JP2002293989A - ナノ気孔を有する物質を製造するための組成物 - Google Patents

ナノ気孔を有する物質を製造するための組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はナノ気孔を有する物質を形成するた
めの組成物を提供する。 【解決手段】 シクロデキストリン誘導体と、熱的に安
定な有機または無機マトリックス前駆体と、溶媒とを含
む、ナノ気孔を有する物質を形成するための組成物であ
る。当該組成物から製造された物質は、50Å以下レベ
ルの気孔を有し、その分布が均一であるため、半導体に
用いられる層間絶縁膜を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はナノ気孔を有した物
質を形成するための組成物に関するものであり、より詳
細にはシクロデキストリン誘導体をマトリックス前駆体
で包含することによって、直径50Å以下の均一したナ
ノ気孔を形成させることができる組成物に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、直径がナノレベルの気孔(以下、
ナノ気孔)を有する物質は、様々な分野の吸着剤、担
体、熱絶縁体、電気絶縁体の素材として関心の対象にな
っている。特に半導体分野において、集積度が増加する
ことによって素子の性能が配線速度に左右されるため
に、配線での抵抗およびキャパシティを少なくするため
に層間絶縁膜の蓄積容量を低くしなければならない。そ
こで、誘電率が低い物質を絶縁膜に利用する試みがなさ
てきている。例えば米国特許第3,615,272号、
第4,399,266号および第4,999,397号
では、既存のCVDによる誘電率が4.00程度のSi
2膜の代りに、SODで形成可能な誘電率2.5〜
3.1程度のポリシルセスキオキサン膜などが開示され
ている。また、米国特許第5,965,679号では誘
電率が2.65〜2.70程度の有機高分子であるポリ
フェニレン膜が開示されている。
【0003】しかし、これらは誘電率2.50以下の極
低誘電率が要求される高速の素子としては、誘電率が十
分に低いとはいえない。従ってこのような有機材料また
は無機材料に誘電率が1.0になるようにナノレベルの
気孔を挿入するための試みが多数なされている。例え
ば、テトラエトキシシラン(TEOS)と適切な気孔形
成剤とを利用したゾル−ゲル方法で多孔性シリカを作る
方法、薄膜形成における加熱段階で分解し得るデンドリ
マー状のラクトン系高分子を気孔形成物質として使用す
る方法が米国特許第6,114,458号に例示されて
いる。さらに、気孔形成物質としてこのようなラクトン
系デンドリマー、ポリスチレン、ポリメタクリレート、
ポリエステルなどのビニル系高分子デンドリマーと、マ
トリックスとして上記で例示した有機または無機材料と
を用い、それぞれ一定含有量で混合したもので薄膜を形
成し、高温で気孔形成物質を分解してナノレベルの気孔
を有する低誘電率(k<3.0)物質の製造方法が米国
特許第6,107,357、6,093,636号に例
示されている。
【0004】しかしながら、このような方法で得られる
多孔性物質において、形成される気孔は直径が50〜1
00Åレベルと大きく、さらにマトリックス内での分布
が不均一であるという問題を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、形成される気孔の直径が50Å以下レベルと非常に
小さく、かつ、分布が均一な、ナノ気孔を有する物質を
形成するための新規の組成物を提供することである。
【0006】本発明のまた他の目的はこのような前記造
成を利用して誘電率kが2.5以下レベルで低い半導体
用の層間絶縁膜を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、シクロデ
キストリン誘導体と、熱的に安定な有機または無機マト
リックス前駆体と、前記シクロデキストリン誘導体と前
記有機または無機マトリックス前駆体とを溶解させる溶
媒とを含む、ナノ気孔を有する物質を形成するための組
成物である。
【0008】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体の含有量が、組成物に含まれる固形成分総量に対
して、0.1〜95質量%であることを特徴とする前記
組成物である。
【0009】さらに本発明は、前記溶媒の含有量が、組
成物総量に対して20〜99.9質量%であることを特
徴とする前記組成物である。
【0010】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体は、下記化学式6:
【0011】
【化10】
【0012】[式中、qは6〜12の整数であり、
1、R2およびR3はそれぞれ独立してハロゲン原子、
炭素数0〜10のアミノ基もしくはアジド基、炭素数3
〜20のイミダゾリル基もしくはピリジル基、炭素数1
〜10のシアノ基、炭素数2〜10のカーボネート基、
炭素数1〜10のカルバモイル基、または、OR4であ
り、ここでR4はそれぞれ独立して水素原子、炭素数2
〜30のアシル基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素
数3〜10のアルケン基、炭素数3〜20のアルキン
基、炭素数7〜20のトシル基、炭素数1〜10のメシ
ル基、炭素数0〜10のリン含有基、炭素数3〜10の
シクロアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素
数1〜20のヒドロキシアルキル基、炭素数6〜30の
アリール基、カルボキシ基、炭素数1〜20のカルボキ
シアルキル基、炭素数6〜12のグルコシル基、炭素数
12〜30のマルトシル基、または、Sir12
3(r1、r2およびr3はそれぞれ独立して炭素数1〜5
のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基または炭素
数6〜20のアリール基である。)で示されるケイ素化
合物である。]で示されることを特徴とする前記組成物
である。
【0013】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体は、下記化学式7〜9:
【0014】
【化11】
【0015】
【化12】
【0016】
【化13】
【0017】[式中、R1、R2およびR3はそれぞれ独
立してハロゲン原子、炭素数0〜10のアミノ基もしく
はアジド基、炭素数3〜20のイミダゾリル基もしくは
ピリジル基、炭素数1〜10のシアノ基、炭素数2〜1
0のカーボネート基、炭素数1〜10のカルバモイル
基、または、OR4であり、ここでR4はそれぞれ独立し
て水素原子、炭素数2〜30のアシル基、炭素数1〜2
0のアルキル基、炭素数3〜10のアルケン基、炭素数
3〜20のアルキン基、炭素数7〜20のトシル基、炭
素数1〜10のメシル基、炭素数0〜10のリン含有
基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数6〜3
0のアリール基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル
基、炭素数6〜30のアリール基、カルボキシ基、炭素
数1〜20のカルボキシアルキル基、炭素数6〜12の
グルコシル基、炭素数12〜30のマルトシル基、また
は、Sir123(r1、r2およびr3はそれぞれ独立
して炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコ
キシ基または炭素数6〜20のアリール基である。)で
示されるケイ素化合物である。]で示される3次元構造
を有するα−シクロデキストリン、β−シクロデキスト
リン、または、γ−シクロデキストリン誘導体であるこ
とを特徴とする前記組成物である。
【0018】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体は、ヘキサキス(2,3,6−トリ−O−アセチ
ル)−α−シクロデキストリン、ヘプタキス(2,3,6
−トリ−O−アセチル)−β−シクロデキストリン、オ
クタキス(2,3,6−トリ−O−アセチル)−γ−シク
ロデキストリン、ヘキサキス(2,3,6−トリ−O−
メチル)−α−シクロデキストリン、ヘプタキス(2,
3,6−トリ−O−メチル)−β−シクロデキストリ
ン、ヘキサキス(6−O−トシル)−α−シクロデキスト
リン、ヘキサキス(6−アミノ−6−デオキシ)−α−シ
クロデキストリン、ヘキサキス(6−アミノ−6−デオ
キシ)−β−シクロデキストリン、ビス(6−アジド−6
−デオキシ)−β−シクロデキストリン、ヘキサキス
(2、3−アセチル−6−ブロモ−6−デオキシ)−α−
シクロデキストリン、ヘプタキス(2,3−O−アセチ
ル−6−ブロモ−6−デオキシ)−β−シクロデキスト
リン、モノ(2−O−ホスホリル)−α−シクロデキスト
リン、モノ(2−O−ホスホリル)−β−シクロデキスト
リン、ヘキサキス[6−デオキシ−6−(1−イミダゾ
リル)]−β−シクロデキストリン、または、モノ
[2,(3)−O−(カルボキシルメチル)]−α−シクロ
デキストリンであることを特徴とする前記組成物であ
る。
【0019】さらに本発明は、前記マトリックス前駆体
は、シルセスキオキサン、アルコキシシラン、有機シリ
ケートまたはオルトシリケートであることを特徴とする
前記組成物である。
【0020】さらに本発明は、前記シルセスキオキサン
は、水素シルセスキオキサン、アルキルシルセスキオキ
サン、アリールシルセスキオキサンまたはこれらの共重
合体であることを特徴とする前記組成物である。
【0021】さらに本発明は、前記マトリックス前駆体
は、下記化学式1〜5:
【0022】
【化14】
【0023】[式中、Rは水素原子、炭素数1〜3のア
ルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基または炭
素数6〜15のアリール基であり、X1、X2およびX3
はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数
1〜10のアルコキシ基またはハロゲン原子であり、p
は3〜8の整数であり、mは1〜10の整数である。]
【0024】
【化15】
【0025】
【化16】
【0026】
【化17】
【0027】[化学式2〜4において式中、X1、X2
よびX3はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル
基、炭素数1〜10のアルコキシ基またはハロゲン原子
であり、nは1〜12の整数である。]
【0028】
【化18】
【0029】[式中、Rは水素原子、炭素数1〜3のア
ルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基または炭
素数6〜15のアリール基であり、X1、X2およびX3
はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数
1〜10のアルコキシ基またはハロゲン原子である。]
で示される化合物からなる群より選択される1種以上の
モノマーを、有機溶媒下で酸触媒と水とを利用して加水
分解及び縮合反応させて製造したシロキサン系樹脂であ
ることを特徴とする、前記組成物である。
【0030】さらに本発明は、前記マトリックス前駆体
は、ポリイミド、ポリベンゾシクロブテン、ポリアリー
レン、ポリアリーレンエーテル、ポリフェニレンまたは
これらの混合物であることを特徴とする前記組成物であ
る。
【0031】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体と前記有機または無機マトリックス前駆体とを溶
解させる溶媒は、芳香族炭化水素系溶媒、ケトン系溶
媒、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒、アミド系溶
媒、γ−ブチロラクトン、アルコール系溶媒、シリコン
溶媒またはこれらの混合物であることを特徴とする前記
組成物である。
【0032】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体と前記有機または無機マトリックス前駆体とを溶
解させる溶媒は、アニソール、キシレン、メシチレン、
メチルイソブチルケトン、1−メチル−2−ピロリジノ
ン、アセトン、テトラヒドロフラン、イソプロピルエー
テル、エチルアセテート、ブチルアセテート、プロピレ
ングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジメチル
アセトアミド、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラク
トン、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、オ
クチルアルコール、シリコン溶媒またはこれらの混合物
であることを特徴とする前記組成物である。
【0033】さらに本発明は、前記シクロデキストリン
誘導体に存在する反応性基と結合することができる作用
基と、前記マトリックス前駆体に存在する反応性基と結
合することができる作用基とを有するカップリング剤を
さらに含むことを特徴とする、前記組成物である。
【0034】さらに本発明は、前記組成物を、半導体基
板上にスピンコーティング、ディップコーティング、ス
プレーコーティング、フローコーティング、またはスク
リーン印刷によって塗布した後、溶媒を蒸発させて、不
活性気体雰囲気または真空雰囲気中で150〜600℃
で加熱する段階を含むことを特徴とする半導体用の層間
絶縁膜の製造方法である。
【0035】さらに本発明は、前記塗布は、速度が10
00〜5000rpmのスピンコーティングによってな
されることを特徴とする前記製造方法である。
【0036】さらに本発明は、前記組成物を使用して製
造されたナノ気孔を有する物質である。
【0037】さらに本発明は、前記物質を用いた、耐熱
性素材、電気絶縁性素材、吸着剤または担体である。
【0038】
【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。
【0039】一つの観点において、本発明は、シクロデ
キストリン誘導体と、熱的に安定な有機または無機マト
リックス前駆体と、前記シクロデキストリン誘導体と前
記有機または無機マトリックス前駆体とを溶解させる溶
媒とを含む、ナノ気孔を有する物質を形成するための組
成物である。本発明の組成物は、熱的に不安定なシクロ
デキストリン系三次構造を有する有機化合物(シクロデ
キストリン誘導体)と、熱的に安定な有機または無機マ
トリックスとを組み合わせて用いることによって、50
Å以下の非常に小さい直径を有し、かつ、非常に均一な
分布で存在する気孔を有する、ナノ気孔を有する物質を
製造することを可能するものである。以下、当該組成物
に含まれる各成分について詳述する。
【0040】まず有機または無機マトリックス前駆体
(以下、単に「マトリックス前駆体」ともいう)につい
て説明する。当該マトリックス前駆体としては、マトリ
