JP2000319530A - Composition for semiconductor element - Google Patents

Composition for semiconductor element

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JP2000319530A
JP2000319530A JP11132225A JP13222599A JP2000319530A JP 2000319530 A JP2000319530 A JP 2000319530A JP 11132225 A JP11132225 A JP 11132225A JP 13222599 A JP13222599 A JP 13222599A JP 2000319530 A JP2000319530 A JP 2000319530A
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JP
Japan
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organic polymer
metal
aliphatic organic
aliphatic
thin film
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JP11132225A
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Takaaki Ioka
崇明 井岡
Hiroyuki Hanabatake
博之 花畑
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thin film of a complex of a silicon-containing metal complex oxide with an aliphatic organic polymer excellent in mechanical strengths, adhesion performance with substrates, crack resistance, uniformity of film thickness and thick film-forming performance. SOLUTION: A thin film of an aliphatic organic polymer-inorganic complex is obtained by applying and gelling a composition comprising an alkoxysilane, at least one metal compound of a metal other than silicon selected from the forth, the fifth, the sixth, the thirteenth and the sixteenth families and an aliphatic organic polymer. Further, a porous silicon-containing metal complex oxide thin film is obtained by removing the aliphatic organic polymer from the thin film. The porous silicon-containing metal complex oxide can be preferably used as an insulating film for multilayer wiring as it is more excellent in mechanical strengths, adhesiveness to substrates, uniformity of film thickness and thick film-forming performance than usual ones and is capable of imparting low dielectric constants.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板や半導体
素子に用いる、機械的強度、基板との接着性、耐クラッ
ク性、膜厚の均一性、厚膜形成能力などに優れた有機ポ
リマーとケイ素含有金属複合酸化物との複合材料、およ
びそれらの諸物性に加えて大きな空隙率と低い比誘電率
とを有する多孔質のケイ素含有金属複合酸化物を形成し
得る前駆組成物を提供するものである。
[0001] The present invention relates to an organic polymer which is used for a wiring substrate or a semiconductor element and has excellent mechanical strength, adhesion to a substrate, crack resistance, uniformity of film thickness, and ability to form a thick film. Provided are a composite material with a silicon-containing metal composite oxide, and a precursor composition capable of forming a porous silicon-containing metal composite oxide having a large porosity and a low relative dielectric constant in addition to their physical properties. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、LSI多層配線に用いる層間絶縁
膜には、緻密なケイ素酸化物、またはフッ素や有機基を
導入したケイ素酸化物が用いられてきた。しかし、これ
らの材料の比誘電率の値は比較的大きく、LSIの配線
が微細化されるにしたがってこれらの材料を層間絶縁膜
として用いることによる、配線遅延などの様々な問題が
生じている。このため、ケイ素酸化物と有機ポリマーを
複合化させて比誘電率を低下させたり、ケイ素酸化物を
多孔質化して、比誘電率の値がおよそ1である空気との
複合体にして比誘電率を低下させるという試みがなされ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a dense silicon oxide or a silicon oxide into which fluorine or an organic group is introduced has been used for an interlayer insulating film used for an LSI multilayer wiring. However, the relative dielectric constants of these materials are relatively large, and various problems such as wiring delay are caused by using these materials as an interlayer insulating film as LSI wiring becomes finer. For this reason, silicon oxide and an organic polymer are compounded to lower the relative dielectric constant, or silicon oxide is made porous to form a composite with air having a relative dielectric constant of about 1, thereby forming a dielectric constant. Attempts have been made to reduce rates.

【0003】Hrubeshらは、テトラアルコキシシ
ランをアルコール中で加水分解、脱水縮合させて得られ
た湿潤ゲルをオートクレーブ中において110bar、
530Kにて超臨界乾燥させ、比誘電率1.1〜1.9
である多孔質ケイ素酸化物の薄膜を得ている(Jour
nal of Material Research,
8(7),P.1736−1741(1993))。ま
た、特開平7−185306号公報によると、上述のよ
うな超臨界乾燥によって多孔質ケイ素酸化物を製造する
に際して、ケイ素以外の金属からなる金属化合物を添加
することによって機械的強度の高い多孔質ケイ素含有金
属複合酸化物を得ている。しかしこれらの技術ように高
温高圧下における長時間の処理が必要である手法を半導
体製造工程に応用することは著しく困難である。
Hrubesh et al. Reported that a wet gel obtained by hydrolyzing and dehydrating and condensing tetraalkoxysilane in alcohol was subjected to 110 bar in an autoclave.
Supercritical drying at 530K, relative dielectric constant of 1.1 to 1.9
Has been obtained as a porous silicon oxide thin film (Jour
nal of Material Research,
8 (7), p. 1736-1741 (1993)). According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-185306, when producing a porous silicon oxide by supercritical drying as described above, a porous material having a high mechanical strength can be obtained by adding a metal compound composed of a metal other than silicon. A silicon-containing metal composite oxide is obtained. However, it is extremely difficult to apply a technique requiring a long-time treatment under a high temperature and a high pressure to the semiconductor manufacturing process.

【0004】また、特開昭57−133119号公報に
はアルミニウム化合物、加水分解性シラン化合物、およ
びエポキシ樹脂を含有する組成物が開示されている。し
かしこの場合、アルミニウム化合物およびシラン化合物
は触媒として添加するのみであり、シラン化合物および
金属化合物が反応によりゲル化してネットワークを形成
するということはなく、したがって該組成物からは多孔
質のケイ素含有金属複合酸化物を得ることはできない。
[0004] JP-A-57-133119 discloses a composition containing an aluminum compound, a hydrolyzable silane compound and an epoxy resin. However, in this case, the aluminum compound and the silane compound are only added as catalysts, and the silane compound and the metal compound do not gel by reaction to form a network. A composite oxide cannot be obtained.

【0005】さらに特公平7−94326号公報には、
特定の有機ポリマーをアルコキシシラン類を含む溶液に
溶解させた上でアルコキシシラン類の加水分解反応を行
い、次いで該溶液に金属アルコキシドを含有する溶液を
添加した後、ゲル化を行い、乾燥し、次いで500〜8
00℃に加熱することにより、強度と耐食性をもつ多孔
質のケイ素含有金属複合酸化物の製造方法が開示されて
いる。しかしこの方法では500℃以上の高温処理を必
要とするため、半導体製造工程に用いるのは不可能であ
る。また、高温処理の過程においてゲル化物が著しく収
縮するため、細孔容積が0.16程度、すなわち比誘電
率3.5程度の二酸化ケイ素系多孔質材料しか得られな
い。以上の如く、低い比誘電率を有し、かつ機械的強
度、基板との密着性、耐クラック性、膜厚の均一性、厚
膜形成能力などの、半導体素子へ応用するために必須な
物性を兼ね備えた多孔質材料を、半導体製造工程に適応
し得る方法で製造することは、本発明がなされる以前に
は著しく困難であった。
Further, Japanese Patent Publication No. 7-94326 discloses that
After dissolving a specific organic polymer in a solution containing alkoxysilanes, a hydrolysis reaction of alkoxysilanes is performed, and then a solution containing metal alkoxide is added to the solution, gelling is performed, and drying is performed. Then 500-8
A method for producing a porous silicon-containing metal composite oxide having strength and corrosion resistance by heating to 00 ° C. is disclosed. However, this method requires a high-temperature treatment of 500 ° C. or more, so that it cannot be used in a semiconductor manufacturing process. In addition, since the gelled material significantly shrinks during the high-temperature treatment, only a silicon dioxide porous material having a pore volume of about 0.16, that is, a dielectric constant of about 3.5 can be obtained. As described above, properties such as low dielectric constant, mechanical strength, adhesion to the substrate, crack resistance, uniformity of film thickness, and ability to form a thick film are essential for application to semiconductor devices. Before the present invention was made, it was extremely difficult to produce a porous material having the above characteristics by a method adaptable to a semiconductor production process.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、機械的強
度、基板との密着性、耐クラック性、膜厚の均一性、厚
膜形成能力に優れた、半導体素子用絶縁被膜とその前駆
組成物に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an insulating film for a semiconductor device and a precursor composition thereof, which are excellent in mechanical strength, adhesion to a substrate, crack resistance, uniformity of film thickness, and ability to form a thick film. About things.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決すべ
く、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、意外にも、ア
ルコキシシラン類と4族、5族、6族、13族、14族
から選ばれる少なくとも1種類以上のケイ素以外の金属
元素からなる金属化合物と脂肪族有機ポリマーからなる
組成物を塗布、ゲル化させて得られる被膜、および該被
膜から脂肪族有機ポリマーを除去して得られる多孔質の
ケイ素含有金属複合酸化物薄膜が、機械的強度のみなら
ず基板との密着性や膜厚均一性、厚膜形成能力に優れ、
かつ低い比誘電率を有し、半導体用絶縁薄膜として好適
に用いられることを見い出し、本発明に至った。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, surprisingly, the alkoxysilanes and the fourth, fifth, sixth, thirteenth, and A coating obtained by applying and gelling a composition comprising an aliphatic organic polymer and a metal compound comprising at least one or more metal elements other than silicon selected from Group 14; and removing the aliphatic organic polymer from the coating. The resulting porous silicon-containing metal composite oxide thin film is excellent not only in mechanical strength but also in adhesion to substrate and film thickness uniformity, thick film forming ability,
In addition, they have found that they have a low relative dielectric constant and are suitably used as insulating thin films for semiconductors, and have reached the present invention.

