JP2008085063A - Etching stopper film forming composition, film using the composition, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子デバイスなどに用いられる誘電率、機械強度、耐熱性等の膜特性が良好な膜形成用組成物に関し、さらには当該膜形成用組成物を用いて得られる膜を有する電子デバイスに関する。 The present invention relates to a film-forming composition having good film properties such as dielectric constant, mechanical strength, heat resistance and the like used for electronic devices, and further relates to an electronic device having a film obtained by using the film-forming composition. .
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)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。 In recent years, in the field of electronic materials, with the progress of higher integration, more functions, and higher performance, circuit resistance and capacitor capacity between wirings have increased, leading to an increase in power consumption and delay time. In particular, an increase in delay time is a major factor in reducing the signal speed of the device and the occurrence of crosstalk. Therefore, in order to reduce the delay time and speed up the device, it is necessary to reduce parasitic resistance and parasitic capacitance. It has been. As a specific measure for reducing this parasitic capacitance, an attempt has been made to cover the periphery of the wiring with a low dielectric interlayer insulating film. In addition, the interlayer insulating film is required to have excellent heat resistance that can withstand subsequent steps such as a thin film formation process, chip connection, and pinning during manufacturing of a mounting substrate, and chemical resistance that can withstand a wet process. Furthermore, in recent years, low resistance Cu wiring has been introduced from Al wiring, and along with this, planarization by CMP (Chemical Mechanical Polishing) has become common, and high mechanical strength that can withstand this process is required. It has been.
現在、電子デバイス中の配線層やVia層における層間絶縁膜としては、酸化ケイ素(SiO2)、フッ素含有酸化ケイ素(SiOF)、炭素含有酸化ケイ素(SiOC)、スピンオングラス(SOG)、オルガノシリケートグラス、メチルシルセスキオキサン(MSQ)、ハイドロジェンシルセスキオキサン(HSQ)、ポリオルガノシロキサンのような無機系材料と、有機ポリマーからなる有機系材料の両者が提案されている。 At present, as an interlayer insulating film in wiring layers and via layers in electronic devices, silicon oxide (SiO 2 ), fluorine-containing silicon oxide (SiOF), carbon-containing silicon oxide (SiOC), spin-on glass (SOG), organosilicate glass Both inorganic materials such as methyl silsesquioxane (MSQ), hydrogen silsesquioxane (HSQ), and polyorganosiloxane and organic materials composed of organic polymers have been proposed.
上述のような配線層・Via層に適用される層間絶縁膜の微細加工にはドライエッチングが使用される。無機系材料に対してはフルオロカーボン系・ハロゲン系のガスを主体としたドライエッチング、有機系材料には窒素と水素の混合ガスやアンモニアガス類を主体としたドライエッチングによる微細加工が行われることが多い。配線層やVia層の絶縁膜の下地には、これら絶縁膜とのエッチング選択比を有するエッチングストッパー膜が設けられる。これは配線層・Via層絶縁膜のドライエッチングを停止させ、更に下層の絶縁膜構造にエッチングダメージが入るのを防止する役割を有すると共に、下層Cu配線からCuが拡散するのを防止するCu拡散バリア機能を兼ねることもある。 Dry etching is used for fine processing of the interlayer insulating film applied to the wiring layer / via layer as described above. Inorganic materials may be finely processed by dry etching mainly composed of fluorocarbon and halogen gases, and organic materials may be finely processed by dry etching mainly composed of a mixed gas of nitrogen and hydrogen and ammonia gases. Many. An etching stopper film having an etching selectivity with respect to the insulating film is provided on the base of the insulating film of the wiring layer or the Via layer. This serves to stop dry etching of the wiring layer / via layer insulating film, and further prevent etching damage from entering into the underlying insulating film structure, and Cu diffusion to prevent Cu from diffusing from the lower layer Cu wiring. It may also serve as a barrier function.
従来、エッチングストッパー膜としてはプラズマCVD法により堆積されるSiN(シリコン窒化膜)、SiC(シリコン炭化膜)、SiCN(シリコン炭化窒化膜)などが主に用いられてきた。しかしながら、これらエッチングストッパーはその比誘電率が4〜7と高く、電子デバイスの多層配線構造に適用した場合、配線構造全体としての実効誘電率が高くなり伝搬遅延などが充分に改善されなくなる問題が指摘されている。従って、SiN, SiCN, SiCなどが有している高いエッチング選択性を有しつつ、その比誘電率が小さいエッチングストッパー膜材料が望まれており、カルボシランを含有する塗布液を用いた方法が知られている(特許文献1)。 Conventionally, SiN (silicon nitride film), SiC (silicon carbide film), SiCN (silicon carbonitride film), etc. deposited mainly by plasma CVD have been mainly used as an etching stopper film. However, these etching stoppers have a high relative dielectric constant of 4 to 7, and when applied to a multilayer wiring structure of an electronic device, there is a problem that the effective dielectric constant of the wiring structure as a whole becomes high and the propagation delay cannot be sufficiently improved. It has been pointed out. Therefore, there is a demand for an etching stopper film material having a low dielectric constant while having the high etching selectivity of SiN, SiCN, SiC, etc., and a method using a coating solution containing carbosilane is known. (Patent Document 1).
本発明は上記の様な従来技術の問題点を解決するものであり、配線層およびVia層に適用される無機系層間絶縁膜および有機系層間絶縁膜の両者と高いエッチング選択比を有しつつ、低誘電率を有するエッチングストップ絶縁膜を形成できるエッチングストッパー膜形成用組成物、該組成物を用いて形成した膜、及び該膜を有する電子デバイスを提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the prior art as described above, and has a high etching selectivity with both the inorganic interlayer insulating film and the organic interlayer insulating film applied to the wiring layer and the Via layer. An object of the present invention is to provide a composition for forming an etching stopper film capable of forming an etching stop insulating film having a low dielectric constant, a film formed using the composition, and an electronic device having the film.
