製造矽質膜的方法和用於該方法的聚矽氮烷膜處理液的製作方法
2023-05-16 05:20:51 1
專利名稱：製造矽質膜的方法和用於該方法的聚矽氮烷膜處理液的製作方法
技術領域：
本發明涉及在電子設備等的製造中採用的矽質膜形成方法，還涉及其中所使用的聚矽氮烷膜處理液。具體地，本發明涉及矽質膜的形成方法，該方法在低溫下將全氫化聚矽氮烷化合物製成矽質膜，以在電子設備等的製造中提供絕緣膜、扁平膜、鈍化膜或保護膜； 本發明還涉及聚矽氮烷膜處理液，在低溫下使用該聚矽氮烷膜處理液能夠實現上述矽質膜的形成。
背景技術：
在電子設備例如半導體元件中，將半導體器件例如電晶體和電阻器等排布於基板上。由於這些器件彼此必須是電絕緣的，因此將它們彼此二維分離地布置於基板上。但是， 按照高密度互連的要求，現在需要將它們進行三維地排布。具體地，採用包含下列步驟的電子設備的製造方法已漸趨向普及在基板上二維地排布半導體器件；在其上形成一層絕緣膜；和在該層上排布其它器件以製成多層結構。作為形成上述絕緣膜的方法，公知的方法包括以下步驟施加含有聚矽氮烷的塗層組合物，然後將形成的薄膜進行燒結固化以將聚矽氮烷轉化為矽質膜(例如，參見專利文獻1 3)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平9-31333號公報專利文獻2 日本特開平9-275135號公報專利文獻3 日本特開2005-45230號公報專利文獻4 日本特開平6199118號公報專利文獻5 日本特開平11-116815號公報專利文獻6 日本特開2009-111029號公報
發明內容
發明要解決的問題在塗布這類含有聚矽氮烷的組合物後通常需要進行高溫燒結固化。但是，本發明人研究發現，高溫處理通常會降低生產效率。另外，設備包含的層越多，該高溫處理的重複次數就越多。從而，該設備的生產率下降的越多。考慮到這個問題，研究採用一種有助於聚矽氮烷向矽質膜轉化反應的二氧化矽轉化反應加速劑，從而避免該高溫處理(例如，參見專利文獻4 6)。然而，本發明人已經發現使用該二氧化矽轉化反應加速劑所獲得的矽質膜通常具有疏水性表面。因此，當在該矽質膜上塗布提供半導體器件所必需的塗層組合物時，該膜的表面傾向於排斥所述組合物從而造成塗布不均或失敗。因此，還需要進行改進。解決該問題的手段本發明涉及矽質膜的形成方法，包含
將含有聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑的組合物塗布在基板表面上以形成聚矽氮烷膜的聚矽氮烷膜形成步驟；在所述聚矽氮烷膜上塗布聚矽氮烷膜處理液的促進劑塗布步驟；和在300°C以下的溫度將所述聚矽氮烷化合物轉化為矽質膜的固化步驟；其中，所述聚矽氮烷膜處理液含有溶劑、基於該處理液總重量為0. 5 10wt%的過氧化氫和10 98wt%的醇。本發明還涉及塗布於聚矽氮烷膜上以促進聚矽氮烷化合物向二氧化矽轉化的聚矽氮烷膜處理液，所述聚矽氮烷膜是由塗布的含有聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑的組合物形成的，特徵在於其含有溶劑、基於該處理液總重量為0. 5 10wt%的過氧化氫和10 98wt%的醇。發明效果與常規矽質膜形成方法相比，本發明在相對較低的溫度下(例如，室溫下)能夠容易地形成緻密的矽質膜。因此，本發明可以在製造具有耐熱性較差的半導體器件的電子設備中使用。在常規方法例如低溫固化方法中，矽質膜是由全氫化聚矽氮烷製成的並且其具有疏水性表面。事實上，當在其上塗布其它塗層組合物時，該膜表面通常會排斥該組合物。 但是，由於本發明提供了親水性矽質膜，從而有可能避免該膜表面上的排斥反應。因此，本發明形成的矽質膜可以在電子設備中用作層間絕緣膜、頂層保護膜、保護塗層的底層等。另夕卜，本發明的矽質膜不僅可以用在電子設備中，還可以用在由金屬、玻璃、塑料等製成的基板上作為表面保護膜。