【0008】すなわち、本発明は、(1)(a)アルコ
キシシラン類、(b)4族、5族、6族、13族、14
族から選ばれる少なくとも1種類のケイ素以外の金属元
素からなる金属化合物、(c)脂肪族有機ポリマー、を
包含する半導体素子用組成物、(2)金属化合物に含ま
れる金属元素が、アルミニウム、チタン、ジルコニウム
であることを特徴とする(1)に記載の組成物、(3)
金属化合物の形態が、金属アルコキシド、有機酸の金属
塩、ジケトンの金属錯体であることを特徴とする(1)
に記載の組成物、(4)脂肪族有機ポリマーが、脂肪族
ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、脂肪族ポリカーボ
ネート、脂肪族ポリアンハイドライドを主たる構成成分
とする脂肪族有機ポリマーであることを特徴とする
(1)に記載の組成物、(5)上記(1)〜(4)のい
ずれかに記載の組成物を基板上に塗布し、アルコキシシ
ランおよび金属化合物を加水分解、脱水縮合することに
より得ることを特徴とする透明な脂肪族有機ポリマー−
金属酸化物複合体薄膜、(6)上記(5)に記載の脂肪
族有機ポリマー−金属酸化物複合体薄膜から脂肪族有機
ポリマーを除去して得ることを特徴とする多孔質のケイ
素含有金属複合酸化物薄膜、(7)上記(5)又は
(6)に記載の薄膜を絶縁物として用いることを特徴と
する配線構造体、(8)上記(7)に記載の配線構造体
を包含する半導体素子、である。
That is, the present invention relates to (1) (a) alkoxysilanes, (b) groups 4, 5, 6, 13, 14
A metal compound comprising at least one metal element other than silicon selected from the group consisting of: (c) an aliphatic organic polymer; and (2) a metal element contained in the metal compound is aluminum or titanium. , Zirconium, the composition according to (1), (3)
(1) The form of the metal compound is a metal alkoxide, a metal salt of an organic acid, or a metal complex of a diketone.
(4) The aliphatic organic polymer is characterized in that the aliphatic organic polymer is an aliphatic organic polymer containing aliphatic polyether, aliphatic polyester, aliphatic polycarbonate, and aliphatic polyanhydride as main components. (1) A composition obtained by applying the composition according to any one of the above (1) to (4) on a substrate and subjecting the alkoxysilane and the metal compound to hydrolysis and dehydration condensation. A transparent aliphatic organic polymer characterized by
A metal oxide composite thin film, (6) a porous silicon-containing metal composite obtained by removing the aliphatic organic polymer from the aliphatic organic polymer-metal oxide composite thin film according to (5). An oxide thin film; (7) a wiring structure using the thin film according to (5) or (6) as an insulator; and (8) a semiconductor including the wiring structure according to (7). Element.

【0009】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
組成物は、アルコキシシラン類と、金属化合物、脂肪族
有機ポリマーを含んでなる組成物である。該組成物を基
板上に塗布した後、アルコキシシラン類および金属化合
物を加水分解、脱水縮合させることによって、アルコキ
シシラン類に含まれるアルコキシ基は水酸基となり、続
いて脱水縮合反応を起こす。その一方、金属化合物も加
水分解されて金属水酸化物となり続いて脱水縮合をした
り、金属化合物に含まれる置換基や配位子が脱離して縮
合したりする。その結果ゲル化し、脂肪族有機ポリマー
を含んだケイ素含有金属複合酸化物薄膜が得られる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The composition of the present invention is a composition comprising an alkoxysilane, a metal compound, and an aliphatic organic polymer. After the composition is coated on a substrate, the alkoxysilanes and the metal compound are hydrolyzed and dehydrated and condensed, whereby the alkoxy groups contained in the alkoxysilanes become hydroxyl groups, and subsequently cause a dehydration condensation reaction. On the other hand, the metal compound is also hydrolyzed to form a metal hydroxide and subsequently undergoes dehydration condensation, or the substituents and ligands contained in the metal compound are eliminated and condensed. As a result, a gel is formed, and a silicon-containing metal composite oxide thin film containing an aliphatic organic polymer is obtained.

【0010】本発明において用いることができるアルコ
キシシラン類としては、テトラメトキシシラン、テトラ
エトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テ
トラ(i−プロポキシ)シラン、テトラ(n−ブトキ
シ)シラン、テトラ(t−ブトキシ)シランなどのテト
ラアルコキシシランなどが挙げられる。また、アルコキ
シシランのオリゴマーや、トリメトキシシラン、トリエ
トキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリ
エトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニ
ルトリエトキシシラン、ビス(トリメトキシシリル)メ
タン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,2−ビ
ス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリ
エトキシシリル)エタン、1,4−ビス(トリメトキシ
シリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリ
ル)ベンゼンなどに代表されるような、ケイ素原子上に
1個の水素、アルキル基又はアリール基をもつアルコキ
シシランも本発明で用いられるアルコキシシラン類に含
まれる。アルコキシシラン類の部分加水分解物を原料と
してもよい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を
混合しても差し支えない。
The alkoxysilanes that can be used in the present invention include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetra (i-propoxy) silane, tetra (n-butoxy) silane, tetra ( and tetraalkoxysilanes such as (t-butoxy) silane. Also, an alkoxysilane oligomer, trimethoxysilane, triethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) Methane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane, 1,4-bis (trimethoxysilyl) benzene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, etc. The alkoxysilanes having one hydrogen, an alkyl group or an aryl group on a silicon atom, such as represented by the formula (1), are also included in the alkoxysilanes used in the present invention. A partially hydrolyzed product of alkoxysilanes may be used as a raw material. These may be used alone or in combination of two or more.

【0011】さらに、得られる脂肪族有機ポリマー−金
属酸化物複合体や多孔質のケイ素含有金属複合酸化物を
改質するために、ケイ素原子上に2〜3個の水素、アル
キル基又はアリール基をもつアルコキシシランを上記の
アルコキシシラン類に混合することも可能である。混合
する量は、原料のシラン化合物の全モル数のうち80モ
ル%以下となるようにする。80モル%を超えるとゲル
化しない場合がある。本発明で用いられる金属化合物
は、加水分解を経る脱水縮合反応や、置換基および/ま
たは配位子の脱離による縮合反応によって金属酸化物を
生成するものであれば如何なるものでも用いることがで
きる。好適に用いることができる金属原子の例として
は、例えば、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ス
ズ、ゲルマニウム、タングステン、タンタル、バナジウ
ムなどが挙げられる。この中でも特に好ましいのはアル
ミニウム、チタン、ジルコニウムである。
Furthermore, in order to modify the resulting aliphatic organic polymer-metal oxide composite or porous silicon-containing metal composite oxide, two or three hydrogen, alkyl or aryl groups are added on the silicon atom. Can be mixed with the above-mentioned alkoxysilanes. The amount to be mixed is set to be 80 mol% or less of the total number of moles of the raw material silane compound. If it exceeds 80 mol%, gelation may not occur. As the metal compound used in the present invention, any compound can be used as long as it produces a metal oxide by a dehydration condensation reaction through hydrolysis or a condensation reaction by elimination of a substituent and / or a ligand. . Examples of metal atoms that can be suitably used include, for example, aluminum, titanium, zirconium, tin, germanium, tungsten, tantalum, and vanadium. Of these, aluminum, titanium and zirconium are particularly preferred.

【0012】また金属化合物の形態としては、 メトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシ
ド、フェノキシドなど炭素数1〜6のアルコールの金属
アルコキシド、 ギ酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、乳
酸、酒石酸などの有機酸の金属塩、 アセト酢酸アルキル、マロン酸ジアルキル、アセチ
ルアセトン、テトラメチルヘプタンジオン、ヘキサフル
オロアセチルアセトンなどのジケトンを配位子とする金
属の錯体、 メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン
酸、p−トルエンスルホン酸などのスルホン酸の金属
塩、 燐酸、硫酸、硝酸、炭酸などの無機酸の金属塩、 その他ハロゲン化物、シアン化物、アルキル化物、
水素化物、水酸化物、金属アミド、キノリネートなど、 等が挙げられる。上記に列挙した中でも特に好ましいの
がアルコキシド、有機酸の塩、ジケトン錯体である。
Examples of the form of the metal compound include metal alkoxides having 1 to 6 carbon atoms such as methoxide, ethoxide, propoxide, butoxide and phenoxide, formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, lactic acid, tartaric acid and the like. Metal salts of organic acids, alkyl acetoacetates, dialkyl malonates, acetylacetones, complexes of metals with diketones such as tetramethylheptanedione, hexafluoroacetylacetone, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, p-toluenesulfone Metal salts of sulfonic acids such as acids, metal salts of inorganic acids such as phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, and carbonic acid, and other halides, cyanides, and alkylated compounds.
Hydrides, hydroxides, metal amides, quinolinates and the like. Among the above, alkoxides, salts of organic acids and diketone complexes are particularly preferred.

