JP2001146515A - ポリエーテル樹脂、その製造方法および絶縁膜形成用塗布液 - Google Patents
ポリエーテル樹脂、その製造方法および絶縁膜形成用塗布液Info
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Abstract
法および該樹脂を用いた、比誘電率が低い絶縁膜を形成
可能な塗布液の提供。 【解決手段】〔1〕式(1)で表される繰り返し単位を
有するポリエーテル樹脂。 (R1〜R8は、それぞれ独立に、H、F、Cl、Br、
I、置換可能C1〜10のアルキル基、置換可能C4〜
10のシクロアルキル基、OR9基、又は置換可能フェ
ニル基。R9はH、置換可能C1〜10のアルキル基、
置換可能C4〜10のシクロアルキル基、又は置換可能
フェニル基。Xは、フェニレン基等。Yは、単結合、C
1〜20の炭化水素基、−O−、−CO―又は―SO2
−。)〔2〕ジハロゲン化化合物と、ビスフェノールと
を必須原料とし、アルカリ条件下で縮重合を行う〔1〕
のポリエーテル樹脂の製造方法。〔3〕(a)前記
〔1〕記載のポリエーテル樹脂、(b)有機溶媒を必須
成分としてなる絶縁膜形成用塗布液。
Description
ス中の絶縁・被覆に用いられるポリエーテル樹脂とその
製造方法および該樹脂を含む絶縁膜形成用塗布液に関す
る。
ンジスタの微細化によって達成される。近年、この微細
化により配線間隔が縮小し、伝達信号の遅延(配線遅
延)や隣接配線間のクロストークが顕著となっており、
これらがLSI自体の高性能化を妨げる重大な問題とな
っている。この問題を解決する方法として、配線間を埋
める絶縁膜の比誘電率を低下させることが検討されてい
る。従来から絶縁膜として使用されているSOG(Sp
in on Glass)膜は塗布・焼成により、容易に
デバイス基板上に絶縁膜を形成できるため、有効な材料
であったが、その比誘電率は3.0〜3.9であり、充
分に低い比誘電率とはいえない。配線間距離が0.25
μm以下では、比誘電率が好ましくは3.0未満の絶縁
膜が求められている。
とは知られている。例えば、特開平9−246429号
公報には、酸化重合により得られたポリフェニレンエー
テル樹脂を絶縁材として用いる例が開示されている。し
かしながら、酸化重合法によって得られたポリエーテル
系樹脂は、溶媒への溶解度の点で、充分とは言えない。
また、例えば特開平9−202823号および特開平9
−202824号公報にはウルマン反応を用いたポリエ
ーテル系樹脂の低誘電率材料への適用例が開示されてい
る。
絶縁材料として用いることができる比誘電率が低いポリ
エーテル樹脂とその製造方法、および該樹脂を用いた、
比誘電率が低い絶縁膜を形成可能な絶縁膜形成用塗布液
を提供することにある。
脂について検討を行った結果、特定の構造をもつポリエ
ーテル樹脂が、層間絶縁材料として良好な性質を示すこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
される繰り返し単位を有するポリエーテル樹脂に係るも
のである。
素原子、F、Cl、Br、I原子、置換されていてもよ
い炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい
炭素数4〜10のシクロアルキル基、OR9基、または
置換されていてもよいフェニル基から選ばれる。R9は
水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアル
キル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のシクロ
アルキル基、または置換されていてもよいフェニル基か
ら選ばれる。
つ以上の基から選ばれる。また、Yは、単結合、炭素数
1〜20の炭化水素基、−O−、−CO―、―SO2−
のいずれか1つまたは2つ以上から選ばれる。
10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜1
0のシクロアルキル基、または置換されていてもよいフ
ェニル基から選ばれる。mは0以上4以下の整数を示
し、nは0以上3以下の整数を示す。Xにおいて、Qが
複数の場合には、Qは互いに同一でも異なってもよい。
Zは、水素原子、F、Cl、Br、I原子、―OZ
1基、―N(Z2)(Z3)基から選ばれる。R10、Z1〜
Z3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10の
アルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2
〜10のアルキニル基または炭素数1〜10のエーテル
基を有する基から選ばれる。) ただし、R1〜R10、Qの中で少なくとも1つが炭素数
4〜10のアルキル基または炭素数4〜10のシクロア
ルキル基から選ばれる。)
されるジハロゲン化化合物と、下記式(3)で表される
ビスフェノールとを必須原料とし、アルカリ条件下で縮
重合を行う前記[1]記載のポリエーテル樹脂の製造方
法に係るものである。
F、Cl、Br、I原子のいずれかである。)
義と同じである。)
[1]記載のポリエーテル樹脂、 (b)有機溶剤を必須成分としてなる絶縁膜形成用塗布
液に係るものである。
本発明のポリエーテル樹脂は、前記式(1)で表される
繰り返し単位を有することを特徴とし、該式(1)で表
される異なる繰り返し単位を2つ以上有していてもよ
い。式中、R1〜R8は、それぞれ独立に、水素原子、
F、Cl、Br、I原子、置換されていてもよい炭素数
1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4
〜10のシクロアルキル基、OR9基、または置換され
ていてもよいフェニル基から選ばれる。R9は水素原
子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル
基、置換されていてもよい炭素数4〜10のシクロアル
キル基、または置換されていてもよいフェニル基から選
ばれる。
ルキル基として、分岐または直鎖の炭素数1〜10のア
ルキル基を挙げることができ、例えば、メチル基、エチ
ル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、ブチル
基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル
基、デシル基等の炭化水素基が挙げられる。これらは適
宜置換基を有していてもよく、該置換基として炭化水素
基に通常導入できる基が挙げられるが、その内、F原
子、Cl原子、ヒドロキシ基等が好ましい。そのような
置換基を有するアルキル基としては、例えば、フルオロ
メチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、
1,1,1−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル
基、フルオロブチル基、パーフルオロブチル基、フルオ
ロヘキシル基、パーフルオロヘキシル基、フルオロオク
チル基、パーフルオロオクチル基、フルオロデシル基、
パーフルオロデシル基、クロロメチル基、トリクロロメ
チル基、クロロエチル基、1,1,1−トリクロロエチル
基、クロロブチル基、クロロヘキシル基、クロロクチル
基、クロロデシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシ
エチル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシヘキシル
基、ヒドロキシオクチル基、ヒドロキシデシル基等が挙
げられ、それぞれ各種異性体を含む。
0のシクロアルキル基は、単環構造または複数の環を橋
掛けで結合させた基でもよく、例えばシクロブチル基、
シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘ
キシル基、ジメチルシクロヘキシル基、エチルシクロヘ
キシル基、ブチルシクロヘキシル基、シクロオクチル
基、メチルシクロオクチル基、ジメチルシクロオクチル
基、エチルシクロオクチル基、ビシクロブチル基、スピ
ロペンタン基、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル基、キ
ュバン基、ノルボルネン基等の基が挙げられる。これら
は適宜置換基を有していてもよく、該置換基として炭化
水素基に通常導入できる基が挙げられるが、その内、F
原子、Cl原子、ヒドロキシ基等が好ましい。そのよう
な置換基を有する基としては、例えば、フルオロシクロ
ブチル基、フルオロシクロペンチル基、フルオロシクロ
ヘキシル基、フルオロメチルシクロヘキシル基、ジフル
オロシクロブチル基、ジフルオロシクロペンチル基、ジ
フルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシクロブチル
基、パーフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシク
ロオクチル基、クロロシクロブチル基、クロロシクロペ
ンチル基、クロロシクロヘキシル基、クロロメチルシク
ロヘキシル基、ジクロロシクロブチル基、ジクロロシク
ロペンチル基、ジクロロシクロヘキシル基、ヒドロキシ
シクロブチル基、ヒドロキシシクロペンチル基、ヒドロ
キシシクロヘキシル基、ヒドロキシメチルシクロヘキシ
ル基、ジヒドロキシシクロブチル基、ジヒドロキシシク
ロペンチル基、ジヒドロキシシクロヘキシル基等が挙げ
られ、それぞれ各種異性体を含む。
は、無置換のフェニル基であっても、アルキル基、F原
子、Cl原子またはヒドロキシ基が、1個以上5個以下
置換されたフェニル基であってもよい。置換されていて
もよいフェニル基として、例えば、フェニル基、メチル
フェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、
ヘキサメチルフェニル基、フルオロフェニル基、ジフル
オロフェニル基、ヘキサフルオロフェニル基、フルオロ
トルイル基、ジフルオロトルイル基、クロロフェニル
基、ジクロロフェニル基、ヘキサクロロフェニル基、ク
ロロトルイル基、ジクロロトルイル基、ヒドロキシフェ
ニル基、ジヒドロキシフェニル基、ヒドロキシトルイル
基、ジヒドロキシトルイル基等が挙げられる。
1〜20の炭化水素基、−O−、−CO−、−SO2−
のいずれか1つまたは2つ以上から選ばれる。該炭素数
1〜20の炭化水素基としては、−CH2−、−CH
(CH3)−、−C(CH3)2−、−C(CH3)2−C6
H4− C(CH3)2−(各種異性体を含む)、−CH=
CH―、 等が例示されるが、これらに限られるものではない。
0のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10
のシクロアルキル基、または置換されていてもよいフェ
ニル基から選ばれる。mは0以上4以下の整数を示し、
nは0以上3以下の整数を示す。Xなる基において、Q
が複数の場合には、Qは互いに同一でも異なってもよ
い。Zは、水素原子、F、Cl、Br、I原子、―OZ
1基、―N(Z2)(Z3)基から選ばれる。R10、Z1〜
Z3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10の
アルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2
〜10のアルキニル基または炭素数1〜10のエーテル
基を有する基から選ばれる。置換されていてもよい炭素
数1〜10のアルキル基は、前記と同様に分岐または直
鎖でもよく、F原子、Cl原子、ヒドロキシ基が置換さ
れていてもよい。置換されていてもよい炭素数4〜10
のシクロアルキル基は前記と同様に、単環構造または複
数の環を橋掛けで結合させた基でもよい。置換されてい
てもよいフェニル基としては、前記と同様に無置換のフ
ェニル基であっても、アルキル基、F原子、Cl原子ま
たはヒドロキシ基が1個以上5個以下結合された基であ
ってもよい。
リエーテル樹脂としては、式(1)におけるR1〜
R10、Qの中で少なくとも1つが炭素数4〜10のアル
キル基または炭素数4〜10のシクロアルキル基であ
る。炭素数4〜10のアルキル基としては、n−ブチル
基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル
基、iso−ペンチル基、sec−ペンチル基、n−ヘ
キシル基、iso−ヘキシル基、sec−ヘキシル基、
オクチル基、デシル基が挙げられる。炭素数4〜10の
シクロアルキル基としては、シクロブチル基、シクロペ
ンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル
基、ジメチルシクロヘキシル基、エチルシクロヘキシル
基、ブチルシクロヘキシル基、シクロオクチル基、メチ
ルシクロオクチル基、ジメチルシクロオクチル基、エチ
ルシクロオクチル基、ビシクロブチル基、スピロペンタ
ン基、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル基、キュバン
基、ノルボルネン基等が挙げられる。
つが、炭素数4〜10の分岐したアルキル基または炭素
数4〜10のシクロアルキル基であることが、ポリエー
テル樹脂の比誘電率が低下するため好ましい。炭素数4
〜10の分岐したアルキル基としては、sec−ブチル
基、t−ブチル基、iso−ペンチル基、sec−ペン
チル基、iso−ヘキシル基、sec−ヘキシル基等が
挙げられる。炭素数4〜10のシクロアルキル基として
は前記の通りである。