具體實施例方式以下將詳述本發明的實施方式。聚矽氮烷膜處理液本發明中使用的聚矽氮烷膜處理液是在後述矽質膜形成方法中的聚矽氮烷膜固化之前塗布於所述膜上的。具體地，在聚矽氮烷膜固化前，將本發明的聚矽氮烷膜處理液塗布在所述膜上，從而本發明的矽質膜形成方法能夠在低於常規方法的溫度下生產矽質膜。本發明的聚矽氮烷膜處理液包含過氧化氫、醇和溶劑。以下按順序說明這些組分。(a)過氧化氫眾所周知，過氧化氫是一種普通的氧化劑。在本發明中，推測矽質膜的形成是由過氧化氫和聚矽氮烷膜中的二氧化矽轉化反應加速劑共同作用下實現的。由於純的H2A本身是不穩定的液體，因此過氧化氫一般以水溶液的形式來使用。 因此，在本發明中，通常使用過氧化氫的水溶液來製備所述聚矽氮烷膜處理液。優選地，將過氧化氫水溶液與處理液進行混合以獲得所需濃度的過氧化氫。除了水溶液以外，可將新制的過氧化氫(例如通過電解硫酸氫銨水溶液或水解過氧酸)直接加入至所述處理液中。 不過，使用其水溶液更為簡便。過氧化氫在聚矽氮烷膜處理液中的含量優選足夠的大，以便足以形成均勻的燒結膜。另一方面，考慮到操作處理液的工作人員的安全，過氧化氫的含量優選地低於一定的數值。從這幾方面來看，基於處理液的總重量，過氧化氫的必要含量為0. 5 10wt%，優選 1 8wt%，更優選3 5wt%。
(b)醇本發明的聚矽氮烷膜處理液含有醇是必要的。在本發明中，該醇具有使形成的矽質膜具有親水性表面的功能。由於此功能，與常規方法相比，本發明能夠使矽質膜具有更高的親水性。因此，當在其表面上塗布另一種組合物時，可以形成比以往更加均勻的另一層膜。在本發明中，術語「醇」是指烴的分子結構中至少一個氫被羥基取代的物質。從可處理性和提高矽質膜表面的親水性的角度，該醇優選地是從由具有1 8個碳原子的單醇、 二醇和羥基醚構成的組中選出的。醇的種類很多，例如可以按照烴鏈的種類和羥基的位置來分類。但是，需要醇能夠顯著的提高該形成的矽質膜表面的親水性、沸點足夠低而不殘留在該形成的矽質膜上、難與其它組分如過氧化氫發生反應。鑑於此，該醇優選地是從由脂肪族醇如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、己醇和辛醇；脂肪族二醇如乙二醇和丙二醇；羥基醚如1-甲氧基-2-丙醇和2-乙氧基乙醇；和它們的混合物構成的組中選出的。醇在聚矽氮烷膜處理液中的含量優選足夠大，以提高矽質膜的親水性。另一方面， 在本發明中由於過氧化氫通常是以水溶液的形式摻入的，該水溶液中的水限制了醇含量的上限。從這些角度來看，醇的必要含量為10 98wt%，優選20 98wt %，更優選25 98wt%。(c)溶劑本發明的聚矽氮烷膜處理液含有溶劑，其具有均勻溶解上述醇和過氧化氫的功能。儘管上述醇為液體，從而一般能夠作為溶劑，本發明的術語「溶劑」不包括醇。換言之， 本發明中所使用的「溶劑」是從除醇以外的其它物質中選出的。該溶劑可以自由地選擇，只要它能夠均勻地溶解上述的組分，但優選水。特別地優選使用高純水，例如蒸餾水或去離子水，從而防止雜質粘附在基板上。如果過氧化氫或非強制選擇的表面活性劑是以水溶液的形式摻入的，則其溶劑(即，水)可以作為本發明的聚矽氮烷膜處理液的溶劑。(d)其它組分除了上述不可缺少的組分以外，本發明的聚矽氮烷膜處理液根據需要可含有非強制選擇的組分。所述非強制選擇的組分的實例包括用於提高塗覆能力和/或氣泡附著力的表面活性劑；用於提高各組分相容性的醚類、酮類、醛類和羧酸。將上述組分混合併均勻地溶解以製備本發明的聚矽氮烷膜處理液。在該製備過程中，對各組分添加的順序沒有特別的限定。