駆体として本明細書中に記載されたケイ素化合物を使用して堆積されたフィルムは比較的多量の炭素を含む。加えて、本明細書中に記載されたケイ素化合物は、従来技術のケイ素前駆体、例えば２つのケイ素基を有するという性質によってＭＷがより高く沸点もより高い架橋型前駆体（例えばアルコキシシラン前駆体）に対して分子量（Ｍｗ）が低く、これにより、沸点が２５０℃以下、より好ましくは２００℃以下のケイ素前駆体を形成する。本明細書中に記載された方法及び組成物は、例えば大量生産プロセスにおける処理により好都合である。

【0009】

本明細書中に記載されているのは、単一の前駆体ベースの誘電体フィルムであって、式Ｓｉ_ｖＯ_ｗＣ_ｘＨ_ｙＦ_ｚによって表される材料を含む。ここでｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％であり、ｖは１０〜３５原子％であり、ｗは１０〜６５原子％であり、ｘは５〜４５原子％であり、ｙは１０〜５０原子％であり、そしてｚは０〜１５原子％である。フィルムは容積有孔率５．０〜３０．０％の孔と、誘電率２．３〜３．２と、硬度１．０〜７．０ギガパスカル（ＧＰａ）、及び弾性率４．０〜４０．０ＧＰａのような機械的特性とを有している。ある特定の実施態様では、フィルムはＸ線分光分析（ＸＰＳ）によって測定して、より高い炭素含量（１０〜４０％）を含み、ＸＰＳ深さプロファイリングによって判定して炭素含量を調べることによって測定して、例えばＯ_２又はＮＨ_３プラズマに対する暴露時に炭素除去深さが低減されることを示す。

【0010】

１態様において、誘電体フィルムを製造するための化学蒸着方法であって、前記方法が、基体を反応チャンバ内へ提供し、反応チャンバ内へ気体状試薬を導入し、前記気体状試薬が下記式Ｉ、すなわち、

【化1】

の構造を有するケイ素化合物を含むケイ素前駆体を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、そしてＲ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、前記リングに結合された任意のアルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、少なくとも１種の酸素源から成る群から選択され、そして、前記基体上にフィルムを堆積するために前記気体状試薬の反応を誘発するように、前記反応チャンバ内の前記気体状試薬にエネルギーを印加することを含む、誘電体フィルムを製造するための化学蒸着方法が提供される。堆積されたままのフィルムは、付加的な処理、例えば熱アニーリング、プラズマ暴露、又はＵＶ硬化なしで使用することができる。

【0011】

誘電体フィルムの蒸着のための組成物であって、前記組成物が下記式Ｉ、すなわち

【化2】

を有するケイ素化合物を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、Ｒ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、任意のＣ_１〜Ｃ_６アルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択される、誘電体フィルムの蒸着のための組成物が提供される。

【0012】

別の態様によれば、前記組成物は、ハロゲン化物、有機シラン、及び水から成る群から選択された少なくとも１種の不純物をほとんど含まない、

【0013】

式Ｉ、すなわち

【化3】

によって表されるケイ素化合物を製造する方法であって、
前記方法が、
触媒の存在において不飽和アルコールでアルコキシシランのヒドロシリル化を実施し、これに続いて７０％以上の収率で、反応式（１）又は（２）、すなわち、

【化4】

に従って、溶媒がある状態又はない状態で環化を行うことを含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択され、そしてＲ^５−８は、水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基から成る群から選択される、ケイ素化合物を製造する方法が提供される。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本明細書中に記載されているのは、誘電体フィルムを製造するための化学蒸着方法であって、前記方法が、基体を反応チャンバ内へ提供し、反応チャンバ内へ気体状試薬を導入し、前記気体状試薬が下記式Ｉ、すなわち、

【化5】

の構造を有するケイ素化合物を含むケイ素前駆体を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、そしてＲ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、前記リングに結合された任意のアルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、少なくとも１種の酸素源から成る群から選択され、そして、前記基体上にフィルムを堆積するために前記気体状試薬の反応を誘発するように、前記反応チャンバ内の前記気体状試薬にエネルギーを印加することを含む、誘電体フィルムを製造するための化学蒸着方法である。フィルムは、堆積されたままの状態で使用することができ、或いは、続いて熱エネルギー（アニール）、プラズマ暴露、及びＵＶ硬化から成る群から選択された付加的なエネルギーで処理することによって、フィルムの機械的強度を増大させ、そして３．３未満の誘電率をもたらすことにより、フィルムの化学的特性を改変することもできる。

【0015】

本明細書中に記載されたケイ素化合物は独自の属性を提供する。これらの属性により、従来技術の構造形成前駆体、例えばジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）と比較して、誘電体フィルム内により多くの炭素含量を取り込むことが可能になるとともに、ｌｏｗ ｋ誘電体フィルムの機械的特性に及ぼす影響は少ない。例えば、ＤＥＭＳは混合リガンドシステムは、２つのアルコキシ基と、１つのケイ素−メチル（Ｓｉ−Ｍｅ）と、１つのケイ素−水素化物とを含む混合リガンドシステムを有する。混合リガンドシステムは反応性部位のバランスを提供し、そして所望の誘電率を維持しながら機械的により堅牢なフィルムの形成を可能にする。ケイ素化合物の使用は、機械的強度を低下させる傾向があるケイ素−メチル基が前駆体内に存在せず、その一方で、シラサイクリック（silacyclic）リング内の炭素がＯＳＧフィルムに炭素を提供することにより、誘電率を低下させ、且つ疎水性を植え付ける（imbue）という利点をもたらす。

【0016】

ｌｏｗ ｋ誘電体フィルムは有機シリカガラス（「ＯＳＧ」）フィルム又は材料である。有機ケイ酸塩がｌｏｗ ｋ材料の候補である。有機ケイ素前駆体のタイプは、フィルムの構造及び組成に強い影響を与えるので、所望の誘電率に達するために所要量の炭素を添加することにより、機械的に堅固でないフィルムが製造されはしないことを保証するのに必要とされるフィルム特性を提供する前駆体を使用することが有益である。本明細書中に記載された方法及び組成物は、電気的及び機械的な特性の望ましいバランス、並びに他の有益なフィルム特性、例えば高い炭素含量を有することにより、集積プラズマ損傷抵抗を改善するｌｏｗ ｋ誘電体フィルムを生成するための手段を提供する。

