JP2012182229A - Semiconductor device manufacturing method, insulation film and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、絶縁膜および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, an insulating film, and a semiconductor device.
電子材料分野においては、半導体デバイスの高集積化、高速化、高性能化が進むにしたがって、半導体集積回路の配線間抵抗の増大や電気容量の増大による遅延時間が大きな問題となってきている。この遅延時間を減少させ、半導体デバイスをより高速化させるためには、低誘電率の層間絶縁膜(絶縁膜)を回路に用いることが必要である。 In the field of electronic materials, as semiconductor devices become more highly integrated, faster and have higher performance, delay time due to increased resistance between wires and increased capacitance of semiconductor integrated circuits has become a major problem. In order to reduce the delay time and increase the speed of the semiconductor device, it is necessary to use an interlayer insulating film (insulating film) having a low dielectric constant for the circuit.
半導体装置の製造においては、層間絶縁膜(絶縁膜)のパターニングが必要であるが、当該パターニングは、通常、窒素系ガス(窒素と水素との混合ガスや、アンモニアガス)を用いたプラズマエッチングにより行われているが、当該プラズマエッチングにより、層間絶縁膜(絶縁膜)の誘電率が高くなるという問題があった。このような問題は、特に、シロキサン骨格を有する化合物で構成された無機系の層間絶縁膜(絶縁膜)において顕著であり、このような問題を解決する目的で、プラズマエッチングによりダメージを受けた層間絶縁膜(絶縁膜)にシラン化合物を含む組成物を用いることで、ダメージを修復する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the manufacture of a semiconductor device, patterning of an interlayer insulating film (insulating film) is necessary, but the patterning is usually performed by plasma etching using a nitrogen-based gas (a mixed gas of nitrogen and hydrogen or ammonia gas). However, there is a problem that the dielectric constant of the interlayer insulating film (insulating film) is increased by the plasma etching. Such a problem is particularly noticeable in an inorganic interlayer insulating film (insulating film) composed of a compound having a siloxane skeleton. In order to solve such a problem, an interlayer damaged by plasma etching is considered. A technique for repairing damage by using a composition containing a silane compound for an insulating film (insulating film) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上記のような層間絶縁膜(絶縁膜)の誘電率の上昇という問題は、有機化合物(特に、Siを基本骨格に有さない化合物)で構成された有機系の層間絶縁膜(絶縁膜)においては、シロキサン骨格を有する化合物で構成された無機系の層間絶縁膜(絶縁膜)に比べて小さく、これまで、考慮されてこなかった。 The problem of an increase in the dielectric constant of the interlayer insulating film (insulating film) as described above is that an organic interlayer insulating film (insulating film) composed of an organic compound (especially a compound not containing Si as a basic skeleton) Is smaller than an inorganic interlayer insulating film (insulating film) composed of a compound having a siloxane skeleton, and has not been considered so far.
しかしながら、有機系の層間絶縁膜(絶縁膜)についても、半導体装置のさらなる性能・信頼性の向上のためには、さらなる誘電率の低下が必要である。 However, the organic interlayer insulating film (insulating film) also requires a further decrease in dielectric constant in order to improve the performance and reliability of the semiconductor device.
本発明の目的は、Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成された絶縁膜を備え、誘電率の増大の問題が防止された信頼性の高い半導体装置を提供すること、当該半導体装置を効率よく製造することができる製造方法を提供すること、また、前記半導体装置の製造に好適に用いることができる絶縁膜を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an insulating film made of a material containing a polymer of a polymerizable compound, which is an organic compound having a chemical structure not containing Si, and has a high reliability in which the problem of an increase in dielectric constant is prevented. An object of the present invention is to provide a semiconductor device, to provide a manufacturing method capable of efficiently manufacturing the semiconductor device, and to provide an insulating film that can be suitably used for manufacturing the semiconductor device.
このような目的は、下記(1)〜(12)に記載の本発明により達成される。
(1) 素子が形成された半導体基板を被覆するように、Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成された絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
窒素系ガスを用いて前記絶縁膜をプラズマエッチングする窒素系エッチング工程と、
前記窒素系エッチング工程が施された前記絶縁膜の酸素含有率を低減させる酸素含有率低減工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Such an object is achieved by the present invention described in the following (1) to (12).
(1) Insulating film forming step of forming an insulating film made of a material containing a polymer of a polymerizable compound that is an organic compound having a chemical structure not containing Si so as to cover a semiconductor substrate on which an element is formed When,
A nitrogen-based etching step of plasma etching the insulating film using a nitrogen-based gas;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: an oxygen content reduction step for reducing the oxygen content of the insulating film subjected to the nitrogen-based etching step.
(2) 前記絶縁膜形成工程と前記窒素系エッチング工程との間に、前記絶縁膜を被覆するように、レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、フォトマスクを用いて前記レジスト膜に露光・現像処理を施し、前記レジスト膜をパターニングするレジスト膜パターニング工程とを、さらに有する上記(1)に記載の半導体装置の製造方法。 (2) A resist film forming step for forming a resist film so as to cover the insulating film between the insulating film forming step and the nitrogen-based etching step; and exposing the resist film using a photomask. The method for manufacturing a semiconductor device according to (1), further comprising: a resist film patterning step of performing development processing and patterning the resist film.
(3) 前記絶縁膜形成工程とレジスト膜形成工程との間に、前記絶縁膜の表面に、SiO、SiN、SiC、SiCNおよびSiOCよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で構成されたキャップ層を形成するキャップ層形成工程をさらに有する上記(2)に記載の半導体装置の製造方法。 (3) Between the insulating film forming step and the resist film forming step, the surface of the insulating film is made of at least one material selected from the group consisting of SiO, SiN, SiC, SiCN and SiOC. The method for manufacturing a semiconductor device according to (2), further including a cap layer forming step of forming a cap layer.
(4) 前記レジスト膜パターニング工程と前記窒素系エッチング工程との間に、前記レジスト膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いて前記キャップ層をエッチングするフッ素系エッチング工程をさらに有する上記(3)に記載の半導体装置の製造方法。 (4) The above (3) further comprising a fluorine-based etching step of etching the cap layer using a fluorine-based gas with the resist film as a mask between the resist film patterning step and the nitrogen-based etching step. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
(5) 前記酸素含有率低減工程の後に、前記絶縁膜が設けられた面側に、配線層の構成成分の拡散を防止するバリアメタル層を形成するバリアメタル層形成工程をさらに有する上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 (5) The above-mentioned (1) further comprising a barrier metal layer forming step of forming a barrier metal layer for preventing diffusion of constituent components of the wiring layer on the surface side on which the insulating film is provided after the oxygen content reduction step. ) To (4).
(6) 前記バリアメタル層で被覆された前記絶縁膜の溝部内に前記配線層を形成するとともに、前記バリアメタル層の表面を前記配線層の構成材料で被覆する配線層形成工程をさらに有する上記(5)に記載の半導体装置の製造方法。 (6) The wiring layer forming step of forming the wiring layer in the groove portion of the insulating film covered with the barrier metal layer and further covering the surface of the barrier metal layer with the constituent material of the wiring layer. (5) The manufacturing method of the semiconductor device as described in (5).
(7) 前記配線層の構成材料で構成され前記溝部の外部に設けられた部分をCMP法による研磨により除去する研磨工程をさらに有する上記(6)に記載の半導体装置の製造方法。 (7) The method of manufacturing a semiconductor device according to (6), further including a polishing step of removing a portion formed of the constituent material of the wiring layer and provided outside the groove by polishing using a CMP method.
(8) 前記酸素含有率低減工程では、H2およびHeを含む雰囲気中でプラズマ処理を行う上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 (8) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (1) to (7), wherein in the oxygen content reduction step, plasma treatment is performed in an atmosphere containing H 2 and He.
(9) 前記酸素含有率低減工程後の前記絶縁膜の表面付近のO(酸素原子)含有率が5.4原子%以下である上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 (9) The semiconductor device according to any one of (1) to (8), wherein an O (oxygen atom) content in the vicinity of the surface of the insulating film after the oxygen content reduction step is 5.4 atomic% or less. Manufacturing method.
(10) Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成され、プラズマエッチング処理された絶縁膜であって、
表面付近の酸素含有率が5.4原子%以下であることを特徴とする絶縁膜。
(10) An insulating film composed of a material containing a polymer of a polymerizable compound that is an organic compound having a chemical structure not containing Si, and subjected to plasma etching,
An insulating film having an oxygen content near the surface of 5.4 atomic% or less.
(11) 上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の方法を用いて製造されたことを特徴とする半導体装置。 (11) A semiconductor device manufactured using the method according to any one of (1) to (9).
(12) 上記(10)に記載の絶縁膜を備えたことを特徴とする半導体装置。 (12) A semiconductor device comprising the insulating film according to (10).
本発明によれば、Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成された絶縁膜を備え、誘電率の増大の問題が防止された信頼性の高い半導体装置を提供すること、当該半導体装置を効率よく製造することができる製造方法を提供すること、また、前記半導体装置の製造に好適に用いることができる絶縁膜を提供することができる。 According to the present invention, an insulating film made of a material containing a polymer of a polymerizable compound, which is an organic compound having a chemical structure that does not contain Si, is provided and is highly reliable in which the problem of increase in dielectric constant is prevented. It is possible to provide a semiconductor device, to provide a manufacturing method capable of efficiently manufacturing the semiconductor device, and to provide an insulating film that can be suitably used for manufacturing the semiconductor device.
以下、本発明について詳細に説明する。
<半導体装置の製造方法>
まず、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。図1〜図3は、半導体装置の製造方法の好適な実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図1〜図3中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
First, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described. 1 to 3 are longitudinal sectional views showing a preferred embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device. In the following description, the upper side in FIGS. 1 to 3 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図1〜図3に示すように、本実施形態の製造方法は、素子が形成された半導体基板1を用意する半導体基板用意工程(1a)と、半導体基板1の表面にケイ素含有膜2を形成するケイ素含有膜形成工程(1b)と、ケイ素含有膜2の表面にSiを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成された絶縁膜(層間絶縁膜)3を形成する絶縁膜形成工程(1c)と、絶縁膜3の表面に、SiO、SiN、SiC、SiCNおよびSiOCよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で構成されたキャップ層4を形成するキャップ層形成工程(1d)と、キャップ層4の表面にレジスト膜8を形成するレジスト膜形成工程(1e)と、フォトマスクを用いてレジスト膜8に露光・現像処理を施し、レジスト膜8をパターニングするレジスト膜パターニング工程(1f)と、レジスト膜8をマスクとして、フッ素系ガスを用いてキャップ層4をエッチングするフッ素系エッチング工程(1g)と、キャップ層4をマスクとして、窒素系ガスを用いて絶縁膜3をプラズマエッチングし、開口部(溝部)を形成する窒素系エッチング工程(1h)と、窒素系エッチング工程が施された絶縁膜3の酸素含有率を低減させる酸素含有率低減工程(1i)と、絶縁膜3が設けられた面側に、後述する配線層7の構成成分の拡散を防止するバリアメタル層6を形成するバリアメタル層形成工程(1j)と、バリアメタル層6が設けられた面側に配線層7の構成材料を被覆し、バリアメタル層6で被覆された絶縁膜3の溝部内に配線層7を形成するとともに、バリアメタル層6の表面(半導体基板1の主面に平行な面)を配線層7の構成材料で被覆する配線層形成工程(1k)と、配線材料で構成され溝部の外部に設けられた部分をCMP法による研磨により除去する研磨工程(1l)とを有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, in the manufacturing method of the present embodiment, a semiconductor substrate preparation step (1 a) for preparing a
[ケイ素含有膜形成工程]
ケイ素含有膜形成工程は、気相成膜法を用いて好適に行うことができる。なお、本発明において、ケイ素含有膜2は、当業者にバリア膜、エッチストッパー膜として公知の材料を用いればよいが、SiCNやSiCが好適に用いられるものである。
[Silicon-containing film formation process]
The silicon-containing film forming step can be suitably performed using a vapor phase film forming method. In the present invention, the silicon-containing
[絶縁膜形成工程]
絶縁膜形成工程は、ケイ素含有膜2の表面に、スピンナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング等の方法により、膜形成用組成物を付与することにより、好適に行うことができる。
[Insulating film formation process]
The insulating film forming step is performed by applying a film forming composition to the surface of the silicon-containing
そして、ケイ素含有膜2の表面に付与された膜形成用組成物に対し、加熱や活性エネルギー線の照射等の処理(焼成処理)を施すことにより、絶縁膜3を形成することができる。
The
このような焼成処理を行うことにより、膜形成用組成物を構成する重合性化合物や重合性化合物が部分的に重合したプレポリマーが有する未反応の重合性反応基が重合反応し、重合体(硬化物)で構成された絶縁膜3が得られる。
By performing such a baking treatment, the unreacted polymerizable reactive group of the polymerizable compound constituting the film-forming composition or the prepolymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound undergoes a polymerization reaction, and the polymer ( An
焼成処理に先立ち、例えば、ケイ素含有膜2上に付与された膜形成用組成物から溶媒を除去する処理(脱溶媒処理)を施してもよい。このような脱溶媒処理は、例えば、加熱処理、減圧処理などにより行うことができる。
Prior to the baking treatment, for example, a treatment (desolvation treatment) for removing the solvent from the film-forming composition applied on the silicon-containing
焼成処理は、例えば、処理温度:200〜450℃、処理時間:1〜60分間という条件で行うのが好ましく、処理温度:250〜400℃、処理時間:5〜30分間という条件で行うのがより好ましい。また、焼成工程では、異なる条件の加熱処理を組み合わせて行ってもよい。 The baking treatment is preferably performed under conditions of, for example, a processing temperature: 200 to 450 ° C. and a processing time of 1 to 60 minutes, and a processing temperature of 250 to 400 ° C. and a processing time of 5 to 30 minutes. More preferred. In the baking step, heat treatments with different conditions may be combined.
なお、絶縁膜3は、予め、別途ドライフィルムとして用意した樹脂膜(絶縁膜)を、ケイ素含有膜2の上に積層するように形成することもできる。より具体的には、予め、膜形成用組成物を用いて、部材上に樹脂膜(絶縁膜)を形成して乾燥し、ドライフィルムを得、このドライフィルムを前記部材から剥離し、これを、ケイ素含有膜2の上に、積層して、加熱および/または放射線を照射することにより、絶縁膜3を形成してもよい。
The insulating
本工程においてケイ素含有膜2上に形成する絶縁膜3は、Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成されたものである。このような絶縁膜は、Siを含む化学構造を有する化合物(特に、Siを基本骨格に有するポリシロキサン化合物)で構成された絶縁膜に比べて、ケイ素含有膜2およびキャップ層4とエッチング速度差が大きく、半導体装置製造工程において加工性に優れるという特徴を有している。
The insulating
本工程で形成される絶縁膜3の誘電率は、2.80以下であるのが好ましく、2.40以下であるのがより好ましく、2.30以下であるのがさらに好ましい。これにより、半導体デバイスのさらなる高速化を図ることができる。なお、絶縁膜3の誘電率は、例えば、日本エス・エス・エム(株)製、自動水銀プローブCV測定装置SSM495等を用いて求めることができる。
なお、絶縁膜3の形成に用いる組成物(膜形成用組成物)については、後に詳述する。
The dielectric constant of the insulating
The composition (film forming composition) used for forming the insulating
また、絶縁膜3の膜厚は、0.03〜20μmであるのが好ましく、0.04〜10μmであるのがより好ましく、0.05〜0.7μmであるのがさらに好ましい。これにより、パターニングされた絶縁膜3の信頼性、絶縁膜3を用いて製造される半導体装置100の信頼性を特に高いものとすることができる。これに対し、絶縁膜3の膜厚が前記下限値未満であると、ピンホールの発生や膜厚の不本意なばらつきが生じやすくなる。また、絶縁膜3の膜厚が前記上限値を超えると、半導体装置の製造工程中の加熱処理によって絶縁膜3にクラックが生じやすくなる。
The thickness of the insulating
[キャップ層形成工程]
キャップ層形成工程で形成するキャップ層4は、SiO、SiN、SiC、SiCNおよびSiOCよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で構成されたものである。
キャップ層形成工程は、気相成膜法を用いて好適に行うことができる。
[Cap layer forming step]
The cap layer 4 formed in the cap layer forming step is composed of at least one material selected from the group consisting of SiO, SiN, SiC, SiCN, and SiOC.