上記課題が下記の<1>〜<4>の構成により解決されることを見出した。
<1> 下記一般式(1)で表されるヒドリドシルセスキオキサン類および下記一般式(2)で表されるポリイン化合物との反応で得られるヒドロシリル化重合体(A)を含むエッチングストッパー膜形成用組成物。
(HSiO3/2)n(R1SiO3/2)m ・・・(1)
R’(−C≡C−R2)k ・・・(2)
一般式(1)において、R1は1価の有機基を表す。
nは1〜20の整数、mは0〜19の整数を表す。また、n+mは4〜20の整数である。
一般式(2)において、R2は1価の有機基を表し、R’はk価の有機基を表す。
kは1〜6から選ばれる整数を表す。
It has been found that the above problems can be solved by the following <1> to <4> configurations.
<1> An etching stopper film comprising a hydrosilylated polymer (A) obtained by a reaction with a hydridosilsesquioxane represented by the following general formula (1) and a polyyne compound represented by the following general formula (2) Forming composition.
(HSiO 3/2 ) n (R 1 SiO 3/2 ) m (1)
R ′ (— C≡C—R 2 ) k (2)
In the general formula (1), R 1 represents a monovalent organic group.
n represents an integer of 1 to 20, and m represents an integer of 0 to 19. N + m is an integer of 4 to 20.
In the general formula (2), R 2 represents a monovalent organic group, and R ′ represents a k-valent organic group.
k represents an integer selected from 1 to 6.
<2> ヒドロシリル化重合体(A)の炭素含有率が55質量%〜85質量%である上記<1>に記載のエッチングストッパー膜形成用組成物。
<3> 上記<1>もしくは<2>に記載のエッチングストッパー膜形成用組成物より形成された膜。
<4>上記<3>に記載の膜を有する電子デバイス。
<2> The composition for forming an etching stopper film according to <1>, wherein the carbon content of the hydrosilylated polymer (A) is 55% by mass to 85% by mass.
<3> A film formed from the composition for forming an etching stopper film according to <1> or <2>.
<4> An electronic device having the film according to <3>.
本発明により、無機系層間絶縁膜および有機系層間絶縁膜の両者に対し高いエッチング選択比を有し、低誘電率を有する、エッチングストップ用などに適した絶縁膜を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an insulating film having a high etching selectivity with respect to both of the inorganic interlayer insulating film and the organic interlayer insulating film, having a low dielectric constant, and suitable for etching stop.
以下に本発明のエッチングストップ絶縁膜形成用組成物に含有され得る材料について詳細に述べるが、本発明がこれらに限定されることを示すものではない。 Although the material which can be contained in the composition for forming an etching stop insulating film of the present invention is described in detail below, it does not indicate that the present invention is limited to these.
・ ヒドロシリル化重合体
本発明のエッチングストップ絶縁膜形成用組成物には、下記一般式(1)で表されるヒドリドシルセスキオキサン類および下記一般式(2)で表されるポリイン化合物との反応で得られるヒドロシリル化重合体(A)を含む。
(HSiO3/2)n(R1SiO3/2)m ・・・(1)
R’(−C≡C−R2)k ・・・(2)
一般式(1)において、R1は1価の有機基を表す。
nは1〜20の整数、mは0〜19の整数を表す。また、n+mは4〜20の整数である。
一般式(2)において、R2は1価の有機基を表し、R’はk価の有機基を表す。
kは1〜6から選ばれる整数を表す。
Hydrosilylated polymer The composition for forming an etching stop insulating film of the present invention includes a hydridosilsesquioxane represented by the following general formula (1) and a polyyne compound represented by the following general formula (2). The hydrosilylation polymer (A) obtained by reaction is included.
(HSiO 3/2 ) n (R 1 SiO 3/2 ) m (1)
R ′ (— C≡C—R 2 ) k (2)
In the general formula (1), R 1 represents a monovalent organic group.
n represents an integer of 1 to 20, and m represents an integer of 0 to 19. N + m is an integer of 4 to 20.
In the general formula (2), R 2 represents a monovalent organic group, and R ′ represents a k-valent organic group.
k represents an integer selected from 1 to 6.
ヒドロシリル化重合体(A)の炭素含有率は55〜85質量%であることが好ましく、より好ましくは60〜80質量%である。炭素含有率が当該範囲内あることで、無機系層間絶縁膜・有機系層間絶縁膜両者とのエッチング選択性をより高くしやすい。ヒドロシリル化重合体(A)の炭素含有率はヒドリドシルセスキオキサン類(1)とポリイン化合物
(2)の構造や仕込比率により当該範囲内に調製することが可能である。
The carbon content of the hydrosilylated polymer (A) is preferably 55 to 85% by mass, more preferably 60 to 80% by mass. When the carbon content is within the range, the etching selectivity with both the inorganic interlayer insulating film and the organic interlayer insulating film can be easily increased. The carbon content of the hydrosilylated polymer (A) can be adjusted within the above range depending on the structure and charging ratio of the hydridosilsesquioxane (1) and the polyyne compound (2).
一般式(1)のR1で表される1価の有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基を挙げることができ、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基であり、例えば、メチル基、ビニル基、およびエチニル基が挙げられる。
また、一般式(1)で表されるヒドリドシルセスキオキサン類はn個の(HSiO3/2)ユニットおよびm個の(R1SiO3/2)ユニットが、その酸素原子を共有しながら他の(HSiO3/2)ユニットもしくは(R1SiO3/2)ユニットと連結して環状構造を形成していることが好ましい。
Examples of the monovalent organic group represented by R 1 in the general formula (1) include an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group, and preferably an alkyl group or alkenyl group having 1 to 4 carbon atoms. And an alkynyl group, for example, a methyl group, a vinyl group, and an ethynyl group.
The hydridosilsesquioxanes represented by the general formula (1) have n (HSiO 3/2 ) units and m (R 1 SiO 3/2 ) units sharing the oxygen atom. It is preferable that the ring structure is formed by connecting with other (HSiO 3/2 ) units or (R 1 SiO 3/2 ) units.
本発明に適用することができるヒドリドシルセスキオキサン類の好ましい具体例を以下に示すが、本発明がこれらに限定されること示すものではない。下記(Q-6)で表されるシルセスキオキサンの中でRが全て水素原子のものをヒドロシリル化重合体の原料とすることが特に好ましい。 Although the preferable specific example of hydrido silsesquioxane which can be applied to this invention is shown below, it does not show that this invention is limited to these. Of the silsesquioxanes represented by the following (Q-6), it is particularly preferred that all R are hydrogen atoms as the raw material of the hydrosilylation polymer.