ックスとして機能し得る有機高分子化合物または無機高
分子化合物であればいずれも使用可能であるが、好まし
くは、ガラス転移温度が少なくとも400℃以上の化合
物である。このような有機高分子化合物または無機高分
子化合物として好ましくは、シリコン、炭素、酸素およ
び水素から構成される(1)シルセスキオキサン、
(2)アルコキシシラン、(3)RSiO3またはR2
iO2(ここでRは有機置換基であり、複数の場合はそ
れぞれ独立して選択される)の構造を有機的に改変した
有機シリケート、(4)SiOR4(ここでR4は有機置
換基であり、それぞれ独立して選択される)の構造を有
する部分的に縮合されたオルトシリケートが挙げられ
る。
【0041】上記(1)シルセスキオキサンとしてさら
に具体的には、水素シルセスキオキサン、アルキルシル
セスキオキサン、アリールシルセスキオキサンまたはこ
れらの共重合体が本発明において好ましく用いられる。
上記アルキルシルセスキオキサンとしては、メチルシル
セスキオキサン、エチルシルセスキオキサン、プロピル
シルセスキオキサンが挙げられる。上記アリールシルセ
スキオキサンとしては、フェニルシルセスキオキサンが
挙げられる。上記共重合体としては、水素シルセスキオ
キサン・フェニルシルセスキオキサン共重合体、メチル
シルセスキオキサン・エチルシルセスキオキサン共重合
体、メチルシルセスキオキサン・ビニルシルセスキオキ
サン共重合体などが挙げられる。
【0042】また上記(2)アルコキシシランとして
は、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランが本
発明において好ましく用いられ、これに加えて、これら
アルコキシシランを単一または複数種用いて数平均分子
量500〜20,000程度で部分的に縮合したポリア
ルコキシシランも好ましく用いられる。
【0043】また上記(3)有機シリケートとしては、
具体的には上記式:RSiO3またはR2SiO2におい
て、Rは好ましくはアルキル基であり、例えばメチル、
エチル、プロピルである。
【0044】また上記(4)オルトシリケートとして
は、具体的には上記式:SiOR4(ここでR4は有機置
換基である)において、Rは好ましくはアルキル基であ
り、例えばメチル、エチル、プロピルである。
【0045】またマトリックス前駆体として、高い温度
でも安定して網状型構造に硬化される有機高分子化合物
も好ましく使用でき、このような有機高分子として具体
的には、ポリアミド酸、ポリアミド酸エステルなどのイ
ミド化可能なポリイミド、ポリベンゾシクロブテン、ポ
リアリーレン、ポリアリーレンエーテル、ポリフェニレ
ン、またはこれらの混合物が挙げられる。
【0046】またマトリックス前駆体としてより好まし
くは、環状構造またはケージ構造を有するシロキサンモ
ノマーを、有機溶媒下で酸触媒と水とを利用して加水分
解及び縮合反応させて製造したシロキサン系樹脂であ
る。当該シロキサン系樹脂は、好ましくはSi−OH含
有量が10モル%以上、より好ましくは25モル%以上
であり、溶解度が優秀であることが好ましい。ここで当
該シロキサン系樹脂は、単一の環状構造またはケージ構
造を有するシロキサンモノマーを重合させてなるホモポ
リマーでもよいし、複数種を混合して重合させてなる共
重合体でもよい。
【0047】以下、上記環状構造またはケージ構造を有
するシロキサンモノマーについて詳述する。
【0048】まず、環状構造を有するシロキサンモノマ
ーとして、以下の化学式1で示される構造を有するモノ
マーが本発明において好ましく用いられる。当該モノマ
ーは、酸素原子を介してケイ素原子が結合された環状構
造を有し、末端には加水分解が可能な置換基を形成する
有機基が含まれている。
【0049】
【化19】
【0050】式中、Rは水素原子、炭素数1〜3のアル
キル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基または炭素
数6〜15のアリール基であり、X1、X2およびX3
それぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1
〜10のアルコキシ基またはハロゲン原子であり、pは
3〜8の整数であり、mは1〜10の整数である。ここ
で、Rにおける上記炭素数1〜3のアルキル基として
は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピルが挙げら
れ、特にメチルが好ましい。上記炭素数3〜10のシク
ロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチ
ル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチ
ル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシルなど
が挙げられる。さらに上記炭素数6〜15のアリール基
としては、フェニル、トリル、キシリル、ビフェニル、
ナフチルなどが挙げられる。また、X1、X2およびX3
における炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル、
エチル、プロピル、イソプロピルが挙げられ、好ましく
はメチルである。さらに上記炭素数1〜10のアルコキ
シ基としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブト
キシ、ペントキシなどが挙げられ、好ましくはメトキシ
である。さらに上記ハロゲン原子としては、フッ素原
子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、
好ましくは臭素原子である。
【0051】このような化学式1のモノマーとして具体
的には、Rがメチルであり、X1〜X3がメトキシであ
り、mが1であり、pが4である化合物が挙げられ、本
発明において好ましく用いられる。
【0052】化学式1のモノマーの製造方法は特に制限
されず従来周知の方法によって製造することができる
が、例えば金属触媒を利用したヒドロシリル化反応によ
って製造することができる。
【0053】次にケージ型構造のシロキサンモノマー
(ケージ型シロキサンモノマー)として、下記化学式2
〜4で示される構造を有するモノマーが本発明において
好ましく用いられる。当該モノマーは、酸素原子を介し
て環中および環と環との間のケイ素原子が結合されたケ
ージ型構造を有し、末端には加水分解が可能な置換基を
形成する有機基が含まれている。
【0054】
【化20】
【0055】
【化21】
【0056】
【化22】
【0057】化学式2〜4において式中、X1、X2およ
びX3はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基、
炭素数1〜10のアルコキシ基またはハロゲン原子であ
り、nは1〜12の整数である。ここで上記炭素数1〜
3のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、
イソプロピルが挙げられ、特にメチルが好ましい。さら
に上記炭素数1〜10のアルコキシ基としては、メトキ
シ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシなど
が挙げられ、特にメトキシが好ましい。さらに上記ハロ
ゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、
ヨウ素原子などが挙げられる。
【0058】このようなモノマーとして具体的には、上