The cap layer forming step can be suitably performed using a vapor phase film forming method.
[レジスト膜形成工程]
レジスト膜形成工程は、例えば、各種塗布法を用いて行うことができるが、中でも、スピンナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング等による方法を好適に適用することができる。
[Resist film forming step]
The resist film forming step can be performed using, for example, various coating methods, and among them, methods such as spin coating using a spinner, spray coating using a spray coater, dipping, printing, roll coating, etc. are preferably applied. can do.
[レジスト膜パターニング工程]
レジスト膜パターニング工程は、通常、一般的なフォトリソ法で行われている露光・現像処理を施すことにより行うことができる。
[Resist film patterning process]
The resist film patterning step can be performed by performing exposure / development processing usually performed by a general photolithography method.
[フッ素系エッチング工程]
フッ素系エッチング工程は、処理ガスとしてCF4のようなフッ素系ガス等を用いたエッチング法(リアクティブイオンエッチング法)により行う。これにより、絶縁膜3がダメージを受けることを防止しつつ、好適にキャップ層4をエッチングすることができる。
[Fluorine etching process]
The fluorine-based etching process is performed by an etching method (reactive ion etching method) using a fluorine-based gas such as CF 4 as a processing gas. Thereby, it is possible to suitably etch the cap layer 4 while preventing the insulating
[窒素系エッチング工程]
窒素系エッチング工程は、処理ガスとして窒素系ガス(窒素と水素との混合ガスや、アンモニアガス)等を用いたエッチング法(リアクティブイオンエッチング法)により行う。通常、本工程においては、絶縁膜3のエッチングとともに、キャップ層4上のレジスト膜8をアッシングにより除去することができる。
[Nitrogen etching process]
The nitrogen-based etching step is performed by an etching method (reactive ion etching method) using a nitrogen-based gas (a mixed gas of nitrogen and hydrogen or ammonia gas) as a processing gas. Usually, in this step, the resist
[酸素含有率低減工程]
ところで、上記のような窒素系ガス(窒素と水素との混合ガスや、アンモニアガス)等を用いたエッチング(窒素系エッチング)を行った場合、絶縁膜がダメージを受け、誘電率が増大してしまうという問題があることが知られていた。
[Oxygen content reduction step]
By the way, when etching (nitrogen-based etching) using the above-described nitrogen-based gas (mixed gas of nitrogen and hydrogen or ammonia gas) is performed, the insulating film is damaged and the dielectric constant increases. It was known that there was a problem of end.
そこで、本発明者は、窒素系エッチングによるダメージを受け、誘電率が増大してしまった絶縁膜の誘電率を、再び低いものとすることを目的として、鋭意研究を行った。その結果、窒素系エッチングを施すことにより絶縁膜における酸素原子の含有率が増大し、これにより、絶縁膜の誘電率が増大するものと考えられること、また、窒素系エッチングを処理を施した絶縁膜に対し、絶縁膜の酸素含有率を低減させる処理を施すことにより、上記目的を達成できることを見出した。なお、窒素系エッチングを施すことにより絶縁膜における酸素原子の含有率が増大するのは、窒素系エッチングを施すことにより絶縁膜のラジカル濃度が高まり、その状態が比較的長期にわたって保持されるため、窒素系エッチングを施した後に絶縁膜を大気中に開放した際に、当該ラジカルが空気中に含まれる酸素(O2)と反応すること等によるものであると考えられる。 Therefore, the present inventor has intensively studied for the purpose of reducing the dielectric constant of the insulating film, which has been damaged by nitrogen-based etching and whose dielectric constant has increased, again. As a result, the nitrogen-based etching increases the content of oxygen atoms in the insulating film, which is considered to increase the dielectric constant of the insulating film, and the insulating film that has been treated with nitrogen-based etching. It has been found that the above object can be achieved by subjecting the film to a treatment for reducing the oxygen content of the insulating film. Note that the content of oxygen atoms in the insulating film increases by performing nitrogen-based etching because the radical concentration of the insulating film increases by performing nitrogen-based etching, and the state is maintained for a relatively long period of time. This is considered to be due to the reaction of the radicals with oxygen (O 2 ) contained in the air when the insulating film is opened to the atmosphere after nitrogen etching.
本工程(酸素含有率低減工程)で行う酸素含有率低減処理は、絶縁膜3の酸素含有率を低減させるものであればいかなるものであってもよいが、例えば、H2およびHeを含む雰囲気中で行うプラズマ処理、H2およびArを含む雰囲気中で行うプラズマ処理、H2およびNeを含む雰囲気中で行うプラズマ処理、H2単独雰囲気中で行うプラズマ処理、H2およびHeを含む雰囲気中で行う熱処理、H2およびArを含む雰囲気中で行う熱処理、H2およびN2を含む雰囲気中で行う熱処理、H2単独雰囲気中で行う熱処理等が挙げられる。中でも、本工程(酸素含有率低減工程)で行う酸素含有率低減処理は、H2およびHeを含む雰囲気中で行うプラズマ処理(以下、「H2Heプラズマ処理」ともいう)であるのが好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
The oxygen content reduction process performed in this process (oxygen content reduction process) may be any process as long as the oxygen content of the insulating
酸素含有率低減処理での処理温度は、150〜400℃であるのが好ましく、200〜380℃であるのがより好ましく、250〜370℃であるのがさらに好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
The treatment temperature in the oxygen content reduction treatment is preferably 150 to 400 ° C, more preferably 200 to 380 ° C, and further preferably 250 to 370 ° C. Thereby, the oxygen content of the insulating
酸素含有率低減処理の処理時間は、5〜60秒であるのが好ましく、10〜50秒であるのがより好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
The treatment time for the oxygen content reduction treatment is preferably 5 to 60 seconds, and more preferably 10 to 50 seconds. Thereby, the oxygen content of the insulating
酸素含有率低減処理でのRF top powerは、50〜1000Wであるのが好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
The RF top power in the oxygen content reduction process is preferably 50 to 1000 W. Thereby, the oxygen content of the insulating
また、酸素含有率低減処理でのRF bottom powerは、0〜300Wであるのが好ましく、0〜50Wであるのがより好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
Moreover, it is preferable that RF bottom power in an oxygen content rate reduction process is 0-300W, and it is more preferable that it is 0-50W. Thereby, the oxygen content of the insulating
また、酸素含有率低減処理時の圧力は、1〜400Paであるのが好ましく、1〜300Paであるのがより好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
Moreover, it is preferable that the pressure at the time of an oxygen content rate reduction process is 1-400 Pa, and it is more preferable that it is 1-300 Pa. Thereby, the oxygen content of the insulating
また、酸素含有率低減処理時における水素ガスの流量は、0.01〜0.80sccmであるのが好ましく、0.04〜0.50sccmであるのがより好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
In addition, the flow rate of hydrogen gas during the oxygen content reduction treatment is preferably 0.01 to 0.80 sccm, and more preferably 0.04 to 0.50 sccm. Thereby, the oxygen content of the insulating
また、酸素含有率低減処理時におけるヘリウムガスの流量は、1〜20sccmであるのが好ましく、2〜10sccmであるのがより好ましい。これにより、容易かつ確実に、絶縁膜3の酸素含有率を特に低いものとすることができる。
In addition, the flow rate of helium gas during the oxygen content reduction treatment is preferably 1 to 20 sccm, and more preferably 2 to 10 sccm. Thereby, the oxygen content of the insulating
本工程は、本工程後の絶縁膜3の表面付近のO(酸素原子)含有率(例えば、表面から5nmを検出深さとしたときのO含有率)が5.4原子%以下となるように行うものであるのが好ましく、4.5原子%以下となるように行うものであるのがより好ましく、3.1原子%以下となるように行うものであるのがさらに好ましい。これにより、パターニングされた絶縁膜3の信頼性、絶縁膜3を用いて製造される半導体装置100の信頼性を特に高いものとすることができる。
In this step, the O (oxygen atom) content in the vicinity of the surface of the insulating
窒素系エッチング工程直後の絶縁膜3の誘電率をk1、本工程(酸素含有率低減工程)直後の絶縁膜3の誘電率をk2としたとき、k1−k2≧0.10の関係を満足するのが好ましく、k1−k2≧0.20の関係を満足するのがより好ましい。これにより、パターニングされた絶縁膜3の信頼性、絶縁膜3を用いて製造される半導体装置100の信頼性を特に高いものとすることができる。
When the dielectric constant of the insulating
また、絶縁膜形成工程直後の絶縁膜3の誘電率をk0、本工程(酸素含有率低減工程)直後の絶縁膜3の誘電率をk2としたとき、k2−k1≦0.10の関係を満足するのが好ましい。これにより、パターニングされた絶縁膜3の信頼性、絶縁膜3を用いて製造される半導体装置100の信頼性を特に高いものとすることができる。
Further, when the dielectric constant of the insulating
本工程後の絶縁膜3の誘電率は、2.90以下であるのが好ましく、2.50以下であるのがより好ましく、2.40以下であるのがさらに好ましく、2.30以下であるのがもっとも好ましい。これにより、半導体デバイスのさらなる高速化を図ることができる。なお、絶縁膜3の誘電率は、例えば、日本エス・エス・エム(株)製、自動水銀プローブCV測定装置SSM495等を用いて求めることができる。
The dielectric constant of the insulating
[バリアメタル層形成工程]
バリアメタル層形成工程は、PVD法等の気相成膜法により行うことができる。
[Barrier metal layer formation process]
The barrier metal layer forming step can be performed by a vapor deposition method such as a PVD method.
バリアメタル層6の構成材料としては、例えば、Ta、Ti、TaN、TiNおよびWNよりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。このような材料を用いることにより、配線層7の構成成分の拡散を防止するバリアメタル層6の機能をより効果的に発揮させることができる。 As a constituent material of the barrier metal layer 6, for example, at least one selected from the group consisting of Ta, Ti, TaN, TiN, and WN can be used. By using such a material, the function of the barrier metal layer 6 that prevents the diffusion of the constituent components of the wiring layer 7 can be more effectively exhibited.
[配線層形成工程]
配線層形成工程は、PVD等の気相成膜法と電界めっき等の湿式めっき法と組み合わせて行うのが好ましい。これにより、配線層7のバリアメタル層6に対する密着性を十分に優れたものとしつつ、配線層7の形成効率を特に優れたものとすることができる。配線層7の構成材料は、特に限定されないが、銅(Cu)が好適に用いられる。
[Wiring layer forming process]
The wiring layer forming step is preferably performed in combination with a vapor deposition method such as PVD and a wet plating method such as electric field plating. Thereby, the formation efficiency of the wiring layer 7 can be made particularly excellent while the adhesion of the wiring layer 7 to the barrier metal layer 6 is sufficiently excellent. The constituent material of the wiring layer 7 is not particularly limited, but copper (Cu) is preferably used.
[研磨工程]
研磨工程は、CMP法(化学機械研磨法)により行う。
[Polishing process]
The polishing step is performed by a CMP method (chemical mechanical polishing method).
研磨工程では、研磨用組成物として、例えば、ポリメチルメタクリレートとジビニルベンゼンの共縮合物で構成された粒子と、過酸化水素と、グリシンと、ベンゾトリアゾールと、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩と、水とを含むもの、ポリオキシエチレンオレイルエーテル硫酸アンモニウム塩と、シュウ酸と、コロイダルシリカと、ベンゾトリアゾールと、過酸化水素と、水とを含むもの等を用いることができる。 In the polishing step, as the polishing composition, for example, particles composed of a cocondensate of polymethyl methacrylate and divinylbenzene, hydrogen peroxide, glycine, benzotriazole, and polyoxyethylene lauryl ether sulfate ammonium salt And those containing water, polyoxyethylene oleyl ether ammonium sulfate, oxalic acid, colloidal silica, benzotriazole, hydrogen peroxide, water, and the like can be used.
本工程においては、例えば、異なる条件の2以上の処理を行ってもよい。
上記のような工程を経て、半導体装置100が得られる。
In this step, for example, two or more processes under different conditions may be performed.
The
以下、絶縁膜3の形成に用いられる膜形成用組成物について詳細に説明する。
絶縁膜3の形成に用いられる組成物(膜形成用組成物)は、Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成された絶縁膜3を形成することができるものであればいかなるものであってもよいが、分子内に、アダマンタン型のかご型構造を含む部分構造Aと、重合反応に寄与する重合性反応基Bとを有する重合性化合物および/または当該重合性化合物が部分的に重合した重合体を含むものであるのが好ましく、特に、以下に述べるような重合性化合物Xおよび/または当該重合性化合物Xが部分的に重合した重合体を含むものであるのが好ましい。これにより、酸素含有率低減工程後における絶縁膜3の誘電率を容易かつ確実に、特に低いものとすることができ、パターニングされた絶縁膜3の信頼性、絶縁膜3を用いて製造される半導体装置100の信頼性を特に高いものとすることができる。
Hereinafter, the film forming composition used for forming the insulating
The composition (film forming composition) used for forming the insulating
以下、分子内に、アダマンタン型のかご型構造を含む部分構造Aと、重合反応に寄与する重合性反応基Bとを有する重合性化合物および/または当該重合性化合物が部分的に重合した重合体、特に、重合性化合物Xおよび/または当該重合性化合物Xが部分的に重合した重合体を含む組成物(膜形成用組成物)について、詳細に説明する。 Hereinafter, a polymerizable compound having a partial structure A including an adamantane cage structure and a polymerizable reactive group B contributing to a polymerization reaction in the molecule and / or a polymer in which the polymerizable compound is partially polymerized In particular, a composition (film forming composition) containing the polymerizable compound X and / or a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound X will be described in detail.
[1]重合性化合物X
重合性化合物Xの重合性反応基Bが、芳香環と、当該芳香環に直接結合するエチニル基またはビニル基とを有するものであり、重合性化合物Xにおいて、前記芳香環由来の炭素の数は、重合性化合物X全体の炭素の数に対して、15%以上、38%以下であるのが好ましく、18%以上、27%以下であるのがより好ましい。これにより、絶縁膜3の誘電率をより低いものとすることができる。また、組成物が上記のような重合性化合物Xを含むものであると、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
[1] Polymerizable compound X
The polymerizable reactive group B of the polymerizable compound X has an aromatic ring and an ethynyl group or a vinyl group directly bonded to the aromatic ring. In the polymerizable compound X, the number of carbons derived from the aromatic ring is The total number of carbon atoms in the polymerizable compound X is preferably 15% or more and 38% or less, more preferably 18% or more and 27% or less. Thereby, the dielectric constant of the insulating
なお、重合性反応基Bが有するエチニル基またはビニル基は、重合性化合物同士が重合する際の重合性基であり、同一の機能を発揮するものであることから、以下では、重合性反応基Bがエチニル基を有する場合について代表的に説明する。 In addition, since the ethynyl group or vinyl group which the polymerizable reactive group B has is a polymerizable group when the polymerizable compounds are polymerized and exhibits the same function, the polymerizable reactive group will be described below. The case where B has an ethynyl group will be described representatively.
以下、部分構造Aおよび重合性反応基Bについて、それぞれ説明する。
[1.1]部分構造A
重合性化合物Xが有する部分構造Aは、アダマンタン型のかご型構造を含むものである。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3を、低密度のものとすることができ、形成される絶縁膜3の誘電率を低いものとすることができる。また、後に詳述するような重合性反応基Bを備える重合性化合物Xの反応性を適切なものとすることができるため、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度を確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきを抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を優れたものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
Hereinafter, the partial structure A and the polymerizable reactive group B will be described.
