PROCESO PARA PRODUCCIÓN DE PELÍCULAS DIELÉCTRICAS DE K BAJA.

Un proceso para producir películas dieléctricas de k baja, que comprende utilizar silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados de estructura 1 o 2 con R = átomo de hidrógeno o grupo alquilo,

cicloalquilo, alquenilo, cicloalquenilo, alquinilo, cicloalquinilo, arilo o heteroarilo, sustituido o insustituido en todos los casos, siendo los sustituyentes R idénticos o diferentes, como material de partida para producir la película

Proceso para producción de películas dieléctricas de k baja.

La invención se refiere a un proceso para producción de películas dieléctricas de k baja en semiconductores para circuitos eléctricos, y a las películas dieléctricas de k baja producidas por dicho proceso.

El proceso de la tecnología de semiconductores en tándem con miniaturización creciente está conduciendo a una demanda en aumento para películas dieléctricas que tengan un valor k inferior a 3, 0, a las que se hace referencia como películas dieléctricas de k baja. El valor k es una medida de la permitividad eléctrica de un material. Las películas dieléctricas se utilizan para aislamiento de los conductores metálicos y contribuyen al retardo temporal RC y por tanto a aumentar la velocidad en la transmisión de señales. El retardo temporal RC es una medida de la extensión de propagación de las señales en las pistas del conductor, que es ralentizada por el entorno de las pistas del conductor, como resultado por ejemplo de interacción con pistas de conductores adyacentes; a esto se hace referencia como diafonía. Cuanto más deficiente es la capa aislante, tanto mayor es la diafonía indeseable. Además de disminución de la resistencia R por el paso a cobre como material conductor, la reducción de la capacitancia C por el uso de capas aislantes con valores k bajas es un medio ulterior de aumentar la eficiencia de los procesadores. Por el uso de películas dieléctricas de k baja es asimismo posible reducir el retardo temporal RC y por tanto la diafonía entre las pistas de conductores adyacentes.

Además de un valor k bajo, las películas dieléctricas de k baja deben tener propiedades adicionales a fin de ser útiles como componente para fabricación de chips. Por ejemplo, las películas dieléctricas de k baja tienen que exhibir solamente una expansión térmica baja a temperatura elevada. Las mismas deben exhibir adicionalmente adhesión eficaz a los metales, óxidos metálicos y/o nitruros metálicos. Adicionalmente, aquéllas deben exhibir una estabilidad mecánica alta y ser adecuadas para las operaciones de planarización (CMP) y ataque químico.

Hasta la fecha, el dióxido de silicio (SiO2) ha sido el material de elección para producir películas dieléctricas. Las películas de SiO2 se producen por deposición de precursores silano o siloxano en un ambiente oxidante por el proceso CVD (deposición química de vapores) . Las películas dieléctricas de k baja que pueden obtenerse por este medio tienen valores k relativamente altos, mayores que 4, 0.

Para películas dieléctricas de k baja que tengan un valor k de 2, 6 a 3, 5, la industria de semiconductores ha desarrollado cierto número de materiales, orgánicos, inorgánicos y de naturaleza híbrida. Estas películas dieléctricas de k baja pueden depositarse por medio de un proceso CVD o por medio de un proceso SOD (deposición por centrifugación) . Materiales más nuevos para películas dieléctricas de k baja, tales como vidrios de fluorosilicato o SiO2 impurificado con carbono, pueden depositarse por medio de un proceso CVD. Las películas dieléctricas de k baja hechas de poliimidas, poliaril-éteres o polisilsesquioxanos (HSQ) pueden producirse por medio de un proceso SOD.

La solicitud de patente US 2002/0192980 describe el uso de silsesquioxanos oligómeros completamente condensados para producir películas dieléctricas de k baja por un proceso CVD. Los silsesquioxanos oligómeros poliédricos funcionalizados se hacen reaccionar con un reticulador para producir una estructura pelicular que tiene un valor k de 2, 6 o menos. El reticulador utilizado es preferiblemente un silano o siloxano. La reticulación tiene lugar por polimerización de radicales libres iniciada por radicales sililo o peroxi.

Lercher et al., (Adv. Mater. 14 (2002) , 1369-73) describen la preparación de películas dieléctricas de k baja por reacción de silsesquioxanos o esferosilicatos oligómeros con reactivos de reticulación adecuados. En un ejemplo, se utilizó hidrosililación para hacer reaccionar silsesquioxanos o esferosilicatos sustituidos con SiH, cuboides y completamente condensados, con 1, 5-hexadieno. En otro ejemplo, se utilizó condensación hidrolítica para hacer reaccionar silsesquioxanos o esferosilicatos cuboides sustituidos con Si (OEt) 3, completamente condensados con agua para formar una red tridimensional. Las capas aplicadas por el proceso SOD tienen un valor k de 2, 1 a 2, 7. Un enfoque similar se persigue por la solicitud de patente P 1.036.808, en el que las películas dieléctricas de k baja deseadas se obtienen por hidrosililación de silsesquioxanos cuboides sustituidos con SiH con sustancias correaccionantes terminadas en divinilo.