記化学式2において、X1およびX2がメチルであり、X
3がメトキシであり、nが1である化合物が挙げられ、
本発明において好ましく用いられる。
【0059】このようなケージ型シロキサンモノマー
は、市販の末端の作用基がハロゲン原子であるシロキサ
ン系ユニットをそのまま使用してもよいし、または必要
に応じて該ユニットの末端のハロゲン原子をアルキル基
またはアルコキシ基で変換して使用してもよい。このよ
うな変換に使われる方法は、本発明の目的を阻害しない
限り特に制限されず、当該技術分野で周知の任意の方法
を使用することができ、例えば末端のハロゲン原子をア
ルコキシ基で変換する場合には、アルコールとトリエチ
ルアミンと共に反応させることによって容易に達成する
ことができる。
【0060】また、上述した環状構造またはケージ構造
を有するシロキサンモノマーまたはこれらの混合物に、
シラン系モノマーをさらに混合して重合させて製造され
たマトリックス前駆体も本発明において好ましく使用で
きる。当該シラン系モノマーは、以下の化学式5で示さ
れ、末端には加水分解が可能な置換基を形成する有機基
が含まれている。
【0061】
【化23】
【0062】式中、Rは水素原子、炭素数1〜3のアル
キル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基または炭素
数6〜15のアリール基であり、X1、X2およびX3
それぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1
〜10のアルコキシ基またはハロゲン原子である。ここ
でRにおける上記炭素数1〜3のアルキル基としては、
メチル、エチル、プロピル、イソプロピルが挙げられ、
特にメチルが好ましい。さらに上記炭素数3〜10のシ
クロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチ
ル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチ
ル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシルなど
が挙げられる。さらに上記炭素数6〜15のアリール基
としては、フェニル、トリル、キシリル、ビフェニル、
ナフチルなどが挙げられる。また、X1、X2およびX3
における炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル、
エチル、プロピル、イソプロピルが挙げられ、特にメチ
ルが好ましい。さらに上記炭素数1〜10のアルコキシ
基としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキ
シ、ペントキシなどが挙げられ、特にメトキシが好まし
い。さらに上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩
素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
【0063】このような化学式5で示されるシラン系モ
ノマーとして、具体的には、メチルトリメトキシシラ
ン、フェニルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラ
ンなどが挙げられる。もちろん、当該シラン系モノマー
は、上述のように環状構造またはケージ構造を有するシ
ロキサンモノマーまたはこれらの混合物に混合させて用
いるだけでなく、単独で用いてマトリックス前駆体を形
成してもよい。
【0064】以上説明した環状構造またはケージ構造を
有するシロキサンモノマーを、有機溶媒下で酸触媒と水
とを利用して加水分解及び縮合反応させることによっ
て、シロキサン系樹脂が製造される。ここで用いられる
有機溶媒は、従来周知のものが使用でき特には限定され
ないが、なかでもテトラヒドロフラン、アセトン、メシ
チレン、キシレン、メチルイソブチルケトンなど、特に
本発明において好ましく用いられる。また、ここで用い
られる酸触媒は、従来周知のものが使用でき特には限定
されないが、好ましくは塩酸、ベンゼンスルホン酸、蓚
酸、硝酸、蟻酸またはこれらの混合物を使用することが
できる。加水分解反応および縮合反応中に使われる水の
量は、上記モノマーに存在する反応性基に対する当量と
して好ましくは1.0〜100.0、より好ましくは
1.0〜10.0の範囲内で使用し、反応温度は好まし
くは0〜200℃、より好ましくは50〜110℃の範
囲が適当である。反応時間は1時間〜100時間が適当
で、より望ましくは5〜48時間が良い。
【0065】次に本発明におけるシクロデキストリン誘
導体について説明する。
【0066】本発明で使われるシクロデキストリン誘導
体としては、ナノ気孔を有する物質を形成しうるもので
あればいずれも使用可能であるが、好ましくは下記化学
式6で示される化合物が用いられる。
【0067】
【化24】
【0068】式中、qは6〜12の整数であり、R1
2およびR3はそれぞれ独立してハロゲン原子、炭素数
0〜10のアミノ基もしくはアジド基、炭素数3〜20
のイミダゾリル基もしくはピリジル基、炭素数1〜10
のシアノ基、炭素数2〜10のカーボネート基、炭素数
1〜10のカルバモイル基、または、OR4であり、こ
こでR4はそれぞれ独立して水素原子、炭素数2〜30
のアシル基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜
10のアルケン基、炭素数3〜20のアルキン基、炭素
数7〜20のトシル基、炭素数1〜10のメシル基、炭
素数0〜10のリン含有基、炭素数3〜10のシクロア
ルキル基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜2
0のヒドロキシアルキル基、炭素数6〜30のアリール
基、カルボキシ基、炭素数1〜20のカルボキシアルキ
ル基、炭素数6〜12のグルコシル基、炭素数12〜3
0のマルトシル基、または、Sir123(r1、r2
およびr3はそれぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル
基、炭素数1〜5のアルコキシ基または炭素数6〜20
のアリール基である。)で示されるケイ素化合物であ
る。
【0069】詳述すると、上記R1、R2およびR3にお
いて、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨ
ウ素などが挙げられる。炭素数0〜10のアミノ基とし
ては、アミノ、N−メチルアミノ、N−エチルアミノな
どが挙げられ、炭素数0〜10のアジド基としては、ア
ジド、N−メチルアジド、N−エチルアジドなどが挙げ
られる。炭素数3〜20のイミダゾリル基としては、1
−イミダゾリル、2−イミダゾリル、4−イミダゾリ
ル、2−メチルイミダゾリル、2−エチルイミダゾリ
ル、2−プロピルイミダゾリル、2,4−ジメチルイミ
ダゾリルなどが挙げられ、炭素数3〜20のピリジル基
としては、2−ピリジル、3−ピリジル、4−ピリジ
ル、2−メチルピリジル、2−プロピルピリジル、2−
エチルピリジル、2,3−ジメチルピリジル、2,4−
ジメチルピリジル、2,3,4−トリメチルピリジルな
どがあげられる。炭素数1〜10のシアノ基としては、
シアノ、炭素数1〜9の炭化水素基で置換されたシアノ
などが挙げられる。炭素数2〜10のカーボネート基と
しては、炭素数2〜10の炭酸エステルから誘導される
基などが挙げられる。炭素数1〜10のカルバモイル基
としては、カルバモイル基、炭素数1〜9の炭化水素基
で置換されたカルバモイル基などが挙げられる。