[1.1] Partial structure A
The partial structure A possessed by the polymerizable compound X includes an adamantane cage structure. Thereby, the insulating
重合性化合物Xが有する部分構造Aとしては、例えば、アダマンタン、ポリアダマンタン(例えば、ビアダマンタン、トリアダマンタン、テトラアダマンタン、ペンタアダマンタン、ヘキサアダマンタン、ヘプタアダマンタン等)、ポリアマンタン(例えば、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン等)、これらの化合物を構成する水素原子の少なくとも一部をアルキル基またはハロゲン原子で置換した化合物等の二価基(上記化合物を構成する2つの水素原子を除いた部分の構造)や、これらの二価基を2つ以上備えたもの(例えば、ビ(ジアマンタン)骨格、トリ(ジアマンタン)骨格、テトラ(ジアマンタン)骨格等の複数のジアマンタン骨格が連なったもの(ポリ(ジアマンタン)骨格を有するもの);ビ(トリアマンタン)骨格、トリ(トリアマンタン)骨格、テトラ(トリアマンタン)骨格等の複数のトリアマンタン骨格が連なったもの(ポリ(トリアマンタン)骨格を有するもの);アダマンタン骨格(またはポリアダマンタン骨格)とポリアマンタン骨格とが連なったもの等)等が挙げられる。以下に、部分構造Aの例の一部を、化学構造式で示すが、部分構造Aはこれらに限定されるものではない。ただし、下記式(A−1)〜式(A−7)中、R1、R2は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン基を示し、l、m、nは、それぞれ独立に、1以上の整数を表す。 Examples of the partial structure A possessed by the polymerizable compound X include adamantane, polyadamantane (eg, biadamantane, triadamantane, tetraadamantane, pentaadamantane, hexaadamantane, heptaadamantane, etc.), polyamantane (eg, diamantane, triamantane, Tetramantane, pentamantane, hexamantane, heptamantane, etc.), divalent groups such as compounds in which at least a part of hydrogen atoms constituting these compounds are substituted with alkyl groups or halogen atoms (two hydrogen atoms constituting the above compounds) A structure having two or more of these divalent groups (for example, a bi (diamantane) skeleton, a tri (diamantane) skeleton, a tetra (diamantane) skeleton, etc.) Things (Poly (Gia (Having a poly (triamantane) skeleton), such as a bi (triamantane) skeleton, a tri (triamantane) skeleton, and a tetra (triamantane) skeleton. An adamantane skeleton (or a polyadamantane skeleton) and a polyamantane skeleton, etc.) and the like. Hereinafter, a part of the example of the partial structure A is shown by a chemical structural formula, but the partial structure A is not limited to these. However, in the following formulas (A-1) to (A-7), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, or a halogen group, and l, m, and n are each independently 1 represents an integer of 1 or more.
また、部分構造Aは、アダマンタン構造を有するものであるのが好ましい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3の誘電率を特に低いものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。
The partial structure A preferably has an adamantane structure. Thereby, the dielectric constant of the insulating
また、アダマンタン構造は、置換基としてメチル基を有するものであるのが好ましい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3の誘電率を特に低いものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。さらに、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3を、所定形状にパターニングするための窒素系エッチング工程におけるエッチングレートを比較的低くすることができる。
The adamantane structure preferably has a methyl group as a substituent. Thereby, the dielectric constant of the insulating
以上のことから、部分構造Aとしては、特に、下記式(2)で示される構造を有するものが特に好適である。なお、下記式(2)中、nは1以上の整数を表す。 From the above, as the partial structure A, one having a structure represented by the following formula (2) is particularly suitable. In the following formula (2), n represents an integer of 1 or more.
かかる構造を有するものを部分構造Aとして選択することにより、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3は、前述した効果をより顕著に発揮するものとなる。
By selecting a structure having such a structure as the partial structure A, the insulating
なお、かかる構成の部分構造Aは、それ自体が対称性を有する構造のものであるのが好ましい。すなわち、上記式(2)中において、nは偶数であるのが好ましい。これにより、重合性化合物Xの反応性をより適切なものとすることができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
In addition, it is preferable that the partial structure A having such a structure is a structure having symmetry itself. That is, in the above formula (2), n is preferably an even number. Thereby, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more appropriate, and when the film-forming composition is applied on the silicon-containing
また、部分構造Aは、ジアマンタン構造を有するものであってもよい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3の誘電率を低いものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
The partial structure A may have a diamantane structure. Thereby, the dielectric constant of the insulating
[1.2]重合性反応基B
重合性化合物Xは、上記のような部分構造Aに加え、重合反応に寄与する重合性反応基Bを有している。
[1.2] Polymerizable reactive group B
In addition to the partial structure A as described above, the polymerizable compound X has a polymerizable reactive group B that contributes to the polymerization reaction.
重合性反応基Bは、芳香環と、当該芳香環に直接結合するエチニル基とを有するものである。重合性化合物Xは、この重合性反応基Bを、1つ有するものであってもよいが、2つ有し、これらが部分構造Aを中心に対称的に結合した構造をなしているのが好ましい。これにより、重合性化合物Xの反応性を適切なものとすることができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度を確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきを抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を優れたものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
The polymerizable reactive group B has an aromatic ring and an ethynyl group directly bonded to the aromatic ring. The polymerizable compound X may have one polymerizable reactive group B, but has two, and these have a structure in which they are symmetrically bonded around the partial structure A. preferable. Thereby, the reactivity of the polymerizable compound X can be made appropriate, and when the film-forming composition is applied on the silicon-containing
このように、重合性化合物Xが、部分構造Aとともに、2つの重合性反応基Bを有し、さらに、これらが、特定の配置を有することにより、特に優れた効果が発揮される。 As described above, the polymerizable compound X has two polymerizable reactive groups B together with the partial structure A, and furthermore, these have a specific arrangement, so that particularly excellent effects are exhibited.
重合性反応基Bを構成する芳香環としては、特に限定されないが、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ナフタセン環、フェナントレン環、クリセン環、ピレン環、ペリレン環、コロネン環、ビフェニル環、テルフェニル環、アズレン環等の炭化水素環式芳香環や、ピリジン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、インドール環、プリン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、カルバゾール環、イミダゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、キノリン環、テルチエニル環等の複素環式芳香環等が挙げられる。中でも、芳香環としては、ベンゼン環が好ましい。これにより、ケイ素含有膜2上への膜形成用組成物の付与をより容易に行うことができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。また、形成される絶縁膜3の耐熱性、ケイ素含有膜2への密着性等を特に優れたものとすることができる。
The aromatic ring constituting the polymerizable reactive group B is not particularly limited, and for example, a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, naphthacene ring, phenanthrene ring, chrysene ring, pyrene ring, perylene ring, coronene ring, biphenyl ring, Hydrocarbon aromatic rings such as terphenyl ring and azulene ring, pyridine ring, furan ring, thiophene ring, pyrrole ring, oxazole ring, indole ring, purine ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, carbazole ring, imidazole ring, Examples thereof include heterocyclic aromatic rings such as thiazole ring, pyrazole ring, isoxazole ring, isothiazole ring, quinoline ring, and terthienyl ring. Of these, a benzene ring is preferred as the aromatic ring. Thereby, application | coating of the composition for film formation on the silicon-containing
重合性反応基Bを構成する芳香環は、少なくとも1つの他の原子を介して部分構造Aを構成するかご型構造に結合したものであってもよいが、部分構造Aを構成するかご型構造に直接結合したものであるのが好ましい。これにより、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
The aromatic ring constituting the polymerizable reactive group B may be bonded to the cage structure constituting the partial structure A via at least one other atom, but the cage structure constituting the partial structure A It is preferable that it is directly bonded to. Thereby, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more suitable, and when the film-forming composition is applied on the silicon-containing
重合性反応基Bは、1つのエチニル基を有するものであっても良いが、2つのエチニル基を有し、上記のような芳香環に、2つのエチニル基が、直接、結合したものであるのが好ましい。これにより、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。また、重合性反応基Bが反応部位としてのエチニル基を2つ有することにより、重合性化合物Xについての初期の反応が起こりやすくなる。その一方で、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基が反応(重合反応)すると、芳香環についての電子状態が変化し、他方のエチニル基の反応性は、急激に低下する。このため、比較的穏やかな条件で、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基のみを選択的に反応させることができる。そして、重合性化合物Xは、好ましくは分子内に2つの重合性反応基Bを有しているため、重合性化合物Xの分子内に存在する2つの重合性反応基Bについて、それぞれ、一方のエチニル基のみを選択的に反応させることができ、この場合、例えば、下記式(3)に示すような反応により、複数の重合性化合物Xが一次元的に重合した重合体(鎖状のプレポリマー)が得られる。
The polymerizable reactive group B may have one ethynyl group, but has two ethynyl groups, and two ethynyl groups are directly bonded to the aromatic ring as described above. Is preferred. Thereby, the decrease in the oxygen content of the insulating
なお、重合性反応基Bがエチニル基に代えてビニル基を有する場合には、下記式(3’)に示すような反応により、複数の重合性化合物Xが一次元的に重合した重合体(鎖状のプレポリマー)が得られる。 In the case where the polymerizable reactive group B has a vinyl group instead of an ethynyl group, a polymer in which a plurality of polymerizable compounds X are polymerized one-dimensionally by a reaction shown in the following formula (3 ′) ( A chain prepolymer) is obtained.
上記のような反応が起こることにより、膜形成用組成物の保存時等において、重合性化合物Xが、過度に反応し、膜形成用組成物が極端に高粘度化すること(例えば、ゲル化すること)を確実に防止することができ、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度を確実に好適なものとすることができる。その結果、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきの発生を確実に抑制することができる。
When the reaction as described above occurs, the polymerizable compound X reacts excessively during storage of the film-forming composition, and the film-forming composition becomes extremely viscous (for example, gelation). Can be reliably prevented, and when the film-forming composition is applied onto the silicon-containing
その一方で、上記のような反応により得られる重合体(部分的な重合反応により得られたプレポリマー)は、未反応のエチニル基を有しているため、上述したような焼成条件(ケイ素含有膜2上での加熱条件)において、残存するエチニル基を確実に反応させることができ、最終的に形成される絶縁膜3中においては、三次元的に架橋反応した構造を有するものとなる。その結果、形成される絶縁膜3は、特に耐熱性等に優れたものとなる。
On the other hand, since the polymer obtained by the reaction as described above (prepolymer obtained by partial polymerization reaction) has an unreacted ethynyl group, the firing conditions as described above (silicon-containing) Under the heating conditions on the
上記のように、重合性化合物Xを構成する各重合性反応基Bは、2つのエチニル基を有するものである場合、重合性反応基Bにおいて、一方のエチニル基は、他方のエチニル基のメタ位に存在するものであるのが好ましい。これにより、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基が反応(重合反応)した状態において、芳香環等の電子的な効果がより顕著に発揮され、他方のエチニル基の反応性をより効果的に低下させることができるとともに、当該反応した部位が適度な立体的な障害となり、他方のエチニル基(未反応のエチニル基)の反応性をより好適に制御することができる。その結果、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基についての反応性(第1段目の反応についての反応性と第2段目の反応についての反応性)の選択性をより高いものとすることができるとともに、上述したような焼成工程を、より好適な条件(半導体基板1等へのダメージを防止しつつ、優れた生産性で絶縁膜3を形成することができる条件)で行うことができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
As described above, when each polymerizable reactive group B constituting the polymerizable compound X has two ethynyl groups, in the polymerizable reactive group B, one ethynyl group is a meta of the other ethynyl group. It is preferable that it exists in a position. Thereby, in the state in which one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B has reacted (polymerization reaction), the electronic effect of the aromatic ring or the like is more significantly exhibited, and the other ethynyl group The reactivity can be reduced more effectively, the reacted site becomes an appropriate steric hindrance, and the reactivity of the other ethynyl group (unreacted ethynyl group) can be more suitably controlled. . As a result, the reactivity of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B (reactivity for the first stage reaction and reactivity for the second stage reaction) is made higher. In addition, the baking process as described above can be performed under more suitable conditions (conditions that can form the insulating
また、重合性反応基Bが2つのエチニル基を有する場合、2つのエチニル基は、いずれも、芳香環がかご型構造に結合する部位のメタ位に存在するものであるのが好ましい。これにより、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基が反応(重合反応)した状態において、芳香環等の電子的な効果がより顕著に発揮され、他方のエチニル基の反応性をより効果的に低下させることができるとともに、当該反応した部位、および、前述した部分構造Aが適度な立体的な障害となり、他方のエチニル基(未反応のエチニル基)の反応性をより好適に制御することができる。その結果、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基についての反応性(第1段目の反応についての反応性と第2段目の反応についての反応性)の選択性をより高いものとすることができるとともに、上述したような焼成工程を、より好適な条件(半導体基板1等へのダメージを防止しつつ、優れた生産性で絶縁膜3を形成することができる条件)で行うことができる。また、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
In addition, when the polymerizable reactive group B has two ethynyl groups, it is preferable that both of the two ethynyl groups are present at the meta position where the aromatic ring is bonded to the cage structure. Thereby, in the state in which one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B has reacted (polymerization reaction), the electronic effect of the aromatic ring or the like is more significantly exhibited, and the other ethynyl group The reactivity can be reduced more effectively, and the reacted site and the partial structure A described above become an appropriate steric hindrance, and the reactivity of the other ethynyl group (unreacted ethynyl group) can be reduced. It can control more suitably. As a result, the reactivity of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B (reactivity for the first stage reaction and reactivity for the second stage reaction) is made higher. In addition, the baking process as described above can be performed under more suitable conditions (conditions that can form the insulating
上記のような条件を満足する重合性化合物X、すなわち、部分構造Aおよび重合性反応基Bとして好ましいものが選択され、重合性化合物Xにおける芳香環由来の炭素が適正な数に設定されている重合性化合物X、としては、例えば、下記式(1)で示される構造を有するものや、下記式(5)で示される構造が挙げられる。なお、下記式(1)中、下記式(5)中、nは1〜5の整数を表す。 A polymerizable compound X that satisfies the above conditions, that is, a preferable one as the partial structure A and the polymerizable reactive group B is selected, and an aromatic ring-derived carbon in the polymerizable compound X is set to an appropriate number. Examples of the polymerizable compound X include those having a structure represented by the following formula (1) and structures represented by the following formula (5). In the following formula (1), in the following formula (5), n represents an integer of 1 to 5.
かかる構造を有するものを重合性化合物Xとして選択することにより、膜形成用組成物を用いて形成される絶縁膜3は、前述した効果をより顕著に発揮するものとなる。
By selecting the compound having such a structure as the polymerizable compound X, the insulating
なお、上記式(1)で示される構造を有する重合性化合物Xでは、2つの重合性反応基Bを2つ有するものを例示したが、その他、1つの重合性反応基Bを有する重合性化合物Xとしては、例えば、下記式(1’)で示される構造を有するものが挙げられる。なお、下記式(1’)中、nは1または2の整数を表す。 In addition, in the polymerizable compound X having the structure represented by the above formula (1), those having two polymerizable reactive groups B are exemplified, but other polymerizable compounds having one polymerizable reactive group B are exemplified. Examples of X include those having a structure represented by the following formula (1 ′). In the following formula (1 ′), n represents an integer of 1 or 2.
なお、重合性化合物Xは、部分構造A、および、重合性反応基B以外の部分構造を有するものであってもよい。 The polymerizable compound X may have a partial structure other than the partial structure A and the polymerizable reactive group B.
上記のような重合性化合物Xは、2つの重合性反応基Bを有し、この重合性反応基Bが2つのエチニル基を有するものである場合、例えば、以下のようにして合成することができる。 The polymerizable compound X as described above has two polymerizable reactive groups B, and when the polymerizable reactive group B has two ethynyl groups, for example, it can be synthesized as follows. it can.