一般式(2)で表されるポリイン化合物中、
R’のk価の有機基は、炭素数6〜14の多環状炭化水素残基、芳香族炭化水素残基が好ましく、より好ましくはベンゼン残基、ナフタレン残基、アントラセン残基、ノルボルネン残基、アダマンタン残基、ジアマンタン残基、およびビアダマンタン残基である。最も好ましくはベンゼン残基、アダマンタン残基、及びジアマンタン残基である。kは1〜6の整数を表し、好ましくは2〜4である。
R2の1価の有機基は炭素数6〜20の多環状アルキル基、アリール基が好ましく、よ
り好ましくはフェニル基、ナフチル基、アントラニル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、ジアマンチル基である。最も好ましくはフェニル基、アダマンチル基、ジアマンチル基である。
In the polyyne compound represented by the general formula (2),
The k-valent organic group of R ′ is preferably a polycyclic hydrocarbon residue or aromatic hydrocarbon residue having 6 to 14 carbon atoms, more preferably a benzene residue, a naphthalene residue, an anthracene residue, or a norbornene residue. An adamantane residue, a diamantane residue, and a biadamantan residue. Most preferred are a benzene residue, an adamantane residue, and a diamantane residue. k represents an integer of 1 to 6, preferably 2 to 4.
The monovalent organic group of R 2 is preferably a polycyclic alkyl group having 6 to 20 carbon atoms or an aryl group, more preferably a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, or a diamantyl group. Most preferably, they are a phenyl group, an adamantyl group, and a diamantyl group.
以下に一般式(2)で表されるポリイン化合物の具体例を示すが、本発明がこれらに限定されることを示すものではない。 Specific examples of the polyyne compound represented by the general formula (2) are shown below, but the present invention is not limited to these.
本発明のヒドロシリル化重合体(A)は、上述のような(1)ヒドリドシルセスキオキサン類と(2)ポリイン化合物を、特開平9−296043号等に記載の製造方法によりハイドロシリレーション反応を行うことで合成可能である。
本発明の重合体(A)は、一般式(1)で示されるヒドリドシルセスキオキサン類と一般式(2)のポリイン化合物とを通常2:1〜1:4のモル比でヒドロシリル化重合させて得られる固体状ポリマーであって、耐熱性及び溶媒可溶性を有するものである。このポリマーの重量平均分子量は、1000〜100000、好ましくは3000〜50000、最も好ましくは5000〜30000である。
The hydrosilylation polymer (A) of the present invention comprises a hydrosilylation reaction of (1) hydridosilsesquioxane and (2) polyyne compound as described above by the production method described in JP-A-9-296043. Can be synthesized.
The polymer (A) of the present invention is a hydrosilylation polymerization of hydridosilsesquioxane represented by the general formula (1) and the polyyne compound represented by the general formula (2) in a molar ratio of usually 2: 1 to 1: 4. It is a solid polymer obtained by making it have heat resistance and solvent solubility. The weight average molecular weight of this polymer is 1000-100000, preferably 3000-50000, most preferably 5000-30000.
ヒドロシリル化重合反応は白金含有触媒を用いて行う事ができる。白金含有触媒としては、従来ヒドロシリル化反応用に使われているものを用いることができる。これを例示すれば、白金ジビニルシロキサン、白金環状ビニルメチルシロキサン、トリス(ジベンジリデンアセトン)二白金、塩化白金酸、ビス(エチレン)テトラクロロ二白金、シクロオクタジエンクロロ白金、ビス(シクロオクタジエン)白金、ビス(ジメチルフェニルホスフィン)ジクロロ白金、テトラキス(トリフェニルホスフィン)白金、白金カーボン等があげられる。 The hydrosilylation polymerization reaction can be performed using a platinum-containing catalyst. As the platinum-containing catalyst, those conventionally used for hydrosilylation reactions can be used. For example, platinum divinylsiloxane, platinum cyclic vinylmethylsiloxane, tris (dibenzylideneacetone) diplatinum, chloroplatinic acid, bis (ethylene) tetrachlorodiplatinum, cyclooctadiene chloroplatinum, bis (cyclooctadiene) Examples thereof include platinum, bis (dimethylphenylphosphine) dichloroplatinum, tetrakis (triphenylphosphine) platinum, and platinum carbon.
ヒドロシリル化重合反応においては、この反応に通常用いられる種々の溶媒を用いることができる。これを例示すれば、トルエン、ベンゼン、ヘキサン、エーテル等をあげることができる。 In the hydrosilylation polymerization reaction, various solvents usually used in this reaction can be used. For example, toluene, benzene, hexane, ether and the like can be mentioned.
ヒドロシリル化重合反応は、0℃から反応溶媒の沸点まで種々の温度で実施できるが、特に加熱または冷却することなく、室温で行うことができる。
この反応におけるヒドリドシルセスキオキサン類(1)とポリイン化合物(2)との比率は、収率および溶解性の観点から、通常モル比で2:1〜1:4、好ましくは1.5:1〜1:2の範囲が望ましい。
The hydrosilylation polymerization reaction can be carried out at various temperatures from 0 ° C. to the boiling point of the reaction solvent, but can be carried out at room temperature without particularly heating or cooling.
In this reaction, the ratio of hydridosilsesquioxane (1) to polyyne compound (2) is usually 2: 1 to 1: 4, preferably 1.5: in terms of yield and solubility. A range of 1-1: 2 is desirable.