【0070】次にR4において、炭素数2〜30のアシ
ル基としては、ホルミル、アセチル、プロパノイル、ブ
タノイル、ペンタノイル、パルミトイル、ステアロイ
ル、オレオイル、ベンゾイル、トルオイル、ナフトイル
などが挙げられ、特にアセチル、プロパノイル、ブタノ
イル、ベンゾイルが好ましい。炭素数1〜20のアルキ
ル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピ
ル、n−ブチル、t−ブチル、sec−ブチル、ペンチ
ル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシルな
どが挙げられ、特にメチルが好ましい。炭素数3〜10
のアルケン基としては、2−プロペニル、3−ブテニル
などが挙げられる。炭素数3〜20のアルキン基として
は、2−プロピニルなどが挙げられる。炭素数0〜10
のリン含有基としては、ホスホリル、ジフェニルホスホ
リルなどが挙げられる。炭素数3〜10のシクロアルキ
ル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロ
ペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオ
クチル、シクロノニル、シクロデシルなどが挙げられ
る。炭素数6〜30のアリール基としては、フェニル、
トリル、キシリル、ビフェニル、ナフチルなどが挙げら
る。炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基としては、
ヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロ
ピルなどが挙げられる。炭素数1〜20のカルボキシア
ルキル基としては、カルボキシメチル、カルボキシエチ
ル、カルボキシプロピルなどが挙げられる。炭素数6〜
12のグルコシル基としては、置換基を有してもよいグ
ルコースから誘導される基である。炭素数12〜30の
マルトシル基としては、置換基を有してもよいマルトー
スから誘導される基である。またSir123におい
て、炭素数1〜5のアルキル基としては、メチル、エチ
ル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチ
ル、sec−ブチル、ペンチルなどが挙げられる。炭素
数1〜5のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキ
シ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシなどが挙げられ
る。炭素数6〜20のアリール基としては、フェニル、
トリル、キシリル、ビフェニル、ナフチルなどが挙げら
れる。
【0071】さらに、本発明のシクロデキストリン誘導
体として、下記化学式7〜9で示される3次元構造を有
するα−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン
またはγ−シクロデキストリンを挙げることができ、こ
れらシクロデキストリンは最大半径が13〜17Å程度
に制限された3次元構造を有することが好ましい。
【0072】
【化25】
【0073】
【化26】
【0074】
【化27】
【0075】化学式7〜9において式中、R1、R2およ
びR3はそれぞれ独立してハロゲン原子、炭素数0〜1
0のアミノ基もしくはアジド基、炭素数3〜20のイミ
ダゾリル基もしくはピリジル基、炭素数1〜10のシア
ノ基、炭素数2〜10のカーボネート基、炭素数1〜1
0のカルバモイル基、または、OR4であり、ここでR4
はそれぞれ独立して水素原子、炭素数2〜30のアシル
基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜10のア
ルケン基、炭素数3〜20のアルキン基、炭素数7〜2
0のトシル基、炭素数1〜10のメシル基、炭素数0〜
10のリン含有基、炭素数3〜10のシクロアルキル
基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜20のヒ
ドロキシアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、カ
ルボキシ基、炭素数1〜20のカルボキシアルキル基、
炭素数6〜12のグルコシル基、炭素数12〜30のマ
ルトシル基、または、Sir123(r1、r2および
3はそれぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基、炭
素数1〜5のアルコキシ基または炭素数6〜20のアリ
ール基である。)で示されるケイ素化合物である。これ
ら列挙された各種官能基は、上記化学式6において例示
したものと同様である。
【0076】このような化学式7〜9で示されるシクロ
デキストリン誘導体の具体的な例として、ヘキサキス
(2,3,6−トリ−O−アセチル)−α−シクロデキ
ストリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ−O−アセチ
ル)−β−シクロデキストリン、オクタキス(2,3,
6−トリ−O−アセチル)−γ−シクロデキストリン、
ヘプタキス(2,3,6−トリ−O−プロパノイル)−
β−シクロデキストリン、ヘプタキス(2,3,6−ト
リ−O−ブタノイル)−β−シクロデキストリン、ヘプ
タキス(2,3,6−トリ−O−ペンタノイル)−β−
シクロデキストリン、ヘキサキス(2,3,6−トリ−
O−ベンゾイル)−α−シクロデキストリン、ヘプタキ
ス(2,3,6−トリ−O−ベンゾイル)−β−シクロ
デキストリン、オクタキス(2,3,6−トリ−O−ベ
ンゾイル)−γ−シクロデキストリン、ヘキサキス
(2,3,6−トリ−O−メチル)−α−シクロデキス
トリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ−O−メチル)
−β−シクロデキストリン、ヘキサキス(6−O−トシ
ル)−α−シクロデキストリン、ヘキサキス(6−アミ
ノ−6−デオキシ)−α−シクロデキストリン、ヘプタ
キス(6−アミノ−6−デオキシ)−β−シクロデキス
トリン、ビス(6−アジド−6−デオキシ)−β−シク
ロデキストリン、ヘキサキス(2,3−O−アセチル−
6−ブロモ−6−デオキシ)−α−シクロデキストリ
ン、ヘプタキス(2,3−O−アセチル−6−ブロモ−
6−デオキシ)−β−シクロデキストリン、モノ(2−
O−ホスホリル)−α−シクロデキストリン、モノ(2
−O−ホスホリル)−β−シクロデキストリン、ヘキサ
キス(6−デオキシ−6−(1−イミダゾリル))−α
−シクロデキストリン、モノ(2,(3)−O−(カル
ボキシルメチル))−α−シクロデキストリン、ヘプタ
キス(2,3,6−トリ−O−トリメチルシリル)−β
−シクロデキストリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ
−O−ジメチルシリル)−β−シクロデキストリンなど
を挙げることができる。なかでも好ましくは、ヘキサキ
ス(2,3,6−トリ−O−アセチル)−α−シクロデキ
ストリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ−O−アセチ
ル)−β−シクロデキストリン、オクタキス(2,3,6
−トリ−O−アセチル)−γ−シクロデキストリン、ヘ
キサキス(2,3,6−トリ−O−メチル)−α−シクロ
デキストリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ−O−メ