【0013】金属化合物は1種類の形態で構成されてい
てもよいし、反応性を制御するために2種類以上の形態
から構成されていてもよい。これらは金属化合物に含ま
れる金属原子の種類と前述のアルコキシシランの加水分
解反応の起こり易さによって決められる。金属化合物の
量は、用いたアルコキシシランのケイ素原子1モルに対
して金属原子が0.001〜10モル、好ましくは0.
01〜1モルの範囲になるように設定する。金属原子の
含有量が0.001モルより少ないと金属化合物の効果
が得られない場合があり、10モルより多いと均一にゲ
ル化しない場合がある。上述のアルコキシシラン類と金
属化合物を添加する順序は、アルコキシシラン類を部分
加水分解させた後に金属化合物を添加しても、その逆で
も、また同時に加水分解反応を開始し、進行させてもよ
い。
The metal compound may be composed of one type or two or more types for controlling the reactivity. These are determined by the type of metal atom contained in the metal compound and the likelihood of the above-mentioned hydrolysis reaction of alkoxysilane. The metal compound is used in an amount of 0.001 to 10 mol, preferably 0.1 mol, per 1 mol of silicon atom of the alkoxysilane used.
It is set so as to be in the range of 01 to 1 mol. When the content of the metal atom is less than 0.001 mol, the effect of the metal compound may not be obtained, and when the content is more than 10 mol, the gel may not be uniformly formed. The order in which the alkoxysilanes and the metal compound are added may be such that the metal compound is added after the alkoxysilanes are partially hydrolyzed, or vice versa, or the hydrolysis reaction may be started and proceed simultaneously. .

【0014】該組成物に用いられる脂肪族有機ポリマー
は限定されないが、好適に用いることができる脂肪族有
機ポリマーの例としては、ポリエチレングリコール、ポ
リプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコー
ルなどのポリエーテル類、ポリアクリルアミド誘導体、
ポリメタクリルアミド誘導体、ポリ(N−ビニルピロリ
ドン)、ポリ(N−アシルエチレンイミン)などのアミ
ド類、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリア
クリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリカプロ
ラクトンなどのエステル類、ポリイミド類、ポリウレタ
ン類、ポリ尿素類、ポリカーボネート類、ポリアンハイ
ドライド類などが挙げられる。また、これらのポリマー
の構成成分であるモノマーどうしの共重合体や、他の任
意のモノマーとの共重合体を用いてもよい。脂肪族有機
ポリマーの重合度は8〜350000の範囲から選ばれ
る。ポリマーの基本骨格が脂肪族であると、後述するよ
うに加熱焼成によって多孔質ケイ素含有金属複合酸化物
に変換するのが容易であるので好ましい。好ましいのは
脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、脂肪族ポリ
カーボネート、脂肪族ポリアンハイドライドであり、特
に好ましいのはポリエチレングリコール、ポリプロピレ
ングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポ
リエーテル類である。
The aliphatic organic polymer used in the composition is not limited. Examples of the aliphatic organic polymer that can be preferably used include polyethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol and polytetramethylene glycol, and polyethers. Acrylamide derivatives,
Amides such as polymethacrylamide derivatives, poly (N-vinylpyrrolidone) and poly (N-acylethyleneimine); esters such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyacrylic acid derivatives, polymethacrylic acid derivatives, and polycaprolactone; Examples include polyimides, polyurethanes, polyureas, polycarbonates, polyanhydrides, and the like. Further, a copolymer of monomers which are constituent components of these polymers or a copolymer with any other monomer may be used. The polymerization degree of the aliphatic organic polymer is selected from the range of 8 to 350,000. It is preferable that the basic skeleton of the polymer be an aliphatic one because it can be easily converted to a porous silicon-containing metal composite oxide by heating and sintering as described later. Preferred are aliphatic polyethers, aliphatic polyesters, aliphatic polycarbonates, and aliphatic polyanhydrides, and particularly preferred are polyethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetramethylene glycol.

【0015】また、脂肪族有機ポリマー−金属酸化物複
合体の機械的強度を上昇させ、かつ多孔質のケイ素含有
金属複合酸化物へ変換したときの収縮を少なく抑えるた
めに、脂肪族有機ポリマーが分子内に少なくとも1つの
重合性官能基を有していてもよい。この場合、得られる
脂肪族有機ポリマー−金属酸化物複合体に含まれる脂肪
族有機ポリマーは3次元網目および/またはグラフト状
の構造となる。用いられる官能基としては、ビニル基、
ビニリデン基、ビニレン基、グリシジル基、アリル基、
アクリレート基、メタクリレート基、アクリルアミド
基、メタクリルアミド基、カルボキシル基、ヒドロキシ
ル基、イソシアネート基、アミノ基、イミノ基、ハロゲ
ン基などが挙げられる。これらの官能基はポリマーの主
鎖中にあっても末端にあっても側鎖にあってもよい。ま
た、ポリマー鎖に直接結合していてもよいし、アルキレ
ン基やエーテル基などのスペーサーを介して結合してい
てもよい。同一のポリマー分子が1種の官能基を有して
いても、2種以上の官能基を有していてもよい。上記に
挙げた官能基の中でも、ビニル基、ビニリデン基、ビニ
レン基、グリシジル基、アリル基、アクリレート基、メ
タクリレート基、アクリルアミド基、メタクリルアミド
基が好適に用いられる。
In order to increase the mechanical strength of the aliphatic organic polymer-metal oxide composite and to suppress shrinkage when converted to a porous silicon-containing metal composite oxide, an aliphatic organic polymer is used. It may have at least one polymerizable functional group in the molecule. In this case, the aliphatic organic polymer contained in the resulting aliphatic organic polymer-metal oxide composite has a three-dimensional network and / or graft-like structure. The functional groups used include a vinyl group,
Vinylidene group, vinylene group, glycidyl group, allyl group,
Examples include an acrylate group, a methacrylate group, an acrylamide group, a methacrylamide group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an isocyanate group, an amino group, an imino group, and a halogen group. These functional groups may be in the main chain, at the terminal, or in the side chain of the polymer. Further, it may be directly bonded to the polymer chain, or may be bonded via a spacer such as an alkylene group or an ether group. The same polymer molecule may have one type of functional group, or may have two or more types of functional groups. Among the functional groups described above, vinyl, vinylidene, vinylene, glycidyl, allyl, acrylate, methacrylate, acrylamide, and methacrylamide groups are preferably used.

【0016】重合性官能基を有する脂肪族有機ポリマー
の中で好適に用いられるものの具体例としては、ポリエ
チレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコー
ルジアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレ
ート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリ
エチレングリコールアルキルエーテルアクリレート、ポ
リエチレングリコールアルキルエーテルメタクリレー
ト、ポリエチレングリコールビニルエーテル、ポリエチ
レングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコ
ールグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグ
リシジルエーテル、ポリプロピレングリコールアクリレ
ート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリ
プロピレングリコールメタクリレート、ポリプロピレン
グリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコー
ルアルキルエーテルアクリレート、ポリプロピレングリ
コールアルキルエーテルメタクリレート、ポリプロピレ
ングリコールビニルエーテル、ポリプロピレングリコー
ルジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールグリシ
ジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジル
エーテルなどに代表される末端にアクリレート基やメタ
クリレート基、ビニル基、グリシジル基などの重合可能
な官能基をもつ脂肪族ポリエーテルや、ポリグリシジル
アクリレート、ポリグリシジルメタクリレート、ポリア
リルアクリレート、ポリアリルメタクリレート、ポリビ
ニルアクリレート、ポリビニルメタクリレートなど、側
鎖にビニル基、グリシジル基、アリル基などの重合可能
な官能基を有するポリアクリル酸エステルやポリメタク
リル酸エステル、ポリケイ皮酸ビニル、エポキシ樹脂な
どが挙げられる。
Specific examples of preferably used aliphatic organic polymers having a polymerizable functional group include polyethylene glycol acrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol methacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol alkyl ether acrylate, and the like. Polyethylene glycol alkyl ether methacrylate, polyethylene glycol vinyl ether, polyethylene glycol divinyl ether, polyethylene glycol glycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol acrylate, polypropylene glycol diacrylate, polypropylene glycol methacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate Acrylate, methacrylate, vinyl, glycidyl, glyceryl, propylene glycol alkyl ether acrylate, polypropylene glycol alkyl ether methacrylate, polypropylene glycol vinyl ether, polypropylene glycol divinyl ether, polypropylene glycol glycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, etc. Such as aliphatic polyethers having a polymerizable functional group such as a group, polyglycidyl acrylate, polyglycidyl methacrylate, polyallyl acrylate, polyallyl methacrylate, polyvinyl acrylate, polyvinyl methacrylate, etc .; vinyl group, glycidyl group, allyl group in the side chain Polyacrylic acid having polymerizable functional groups such as Le and polymethacrylic acid esters, polyvinyl cinnamate, and epoxy resins.

【0017】これらの中でも加熱焼成による多孔質ケイ
素含有金属複合酸化物への変換が容易であるポリエチレ
ングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジ
アクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレー
ト、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエ
チレングリコールアルキルエーテルアクリレート、ポリ
エチレングリコールアルキルエーテルメタクリレート、
ポリエチレングリコールビニルエーテル、ポリエチレン
グリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコール
グリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシ
ジルエーテル、ポリプロピレングリコールアクリレー
ト、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプ
ロピレングリコールメタクリレート、ポリプロピレング
リコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコール
アルキルエーテルアクリレート、ポリプロピレングリコ
ールアルキルエーテルメタクリレート、ポリプロピレン
グリコールビニルエーテル、ポリプロピレングリコール
ジビニルエーテル、ポリプロピレングリコールグリシジ
ルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエ
ーテルなどが特に好適に用いられる。
Of these, polyethylene glycol acrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol methacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol alkyl ether acrylate, polyethylene glycol, which can be easily converted to a porous silicon-containing metal composite oxide by heating and firing. Alkyl ether methacrylate,
Polyethylene glycol vinyl ether, polyethylene glycol divinyl ether, polyethylene glycol glycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol acrylate, polypropylene glycol diacrylate, polypropylene glycol methacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol alkyl ether acrylate, polypropylene glycol alkyl ether methacrylate, Particularly preferred are polypropylene glycol vinyl ether, polypropylene glycol divinyl ether, polypropylene glycol glycidyl ether, and polypropylene glycol diglycidyl ether.