【0017】

本明細書中に記載された方法及び組成物のある特定の実施態様の場合、ケイ素含有誘電材料層が、化学蒸着（ＣＶＤ）法又はプラズマ支援型化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法、好ましくはＰＥＣＶＤ法を介して、反応チャンバを採用して基体の少なくとも一部上に堆積される。好適な基体の一例としては、半導体材料、例えば砒化ガリウム（「ＧａＡｓ」）、ケイ素、及びケイ素含有組成物、例えば結晶シリコン、ポリシリコン、非晶質シリコン、エピタキシャルシリコン、二酸化ケイ素（「ＳｉＯ_２」）、ケイ素ガラス、窒化ケイ素、溶融シリカ、ガラス、クオーツ、ホウケイ酸塩ガラス、及びこれらの組み合わせが挙げられる。他の好適な材料は、クロム、モリブデン、及び半導体、集積回路、フラット・パネル・ディスプレイ、フレキシブル・ディスプレイ用途において一般に採用される他の金属を含む。基体は付加的な層、例えばケイ素、ＳｉＯ_２、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、フッ素化ケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、炭窒化ホウ素、炭化ケイ素、水素化炭化ケイ素、窒化ケイ素、水素化窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、水素化炭窒化ケイ素、窒化ホウ素、有機−無機複合材料、フォトレジスト、有機ポリマー、多孔質の有機及び無機材料及び複合体、金属酸化物、例えば酸化アルミニウム、及び酸化ゲルマニウムを有してよい。さらに別の層はゲルマノシリケート、アルミノシリケート、銅及びアルミニウム、及び拡散バリア材料、一例としてはＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ）Ｎ、ＴａＮ、Ｔａ（Ｃ）Ｎ、Ｔａ、Ｗ、又はＷＮであってもよい。

【0018】

ある特定の実施態様では、ケイ素含有誘電材料層は、ポロゲン前駆体を有しない状態でケイ素化合物を含む少なくとも１種のケイ素前駆体を含む気体状試薬を反応チャンバ内へ導入することによって、基体の少なくとも一部上に堆積される。別の実施態様では、ケイ素含有誘電材料層は、硬化添加剤を有する状態でケイ素化合物を含む少なくとも１種のケイ素前駆体を含む気体状試薬を反応チャンバ内へ導入することによって、基体の少なくとも一部上に堆積される。

【0019】

本明細書中に記載された方法及び組成物は、
下記式Ｉ、すなわち、

【化6】

を有するケイ素化合物を含み、
Ｒ^１は水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基から成る群から選択され、そしてＲ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員飽和環式リングを、前記リングに結合された任意のアルキル置換基を有する状態で形成するＣ_２〜Ｃ_４アルキルジラジカルであり、Ｒ^３は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロアリール基、及びアルコキシＯＲ^４から成る群から選択され、Ｒ^４は、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、及び直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基から成る群から選択される。

【0020】

上記式において、そして説明全体を通して、「アルキル」という用語は、炭素原子数１〜１０の直鎖状又は分枝状官能基を意味する。模範的な直鎖状アルキル基の一例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ブチル、ペンチル、及びヘキシル基が挙げられる。模範的な分枝状アルキル基の一例としては、イソ−プロピル、イソ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、イソ−ペンチル、ｔｅｒｔ−ペンチル、イソ−ヘキシル、及びネオ−ヘキシルが挙げられる。ある特定の実施態様では、アルキル基は、これに結合された１種又は２種以上の官能基を有していてよい。このような官能基の一例としては、アルキル基に結合された、アルコキシ基、例えばメトキシ、エトキシ、イソ−プロポキシ、及びｎ−プロポキシ、ジアルキルアミノ基、例えばジメチルアミノ、又はこれらの組み合わせが挙げられる。他の実施態様では、アルキル基は、これに結合された１種又は２種以上の官能基を有していない。アルキル基は飽和型であってよく、或いは不飽和型であってもよい。

【0021】

上記式Ｉにおいて、そして説明全体を通して、「環式アルキル」という用語は、炭素原子数３〜１０の環式官能基を意味する。模範的な環式アルキル基の一例としては、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、及びシクロオクチル基が挙げられる。

【0022】

上記式Ｉにおいて、そして説明全体を通して、「ヘテロ環式」という用語は、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、例えばエポキシ基を意味する。

【0023】

上記式Ｉにおいて、そして説明全体を通して、「アルケニル基」という用語は、１つ又は２つ以上の炭素−炭素二重結合を有し、炭素原子数が２〜１０、又は２〜１０、又は２〜６である基を意味する。

【0024】

上記式Ｉにおいて、そして説明全体を通して、「アルキニル基」という用語は、１つ又は２つ以上の炭素−炭素三重結合を有し、炭素原子数が３〜１０、又は２〜１０、又は２〜６である基を意味する。

【0025】

上記式Ｉにおいて、そして説明全体を通して、「アリール基」という用語は、炭素原子数５〜１０、又は炭素原子数６〜１０の芳香族環式官能基を意味する。模範的なアリール基の一例としては、フェニル、ベンジル、クロロベンジル、トリル、及びｏ−キシリルが挙げられる。

【0026】

上記式Ｉにおいて、そして説明全体を通して、「ヘテロ−アリール基」という用語は、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アリール基、１，２，３−トリアゾリル、ピロリル、及びフラニルを意味する。

【0027】

上記式Ｉにおいて、置換基Ｒ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子とともに４員、５員、又は６員環式リングを形成するＣ_３〜Ｃ_１０アルキルジラジカルである。
当業者には明らかなように、Ｒ^２は、置換型又は無置換型炭化水素鎖であり、この炭化水素鎖は、Ｓｉ原子及び酸素原子とリンクすることにより、式Ｉのリングを形成し、このリングは４員、５員、又は６員リングである。これらの実施態様では、リング構造は飽和リング、例えば環式アルキルリングであってよい。模範的な飽和リングの一例としては、シラシクロブタン、シラシクロペンタン、及びシラシクロヘキサン、好ましくはシラシクロペンタン、又はアルキル、例えばメチル置換型のシラシクロペンタンが挙げられる。