すなわち、部分構造Aに対応する化合物A’(二価基としてのAに水素原子が2つ接合した化合物)を臭素と反応させ、A’のジブロモ体(部分構造Aに2つのブロモ基が結合した化合物)を得る工程と、A’のジブロモ体をジブロモベンゼンと反応させ、A’のビス(ジブロモフェニル)体(部分構造Aに2つのジブロモフェニル基が結合した化合物)を得る工程と、A’のジブロモフェニル体をトリメチルシリルアセチレンと反応させ、A’のビス(ジ(トリメチルシリルエチニル)フェニル)体(部分構造Aに2つのジ(トリメチルシリルエチニル)フェニル基が結合した化合物)を得る工程と、A’のビス(ジ(トリメチルシリルエチニル)フェニル)体を加水分解(脱トリメチルシリル化)する工程とを有する方法により、目的とする重合性化合物Xを得ることができる。 That is, a compound A ′ corresponding to partial structure A (a compound in which two hydrogen atoms are bonded to A as a divalent group) is reacted with bromine, and a dibromo form of A ′ (two bromo groups are bonded to partial structure A) A compound obtained by reacting a dibromo form of A ′ with dibromobenzene to obtain a bis (dibromophenyl) form of A ′ (a compound in which two dibromophenyl groups are bonded to partial structure A), and A Reacting a dibromophenyl form of 'with trimethylsilylacetylene to obtain a bis (di (trimethylsilylethynyl) phenyl) form of A' (a compound in which two di (trimethylsilylethynyl) phenyl groups are bonded to partial structure A); And a step of hydrolyzing (detrimethylsilylating) the bis (di (trimethylsilylethynyl) phenyl) form of It can be obtained that the polymerizable compound X.
なお、重合性反応基Bが2つのエチニル基に代えて2つのビニル基を有する場合には、重合性化合物Xは、例えば、以下のようにして合成することができる。 In the case where the polymerizable reactive group B has two vinyl groups instead of two ethynyl groups, the polymerizable compound X can be synthesized, for example, as follows.
すなわち、上述した2つのエチニル基を有する重合性化合物Xを合成した後、特に限定されないが、水素ガスを用いたLindlar還元、ナトリウムと液体アンモニアを用いたBrich還元、ジイミドを用いたジイミド還元等を行うことで、目的とする重合性化合物Xを得ることができる。 That is, after synthesizing the polymerizable compound X having the two ethynyl groups described above, although not particularly limited, Lindlar reduction using hydrogen gas, Brich reduction using sodium and liquid ammonia, diimide reduction using diimide, etc. By carrying out, the target polymeric compound X can be obtained.
膜形成用組成物は、上述したような重合性化合物Xを単独で含むものであってもよいし、例えば、重合性化合物Xが2つの重合性反応基Bを有し、および/または、重合性反応基Bが2つのエチニル基を有する場合、重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(2つの重合性反応基Bのうち一方の重合性反応基Bのみが重合反応したプレポリマーや、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基のみが重合反応したプレポリマー)をさらに含むものであってもよい。膜形成用組成物が重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むものであると、膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。また、形成すべき絶縁膜3が比較的厚いものであっても好適に形成することができる。また、膜形成用組成物が重合性化合物Xのプレポリマーを含むものであると、半導体基板1に設けられたケイ素含有膜2上に絶縁膜3を形成する際に、ケイ素含有膜2上において加える熱量を少なくすることができるため、半導体基板1等への加熱によるダメージをより確実に防止することができる。このような重合性化合物Xのプレポリマーを含む膜形成用組成物は、絶縁膜用ワニスとして好適に用いることができる。
The film-forming composition may contain the polymerizable compound X alone as described above. For example, the polymerizable compound X has two polymerizable reactive groups B and / or polymerizes. When the polymerizable reactive group B has two ethynyl groups, a polymer in which the polymerizable compound X is partially polymerized (a prepolymer in which only one polymerizable reactive group B of the two polymerizable reactive groups B is polymerized or reacted) And a prepolymer obtained by polymerization reaction of only one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B. If the film-forming composition contains a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized, the viscosity of the film-forming composition is more surely suitable, and the insulating
本工程は、例えば、触媒を用いないで加熱して反応させる熱重合による方法、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーオキシド、アゾビスイソブチロニトリル等のラジカル開始剤を用いたラジカル重合による方法、光照射等を用いた光ラジカル重合による方法、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)、ビス(ベンゾニトリル)パラジウム(II)ジクロリド及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)などのパラジウム触媒を用いた重合による方法、酢酸銅(II)などの遷移金属触媒を用いた重合による方法、塩化モリブデン(V)、塩化タングステン(VI)及び塩化タンタル(V)などの遷移金属塩化物を用いた重合による方法などを挙げることができる。これらの中でも、反応を制御しやすく所望の重合体が得られ、また、金属触媒等の残存による不純物除去が不要なことから、熱重合やラジカル開始剤を用いたラジカル重合による方法が望ましい。 This step is, for example, a method by thermal polymerization in which the reaction is carried out without using a catalyst, a method by radical polymerization using a radical initiator such as benzoyl peroxide, t-butyl peroxide, azobisisobutyronitrile, Photoradical polymerization using light irradiation, etc., using palladium catalysts such as dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II), bis (benzonitrile) palladium (II) dichloride and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) Polymerization method, polymerization method using transition metal catalyst such as copper (II) acetate, polymerization using transition metal chloride such as molybdenum chloride (V), tungsten chloride (VI) and tantalum chloride (V). The method etc. can be mentioned. Among these, since a desired polymer can be easily obtained by controlling the reaction, and impurities need not be removed by remaining a metal catalyst or the like, a method by thermal polymerization or radical polymerization using a radical initiator is desirable.
前記熱重合の方法で調製する場合、熱処理の条件としては、加熱温度:120〜190℃、加熱時間:3〜11時間であるのが好ましく、加熱温度:140〜180℃、加熱時間:3〜9時間であるのがより好ましい。ラジカル開始剤を使用する場合は、熱処理の条件としては、加熱温度:40〜190℃、加熱時間:0.5〜11時間であるのが好ましく、加熱温度:60〜180℃、加熱時間:0.5〜9時間がより好ましい。また、前記工程で得られた組成物(重合性化合物を含む組成物)に対する加熱処理は、異なる条件を組み合わせて行ってもよい。例えば、熱重合においては、前記工程で得られた組成物(重合性化合物を含む組成物)に対しては、加熱温度:150〜190℃、加熱時間:1〜6時間という条件で行う第1の熱処理と、加熱温度:120〜160℃、加熱時間:2〜9時間という条件で行う第2の熱処理、あるいは、さらに多段階の熱処理を施すことも適宜選択できる。ラジカル開始剤を使用する場合においても、例えば、加熱温度:60〜190℃、加熱時間:0.5〜6時間という条件で行う第1の熱処理と、加熱温度:40〜160℃、加熱時間:0.5〜9時間という条件で行う第2の熱処理、あるいは、さらに多段階の熱処理を施すことも適宜選択できる。なお、上記のような加熱処理は、前記工程で得られた組成物(重合性化合物を含む組成物)を溶媒に溶解した状態で行うのが好ましい。また、上記のような加熱処理によるプレポリマーの合成は、調製すべき膜形成用組成物の構成成分としての溶媒中で行うものであってもよいし、膜形成用組成物の構成成分とは異なる組成の溶媒中で行うものであってもよい。すなわち、所定の溶媒を用いて重合性化合物を重合させプレポリマーを得た後、当該溶媒を、目的とする膜形成用組成物の構成成分としての溶媒に置換してもよい。重合性化合物が部分的に重合した重合体(プレポリマー)の合成に用いることのできる溶媒(反応溶媒)としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタ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、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ペンタノン、2−ヘプタ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、酢酸ペンチル、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、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール、1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、1,4−ジメトキシベンゼン等のエーテル系溶剤;ベンゼン、トルエン、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、ヘプタン、ヘキサン、n−オクタン等の芳香族および脂肪族炭化水素系溶剤;クロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ジクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化物系溶剤;N−メチルピロリドン等のアミド系溶剤等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 When preparing by the thermal polymerization method, the heat treatment conditions are preferably heating temperature: 120 to 190 ° C., heating time: 3 to 11 hours, heating temperature: 140 to 180 ° C., heating time: 3 to 3 hours. More preferably, it is 9 hours. When a radical initiator is used, the heat treatment conditions are preferably heating temperature: 40 to 190 ° C., heating time: 0.5 to 11 hours, heating temperature: 60 to 180 ° C., heating time: 0. More preferably, 5 to 9 hours. Moreover, you may perform the heat processing with respect to the composition (composition containing a polymeric compound) obtained at the said process combining different conditions. For example, in the thermal polymerization, for the composition (composition containing a polymerizable compound) obtained in the above step, the first is performed under the conditions of heating temperature: 150 to 190 ° C. and heating time: 1 to 6 hours. It is also possible to appropriately select the heat treatment and the second heat treatment performed under the conditions of heating temperature: 120 to 160 ° C. and heating time: 2 to 9 hours, or further multi-stage heat treatment. Even in the case of using a radical initiator, for example, a first heat treatment performed under the conditions of heating temperature: 60 to 190 ° C., heating time: 0.5 to 6 hours, heating temperature: 40 to 160 ° C., heating time: A second heat treatment performed under a condition of 0.5 to 9 hours or a multistage heat treatment can be appropriately selected. In addition, it is preferable to perform the above heat processing in the state which melt | dissolved the composition (composition containing a polymeric compound) obtained at the said process in the solvent. In addition, the synthesis of the prepolymer by the heat treatment as described above may be performed in a solvent as a component of the film-forming composition to be prepared, and what is a component of the film-forming composition? You may perform in the solvent of a different composition. That is, after a polymerizable compound is polymerized using a predetermined solvent to obtain a prepolymer, the solvent may be replaced with a solvent as a component of the target film-forming composition. Examples of the solvent (reaction solvent) that can be used for the synthesis of a polymer (prepolymer) in which a polymerizable compound is partially polymerized include alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, 1-butanol, and 2-butanol. ; Ketone solvents such as acetone, acetylacetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 2-pentanone, 2-heptanone; esters such as ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, pentyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate Solvents such as diisopropyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, anisole, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxybenzene, 1,4-dimethoxybenzene, etc. Solvents; aromatic and aliphatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, propylbenzene, heptane, hexane, n-octane; chloromethane, dichloroethane, chloroform, dichloroethane, carbon tetrachloride, etc. Halide-based solvents; amide-based solvents such as N-methylpyrrolidone and the like can be mentioned, and one or more selected from these can be used in combination.
なお、膜形成用組成物が重合性化合物Xのプレポリマーを含むものである場合、未反応の重合性化合物Xは精製により除去されている(未反応の重合性化合物Xが可能な限り含まれていない)のが好ましい。これにより、上述したような半導体装置の製造方法での酸素含有率低減工程における絶縁膜3の酸素含有率の低下を特に顕著なものとすることができる。
In addition, when the film-forming composition contains a prepolymer of the polymerizable compound X, the unreacted polymerizable compound X is removed by purification (the unreacted polymerizable compound X is not included as much as possible). Is preferred. Thereby, the decrease in the oxygen content of the insulating
膜形成用組成物中における重合性化合物Xの含有率と重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(例えば、2つの重合性反応基Bのうち一方の重合性反応基Bのみが重合反応したプレポリマーや、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基のみが重合反応したプレポリマー)の含有率との和は、1.0〜30wt%であるのが好ましい。 The content of the polymerizable compound X in the film-forming composition and a polymer in which the polymerizable compound X is partially polymerized (for example, only one polymerizable reactive group B out of two polymerizable reactive groups B undergoes a polymerization reaction). The sum of the prepolymer and the content of the prepolymer obtained by polymerization reaction of only one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B is preferably 1.0 to 30 wt%.
上記の説明では、重合性化合物として、芳香環と当該芳香環に直接結合するエチニル基またはビニル基とを有する重合性反応基を備えるもの(重合性化合物X)を用いる場合について代表的に説明したが、本発明において、重合性化合物は、上記のような重合性化合物X以外のものであってもよい。例えば、本発明において、重合性化合物は、芳香環を備えていないものであってもよい。また、本発明において、重合性化合物は、重合性反応基として、エチニル基、ビニル基以外の官能基(例えば、エチニル基の水素原子が他の原子または原子団で置換されたものや、ビニル基を構成する水素原子のうち少なくとも1つが他の原子または原子団で置換されたもの等)を備えるものであってもよい。 In the above description, a case where a polymerizable compound having a polymerizable reactive group having an aromatic ring and an ethynyl group or a vinyl group directly bonded to the aromatic ring (polymerizable compound X) is representatively described. However, in the present invention, the polymerizable compound may be other than the polymerizable compound X as described above. For example, in the present invention, the polymerizable compound may not have an aromatic ring. Further, in the present invention, the polymerizable compound has a polymerizable reactive group as a functional group other than an ethynyl group and a vinyl group (for example, a group in which a hydrogen atom of an ethynyl group is substituted with another atom or an atomic group, a vinyl group, In which at least one of the hydrogen atoms constituting is substituted with another atom or atomic group).
またエチニル基に置換基を有するものである場合、前記トリメチルシリルアセチレンをプロピン、ブチン、ペンチンなどのようなアルキル基置換アセチレンや、フェニルアセチレントリルアセチレン、ナフチルアセチレン、フルオレニルアセチレンなどのようなアリール基置換アセチレン、さらにはシクロヘキシルアセチレン、アダマンチルアセチレンなどのようなシクロアルキル基置換アセチレンに変え、脱トリメチルシリル化以外の前記工程を行うことで対応する置換エチニル基を有する重合性化合物を得ることができる。 In addition, when the ethynyl group has a substituent, the trimethylsilylacetylene is substituted with an alkyl group-substituted acetylene such as propyne, butyne, pentine, or the like, or an aryl group such as phenylacetylene acetylene, naphthylacetylene, fluorenylacetylene, or the like. A polymerizable compound having a corresponding substituted ethynyl group can be obtained by performing the above steps other than detrimethylsilylation by replacing with substituted acetylene, and further with a cycloalkyl group-substituted acetylene such as cyclohexylacetylene, adamantylacetylene and the like.
また、重合性化合物が置換ビニル基を有するものである場合、対応する置換ビニル基の合成方法は置換エチニル基に対して同様の前記還元反応を行えばよい。 Further, when the polymerizable compound has a substituted vinyl group, the corresponding substituted vinyl group can be synthesized by performing the same reduction reaction on the substituted ethynyl group.
[2]溶媒
膜形成用組成物は、通常、上述したような重合性化合物および/または重合性化合物が部分的に重合した重合体を溶解する溶媒を含むものである。
[2] Solvent The film-forming composition usually contains a solvent that dissolves the polymerizable compound as described above and / or a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound.
溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、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、乳酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、アニソール、メシチレン等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、溶媒としては、シクロペンタノンおよびシクロヘキサノンが好ましい。膜形成用組成物を構成する溶媒としては、例えば、重合性化合物の合成や上述した重合体(重合性化合物が部分的に重合したプレポリマー)の合成に用いた溶媒(反応溶媒)等を含むものであってもよい。 Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, Propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate, methyl-1,3-butylene glycol acetate, 1,3-butylene glycol-3-monomethyl ether, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl-3-methoxy Propionate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, tetrahydro Orchids, anisole, mesitylene and the like, can be used singly or in combination of two or more selected from these. Of these, cyclopentanone and cyclohexanone are preferable as the solvent. Examples of the solvent constituting the film forming composition include a solvent (reaction solvent) used for the synthesis of a polymerizable compound and the above-described polymer (a prepolymer obtained by partially polymerizing a polymerizable compound). It may be a thing.
