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KR101780977B1 - Silicon precursor, method for Preparation of the Same, and a silicon-containing dielectric film manufactured thereby - Google Patents

Silicon precursor, method for Preparation of the Same, and a silicon-containing dielectric film manufactured thereby Download PDF

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KR101780977B1
KR101780977B1 KR1020150084825A KR20150084825A KR101780977B1 KR 101780977 B1 KR101780977 B1 KR 101780977B1 KR 1020150084825 A KR1020150084825 A KR 1020150084825A KR 20150084825 A KR20150084825 A KR 20150084825A KR 101780977 B1 KR101780977 B1 KR 101780977B1
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Abstract

본 발명은 실리콘 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 실리콘함유 유전막의 제조방법에 관한 것으로, 휘발성이 높아, 낮은 온도에서도 우수한 응집력 및 높은 증착율을 보이는 실리콘 전구체 및 이의 제조방법과 상기 실리콘 전구체를 이용함으로써, 기계적 강도 및 유전 상수가 획기적으로 개선된 실리콘함유 유전막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon precursor, a process for producing the same, and a process for producing a silicon-containing dielectric film using the silicon precursor. The silicon precursor has high volatility and exhibits excellent cohesion and high deposition rate even at low temperatures, And more particularly, to a method for producing a silicon-containing dielectric film having remarkably improved mechanical strength and dielectric constant.

Description

실리콘 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 실리콘함유 유전막의 제조방법{Silicon precursor, method for Preparation of the Same, and a silicon-containing dielectric film manufactured thereby}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon precursor, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a silicon-containing dielectric film using the silicon precursor,

본 발명은 실리콘 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 실리콘함유 유전막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon precursor, a process for producing the silicon precursor, and a process for producing a silicon-containing dielectric film using the same.

반도체소자의 고속화와 고집적화에 대한 요구에 따라 반도체의 배선 선폭은 빠른 속도로 감소하는 추세를 보이고 있다. 그러나, 이러한 초고밀도집적회로(ultra large scale intergrated circuit) 반도체 소자 내 배선 선폭의 감소는 금속배선간의 정전용량(C)과 배선 금속의 저항(R)으로 나타나는 RC delay의 증가를 가져와 전체적인 소자의 동작 속도를 저하시키는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 기존의 배선 금속이던 알루미늄을 보다 낮은 비저항을 갖는 물질로 대체하기 위한 노력이 있었고, IBM에서 1997년 구리를 배선 물질로 하는 마이크로프로세서를 발표함으로써 배선 금속의 저항 문제를 해결하였다. 그러나, 정전용량의 경우 기존에 이용되던 절연체인 산화 실리콘막이 약 4.0의 유전율을 가져 배선 폭의 감소에 따른 정전용량의 증가로 배선 간 상호 간섭을 막을 수 없어 이를 대체할 층간 절연물질의 개발이 활발히 진행되어 왔다.The demand for high speed and high integration of semiconductor devices has led to a rapid decrease in the wiring line width of semiconductor devices. However, the decrease in the wiring line width in such an ultra large scale integrated circuit semiconductor device leads to an increase in the RC delay represented by the capacitance (C) between the metal lines and the resistance (R) of the line metal, There is a problem of lowering the speed. To solve this problem, there was an effort to replace aluminum, which was a conventional wiring metal, with a material having a lower resistivity. In 1997, IBM released a microprocessor using copper as a wiring material, thereby solving the resistance problem of the wiring metal. However, in the case of capacitance, a silicon oxide film, which is a conventional insulator, has a dielectric constant of about 4.0, which can not prevent mutual interference between wirings due to an increase in capacitance due to a decrease in wiring width. It has been progressed.

이러한 층간 절연물질이 실제 반도체 공정에 적용되기 위해서는 낮은 유전율 이 외에도 많은 인테그레이션(integration) 특성 등을 모두 만족시켜야 한다. 배선 설계 및 공정의 용이성을 위한 전기적 등방성, 금속배선 물질과의 저반응성, 낮은 이온전이성, 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 등의 공정에 적합한 요구 물성을 모두 만족시켜야 한다. 열적 특성과 관련하여 구리배선 공정의 경우 400 ℃까지의 온도에서 열적 안정성을 유지하고, 소자 동작 시 열방출을 원활하게 하기 위하여 실리콘 산화막의 열전도(12.0 mW/cm℃)에 근접하는 열전도도가 요구되며, 온도 변화에 따른 막의 변화를 억제할 수 있는 낮은 열팽창 계수(<10 ppm/℃)를 가져야 한다. In order to apply such an interlayer insulating material to an actual semiconductor process, it is necessary to satisfy not only low permittivity but also many integration characteristics. It is necessary to satisfy the requirements for electrical isotropy for ease of wiring design and process, low reactivity with metal wiring material, low ionic conductivity, and chemical mechanical polishing (CMP). With regard to the thermal characteristics, the copper wiring process requires thermal conductivity close to the thermal conductivity (12.0 mW / cm ° C) of the silicon oxide film in order to maintain thermal stability at temperatures up to 400 ° C and to facilitate heat emission during operation of the device , And should have a low thermal expansion coefficient (< 10 ppm / DEG C) that can suppress the change of the film with temperature change.

또한, 전기적 특성으로는 낮은 누설전류와 높은 절연 파괴전압이 요구되며, 다른 물질과의 계면에서 발생될 수 있는 각종 응력 및 박리를 최소화하는 접착력, 내크랙성 등을 가져야 하며 유전율 상승을 가져오는 흡습성이 낮아야 한다. 단위공정 적합성에서는 적당한 강도로 CMP 공정시 연마공정성이 유지되어야 한다. 이러한 특성 가운데 CMP 공정과 같은 기계적 연마 공정에 대한 적합성과 관련하여 이러한 공정에 견딜 수 있는 5~6 GPa 이상의 높은 탄성률을 유지하는 초저유전막의 개발이 이슈가 되어 왔으며, 기존의 초저유전막들의 경우 유전율을 낮추기 위하여 기공을 도입할 시 5 GPa 미만의 낮은 기계적 강도를 보여 이를 극복하려는 시도가 활발히 진행되어 왔다.In addition, electrical characteristics require low leakage current and high dielectric breakdown voltage. They must have adhesive strength and crack resistance that minimizes various stress and peeling that may occur at the interface with other materials, and hygroscopicity Should be low. In unit process suitability, polishability should be maintained during the CMP process with moderate strength. Among these properties, the development of ultra-low dielectric constant films with high modulus of 5 to 6 GPa or more, which can withstand these processes, has been an issue with regard to the suitability for mechanical polishing processes such as CMP process. When the porosity is lowered, the mechanical strength is lower than 5 GPa.