(B) 塗布溶剤
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物に用いられる塗布溶剤(B)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−メトキシー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、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、キシレン、アニソール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、これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
より好ましい塗布溶剤は、1−メトキシー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、メシチレン、t−ブチルベンゼン、キシレン、アニソールであり、特に好ましくは1−メトキシー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、キシレン、アニソールである。
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物をCu拡散バリア膜兼用として使用する場合にはCu配線・Via上に当組成物を直接塗布することから、Cu溶解性の低い低極性溶媒を使用することが好ましい。具体的には上述の芳香族炭化水素系溶剤として記載の溶剤が好ましく、より好ましくはキシレン、アニソール、t−ブチルベンゼンである。
(B) Coating solvent Although the coating solvent (B) used for the composition for forming an etching stopper film of the present invention is not particularly limited, for example, methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-ethoxymethanol, 3- Alcohol solvents such as methoxypropanol and 1-methoxy-2-propanol, ketones such as acetone, acetylacetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-heptanone, 3-heptanone, cyclopentanone, cyclohexanone Solvent, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, isobutyl propionate, propylene glycol monomethyl ether acetate, lactic acid Ester solvents such as methyl, ethyl lactate, γ-butyrolactone, ether solvents such as diisopropyl ether, dibutyl ether, ethyl propyl ether, phenetol, veratrol, mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, propylbenzene, t-butylbenzene, xylene, anisole And aromatic hydrocarbon solvents such as N-methylpyrrolidinone, dimethylacetamide, and the like. These may be used alone or in admixture of two or more.
More preferable coating solvents are 1-methoxy-2-propanol, propanol, acetylacetone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, mesitylene, t-butylbenzene, xylene, and anisole. Particularly preferred are 1-methoxy-2-propanol, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, t-butylbenzene, xylene and anisole.
When the composition for forming an etching stopper film of the present invention is used also as a Cu diffusion barrier film, the composition is directly applied on Cu wiring / Via, and therefore a low-polarity solvent having low Cu solubility should be used. Is preferred. Specifically, the solvents described as the above aromatic hydrocarbon solvents are preferable, and xylene, anisole, and t-butylbenzene are more preferable.
(C) 界面活性剤
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物には塗布膜の膜厚均一性等調整のため、適宜、界面活性剤(C)を添加し得る。添加し得る界面活性剤(C)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。本発明で使用する界面活性剤は、一種類でも良いし、二種類以上でも良い。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、特にシリコーン系界面活性剤が好ましい。
(C) Surfactant A surfactant (C) can be appropriately added to the composition for forming an etching stopper film of the present invention in order to adjust the film thickness uniformity of the coating film. Examples of the surfactant (C) that can be added include nonionic surfactants, anionic surfactants, and cationic surfactants. Further, silicone surfactants, fluorine-containing surfactants, Examples include polyalkylene oxide surfactants and acrylic surfactants. The surfactant used in the present invention may be one type or two or more types. As the surfactant, silicone surfactants, nonionic surfactants, fluorine-containing surfactants, and acrylic surfactants are preferable, and silicone surfactants are particularly preferable.
本発明で使用する界面活性剤の添加量は、膜形成塗布液の全量に対して0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上0.5質量%以下であることが更に好ましい。 The addition amount of the surfactant used in the present invention is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total amount of the film-forming coating solution. More preferably.
本発明において、シリコン系界面活性剤とは、少なくとも1原子のSi原子を含む界面活性剤である。本発明に使用するシリコン系界面活性剤としては、いかなるシリコン系界面活性剤でもよく、アルキレンオキシド及びジメチルシロキサンを含む構造であることが好ましい。下記化学式を含む構造であることが更に好ましい。 In the present invention, the silicon-based surfactant is a surfactant containing at least one Si atom. The silicon-based surfactant used in the present invention may be any silicon-based surfactant, and preferably has a structure containing alkylene oxide and dimethylsiloxane. A structure including the following chemical formula is more preferable.
式中Rは水素原子または炭素原子数1〜5のアルキル基であり、xは1〜20の整数であり、m、nはそれぞれ独立に2〜100の整数である。複数のRは同じでも異なっていてもよい。 In the formula, R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, x is an integer of 1 to 20, and m and n are each independently an integer of 2 to 100. A plurality of R may be the same or different.
本発明に使用するシリコン系界面活性剤としては、例えばBYK306、BYK307(ビックケミー社製)、SH7PA、SH21PA、SH28PA、SH30PA(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、TroysolS366(トロイケミカル社製)等を挙げることができる。 Examples of the silicon-based surfactant used in the present invention include BYK306, BYK307 (manufactured by Big Chemie), SH7PA, SH21PA, SH28PA, SH30PA (manufactured by Toray Dow Corning Silicone), Troysol S366 (manufactured by Troy Chemical). Can be mentioned.
本発明に使用するノニオン系界面活性剤としては、いかなるノニオン系界面活性剤でもよい。例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアリールエーテル類、ポリオキシエチレンジアルキルエステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリオキシエチレン類、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体等を挙げることができる。 Any nonionic surfactant may be used as the nonionic surfactant used in the present invention. For example, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene aryl ethers, polyoxyethylene dialkyl esters, sorbitan fatty acid esters, fatty acid-modified polyoxyethylenes, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymers, etc. Can do.
本発明に使用する含フッ素系界面活性剤としては、いかなる含フッ素系界面活性剤でもよい。例えば、パーフルオルオクチルポリエチレンオキシド、パーフルオルデシルポリエチレンオキシド、パーフルオルドデシルポリエチレンオキシド等が挙げられる。 As the fluorine-containing surfactant used in the present invention, any fluorine-containing surfactant may be used. For example, perfluorooctyl polyethylene oxide, perfluorodecyl polyethylene oxide, perfluorodecyl polyethylene oxide and the like can be mentioned.
本発明に使用するアクリル系界面活性剤としては、いかなるアクリル系界面活性剤でもよい。例えば、(メタ)アクリル酸系共重合体等が挙げられる。 The acrylic surfactant used in the present invention may be any acrylic surfactant. For example, a (meth) acrylic acid type copolymer etc. are mentioned.
(D) その他の膜物性調整剤
更に、本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物には、得られる膜の特性(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、シランカップリング剤、密着剤、空孔形成剤などの添加剤を添加してもよい。
(D) Other film property modifiers Further, the composition for forming an etching stopper film of the present invention does not impair the properties of the resulting film (heat resistance, dielectric constant, mechanical strength, coating property, adhesion, etc.). In addition, additives such as a radical generator, colloidal silica, a silane coupling agent, an adhesion agent, and a pore forming agent may be added.