膜形成用組成物における溶媒の含有率は、特に限定されないが、70〜99wt%であるのが好ましい。 Although the content rate of the solvent in the composition for film formation is not specifically limited, It is preferable that it is 70 to 99 wt%.
[3]その他の成分
膜形成用組成物は、上記以外の成分を含むものであってもよい。このような成分としては、例えば、界面活性剤;シランカップリンク剤等のカップリング剤;ラジカル開始剤、ジスルフィド類等の触媒等が挙げられる。
[3] Other components The film-forming composition may contain components other than those described above. Examples of such components include surfactants; coupling agents such as silane coupling agents; catalysts such as radical initiators and disulfides.
また、膜形成用組成物は、感光剤としてのナフトキノンジアジド化合物等を含むものであってもよい。これにより、膜形成用組成物を、感光性を有する表面保護膜の形成に好適に用いることができる。 The film-forming composition may contain a naphthoquinone diazide compound as a photosensitizer. Thereby, the composition for film formation can be used suitably for formation of the surface protection film which has photosensitivity.
なお、本発明では、膜形成用組成物は、熱分解性により発泡し、形成される絶縁膜中に空孔を形成する空孔形成材を含まないものであるのが好ましい。従来、絶縁膜の誘電率を低下させる目的で空孔形成材が用いられることがあったが、このような空孔形成材を用いた場合、絶縁膜の機械的強度が低いものとなるので、製造される半導体装置の信頼性は非常に低いものとなる。これに対し、本発明では、空孔形成材を用いなくても、形成される絶縁膜の誘電率を十分に低いものとすることができる。そして、空孔形成材を含まないことにより、上記のような問題の発生をより確実に防止することができる。 In the present invention, it is preferable that the film-forming composition does not contain a pore-forming material that foams due to thermal decomposability and forms pores in the formed insulating film. Conventionally, a hole forming material has been used for the purpose of reducing the dielectric constant of the insulating film, but when such a hole forming material is used, the mechanical strength of the insulating film becomes low, The reliability of the manufactured semiconductor device is very low. On the other hand, in the present invention, the dielectric constant of the formed insulating film can be made sufficiently low without using a hole forming material. And generation | occurrence | production of the above problems can be prevented more reliably by not containing a hole formation material.
上記のような膜形成用組成物は、そのまま、絶縁膜3の形成に用いるものであってもよいが、重合性化合物が2つの重合性反応基を有し、および/または、重合性反応基が2つのエチニル基を有する場合、ケイ素含有膜2上に付与するのに先立ち、加熱処理に供されるものであってもよい。これにより、膜形成用組成物を、重合性化合物が部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むものとすることができ、膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される絶縁膜3の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される絶縁膜3の強度を特に優れたものとすることができる。また、ケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに先立って膜形成用組成物に加熱処理を施すことにより、形成すべき絶縁膜3が比較的厚いものであっても好適に形成することができる。また、半導体基板1に設けられたケイ素含有膜2上に膜形成用組成物を付与するのに先立って膜形成用組成物に加熱処理を施すことにより、ケイ素含有膜2上において加える熱量を少なくすることができるため、半導体基板1等への加熱によるダメージをより確実に防止することができる。このような熱処理を施す場合、熱処理の条件としては、加熱温度:120〜190℃、加熱時間:3〜11時間であるのが好ましく、加熱温度:140〜180℃、加熱時間:3〜9時間であるのがより好ましい。また、上記のような加熱処理は、異なる条件を組み合わせて行ってもよい。例えば、加熱温度:150〜190℃、加熱時間:1〜6時間という条件で行う第1の熱処理と、加熱温度:120〜160℃、加熱時間:2〜9時間という条件で行う第2の熱処理とを施してもよい。
The film forming composition as described above may be used as it is for forming the insulating
<絶縁膜、半導体装置>
本発明の絶縁膜は、Siを含まない化学構造を有する有機化合物である重合性化合物の重合体を含む材料で構成され、プラズマエッチング(窒素系エッチング)処理されたものであって、表面付近の酸素含有率(例えば、表面から5nmを検出深さとしたときの酸素含有率)が5.4原子%以下であることを特徴とする。このような絶縁膜は、上述したような方法により好適に製造することができる。
<Insulating film, semiconductor device>
The insulating film of the present invention is composed of a material containing a polymer of a polymerizable compound, which is an organic compound having a chemical structure not containing Si, and has been subjected to plasma etching (nitrogen-based etching) treatment. The oxygen content (for example, the oxygen content when the detection depth is 5 nm from the surface) is 5.4 atomic% or less. Such an insulating film can be suitably manufactured by the method as described above.
また、本発明の半導体装置は、本発明の絶縁膜を備えたもの、上記のような本発明の製造方法を用いて製造されたものであるため、例えば、半導体装置の信号損失、配線遅延が小さく、信頼性に優れている。 In addition, since the semiconductor device of the present invention is provided with the insulating film of the present invention and manufactured using the manufacturing method of the present invention as described above, for example, the signal loss and wiring delay of the semiconductor device are reduced. Small and reliable.
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to these.
以下、本発明を具体的な実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, although the present invention is explained in detail based on a concrete example and a comparative example, the present invention is not limited to this.
[1]重合性化合物の合成
(合成例1)
まず、1,3−ジメチルアダマンタンを用意し、温度計、撹拌機および還流管を備えた4つ口の2000mLフラスコに、四塩化炭素:700mL、臭素:35g(0.22mol)を入れ、撹拌しながら、用意した1,3−ジメチルアダマンタン:32.9g(0.2mol)を、少量ずつ添加した。添加中、内温は20〜30℃に保った。
[1] Synthesis of polymerizable compound (Synthesis Example 1)
First, 1,3-dimethyladamantane was prepared, and carbon tetrachloride: 700 mL and bromine: 35 g (0.22 mol) were placed in a 4-
添加終了後、温度が上昇しなくなってから、さらに1時間反応させた。
その後、冷水:約2000mLに注いで、粗生成物を濾別し、純水で洗い、乾燥した。
After the addition was completed, the reaction was continued for another hour after the temperature did not rise.
Then, it poured into about 2000 mL of cold water, and the crude product was separated by filtration, washed with pure water, and dried.
さらに粗生成物を、熱エタノールにより再結晶した。得られた再結晶物を、減圧乾燥することにより、生成物:37.4gを得た。IR分析によりブロモ基の吸収が690〜515cm−1に見られること、質量分析による分子量が322である結果より、生成物が3,5−ジメチル−1,7−ジブロモアダマンタンであることが示された。 The crude product was recrystallized from hot ethanol. The obtained recrystallized product was dried under reduced pressure to obtain 37.4 g of a product. IR analysis shows bromo group absorption at 690-515 cm −1 , and mass analysis molecular weight of 322 indicates that the product is 3,5-dimethyl-1,7-dibromoadamantane. It was.
次に、フラスコ内で、上記で得た3,5−ジメチル−1,7−ジブロモアダマンタン:33.2g(103.2mmol)および1,3−ジブロモベンゼン:1217g(5161.6mmol)を攪拌し、乾燥窒素下25℃において、臭化アルミニウム(III):24.8g(93.0mmol)を少量ずつ添加した。これを60℃に昇温して8時間攪拌した後、室温に戻し、反応液を得た。5%塩酸水溶液:700mlに、反応液を投入し、攪拌した。水層を除去し、有機層をアセトン:2000mlに投入した。析出物をろ過し、アセトン:1000mlで3回洗浄することにより、3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタン:57gを得た。質量分析による分子量が632である結果より、生成物が3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタンであることが示された。 Next, 3,5-dimethyl-1,7-dibromoadamantane: 33.2 g (103.2 mmol) and 1,3-dibromobenzene: 1217 g (5161.6 mmol) obtained above were stirred in the flask, At 25 ° C. under dry nitrogen, 24.8 g (93.0 mmol) of aluminum (III) bromide was added in small portions. This was heated to 60 ° C. and stirred for 8 hours, and then returned to room temperature to obtain a reaction solution. The reaction solution was added to 700 ml of 5% aqueous hydrochloric acid solution and stirred. The aqueous layer was removed, and the organic layer was put into 2000 ml of acetone. The precipitate was filtered and washed with acetone: 1000 ml three times to obtain 57 g of 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-dibromophenyl) adamantane. From the result of the molecular weight by mass spectrometry being 632, it was shown that the product was 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-dibromophenyl) adamantane.
次に、上記で得られた3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタン:39.8g(62.9mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:3.53g(5.0mmol)、トリフェニルホスフィン:6.60g(25.2mmol)、ヨウ化銅(II):4.79g(25.2mmol)、トリエチルアミン:750mlをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:37.1g(377.7mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン:1000mlを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mlを加えて分液した。有機層を水:1000mlで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mlに溶解させた。不溶物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mlを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタン:36.1gを得た。質量分析による分子量が701である結果より、生成物が3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタンであることが示された。 Next, 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-dibromophenyl) adamantane obtained above: 39.8 g (62.9 mmol), dichlorobistriphenylphosphine palladium: 3.53 g (5. 0 mmol), triphenylphosphine: 6.60 g (25.2 mmol), copper (II) iodide: 4.79 g (25.2 mmol), and triethylamine: 750 ml were added to the flask and stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 37.1 g (377.7 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Then, it returned to room temperature and added dichloromethane: 1000ml to the reaction liquid, and stirred for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% aqueous hydrochloric acid solution (1000 ml) was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed three times with 1000 ml of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in 1500 ml of hexane. Insoluble matter was removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 ml was added thereto, and the precipitate was washed with acetone three times to obtain 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane: 36.1 g. . From the result of the molecular weight of 701 by mass spectrometry, it was shown that the product was 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane.
さらに、上記で得られた3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタン:32.3g(46.1mmol)と炭酸カリウム:1.46g(10.6mmol)とを、テトラヒドロフラン:600mlとメタノール:300mlとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1000mlに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1000mlで洗浄、さらにアセトン:1000mlで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物Xとしての3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタン:15.0gを得た。 Furthermore, 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane obtained above: 32.3 g (46.1 mmol) and potassium carbonate: 1.46 g (10.6 mmol) Were stirred in a mixed solvent of tetrahydrofuran: 600 ml and methanol: 300 ml under a nitrogen atmosphere at room temperature for 4 hours. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1000 ml, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1000 ml, further washed with acetone: 1000 ml, and then dried to obtain polymerizable compound X. 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-diethynylphenyl) adamantane: 15.0 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-diethynylphenyl) adamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):413(M+)
元素分析:理論値(/%)C;93.16、H;6.84、実測値(/%)C;93.11、H;6.82
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 413 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 93.16, H; 6.84, Measured value (/%) C; 93.11, H; 6.82
(合成例2〜5)
ジメチルアダマンタンに代えて、テトラメチルビアダマンタン、ヘキサメチルトリアダマンタン、オクタメチルテトラアダマンタン、デカメチルペンタアダマンタンを用意したこと以外は、前記合成例1と同様にして、重合性化合物Xを得た。
(Synthesis Examples 2 to 5)
A polymerizable compound X was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that tetramethylbiadamantane, hexamethyltriadamantane, octamethyltetraadamantane, and decamethylpentaadamantane were prepared instead of dimethyladamantane.
なお、合成例1〜5で得られた重合性化合物Xの構造式を下記式(1)に示す。下記式(1)中、nは1〜5の整数を表し、nの数は各合成例の番号に対応する。 The structural formula of the polymerizable compound X obtained in Synthesis Examples 1 to 5 is shown in the following formula (1). In the following formula (1), n represents an integer of 1 to 5, and the number of n corresponds to the number of each synthesis example.
なお、上記式(1)中のn=2の重合性化合物X(合成例2)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 In addition, the external appearance of n = 2 polymerizable compound X (Synthesis example 2) in the said Formula (1), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):574(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.93、H;8.07、実測値(/%)C;91.87、H;8.00
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 574 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.93, H; 8.07, Actual value (/%) C; 91.87, H; 8.00
また、上記式(1)n=3の重合性化合物X(合成例3)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 Moreover, the external appearance of the said compound (1) n = 3 polymeric compound X (synthesis example 3), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):737(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.25、H;8.75、実測値(/%)C;91.21、H;8.77
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 737 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.25, H; 8.75, Actual value (/%) C; 91.21, H; 8.77
上記式(1)n=4の重合性化合物X(合成例4)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (1) n = 4 polymeric compound X (synthesis example 4), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):899(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.81、H;9.19、実測値(/%)C;90.75、H;9.16
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 899 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 90.81, H; 9.19, Measured value (/%) C; 90.75, H; 9.16
上記式(1)n=5の重合性化合物X(合成例5)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (1) n = 5 polymeric compound X (Synthesis example 5), the result of mass spectrometry, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):1062(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.51、H;9.49、実測値(/%)C;90.49、H;9.47
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 1062 (M +)
Elemental analysis: theoretical value (/%) C; 90.51, H; 9.49, actual measurement value (/%) C; 90.49, H; 9.47
(合成例6)
まず、Journal of Organic Chemistry.,39,2987-3003(1974)に記載の合成法に従って、4,9−ジブロモジアマンタンを合成した。IR分析によりブロモ基の吸収が690〜515cm−1に見られること、質量分析による分子量が346である結果より、生成物が4,9−ジブロモジアマンタンであることが示された。
(Synthesis Example 6)
First, 4,9-dibromodiamantane was synthesized according to the synthesis method described in Journal of Organic Chemistry., 39, 2987-3003 (1974). Absorption of bromo group was observed at 690 to 515 cm −1 by IR analysis, and the result of molecular weight 346 by mass spectrometry indicated that the product was 4,9-dibromodiamantane.
次に、合成例1での合成中間体としての3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタンの合成において、3,5−ジメチル−1,7−ジブロモアダマンタンに代えて4,9−ジブロモジアマンタン:35.7g(103.1mmol)を用いた以外は、前記合成例1と同様な方法で反応させることにより、4,9−ビス(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:56gを得た。質量分析による分子量が656である結果より、生成物が4,9−ビス(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, in the synthesis of 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-dibromophenyl) adamantane as a synthesis intermediate in Synthesis Example 1, in the synthesis of 3,5-dimethyl-1,7-dibromoadamantane, Instead, 4,9-bis (3,5-dibromophenyl) was reacted in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 3,5.7 g (103.1 mmol) of 4,9-dibromodiamantane was used. ) Diamantane: 56 g was obtained. From the result of the molecular weight of 656 by mass spectrometry, it was shown that the product was 4,9-bis (3,5-dibromophenyl) diamantane.
次に、合成例1での合成中間体としての3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタンの合成において、3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタンに代えて、上記で得られた4,9−ビス(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:41.2g(62.8mmol)を用いた以外は合成例1と同様な反応で反応させることにより、4,9−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン:35.5gを得た。質量分析による分子量が725である結果より、生成物が4,9−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, in the synthesis of 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane as a synthesis intermediate in Synthesis Example 1, 3,5-dimethyl-1,7-bis is synthesized. Synthetic Example 1 except that instead of (3,5-dibromophenyl) adamantane, 4,9-bis (3,5-dibromophenyl) diamantane obtained above: 41.2 g (62.8 mmol) was used. By reacting in the same manner, 4,9-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane: 35.5 g was obtained. From the result of the molecular weight measured by mass spectrometry of 725, it was shown that the product was 4,9-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane.