앞서 언급한 초저유전물질의 개발 필요성이 대두됨에 따라, Dow Chemical, Applied Materials, Rohm&Haas, JSR Micro, ASM, Allied Signal 등의 연구개발 및 상용화가 진행되어 왔다. 이 가운데 Dow Chemical의 SiLKTM은 최근 수년간 계속해서 개발되어 오고 있는데, SilKTM의 경우 기계적강도 외에 막의 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE) 가 50 ppm/℃를 상회하여 IBM에서 실제 공정 적용이 중단된 사례가 있다. SiLKTM의 CTE 문제로 IBM사가 공정 적용을 포기한 이후 Dow Chemical사는 CTE를 향상시킨 SiLK 시리즈 개발을 계속하였으며, 최근에는 약 1.8 nm의 기공 크기를 가지고 2.2의 유전율을 가지는 SilK Y 수지로 불리는 다공성 SiLKTM가 개발되었다. 그러나, 다공성 SiLKTM의 경우 탄성률이 3.0 GPa로 낮은 편이며 막의 열팽창계수 또한 40 ppm/℃ 정도로 여전히 높기 때문에 실제 공정 적용 가능성은 불투명한 상태이다. Research and development and commercialization of Dow Chemical, Applied Materials, Rohm & Haas, JSR Micro, ASM, Allied Signal, etc. have been proceeding with the necessity of development of ultra low dielectric material mentioned above. Of these, Dow Chemical's SiLK ™ has been developed over the years, and SilKTM has exceeded 50 ppm / ° C coefficient of thermal expansion (CTE) in addition to its mechanical strength. . Dow Chemical has continued to develop the SiLK series that improved the CTE since IBM abandoned the process due to the CTE problem of SiLKTM. Recently, SiLKTM, a so-called SilK Y resin with a pore size of about 1.8 nm and a dielectric constant of 2.2 . However, the porous SiLKTM has a low modulus of elasticity of 3.0 GPa and the thermal expansion coefficient of the film is still as high as 40 ppm / ° C.

그러나, 일본의 Fujitsu, Sony 및 Toshiba는 SiLKTM 박막을 이용해 양산하는 것으로 알려졌으며 이들 회사는 인테그레이션(integration) 시 CVD와 SOD 막의 하이브리드 구조를 채택하고 있다. 기타 회사의 경우 대부분이 MSQ(methylsilsesquioxane)를 베이스로 한 물질로 구조를 변화시켜 저유전물질을 개발하고 있으며, Rohm and Haas와 JSR Micro, Allied Signal 등에서 개발된 회전 코팅형 저유전물질의 경우 대부분 최저 유전율 2.1~2.3의 범위에서 3 GPa 탄성률을 갖는다. CVD 방식의 경우 앞서 언급했던 CDO(carbon doped oxide) 구조의 물질인 Applied Materials의 Black Diamond와 2.6~2.7 정도의 유전율을 가지는 Aurora RULK가 있으며, 모두 8 GPa 사이의 탄성률을 가지고 있다. 국내의 경우, 삼성종기원에서 알킬기 혹은 아세틸기를 말단에 갖는 사이클로덱스트린을 이용한 초저유전막을 제조하였고, LG 화학에서 유기실리케이트 매트릭스를 제조하여 나노기공 유기실리케이트를 제조한 사례가 있으나 최근에는 저유전 물질에 대한 연구가 거의 진행되지 않고 있다.However, Fujitsu, Sony and Toshiba in Japan are known to mass-produce SiLKTM thin films, and these companies adopt a hybrid structure of CVD and SOD films for integration. Most other companies are developing low-k materials by changing their structure to MSQ (methylsilsesquioxane) based materials. Rohm and Haas, JSR Micro, Allied Signal, etc., And has a modulus of elasticity of 3 GPa in a range of dielectric constant 2.1 to 2.3. In the case of the CVD method, Applied Materials' Black Diamond (CDO) material and the Aurora RULK with a dielectric constant of 2.6 ~ 2.7 are mentioned, and all have elastic modulus between 8 GPa. In Korea, an ultra-low dielectric film using cyclodextrin having an alkyl or acetyl group at the terminal of Samsung type was prepared, and an organosilicate matrix was prepared by LG Chem to manufacture a nanoporous organosilicate. However, recently, There is little research on this.

이와 관련하여 본 발명자들은 신규한 실리콘 전구체 및 이의 제조방법, 그리고 상기 실리콘 전구체를 이용하여 기계적 강도 및 유전 상수가 획기적으로 개선된 다공성 저유전막의 제조방법을 제공하고자 본 발명을 완성하였다.In this regard, the present inventors have completed the present invention to provide a novel silicon precursor, a method for producing the same, and a method for producing a porous low-k dielectric film having remarkably improved mechanical strength and dielectric constant using the silicon precursor.

한국특허 등록 제589123호Korean Patent No. 589123 한국특허 등록 제595526호Korean Patent No. 595526 한국특허 등록 제672905호Korean Patent No. 672905

본 발명의 목적은 휘발성이 높아, 낮은 온도에서도 우수한 응집력 및 높은 증착율을 보이는 실리콘 전구체 및 이의 제조방법을 제공한다.An object of the present invention is to provide a silicon precursor having high volatility and excellent cohesion and a high deposition rate even at a low temperature and a method for producing the same.

또한 본 발명의 목적은 상기 실리콘 전구체를 이용함으로써, 기계적 강도 및 유전 상수가 획기적으로 개선된 실리콘함유 유전막의 제조방법에 관한 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a silicon-containing dielectric film in which mechanical strength and dielectric constant are remarkably improved by using the silicon precursor.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 전구체를 제공한다.The present invention provides a silicon precursor represented by the following general formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015057832634-pat00001
Figure 112015057832634-pat00001

[상기 화학식 1에서,[In the above formula (1)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 실리콘 전구체는 하기 화학식 2로 표시되는 것 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the silicon precursor may be represented by the following general formula (2).

[화학식 2](2)

Figure 112015057832634-pat00002
Figure 112015057832634-pat00002

[상기 화학식 2에서,[In the formula (2)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 R2 내지 R4는 각각 독립적으로 (C1-C2)알킬일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, each of R 2 to R 4 may independently be (C 1 -C 2 ) alkyl.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 화학식1은 하기 구조에서 선택되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the formula (1) may be selected from the following structures.

Figure 112015057832634-pat00003
Figure 112015057832634-pat00003

본 발명은 a) 하기 화학식3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식4로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 b) 하기 화학식5로 표시되는 화합물과 하기 화학식6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 실리콘함유 전구체의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a process for preparing a compound represented by the following formula (5): a) reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula (4) And b) reacting a compound represented by the following formula (5) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (1); Containing precursor. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; A &lt; / RTI &gt;

[화학식 3](3)

Figure 112015057832634-pat00004
Figure 112015057832634-pat00004

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112015057832634-pat00005
Figure 112015057832634-pat00005

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112015057832634-pat00006
Figure 112015057832634-pat00006

[화학식 6][Chemical Formula 6]

HOR2 HOR 2

[화학식 7](7)

M(OR2)M (OR 2 )

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015057832634-pat00007
Figure 112015057832634-pat00007

[상기 화학식 1 및 화학식 3 내지 화학식 7에서,[In the formulas (1) and (3) to (7)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며; R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 X는 할로겐이며;X is halogen;

상기 M은 Li, Na 또는 K이며;M is Li, Na or K;

상기 m은 0 또는 1의 정수이며;M is an integer of 0 or 1;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

본 발명은 A) 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; B) 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 C) 하기 화학식 8로 표시되는 화합물과 하기 화학식 9으로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 실리콘 전구체의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a process for preparing a compound represented by the following formula (A): A) reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) B) reacting a compound represented by the following formula (4) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (9) And C) reacting a compound represented by the following formula (8) with a compound represented by the following formula (9) to prepare a compound represented by the following formula (1); Wherein the silicon precursor is a silicon precursor.