應當將製備的處理液放置於涼暗處，因為其含有相對不穩定的過氧化氫。矽質膜的形成本發明的矽質膜形成方法包含步驟(a)在基板表面上塗布含有聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑(以下簡稱為「加速劑」)的組合物以形成聚矽氮烷膜；(b)在該聚矽氮烷膜上塗布聚矽氮烷膜處理液(以下簡稱為「處理液」)；和(c)在300°C以下的溫度將聚矽氮烷化合物轉化為矽質膜。(a)聚矽氮烷膜的形成步驟對基板的材料沒有特別的限制。基板的實例包括裸矽基板、和非強制選擇地用熱氧化膜或氮化矽薄膜包覆的矽晶圓。該基板預先可以設計有溝槽、孔和/或形成於其上的半導體器件。對形成所述溝槽、孔和/或半導體器件的方法沒有特別的限制，因此可以採用任何公知的方法。在該基板上塗布作為矽質膜的材料的聚矽氮烷組合物以形成膜。可以通過在溶劑中溶解聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑來製備所述聚矽氮烷組合物。本發明中使用的聚矽氮烷化合物沒有特別地限制，因此在不損害本發明效果的前提下可以自由選擇。另外，其可以為無機或有機化合物。無機聚矽氮烷化合物的實例包括 具有包含由以下通式(I)表示的結構單元的直鏈結構的全氫化聚矽氮烷化合物，
權利要求
1.一種矽質膜形成方法，包含聚矽氮烷膜形成步驟，其中將含有聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑的組合物塗布在基板表面上以形成聚矽氮烷膜；促進劑塗布步驟，其中在所述聚矽氮烷膜上塗布聚矽氮烷膜處理液；和固化步驟，其中在300°C以下的溫度將所述聚矽氮烷化合物轉化為矽質膜；其中，所述聚矽氮烷膜處理液含有溶劑、基於該處理液總重量為0. 5 10wt%的過氧化氫和10 98wt%的醇。
2.根據權利要求1所述的矽質膜形成方法，其中所述的聚矽氮烷化合物是全氫化聚矽氮烷化合物。
3.根據權利要求1或2所述的矽質膜形成方法，其中所述的二氧化矽轉化反應加速劑是金屬羧酸鹽、N-雜環化合物或胺類化合物。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的矽質膜形成方法，其中所述的醇是從由具有 1 8個碳原子的單醇、二醇和羥基醚構成的組中選出的。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的矽質膜形成方法，其中所述溶劑是水。
6.根據權利要求1 5中任一項所述的矽質膜形成方法，其中所述的固化步驟是在室溫進行的。
7.—種聚矽氮烷膜處理液，其被塗布於聚矽氮烷膜上以促進聚矽氮烷化合物轉化為二氧化矽，所述聚矽氮烷膜是通過塗布含有聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑的組合物來形成的，其特徵在於該聚矽氮烷膜處理液含有溶劑、基於該處理液總重量為0. 5 IOwt %的過氧化氫和10 98wt%的醇。
全文摘要
本發明提供了一種形成矽質膜的方法。根據該方法，在低溫下可以由聚矽氮烷化合物形成具有親水性表面的矽質膜。在該方法中，在基板表面上塗布含有聚矽氮烷化合物和二氧化矽轉化反應加速劑的組合物以形成聚矽氮烷膜，然後在其上塗布聚矽氮烷膜處理液以使聚矽氮烷化合物在300℃以下轉化為矽質膜。該聚矽氮烷膜處理液含有溶劑、過氧化氫和醇。
文檔編號H01L21/316GK102484068SQ20108003932
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月2日 優先權日2009年9月4日
發明者尾崎祐樹, 林昌伸 申請人:Az電子材料(日本)株式會社