さらに合成例1での最終生成物としての3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタンの合成において、3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタンに代えて、上記で得られた4,9−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン38.8g(53.5mmol)を用いた以外は合成例1と同様な反応で反応させることにより、重合性化合物Xとしての4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタン:14.3gを得た。 Further, in the synthesis of 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-diethynylphenyl) adamantane as the final product in Synthesis Example 1, 3,5-dimethyl-1,7-bis (3, Synthetic Example 1 except that instead of 5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane, 38.8 g (53.5 mmol) of 4,9-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane obtained above was used. By reacting in the same manner, 14.3 g of 4,9-bis (3,5-diethynylphenyl) diamantane as the polymerizable compound X was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 4,9-bis (3,5-diethynylphenyl) diamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):436(M+)
元素分析:理論値(/%)C;93.54、H;6.46、実測値(/%)C;93.46、H;6.38
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 436 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 93.54, H; 6.46, Actual value (/%) C; 93.46, H; 6.38
(合成例7〜9)
ジブロモジアマンタンに代えて、ジブロモジ(ジアマンタン)、ジブロモトリ(ジアマンタン)、ジブロモテトラ(ジアマンタン)を用意したこと以外は前記合成例6と同様にして、重合性化合物Xを得た。
(Synthesis Examples 7-9)
A polymerizable compound X was obtained in the same manner as in Synthesis Example 6 except that dibromodi (diamantane), dibromotri (diamantane), and dibromotetra (diamantane) were prepared instead of dibromodiamantane.
なお、合成例6〜9で得られた重合性化合物Xの構造式を下記式(4)に示す。下記式(4)中、nは1〜4の整数を表し、nの数は(各合成例の番号−5)に対応する。 The structural formula of the polymerizable compound X obtained in Synthesis Examples 6 to 9 is shown in the following formula (4). In following formula (4), n represents the integer of 1-4 and the number of n respond | corresponds to (number-5 of each synthesis example).
なお、上記式(4)n=2の重合性化合物X(合成例7)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 In addition, the external appearance of the said Formula (4) n = 2 polymerizable compound X (Synthesis example 7), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):622(M+)
元素分析:理論値(/%)C;92.56、H;7.44、実測値(/%)C;92.53、H;7.41
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 622 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 92.56, H; 7.44, Measured value (/%) C; 92.53, H; 7.41
また、上記式(4)n=3の重合性化合物X(合成例8)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 Moreover, the external appearance of the said compound (4) n = 3 polymeric compound X (synthesis example 8), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):809(M+)
元素分析:理論値(/%)C;92.03、H;7.97、実測値(/%)C;92.01、H;7.94
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 809 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 92.03, H; 7.97, Actual value (/%) C; 92.01, H; 7.94
上記式(4)n=4の重合性化合物X(合成例9)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (4) n = 4 polymeric compound X (Synthesis example 9), the result of mass spectrometry, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):995(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.70、H;8.30、実測値(/%)C;91.67、H;8.28
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 995 (M +)
Elemental analysis: theoretical value (/%) C; 91.70, H; 8.30, actual value (/%) C; 91.67, H; 8.28
(合成例10)
まず、温度計、攪拌器および還流管を備えた4つ口の2000mLフラスコに、3,5−ジメチル−1−ブロモアダマンタン:45.5g(187.1mmol)と1,3−ジブロモベンゼン:1217g(5161.6mmol)とを入れて攪拌し、乾燥窒素下25℃において、臭化アルミニウム(III):24.8g(93.0mmol)を少量ずつ添加した。これを60℃に昇温して8時間攪拌した後、室温に戻し、反応液を得た。
(Synthesis Example 10)
First, in a 4-
次に、5%塩酸水溶液:700mLに、反応液を投入し、攪拌した。水層を除去し、有機層をアセトン:2000mLに投入した。析出物をろ過し、アセトン:1000mLで3回洗浄することにより、3,5−ジメチル−1−(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタン:51.4gを得た。質量分析による分子量が398である結果より、生成物が3,5−ジメチル−1−(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタンであることが示された。 Next, the reaction solution was added to 700 mL of 5% hydrochloric acid aqueous solution and stirred. The aqueous layer was removed, and the organic layer was poured into 2000 mL of acetone. The precipitate was filtered and washed 3 times with acetone: 1000 mL to obtain 51.4 g of 3,5-dimethyl-1- (3,5-dibromophenyl) adamantane. The result of the molecular weight of 398 by mass spectrometry indicated that the product was 3,5-dimethyl-1- (3,5-dibromophenyl) adamantane.
次に、上記で得られた3,5−ジメチル−1−(3,5−ジブロモフェニル)アダマンタン:47.1g(118.4mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:6.66g(9.5mmol)、トリフェニルホスフィン:179.5g(47.3mmol)、ヨウ化銅(II):248.7g(47.3mmol)、トリエチルアミン:750mLをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:34.9g(355.2mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン:1000mLを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mLを加えて分液した。有機層を水:1000mLで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mLに溶解させた。不純物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mLを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、3,5−ジメチル−1−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタン:37gを得た。質量分析による分子量が432である結果より、生成物が3,5−ジメチル−1−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタンであることが示された。 Next, 3,5-dimethyl-1- (3,5-dibromophenyl) adamantane obtained above: 47.1 g (118.4 mmol), dichlorobistriphenylphosphine palladium: 6.66 g (9.5 mmol), Triphenylphosphine: 179.5 g (47.3 mmol), copper (II) iodide: 248.7 g (47.3 mmol), and triethylamine: 750 mL were added to the flask and stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 34.9 g (355.2 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Then, it returned to room temperature and added dichloromethane: 1000mL to the reaction liquid, and stirred for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% hydrochloric acid aqueous solution: 1000 mL was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed 3 times with 1000 mL of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in hexane: 1500 mL. Impurities were removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 mL was added thereto, and the precipitate was washed with acetone three times to obtain 37 g of 3,5-dimethyl-1- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane. The result of the molecular weight measured by mass spectrometry was 432, indicating that the product was 3,5-dimethyl-1- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane.
さらに上記で得られた3,5−ジメチル−1−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)アダマンタン:36g(83.1mmol)および炭酸カリウム:2.7g(19.3mmol)を、テトラヒドロフラン:600mLとメタノール:300mLとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1000mLに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1000mLで洗浄、さらにアセトン:1000mLで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物としての3,5−ジメチル−1−(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタン:19gを得た。 Further, the 3,5-dimethyl-1- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) adamantane obtained above (36 g, 83.1 mmol) and potassium carbonate: 2.7 g (19.3 mmol) were mixed with tetrahydrofuran: 600 mL. In a mixed solvent of methanol: 300 mL, the mixture was stirred at room temperature for 4 hours under a nitrogen atmosphere. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1000 mL, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1000 mL, further washed with acetone: 1000 mL, and then dried to obtain 3 as a polymerizable compound. , 5-Dimethyl-1- (3,5-diethynylphenyl) adamantane: 19 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が3,5−ジメチル−1−(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 3,5-dimethyl-1- (3,5-diethynylphenyl) adamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):288(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.61、H;8.39、実測値(/%)C;91.59、H;8.37
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 288 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.61, H; 8.39, Actual value (/%) C; 91.59, H; 8.37
(合成例11)
ジメチルブロモアダマンタンに代えて、テトラメチルブロモビアダマンタンを用意したこと以外は、前記合成例10と同様にして、重合性化合物Xを得た。
(Synthesis Example 11)
A polymerizable compound X was obtained in the same manner as in Synthesis Example 10 except that tetramethylbromobiadamantane was prepared instead of dimethylbromoadamantane.
なお、合成例10、11で得られた重合性化合物Xの構造式を下記式(1’)に示す。下記式(1’)中、nは1〜2の整数を表し、nの数は(各合成例の番号−9)に対応する。 The structural formula of the polymerizable compound X obtained in Synthesis Examples 10 and 11 is shown in the following formula (1 ′). In the following formula (1 '), n represents an integer of 1 to 2, and the number of n corresponds to (Number-9 in each synthesis example).
なお、上記式(1’)n=2の重合性化合物X(合成例11)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The appearance, mass analysis, and elemental analysis results of the polymerizable compound X (Synthesis Example 11) having the formula (1 ′) n = 2 are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):450(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.61、H;9.39、実測値(/%)C;90.59、H;9.36
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 450 (M +)
Elemental analysis: theoretical value (/%) C; 90.61, H; 9.39, actual value (/%) C; 90.59, H; 9.36
(合成例12)
まず、温度計、攪拌器および還流管を備えた4つ口の2000mLフラスコに、4−ブロモジアマンタン:50g(187.1mmol)と1,3−ジブロモベンゼン:1217g(5161.6mmol)とを入れて攪拌し、乾燥窒素下25℃において、臭化アルミニウム(III):24.8g(93.0mmol)を少量ずつ添加した。これを60℃に昇温して8時間攪拌した後、室温に戻し、反応液を得た。
(Synthesis Example 12)
First, 4-bromodiamantane: 50 g (187.1 mmol) and 1,3-dibromobenzene: 1217 g (5161.6 mmol) were placed in a 4-
次に、5%塩酸水溶液:700mLに、反応液を投入し、攪拌した。水層を除去し、有機層をアセトン:2000mLに投入した。析出物をろ過し、アセトン:1000mLで3回洗浄することにより、4−(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:56gを得た。質量分析による分子量が422である結果より、生成物が4−(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, the reaction solution was added to 700 mL of 5% hydrochloric acid aqueous solution and stirred. The aqueous layer was removed, and the organic layer was poured into 2000 mL of acetone. The precipitate was filtered and washed 3 times with acetone: 1000 mL to obtain 56 g of 4- (3,5-dibromophenyl) diamantane. The result of the molecular weight of 422 by mass spectrometry showed that the product was 4- (3,5-dibromophenyl) diamantane.
次に、上記で得られた4−(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:50g(118.4mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:6.66g(9.5mmol)、トリフェニルホスフィン:179.5g(47.3mmol)、ヨウ化銅(II):248.7g(47.3mmol)、トリエチルアミン:750mLをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:34.9g(355.2mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン:1000mLを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mLを加えて分液した。有機層を水:1000mLで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mLに溶解させた。不純物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mLを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、4−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン:41gを得た。質量分析による分子量が456である結果より、生成物が4−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, 4- (3,5-dibromophenyl) diamantane obtained above: 50 g (118.4 mmol), dichlorobistriphenylphosphine palladium: 6.66 g (9.5 mmol), triphenylphosphine: 179.5 g ( 47.3 mmol), copper (II) iodide: 248.7 g (47.3 mmol), and triethylamine: 750 mL were added to the flask and stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 34.9 g (355.2 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Then, it returned to room temperature and added dichloromethane: 1000mL to the reaction liquid, and stirred for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% hydrochloric acid aqueous solution: 1000 mL was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed 3 times with 1000 mL of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in hexane: 1500 mL. Impurities were removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 mL was added thereto, and the precipitate was washed with acetone three times to obtain 41 g of 4- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane. From the result of the molecular weight measured by mass spectrometry being 456, it was shown that the product was 4- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane.
さらに上記で得られた4−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン:40g(87.6mmol)および炭酸カリウム:2.7g(19.3mmol)を、テトラヒドロフラン:600mLとメタノール:300mLとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1000mLに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1000mLで洗浄、さらにアセトン:1000mLで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物としての4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタン:23gを得た。 Furthermore, 4- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane obtained above (40 g, 87.6 mmol) and potassium carbonate: 2.7 g (19.3 mmol) were mixed with tetrahydrofuran: 600 mL and methanol: 300 mL. The mixture was stirred for 4 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1000 mL, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1000 mL, further washed with acetone: 1000 mL, and then dried to obtain 4 as a polymerizable compound. -(3,5-diethynylphenyl) diamantane: 23 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 4- (3,5-diethynylphenyl) diamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):312(M+)
元素分析:理論値(/%)C;92.26、H;7.74、実測値(/%)C;92.12、H;7.70
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 312 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 92.26, H; 7.74, Actual value (/%) C; 92.12, H; 7.70
(合成例13)
ブロモジアマンタンに代えて、ブロモビ(ジアマンタン)を用意したこと以外は前記合成例12と同様にして、重合性化合物Xを得た。
(Synthesis Example 13)
A polymerizable compound X was obtained in the same manner as in Synthesis Example 12 except that bromobi (diamantane) was prepared instead of bromodiamantane.
なお、合成例12、13で得られた重合性化合物Xの構造式を下記式(4’)に示す。下記式(4’)中、nは1〜2の整数を表し、nの数は(各合成例の番号−11)に対応する。 The structural formula of the polymerizable compound X obtained in Synthesis Examples 12 and 13 is represented by the following formula (4 ′). In the following formula (4 '), n represents an integer of 1 to 2, and the number of n corresponds to (No. 11 of each synthesis example).
なお、上記式(4’)n=2の重合性化合物X(合成例13)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The appearance, mass analysis, and elemental analysis results of the polymerizable compound X (Synthesis Example 13) having the formula (4 ′) n = 2 are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):498(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.51、H;8.94、実測値(/%)C;91.49、H;8.46
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 498 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.51, H; 8.94, Actual value (/%) C; 91.49, H; 8.46
(合成例14)
5Lナスフラスコに、前記合成例1で得られた3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタン14.4g(34.9mmol)、キノリン67.4g(522mmol)、5%パラジウム−炭酸カルシウム0.37g(0.174mmol)、テトラヒドロフラン(1000mL)及び攪拌子を投入し、水素気流下、室温で攪拌を開始した。水素3.35L(139mmol)が消費された時点で、窒素を導入して反応を停止させた。反応液を濾過後、濾液を減圧留去し、得られた個体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製することで、重合性化合物Xとしての3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジビニルフェニル)アダマンタン18.1gを得た。
(Synthesis Example 14)
In a 5-L eggplant flask, 14.4 g (34.9 mmol) of 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-diethynylphenyl) adamantane obtained in Synthesis Example 1 and 67.4 g (522 mmol) of quinoline were obtained. 5% palladium-calcium carbonate 0.37 g (0.174 mmol), tetrahydrofuran (1000 mL) and a stirrer were added, and stirring was started at room temperature under a hydrogen stream. When 3.35 L (139 mmol) of hydrogen was consumed, nitrogen was introduced to stop the reaction. After filtering the reaction solution, the filtrate was distilled off under reduced pressure, and the resulting solid was purified by silica gel column chromatography to obtain 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5- Divinylphenyl) adamantane 18.1 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジビニルフェニル)アダマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-divinylphenyl) adamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):420(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.37、H;8.63、実測値(/%)C;91.35、H;8.60
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 420 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.37, H; 8.63, Actual value (/%) C; 91.35, H; 8.60
(合成例15〜22)
3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタンに代えて、前記合成例2〜9で得られた重合性化合物を用意した以外は、前記合成例14と同様にして重合性化合物Xを得た。
(Synthesis Examples 15-22)
The same as Synthesis Example 14 except that the polymerizable compound obtained in Synthesis Examples 2 to 9 was prepared instead of 3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-diethynylphenyl) adamantane. Thus, a polymerizable compound X was obtained.
なお、合成例14〜18で得られた重合性化合物Xの構造式を上記式(5)に、合成例19〜22で得られた重合性化合物Xの構造式を下記式(6)に示す。また、式(5)中、nは1〜5の整数を表し、nの数は(各合成例の番号−13)に対応し、式(6)中、nは1〜4の整数を表し、nの数は(各合成例の番号−18)に対応する。 The structural formula of the polymerizable compound X obtained in Synthesis Examples 14 to 18 is shown in the above formula (5), and the structural formula of the polymerizable compound X obtained in Synthesis Examples 19 to 22 is shown in the following formula (6). . Moreover, in Formula (5), n represents the integer of 1-5, the number of n respond | corresponds to (number-13 of each synthesis example), and in Formula (6), n represents the integer of 1-4. , N corresponds to (number -18 in each synthesis example).