[화학식 3](3)

Figure 112015057832634-pat00008
Figure 112015057832634-pat00008

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112015057832634-pat00009
Figure 112015057832634-pat00009

[화학식 6][Chemical Formula 6]

HOR2 HOR 2

[화학식 7](7)

M(OR2)M (OR 2 )

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure 112015057832634-pat00010
Figure 112015057832634-pat00010

[화학식 9][Chemical Formula 9]

Figure 112015057832634-pat00011
Figure 112015057832634-pat00011

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015057832634-pat00012
Figure 112015057832634-pat00012

[상기 화학식 1, 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 6 내지 화학식 9에서,[In the formulas (1), (3), (4) and (6) to (9)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 X는 할로겐이며;X is halogen;

상기 M은 Li, Na 또는 K이며;M is Li, Na or K;

상기 m은 0 또는 1의 정수이며;M is an integer of 0 or 1;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 a) 단계는 촉매 존재하에 수행되며, 상기 촉매는 H2PtCl6, PdCl2(NC-C4H9)2, Pt[P(C4H9)3]4, Rh(acac)3, Co2(CO)8, Ni0 또는 Cr(CO)6일 수 있다.Said step a) according to an embodiment of the present invention is carried out in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is H 2 PtCl 6, PdCl 2 ( NC-C 4 H 9) 2, Pt [P (C 4 H 9) 3 ] 4 , Rh (acac) 3 , Co 2 (CO) 8 , Ni 0 or Cr (CO) 6 .

본 발명은 상기 실리콘 전구체를 이용하여 제조되는 실리콘함유 유전막의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a silicon-containing dielectric film using the silicon precursor.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 실리콘함유 유전막은 플라즈마 강화 화학기상증착 방법을 이용하여 증착될 수 있다.In accordance with an embodiment of the present invention, the silicon-containing dielectric layer may be deposited using a plasma enhanced chemical vapor deposition process.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 플라즈마 강화 화학기상증착 방법의 에너지는 플라즈마, 펄스식 플라즈마, 헬리콘(helicon) 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 유도 결합 플라즈마 및 리모트(remote) 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the energy of the plasma enhanced chemical vapor deposition process is selected from the group consisting of plasma, pulsed plasma, helicon plasma, high density plasma, inductively coupled plasma, and remote plasma Lt; / RTI &gt;

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 증착의 조건은 Si 화합물을 투입 유량 10 내지 1000cc/min, 포로젠 유량 0 내지 1000 cc/min, 산화제 유량 1 내지 1000cc/min, 압력 0.5 내지 10 torr, RF 파워 30 내지 1000 W 및 기판온도 200 내지 400 ℃에서 선택되는 하나 또는 둘이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the deposition conditions include a Si compound at a flow rate of 10 to 1000 cc / min, a porogen flow rate of 0 to 1000 cc / min, an oxidant flow rate of 1 to 1000 cc / min, a pressure of 0.5 to 10 torr, A power of 30 to 1000 W and a substrate temperature of 200 to 400 캜.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 실리콘함유 유전막은 증착 후 큐어링(curing) 공정을 통해 포로젠 제거 및 다공성 유전막을 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the silicon-containing dielectric layer may be formed by a curing process after deposition to remove porogen and form a porous dielectric layer.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 큐어링(curing) 공정은 UV광 조사, 전자선(e-beam)조사, 열처리 또는 이들 조합으로 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the curing process may be performed by UV light irradiation, e-beam irradiation, heat treatment, or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 다공성 유전막은 유전 상수가 2.0 내지 5.0 범위일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the porous dielectric layer may have a dielectric constant in the range of 2.0 to 5.0.

본 발명은 상기 실리콘함유 유전막의 제조방법을 이용하여 제조되는 실리콘함유 유전막을 제공한다.The present invention provides a silicon-containing dielectric film produced by the above-described method for producing a silicon-containing dielectric film.

본 발명에 따른 실리콘 전구체는 열적 안정성이 뛰어나고, 휘발성이 높고 반응성이 좋아 증착속도가 빠르고 용이하며, 뛰어난 응집력과 우수한 스텝 커버리지를 가지는 증착이 가능하다는 장점을 가진다. The silicon precursor according to the present invention is advantageous in that it has excellent thermal stability, high volatility and high reactivity, has a rapid deposition rate and is easy to deposit, and has excellent cohesion and excellent step coverage.

본 발명에 따른 실리콘 전구체를 이용하여 제조된 실리콘함유 유전막은 순도가 높고 물리적, 전기적 특성이 매우 우수하다. The silicon-containing dielectric film produced using the silicon precursor according to the present invention has high purity and excellent physical and electrical characteristics.

또한 상기 실리콘함유 유전막은 낮은 유전율을 유지하면서, 기계적 강도와 낮은 열팽창 계수를 동시에 가진다.In addition, the silicon-containing dielectric film has both mechanical strength and low thermal expansion coefficient while maintaining a low dielectric constant.

도 1은 실시예 1에서 제조된 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄, Me2(EtO)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph의 열중량 분석(TGA)을 나타낸 도면이며,
도 2는 실시예 1에서 제조된 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄, Me2(EtO)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph의 Vapor Pressure Curve을 나타낸 도면이다.
1 is a thermogravimetric analysis (TGA) of 1- (diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane, Me 2 (EtO) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph prepared in Example 1, Fig.
2 is a graph showing a vapor pressure curve of 1- (diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane, Me 2 (EtO) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph prepared in Example 1 to be.

이하 본 발명에 따른 실리콘 전구체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 실리콘함유 유전막의 제조방법을 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
Hereinafter, a silicon precursor according to the present invention, a method for producing the same, and a method for producing a silicon-containing dielectric film using the same will be described in detail. Here, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In the following description, the gist of the present invention is unnecessarily blurred And a description of the known function and configuration will be omitted.

본 발명은 휘발성이 우수하여, 낮은 온도에서도 우수한 응집력 및 높은 증착율을 가지는 하기 화학식1로 표시되는 실리콘 전구체를 제공한다.The present invention provides a silicon precursor represented by the following general formula (1), which has excellent volatility and has a high cohesive strength and a high deposition rate even at a low temperature.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015057832634-pat00013
Figure 112015057832634-pat00013

[상기 화학식 1에서,[In the above formula (1)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

본 발명에 기재된 “알킬”, “알케닐”및 “알키닐”은 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함하는 탄화수소이다. 상기 “알케닐”은 이중결합을 하나이상 포함하는 탄화수소를 의미하며, 상기 “알키닐”은 삼중결합을 하나이상 포함하는 탄화수소를 의미한다.&Quot; Alkyl &quot;, &quot; alkenyl &quot; and &quot; alkynyl &quot;, as used in the present invention, are hydrocarbons including both linear and branched forms. The term &quot; alkenyl &quot; means a hydrocarbon containing at least one double bond, and the term &quot; alkynyl &quot; means a hydrocarbon containing at least one triple bond.

상기 실리콘 전구체는 -(CH2)n-의 구조를 포함함으로써, 이를 채용한 실리콘함유 유전막의 기계적 강도를 개선시킬 수 있다. 또한 상기 페닐기의 치환기의 종류를 제어함으로써, 기공 특성이 우수한 다공성 저 유전막의 제조가 가능하다.The silicon precursor includes a structure of - (CH 2 ) n -, so that the mechanical strength of the silicon-containing dielectric film employing the structure can be improved. Further, by controlling the kind of the substituent of the phenyl group, it is possible to produce a porous low dielectric film having excellent pore characteristics.

상기 화학식1에서 낮은 열팽창 계수를 가지기 위한 측면에서, 바람직하게 상기 R2 내지 R4는 각각 독립적으로 (C1-C2) 알킬일 수 있다.In terms of having a low thermal expansion coefficient in the above formula (1), preferably, each of R 2 to R 4 may independently be (C 1 -C 2 ) alkyl.

또한 상기 실리콘 전구체는 하기 화학식2로 표시되는 실리콘 전구체 일 수 있다.The silicon precursor may be a silicon precursor represented by the following general formula (2).