【0018】脂肪族有機ポリマーの添加量は、アルコキ
シシランと金属化合物の合計1重量部に対し10-2〜1
00重量部、好ましくは10-1〜10重量部、さらに好
ましくは10-1〜5重量部である。有機ポリマーの添加
量が10-2重量部より小さいと、複合体の強度が上昇せ
ず、またこれから得られる多孔質ケイ素含有金属複合酸
化物の空隙率も小さくなり、また100重量部より大き
くても複合体の特性が現れず、また得られる多孔質ケイ
素含有金属複合酸化物の強度も小さくなり実用性に乏し
い。脂肪族有機ポリマーの代わりに、重合性有機モノマ
ーを出発原料として用いることもできる。この場合、重
合性モノマーとしてはどのようなものを用いてもよい
が、有機モノマーの中に2官能性のモノマーが含まれて
いる場合、得られる複合体の中のポリマーは3次元網目
および/またはグラフト状の構造となる。
The amount of the aliphatic organic polymer added is 10 -2 to 1 based on 1 part by weight of the total of the alkoxysilane and the metal compound.
00 parts by weight, preferably 10 -1 to 10 parts by weight, more preferably 10 -1 to 5 parts by weight. When the amount of the organic polymer is less than 10 -2 parts by weight, the strength of the composite does not increase, and the porosity of the porous silicon-containing metal composite oxide obtained therefrom also decreases. However, the properties of the composite do not appear, and the strength of the obtained porous silicon-containing metal composite oxide is low, which is not practical. Instead of the aliphatic organic polymer, a polymerizable organic monomer can be used as a starting material. In this case, any polymerizable monomer may be used. However, when a bifunctional monomer is contained in the organic monomer, the polymer in the obtained composite has a three-dimensional network and / or Or it becomes a graft-like structure.

【0019】好適に用いることができるものとしては、
アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタ
クリル酸エステル、エチレンビスアクリレート、エチレ
ンビスメタクリレート、α−シアノアクリル酸、α−シ
アノアクリル酸エステルなどのアクリル酸およびメタク
リル酸誘導体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、クロ
トン酸ビニル、安息香酸ビニル、クロロギ酸ビニルなど
の酸ビニルエステル類、アクリルアミド、メタクリルア
ミド、N,N−ジアルキルアクリルアミド、N,N−ジ
アルキルメタクリルアミド、N−アルキルアクリルアミ
ド、N−アルキルメタクリルアミド、N,N’−メチレ
ンビスアクリルアミド、N−ビニルピロリドン、N−ビ
ニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミドなどのアミ
ド類、スチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシス
チレン、ジフェニルエチレン、ビニルナフタレン、ビニ
ルアントラセン、ビニルシクロペンタン、ビニルシクロ
ヘキサン、5−ビニル−2−ノルボルネンなどのビニル
基含有炭化水素類、アクリロニトリル、メタクリロニト
リルなどのアクリロニトリル誘導体、N−ビニルピリジ
ン、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルイミダゾール
などのビニルアミン類、ビニルアルキルエーテル、ビニ
ルアルキルケトン、アクリル酸グリシジル、メタクリル
酸グリシジル、エポキシ樹脂などが挙げられる。
[0019] Examples of those which can be preferably used include:
Acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, acrylic acid and methacrylic acid derivatives such as ethylene bis acrylate, ethylene bis methacrylate, α-cyano acrylic acid, α-cyano acrylic acid ester, vinyl acetate, vinyl propionate, Acid vinyl esters such as vinyl crotonate, vinyl benzoate and vinyl chloroformate, acrylamide, methacrylamide, N, N-dialkylacrylamide, N, N-dialkylmethacrylamide, N-alkylacrylamide, N-alkylmethacrylamide, N Amides such as N, N'-methylenebisacrylamide, N-vinylpyrrolidone, N-vinylformamide, N-vinylacetamide, styrene, α-methylstyrene, p-methoxystyrene, diphenyle Tylene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylcyclopentane, vinylcyclohexane, vinyl group-containing hydrocarbons such as 5-vinyl-2-norbornene, acrylonitrile derivatives such as acrylonitrile and methacrylonitrile, N-vinylpyridine, N-vinylcarbazole And vinylamines such as N-vinylimidazole, vinyl alkyl ethers, vinyl alkyl ketones, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, and epoxy resins.

【0020】これらの脂肪族有機ポリマーおよび重合性
有機モノマーは、単独で用いても2種以上を併用しても
構わない。もちろん脂肪族有機ポリマーと重合性有機モ
ノマーを併用することも可能である。重合性有機モノマ
ーの添加量は、アルコキシシランと金属化合物との合計
1重量部に対し10-2〜100重量部、好ましくは10
-1〜10重量部、さらに好ましくは10-1〜5重量部で
あり、脂肪族有機ポリマーと重合性有機モノマーを併用
する場合はその合計量が上記範囲内にあるようにする。
These aliphatic organic polymers and polymerizable organic monomers may be used alone or in combination of two or more. Of course, an aliphatic organic polymer and a polymerizable organic monomer can be used in combination. The amount of the polymerizable organic monomer to be added is 10 -2 to 100 parts by weight, preferably 10 -2 parts by weight, based on 1 part by weight of the total of the alkoxysilane and the metal compound.
-1 to 10 parts by weight, more preferably 10 -1 to 5 parts by weight, and when the aliphatic organic polymer and the polymerizable organic monomer are used in combination, the total amount is within the above range.

【0021】重合性官能基を有する脂肪族有機ポリマー
や重合性有機モノマーを用いた場合、重合反応を速やか
に進行させるために重合開始剤を添加してもよい。重合
開始剤はアゾ化合物や有機過酸化物などの熱ラジカル発
生剤、ジアゾ化合物、アジド化合物、アセトフェノン誘
導体などの光ラジカル開始剤などの他に光酸発生剤、光
塩基発生剤などの公知のものが使用可能である。これら
は単独でも複数を併用してもよい。開始剤を用いた熱重
合、光重合は公知の方法で行う。重合開始剤の量は、重
合性官能基を有する脂肪族有機ポリマー、および重合性
有機モノマー1重量部に対し10-3〜1重量部、好まし
くは10-2〜10-1重量部に設定する。
When an aliphatic organic polymer having a polymerizable functional group or a polymerizable organic monomer is used, a polymerization initiator may be added in order to promptly proceed the polymerization reaction. Known polymerization initiators include thermal radical generators such as azo compounds and organic peroxides, photoradical initiators such as diazo compounds, azide compounds and acetophenone derivatives, as well as photoacid generators and photobase generators. Can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Thermal polymerization and photopolymerization using an initiator are performed by a known method. The amount of the polymerization initiator is set to 10 -3 to 1 part by weight, preferably 10 -2 to 10 -1 part by weight based on 1 part by weight of the aliphatic organic polymer having a polymerizable functional group and the polymerizable organic monomer. .

【0022】本発明の組成物において溶媒の存在は必ず
しも必須ではないが、一般にアルコキシシラン類や金属
化合物と脂肪族有機ポリマーは相溶しにくいので、その
場合にはこれらを溶解する溶媒を用いることが必要であ
る。溶媒としてはアルコキシシラン類や金属化合物、脂
肪族有機ポリマーを溶解するものであれば特に限定する
ことなく用いることが可能である。また、原料のアルコ
キシシラン類や金属化合物が不溶であっても、加水分解
された後に可溶となるものであれば同様に使用すること
ができる。該溶媒の使用量は、アルコキシシラン、金属
化合物、脂肪族有機ポリマーおよび有機モノマーを合わ
せて0.05重量%以上の濃度となるように設定する。
これより薄い濃度にすると、ゲル化しなかったり、実用
性のあるコーティング膜を得ることができない。
In the composition of the present invention, the presence of a solvent is not always essential. However, in general, the alkoxysilanes or metal compounds are hardly compatible with the aliphatic organic polymer. is necessary. Any solvent can be used without particular limitation as long as it can dissolve alkoxysilanes, metal compounds, and aliphatic organic polymers. Even if the raw material alkoxysilanes and metal compounds are insoluble, they can be used as long as they become soluble after hydrolysis. The amount of the solvent used is set so that the total concentration of the alkoxysilane, the metal compound, the aliphatic organic polymer and the organic monomer is 0.05% by weight or more.
If the concentration is lower than this, gelation does not occur, and a practical coating film cannot be obtained.