【0028】

説明全体を通して、「アルコキシ」という用語は、少なくとも１つの炭素原子を有するアルコールから誘導された基を意味する。模範的なアルコキシ基の一例としては、メトキシ、エトキシ、イソ−プロポキシ、ノルマル−プロポキシが挙げられる。

【0029】

説明全体を通して、「酸素源」という用語は、酸素（Ｏ_２）、水素とヘリウムとの混合物、酸素とアルゴンとの混合物、二酸化炭素、一酸化炭素、及びこれらの組み合わせを含む気体を意味する。

【0030】

説明全体を通して、「誘電体フィルム」という用語は、ケイ素原子及び酸素原子を有する組成物Ｓｉ_ｖＯ_ｗＣ_ｘＨ_ｙＦ_ｚを含むフィルムであって、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００％であり、ｖは１０〜３５原子％であり、ｗは１０〜６５原子％であり、ｘは５〜４０原子％であり、ｙは１０〜５０原子％であり、そしてｚは０〜１５原子％である、フィルムを意味する。

【0031】

式Ｉのある特定の実施態様では、Ｒ^１は、水素、メチル、及びエチルから成る群から選択され、Ｒ^３はメチル、エチル、イソプロピル、ｎ−プロピル、メトキシ、エトキシ、イソ−プロポキシ、及びｎ−プロポキシから成る群から選択され、そしてＲ^２は、Ｓｉ原子及び酸素原子と４員、５員、又は６員飽和環式リングを形成する。いくつかの実施態様では、Ｓｉ原子を有する４員、５員、又は６員飽和環式リングは、少なくとも１つのアルキル置換基、例えばメチル基をリング構造上に有していてよい。これらの実施態様の例は下記の通りである。

【化7-1】

【化7-2】

【化7-3】

【化7-4】

式Ｉを有するケイ素化合物は、例えば触媒の存在において不飽和アルコールでアルコキシシランをヒドロシリル化し、続いて、７０％以上、好ましくは８０％以上の収率で、溶媒がある状態又はない状態で５員、又は６員飽和環式リングを製造するように環化を行うことによって合成することができる（例えば反応式（１）又は（２））。合成ルートの例を以下に示す。

【化8】

Ｒ^１，Ｒ^３及びＲ^４は、上述のものと同じであり、Ｒ^５−８は、水素、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基から成る群から選択され、好ましくは水素、又はメチルである。

【0032】

本明細書中に記載されたケイ素化合物、並びにこれらの化合物を含む方法及び組成物は、１種又は２種以上の不純物、一例としてはハロゲン化物イオン及び水をほとんど含まない。本明細書中に使用されるように、それぞれの不純物に関する「ほとんど含まない」という用語は、１００万部当たり１００部（ｐｐｍ）以下、５０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、５ｐｐｍ以下、及び１ｐｐｍ以下のそれぞれの不純物、一例としては塩化物又は水を意味する。

【0033】

本発明による式Ｉを有するケイ素化合物、及び本発明による式Ｉを有するケイ素前駆体化合物を含む組成物はハロゲン化物をほとんど含まないことが好ましい。本明細書中に使用されるように、ハロゲン化物イオン（又はハロゲン化物）、例えば塩化物（すなわち塩化物含有種、例えばＨＣｌ、又は少なくとも１つのＳｉ−Ｃｌ結合を有するケイ素化合物）、及びフッ化物、臭化物、及びヨウ化物に関する「ほとんど含まない」という用語は、ＩＣＰ−ＭＳによって測定して５ｐｐｍ（重量）未満、好ましくはＩＣＰ−ＭＳによって測定して３ｐｐｍ未満、そしてより好ましくはＩＣＰ−ＭＳによって測定して１ｐｐｍ未満、そして最も好ましくはＩＣＰ−ＭＳによって測定して０ｐｐｍであることを意味する。塩化物は、式Ｉを有するケイ素化合物のための分解触媒として作用することが知られている。最終生成物中の有意なレベルの塩化物は、ケイ素前駆体化合物を劣化させることがある。ケイ素化合物の漸次の劣化は、フィルム堆積プロセスに直接に影響を及ぼすことがあり、これにより、半導体製造業者はフィルムの仕様を満たすのが難しくなる。加えて、貯蔵寿命又は安定性が、式Ｉを有するケイ素化合物のより高い劣化速度によって不都合な影響を及ぼされ、これにより１〜２年の貯蔵寿命を保証することが難しくなる。従って、式Ｉを有するケイ素化合物の分解の加速は、可燃性且つ／又は自然発火性の気体状副生成物の形成に関連する安全上及び性能上の懸念をもたらす。式Ｉを有するケイ素化合物は、金属イオン、例えばＬｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ｎｉ^２＋、Ｃｒ^３＋をほとんど含まないことが好ましい。本明細書中に使用されるように、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒに関する「ほとんど含まない」という用語は、ＩＣＰ−ＭＳによって測定して５ｐｐｍ（重量）未満、好ましくは３ｐｐｍ未満、そしてより好ましくは１ｐｐｍ未満、そして最も好ましくは０．１ｐｐｍ未満を意味する。いくつかの実施態様では、式Ｉ又はＩＡを有するケイ素化合物は、金属イオン、例えばＬｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ｎｉ^２＋、Ｃｒ^３＋を含まない。本明細書中に使用されるように、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、貴金属、例えば合成中に使用されるルテニウム又は白金触媒に由来する揮発性のＲｕ又はＰｔ錯体に関連して、金属不純物を「含まない」という用語は、ＩＣＰ−ＭＳ又は金属を測定するための他の分析方法によって測定して１ｐｐｍ未満、好ましくは０．１ｐｐｍ（重量）未満を意味する。式Ｉを有するケイ素化合物は、好ましくはまた、水又は有機シラン不純物、例えば出発材料に由来するアルコキシシラン、又は合成に由来する副生成物をほとんど含まない。水に関する「ほとんど含まない」という用語は、１００ｐｐｍ（重量）未満、好ましくは５０ｐｐｍ未満、そしてより好ましくは１０ｐｐｍ未満である。全ての有機シラン不純物、例えばメチルトリエトキシシラン、又はジメチルジエトキシシランの合計はガスクロマトグラフィ（ＧＣ）によって分析して、１．０ｗｔ％未満、好ましくは０．５ｗｔ％未満、そして好ましくは０．１ｗｔ％未満である。