[화학식 2](2)

Figure 112015057832634-pat00014
Figure 112015057832634-pat00014

[상기 화학식 2에서,[In the formula (2)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

상기 화학식2로 표시되는 실리콘 전구체는 높은 열적 안정성과 낮은 활성화 에너지는 가져 반응성이 뛰어나며 비휘발성인 부생성물을 생성하지 ?訪? 높은 순도의 실리콘함유 박막 및 실리콘함유 유전막을 용이하게 형성할 수 있다.The silicon precursor represented by Formula 2 has high thermal stability and low activation energy, and is excellent in reactivity and does not generate non-volatile byproducts. A silicon-containing thin film having a high purity and a silicon-containing dielectric film can be easily formed.

상기 화학식1로 표시되는 실리콘 전구체는 높은 열적 안정성과 반응성을 가지기 위한 측면에서, 보다 바람직하게는 하기 구조에서 선택되는 것일 수 있으나 이에 한정이 있는 것은 아니다. The silicon precursor represented by Formula 1 may be selected from the following structures in order to have high thermal stability and reactivity, but is not limited thereto.

Figure 112015057832634-pat00015
Figure 112015057832634-pat00015

본 발명은 a) 하기 화학식3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식4로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 b) 하기 화학식5로 표시되는 화합물과 하기 화학식6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 실리콘함유 전구체의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a process for preparing a compound represented by the following formula (5): a) reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula (4) And b) reacting a compound represented by the following formula (5) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (1); Containing precursor. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; A &lt; / RTI &gt;

[화학식 3](3)

Figure 112015057832634-pat00016
Figure 112015057832634-pat00016

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112015057832634-pat00017
Figure 112015057832634-pat00017

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112015057832634-pat00018
Figure 112015057832634-pat00018

[화학식 6][Chemical Formula 6]

HOR2 HOR 2

[화학식 7](7)

M(OR2)M (OR 2 )

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015057832634-pat00019
Figure 112015057832634-pat00019

[상기 화학식 1 및 화학식 3내지 화학식 7에서,[In the formulas (1) and (3) to (7)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며; R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 X는 할로겐이며;X is halogen;

상기 M은 Li, Na 또는 K이며;M is Li, Na or K;

상기 m은 0 또는 1의 정수이며;M is an integer of 0 or 1;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

상기 a) 단계는 촉매 존재하에 수행되며, 상기 촉매는 H2PtCl6, PdCl2(NC-C4H9)2, Pt[P(C4H9)3]4, Rh(acac)3, Co2(CO)8, Ni0 또는 Cr(CO)6일 수 있으며, 바람직하게는 H2PtCl6(헥사클로로백금)일 수 있다.The a) step is carried out in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is H 2 PtCl 6, PdCl 2 ( NC-C 4 H 9) 2, Pt [P (C 4 H 9) 3] 4, Rh (acac) 3, Co 2 (CO) 8 , Ni 0, or Cr (CO) 6 , preferably H 2 PtCl 6 (hexachloroplatinum).

또한 본 발명에 따른 화학식1로 표시되는 실리콘함유 전구체는 A) 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; B) 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및 C) 하기 화학식 8로 표시되는 화합물과 하기 화학식 9으로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 실리콘 전구체의 제조방법으로 제조될 수 있다.The silicon-containing precursor represented by formula (1) according to the present invention can be obtained by reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) Producing; B) reacting a compound represented by the following formula (4) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (9) And C) reacting a compound represented by the following formula (8) with a compound represented by the following formula (9) to prepare a compound represented by the following formula (1); Wherein the silicon precursor is a silicon precursor.

[화학식 3](3)

Figure 112015057832634-pat00020
Figure 112015057832634-pat00020

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112015057832634-pat00021
Figure 112015057832634-pat00021

[화학식 6][Chemical Formula 6]

HOR2 HOR 2

[화학식 7](7)

M(OR2)M (OR 2 )

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure 112015057832634-pat00022
Figure 112015057832634-pat00022

[화학식 9][Chemical Formula 9]

Figure 112015057832634-pat00023
Figure 112015057832634-pat00023

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112015057832634-pat00024
Figure 112015057832634-pat00024

[상기 화학식 1, 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 6 내지 화학식 9에서,[In the formulas (1), (3), (4) and (6) to (9)

상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;

상기 X는 할로겐이며;X is halogen;

상기 M은 Li, Na 또는 K이며;M is Li, Na or K;

상기 m은 0 또는 1의 정수이며;M is an integer of 0 or 1;

상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]And n is an integer of 2 or 3.]

상기 C) 단계는 촉매 존재하에 수행되며, 상기 촉매는 H2PtCl6, PdCl2(NC-C4H9)2, Pt[P(C4H9)3]4, Rh(acac)3, Co2(CO)8, Ni0 또는 Cr(CO)6일 수 있으며, 바람직하게는 H2PtCl6(헥사클로로백금)일 수 있다.The C) step is carried out in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is H 2 PtCl 6, PdCl 2 ( NC-C 4 H 9) 2, Pt [P (C 4 H 9) 3] 4, Rh (acac) 3, Co 2 (CO) 8 , Ni 0, or Cr (CO) 6 , preferably H 2 PtCl 6 (hexachloroplatinum).

또한 본 발명은 상기 실리콘 전구체를 이용하여 제조되는 실리콘함유 유전막의 제조방법을 제공한다. 열적 안정성이 우수하고, 높은 휘발성을 가지는 본 발명에 따른 실리콘 전구체를 이용함으로써, 빠르고 용이하게 실리콘함유 유전막을 제조할 수 있다. 이때, 상기 실리콘함유 유전막은 플라즈마 강화 화학기상증착 방법을 이용하여 증착되는 것이 바람직하며, 상기 플라즈마 강화 화학기상증착 방법의 에너지는 플라즈마, 펄스식 플라즈마, 헬리콘(helicon) 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 유도 결합 플라즈마 및 리모트(remote) 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. The present invention also provides a method for producing a silicon-containing dielectric film using the silicon precursor. By using the silicon precursor according to the present invention having excellent thermal stability and high volatility, a silicon-containing dielectric film can be manufactured quickly and easily. At this time, it is preferable that the silicon-containing dielectric film is deposited using a plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD) method, and the energy of the plasma enhanced chemical vapor deposition method is plasma, pulsed plasma, helicon plasma, high density plasma, A plasma, and a remote plasma.

또한, 상기 증착의 조건은 상기 실리콘함유 유전막의 종류 또는 특성에 따라, Si 화합물을 투입 유량 10 내지 1000cc/min, 포로젠 유량 0 내지 1000 cc/min, 산화제 유량 1 내지 1000cc/min, 압력 0.5 내지 10 torr, RF 파워 30 내지 1000 W 또는 기판온도 200 내지 400 ℃로 적절하게 조절될 수 있다. The conditions for the deposition may include a Si compound at a flow rate of 10 to 1000 cc / min, a porogen flow rate of 0 to 1000 cc / min, an oxidant flow rate of 1 to 1000 cc / min, and a pressure of 0.5 to 1000 cc / min depending on the type or characteristics of the silicon- 10 Torr, RF power 30 to 1000 W, or substrate temperature 200 to 400 占 폚.

상기 실리콘함유 유전막은 기판 상에 균일하게 분포되어 있는, 상기 실리콘 전구체, 산화제 및 포로젠을 함께 포함 할 수 있다. The silicon-containing dielectric layer may include the silicon precursor, the oxidizing agent and the porogen uniformly distributed on the substrate.