【0023】用いられる溶媒の例としては、炭素数1〜
4の一価アルコール、炭素数1〜4の二価アルコール、
グリセリンなどのアルコール類の他、ホルムアミド、N
−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,
N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムア
ミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチル
アセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモ
ルホリン、N−アセチルモルホリン、N−ホルミルピペ
リジン、N−アセチルピペリジン、N−ホルミルピロリ
ジン、N−アセチルピロリジン、N,N’−ジホルミル
ピペラジン、N,N’−ジアセチルピペラジンなどのア
ミド類、テトラメチルウレア、N,N’−ジメチルイミ
ダゾリジノンなどのウレア類、テトラヒドロフラン、ジ
エチルエーテル、ジ(n−プロピル)エーテル、ジイソ
プロピルエーテル、ジグリム、1、4−ジオキサン、エ
チレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコ
ールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエ
ーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プ
ロピレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル
類、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチ
ル、酢酸イソアミル、乳酸エチル、エチレングリコール
モノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモ
ノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールジア
セテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルア
セテート、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレ
ンなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、
メチルプロピルケトン、メチル(n−ブチル)ケトン、
メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロ
ペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類、アセト
ニトリル、プロピオニトリル、n−ブチロニトリル、イ
ソブチロニトリルなどのニトリル類、ジメチルスルホキ
シド、ジメチルスルホン、スルホランなどが好適に用い
られる。これらの溶媒を混合したり、他の任意の溶媒あ
るいは添加物を混合してもよい。
Examples of the solvent used include those having 1 to 1 carbon atoms.
4, monohydric alcohols, dihydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms,
In addition to alcohols such as glycerin, formamide, N
-Methylformamide, N-ethylformamide, N,
N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine, N-acetylmorpholine Amides such as N-formylpiperidine, N-acetylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylpyrrolidine, N, N'-diformylpiperazine, N, N'-diacetylpiperazine, tetramethylurea, N, N ' Ureas such as dimethylimidazolidinone, tetrahydrofuran, diethyl ether, di (n-propyl) ether, diisopropyl ether, diglyme, 1,4-dioxane, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether Ethers such as ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, isoamyl acetate, ethyl lactate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene Glycol diacetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, esters such as propylene carbonate, acetone, methyl ethyl ketone,
Methyl propyl ketone, methyl (n-butyl) ketone,
Ketones such as methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, cyclopentanone and cyclohexanone, nitriles such as acetonitrile, propionitrile, n-butyronitrile and isobutyronitrile, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, sulfolane and the like are preferably used. . These solvents may be mixed, or any other solvent or additive may be mixed.

【0024】上記した溶媒の中でも、ホルムアミド、N
−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,
N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムア
ミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチル
アセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモ
ルホリン、N−アセチルモルホリン、N−ホルミルピペ
リジン、N−アセチルピペリジン、N−ホルミルピロリ
ジン、N−アセチルピロリジン、N,N’−ジホルミル
ピペラジン、N,N’−ジアセチルピペラジンなどのア
ミド類、テトラメチルウレア、N,N’−ジメチルイミ
ダゾリジノンなどのウレア類を用いるのが特に好まし
い。
Among the above-mentioned solvents, formamide, N
-Methylformamide, N-ethylformamide, N,
N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine, N-acetylmorpholine Amides such as N-formylpiperidine, N-acetylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylpyrrolidine, N, N'-diformylpiperazine, N, N'-diacetylpiperazine, tetramethylurea, N, N ' It is particularly preferred to use ureas such as -dimethylimidazolidinone.

【0025】本発明においてアルコキシシランや金属化
合物の加水分解、脱水縮合反応には触媒は必ずしも必要
ではないが、反応を促進するために触媒を添加してもよ
い。触媒の具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、
酢酸、蓚酸、マレイン酸などの酸類、アンモニア水、水
酸化カリウム、水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、
トリエタノールアミン、ピリジン、ピペリジン、コリン
などのアルカリ類などが挙げられる。これらは単独で用
いても、2種以上を併用してもよい。また、2種以上を
段階的に用いることも可能である。ここでいう段階的と
いうのは、例えば、予め酸触媒で処理を施してから塩基
触媒を加えることや、その逆を行うことを指す。これら
の触媒の添加量はアルコキシシランと金属化合物の合計
1モルに対し1モル以下、好ましくは10-1モル以下が
適当である。1モルより多いと沈殿物が生成し、均一な
多孔質体が得られない場合がある。
In the present invention, a catalyst is not necessarily required for the hydrolysis and dehydration condensation of alkoxysilanes and metal compounds, but a catalyst may be added to accelerate the reaction. Specific examples of the catalyst include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid,
Acids such as acetic acid, oxalic acid, and maleic acid, aqueous ammonia, potassium hydroxide, sodium hydroxide, triethylamine,
Alkalis such as triethanolamine, pyridine, piperidine and choline; These may be used alone or in combination of two or more. It is also possible to use two or more kinds in a stepwise manner. The term “stepwise” as used herein refers to, for example, performing a treatment with an acid catalyst in advance and then adding a base catalyst, or vice versa. The addition amount of these catalysts is 1 mol or less, preferably 10 -1 mol or less, per 1 mol of the total of the alkoxysilane and the metal compound. If it is more than 1 mol, a precipitate may be formed, and a uniform porous body may not be obtained.

【0026】本発明においてアルコキシシラン類や金属
化合物の加水分解は、これら触媒が水溶液である場合に
はその溶媒である水によって起こるし、水を添加しなく
ても周囲に十分な水蒸気が存在していれば、それを利用
することもできる。必要であれば別途水を添加してもよ
い。適当な水の量は原料のアルコキシシランに含まれて
いるケイ素原子と金属化合物に含まれている金属原子の
合計1モルに対し0.3〜104 モル、好ましくは1〜
10モルである。104 モルより多いと得られる複合体
の均質性が低下する場合がある。本発明の組成物を基板
上に塗布した後、ゲル化させることによって、脂肪族有
機ポリマー−金属酸化物複合体薄膜を得ることができ
る。この膜状に塗布する方法としては流延、回転、浸漬
などの周知の方法で行うことができる。脂肪族有機ポリ
マー−金属酸化物複合体からなる薄膜の厚さは0.1μ
m〜10μmの範囲とする。10μmより厚いとクラッ
クが発生する場合がある。
In the present invention, the hydrolysis of alkoxysilanes and metal compounds is caused by water as a solvent when the catalyst is an aqueous solution, and sufficient water vapor exists in the surroundings without adding water. If so, you can use it. If necessary, water may be separately added. An appropriate amount of water is 0.3 to 10 4 moles, preferably 1 to 10 moles per 1 mole of the total of silicon atoms contained in the raw material alkoxysilane and metal atoms contained in the metal compound.
10 moles. If the amount is more than 10 4 mol, the homogeneity of the obtained composite may decrease. After the composition of the present invention is applied on a substrate and then gelled, an aliphatic organic polymer-metal oxide composite thin film can be obtained. As a method of applying the film, a known method such as casting, rotation, and immersion can be used. The thickness of the thin film composed of the aliphatic organic polymer-metal oxide composite is 0.1 μm.
m to 10 μm. If the thickness is more than 10 μm, cracks may occur.

【0027】該基板の表面をあらかじめ密着向上剤で処
理してもよい。この場合の密着向上剤としてはいわゆる
シランカップリング剤として用いられる化合物やアルミ
ニウムキレート化合物などを使用することができる。特
に好適に用いられるものとしては、3−アミノプロピル
トリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシ
シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピ
ルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3
−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリ
クロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−クロロ
プロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチ
ルジクロロシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキ
シシラン、3−クロロプロピルメチルジエトキシシラ
ン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシ
ドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリ
ロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキ
シプロピルメチルジメトキシシラン、ヘキサメチルジシ
ラザン、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプ
ロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテ
ート)、アルミニウムビス(エチルアセトアセテート)
モノアセチルアセトネート、アルミニウムトリス(アセ
チルアセトネート)などが挙げられる。これらの密着向
上剤を塗布するにあたっては必要に応じて他の添加物を
加えたり、溶媒で希釈して用いてもよい。密着向上剤に
よる処理は公知の方法で行う。
The surface of the substrate may be treated in advance with an adhesion improver. In this case, as the adhesion improver, a compound used as a so-called silane coupling agent, an aluminum chelate compound, or the like can be used. Particularly preferably used are 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3
-Aminopropylmethyldimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldichlorosilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldiethoxysilane, 3 -Mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-
Glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, hexamethyldisilazane, ethyl acetoacetate aluminum diisopropylate, aluminum Tris (ethyl acetoacetate), aluminum bis (ethyl acetoacetate)
Monoacetyl acetonate, aluminum tris (acetyl acetonate) and the like can be mentioned. When applying these adhesion improvers, other additives may be added as necessary, or they may be diluted with a solvent before use. The treatment with the adhesion improver is performed by a known method.

【0028】ゲル化反応の温度は特に限定するものでは
ないが、通常は0〜180℃、好ましくは30〜150
℃の範囲で行う。低すぎると反応速度が遅く、十分に架
橋させるのに長時間を要し、逆に高すぎるとボイドが生
成しやすく、得られる脂肪族有機ポリマー−金属酸化物
複合体の均質性が低下する。ゲル化に要する時間はゲル
化の温度や触媒の量などによって異なるが、通常数分間
〜数日間の範囲である。
The temperature of the gelation reaction is not particularly limited, but is usually 0 to 180 ° C., preferably 30 to 150 ° C.
Perform in the range of ° C. If it is too low, the reaction rate is slow, and it takes a long time to sufficiently crosslink, while if it is too high, voids are liable to be formed, and the homogeneity of the resulting aliphatic organic polymer-metal oxide composite decreases. The time required for gelation varies depending on the gelling temperature, the amount of catalyst, and the like, but is usually in the range of several minutes to several days.