本発明にいかなるコロイド状シリカを使用してもよい。例えば、高純度の無水ケイ酸を親水性有機溶媒もしくは水に分散した分散液であり、通常、平均粒径5〜30nm、好ましくは10〜20nm、固形分濃度が5〜40質量%程度のものである。 Any colloidal silica may be used in the present invention. For example, a dispersion in which high-purity silicic acid is dispersed in a hydrophilic organic solvent or water, usually having an average particle size of 5 to 30 nm, preferably 10 to 20 nm, and a solid content concentration of about 5 to 40% by mass It is.
本発明にいかなるシランカップリング剤を使用してもよいが、例えば、3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノグリシジロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルメチルジメトキシシラン、1−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、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、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、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。本発明で使用するシランカップリング剤は、一種類でも良いし、二種類以上でも良い。 Any silane coupling agent may be used in the present invention. For example, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-aminoglycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3- Glycidyloxypropylmethyldimethoxysilane, 1-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N -(2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, 10- Trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 10-triethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 9-trimethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, 9-triethoxysilyl-3,6 -Diazanonyl acetate, N-benzyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-benzyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyl Triethoxysilane, - bis (oxyethylene) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- bis (oxyethylene) -3-aminopropyltriethoxysilane and the like. The silane coupling agent used in the present invention may be one type or two or more types.
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、メチルジフエニルクロロシラン、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、ジフエニルジメトキシシラン、フエ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。官能性シランカップリング剤が密着促進剤として好ましい。密着促進剤の好ましい使用量は、全固形分100質量部に対して10質量部以下、特に0.05〜5質量部であることが好ましい。 Any adhesion promoter may be used in the present invention. For example, trimethoxysilylbenzoic acid, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, vinyltrimethoxysilane, γ-isocyanatopropyltriethoxysilane , Γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, trimethoxyvinylsilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, aluminum monoethylacetoacetate diisopropylate, vinyltris (2 -Methoxyethoxy) silane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, 3- Chloropropyltrimethoxy Sisilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, trimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethyl Vinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, vinyltrichlorosilane, benzotriazole, benzimidazole, indazole, Imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-merca Examples thereof include putobenzoxazole, urazole, thiouracil, mercaptoimidazole, mercaptopyrimidine, 1,1-dimethylurea, 1,3-dimethylurea, and thiourea compounds. Functional silane coupling agents are preferred as adhesion promoters. The preferable use amount of the adhesion promoter is preferably 10 parts by mass or less, particularly 0.05 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content.
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物には膜の機械強度の許す範囲内で、空孔形成因子を使用して、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、膜形成用塗布液で使用される溶剤との溶解性、本発明重合体との相溶性を同時に満たすことが必要である。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、200〜50000であることが好ましく、より好ましくは300〜10000、特に好ましくは400〜5000である。添加量は膜を形成する重合体に対して、質量%で好まし
くは0.5〜75%、より好ましくは0.5〜30%、特に好ましくは1%〜20%である。また、空孔形成因子として、重合体の中に分解性基を含んでいても良く、そ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℃であると良い。分解性基の含有率は膜を形成する重合体のモノマー量に対して、モル%で0.5〜75%、より好ましくは0.5〜30%、特に好ましくは1〜20%である。
The composition for forming an etching stopper film of the present invention can use a pore forming factor within the range allowed by the mechanical strength of the film to make the film porous and reduce the dielectric constant.
The pore-forming factor as an additive that becomes a pore-forming agent is not particularly limited, but a non-metallic compound is preferably used, and the solubility in a solvent used in a coating solution for film formation, the polymer of the present invention. It is necessary to satisfy the compatibility with. Further, the boiling point or decomposition temperature of the pore forming agent is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 200 to 450 ° C, and particularly preferably 250 to 400 ° C. The molecular weight is preferably 200 to 50,000, more preferably 300 to 10,000, and particularly preferably 400 to 5,000. The addition amount is preferably 0.5 to 75%, more preferably 0.5 to 30%, and particularly preferably 1 to 20% by mass% with respect to the polymer forming the film. Further, as a pore forming factor, a polymer may contain a decomposable group, and the decomposition temperature is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 200 to 450 ° C, particularly preferably 250 to 400 ° C. Good to have. The content of the decomposable group is 0.5 to 75%, more preferably 0.5 to 30%, and particularly preferably 1 to 20% in terms of mol% based on the monomer amount of the polymer forming the film.
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物に含まれる全固形分濃度は、好ましくは0.1〜50質量%であり、より好ましくは0.5〜15質量%であり、特に好ましくは1〜10質量%である。 The total solid content concentration contained in the composition for forming an etching stopper film of the present invention is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.5 to 15% by mass, and particularly preferably 1 to 10%. % By mass.
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物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。組成物中の金属濃度は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好ましくは30ppm以下、より好ましくは3ppm以下、特に好ましくは300ppb以下である。また、遷移金属に関し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で得られた膜の誘電率を上げてしまうという観点から、含有量がより少ないほうがよく、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。
エッチングストッパー膜形成用組成物の金属濃度は本発明の当該組成物より得られた塗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100×1010cm−2以下が好ましく、より好ましくは50×1010cm−2以下、特に好ましくは10×1010cm−2以下である。また、ハロゲンであるBrも観測可能であり、残存量は10000×1010cm−2以下が好ましく、より好ましくは1000×1010cm−2以下、特に好ましくは400×1010cm−2以下である。また、ハロゲンとしてClも観測可能であるが、CVD装置、エッチング装置等へダメージを与えるという観点から残存量は100×1010cm−2以下が好ましく、より好ましくは50×1010cm−2以下、特に好ましくは10×1010cm−2以下である。
The composition for forming an etching stopper film of the present invention preferably has a sufficiently low metal content as an impurity. The metal concentration in the composition can be measured with high sensitivity by the ICP-MS method, and the metal content other than the transition metal in that case is preferably 30 ppm or less, more preferably 3 ppm or less, and particularly preferably 300 ppb or less. . In addition, the transition metal has a high catalytic ability to promote oxidation, and from the viewpoint of increasing the dielectric constant of the film obtained in the present invention by an oxidation reaction in the prebaking and thermosetting processes, the content is preferably smaller. Preferably it is 10 ppm or less, More preferably, it is 1 ppm or less, Most preferably, it is 100 ppb or less.