이때, 상기 기판은 Si, Ge, SiGe, GaP, GaAs, SiC, SiGeC, InAs 및 InP중 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 기판, SOI(Silicon On Insulator)기판, 석영 기판, 또는 디스플레이용 유리 기판 등의 강성 기판이거나, 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, PolyEthylene Terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, PolyEthylene Naphthalate), 폴리 메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly Methyl MethAcrylate), 폴리카보네이트(PC, PolyCarbonate), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에스테르(Polyester) 등의 가요성 플라스틱 기판일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 실리콘함유 유전막은 상기 기판에 직접 유전막을 형성하는 것 이외, 상기 기판과 상기 유전막 사이에 다수의 도전층, 유전층 또는 절연층 등이 형성될 수 있다.At this time, the substrate may be a substrate including at least one semiconductor material of Si, Ge, SiGe, GaP, GaAs, SiC, SiGeC, InAs and InP, a silicon on insulator (SOI) substrate, a quartz substrate, The substrate may be a rigid substrate or may be formed of a material such as polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) , Polyethersulfone (PES), and polyester (Polyester), but the present invention is not limited thereto. In addition, the silicon-containing dielectric layer may be formed with a plurality of conductive layers, a dielectric layer, or an insulating layer between the substrate and the dielectric layer, in addition to forming a dielectric layer directly on the substrate.

또한 상기 산화제는 O2, O3, N2O, CO2 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 포로젠은 기판상에 기공을 형성할 수 있는 물질을 의미하며, 이의 구체적인 일예로는 에폭시기가 함유된 비선형 탄화수소 화합물인 시클로헥산(cyclohexane), 톨루엔(toluene), 노보넨(norbornene), 터피넨(terpinene), 자일렌(xylene)과 분지상 폴리(p-크실렌) (branched poly(p-xylene)), 선형 폴리(p-페닐렌) (linear poly(pphenylene)), 선형 폴리 부타디엔 (linear polybutadiene), 분지상 폴리에틸렌 (branched polyethylene), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (poly(ethylene terephthalate): "PET"), 폴리아미드 (polyamide-6,6: "Nylon 6/6"), 신디오택틱 폴리스티렌 (syndiotactic polystyrene: "PS-syn"), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone:"PCL"), 폴리(프로필렌 옥사이드) (poly(propylene oxide): "PPO"), 폴리카보네이트 (polycarbonates), 폴리(페닐렌 설파이드) (poly(phenylene sulfide): "PPS"), 폴리아미드이미드(polyamideimide: "PAI"), 폴리프탈아미드 (polyphthalamide: "PPA", "Amodel"), 폴리메틸스티렌(polymethylstyrene: "PMS"), 폴리에테르에테르 케톤 (polyetheretherketone: "PEEK"), 폴리(에테르 술폰)(poly(ether sulfone): "PES"), 폴리(에테르케톤) (poly(etherketone): "PEK"), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene: "POM"), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) (poly(butylene terephthalate): "PBT"), 폴리스티렌 (polystyrene: "PS"), 폴리(노르보르넨) (poly(norbornene), 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(cetyltrimethylammonium bromide: "CTAB"), 폴리(에틸렌 옥사이드-b-프로필렌 옥사이드-b-에틸렌 옥사이드)(poly(ethylene oxide-b-propylene oxide-b-ethylene oxide): "PEO-b-PPO-b-PEO") 및 시클로덱스트린(cyclodextrin: "CD") 에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Also, the oxidizing agent may be O 2 , O 3 , N 2 O, CO 2 or a mixture thereof, and the porogen means a material capable of forming pores on the substrate. Specific examples of the porogen include an epoxy group Cyclohexane, toluene, norbornene, terpinene, xylene and branched poly (p-xylene), which are non-linear hydrocarbon compounds, Linear polybutadiene, branched polyethylene, poly (ethylene terephthalate) ("PET"), Polyamide-6,6 "Nylon 6/6 &quot;, syndiotactic polystyrene (PS-syn), polycaprolactone (PCL), poly (propylene oxide) poly (propylene oxide): "PPO"), polycarbonates, poly (phenyl polyamideimide ("PAI"), polyphthalamide ("PPA", "Amodel"), polymethylstyrene ("PMS"), polyetheretherketone polyetheretherketone ("PEEK"), poly (ether sulfone) "PES", poly (etherketone) "PEK", polyoxymethylene " ), Poly (butylene terephthalate): "PBT"), polystyrene ("PS"), poly (norbornene), cetyltrimethylammonium bromide "PEO-b-PPO-b-PEO"), poly (ethylene oxide-b-propylene oxide-b-ethylene oxide) And cyclodextrin ("CD"), but is not limited thereto.

상기 포로젠을 포함하는 실리콘함유 유전막은 큐어링(curing) 공정을 통해 포로젠을 제거함으로써, 기공들을 형성할 수 있으며, 이러한 기공에 의해 유전율을 낮출 수 있다. 상기 큐어링(curing) 공정은 UV광 조사, 전자선(e-beam)조사, 열처리 또는 이들 조합으로 수행될 수 있으며, 유전막의 종류 및 특징에 따라 적절하게 조절되어 사용될 수 있다. 이때, 유전 특성을 향상시키기 위해서 상기 큐어링 공정은 열처리로 수행되는 것이 바람직하며, 이때 열처리 온도는 200 내지 700 ℃에서 수행될 수 있으며, 박막의 저유전 특성 및 기계적 강도 특성을 최적화하기 위해서는 300 내지 600 ℃에서 수행되는 것이 좋다. The silicon-containing dielectric layer containing the porogen can form pores by removing the porogen through a curing process, and the dielectric constant can be lowered by the pores. The curing process may be performed by UV light irradiation, e-beam irradiation, heat treatment, or a combination thereof. The curing process may be appropriately controlled depending on the type and characteristics of the dielectric layer. In order to improve the dielectric characteristics, the curing process is preferably performed by a heat treatment. In this case, the heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 700 ° C. In order to optimize the low dielectric constant and mechanical strength characteristics of the thin film, 600 &lt; 0 &gt; C.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 증착시, 기판 온도에 따라 실리콘함유 유전막의 유전특성 및 탄성계수를 적절하게 조정가능하며, 300 ℃ 이하의 기판 온도에서도 균일한 두께의 실리콘함유 저유전막을 형성할 수 있어 바람직하며, 보다 바람직하게는 200 내지 300 ℃일 수 있다.The dielectric constant and modulus of elasticity of the silicon-containing dielectric film can be appropriately adjusted according to the substrate temperature during deposition according to an embodiment of the present invention, and a silicon-containing low dielectric constant film having a uniform thickness can be formed even at a substrate temperature of 300 ° C or lower And more preferably 200 to 300 ° C.

즉, 상기의 방법으로 포로젠이 제거된 유전막은 다공성 저유전막으로 변환될 수 있다. 상기 다공성 저유전막은 유전 상수가 2.0 내지 5.0 범위 일 수 있으며, 바람직하게는 2.0 내지 3.0 범위 일 수 있다.That is, the dielectric film from which porogen is removed by the above method can be converted into a porous low dielectric film. The dielectric constant of the porous low-k film may range from 2.0 to 5.0, preferably 2.0 to 3.0.

본 발명은 상기 실리콘함유 유전막의 제조방법을 이용하여 제조되는 실리콘함유 유전막을 제공한다. 이때, 상기 실리콘함유 유전막은 유전 상수가 2.0 내지 5.0 범위인 저유전막 일 수 있다.
The present invention provides a silicon-containing dielectric film produced by the above-described method for producing a silicon-containing dielectric film. At this time, the silicon-containing dielectric film may be a low dielectric film having a dielectric constant in the range of 2.0 to 5.0.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 좀 더 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are illustrative of the present invention but are not limited thereto.