チル)−β−シクロデキストリン、ヘキサキス(6−O−
トシル)−α−シクロデキストリン、ヘキサキス(6−ア
ミノ−6−デオキシ)−α−シクロデキストリン、ヘキ
サキス(6−アミノ−6−デオキシ)−β−シクロデキス
トリン、ビス(6−アジド−6−デオキシ)−β−シクロ
デキストリン、ヘキサキス(2、3−アセチル−6−ブ
ロモ−6−デオキシ)−α−シクロデキストリン、ヘプ
タキス(2,3−O−アセチル−6−ブロモ−6−デオ
キシ)−β−シクロデキストリン、モノ(2−O−ホスホ
リル)−α−シクロデキストリン、モノ(2−O−ホスホ
リル)−β−シクロデキストリン、ヘキサキス[6−デ
オキシ−6−(1−イミダゾリル)]−β−シクロデキス
トリン、または、モノ[2,(3)−O−(カルボキシル
メチル)]−α−シクロデキストリンであり、特に好ま
しくはヘプタキス(2,4,6−トリ−O−メチル)−β
−シクロデキストリンである。
【0077】上述したマトリックス前駆体とシクロデキ
ストリン誘導体との相溶性を増大させ、均一にシクロデ
キストリン誘導体を分散させるために、本発明の組成物
中に、前記シクロデキストリン誘導体に存在する反応性
基と結合することができる作用基と、前記マトリックス
前駆体に存在する反応性基と結合することができる作用
基とを有するカップリング剤をさらに含ませることがで
きる。
【0078】当該カップリング剤としては、以下の化学
式10で示されるものが好ましい。
【0079】
【化28】
【0080】式中、F1は上記シクロデキストリン誘導
体のR1、R2およびR3と反応性があるイソシアネート
基、ケテン基、シアノ基、アミン基、イミノエーテル
基、アルデヒド基等であることが好ましい。R4は炭素
数2〜30の炭化水素鎖であり、例えば−(CH2n
などである。F2はマトリックス前駆体の反応性基と結
合することができる反応性基であり、用いられるマトリ
ックス前駆体の反応性基によって適宜選択される。例え
ば、マトリックス前駆体としてポリフェニレンが用いら
れる場合にはアセチレン基またはシクロペンタジノン基
が好ましい。
【0081】本発明の組成物に用いられる溶媒は、上述
した熱的に安定なマトリックス前駆体と、熱的に不安定
なシクロデキストリン誘導体とを溶解させ得るものであ
れば特には限定されないが、(1)芳香族炭化水素系溶
媒、(2)ケトン系溶媒、(3)エーテル系溶媒、
(4)アセテート系溶媒、(5)アミド系溶媒、(6)
γ−ブチロラクトン、(7)アルコール系溶媒、(8)
シリコン溶媒またはこれらの混合物(請求項11)であ
ることが好ましい。(1)芳香族炭化水素系溶媒として
は、アニソール、キシレン、メシチレン等が挙げられ、
(2)ケトン系溶媒としては、メチルイソブチルケト
ン、1−メチル−2−ピロリジノン、アセトン等が挙げ
られ、(3)エーテル系溶媒としては、テトラヒドロフ
ラン、イソプロピルエーテル等が挙げられ、(4)アセ
テート系溶媒としては、エチルアセテート、ブチルアセ
テート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセ
テート等が挙げられ、(5)アミド系溶媒としては、ジ
メチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等が挙げら
れ、(7)アルコール系溶媒としては、イソプロピルア
ルコール、ブチルアルコール、オクチルアルコール等が
挙げられ、マトリックス前駆体およびシクロデキストリ
ン誘導体を良好に溶解させ得るので好ましく用いられ
る。
【0082】このような溶媒は、基板に塗布するのに要
求されるのに充分な量の上記マトリックス前駆体が存在
しなければならないことを考慮すると、組成物総量に対
して20〜99.9質量%(請求項3)の範囲で含まれ
ることが好ましい。ここで上記溶媒の含有量が20質量
%未満の場合、前駆体が溶媒に完全に溶解しない恐れが
あり、一方、99.9質量%を超過する場合、例えば薄
膜を形成した場合に膜厚が1000Å以下と薄くなりす
ぎる恐れがある。
【0083】また、上記シクロデキストリン誘導体の含
有量は、組成物に含まれる固形成分総量に対して、好ま
しくは0.1〜95質量%、より好ましくは10〜70
質量%の範囲になるようにする。ここで上記シクロデキ
ストリン誘導体の含有量が0.1質量%未満の場合、気
孔形成物質としての効果が低くなる恐れがあり、一方、
95質量%を超過する場合、マトリックスの機械的な強
度が不良になる恐れがある。なお、上記「組成物中に含
まれる固形成分」とは、少なくとも該シクロデキストリ
ン誘導体と該マトリックス前駆体とであり、さらに最終
的に製造される本発明のナノ気孔を有する物質の構造に
関与し得る物質も含まれる。
【0084】以上説明した成分を含む本発明の組成物を
用いて、形成される気孔の直径が50Å以下レベルと非
常に小さく、かつ、分布が均一な、ナノ気孔を有する物
質を得ることができる。このようなナノ気孔を有する物
質は、多様な分野に応用可能なものであり、具体的には
耐熱性素材、電気絶縁性素材、吸着剤、担体などとして
応用可能であり、特に、極低誘電率(具体的には2.5
0以下)が要求される、電子素子の半導体材料に挿入さ
れる層間絶縁膜として有用に使用することができる。
【0085】本発明はまた、上記した本発明の組成物
を、半導体基板上にスピンコーティング、ディップコー
ティング、スプレーコーティング、フローコーティン
グ、またはスクリーン印刷によって塗布した後、溶媒を
蒸発させて、不活性気体雰囲気または真空雰囲気中で1
50〜600℃で加熱する段階を含む半導体用の層間絶
縁膜の製造方法を提供するものである。
【0086】本発明の組成物は、上述した通りスピンコ
ーティング、ディップコーティング、スプレーコーティ
ング、フローコーティング、またはスクリーン印刷によ
って半導体基板に塗布されるが、好ましくは速度が10
00〜5000rpmのスピンコーティングによって良好
に塗布され得る。
【0087】コーティング後、溶媒を蒸発させて、上記
組成物中に含まれるシクロデキストリン誘導体とマトリ
ックス前駆体とを含む樹脂膜が基板上に積層されるよう
にする。この時、周囲環境に露出させるような単純空気
乾燥法、該樹脂膜が硬化する初期段階で真空を適用する
方法や、100℃以下の温度で加熱する方法など、溶媒
の蒸発に適合した手段を使用することが好ましい。
【0088】続いて、上記の通りに形成されたコーティ
ング膜を、シクロデキストリン誘導体が熱分解される温
度、好ましくは150〜600℃、より好ましくは20
0〜450℃の温度で加熱することによって硬化させ、
亀裂がない不溶性の樹脂膜を形成させることができる。
ここで「亀裂がない不溶性の樹脂膜」とは、1000倍
率の光学顕微鏡で観察する時、肉眼でみることができる
任意の亀裂が観察されない被膜を意味し、「不溶性の樹
脂膜」とは、上述したシロキサン系樹脂を沈着させて膜
を形成させるのに用いる溶媒、または、樹脂を塗布させ
るのに有用なものとして上述された溶媒に実質的に溶解
されない被膜を意味する。なお、コーティング膜を加熱
する時の雰囲気は、不活性気体(窒素、アルゴン)雰囲
気、または真空雰囲気で実施されることもできる。この
時、硬化時間は10時間までが好ましいが、より好まし
くは30分〜1時間である。
【0089】硬化後、形成されたマトリックス内に直径
が約50Å以下の小さな気孔が形成された薄膜を得るこ
とができる。さらにシクロデキストリン誘導体を化学的
に変形させる等の様々な方法により、直径が30Å以下
の気孔が均一に形成された薄膜を得ることができる。
【0090】このように製造された薄膜は、誘電率2.