The metal concentration of the composition for forming an etching stopper film can also be evaluated by performing total reflection fluorescent X-ray measurement on a coating film obtained from the composition of the present invention. When W line is used as the X-ray source, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and Pd can be observed as metal elements, each of which is 100 × 10 10 cm −2 or less. Is more preferably 50 × 10 10 cm −2 or less, and particularly preferably 10 × 10 10 cm −2 or less. Moreover, Br which is halogen can also be observed, and the residual amount is preferably 10000 × 10 10 cm −2 or less, more preferably 1000 × 10 10 cm −2 or less, and particularly preferably 400 × 10 10 cm −2 or less. is there. Further, although Cl can be observed as halogen, the remaining amount is preferably 100 × 10 10 cm −2 or less, more preferably 50 × 10 10 cm −2 or less from the viewpoint of damaging the CVD apparatus, the etching apparatus, and the like. Particularly preferably, it is 10 × 10 10 cm −2 or less.
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物からは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、溶剤を加熱処理で除去することにより塗膜を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い。特に好ましくは,スピンコーティング法によるものである。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(東京エレクトロン製),D-スピンシリーズ(大日本スクリーン製),SSシリーズあるいはCSシリーズ(東京応化工業製)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1300rpm程度の回転速度が好ましい。また組成物溶液の吐出方法においては,回転する基板上に組成物溶液を吐出する動的吐出,静止した基板上へ組成物溶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,組成物の消費量を抑制する観点より,予備的に組成物の主溶剤のみを基板上に吐出して液膜を形成した後,その上から組成物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。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(東京エレクトロン製),D-スピンシリーズ(大日本スクリーン製),SSシリーズあるいはCSシリーズ(東京応化工業製)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(東京エレクトロン製)等が好ましく使用できる。 From the composition for forming an etching stopper film according to the present invention, a coating film is formed by applying a solvent to the substrate by applying a spin coating method, a roller coating method, a dip coating method, a scanning method or the like, and then removing the solvent by a heat treatment. Can be formed. As a method of applying to the substrate, a spin coating method or a scanning method is preferable. Particularly preferred is the spin coating method. For spin coating, commercially available equipment can be used. For example, the clean track series (manufactured by Tokyo Electron), D-Spin series (manufactured by Dainippon Screen), SS series or CS series (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo) can be preferably used. The spin coating conditions may be any rotational speed, but from the viewpoint of in-plane uniformity of the film, a rotational speed of about 1300 rpm is preferable for a 300 mm silicon substrate. In addition, the composition solution discharging method may be either dynamic discharge in which the composition solution is discharged onto a rotating substrate or static discharge in which the composition solution is discharged onto a stationary substrate. From the viewpoint of performance, dynamic ejection is preferable. Further, from the viewpoint of suppressing the consumption of the composition, it is also possible to use a method in which only the main solvent of the composition is preliminarily ejected onto the substrate to form a liquid film, and then the composition is ejected from there. it can. The spin coating time is not particularly limited, but is preferably within 180 seconds from the viewpoint of throughput. Further, from the viewpoint of transporting the substrate, it is also preferable to perform processing (edge rinse, back rinse) so as not to leave the film at the edge portion of the substrate. The heat treatment method is not particularly limited, but generally used hot plate heating, heating method using a furnace, light irradiation heating using a xenon lamp by RTP (Rapid Thermal Processor), etc. are applied. Can do. A heating method using hot plate heating or furnace is preferable. A commercially available device can be preferably used as the hot plate, and the clean track series (manufactured by Tokyo Electron), D-Spin series (manufactured by Dainippon Screen), SS series or CS series (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo) can be preferably used. As the furnace, α series (manufactured by Tokyo Electron) and the like can be preferably used.
本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物に含まれるヒドロシリル化重合体(A)は基盤上に塗布した後に加熱処理することによって硬化させることが特に好ましい。例えばヒドロシリル化重合体(A)に残存する炭素三重結合や二重結合の後加熱時の重合反応が利用できる。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。後加熱処理は数回に分けて行っても良い。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。 It is particularly preferable that the hydrosilylated polymer (A) contained in the composition for forming an etching stopper film of the present invention is cured by heat treatment after coating on the substrate. For example, a polymerization reaction during post-heating of the carbon triple bond or double bond remaining in the hydrosilylated polymer (A) can be used. The conditions for this post-heat treatment are preferably 100 to 450 ° C., more preferably 200 to 420 ° C., particularly preferably 350 to 400 ° C., preferably 1 minute to 2 hours, more preferably 10 minutes to 1.5 ° C. Time, particularly preferably in the range of 30 minutes to 1 hour. The post-heating treatment may be performed in several times. Further, this post-heating is particularly preferably performed in a nitrogen atmosphere in order to prevent thermal oxidation by oxygen.
また、本発明では加熱処理ではなく高エネルギー線を照射することで重合体中に残存する炭素三重結合もしくは二重結合の重合反応を起こして硬化させても良い。高エネルギー線とは、電子線、紫外線、X線などが挙げられるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。
高エネルギー線として、電子線を使用した場合のエネルギーは0〜50keVが好ましく、より好ましくは0〜30keV、特に好ましくは0〜20keVである。電子線の総ドーズ量は好ましくは0〜5μC/cm 2 、より好ましくは0〜2μC/cm2 、特に好ましくは0〜1μC/cm2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、より好ましくは0〜400℃、特に好ましくは0〜350℃である。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。本発明の重合物の酸化を防止するという観点から、基盤周囲の雰囲気は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。
Moreover, in this invention, you may make it harden | cure by causing the polymerization reaction of the carbon triple bond or double bond which remain | survives in a polymer by irradiating a high energy ray instead of heat processing. Examples of high energy rays include electron beams, ultraviolet rays, and X-rays, but are not particularly limited to these methods.