이하 모든 화합물 실시예는 글로브 박스 또는 슐랭크 관(schlenk line)을 이용하여 비활성 아르곤 또는 질소 분위기 하에서 수행 하였으며, 생성물은 양성자 핵자기 공명 분광법(1H Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 및 열무게 분석법(thermogravimetric analysis, TGA) 를 이용하여 분석하였다. All compound examples below were carried out in an inert argon or nitrogen atmosphere using a glove box or a Schlenk line and the product was analyzed by 1 H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and thermogravimetric analysis, TGA).

[실시예 1] 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄의 제조[Example 1] Preparation of 1- (diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane

(a 단계) 1-(디클로로페닐실릴)-2-(디메틸클로로실릴)에탄의 제조(a) Preparation of 1- (Dichlorophenylsilyl) -2- (dimethylchlorosilyl) ethane

불꽃 건조된 3000 mL 슐렝크 플라스크에 디클로로페닐실란 100 g(0.5 mol, 1.0 당량)과 촉매로 헥사클로로백금(H2Cl6Pt6H2O)을 첨가한 후 반응 용액을 60 ℃로 승온한 후 디메틸클로로비닐실란 71.53 g(0.59 mol, 1.05 당량)을 천천히 첨가하였다. 이 혼합용액을 8 시간 동안 환류하여 1-(디클로로페닐실릴)-2-(디메틸클로로실릴)에탄을 159.7 g (수율:95 %) 얻었다. After adding 100 g (0.5 mol, 1.0 equivalent) of dichlorophenylsilane and hexachloroplatinum (H 2 Cl 6 Pt 6 H 2 O) as a catalyst to a flame-dried 3000 mL Schlenk flask, the reaction solution was heated to 60 ° C., 71.53 g (0.59 mol, 1.05 eq) of chlorovinylsilane was slowly added. This mixed solution was refluxed for 8 hours to obtain 159.7 g (yield: 95%) of 1- (dichlorophenylsilyl) -2- (dimethylchlorosilyl) ethane.

1H NMR (C6D6): δ 0.09 (6H), 0.82 (2H), 1.21 (2H), 7.11 (3H), 7.15 (2H).
1 H NMR (C 6 D 6 ): δ 0.09 (6H), 0.82 (2H), 1.21 (2H), 7.11 (3H), 7.15 (2H).

(b 단계) 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄의 제조(b) Preparation of 1- (diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane

불꽃 건조된 5000 mL 슐렝크 플라스크에 펜탄 3000 ml와 얻어진 1-(디클로로페닐실릴)-2-(디메틸클로로실릴)에탄 159.7 (0.54 mol, 1.0 당량)을 첨가한 후 0 ℃를 유지한 채 피리딘 129.4 g(1.64 mol, 3.05 당량)을 첨가한 후 에탄올 75.4 g(0.54 mol, 3.05 당량)을 천천히 첨가한 후 반응 용액을 실온까지 천천히 승온하여 12 시간 동안 교반하였다. 이 반응 용액을 감압 하에서 용매를 제거한 다음 114 ℃/0.9 torr에서 정제하여 무색 액체, Me2(OEt)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph 105 g(수율: 60 %)를 얻었다. To a flame-dried 5000 mL Schlenk flask, 3000 mL of pentane and 159.7 (0.54 mol, 1.0 equivalent) of 1- (dichlorophenylsilyl) -2- (dimethylchlorosilyl) ethane obtained were added thereto, g (1.64 mol, 3.05 eq.) was added thereto. After 75.4 g (0.54 mol, 3.05 eq.) of ethanol was slowly added, the reaction solution was slowly warmed to room temperature and stirred for 12 hours. The solvent was removed from the reaction solution under reduced pressure and then purified at 114 ° C / 0.9 torr to obtain 105 g of a colorless liquid, Me 2 (OEt) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph (yield: 60%).

1H NMR (C6D6): δ 0.03 (6H), 0.73 (2H), 0.94 (2H), 1.13 (3H), 1.62 (6H), 3.47 (2H), 3.78 (4H), 7.23 (3H), 7.79 (2H).
1 H NMR (C 6 D 6 ):? 0.03 (6H), 0.73 (2H), 0.94 (2H), 1.13 (3H), 1.62 (6H), 3.47 , 7.79 (2H).

도 1에서는 실시예 1에서 제조된 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄(Me2(EtO)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph)의 열중량 분석(TGA)을 나타낸 바와 같이 열안정성이 높음을 확인할 수 있었으며, 도 2에서는 실시예 1에서 제조된 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄(Me2(EtO)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph)의 Vapor Pressure Curve로부터 상기의 방법으로 제조된 상기 실리콘 전구체의 증기압이 높은 것을 확인할 수 있었다.
1 shows the thermogravimetric analysis (TGA) of 1- (diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane (Me 2 (EtO) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph) prepared in Example 1 (Diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane (Me 2 (EtO) SiCH 2 CH (CH 3) 2) prepared in Example 1 was confirmed to have high thermal stability as shown in FIG. 2 Si (OEt) 2 Ph), the vapor pressure of the silicon precursor prepared by the above method was confirmed to be high.

[실시예 2] 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄의 제조[Example 2] Preparation of 1- (diethoxyphenylsilyl) -2- (dimethylethoxysilyl) ethane

A) 불꽃 건조된 3000 mL 슐렝크 플라스크에 펜탄 1500 ml와 디메틸클로로비닐실란 100 g(0.83 mol, 1.0 당량)을 첨가한 후 0 ℃로 유지한 채 피리딘 68.8 g(0.87 mol, 1.05 당량)을 첨가한 후 에탄올 40.1 g(0.87 mol, 1.05 당량)을 천천히 첨가한다. 반응 용액을 실온까지 승온하여 12 시간 동안 교반한 다음 100 ℃에서 정제하여 무색 액체, Me2Si(OEt)(CHCH2)75.6 g(수율:70 %)를 얻었다. A) In a flame-dried 3000 mL Schlenk flask, 1500 mL of pentane and 100 g (0.83 mol, 1.0 equivalent) of dimethylchlorovinylsilane were added and 68.8 g (0.87 mol, 1.05 equivalent) of pyridine was added 40.1 g (0.87 mol, 1.05 eq) of ethanol are slowly added. The reaction solution was heated to room temperature, stirred for 12 hours, and then purified at 100 ° C to obtain 75.6 g (yield: 70%) of a colorless liquid, Me 2 Si (OEt) (CHCH 2 ).

1H NMR (C6D6): δ 0.14 (6H), 1.22 (3H), 3.83 (2H), 5.1~5.4 (3H). 1 H NMR (C 6 D 6 ): δ 0.14 (6H), 1.22 (3H), 3.83 (2H), 5.1 ~ 5.4 (3H).

B) 불꽃 건조된 3000 mL 슐렝크 플라스크에 펜탄 1500 ml와 디클로로페닐실란 100 g(0.5 6mol, 1.0당 량)을 첨가한 후 0 ℃로 유지한 채 피리딘 90.8 g(1.148 mol, 2.05 당량)을 첨가한 후 에탄올 52.9 g(1.148 mol, 2.05 당량)을 천천히 첨가하였다. 반응 용액을 실온까지 승온하여 12 시간 동안 교반한 다음 감압 하에서 용매를 제거한 다음 198 ℃에서 정제하여 무색 액체, HSi(OEt)2Ph 76.96 g(수율:70 %)를 얻었다. B) To a flame-dried 3000 mL Schlenk flask, 1500 mL of pentane and 100 g (0.56 mol, 1.0 equivalent) of dichlorophenylsilane were added and 90.8 g (1.148 mol, 2.05 equivalent) of pyridine was added 52.9 g (1.148 mol, 2.05 eq) of ethanol were slowly added. The reaction solution was heated to room temperature, stirred for 12 hours, and then the solvent was removed under reduced pressure. The solvent was then purified at 198 ° C to obtain 76.96 g of a colorless liquid, HSi (OEt) 2 Ph (yield: 70%).