【0034】

ハロゲン化物をほとんど含まない本発明による組成物は、（１）化学合成中に塩化物源を低減又は排除することにより、且つ／又は（２）最終精製済生成物が塩化物をほとんど含まないように、粗生成物から塩化物を除去するために効果的な精製プロセスを実施することにより、得ることができる。塩化物源は、ハロゲン化物、例えばクロロシラン、ブロモシラン、又はヨードシランを含有していない試薬を使用することにより合成中に低減し、これにより、ハロゲン化物イオンを含有する副生成物の生成を回避することができる。加えて、上述の試薬は、結果として生じる粗生成物が塩化物不純物をほとんど含まないように、塩化物不純物をほとんど含まないものであるべきである。同様に、合成はハロゲン化物を基剤とする溶媒、触媒、又は許容し得ない高レベルのハロゲン化物汚染物を含有する溶媒を使用するべきではない。粗生成物は、最終生成物が塩化物のようなハロゲン化物をほとんど含まないようにするために種々の精製方法によって処理することもできる。このような方法は従来技術分野において充分に記載されており、その一例としては蒸留、又は吸着のような精製プロセスが挙げられる。蒸留は、沸点の差を活用することにより、所望の生成物から不純物を分離するために一般に用いられる。吸着を用いて、最終生成物がハロゲン化物をほとんど含まないように、分離を生じさせるために成分の吸着特性差を利用することもできる。吸着剤、例えば商業的に利用可能なＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３ブレンドを使用して、塩化物のようなハロゲン化物を除去することができる。

【0035】

従来技術のケイ素含有ケイ素前駆体、例えばＤＥＭＳは反応チャンバ内でひとたび励起されると、ポリマー主鎖内の−Ｏ−リンケージ（例えば−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−又は−Ｓｉ−Ｏ−Ｃ−）を有する構造を形成するように重合するのに対して、式Ｉを有するケイ素化合物は、主鎖内の−Ｏ−ブリッジのいくつかが−ＣＨ_２−メチレン又は−ＣＨ_２ＣＨ_２−エチレンブリッジと置換される構造を形成するように重合すると考えられる。炭素が主に末端Ｓｉ−Ｍｅ基の形で存在する構造形成前駆体としてＤＥＭＳを使用して堆積されたフィルムの場合、％Ｓｉ−Ｍｅ（％Ｃに直接に関連する）と、機械的強度との間に関係があり、架橋用Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ基を２つの末端Ｓｉ−Ｍｅ基と置換すると機械的特性が低下する。なぜならば、ネットワーク構造が破壊されるからである。ケイ素化合物の場合、環式構造がフィルム堆積プロセス中、又はＳｉＣＨ_２Ｓｉ又はＳｉＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ架橋基を形成するための（堆積されたままのフィルム内に含有されるポロゲン前駆体の少なくとも一部、又はほぼ全てを除去するための）硬化プロセス中に破断されると考えられる。このように、機械的強度の観点から、フィルム内の炭素含量を増大させることにより、ネットワーク構造が破壊されないように炭素を架橋基の形で組み込むことができる。特定の理論に縛られるつもりはないが、この属性は炭素をフィルムに加え、これにより、フィルムはフィルムのエッチング、フォトレジストのプラズマアッシング、及び銅表面のＮＨ_３プラズマ処理のようなプロセスから生じる多孔質ＯＳＧフィルムの炭素欠乏に対してより高い回復力を有することが可能になる。ＯＳＧフィルム内の炭素欠乏は、フィルムの不良の誘電率、並びにフィルムエッチング及び湿式清浄化工程中のフィーチャボーイングの問題、及び／又は銅拡散バリアを堆積するときの集積上の問題を増大させるおそれがある。

【0036】

本明細書中に含まれる方法及び組成物のある特定の実施態様では、構造形成前駆体はさらに硬化添加剤を含む。硬化添加剤は機械的強度を高める。硬化添加剤の例は、テトラアルコキシシラン（Ｓｉ（ＯＲ^９））であって、Ｒ^９が、直鎖状又は分枝状Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルケニル基、直鎖状又は分枝状Ｃ_２〜Ｃ_１０アルキニル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０環式アルキル基、Ｃ_３〜Ｃ_１０ヘテロ環式アルキル基、Ｃ_５〜Ｃ_１０アリール基、及びＣ_３〜Ｃ_１０ヘテロ−アリール基から成る群から選択されるもの、例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）又はテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）を含む。硬化添加剤が使用される実施態様では、構造形成部分の組成は、約３０〜約９５重量パーセントの、式Ｉを有するアルキル−アルコキシシラサイクリック化合物を含む構造形成前駆体と、約５〜約７０重量パーセントの硬化添加物と、総前駆体流の約４０〜約９５重量パーセントのポロゲン前駆体、例えばアルファテルピネン又はシクロオクタンとを含む。

【0037】

「気体状試薬」という表現は試薬を記述するように本明細書中に使用されるときがあるものの、この表現は、反応器へ気体として直接に送達される試薬、気化された液体、昇華された固体として送達される試薬、及び／又は不活性キャリアガスによって反応器内へ搬送される試薬を包含するように意図されている。

【0038】

加えて、試薬は、区別可能な源から別個に、又は混合物として反応器内へ運ぶことができる。試薬は、好ましくはプロセス反応器への液体の送達を可能にするための適宜の弁とフィッティングとを備えた加圧可能なステンレス鋼容器を使用して、任意の数の手段によって反応器システムへ送達することができる。

【0039】

構造形成種（すなわち式Ｉの化合物）に加えて、堆積反応前、堆積反応中、及び／又は堆積反応後に、反応チャンバ内へ付加的な材料を導入することができる。このような材料は例えば、不活性ガス（例えばＨｅ、Ａｒ、Ｎ_２、Ｋｒ、Ｘｅなど。これらはより低揮発性の前駆体のためのキャリアガスとして採用することができ、且つ／又は堆積されたままの材料の硬化を促進し、そしてより安定な最終フィルムを提供することができる）、及び反応性物質、例えば酸素含有種、例えばＯ_２、Ｏ_３、及びＮ_２Ｏ、気体状又は液体状有機物質、ＮＨ_３、Ｈ_２、ＣＯ_２、又はＣＯを含む。１つの特定の実施態様では、反応チャンバ内へ導入された反応混合物は、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ_２、水、Ｈ_２Ｏ_２、オゾン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された少なくとも１種のオキシダントを含む。別の実施態様では、反応混合物はオキシダントを含まない。