【0029】本発明において重合性官能基をもつ脂肪族
有機ポリマーや重合性有機モノマーを用いた場合、これ
らを重合させることが好ましい。この反応を進行させる
のはアルコキシシランや金属化合物がゲル化する前でも
同時でも後でもよい。これらの反応の順序は、触媒の種
類や量、反応条件によって異なる。ここでいう官能基を
用いた重合反応とは、一般的な付加、重付加、付加縮
合、開環、重縮合反応などを指す。脂肪族有機ポリマー
中の官能基を用いた重合反応は加熱によって促進するこ
とができる。温度は脂肪族有機ポリマーに含まれる官能
基の種類に応じて、20〜200℃の範囲から選ばれ
る。また、用いている有機ポリマーが光架橋性のもので
あれば、光照射によって反応を進行させることもでき
る。重合反応を速やかに進行させるために重合開始剤を
添加してもよい。重合開始剤はアゾ化合物や有機過酸化
物などの熱ラジカル発生剤、ジアゾ化合物、アジド化合
物、アセトフェノン誘導体などの光ラジカル開始剤の他
に光酸発生剤、光塩基発生剤など、公知のものが使用で
きる。これらは単独でも複数を併用してもいい。開始剤
を用いた熱重合、光重合は公知の方法で行う。重合開始
剤の量は、脂肪族有機ポリマー1重量部に対し10-3
1重量部、好ましくは10-2〜10-1重量部用いる。
When an aliphatic organic polymer having a polymerizable functional group or a polymerizable organic monomer is used in the present invention, it is preferable to polymerize these. This reaction may proceed before, simultaneously with or after the alkoxysilane or metal compound gels. The order of these reactions varies depending on the type and amount of the catalyst and the reaction conditions. The polymerization reaction using a functional group here means general addition, polyaddition, addition condensation, ring opening, polycondensation reaction and the like. The polymerization reaction using the functional group in the aliphatic organic polymer can be promoted by heating. The temperature is selected from the range of 20 to 200 ° C. according to the type of the functional group contained in the aliphatic organic polymer. In addition, if the organic polymer used is a photocrosslinkable one, the reaction can be advanced by light irradiation. A polymerization initiator may be added in order to promptly advance the polymerization reaction. Known polymerization initiators include thermal radical generators such as azo compounds and organic peroxides, photoacid generators such as diazo compounds, azide compounds, and acetophenone derivatives, as well as photoacid generators and photobase generators. Can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Thermal polymerization and photopolymerization using an initiator are performed by a known method. The amount of the polymerization initiator is 10 −3 to 1 part by weight of the aliphatic organic polymer.
1 part by weight, preferably 10 -2 to 10 -1 part by weight is used.

【0030】溶媒を含んだ本発明の組成物を用いて、ア
ルコキシシランや金属化合物のゲル化反応を密閉系で行
ったときは、溶媒を含有した複合体が得られるので、引
き続き溶媒を除去し乾燥することが必要である。乾燥温
度は当然溶媒の種類によって異なるが通常30〜250
℃の範囲で行う。また、減圧下で乾燥を行うのも有効で
ある。ボイドの発生を制御し、均質な乾燥ゲルを得るた
めに、乾燥工程中に徐々に温度を上昇させる方法も好ま
しい。溶媒を用いて本発明を開放系で実施する場合、上
記のアルコキシシランや金属化合物のゲル化反応を行う
過程で溶媒の蒸発が並行して起こる。反応と溶媒除去の
順序を制御することは、原料のシラン化合物の種類、触
媒の種類、量、溶媒の蒸気圧、密閉系か解放系かなどの
雰囲気などを選定することにより可能である。本発明に
により薄膜を製造するに場合において、通常の条件下で
はアルコキシシランや金属化合物のゲル化反応が終了し
た時点で溶媒は除去されている。
When a gelation reaction of an alkoxysilane or a metal compound is carried out in a closed system using the composition of the present invention containing a solvent, a complex containing the solvent is obtained. It is necessary to dry. The drying temperature depends on the type of the solvent, but is usually from 30 to 250.
Perform in the range of ° C. Drying under reduced pressure is also effective. In order to control the generation of voids and obtain a uniform dried gel, a method of gradually increasing the temperature during the drying step is also preferable. When the present invention is carried out in an open system using a solvent, evaporation of the solvent occurs in parallel with the above-mentioned gelling reaction of the alkoxysilane or the metal compound. The order of the reaction and the removal of the solvent can be controlled by selecting the type of the silane compound as the raw material, the type and amount of the catalyst, the vapor pressure of the solvent, the atmosphere of the closed system or the open system, and the like. In the case of producing a thin film according to the present invention, the solvent is removed at the time when the gelling reaction of the alkoxysilane or the metal compound is completed under normal conditions.

【0031】本発明の組成物を用いて得られた複合体薄
膜は機械的強度、基板との接着性、膜厚均一性、厚膜形
成能力が高く、従来の有機ポリマー−金属酸化物複合体
にはない優れた特性をもっている。また、この複合体か
ら脂肪族有機ポリマーのみを除去することで、多孔質ケ
イ素含有金属複合酸化物に変換することができる。脂肪
族有機ポリマーを除去する方法としてもっとも簡便な方
法は、有機ポリマーの熱分解温度以上で1分〜24時間
程度加熱する方法である。その他にも光分解、プラズマ
処理やこれらの併用で脂肪族有機ポリマーを除去するこ
とも可能である。
The composite thin film obtained by using the composition of the present invention has high mechanical strength, adhesion to a substrate, uniformity of film thickness, and ability to form a thick film. It has excellent properties that are not available. Further, by removing only the aliphatic organic polymer from the composite, it can be converted to a porous silicon-containing metal composite oxide. The simplest method for removing the aliphatic organic polymer is a method in which the organic polymer is heated at a temperature equal to or higher than the thermal decomposition temperature of the organic polymer for about 1 minute to 24 hours. In addition, the aliphatic organic polymer can be removed by photolysis, plasma treatment, or a combination thereof.

【0032】得られた多孔質ケイ素含有金属複合酸化物
をシリル化剤で処理して、吸水性を抑えたり他の物質と
の接着性を向上させたりすることも有効である。用いる
ことのできるシリル化剤の例としては、トリメチルメト
キシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメ
トキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリ
メトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチル
エトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルビ
ニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、
ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシ
ラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエト
キシシランなどのアルコキシシラン類、トリメチルクロ
ロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロ
シラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラ
ン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルビニルジクロ
ロシラン、メチルクロロジシラン、トリフェニルクロロ
シラン、メチルジフェニルクロロシラン、ジフェニルジ
クロロシランなどのクロロシラン類、ヘキサメチルジシ
ラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、
N−トリメチルシリルアセトアミド、ジメチルトリメチ
ルシリルアミン、ジエチルトリエチルシリルアミン、ト
リメチルシリルイミダゾールなどのシラザン類などが挙
げられる。シリル化の方法は塗布、浸漬、蒸気暴露など
の方法で行う。
It is also effective to treat the obtained porous silicon-containing metal composite oxide with a silylating agent to suppress water absorption and improve the adhesion to other substances. Examples of silylating agents that can be used include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethylethoxysilane, methyldiethoxysilane, dimethylvinyl Methoxysilane, dimethylvinylethoxysilane,
Alkoxysilanes such as diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, dimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methylvinyldichlorosilane Chlorosilanes such as methylchlorodisilane, triphenylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, diphenyldichlorosilane, hexamethyldisilazane, N, N'-bis (trimethylsilyl) urea;
Silazanes such as N-trimethylsilylacetamide, dimethyltrimethylsilylamine, diethyltriethylsilylamine, and trimethylsilylimidazole. The silylation method is performed by a method such as coating, dipping, and steam exposure.