The energy when an electron beam is used as the high energy beam is preferably 0 to 50 keV, more preferably 0 to 30 keV, and particularly preferably 0 to 20 keV. The total dose of the electron beam is preferably 0 to 5 μC / cm 2 , more preferably 0 to 2 μC / cm 2 , and particularly preferably 0 to 1 μC / cm 2 . The substrate temperature at the time of irradiation with an electron beam is preferably 0 to 450 ° C, more preferably 0 to 400 ° C, and particularly preferably 0 to 350 ° C. The pressure is preferably 0 to 133 kPa, more preferably 0 to 60 kPa, and particularly preferably 0 to 20 kPa. From the viewpoint of preventing oxidation of the polymer of the present invention, the atmosphere around the substrate is preferably an inert atmosphere such as Ar, He, or nitrogen. Further, a gas such as oxygen, hydrocarbon, or ammonia may be added for the purpose of reaction with plasma, electromagnetic waves, or chemical species generated by interaction with an electron beam. The electron beam irradiation in the present invention may be performed a plurality of times. In this case, the electron beam irradiation conditions need not be the same each time, and may be performed under different conditions each time.
高エネルギー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160〜400nmが好ましく、その出力は基板直上において0.1〜2000mWcm−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、より好ましくは250〜400℃、特に好ましくは250〜350℃である。本発明の重合物の酸化を防止するという観点から、基盤周囲の雰囲気は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。 Ultraviolet rays may be used as the high energy rays. The irradiation wavelength region when ultraviolet rays are used is preferably 160 to 400 nm, and the output is preferably 0.1 to 2000 mWcm −2 immediately above the substrate. The substrate temperature at the time of ultraviolet irradiation is preferably 250 to 450 ° C., more preferably 250 to 400 ° C., and particularly preferably 250 to 350 ° C. From the viewpoint of preventing oxidation of the polymer of the present invention, the atmosphere around the substrate is preferably an inert atmosphere such as Ar, He, or nitrogen. Further, the pressure at that time is preferably 0 to 133 kPa.
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。 The following examples illustrate the invention and are not intended to limit its scope.
<ヒドロシリル化重合体(A−1)〜(A−5)の合成例>
ペンタシクロ[9.5.1.13,9.15,15.17,13]オクタシロキサン 1.0g(2.36mmol)、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼン 0.656g(2.36mmol)をトルエン240mlに溶解し、白金ジビニルシロキサン(キシレン溶液、ヒュルスPCO72)を24μl加え、室温で3時間反応させ、重量平均分子量25000の重合体(A−1)を得た。ジイン化合物としての1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンの仕込量およびジイン化合物の種類を変更する以外は等合成例と同様の方法にて以下の実施例にて使用するヒドロシリル化重合体(A−2)〜(A−5)を
得た。表1に得られたヒドロシリル化重合体の重量平均分子量および元素分析にて定量した実測炭素含有率(質量%)をまとめて示す。
<Synthesis Example of Hydrosilylated Polymers (A-1) to (A-5)>
Pentacyclo [9.5.1.1 3,9 . 1 5,15 . 1 7,13] octasiloxane 1.0 g (2.36 mmol), 1,3-bis (phenylethynyl) benzene 0.656 g (2.36 mmol) was dissolved in toluene 240 ml, platinum divinyl siloxane (xylene solution, Huls PCO72 ) Was added and reacted at room temperature for 3 hours to obtain a polymer (A-1) having a weight average molecular weight of 25,000. The hydrosilylation polymer (A) used in the following examples in the same manner as in the synthesis examples except that the amount of 1,3-bis (phenylethynyl) benzene as the diyne compound and the type of diyne compound were changed. -2) to (A-5) were obtained. Table 1 summarizes the weight average molecular weight of the hydrosilylated polymer obtained and the measured carbon content (mass%) determined by elemental analysis.
<エッチングストッパー膜形成用組成物の調製>
上記合成例にて得られた各重合体を固形分10質量%となるよう溶剤に完全溶解させて塗布液を調製した。この塗布液を孔径0.01μmの濾過フィルターを通じて濾過を行い、エッチングストッパー膜形成用塗布液を得た。
<Preparation of composition for forming etching stopper film>
Each polymer obtained in the above synthesis example was completely dissolved in a solvent so as to have a solid content of 10% by mass to prepare a coating solution. This coating solution was filtered through a filter having a pore size of 0.01 μm to obtain a coating solution for forming an etching stopper film.
<層間絶縁膜形成用有機ポリマーの合成例>
3,3'-(オキシジ-1,4- フェニレン)ビス(2,4,5-トリフェニルシクロペンタジエノン)(782.4g、1.0モル)、および1,3,5-トリス(フェニルエチニル)ベンゼン(378.2g(1.00モル))を4リットルのγ−ブチロラクトンに溶解させ、当溶液をフラスコ内に加えた。このフラスコ内を窒素置換した上で、溶液を200℃に加熱攪拌した。12時間加熱後、室温まで冷却した溶液を5リットルのエタノールに加えた。この時に析出して得られる粉状固体として3,3'-(オキシジ-1,4- フェニレン)ビス(2,4,5-トリフェニルシクロペンタジエノン)と1,3,5-トリス(フェニルエチニル)ベンゼンのDiels-Alder反応体としての重合体(P)を得た。
<Synthesis example of organic polymer for interlayer insulating film formation>
3,3 '-(oxydi-1,4-phenylene) bis (2,4,5-triphenylcyclopentadienone) (782.4 g, 1.0 mol), and 1,3,5-tris (phenylethynyl) benzene (378.2 g (1.00 mol)) was dissolved in 4 liters of γ-butyrolactone, and this solution was added to the flask. The flask was purged with nitrogen, and the solution was heated and stirred at 200 ° C. After heating for 12 hours, the solution cooled to room temperature was added to 5 liters of ethanol. As the powdered solid obtained by precipitation at this time, 3,3 '-(oxydi-1,4-phenylene) bis (2,4,5-triphenylcyclopentadienone) and 1,3,5-tris (phenyl) A polymer (P) was obtained as a Diels-Alder reactant of ethynyl) benzene.
<有機系層間絶縁膜形成用組成物の調製>
上記有機ポリマー合成例にて得られた重合体(P)を固形分5質量%となるようシクロヘキサノンに完全溶解させた。当溶液を孔径0.01μmの濾過フィルターを通じて濾過を行い、有機ポリマー絶縁膜形成用塗布液(以下、「塗布液−O」)を得た。
<Preparation of composition for forming organic interlayer insulating film>
The polymer (P) obtained in the organic polymer synthesis example was completely dissolved in cyclohexanone so as to have a solid content of 5% by mass. The solution was filtered through a filter having a pore size of 0.01 μm to obtain a coating solution for forming an organic polymer insulating film (hereinafter referred to as “coating solution-O”).