【0040】

気体状試薬にエネルギーを印加することにより、気体が反応して基体上にフィルムを形成するように誘導する。このようなエネルギーは、例えばプラズマ、パルスプラズマ、ヘリコンプラズマ、高密度プラズマ、誘導結合プラズマ、遠隔プラズマ、熱フィラメント、及びサーマル（すなわち非フィラメント）法によって提供することができる。二次ｒｆ周波数源を使用して、基体表面におけるプラズマ特性を改変することができる。好ましくは、フィルムは、プラズマ支援型化学蒸着（「ＰＥＣＶＤ」）によって形成される。

【0041】

気体状試薬のそれぞれの流量は、単一２００ｍｍウェハー当たり、１０〜５０００ｓｃｃｍ、より好ましくは３０〜１０００ｓｃｃｍであることが好ましい。個々の速度は、所望の量のケイ素、炭素、及び酸素をフィルム内に提供するように選択される。必要とされる実際の流量は、ウエハーサイズ及びチャンバ形態に依存してよく、２００ｍｍウエハー又は単一ウエハーチャンバに決して限定されない。

【0042】

いくつかの実施態様では、フィルムは１分当たりの堆積速度約５０ナノメートル（ｎｍ）で堆積される。

【0043】

堆積中の反応チャンバ内の圧力は約０．０１〜約６００ｔｏｒｒ又は約１〜１５ｔｏｒｒである。

【0044】

フィルムは厚さ０．００２〜１０ミクロンに堆積されるのが好ましいが、必要に応じて厚さを変えることができる。パターン化されていない表面上に堆積されるブランケットフィルムは優れた均一性を有しており、基体全体にわたる１標準偏差を超える厚さの変動は、妥当なエッジ排除を行った状態で２％未満である。例えば、基体の最も外側の５ｍｍのエッジは均一性の統計的計算には含まれていない。

【0045】

本発明の好ましい実施態様は、当業者に知られた他の構造形成前駆体を使用して堆積された他の多孔質ｌｏｗ ｋ誘電体フィルムと比較して、低い誘電率、及び改善された機械的特性、熱安定性、及び（酸素、酸化性材料に対する）耐薬品性を有する薄膜材料を提供する。式Ｉを有するアルキル−アルコキシサイクリック化合物を含む、本明細書中に記載された構造形成前駆体は、フィルム内へより多くの炭素取り込み量を（好ましくは大部分が有機炭素、−ＣＨ_ｘ（ｘは１〜３である）の形態で）提供する。この場合、フィルムを堆積するために、特定の前駆体又はネットワーク形成化学物質が使用される。ある特定の実施態様の場合、フィルム内の水素の大部分が炭素に結合される。

【0046】

本明細書中に記載された組成物及び方法に従って堆積されたｌｏｗ 誘電体フィルムは、（ａ）約１０〜約３５原子％、より好ましくは約２０〜約３０原子％のケイ素、（ｂ）約１０〜約６５原子％、より好ましくは約２０〜約４５原子％の酸素、（ｃ）約１０〜約５０原子％、より好ましくは約１５〜約４０原子％の水素、（ｄ）約５〜約４０原子％、より好ましくは約１０〜約４５原子％の炭素を含む。フィルムは、材料特性のうちの１つ又は２つ以上を改善するために、約０．１〜約１５原子％、より好ましくは約０．５〜約７．０原子％のフッ素を含有してもよい。本発明のある特定のフィルム内には、より僅かな比率の他の元素が存在していてもよい。ＯＳＧ材料は、これらの誘電率が、業界内で伝統的に使用されている標準的な材料、すなわちシリカガラスの誘電率よりも低いので、ｌｏｗ ｋ材料であると考えられる。

【0047】

フィルムの総有孔率は、プロセス条件及び所望の最終フィルム特性に応じて０〜１５％又は１５％超であってよい。本発明のフィルムの密度は好ましくは２．３ｇ／ｍｌ、或いは２．０ｇ／ｍｌ未満又は１．８ｇ／ｍｌ未満であることが好ましい。ＯＳＧフィルムの総有孔率には、熱硬化又はＵＶ硬化用のプラズマ源に晒すことを含む堆積後処理によって影響を与えることができる。本発明の好ましい実施態様は、フィルム堆積中にポロゲンを添加することを含まないものの、堆積後処理、例えばＵＶ硬化によって多孔性を誘発することができる。例えば、ＵＶ処理は、約１５〜約２０％に近似する、好ましくは約５〜約１０％の有孔率をもたらすことができる。

【0048】

本発明のフィルムはフッ素を、無機フッ素（例えばＳｉ−Ｆ）の形態で含有してもよい。フッ素はこれが存在するときには、約０．５〜約７原子％の量で含有されることが好ましい。

【0049】

本発明のフィルムは熱安定性であるとともに良好な耐薬品性を有する。具体的には、アニール後の好ましいフィルムの平均重量損失は、Ｎ_２下で４２５℃の等温において１．０ｗｔ％／ｈｒ未満である。さらに、フィルムの平均重量損失は好ましくは、空気下で４２５℃の等温において１．０ｗｔ％／ｈｒ未満である。

【0050】

フィルムは種々の用途に適している。フィルムは半導体基板上の堆積に特に適しており、例えば絶縁層、層間誘電体層、及び／又は金属間誘電体層としての使用に特に適している。フィルムはコンフォーマルコーティングを形成することができる。これらのフィルムによって示される機械的特性はこれらのフィルムを、Ａｌサブトラクティブ技術、及びＣｕダマシン又はデュアルダマシン技術における使用に特に適したものにする。