1H NMR (C6D6): δ 1.12 (6H), 3.75 (4H), 5.18 (1H), 7.19 (3H), 7.72 (2H). 1 H NMR (C 6 D 6 ): δ 1.12 (6H), 3.75 (4H), 5.18 (1H), 7.19 (3H), 7.72 (2H).

C) 불꽃 건조된 3000 mL 슐렝크 플라스크에 촉매로 헥사클로로백금(H2Cl6Pt6H2O)을 첨가한 후 건조한 다음 얻어진 디에톡시페닐실란, HSi(OEt)2Ph 76.96 g(0.39 mol, 1 당량)을 첨가한 후 60 ℃로 승온한 후 디메틸에톡시비닐실란, Me2Si(OEt)(CHCH2) 51.06 g(0.39 mol, 1 당량)을 천천히 첨가하였다. 이 혼합용액을 8 시간 동안 환류하여 이 반응 용액을 14 ℃/0.9torr에서 정제하여 무색 액체, Me2(OEt)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph, 1-(디에톡시페닐실릴)-2-(디메틸에톡시실릴)에탄을 127 g (수율:99.7 %) 얻었다. C) a catalyst to the flame-dried 3000 mL Herr Lenk flask hexachloro-platinum (diethoxy phenyl silane, HSi (OEt) arid then obtained followed by the addition of H 2 Cl 6 Pt6H 2 O) 2 Ph 76.96 g (0.39 mol, 1 After the temperature was raised to 60 ° C, 51.06 g (0.39 mol, 1 equivalent) of dimethylethoxyvinylsilane, Me 2 Si (OEt) (CHCH 2 ) was added slowly. The mixed solution was refluxed for 8 hours and the reaction solution was purified at 14 ° C / 0.9 torr to obtain a colorless liquid, Me 2 (OEt) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph, 1- (diethoxyphenylsilyl) - (dimethylethoxysilyl) ethane (yield: 99.7%).

1H NMR (C6D6): δ 0.03 (6H), 0.73 (2H), 0.94 (2H), 1.13 (3H), 1.62 (6H), 3.47 (2H), 3.78 (4H), 7.23 (3H), 7.79 (2H).
1 H NMR (C 6 D 6 ):? 0.03 (6H), 0.73 (2H), 0.94 (2H), 1.13 (3H), 1.62 (6H), 3.47 , 7.79 (2H).

[실시예 3] 실리콘함유 유전막의 제조[Example 3] Production of silicon-containing dielectric film

상기 실리콘함유 유전막을 형성하기 위해 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (Plasma Enhancement CVD)용 챔버를 사용하였다. 챔버 내에 기판을 공급한 후, 기판의 온도가 200 ℃가 되도록 승온 하고, 반응이 끝날 때까지 200 ℃를 유지하였다. 기판을 공급한 후 유기 규소 전구체로 본 발명의 실시예 1에서 제조된 실리콘 전구체(Me2(OEt)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph)를 아르곤(100 sccm)과 함께 400 cc/min의 유량으로 챔버 내로 공급하였다.A chamber for plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD) was used to form the silicon-containing dielectric film. After the substrate was supplied into the chamber, the temperature of the substrate was raised to 200 占 폚, and maintained at 200 占 폚 until the reaction was completed. After supplying the substrate, the silicon precursor (Me 2 (OEt) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph) prepared in Example 1 of the present invention as an organic silicon precursor was mixed with argon (100 sccm) at 400 cc / min Was fed into the chamber at a flow rate.

본 발명의 실시예 1에서 제조된 실리콘 전구체(Me2(OEt)SiCH2CH2Si(OEt)2Ph)를 공급한 후 50 W 플라즈마를 공급하였다. 산화제로 O2를 사용하였고, O2 공급 유량은 25 cc/min으로 공급하였고, 실시예 1의 챔버 압력은 0.8 torr로 진행하였다.The silicon precursor (Me 2 (OEt) SiCH 2 CH 2 Si (OEt) 2 Ph) prepared in Example 1 of the present invention was supplied and a 50 W plasma was supplied. O 2 was used as the oxidizing agent, the supply flow rate of O 2 was 25 cc / min, and the chamber pressure of Example 1 was 0.8 torr.

이렇게 증착된 유전막을 500℃에서 2시간 동안 열처리(N2, 15SLM)하여 상기 포로젠을 제거하여 다공성 저유전막을 제조하였다.The deposited dielectric film was annealed at 500 ° C for 2 hours (N 2 , 15 SLM) to remove the porogen, thereby preparing a porous low dielectric film.

상기 실시예 1에 의해 제조된 다공성 저유전막의 유전 상수는 2.47이며, 탄성계수(E)가 5.59GPa이다.
The dielectric constant of the porous low-k dielectric film prepared in Example 1 is 2.47 and the modulus of elasticity (E) is 5.59 GPa.

[실시예 4] 실리콘함유 유전막의 제조[Example 4] Production of silicon-containing dielectric film

실시예 3에서 기판의 온도가 250 ℃로 하여 반응시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 다공성 저유전막을 제조하였다. A porous low-k film was prepared in the same manner as in Example 3, except that the substrate temperature was changed to 250 ° C in Example 3.

상기 실시예 4에 의해 제조된 다공성 저유전막의 유전 상수는 2.65이며, 탄성계수(E)가 6.10GPa이다.
The dielectric constant of the porous low-k dielectric film prepared in Example 4 is 2.65 and the modulus of elasticity (E) is 6.10 GPa.

[실시예 5] 실리콘함유 유전막의 제조[Example 5] Production of silicon-containing dielectric film

실시예 3에서 기판의 온도가 300 ℃로 하여 반응시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 다공성 저유전막을 제조하였다. A porous low dielectric film was prepared in the same manner as in Example 3, except that the substrate temperature was changed to 300 ° C in Example 3.

상기 실시예 5에 의해 제조된 다공성 저유전막의 유전 상수는 2.89이며, 탄성계수(E)가 6.05GPa이다.
The dielectric constant of the porous low-k dielectric film prepared in Example 5 is 2.89 and the modulus of elasticity (E) is 6.05 GPa.