なお、上記式(5)n=2の重合性化合物X(合成例15)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 In addition, the external appearance of the said Formula (5) n = 2 polymerizable compound X (Synthesis example 15), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):582(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.66、H;9.34、実測値(/%)C;90.63、H;9.31
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 582 (M +)
Elemental analysis: theoretical value (/%) C; 90.66, H; 9.34, actual measurement value (/%) C; 90.63, H; 9.31
また、上記式(5)n=3の重合性化合物X(合成例16)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 Moreover, the external appearance of the said compound (5) n = 3 polymeric compound X (synthesis example 16), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):745(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.26、H;9.74、実測値(/%)C;90.24、H;9.70
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 745 (M +)
Elemental analysis: theoretical value (/%) C; 90.26, H; 9.74, actual measurement value (/%) C; 90.24, H; 9.70
上記式(5)n=4の重合性化合物X(合成例17)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (5) n = 4 polymeric compound X (Synthesis example 17), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):907(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.00、H;10.00、実測値(/%)C;89.96、H;9.97
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 907 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 90.00, H; 10.00, Actual value (/%) C; 89.96, H; 9.97
上記式(5)n=5の重合性化合物X(合成例18)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (5) n = 5 polymeric compound X (Synthesis example 18), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):1069(M+)
元素分析:理論値(/%)C;89.82、H;10.18、実測値(/%)C;89.80、H;10.14
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 1069 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 89.82, H; 10.18, Actual value (/%) C; 89.80, H; 10.14
上記式(6)n=1の重合性化合物X(合成例19)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (6) n = 1 polymeric compound X (Synthesis example 19), the result of mass spectrometry, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):444(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.84、H;8.16、実測値(/%)C;91.81、H;8.13
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 444 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.84, H; 8.16, measured value (/%) C; 91.81, H; 8.13
上記式(6)n=2の重合性化合物X(合成例20)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said compound (6) n = 2 polymerizable compound X (synthesis example 20), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):630(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.37、H;8.63、実測値(/%)C;91.32、H;8.61
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 630 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.37, H; 8.63, Actual value (/%) C; 91.32, H; 8.61
上記式(6)n=3の重合性化合物X(合成例21)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said Formula (6) n = 3 polymeric compound X (Synthesis example 21), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):817(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.12、H;8.88、実測値(/%)C;91.10、H;8.84
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 817 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.12, H; 8.88, measured value (/%) C; 91.10, H; 8.84
上記式(6)n=4の重合性化合物X(合成例22)の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。 The external appearance of the said Formula (6) n = 4 polymeric compound X (Synthesis example 22), the result of a mass analysis, and an elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):1003(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.96、H;9.04、実測値(/%)C;90.93、H;9.01
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 1003 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 90.96, H; 9.04, measured value (/%) C; 90.93, H; 9.01
(合成例23)
まず、ジメチルアダマンタンに代えて、ドデカメチルヘキサアダマンタンを用意したこと以外は、前記合成例1と同様に反応を行い、生成物を得た。
得られた生成物の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。
(Synthesis Example 23)
First, a reaction was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 except that dodecamethyl hexaadamantane was prepared instead of dimethyladamantane to obtain a product.
The appearance of the obtained product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):1223(M+)
元素分析:理論値(/%)C;90.28、H;9.72、実測値(/%)C;90.26、H;9.70
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 1223 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 90.28, H; 9.72, Actual value (/%) C; 90.26, H; 9.70
これらのデータは、得られた生成物が式(1)のn=6で表される化合物であることを示している。 These data indicate that the obtained product is a compound represented by n = 6 in the formula (1).
次に、前記合成例14と同様の反応を行うことにより、重合性化合物Xを得た。
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物(重合性化合物X)が式(5)のn=6で表される化合物であることを示している。
Next, a polymerizable compound X was obtained by carrying out the same reaction as in Synthesis Example 14.
The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data show that the compound (polymerizable compound X) obtained above is a compound represented by n = 6 in the formula (5).
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):1231(M+)
元素分析:理論値(/%)C;89.69、H;10.31、実測値(/%)C;89.66、H;10.29
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 1231 (M +)
Elemental analysis: theoretical value (/%) C; 89.69, H; 10.31, actual value (/%) C; 89.66, H; 10.29
(合成例24)
マクロモルキュールズ( Macromolecules),5266(1991)に記載の合成法に従って、4,9−ジエチニルジアマンタンを合成した。
(Synthesis Example 24)
According to the synthesis method described in Macromolecules, 5266 (1991), 4,9-diethynyldiamantane was synthesized.
得られた生成物の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。これらのデータは、得られた生成物が4,9−ジエチニルジアマンタンであることを示している。 The appearance of the obtained product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown. These data indicate that the product obtained is 4,9-diethynyldiamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):236(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.47、H;8.53、実測値(/%)C;91.45、H;8.57
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 236 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.47, H; 8.53, measured value (/%) C; 91.45, H; 8.57
(合成例25)
ブロモジアマンタンに代えて、ブロモトリ(ジアマンタン)を用意したこと以外は、前記合成例12と同様に反応を行い、生成物を得た。
(Synthesis Example 25)
A product was obtained in the same manner as in Synthesis Example 12 except that bromotri (diamantane) was prepared instead of bromodiamantane.
得られた生成物の外観、質量分析、及び元素分析の結果を示す。これらのデータは、得られた生成物が式(4’)のn=3で表される化合物であることを示している。 The appearance of the obtained product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown. These data indicate that the obtained product is a compound represented by n = 3 in the formula (4 ').
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):684(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.17、H;8.83、実測値(/%)C;91.14、H;8.86
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 684 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.17, H; 8.83, Actual value (/%) C; 91.14, H; 8.86
[2]膜形成用組成物の調製
(調製例1)
上記合成例1で合成された重合性化合物としての3,5−ジメチル−1,7−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)アダマンタン:5gを1,3−ジメトキシベンゼン:45gに溶解させ、乾燥窒素下170℃で3時間反応させ、反応液を一旦室温まで冷却した。GPCにより分子量測定を行ったところ、数平均分子量が46,000であった。再び反応液を加熱し、150℃で6時間反応させ、反応液を、10倍の体積のメタノール/テトラヒドロフラン=3/1の混合溶媒に滴下して沈殿物を集めて乾燥し、2.8gのプレポリマーを得た(収率:56%)。得られたプレポリマー:2gを、シクロペンタノン:18gに溶解させ、フィルターでろ過することにより、有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物とした。
[2] Preparation of film-forming composition (Preparation Example 1)
3,5-dimethyl-1,7-bis (3,5-diethynylphenyl) adamantane: 5 g as a polymerizable compound synthesized in Synthesis Example 1 was dissolved in 45 g of 1,3-dimethoxybenzene and dried. The reaction was carried out at 170 ° C. for 3 hours under nitrogen, and the reaction solution was once cooled to room temperature. When the molecular weight was measured by GPC, the number average molecular weight was 46,000. The reaction solution was heated again and reacted at 150 ° C. for 6 hours. The reaction solution was added dropwise to a 10-fold volume of a mixed solvent of methanol / tetrahydrofuran = 3/1, and the precipitate was collected and dried. A prepolymer was obtained (yield: 56%). 2 g of the obtained prepolymer was dissolved in 18 g of cyclopentanone and filtered through a filter to obtain a film forming composition as a varnish for an organic insulating film.
(調製例2〜25)
重合性化合物として、合成例2〜25で合成したものをそれぞれ用いた以外は、前記調製例1と同様にして重合反応を行い、プレポリマーを得、さらに、当該プレポリマー:2gを用いて、前記調製例1で述べたのと同様の処理を施すことにより有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。
(Preparation Examples 2 to 25)
As the polymerizable compound, except that each synthesized in Synthesis Examples 2 to 25 was used, a polymerization reaction was performed in the same manner as in Preparation Example 1 to obtain a prepolymer, and further using the prepolymer: 2 g, By performing the same treatment as described in Preparation Example 1, a film forming composition as a varnish for an organic insulating film was obtained.
(調製例26)
上記調製例23で調製された組成物に、さらに、空孔形成材としてのポリプロピレングリコールジオールタイプ(和光純薬工業(株)社製、Polypropylene Glycol, Diol Type, 400):0.7gを添加することにより有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。
(Preparation Example 26)
In addition, 0.7 g of polypropylene glycol diol type (Polypropylene Glycol, Diol Type, 400, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a pore forming material is added to the composition prepared in Preparation Example 23. Thus, a film forming composition as a varnish for an organic insulating film was obtained.
各調製例における膜形成用組成物の調製に用いた重合性化合物についての芳香環由来の炭素数、重合性反応基由来の炭素数、部分構造由来の炭素数および芳香環由来の炭素の割合等を表1に示した。 The number of carbons derived from the aromatic ring, the number of carbons derived from the polymerizable reactive group, the number of carbons derived from the partial structure, the ratio of the carbon derived from the aromatic ring, etc. Are shown in Table 1.
[3]絶縁膜の形成(絶縁膜付き基板の作製)
以下のようにして、各実施例および各比較例について、それぞれ、複数枚の絶縁膜付き基板を作成した。
[3] Formation of insulating film (production of substrate with insulating film)
In the following manner, a plurality of substrates with insulating films were prepared for each example and each comparative example.
(実施例1)
前記各調製例1で得られた有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を用い、以下のようにして絶縁膜を形成した。
Example 1
Using the film-forming composition as the organic insulating film varnish obtained in each Preparation Example 1, an insulating film was formed as follows.
まず、素子が形成されたシリコンウエハを用意し、一方の面に、CVD法により、SiCNで構成されたケイ素含有膜(膜厚:150nm)を形成した。 First, a silicon wafer on which elements were formed was prepared, and a silicon-containing film (film thickness: 150 nm) made of SiCN was formed on one surface by CVD.
次に、ケイ素含有膜上に、有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を、スピンコーターにより塗布した。この際、熱処理後の絶縁膜の厚さが、100nmとなるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。 Next, a film-forming composition as a varnish for an organic insulating film was applied onto the silicon-containing film using a spin coater. At this time, the rotation speed and time of the spin coater were set so that the thickness of the insulating film after the heat treatment was 100 nm.
次に、上記のようにして塗膜が設けられたシリコンウエハを、200℃のホットプレート上に1分間置き、塗膜中に含まれる溶媒(シクロペンタノン)を除去した。 Next, the silicon wafer provided with the coating film as described above was placed on a hot plate at 200 ° C. for 1 minute to remove the solvent (cyclopentanone) contained in the coating film.
その後、乾燥した塗膜が設けられたシリコンウエハについて、400℃のオーブン中で窒素雰囲気下30分間の熱処理(焼成処理)を施すことにより、塗膜を構成するプレポリマーを硬化させ、絶縁膜を形成し、絶縁膜付き基板を得た。 Thereafter, the silicon wafer provided with the dried coating film is subjected to a heat treatment (baking treatment) for 30 minutes in a nitrogen atmosphere in an oven at 400 ° C., thereby curing the prepolymer constituting the coating film, Then, a substrate with an insulating film was obtained.
次に、得られた絶縁膜付き基板について、窒素と水素との混合ガスを用いたリアクティブイオンエッチング法による窒素系エッチング処理を行った。このリアクティブイオンエッチングは、アネルバ社製、L−201D−Lを用いて、周波数:13.56MHz、圧力:12.5Pa、出力:100W、窒素ガス流量:7.5sccm、水素ガス流量:2.5sccm、処理時間:15秒という条件で行った。 Next, the obtained substrate with an insulating film was subjected to a nitrogen-based etching process by a reactive ion etching method using a mixed gas of nitrogen and hydrogen. In this reactive ion etching, L-201D-L manufactured by Anelva Co., Ltd., frequency: 13.56 MHz, pressure: 12.5 Pa, output: 100 W, nitrogen gas flow rate: 7.5 sccm, hydrogen gas flow rate: 2. It was performed under the conditions of 5 sccm and treatment time: 15 seconds.
その後、窒素系エッチング処理後の絶縁膜に、ヘリウムと水素との混合ガスを用いたH2Heプラズマ処理による酸素含有率低減処理を行った。H2Heプラズマ処理は、ASM社製、DragonTM2300を用いて、周波数:27MHz、圧力:200Pa、出力(RF top power):100W、RF bottom power:0W、ヘリウムガス流量:5sccm、水素ガス流量:0.1sccm、温度:350℃、処理時間:20秒という条件で行った。 Thereafter, the insulating film after the nitrogen-based etching process was subjected to oxygen content reduction treatment with H 2 the He plasma treatment using a mixed gas of helium and hydrogen. The H 2 He plasma treatment uses a DragonTM 2300 manufactured by ASM, frequency: 27 MHz, pressure: 200 Pa, output (RF top power): 100 W, RF bottom power: 0 W, helium gas flow rate: 5 sccm, hydrogen gas flow rate: 0 .1 sccm, temperature: 350 ° C., treatment time: 20 seconds.
(実施例2〜25)
表2に示すように、膜形成用組成物の種類を変更するとともに、酸素含有率低減処理の条件を変更した以外は、前記実施例1と同様にして、絶縁膜付き基板を製造した。
(Examples 2 to 25)
As shown in Table 2, an insulating film-coated substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of film forming composition was changed and the oxygen content reduction treatment conditions were changed.
(比較例1〜4)
表2に示すように、膜形成用組成物の種類を変更するとともに、酸素含有率低減処理を行わなかった以外は、前記実施例1と同様にして、絶縁膜付き基板を製造した。
(Comparative Examples 1-4)
As shown in Table 2, a substrate with an insulating film was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of the film-forming composition was changed and the oxygen content reduction treatment was not performed.
[4]絶縁膜(絶縁膜付き基板)についての評価
[4.1]誘電率
前記各実施例および各比較例について、成膜直後の絶縁膜(窒素系エッチング処理および酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)、窒素系エッチング処理後の絶縁膜(酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)、および、酸素含有率低減処理後の絶縁膜の誘電率の評価を行った。誘電率は、日本エス・エス・エム(株)製、自動水銀プローブCV測定装置SSM495を用いて評価した。
[4] Evaluation of Insulating Film (Substrate with Insulating Film) [4.1] Dielectric Constant For each of the examples and comparative examples, the insulating film (nitrogen-based etching treatment and oxygen content reduction treatment immediately after film formation was performed). The dielectric constant of the insulating film after the nitrogen-based etching treatment (the insulating film not subjected to the oxygen content reduction treatment) and the insulating film after the oxygen content reduction treatment were evaluated. The dielectric constant was evaluated using an automatic mercury probe CV measuring device SSM495 manufactured by Nippon SSM Co., Ltd.
[4.2]酸素原子濃度
前記各実施例および各比較例について、成膜直後の絶縁膜(窒素系エッチング処理および酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)、窒素系エッチング処理後の絶縁膜(酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)、および、酸素含有率低減処理後の絶縁膜のO(酸素原子)濃度の分析を行った。O(酸素原子)濃度の分析は、サーモフィッシャーサイエンティフィック製、Escalab−220iXLを用いて、X線光電子分光法(XPS)により行った。検出深さは、絶縁膜表面から5nmとした。
[4.2] Oxygen atom concentration For each of the above Examples and Comparative Examples, the insulating film immediately after the film formation (the insulating film not subjected to the nitrogen-based etching process and the oxygen content reduction process), the insulation after the nitrogen-based etching process The O (oxygen atom) concentration of the film (insulating film not subjected to the oxygen content reduction treatment) and the insulating film after the oxygen content reduction treatment was analyzed. The analysis of O (oxygen atom) concentration was performed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) using Escalab-220iXL manufactured by Thermo Fisher Scientific. The detection depth was 5 nm from the surface of the insulating film.
[4.3]赤外分光分析(FT−IR)
前記各実施例および各比較例について、成膜直後の絶縁膜(窒素系エッチング処理および酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)、窒素系エッチング処理後の絶縁膜(酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)、および、酸素含有率低減処理後の絶縁膜を基板から削り取り、KBr法により、赤外分光分析(FT−IR)を行い、酸素を含む官能基であるカルボニル基の存在の有無を確認した。赤外分光スペクトルは、島津製FT−IR8900を用いて評価した。
[4.3] Infrared spectroscopic analysis (FT-IR)
About each said Example and each comparative example, the insulating film immediately after film-forming (insulating film which has not performed nitrogen type etching processing and oxygen content rate reduction processing), and the insulating film (oxygen content rate reduction processing after nitrogen type etching processing) The insulating film that has not been applied) and the insulating film after the oxygen content reduction treatment are scraped off from the substrate and subjected to infrared spectroscopic analysis (FT-IR) by the KBr method, and the presence of a carbonyl group that is a functional group containing oxygen The presence or absence was confirmed. The infrared spectroscopic spectrum was evaluated using FT-IR8900 manufactured by Shimadzu.