【0033】本発明のケイ素含有金属複合酸化物と脂肪
族有機ポリマーとの複合体薄膜は、機械的強度、基板と
の接着性、耐クラック性、膜厚均一性、厚膜形成能力に
優れていることから、レンズなどの光学材料や、構造材
料、フィルム、コーティング材などの幅広い用途に使用
可能である。またこの複合体薄膜は、アルコキシシラン
のみを用いて得られる酸化ケイ素薄膜に比べて比誘電率
が低く、厚膜形成能力にも優れているので、このまま半
導体素子などの配線の絶縁部分として用いることが可能
である。しかし、さらに比誘電率の低い材料を得ること
を目的として、多孔質ケイ素含有金属複合酸化物薄膜に
変換することがより好ましい。該多孔質ケイ素含有金属
複合酸化物もまた機械的強度、基板との接着性、耐クラ
ック性、膜厚均一性、厚膜形成能力に優れていることに
加えて比誘電率も低いので、絶縁膜としてLSI多層配
線用基板や半導体素子に用いることが可能である。
The composite thin film of the silicon-containing metal composite oxide and the aliphatic organic polymer of the present invention has excellent mechanical strength, adhesion to a substrate, crack resistance, uniform thickness, and ability to form a thick film. Therefore, it can be used for a wide range of applications such as optical materials such as lenses, structural materials, films and coating materials. In addition, since the composite thin film has a lower relative dielectric constant and a superior ability to form a thick film as compared with a silicon oxide thin film obtained using only alkoxysilane, it should be used as it is as an insulating portion of a wiring of a semiconductor element or the like. Is possible. However, for the purpose of obtaining a material having a lower relative dielectric constant, it is more preferable to convert the material into a porous silicon-containing metal composite oxide thin film. The porous silicon-containing metal composite oxide is also excellent in mechanical strength, adhesion to a substrate, crack resistance, film thickness uniformity, and ability to form a thick film, and has a low relative dielectric constant. The film can be used for an LSI multilayer wiring substrate or a semiconductor element.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例などを用い
て本発明を更に具体的に説明する。なお、複合体および
多孔質ケイ素含有金属複合酸化物の評価は以下の装置、
方法を用いて行った。 (1)密着性(引っ張り強度)測定:膜上に10nmの
膜厚でチタンをスパッタリングによって成膜し、チタン
膜の上にエポキシ樹脂で鋲を接着して5つの試料を作成
して、引っ張り試験機で5つの試料の平均値として評価
した。測定温度は25℃である。 (2)圧子押し込み測定:島津製作所製微小硬度試験機
201Sを用い、頂角115度のダイアモンドチップで、試
料の任意の5箇所に0.05g重の荷重を掛けたときの
押し込み深さの平均値から求めた。測定温度は25℃で
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described more specifically below with reference to embodiments of the present invention. The evaluation of the composite and the porous silicon-containing metal composite oxide was performed using the following apparatus,
Performed using the method. (1) Adhesion (tensile strength) measurement: Titanium was formed on the film by sputtering with a film thickness of 10 nm, and a tack was adhered on the titanium film with epoxy resin to prepare five samples, and a tensile test was performed. Evaluation was made as an average value of five samples on a machine. The measurement temperature is 25 ° C. (2) Indentation indentation measurement: Micro hardness tester manufactured by Shimadzu Corporation
Using 201S, it was determined from the average value of the indentation depth when a load of 0.05 g weight was applied to five arbitrary points on the sample with a diamond tip having a vertex angle of 115 degrees. The measurement temperature is 25 ° C.

【0035】(3)膜厚測定:膜上の10点にカッター
ナイフで傷をつけて下地のウェハーを露出させ、各点に
おいてSloan社製DEKTAK−IIA型表面粗さ
測定装置を用いて傷の深さを測定し、その平均値として
算出した。 (4)誘電率測定:ヒューレット・パッカード社製HP
4280型C−V測定装置を用いて測定した。 (5)透明性:複合体を厚さ1mmにスライスし、白地
に3mm角の黒色の文字が書かれた文字盤上に置いて、
複合体を通して文字が判読できれば透明であると判断し
た。
(3) Measurement of film thickness: Ten points on the film were scratched with a cutter knife to expose the underlying wafer, and at each point, the surface was measured with a DEKTAK-IIA type surface roughness measuring device manufactured by Sloan. The depth was measured and calculated as the average value. (4) Measurement of dielectric constant: HP manufactured by Hewlett-Packard Company
It measured using the 4280 type CV measuring device. (5) Transparency: Slice the composite to a thickness of 1 mm, place it on a dial with 3 mm square black letters written on a white background,
If the characters were legible through the complex, it was judged to be transparent.

【0036】[0036]

【実施例1】メチルトリメトキシシラン0.67g、ア
ルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)0.20
g、ポリエチレングリコールモノメタクリレート(平均
分子量360)0.42g、ポリエチレングリコールジ
メタクリレート(平均分子量540)0.10gをメタ
ノール1.0g、N−メチルピロリドン0.3g、プロ
ピレングリコールメチルエーテルアセテート0.2gの
混合溶媒に溶解し、この溶液に水0.30gと0.1N
硫酸0.15gを加え、室温で2時間撹拌した。この溶
液にジクミルパーオキサイド0.05gを添加し、窒化
ケイ素薄膜を化学気相成長法で予め成膜しておいた6イ
ンチシリコンウェハーに毎秒1500回転の速度で10
秒間回転塗布した。さらにホットプレート上で大気中1
20℃にて3分加熱後、窒素雰囲気下200℃にて1時
間、次いで450℃にて1時間加熱した。このサンプル
について引っ張り強度試験を行ったところ引っ張り強度
は78MPaであった。また、圧子押し込み試験を行っ
たところ硬度562MPa、弾性率6.00GPaであ
った。
Example 1 0.67 g of methyltrimethoxysilane, 0.20 of aluminum tris (ethylacetoacetate)
g, 0.42 g of polyethylene glycol monomethacrylate (average molecular weight 360) and 0.10 g of polyethylene glycol dimethacrylate (average molecular weight 540) of methanol 1.0 g, N-methylpyrrolidone 0.3 g, and propylene glycol methyl ether acetate 0.2 g. Dissolve in a mixed solvent and add 0.30 g of water and 0.1 N
0.15 g of sulfuric acid was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. To this solution was added 0.05 g of dicumyl peroxide, and a silicon nitride thin film was formed on a 6-inch silicon wafer previously formed by chemical vapor deposition at a speed of 1500 revolutions per second.
Spin-applied for seconds. 1 on the hot plate
After heating at 20 ° C. for 3 minutes, the mixture was heated at 200 ° C. for 1 hour and then at 450 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere. When a tensile strength test was performed on this sample, the tensile strength was 78 MPa. The indenter indentation test showed that the hardness was 562 MPa and the elastic modulus was 6.00 GPa.

【0037】[0037]

【比較例1】アルミニウムトリス(エチルアセトアセテ
ート)を使用しないことを除いて実施例1と全く同じ操
作を行ったところ、引っ張り強度は39MPa、硬度3
28MPa、弾性率3.71GPaであった。
Comparative Example 1 The same operation as in Example 1 was performed except that aluminum tris (ethyl acetoacetate) was not used, and the tensile strength was 39 MPa and the hardness was 3
It was 28 MPa and the elastic modulus was 3.71 GPa.

【0038】[0038]

【実施例2】メチルトリメトキシシラン0.67g、ア
ルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)0.20
g、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル
(平均分子量400)0.52gをメタノール1.0
g、N−メチルピロリドン0.3g、プロピレングリコ
ールメチルエーテルアセテート0.2gの混合溶媒に溶
解し、この溶液に水0.30gと0.1N硫酸0.15
gを加え、室温で2時間撹拌した。この溶液を6インチ
シリコンウェハーに毎秒1500回転の速度で10秒間
回転塗布した。さらに、ホットプレート上で大気中12
0℃にて3分加熱後、窒素雰囲気下200℃にて1時
間、次いで450℃にて1時間加熱したところ、平坦で
クラックのない多孔質のケイ素とアルミニウムとの複合
酸化物の薄膜が得られた。また、該組成物について、窒
化ケイ素薄膜付きシリコンウエハーを用い、実施例1と
全く同じ操作を行って試料を作成し、引っ張り強度試験
および圧子押し込み試験を行ったところ、引っ張り強度
45MPa、硬度323MPa、弾性率3.50GPa
であった。
Example 2 0.67 g of methyltrimethoxysilane, 0.20 of aluminum tris (ethylacetoacetate)
g, 0.52 g of polypropylene glycol diglycidyl ether (average molecular weight: 400)
g, 0.3 g of N-methylpyrrolidone and 0.2 g of propylene glycol methyl ether acetate, and 0.30 g of water and 0.15
g was added and stirred at room temperature for 2 hours. This solution was spin-coated on a 6-inch silicon wafer at a speed of 1500 revolutions per second for 10 seconds. In addition, 12
After heating at 0 ° C. for 3 minutes, and then heating at 200 ° C. for 1 hour and then at 450 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere, a flat, crack-free porous silicon-aluminum composite oxide thin film was obtained. Was done. Further, for the composition, using a silicon wafer with a silicon nitride thin film, a sample was prepared by performing exactly the same operation as in Example 1, and a tensile strength test and an indenter indentation test were performed. Elastic modulus 3.50 GPa
Met.

【0039】[0039]

【比較例2】アルミニウムトリス(エチルアセトアセテ
ート)を使用しないことを除いて実施例2と全く同じ操
作を行ったところ、シリコンウェハー上の端部は塗布時
に溶液がはじかれたため膜がのっておらず、またそれ以
外の部分においても膜が斑模様になっており、著しく膜
厚の均一性を欠いていた。
Comparative Example 2 The same operation as in Example 2 was carried out except that aluminum tris (ethyl acetoacetate) was not used. As a result, the solution on the edge of the silicon wafer was repelled at the time of coating, and the film was stuck. In addition, the film was mottled also in other portions, and the film thickness was significantly lacking in uniformity.