ソブチレン、t−ブチルクロリド、シクロペンテン、ク
ロロクシロペンテン、シクロヘキセン、クロロシクロヘ
キサン等を利用することでt−ブチル基、シクロペンチ
ル基、またはシクロヘキシル基を容易に芳香族環に導入
できるので、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロ
ヘキシル基が好ましく用いられる。
表されるジハロゲン化化合物と、下記式(3)で表され
るビスフェノールとを必須原料とし、アルカリ条件下で
縮重合を行うことによって得られる。 A−X−A (2) (式中、Xは式(1)における定義と同じである。Aは
F、Cl、Br、I原子のいずれかである。)
義と同じである。)
〜R8として、炭素数4〜10のアルキル基または炭素
数4〜10のシクロアルキル基を有するモノマーが工業
的に入手しやすいため、更に好ましい。入手しやすいモ
ノマーとしては例えば、ビス(t−ブチル)ビフェノー
ル、ビスシクロヘキシルビフェノール、テトラ(t−ブ
チル)ビフェノール、ビス(t−ブチルヒドロキシフェ
ニル)イソプロピリデン、ビス(シクロヘキシルヒドロ
キシフェニル)イソプロピリデン、ビス(t−ブチルヒ
ドロキシフェニル)シクロヘプチリデン、ビス(シクロ
ヘキシルヒドロキシフェニル)シクロヘプチリデン、ビ
ス(t−ブチルヒドロキシフェニル)シクロヘキシリデ
ン、ビス(シクロヘキシルヒドロキシフェニル)シクロ
ヘキシリデン、ビス(t−ブチルヒドロキシフェニル)
フルオレン、ビス(シクロヘキシルヒドロキシフェニ
ル)フルオレン等が挙げられる。
須原料として、アルカリ条件下で縮重合を行うときの溶
媒は、特に限定されるものではない。沸点および反応の
進行のしやすさから、ジメチルホルムアミド、ジメチル
アセトアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゾフェノ
ン、ジフェニルエーテル等が好適に用いられる。
されるものではないが、例えば、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げ
られる。これらは、固体または水溶液等の溶液の形で用
いることができる。
は、必要に応じて、アルカリ物質に加え触媒を用いるこ
とができる。具体的に例示すれば、銅、塩化銅(I)ま
たはこれらの錯塩等が挙げられる。
ろ過または水洗等の処理により、金属、塩物質等の無機
物質を除き、有機溶剤に溶解させた形で絶縁膜形成塗布
液として提供される。このときの有機溶剤は、前記、縮
重合反応時に用いた溶媒であってもその他の溶媒でもよ
い。人体への影響が少ない面から、アセチルアセトン、
メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン等のケトン
類、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート等のエステル類、ジブチル
エーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アニ
ソール、フェネトール、ベラトロール等のエーテル類等
が好ましい。
5〜40重量%、更に好ましくは10〜20重量%に調
整される。この濃度範囲よりも低濃度ではスピンコート
時の膜厚が薄くなりすぎ、所望の膜厚を得るため、数回
の塗布が必要となる。この濃度範囲よりも高濃度では粘
度が増加するため、コーティング時の送液等が煩雑とな
る。
ト法または浸漬法によって、半導体デバイス基板上に塗
布し、必要に応じて熱処理、光照射等の方法によって、
塗布ムラ、ピンホール等が発生しない低誘電率絶縁膜を
形成することができ、このようにして得られた低誘電率
絶縁膜は、良好な電気特性はもちろん、良好な耐熱性、
機械的強度を併せて発現することができる。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 合成例1 500mL4つ口フラスコに4,4’−ジクロロベンゾ
フェノン25.1g(0.10mol)、1,1−ビス
(4−ヒドロキシ−3−シクロヘキシルフェニル)シク
ロヘキシリデン35.3g(0.09mol)、o−ア
リルフェノール2.7g(0.02mol)、炭酸カリ
ウム41.5g(0.30mol)、ジメチルスルホキ
シド300g、トルエン60gを仕込み、昇温した。ト
ルエンと水の共沸による脱水を行った後、窒素気流下に
て170℃/6hr保温攪拌を行った。反応終了後、メ
タノール600g、酢酸10gの混合溶媒中に反応マス
をチャージし高分子量物を析出させた。次いで、得られ