【0051】

フィルムは化学機械平坦化（ＣＭＰ）及び異方性エッチングと相容性を有し、そして種々の材料、例えばケイ素、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＯＳＧ、ＦＳＧ、炭化ケイ素、水素化炭化ケイ素、窒化ケイ素、水素化窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、水素化炭窒化ケイ素、窒化ホウ素、反射防止被膜、フォトレジスト、有機ポリマー、多孔質有機及び無機材料、銅及びアルミニウムのような金属、並びに拡散バリア層、一例としてはＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ）Ｎ、ＴａＮ、Ｔａ（Ｃ）Ｎ、Ｔａ、Ｗ、ＷＮ、又はＷ（Ｃ）Ｎに付着させることができる。フィルムは、コンベンショナルな引張試験、例えばＡＳＴＭ Ｄ３３５９−９５ａテープ引張試験に合格するのに充分に前記材料のうちの少なくとも１種に付着させ得ることが好ましい。フィルムの認識し得る剥がれがなければ、試料は試験に合格したと考えられる。

【0052】

このように、ある特定の実施態様では、フィルムは集積回路における絶縁層、層間誘電体層、及び／又は金属間誘電体層、キャッピング層、化学機械平坦化（ＣＭＰ）又はエッチングストップ層、バリア層又は付着層である。

【0053】

本明細書中に記載されたフィルムは均一に堆積された誘電体フィルムではあるものの、完全集積構造において使用されるようなフィルムは実際にはいくつかのサンドイッチ層であって、例えば、堆積されるポロゲンをほとんど又は全く含有しない薄層を底部又は上部に有するサンドイッチ層から成っていてよく、又は、より低いポロゲン前駆体流量比が存在する条件下で層を堆積してもよく、或いは、ＵＶ処理によって全てのポロゲン前駆体を除去し得るわけではないように、より高いプラズマ出力で層を堆積してもよい。これらのサンドイッチ層を利用して、二次集積化特性、例えば付着性能、エッチング選択性、又は電子移動性能を高めることができる。

【0054】

本発明は、フィルムを提供するのに特に適しており、本発明の製品は主としてフィルムとして記載されてはいるものの、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の製品は、ＣＶＤによって堆積することのできる任意の形態で、例えば被膜、多層状アセンブリ、及び必ずしも平坦ではなく又は薄くはない他のタイプの物体、並びに必ずしも集積回路内で使用されるわけではない数多くの物体の形態で提供することができる。好ましくは、基体は半導体である。

【0055】

本発明のＯＳＧ製品に加えて、本開示は、製品を製造するプロセス、製品を使用する方法、並びに製品を調製するのに有用な化合物及び組成物を含む。例えば、半導体デバイス上に集積回路を形成するプロセスが米国特許第６，５８３，０４９号に開示されている。これは参照することにより本明細書中に援用される。

【0056】

本発明の組成物はさらに、例えば硬化添加剤、及び式Ｉを有するケイ素前駆体、例えばＤＥＳＣＡＰのプロセス反応器への送達を可能にするために適宜の弁とフィッティングとを備えた少なくとも１つの加圧可能な（好ましくはステンレス鋼から成る）容器を含むことができる。容器の内容物は予混合することができる。或いは、硬化添加剤及び前駆体は別個の容器内で、又は硬化添加剤と前駆体とを貯蔵中に別々に維持するための分離手段を有する単一の容器内に維持することもできる。このような容器は所望の場合にはポロゲンと前駆体とを混合する手段を有することもできる。

【0057】

仮（又は堆積されたままの）フィルムは、硬化工程、すなわち付加的なエネルギー源をフィルムに印加する工程によって、さらに処理することができる。この硬化工程は、熱アニーリング、化学的処理、現場又は遠隔プラズマ処理、光硬化（例えばＵＶ）及び／又はマイクロ波処理を含むことができる。他の現場処理又は堆積後処理を用いて、硬度、（収縮、空気暴露、エッチング、湿式エッチングなどに対する）安定性、完全性、均一性、及び付着力のような材料特性を向上させることができる。このように、本明細書中に使用される「後処理」という用語は、ポロゲンを除去し、そして任意には材料特性を向上させるために、エネルギー（例えば、熱、プラズマ、光子、電子、マイクロ波など）、又は化学薬品でフィルムを処理することを意味する。

【0058】

後処理が行われる条件は大きく変化することができる。例えば後処理は高圧下又は真空雰囲気下で行うことができる。

【0059】

ＵＶアニーリングは好ましい硬化方法であり、典型的には以下の条件下で行われる。

【0060】

環境は不活性（例えば窒素、ＣＯ_２、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）など）、酸化性（例えば酸素、空気、希薄酸素環境、富化酸素環境、オゾン、亜酸化窒素など）、又は還元性（例えば希薄又は濃縮水素、炭化水素（飽和、不飽和、直鎖状又は分枝状、芳香族）など）であってよい。圧力は好ましくは約１Ｔｏｒｒ〜約１０００Ｔｏｒｒ、より好ましくは大気圧である。しかしながら、熱アニーリング並びに任意の他の後処理手段のために、真空雰囲気も可能である。温度は好ましくは２００〜５００℃であり、そして温度傾斜率は０．１〜１００ｄｅｇ℃／ｍｉｎである。総ＵＶアニーリング時間は好ましくは０．０１分〜１２時間である。

【0061】

ＯＳＧフィルムの化学的処理が以下の条件下で行われる。

【0062】

フッ素化（ＨＦ、ＳＩＦ_４、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＣＯＦ_２、ＣＯ_２Ｆ_２など）、酸素化（Ｈ_２Ｏ_２、Ｏ_３など）、化学的乾燥、メチル化、又は最終材料の特性を向上させる他の化学的処理を用いる。このような処理に使用される化学薬品は固体、液体、気体、及び／又は超臨界状態であってよい。

【0063】

有機ケイ酸塩フィルムからポロゲンを選択的に除去するための超臨界流体後処理が下記条件下で行われる。

【0064】

流体は二酸化炭素、水、亜酸化窒素、エチレン、ＳＦ_６、及び／又は他のタイプの化学薬品であってよい。プロセスを向上させるために、超臨界流体に他の化学薬品を添加することができる。化学薬品は不活性（例えば窒素、ＣＯ_２、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）など）、酸化性（例えば酸素、オゾン、亜酸化窒素など）、又は還元性（例えば希薄又は濃縮炭化水素、水素、水素を含むプラズマなど）であってよい。温度は好ましくは周囲温度〜５００℃である。化学薬品はより大きい化学種、例えば界面活性剤を含むこともできる。総暴露時間は好ましくは０．０１分〜１２時間である。