5以下の低誘電率特性を有し、上述のマトリックス前駆
体100質量部に対してシクロデキストリン誘導体を約
30質量部を含む本発明の組成物を使用すれば、誘電率
2.2以下の極低誘電率特性も得ることができ、半導体
用の層間絶縁膜に適用するのに非常に有用である。
【0091】以上、半導体用層間絶縁膜を例にとり本発
明の組成物からナノ気孔を有する物質を得る方法を説明
したが、その他の用途である上記耐熱性素材、吸着剤ま
たは担体などの場合も、それぞれにおける通常的な製造
方法を本発明の組成物に適用して、ナノ気孔を持つ物質
として製造することができる。
【0092】
【実施例】以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説
明する。
【0093】合成例1:マトリックス前駆体合成用のモ
ノマーの合成 合成例1−1:モノマーA合成 2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テト
ラビニルシクロテトラシロキサン10.0g(29.0
14mmol)と、キシレン溶液に溶解させた白金
(O)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメ
チルジシロキサン化合物0.164gをフラスコに入れ
た後、ジエチルエーテル300mlを入れて希釈した。
続いて、反応温度を−78℃まで低くし、トリクロロシ
ラン127.66mmol(17.29g)を徐々に加
えた後、反応温度を徐々に常温まで上げた。以後、常温
で20時間反応を進行させた後、0.1torr程度の
減圧下において揮発性物質を除去して、ペンタン100
mlを加えた。次に、1時間攪拌し、セライトを通じて
濾過して、無色の澄んだ溶液を得た。この溶液を、再び
0.1torr程度の減圧下においてペンタンを除去
し、無色の液状化合物HO−[Si(CH3)(CH2
2SiCl3)O]4−Hを95%の収率で得た。
【0094】この化合物11.28mmol(10.0
g)をテトラヒドロフラン500mlで希釈して、トリ
エチルアミン136.71mmol(13.83g)を
添加した。続いて、反応容器を−78℃まで低くし、メ
チルアルコール136.71mmol(4.38g)を
徐々に加えた後、反応温度を徐々に常温まで上げた。続
いて、常温で15時間反応を進行させた後、セライトを
通じ濾過し、0.1torr程度の減圧下で揮発性物質
を除去した。ここに、ペンタン100mlを加えて、1
時間攪拌した後、セライトを通じ濾過して、無色の澄ん
だ溶液を得た。この溶液を0.1torr程度の減圧下
においてペンタンを除去し、無色の液状化合物である下
記化学式11(式中、Rはメチルであり、pは4であ
る)のモノマーAを94%の収率で得た。
【0095】
【化29】
【0096】合成例1−2:モノマーB合成 オクタ(クロロシリルエチル)−ポス(Octa(ch
lorosilylethyl)−POSS)7.19
4mmol(10.0g)をテトラヒドロフラン500
mlで希釈して、トリエチルアミン63.310mmo
l(6.41g)を添加した。次に反応温度を−78℃
まで低くし、メチルアルコール63.310mmol
(2.03g)を徐々に加えた後、反応温度を徐々に常
温まで上げた。常温で20時間反応を進行させた後、セ
ライトを通じ濾過し、0.1torr程度の減圧下で揮
発性物質を除去した。ここにペンタン100mlを加え
て、1時間攪拌した後、セライトを通じ濾過して無色の
澄んだ溶液を得て、再びこの溶液を0.1torr程度
の減圧下においてペンタンを除去し、下記化学式12の
モノマーBを製造した。
【0097】
【化30】
【0098】合成例2:マトリックス前駆体の重合 合成例2−1:マトリックス前駆体A(モノマーAの単
独重合)の合成 合成例1で得られたモノマーA9.85mmol(8.