た高分子量物をプロピレングルコールモノメチルエーテ
ルアセテートで固形分15重量%になるように調整し
た。これを樹脂溶液Aとする。
キシ−3−シクロヘキシルフェニル)シクロヘキシリデ
ン21.6g(0.05mol),苛性ソーダ4.0
g,ベンゾフェノン70.0gおよびトルエン50.0
gを仕込み、還流脱水を行った。脱水が完了した後、ジ
ブロモビフェニル15.6g(0.05mol)を添加
した。更に塩化第1銅0.05gをピリジン5gに溶解
させた溶液を添加し、内温約200℃で6時間反応させ
た。室温まで冷却させた後、メタノール600gに酢酸
10gを混合した溶液に反応溶液を加え、生成物を析出
させた。析出した結晶をろ過し、大量のメタノールで洗
浄し、高分子量物を得た。次いで、該高分子量物をアニ
ソールで固形分15重量%になるように調整した。これ
を樹脂溶液Bとする。
過した。これを4インチシリコンウェハーに回転数20
00rpmでスピンコートし、150℃で1分間ベーク
した後、窒素雰囲気下、350℃で30分間熱処理を行
った。得られた塗布膜の塗布性(外観)を光学式顕微鏡
25倍観察で調べた。膜厚は光学式膜厚計(ナノメトリ
ック社製、ナノッスペック210)で測定し、比誘電率
は、水銀プローブ法で、動作周波数1MHzのC−V測
定(エス・エス・エム社製、SSM495型)を行い、
求めた。結果を表1に示す。
が低いので、層間絶縁材料として好適に用いることがで
きる。該ポリエーテル樹脂を含む絶縁膜形成用塗布液を
用いて、好適な絶縁膜を形成することができ、有用な半
導体装置を得ることができる
Claims (4)
- 【請求項1】式(1)で表される繰り返し単位を有する
ポリエーテル樹脂。 (式中、R1〜R8は、それぞれ独立に、水素原子、F、
Cl、Br、I原子、置換されていてもよい炭素数1〜
10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜1
0のシクロアルキル基、OR9基、または置換されてい
てもよいフェニル基から選ばれる。R9は水素原子、置
換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換
されていてもよい炭素数4〜10のシクロアルキル基、
または置換されていてもよいフェニル基から選ばれる。
式中、Xは、下記のいずれか1つまたは2つ以上の基か
ら選ばれる。また、Yは、単結合、炭素数1〜20の炭
化水素基、−O−、−CO―、―SO2−のいずれか1
つまたは2つ以上から選ばれる。 (Qは、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキ
ル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のシクロア
ルキル基、または置換されていてもよいフェニル基から
選ばれる。mは0以上4以下の整数を示し、nは0以上
3以下の整数を示す。Xにおいて、Qが複数の場合に
は、Qは互いに同一でも異なってもよい。Zは、水素原
子、F、Cl、Br、I原子、―OZ1基、―N(Z2)
(Z3)基から選ばれる。R10、Z1〜Z3は、それぞれ
独立に、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素
数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルキニ
ル基または炭素数1〜10のエーテル基を有する基から
選ばれる。) ただし、R1〜R10、Qの中で少なくとも1つが炭素数
4〜10のアルキル基または炭素数4〜10のシクロア
ルキル基から選ばれる。) - 【請求項2】R1〜R10、Qの中で少なくとも1つが炭
素数4〜10のシクロアルキル基または炭素数4〜10
の分岐したアルキル基であることを特徴とする請求項1
記載のポリエーテル樹脂。 - 【請求項3】下記式(2)で表されるジハロゲン化化合
物と、下記式(3)で表されるビスフェノールとを必須
原料とし、アルカリ条件下で縮重合を行うことを特徴と
する請求項1または2記載のポリエーテル樹脂の製造方
法。 A−X−A (2) (式中、Xは式(1)における定義と同じである。Aは
F、Cl、Br、I原子のいずれかである。) (式中、R1〜R8、Yは、それぞれ式(1)における定
義と同じである。) - 【請求項4】(a)請求項1または2記載のポリエーテ
ル樹脂、(b)有機溶剤を必須成分としてなる絶縁膜形
成用塗布液。
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