【0065】

不安定な基を選択的に除去し、そしてＯＳＧフィルムに可能な化学的改変を施すためのプラズマ処理が、下記条件下で行われる。

【0066】

環境は不活性（例えば窒素、ＣＯ_２、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）など）、酸化性（例えば酸素、空気、希薄酸素環境、富化酸素環境、オゾン、亜酸化窒素など）、又は還元性（例えば希薄又は濃縮水素、炭化水素（飽和、不飽和、直鎖状又は分枝状、芳香族）など）であってよい。プラズマ出力は好ましくは０〜５０００Ｗである。温度は好ましくはおよそ周囲温度〜約５００℃である。圧力は好ましくは１０ｍｔｏｒｒ〜大気圧である。総硬化時間は好ましくは０．０１分〜１２時間である。

【0067】

有機ケイ酸塩フィルムの化学架橋のためのＵＶ硬化が、典型的には下記条件下で行われる。

【0068】

環境は不活性（例えば窒素、ＣＯ_２、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）など）、酸化性（例えば酸素、空気、希薄酸素環境、富化酸素環境、オゾン、亜酸化窒素など）、又は還元性（例えば希薄又は濃縮炭化水素、水素など）であってよい。温度は好ましくはおよそ周囲温度〜約５００℃である。出力は好ましくは０〜約５０００Ｗである。波長は好ましくはＩＲ、可視、ＵＶ、又は深ＵＶ（波長＜２００ｎｍ）である。総硬化時間は好ましくは０．０１分〜１２時間である。

【0069】

有機ケイ酸塩フィルムのマイクロ波後処理が、典型的には下記条件下で行われる。

【0070】

環境は不活性（例えば窒素、ＣＯ_２、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）など）、酸化性（例えば酸素、空気、希薄酸素環境、富化酸素環境、オゾン、亜酸化窒素など）、又は還元性（例えば希薄又は濃縮炭化水素、水素など）であってよい。温度は好ましくはおよそ周囲温度〜約５００℃である。出力及び波長は多様であり、具体的な結合に合わせて調和することができる。総硬化時間は好ましくは０．０１分〜１２時間である。

【0071】

有機ケイ酸塩フィルムからポロゲン又は特定の化学種を選択的に除去し、且つ／又はフィルム特性を改善するための電子ビーム後処理が典型的には、以下の条件下で行われる。

【0072】

環境は真空、不活性（例えば窒素、ＣＯ_２、希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ）など）、酸化性（例えば酸素、空気、希薄酸素環境、富化酸素環境、オゾン、亜酸化窒素など）、又は還元性（例えば希薄又は濃縮炭化水素、水素など）であってよい。温度は好ましくはおよそ周囲温度〜約５００℃である。電子密度及びエネルギーは多様であり、具体的な結合に合わせて調和することができる。総硬化時間は好ましくは０．００１分〜１２時間であり、そして連続的又はパルス状であってよい。電子ビームの一般的な使用に関する付加的な指針は、刊行物、例えばChattopadhyay et al., Journal of Materials Science, 36 (2001) 4323-4330、G. Kloster et al., Proceedings of IITC, June 3-5, 2002, SF, CA，及び米国特許第６，２０７，５５５号、同第６，２０４，２０１号、及び６，１３２，８１４号において入手することができる。電子ビーム処理を利用することにより、ポロゲンを除去し、マトリックス内の結合形成プロセスを通してフィルム機械的特性を改善することができる。

【0073】

下記実施例を参照しながら本発明を詳述する。しかしながら、言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定されるものとは見なされない。

【0074】

作業実施例１
２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタンであって、反応式（１）においてＲ^１＝Ｍｅ、Ｒ^３＝ＯＥｔ、Ｒ^４＝Ｅｔ、Ｒ^５＝Ｒ^６＝Ｍｅであるものの合成

【0075】

内部サーモカップル及び還流凝縮器を備えた３首丸底フラスコ内で５０℃まで加熱された７４１．０ｇ（８．６ｍｏｌ）の２−メチル−３−ブテン−２−オール中の１．５０ｍＬのKarstedt触媒(キシレン中２％の白金）に、付加的な漏斗を介して１１５５．０ｇ（８．６ｍｏｌ）のジエトキシメチルシランを液滴状に添加した。発熱があり、混合物の温度は８５℃まで徐々に上昇した。８５℃になったら加熱を止めた。ＤＥＭＳを添加しながら温度を７５〜８５℃に維持した。添加が完了したら、反応物を冷却して室温まで戻しておき、そして一晩にわたって攪拌させておいた。周囲圧力で蒸留し、そして蒸気温度１５３℃まで加熱することにより、エタノール副生成物を除去した。生成物を純度９７％の１２３５ｇの量で１０５〜１０８Ｔｏｒｒの圧力下で、９３〜９４℃で真空蒸留した。収率は８２％であった。

【0076】

作業実施例２
２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタンであって、反応式（１）においてＲ^１＝Ｒ^３＝Ｍｅ、Ｒ^４＝Ｅｔ、Ｒ^５＝Ｒ^６＝Ｍｅであるものの合成

【0077】

内部サーモカップル及び還流凝縮器を備えた３首丸底フラスコ内で５０℃まで加熱された１７３１．０ｇ（２０．１ｍｏｌ）の２−メチル−３−ブテン−２−オール中の２．００ｍＬのKarstedt触媒(キシレン中２％の白金）に、付加的な漏斗を介して２０９５．０ｇ（２０．１ｍｏｌ）のジメチルエトキシシランを液滴状に添加した。漸次的な発熱があり、混合物の温度は８７℃に達した。その後、温度は６０℃まで漸減した。ＤＥＭＳの添加量を増大させると、温度は徐々に上昇し始め、次いで急な発熱があり、反応混合物は９５℃で還流した。第２温度スパイクは第１温度スパイクよりも急激であった。
添加が完了した後、反応物を室温まで冷却し、そして一晩にわたって攪拌した。試料をＧＣで走行させ、生成物とジエトキシジメチルシランとの比３：１を示した。周囲圧力で蒸留を行うことにより、エタノール及び残留２−メチル−３−ブテン−２−オール出発材料を除去した。蒸気温度が１０７℃に達したら、除去を終了させた。生成物を周囲圧力下で純度９７％の５６６ｇの量で蒸留した。収率は２０％であった。