【0040】[0040]

【実施例3】メチルトリメトキシシラン0.67g、ア
ルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)0.20
g、ポリエチレングリコール(平均分子量400)0.
52gをメタノール1.0g、N−メチルピロリドン
0.3g、プロピレングリコールメチルエーテルアセテ
ート0.2gの混合溶媒に溶解し、この溶液に水0.3
0gと0.1N硫酸0.15gを加え、室温で2時間撹
拌した。この溶液を6インチシリコンウェハーに毎秒1
000回転の速度で10秒間回転塗布した。さらにホッ
トプレート上で大気中120℃にて3分加熱後、窒素雰
囲気下200℃にて1時間、次いで450℃にて1時間
加熱したところ、厚さ1.3μmの平坦でクラックのな
い多孔質のケイ素とアルミニウムとの複合酸化物の薄膜
が得られた。また、該組成物について、窒化ケイ素薄膜
付きシリコンウエハーを用い、実施例1と全く同じ操作
を行って試料を作成し、引っ張り強度試験および圧子押
し込み試験を行ったところ、引っ張り強度35MPa、
硬度622MPa、弾性率4.82GPaであった。
Example 3 0.67 g of methyltrimethoxysilane, 0.20 of aluminum tris (ethylacetoacetate)
g, polyethylene glycol (average molecular weight: 400)
52 g was dissolved in a mixed solvent of 1.0 g of methanol, 0.3 g of N-methylpyrrolidone and 0.2 g of propylene glycol methyl ether acetate, and 0.3 g of water was added to this solution.
0 g and 0.15 g of 0.1 N sulfuric acid were added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. This solution is applied to a 6-inch silicon wafer at 1
Spin coating was performed at a speed of 000 revolutions for 10 seconds. Further, after heating at 120 ° C. for 3 minutes in the air on a hot plate, and then heating at 200 ° C. for 1 hour and then at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, a flat, crack-free porous material having a thickness of 1.3 μm was obtained. A thin film of a composite oxide of silicon and aluminum was obtained. Further, for the composition, using a silicon wafer with a silicon nitride thin film, a sample was prepared by performing exactly the same operation as in Example 1, and a tensile strength test and an indenter indentation test were performed.
The hardness was 622 MPa and the elastic modulus was 4.82 GPa.

【0041】[0041]

【比較例3】アルミニウムトリス(エチルアセトアセテ
ート)を使用しないことを除いて実施例3と全く同じ操
作を行ったところ、シリコンウェハー上の膜は白色にな
っており、またこれを顕微鏡で観察したところ微小なク
ラックが全面に発生していた。
Comparative Example 3 The same operation as in Example 3 was performed except that aluminum tris (ethyl acetoacetate) was not used. As a result, the film on the silicon wafer was white, and this was observed with a microscope. However, minute cracks occurred on the entire surface.

【0042】[0042]

【実施例4】実施例1および比較例1で用いた溶液を、
それぞれ窒化チタンが予め成膜してある6インチシリコ
ンウェハー上に毎秒1500回転の速度で10秒間回転
塗布した。さらに、ホットプレート上で大気中120℃
にて3分加熱後、窒素雰囲気下200℃にて1時間、次
いで450℃にて1時間加熱した。これらの膜の上から
マスクを通して金属アルミニウムを蒸着し、直径1.7
mmの電極を作成して、比誘電率を測定したところ、実
施例1については2.06、比較例1については2.1
5であった。いずれもメチルシルセスキオキサンの比誘
電率である3.0に比べて低く、かつアルミニウム化合
物を添加した場合にの方が添加しない場合に比べて低い
結果となった。
Example 4 The solution used in Example 1 and Comparative Example 1 was
Titanium nitride was spin-coated at a rate of 1500 revolutions per second for 10 seconds on a 6-inch silicon wafer on which a film of titanium nitride had been formed in advance. Furthermore, on a hot plate in air at 120 ° C
, And then heated at 200 ° C. for 1 hour and then at 450 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere. Aluminum metal was deposited on these films through a mask, and had a diameter of 1.7.
mm electrode was prepared and the relative dielectric constant was measured. As a result, 2.06 was obtained for Example 1 and 2.1 for Comparative Example 1.
It was 5. In each case, the results were lower than the relative dielectric constant of methylsilsesquioxane of 3.0, and the results were lower when the aluminum compound was added than when it was not added.

【0043】[0043]

【実施例5】実施例1〜3で用いた溶液をポリテトラフ
ルオロエチレン製時計皿上に流延し、大気中120℃に
て1時間、次いで180℃にて1時間加熱し、有機ポリ
マー−金属酸化物複合体を得た。これらは全て透明であ
った。
Example 5 The solution used in Examples 1 to 3 was cast on a polytetrafluoroethylene watch glass and heated in air at 120 ° C. for 1 hour and then at 180 ° C. for 1 hour to obtain an organic polymer. A metal oxide composite was obtained. These were all transparent.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明により、機械的強度、基板との接
着性、耐クラック性、膜厚の均一性、厚膜形成能力に優
れたケイ素含有金属複合酸化物と有機ポリマーとの複合
体薄膜を提供し得る組成物が得られた。また、該複合体
薄膜から得られた多孔質ケイ素含有金属複合酸化物薄膜
も、従来のものより機械的強度、基板との接着性、膜厚
の均一性、厚膜形成能力に優れており、かつ低い誘電率
のものを得られるので、LSI多層配線用絶縁膜として
好適に用いることができ、産業上、大いに有用である。
According to the present invention, a composite thin film of a silicon-containing metal composite oxide and an organic polymer having excellent mechanical strength, adhesion to a substrate, crack resistance, uniformity of film thickness, and ability to form a thick film. Was obtained. In addition, the porous silicon-containing metal composite oxide thin film obtained from the composite thin film is also superior in mechanical strength, adhesiveness to a substrate, uniformity of film thickness, and ability to form a thick film than conventional ones, In addition, since a material having a low dielectric constant can be obtained, it can be suitably used as an insulating film for LSI multilayer wiring, and is very useful in industry.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 69/00 C08L 69/00 71/02 71/02 73/00 73/00 H01L 21/31 H01L 21/31 A 21/316 21/316 G // H01B 3/12 336 H01B 3/12 336 H01L 21/768 H01L 21/90 S Q Fターム(参考) 4J002 BE021 BF021 BG011 BG131 BJ001 CF191 CG011 CH021 CJ001 CK011 CK021 CM011 CM041 DB007 DD007 DD077 DE097 DE247 DF027 DF037 DG047 DH047 EC077 EG047 EV257 EX036 EZ007 GQ05 5F033 QQ74 RR03 RR21 RR26 SS22 XX12 XX23 5F045 AB40 AF08 BB02 BB17 CB05 EB20 HA16 5F058 BA04 BC02 BF46 BH02 BJ02 5G303 AA07 AB12 AB20 BA03 BA07 CA01 CA09 CA11 CB01 CB30 CB35 CB39 CD04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C08L 69/00 C08L 69/00 71/02 71/02 73/00 73/00 H01L 21/31 H01L 21 / 31 A 21/316 21/316 G // H01B 3/12 336 H01B 3/12 336 H01L 21/768 H01L 21/90 SQ F term (reference) 4J002 BE021 BF021 BG011 BG131 BJ001 CF191 CG011 CH021 CJ001 CK011 CK021 CM011 CM041 DB007 DD007 DD077 DE097 DE247 DF027 DF037 DG047 DH047 EC077 EG047 EV257 EX036 EZ007 GQ05 5F033 QQ74 RR03 RR21 RR26 SS22 XX12 XX23 5F045 AB40 AF08 BB02 BB17 CB05 BB20 BA16 BA02 BA04 BA02 BA04 CD04

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)アルコキシシラン類、(b)4
族、5族、6族、13族、14族から選ばれる少なくと
も1種類のケイ素以外の金属元素からなる金属化合物、
(c)脂肪族有機ポリマー、を包含する半導体素子用組
成物。
(1) alkoxysilanes, (b) 4
A metal compound comprising at least one metal element other than silicon selected from Group 5, Group 5, Group 6, Group 13, and Group 14,
(C) a composition for a semiconductor device comprising an aliphatic organic polymer.
【請求項2】 金属化合物に含まれる金属元素が、アル
ミニウム、チタン、ジルコニウムであることを特徴とす
る請求項1に記載の組成物。
2. The composition according to claim 1, wherein the metal element contained in the metal compound is aluminum, titanium, or zirconium.
【請求項3】 金属化合物の形態が、金属アルコキシ
ド、有機酸の金属塩、ジケトンの金属錯体であることを
特徴とする請求項1に記載の組成物。
3. The composition according to claim 1, wherein the form of the metal compound is a metal alkoxide, a metal salt of an organic acid, or a metal complex of a diketone.
【請求項4】 脂肪族有機ポリマーが、脂肪族ポリエー
テル、脂肪族ポリエステル、脂肪族ポリカーボネート、
脂肪族ポリアンハイドライドを主たる構成成分とする脂
肪族有機ポリマーであることを特徴とする請求項1に記
載の組成物。
4. The aliphatic organic polymer is an aliphatic polyether, an aliphatic polyester, an aliphatic polycarbonate,
The composition according to claim 1, wherein the composition is an aliphatic organic polymer containing aliphatic polyanhydride as a main component.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物
を基板上に塗布し、アルコキシシランおよび金属化合物
を加水分解、脱水縮合することにより得ることを特徴と
する透明な脂肪族有機ポリマー−金属酸化物複合体薄
膜。
5. A transparent aliphatic organic material obtained by applying the composition according to claim 1 on a substrate and subjecting the composition to hydrolysis and dehydration condensation of an alkoxysilane and a metal compound. Polymer-metal oxide composite thin film.
【請求項6】 請求項5に記載の脂肪族有機ポリマー−
金属酸化物複合体薄膜から脂肪族有機ポリマーを除去し
て得ることを特徴とする多孔質のケイ素含有金属複合酸
化物薄膜。
6. The aliphatic organic polymer according to claim 5,
A porous silicon-containing metal composite oxide thin film obtained by removing an aliphatic organic polymer from a metal oxide composite thin film.
【請求項7】 請求項5又は6に記載の薄膜を絶縁物と
して用いることを特徴とする配線構造体。
7. A wiring structure using the thin film according to claim 5 as an insulator.
【請求項8】 請求項7に記載の配線構造体を包含する
半導体素子。
8. A semiconductor device including the wiring structure according to claim 7.
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