[4.4]ラジカル濃度(スピン濃度)
前記各実施例および各比較例について、窒素系エッチング処理直後の絶縁膜(酸素含有率低減処理を施していない絶縁膜)を基板から削り取り、そこから、それぞれ、3mgずつ取り出し、日本電子製、電子スピン共鳴装置 JES−RE3Xを用いてラジカル濃度(スピン濃度)を評価した。
[4.4] Radical concentration (spin concentration)
About each said Example and each comparative example, the insulating film (insulating film which has not performed the oxygen content rate reduction process) immediately after a nitrogen-type etching process is shaved off from a board | substrate, 3 mg is taken out from there respectively, JEOL make, electronic The radical concentration (spin concentration) was evaluated using a spin resonance apparatus JES-RE3X.
[4.5]破壊電圧、リーク電流
前記各実施例および各比較例について、最終的に得られた絶縁膜付き基板(酸素含有率低減処理後の絶縁膜を備えるもの)を用いて、破壊電圧およびリーク電流の評価を行った。破壊電圧、リーク電流は、誘電率と同様に、日本エス・エス・エム(株)製、自動水銀プローブCV測定装置SSM495を用いて評価した。
[4.5] Breakdown voltage, leakage current For each of the above examples and comparative examples, the breakdown voltage was determined using the finally obtained substrate with an insulating film (including the insulating film after the oxygen content reduction treatment). And leakage current was evaluated. The breakdown voltage and leakage current were evaluated using an automatic mercury probe CV measuring device SSM495 manufactured by Nippon SSM Co., Ltd., as with the dielectric constant.
破壊電圧は、1×10−2Aの電流が流れた時に印加した電圧を破壊電圧とし、電界強度(1×10−2Aの電流が流れた時に印加した電圧(MV)を膜厚(cm)で除した値。単位:MV/cm)で示した。 The breakdown voltage is a voltage applied when a current of 1 × 10 −2 A flows, and a breakdown voltage, and the electric field strength (voltage (MV) applied when a current of 1 × 10 −2 A flows) is expressed as a film thickness (cm The value divided by), expressed in units of MV / cm).
リーク電流は、1MV/cmの電界強度の時に流れる電流値をリーク電流とし、電流密度(1MV/cmの電界強度の時に流れる電流値(A)を、自動水銀プローブCV測定装置の水銀電極面積(cm2)で除した値。単位:A/cm2)で示した。 The leakage current is defined as a leakage current that flows when the electric field intensity is 1 MV / cm, and the current density (A) that flows when the electric field intensity is 1 MV / cm is the mercury electrode area of the automatic mercury probe CV measuring device ( the value obtained by dividing the cm 2) unit:. shown in A / cm 2).
[4.6]耐熱性
前記各実施例および各比較例について、最終的に得られた絶縁膜付き基板(酸素含有率低減処理後の絶縁膜を備えるもの)を用いて、絶縁膜の耐熱性の評価を行った。耐熱性は、熱分解温度で評価した。得られた絶縁膜をTG/DTA測定装置(セイコーインスツルメンツ(株)製、TG/DTA220)を用いて、窒素ガス200mL/min.フロー下、昇温速度10℃/min.の条件により測定し、重量の減少が5%に到達した温度を、熱分解温度とした。
[4.6] Heat resistance About each said Example and each comparative example, heat resistance of an insulating film was used using the board | substrate (with an insulating film after an oxygen content rate reduction process) finally obtained. Was evaluated. The heat resistance was evaluated based on the thermal decomposition temperature. The obtained insulating film was measured using a TG / DTA measuring device (Seiko Instruments Co., Ltd., TG / DTA220) under a nitrogen gas flow of 200 mL / min. Under a temperature rising rate of 10 ° C./min. The temperature at which the weight loss reached 5% was defined as the thermal decomposition temperature.
[5]半導体装置の製造
以下のようにして、各実施例および各比較例について、それぞれ、複数個の半導体装置を製造した。
[5] Manufacture of Semiconductor Device A plurality of semiconductor devices were manufactured for each example and each comparative example as follows.
前記各実施例および各比較例で得られた絶縁膜付き基板(窒素系エッチング処理が施されていない絶縁膜を備えた絶縁膜付き基板)の絶縁膜の表面に、CVD法により、SiOで構成されたキャップ層(膜厚:30nm)を形成した。 The surface of the insulating film of the substrate with an insulating film (substrate with an insulating film that has not been subjected to nitrogen-based etching treatment) obtained in each of the above examples and comparative examples is composed of SiO by the CVD method. A cap layer (film thickness: 30 nm) was formed.
次に、キャップ層の表面に、スピンコーターを用いて、レジスト膜を形成した。
次に、ハーフピッチ65nmとなるようフォトマスクを用いてレジスト膜に露光処理を行い、さらに、現像処理を施し、レジスト膜のビア(導体ポスト)または配線溝を形成する位置に対応する位置に開口部(溝部)を形成した。
Next, a resist film was formed on the surface of the cap layer using a spin coater.
Next, the resist film is exposed to light using a photomask so that the half pitch is 65 nm, and further developed, and the resist film is opened at a position corresponding to the position where vias (conductor posts) or wiring grooves are formed. A part (groove part) was formed.
次に、パターニングされたレジスト膜をマスクとして、SiOで構成されたキャップ層をエッチング(フッ素系エッチング)し、開口部(溝部)を形成した。なお、本工程は、フッ化炭素と窒素を含むガスを用いたリアクティブイオンエッチング法により行った。なお、このリアクティブイオンエッチングは、アネルバ株式会社製、L−201D−Lを用いて、周波数13.56MHz、圧力25Pa、出力100W、流量(フッ化炭素:4sccm、窒素:40sccm)、処理時間1分で実施した。
Next, using the patterned resist film as a mask, the cap layer made of SiO was etched (fluorine-based etching) to form an opening (groove). This step was performed by a reactive ion etching method using a gas containing carbon fluoride and nitrogen. In this reactive ion etching, L-201D-L manufactured by Anerva Co., Ltd. is used, frequency 13.56 MHz, pressure 25 Pa, output 100 W, flow rate (carbon fluoride: 4 sccm, nitrogen: 40 sccm),
次に、パターニングされたキャップ層をマスクとして、絶縁膜を窒素系エッチングし、開口部(溝部)を形成するとともに、絶縁膜上に残存しているレジスト膜を、アッシングにより除去した。なお、本工程は、各実施例および各比較例について、それぞれ、上記[3]で行った窒素系エッチング処理と同一の条件で行った。 Next, using the patterned cap layer as a mask, the insulating film was subjected to nitrogen etching to form an opening (groove), and the resist film remaining on the insulating film was removed by ashing. In addition, this process was performed on each Example and each comparative example on the same conditions as the nitrogen-type etching process performed by said [3], respectively.
次に、パターニングされた絶縁膜に対し、ヘリウムと水素との混合ガスを用いたH2Heプラズマ処理による酸素含有率低減処理を行った。なお、本工程は、各実施例および各比較例について、それぞれ、上記[3]で行った酸素含有率低減処理と同一の条件で行った。 Next, with respect to patterned insulating film was subjected to oxygen content reduction treatment with H 2 the He plasma treatment using a mixed gas of helium and hydrogen. In addition, this process was performed on each Example and each comparative example on the same conditions as the oxygen content rate reduction process performed by said [3], respectively.
次に、絶縁膜が設けられた面側に、PVD法により、Taで構成されたバリアメタル層(膜厚:15nm)を形成した。 Next, a barrier metal layer (thickness: 15 nm) made of Ta was formed on the surface side provided with the insulating film by a PVD method.
次に、バリアメタル層が設けられた面側に、PVD法と電解めっき法により、Cuの被膜を形成した。これにより、絶縁膜の溝部内に配線層が形成されるとともに、バリアメタル層の表面(シリコンウエハの主面に平行な面)全体もCuで被覆された積層体が得られた。 Next, a Cu film was formed on the surface provided with the barrier metal layer by the PVD method and the electrolytic plating method. As a result, a wiring layer was formed in the groove portion of the insulating film, and a laminate in which the entire surface of the barrier metal layer (a surface parallel to the main surface of the silicon wafer) was covered with Cu was obtained.
次に、積層体に対するCMP法による第1の研磨工程および第2の研磨工程を施し、半導体装置を得た。 Next, a first polishing process and a second polishing process were performed on the stacked body by a CMP method, and a semiconductor device was obtained.
なお、積層体に対するCMP法による研磨処理(第1の研磨工程および第2の研磨工程)は、以下のようにして行った。 Note that the polishing process (first polishing process and second polishing process) by the CMP method for the laminate was performed as follows.
すなわち、まず、ポリメチルメタクリレートとジビニルベンゼンとの共縮合物で構成された粒子(平均粒径:40nm):2wt%、過酸化水素:1wt%、グリシン:3wt%、ベンゾトリアゾール:0.01wt%、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩:0.05wt%、水:残部からなる第1の研磨用組成物を用いた第1の研磨工程を行い、引き続き、研磨用組成物を、ポリオキシエチレンオレイルエーテル硫酸アンモニウム塩:0.005wt%、シュウ酸:0.06wt%、平均粒径20nmのコロイダルシリカ:1.25wt%、ベンゾトリアゾール:3wt%、過酸化水素:1wt%、水:残部からなる第2の研磨用組成物を変更して、第2の研磨工程を行った。第1の研磨工程は、バリアメタル層の表面に設けられたCu層が完全に除去されるまで行い、第2の研磨工程は、絶縁膜の表面に設けられたバリアメタル層が完全に除去されるまで行った。上記の研磨工程(第1の研磨工程および第2の研磨工程)は、ポリウレタン製研磨パッド(IC−1000/suba400、ロデール社製)を研磨機の定盤として用い、加重:300g/cm2、定盤の回転数:80rpm、ウエハ回転数:80rpm、研磨用組成物の温度:25℃という条件で行った。
以上のようにして、半導体装置を製造した。
That is, first, particles composed of a cocondensate of polymethyl methacrylate and divinylbenzene (average particle size: 40 nm): 2 wt%, hydrogen peroxide: 1 wt%, glycine: 3 wt%, benzotriazole: 0.01 wt% , Polyoxyethylene lauryl ether sulfate ammonium salt: 0.05 wt%, water: the first polishing step using the first polishing composition consisting of the balance, followed by the polishing composition, polyoxyethylene Oleyl ether sulfate ammonium salt: 0.005 wt%, oxalic acid: 0.06 wt%, colloidal silica with an average particle diameter of 20 nm: 1.25 wt%, benzotriazole: 3 wt%, hydrogen peroxide: 1 wt%, water: the balance The second polishing step was performed by changing the polishing
A semiconductor device was manufactured as described above.
[6]パターニングされた絶縁膜の側壁(エッチングにより露出した面)の元素分析
上記[5]の半導体装置の製造の過程において得られる、溝を形成した絶縁膜(積層体)について、上述した酸素含有率低減処理を行う前後での、絶縁膜の側壁(窒素系エッチング処理により露出した面)におけるO(酸素原子)の分布状態(表面付近での酸素原子の偏在の有無)を以下のようにして調べた。
[6] Elemental analysis of sidewall (surface exposed by etching) of patterned insulating film Oxygen described above for insulating film (laminated body) having grooves obtained in the process of manufacturing the semiconductor device of [5] above The distribution state of O (oxygen atoms) on the side wall of the insulating film (surface exposed by the nitrogen-based etching process) before and after the content reduction process (whether or not oxygen atoms are unevenly distributed in the vicinity of the surface) is as follows. I investigated.
すなわち、パターニングされた絶縁膜を覆うように、カーボン保護膜を形成した後、収束イオンビーム加工装置(以下、FIBと記す)により、両断面加工した。その後、透過型電子顕微鏡(以下、TEMと記す)および透過電子エネルギー損失分光分析装置(以下、EELSと記す)を用いた面分析により、元素の分布状態を調べた。 That is, after forming a carbon protective film so as to cover the patterned insulating film, both cross sections were processed by a focused ion beam processing apparatus (hereinafter referred to as FIB). Thereafter, the element distribution state was examined by surface analysis using a transmission electron microscope (hereinafter referred to as TEM) and a transmission electron energy loss spectrometer (hereinafter referred to as EELS).
FIB加工は、FEI製、デュアルビーム FIB/SEM複合装置 Nova200 Nanolabを用いた。TEM観察は、FEI製、電界放射型透過分析電子顕微鏡 Tecnai G2 F20を用いた。EELS分析は、Gatan製、透過電子エネルギー損失分光分析装置 GIF2001を用いた。 For FIB processing, a dual beam FIB / SEM composite apparatus Nova200 Nanolab manufactured by FEI was used. For TEM observation, a FEI-made field emission transmission analysis electron microscope Tecnai G2 F20 was used. For EELS analysis, a transmission electron energy loss spectrometer GIF2001 manufactured by Gatan was used.
各実施例及び比較例で用いた膜形成用組成物の種類、酸素含有率低減処理の条件を表2に示し、上記の評価の結果を表3、表4に示した。 Table 2 shows the types of film-forming compositions used in the examples and comparative examples, and the conditions for the oxygen content reduction treatment. Tables 3 and 4 show the results of the above evaluations.
表から明らかなように、本発明では、優れた結果が得られたのに対し、比較例では、満足な結果が得られなかった。なお、実施例1についての[4.3]赤外分光分析(FT−IR)の結果得られた赤外分光スペクトルのチャートを図4に示す。 As is apparent from the table, excellent results were obtained with the present invention, whereas satisfactory results were not obtained with the comparative example. In addition, the chart of the infrared spectroscopy spectrum obtained as a result of [4.3] infrared spectroscopy (FT-IR) about Example 1 is shown in FIG.
また、絶縁膜の厚さを、30nm〜20μmの範囲で変更した以外は、上記と同様の評価を行った結果、上記と同様の結果が得られた。 Moreover, except that the thickness of the insulating film was changed in the range of 30 nm to 20 μm, the same evaluation as described above was performed, and as a result, the same result as above was obtained.
また、上記[5]で製造した半導体装置について評価を行ったところ、本発明では、半導体装置の信号損失、配線遅延が小さく、信頼性に優れていることが確認された。 Moreover, when the semiconductor device manufactured in the above [5] was evaluated, it was confirmed that the present invention has small signal loss and wiring delay, and excellent reliability.
1 半導体基板
2 ケイ素含有膜
3 層間絶縁膜(絶縁膜)
4 キャップ層
6 バリアメタル層
7 配線層
8 レジスト膜
100 半導体装置
4 Cap layer 6 Barrier metal layer 7
Claims (12)
窒素系ガスを用いて前記絶縁膜をプラズマエッチングする窒素系エッチング工程と、
前記窒素系エッチング工程が施された前記絶縁膜の酸素含有率を低減させる酸素含有率低減工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 An insulating film forming step of forming an insulating film made of a material containing a polymer of a polymerizable compound that is an organic compound having a chemical structure not containing Si so as to cover the semiconductor substrate on which the element is formed;
A nitrogen-based etching step of plasma etching the insulating film using a nitrogen-based gas;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: an oxygen content reduction step for reducing the oxygen content of the insulating film subjected to the nitrogen-based etching step.
表面付近の酸素含有率が5.4原子%以下であることを特徴とする絶縁膜。 An insulating film composed of a material containing a polymer of a polymerizable compound that is an organic compound having a chemical structure not containing Si, and subjected to plasma etching,
An insulating film having an oxygen content near the surface of 5.4 atomic% or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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