<比誘電率の測定>
基板抵抗値7 Ω/cmの8インチベアシリコンウェハー上に、上記要領にて調製した各種エッチングストッパー塗布液からスピン塗布により塗膜を形成した。塗布後の膜を110℃60秒間、続いて200℃60秒ベークを行った後、窒素置換した400℃のクリーンオーブン内にて1時間焼成することで膜厚100nmの塗布膜を得た。得られた膜の比誘電率をフォーディメンジョンズ製水銀プローバおよび横川ヒューレットパッカード製のHP4285ALCRメーターを用いて1MHzにおける電気容量値から算出した。
<Measurement of relative permittivity>
A coating film was formed on an 8-inch bare silicon wafer having a substrate resistance value of 7 Ω / cm by spin coating from various etching stopper coating solutions prepared as described above. The coated film was baked at 110 ° C. for 60 seconds, followed by 200 ° C. for 60 seconds, and then baked for 1 hour in a 400 ° C. clean oven purged with nitrogen to obtain a coated film having a thickness of 100 nm. The relative dielectric constant of the obtained film was calculated from the capacitance value at 1 MHz using a mercury probe manufactured by Four Dimensions and an HP4285ALCR meter manufactured by Yokogawa Hewlett-Packard.
<エッチング選択比の評価>
ベアシリコンウェハー上に、上記要領にて調製した各種エッチングストッパー塗布液からスピン塗布により塗膜を形成した。塗布後の膜を110℃60秒間、続いて200℃60秒ベークを行った後、窒素置換した400℃のクリーンオーブン内にて1時間焼成することで膜厚100nmのエッチングストッパー膜を得た。
<Evaluation of etching selectivity>
A coating film was formed on a bare silicon wafer by spin coating from various etching stopper coating solutions prepared as described above. The coated film was baked at 110 ° C. for 60 seconds, then at 200 ° C. for 60 seconds, and then baked in a 400 ° C. clean oven purged with nitrogen for 1 hour to obtain an etching stopper film having a thickness of 100 nm.
得られたエッチングストッパー膜について、無機系層間絶縁膜のエッチング条件(フルオロカーボンを主体とするガス種、以下「無機系エッチング条件」と呼ぶ。)でエッチングを行い、単位時間あたりにエッチングされた膜厚FTAを膜厚計にて測定した。同じく無機系エッチング条件にて、PECVD−SiOC膜のエッチングを行い、単位時間あたりにエッチングされた膜厚FTBを膜厚計で測定した。この時、FTB/FTAを無機系エッチング条件におけるエッチング選択比Aとした。 The obtained etching stopper film was etched under the etching conditions of the inorganic interlayer insulating film (gas species mainly composed of fluorocarbon, hereinafter referred to as “inorganic etching conditions”), and the film thickness etched per unit time FT A was measured with a film thickness meter. Also in the inorganic-based etching conditions, etching of PECVD-SiOC film was measured thickness FT B etched per unit time, the film thickness meter. At this time, FT B / FT A was set to an etching selectivity A under inorganic etching conditions.
更に得られたエッチングストッパー膜について、有機系層間絶縁膜のエッチング条件(アンモニアを主体とするガス種、以下「有機系エッチング条件」と呼ぶ。)でエッチングを行い、単位時間あたりにエッチングされた膜厚FTCを膜厚計にて測定した。同じ有機系エッチング条件にて、上述の「塗布液−O」から得られた有機ポリマー層間絶縁膜のエッチングを行い、単位時間あたりにエッチングされた膜厚FTDを膜厚計で測定した。この時、(FTD/FTC)を有機系エッチング条件におけるエッチング選択比Bとした。 Further, the obtained etching stopper film is etched under the etching conditions of the organic interlayer insulating film (gas species mainly composed of ammonia, hereinafter referred to as “organic etching conditions”), and is etched per unit time. the thickness FT C was measured by a film thickness meter. At the same organic-based etching conditions, etching of organic polymer interlayer insulating film obtained from the "coating solution -O" described above, was measured thickness FT D etched per unit time, the film thickness meter. At this time, (FT D / FT C ) was set as an etching selectivity B under organic etching conditions.
下記表1に評価結果を纏めて示す。 The evaluation results are summarized in Table 1 below.
プラズマCVD法で形成されるSiN、SiC、SiCN等の膜誘電率はそれぞれ7、3〜4、5〜6程度であるが、表1に示すように、本発明のエッチングストッパー膜形成用組成物より作成されるエッチングストッパー膜は比誘電率が3以下と低く、無機系層間絶縁膜、有機系層間絶縁膜の両者と充分なエッチング選択比を有していることが判る。 The film dielectric constants of SiN, SiC, SiCN, etc. formed by the plasma CVD method are about 7, 3-4, and 5-6, respectively. As shown in Table 1, the composition for forming an etching stopper film of the present invention is shown in Table 1. It can be seen that the etching stopper film produced has a low relative dielectric constant of 3 or less and has a sufficient etching selectivity with both the inorganic interlayer insulating film and the organic interlayer insulating film.
Claims (4)
(HSiO3/2)n(R1SiO3/2)m ・・・(1)
R’(−C≡C−R2)k ・・・(2)
一般式(1)において、R1は1価の有機基を表す。
nは1〜20の整数、mは0〜19の整数を表す。また、n+mは4〜20の整数である。
一般式(2)において、R2は1価の有機基を表し、R’はk価の有機基を表す。
kは1〜6から選ばれる整数を表す。 Etching stopper film forming composition comprising hydrosilated polymer (A) obtained by reaction with hydridosilsesquioxane represented by the following general formula (1) and polyyne compound represented by the following general formula (2) object.
(HSiO 3/2 ) n (R 1 SiO 3/2 ) m (1)
R ′ (— C≡C—R 2 ) k (2)
In the general formula (1), R 1 represents a monovalent organic group.
n represents an integer of 1 to 20, and m represents an integer of 0 to 19. N + m is an integer of 4 to 20.
In the general formula (2), R 2 represents a monovalent organic group, and R ′ represents a k-valent organic group.
k represents an integer selected from 1 to 6.
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