【0078】

作業実施例３
２，５，５−トリメチル−２−イソプロピル−１−オキサ−２−シラシクロペンタンであって、反応式（１）においてＲ^１＝Ｍｅ、Ｒ^３＝イソプロピル、Ｒ^４＝Ｅｔ、Ｒ^５＝Ｒ^６＝Ｍｅであるものの合成

【0079】

ヘキサンとＴＨＦとの３５０ｍＬ混合物中に、２４．６ｇ（１８６．０ｍｍｏｌ）のイソプロピルエトキシメチルシランを含有する１首丸底フラスコに、１６．０ｇ（１８６．０ｍｍｏｌ）の２−メチル−３−ブテン−２−オールを、続いて０．０３ｍＬのKarstedt触媒(キシレン中２％の白金）を添加した。反応物を一晩にわたって攪拌した。ＧＣ−ＭＳはｍ／ｚ１７２で所望の生成物のエビデンスを示した。

【0080】

作業実施例４（フィルム実施例）
誘電体２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタンを使用したケイ素含有誘電体フィルムのＰＥＣＶＤ

【0081】

２つのウエハー上にフィルムを同時に堆積するApplied Materials Producer SEシステムを使用して、プラズマ支援型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を介して、３００ｍｍウエハー処理のための模範的フィルムを形成した。従って、前駆体及び気体の流量は、２つのウエハー上にフィルムを同時に堆積するのに必要な流量に相当する。それぞれのウエハー処理ステーションがそれ自体の独立したＲＦ出力供給部を有しているので、１ウエハー当たりの規定ＰＦ出力は正確である。異なるプロセス条件下で２つの異なる化学的前駆体から得られたフィルムを堆積した。ＰＥＣＶＤプロセスは大まかに言えば、下記の基礎工程、すなわちガス流の初期設定及び安定化、シリコンウエハー基体上へのフィルムの堆積、及び基体取り出し前のチャンバのパージ／排気を伴った。ｐ型Ｓｉウエハー上で試験を実施した（抵抗率＝８〜１２オーム−ｃｍ）。

【0082】

SCI FilmTek 2000反射率計上で厚さ及び屈折率を測定した。中度抵抗率ｐ型ウエハー（８〜１２オーム−ｃｍの範囲）上でＨｇプローブ技術を用いて誘電率を判定した。ナノインデンテーション技術を用いて機械的特性（弾性率及び硬度、ＧＰａ）を判定し、Ｘ線光電子分光法によって炭素含量（原子％）を判定し、そして赤外線分光法によって、ＳｉＯ_Ｘネットワーク内部の種の組成を判定した。後者は、Ｓｉ（ＣＨ_３）_１に帰属するケイ素メチル密度と、ジシリルメチレン架橋密度（ＳｉＣＨ_２Ｓｉ／ＳｉＯ_ｘ＊１Ｅ４）とを含んだ。

【0083】

作業実施例５（フィルム実施例）

【0084】

下記条件下で、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン前駆体を使用して低誘電率フィルムを堆積した。総前駆体流量は２０００ｍｇ／ｍｉｎであり、酸素流量は１５ｓｃｃｍであり、堆積温度は３９０℃で維持し、ＲＦ出力は２３０〜５００Ｗで変化させ、圧力は７．５ｔｏｒｒで維持し、電極間隔は３８０ミルで維持し、前駆体をプロセスチャンバへ送達するために使用されるＨｅキャリア流量は１５００ｓｃｃｍであった。下記表１は、３つの異なるＲＦ出力で２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタン前駆体から得られたフィルム特性を示す。堆積されたフィルムは、より高い機械強度、より高い誘電率、及びＦＴＩＲスペクトルにおける積分Ｓｉ−ＣＨ_２−Ｓｉバンドと積分Ｓｉ−Ｏバンドとの比から得られるＳｉ−ＣＨ_２−Ｓｉ／ＳｉＯｘ比の増大によって示される、より高いネットワーク炭素量を示した。Ｓｉ−ＣＨ_２−Ｓｉのようなより高いネットワーク炭素密度を取り込むことは、続いて行われる集積工程、例えばエッチング、アッシング、平坦化、及び金属化の工程中に発生するフィルム損傷の深さを低減するので、望ましい。

【表1】

【0085】

作業実施例６（フィルム実施例）
２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタンを使用した誘電体を用いたケイ素含有誘電体フィルムのＰＥＣＶＤ

【0086】

下記条件下で、２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン前駆体を使用して低誘電率フィルムを堆積した。総前駆体流量は２０００〜２５００ｍｇ／ｍｉｎで変化させ、酸素流量は２５〜５０ｓｃｃｍであり、堆積温度は３９０℃で維持し、ＲＦ出力は３１５〜５１５Ｗで変化させ、圧力は７．５ｔｏｒｒで維持し、電極間隔は３８０ミルで維持し、前駆体をプロセスチャンバへ送達するために使用されるＨｅキャリア流量は１５００ｓｃｃｍであった。下記表２は、３つの異なるプロセス条件で２，５，５−トリメチル−２−エトキシ−１−オキサ−２−シラシクロペンタン前駆体から得られたフィルム特性を示す。堆積されたフィルムは、２，２，５，５−テトラメチル−１−オキサ−２−シラシクロペンタンに対して同様の機械的強度及び誘電率を示しはしたが、しかし、ＦＴＩＲスペクトルにおける積分Ｓｉ−ＣＨ_２−Ｓｉバンドと積分Ｓｉ−Ｏバンドとの比から得られるＳｉ−ＣＨ_２−Ｓｉ／ＳｉＯｘ比の減少によって示される、より低いネットワーク炭素量を示した。エトキシ基によるメチル基の置換は、フィルム内に取り込むことができるネットワーク炭素量を低減した。

【0087】

【表2】

【0088】

ある特定の実施態様及び実施例に関連して上に例示し説明してきたが、本発明は示された詳細に限定されるものでは決してない。むしろ、本発明の思想を逸脱することなしに、請求項と同等のものの領域及び範囲内で、詳細に種々の変更を加えてよい。例えば、本文書に幅広く示されたあらゆる範囲が、これらの領域内で、より広い範囲内にあらゆるより狭い範囲を含むことが明示的に意図される。

【外国語明細書】

2021025124000001.pdf