즉, 본원발명에 따른 실리콘 전구체를 이용하여 실리콘함유 유전막을 제조할 경우, 200 내지 300 ℃의 낮은 온도에서도 우수한 기계적 강도 및 저유전 특성을 효과적으로 구현할 수 있을 뿐 아니라 200 ℃ 의 온도에서는 최적으로 향상된 저유전 특성을 가질 수 있음을 확인 할 수 있었다. That is, when a silicon-containing dielectric film is manufactured using the silicon precursor according to the present invention, excellent mechanical strength and low dielectric characteristics can be effectively achieved even at a low temperature of 200 to 300 ° C., It is possible to confirm that it has a dielectric property.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 실리콘 전구체.
[화학식 1]
Figure 112015057832634-pat00025

[상기 화학식 1에서,
상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;
상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]
1. A silicon precursor represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
Figure 112015057832634-pat00025

[In the above formula (1)
R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;
And n is an integer of 2 or 3.]
제1항에 있어서,
하기 화학식 2로 표시되는 실리콘 전구체.
[화학식 2]
Figure 112015057832634-pat00026

[상기 화학식 2에서,
상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;
상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]
The method according to claim 1,
A silicon precursor represented by the following formula (2).
(2)
Figure 112015057832634-pat00026

[In the formula (2)
R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;
And n is an integer of 2 or 3.]
제1항에 있어서,
상기 R2 내지 R4는 각각 독립적으로 (C1-C2)알킬인 실리콘 전구체.
The method according to claim 1,
Wherein each of R 2 to R 4 is independently (C 1 -C 2 ) alkyl.
제1항에 있어서,
상기 화학식1은 하기 구조에서 선택되는 것인 실리콘 전구체.
Figure 112015057832634-pat00027
The method according to claim 1,
Wherein said formula (1) is selected from the following structures.
Figure 112015057832634-pat00027
a) 하기 화학식3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식4로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식5로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및
b) 하기 화학식5로 표시되는 화합물과 하기 화학식6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 실리콘 전구체의 제조방법.
[화학식 3]
Figure 112015057832634-pat00028

[화학식 4]
Figure 112015057832634-pat00029

[화학식 5]
Figure 112015057832634-pat00030

[화학식 6]
HOR2
[화학식 7]
M(OR2)
[화학식 1]
Figure 112015057832634-pat00031

[상기 화학식 1 및 화학식 3 내지 화학식 7에서,
상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;
상기 X는 할로겐이며;
상기 M은 Li, Na 또는 K이며;
상기 m은 0 또는 1의 정수이며;
상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]
a) reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula (4) to prepare a compound represented by the following formula (5); And
b) reacting a compound represented by the following formula (5) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (1); &Lt; / RTI &gt;
(3)
Figure 112015057832634-pat00028

[Chemical Formula 4]
Figure 112015057832634-pat00029

[Chemical Formula 5]
Figure 112015057832634-pat00030

[Chemical Formula 6]
HOR 2
(7)
M (OR 2 )
[Chemical Formula 1]
Figure 112015057832634-pat00031

[In the formulas (1) and (3) to (7)
R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;
X is halogen;
M is Li, Na or K;
M is an integer of 0 or 1;
And n is an integer of 2 or 3.]
A) 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 제조하는 단계;
B) 하기 화학식 4로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물 또는 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 및
C) 하기 화학식 8로 표시되는 화합물과 하기 화학식 9으로 표시되는 화합물을 반응시켜 하기 화학식1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 것인 실리콘 전구체의 제조방법.
[화학식 3]
Figure 112015057832634-pat00032

[화학식 4]
Figure 112015057832634-pat00033

[화학식 6]
HOR2
[화학식 7]
M(OR2)
[화학식 8]
Figure 112015057832634-pat00034

[화학식 9]
Figure 112015057832634-pat00035

[화학식 1]
Figure 112015057832634-pat00036

[상기 화학식 1, 화학식 3, 화학식 4 및 화학식 6 내지 화학식 9에서,
상기 R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, (C1-C10)알케닐 또는 (C1-C10)알키닐이며;
상기 X는 할로겐이며;
상기 M은 Li, Na 또는 K이며;
상기 m은 0 또는 1의 정수이며;
상기 n은 2 또는 3의 정수이다.]
A) reacting a compound represented by the following formula (3) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (8)
B) reacting a compound represented by the following formula (4) with a compound represented by the following formula (6) or a compound represented by the following formula (7) to prepare a compound represented by the following formula (9) And
C) reacting a compound represented by the following formula (8) with a compound represented by the following formula (9) to prepare a compound represented by the following formula (1); &Lt; / RTI &gt;
(3)
Figure 112015057832634-pat00032

[Chemical Formula 4]
Figure 112015057832634-pat00033

[Chemical Formula 6]
HOR 2
(7)
M (OR 2 )
[Chemical Formula 8]
Figure 112015057832634-pat00034

[Chemical Formula 9]
Figure 112015057832634-pat00035

[Chemical Formula 1]
Figure 112015057832634-pat00036

[In the formulas (1), (3), (4) and (6) to (9)
R 1 to R 6 are each independently hydrogen, (C 1 -C 10) alkyl, (C 1 -C 10) alkenyl or (C 1 -C 10) alkynyl;
X is halogen;
M is Li, Na or K;
M is an integer of 0 or 1;
And n is an integer of 2 or 3.]
제5항 및 제6항에서 선택되는 한 항에 있어서,
상기 a) 단계 또는 C) 단계는 촉매 존재하에 수행되며, 상기 촉매는 H2PtCl6, PdCl2(NC-C4H9)2, Pt[P(C4H9)3]4, Rh(acac)3, Co2(CO)8, Ni0 또는 Cr(CO)6인 실리콘 전구체의 제조방법.
7. A compound according to any one of claims 5 and 6,
The step a) or C) step is carried out in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is H 2 PtCl 6, PdCl 2 ( NC-C 4 H 9) 2, Pt [P (C 4 H 9) 3] 4, Rh ( acac) 3 , Co 2 (CO) 8 , Ni 0, or Cr (CO) 6 .
제1항에 따른 실리콘 전구체를 이용하여 제조되는 실리콘함유 유전막의 제조방법.A process for producing a silicon-containing dielectric film produced by using the silicon precursor according to claim 1. 제8항에 있어서,
상기 실리콘함유 유전막은 플라즈마 강화 화학기상증착 방법을 이용하여 증착되는 것인 실리콘함유 유전막의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the silicon-containing dielectric film is deposited using a plasma enhanced chemical vapor deposition process.
제9항에 있어서,
상기 플라즈마 강화 화학기상증착 방법의 에너지는 플라즈마, 펄스식 플라즈마, 헬리콘(helicon) 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 유도 결합 플라즈마 및 리모트(remote) 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 실리콘함유 유전막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the energy of the plasma enhanced chemical vapor deposition process is selected from the group consisting of plasma, pulsed plasma, helicon plasma, high density plasma, inductively coupled plasma, and remote plasma.
제9항에 있어서,
상기 증착의 조건은 Si 화합물을 투입 유량 10 내지 1000cc/min, 포로젠 유량 10 내지 1000 cc/min, 산화제 유량 1 내지 1000cc/min, 압력 0.5 내지 10 torr, RF 파워 30 내지 1000 W 또는 기판온도 200 내지 400 ℃에서 선택되는 것인 실리콘함유 유전막의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The conditions for the deposition are as follows: a Si compound is introduced at a flow rate of 10 to 1000 cc / min, a flow rate of a porogen of 10 to 1000 cc / min, an oxidant flow rate of 1 to 1000 cc / min, a pressure of 0.5 to 10 torr, To &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 400 C. &lt; / RTI &gt;
제8항에 있어서,
상기 실리콘함유 유전막은 증착 후 큐어링(curing) 공정을 통해 포로젠 제거 및 다공성 유전막을 형성하는 것인 실리콘함유 유전막의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the silicon-containing dielectric layer has a porosity removal and a porous dielectric layer through a curing process after deposition.
제12항에 있어서,
상기 큐어링(curing) 공정은 UV광 조사, 전자선(e-beam)조사, 열처리 또는 이들 조합으로 수행되는 것인 실리콘함유 유전막의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the curing process is performed by UV light irradiation, e-beam irradiation, heat treatment, or a combination thereof.
제12항에 있어서,
상기 다공성 유전막은 유전 상수가 2.0 내지 5.0 범위의 다공성 저유전막인 실리콘함유 유전막의 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the porous dielectric film is a porous low dielectric film having a dielectric constant in the range of 2.0 to 5.0.
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