JP 2001189109 describe la producción de películas dieléctricas de k baja que tienen un valor k de 2, 5 a partir de polibenzoxazoles o precursores de los mismos y silsesquioxanos oligómeros cuboides funcionalizados.

La patente US 6.329.490 describe el uso de silsesquioxanos oligómeros completamente condensados que tienen radicales alquilo fluorados para producir películas dieléctricas de k baja.

La deposición de películas de fluorosilsesquioxano por un proceso CVD se describe en la solicitud de patente WO 01/29141. Estas películas se producen utilizando como precursores mixturas de silsesquioxanos que comprenden sustituyentes hidrógeno y/o flúor.

El uso de silsesquioxanos oligómeros de tipo H8Si8O12 para producción de películas dieléctricas de k baja se describe en la solicitud de patente EP 0962965.

Un objeto de la presente invención fue proporcionar un proceso para producir películas dieléctricas de K baja que permite la utilización de materias primas de precio más favorable o disponibles más fácilmente que en los procesos de la técnica anterior. En particular, fue un objeto proporcionar un proceso que permite la producción de películas dieléctricas de k baja virtualmente de la misma calidad para costes más bajos de materias primas.

Sorprendentemente, se ha encontrado que por el uso de los silsesquioxanos oligómeros poliédricos de precio más favorable incompletamente condensados, es posible producir películas dieléctricas de k baja que tienen un valor k menor que o igual a 2, 5 como se mide a una frecuencia de 880 kHz. La consecución del objeto fue tanto más sorprendente, dado que se había encontrado que en la reacción de los silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados con alcoxisilanos se forma una estructura tridimensional que después de calcinación constituye materiales aislantes ideales.

De acuerdo con ello, la presente invención proporciona un proceso para producir película dieléctrica de k baja, que comprende utilizar silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados de estructura 1 o 2:

con R = átomo de hidrógeno o grupo alquilo, cicloalquilo, alquenilo, cicloalquenilo, alquinilo, cicloalquinilo, arilo o heteroarilo, sustituido o insustituido en cada caso, siendo los sustituyentes R idénticos o diferentes como material de partida para producir la película.

La presente invención tiene la ventaja con respecto a los procesos de la técnica anterior de que, con silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados, de precio favorable, se emplean reactivos fácilmente disponibles que mejoran claramente la economía del proceso de producción. Los procesos arriba descritos para producción de películas dieléctricas de k baja de acuerdo con la técnica se caracterizan por el uso de silsesquioxanos oligómeros poliédricos caros, que en la mayoría de los casos están difícilmente disponibles, y tienen que prepararse de manera compleja por síntesis multietápicas. Los silsesquioxanos incompletamente condensados de estructura 1, en contraste, se pueden preparar en una síntesis de una sola etapa por condensación hidrolítica de los trialcoxisilanos RSi (OR') 3 con rendimientos muy satisfactorios. La monosililación simple de los compuestos de estructura 1 producía silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados de estructura 2. Los silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados de las estructuras 1 y 2 se encuentran... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para producir películas dieléctricas de k baja, que comprende utilizar silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados de estructura 1 o 2

con R = átomo de hidrógeno o grupo alquilo, cicloalquilo, alquenilo, cicloalquenilo, alquinilo, cicloalquinilo, arilo o heteroarilo, sustituido o insustituido en todos los casos, siendo los sustituyentes R idénticos o diferentes, como material de partida para producir la película.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se hace reaccionar silsesquioxanos oligómeros polié

dricos incompletamente condensados con alcoxisilanos como sustancias correaccionantes susceptibles de condensación hidrolítica.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que se hacen reaccionar silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados con tetraalcoxisilanos, como sustancias correaccionantes susceptibles de condensación hidrolítica.

4. El proceso de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 2 a 3, en el que la ratio molar de los silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados a la sustancia correaccionante susceptible de condensación hidrolítica es de 1:10 a 10:1.

5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la ratio molar de los silsesquioxanos oligómeros poliédricos incompletamente condensados a la sustancia correaccionante susceptible de condensación hidrolítica es 2:1.

6. El proceso de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la película dieléctrica de k baja se produce por medio de un método de recubrimiento químico húmedo.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la película dieléctrica de k baja se produce mediante recubrimiento por rotación y calcinación subsiguiente.