218g)をフラスコに入れ、テトラヒドロフラン90
mlで希釈して溶液を得た。−78℃の条件下で、この
溶液に、濃塩酸(塩化水素35%含有)8.8mlを水
100mlで希釈した塩酸溶液を徐々に加え、塩化水素
含量を1.18mmolとした。得られた溶液に水を徐
々に加え、最終的な水の含量を添加された塩酸溶液中に
含まれている水の量と合わせて393.61mmol
(7.084g)とした。以後、反応温度を徐々に70
℃まで上げて反応を16時間進行させた。続いて反応溶
液を分液漏斗に移した後、ジエチルエーテル90mlを
入れて、水100mlで5回洗った後、この溶液に無水
硫酸ナトリウム5gを入れて常温で10時間攪拌し、溶
液に含まれている微量の水を除去した後濾過し、無色の
澄んだ溶液を得た。この溶液から0.1torr程度の
減圧下で揮発性物質を除去して、白色粉末形態のマトリ
ックス前駆体A5.3gを得た。
【0099】合成例2−2:マトリックス前駆体B(モ
ノマーAとメチルトリメトキシシランの共重合体)の合
メチルトリメトキシシラン37.86mmol(5.1
58g)と合成例1で得られたモノマーA3.79mm
ol(3.162g)をフラスコに入れた後、テトラヒ
ドロフラン100mlで希釈して溶液を得た。−78℃
の条件下で、この溶液に、濃塩酸(塩化水素35%含
有)0.12mlを水100mlで希釈した塩酸溶液を
徐々に加え、塩化水素含量を0.0159mmolとし
た。得られた溶液に水を徐々に加え、最終的な水の含量
を添加された塩酸溶液中に含まれている水の量と合わせ
て529.67mmol(9.534g)とした。以
後、反応温度を徐々に70℃まで上げて反応を16時間
進行させた。続いて反応溶液を分液漏斗に移し、ジエチ
ルエーテル100mlを入れて、水100mlで5回洗
った後、この溶液に無水硫酸ナトリウム5gを入れて常
温で10時間攪拌して、溶液に含まれている微量の水を
除去した後、濾過し、無色の澄んだ溶液を得た。この溶
液から0.1torr程度の減圧下で揮発性物質を除去
して、白色粉末形態のマトリックス前駆体B5.5gを
得た。
【0100】合成例2−3:マトリックス前駆体C(モ
ノマーAとモノマーBの共重合体)の合成 合成例1で得られたモノマーA13.28mmol(1
1.08g)と上記モノマーB2.39mmol(2.
00g)をフラスコに入れた後、テトラヒドロフラン1
00mlで希釈して溶液を得た。−78℃の条件下で、
この溶液に、濃塩酸(塩化水素35%含有)0.12m
lを水100mlで希釈した塩酸溶液を徐々に加え、塩
化水素含量を0.0159mmolとした。得られた溶
液に水を徐々に加え、最終的な水の含量を添加された塩
酸溶液中に含まれている水の量と合わせて529.67
mmol(9.534g)とした。以後、反応温度を徐
々に70℃まで上げて反応を16時間進行させた。続い
て、反応溶液を分液漏斗に移し、ジエチルエーテル10
0mlを入れて、水100mlで5回洗った後、この溶
液に無水硫酸ナトリウム5gを入れて常温で10時間攪
拌して、溶液に含まれている微量の水を除去した後、濾
過し、無色の澄んだ溶液を得た。この溶液から0.1t
orr程度の減圧下で揮発性物質を除去して、白色粉末
形態のマトリックス前駆体C6.15gを得た。
【0101】合成例3:分離 合成例3−1:マトリックス前駆体Aの分離 合成例2−1で得たマトリックス前駆体A5gをフラス
コに入れて、アセトン7mlを加えて溶解させた。この
溶液を気孔が0.2μmであるシリンジフィルターを利
用して微細な粉末及びその他異物を除去して澄んだ溶液
部分だけを取った後、水20mlを徐々に加えた。ここ
で生成した白色粉末と、溶液部分(アセトンと水の混合
溶液)とを分離した後、0〜5℃の温度で、0.1to
rr減圧下で白色粉末を乾燥させ、3.7gのマトリッ
クス前駆体Aを得た。
【0102】合成例3−2:マトリックス前駆体Bの分
合成例2−2で得られたマトリックス前駆体Bを使用し
た以外は、合成例3−1と同様の方法でマトリックス前
駆体Bを分離した。この時分離されたマトリックス前駆
体Bの量は3.5gであった。
【0103】合成例3−3:マトリックス前駆体Cの分
合成例2−3で得られたマトリックス前駆体Cを使用し
た以外は、合成例3−1と同様の方法でマトリックス前
駆体Cを分離した。この時分離されたマトリックス前駆
体Cの量は4。1gであった。
【0104】合成例4:マトリックス前駆体A〜Cの分
上記合成例で合成されたシロキサン系樹脂マトリックス
前駆体A〜Cの分子量および分子量分布を、ゲル濾過ク
ロマトグラフィー(Waters社製)で分析して、こ
れらマトリックス前駆体A〜Cに含まれるシロキサン系
樹脂末端基のSi−OH含有量(%)、Si−OCH3
含有量(%)およびSi−CH3含有量(%)を核磁気
共鳴分析機(Bruker社製)で分析した。計算式お
よびその結果を以下に示す。
【0105】
【数1】
【0106】
【表1】
【0107】実施例1:ナノ気孔を有する物質で形成さ
れた低誘電膜の製造、および、厚さ・屈折率測定 合成例3で製造されたマトリックス前駆体A〜Cと、ヘ
プタキス(2,3,6−トリ−O−メチル)−β−シク
ロデキストリンとを下記表2に示した組成で用い、さら
に溶媒としてメチルイソブチルケトンを用いて、本発明
の組成物(実施例1−1〜1−19)を製造した。これ
ら実施例1−1〜1−19の組成物を、ホウ素でドーピ
ングしたp型シリコンウェーハ上に3000rpm速度
でスピンコーティングによって塗布した。これら組成物
がコーティングされた基板を、ホットプレート下で、1
50℃を1分、250℃を1分の条件を順次行うソフト
ベークを実施して、有機溶剤を十分に除去した。
【0108】このようにして得られた基板を、リンバー
グ炉(Linberg furnace)のなかで42
0℃、真空雰囲気下で60分間硬化させ本発明の組成物
からなる低誘電膜を基板上に形成した。得られた低誘電
膜の厚さ(T)および屈折率(RI)を、プリズムカプ
ラー、楕円偏光測定器およびプロフィルメーターを用い
て測定した。測定結果を表2示す。なお、表中「Ma
t」とは、組成物中のマトリックス前駆体(Mat)の
含有量(質量%)を表し、以下の式によって計算され
る。
【0109】
【数2】
【0110】さらに表中「CD」とは、シクロデキスト
リン誘導体であるヘプタキス(2,3,6−トリ−O−
メチル)−β−シクロデキストリン(HTM−β−C
D)の固形成分総量に対する含有量を表し、以下の式に
よって計算される。
【0111】
【数3】
【0112】
【表2】
【0113】低誘電膜の誘電率測定 誘電率はHg CV meter(SSM490i C
V system,Solid State Meas
urements)を利用して約1MHzの周波数でゲ
ート電圧が−220V〜220Vである範囲内で測定さ
れた。誘電率を求めるために、厚さと誘電率とが既知の
熱酸化シリコンオキサイドがコーティングされた試料の
静電容量を測定し、下記式を利用してHg電極と測定試
片との接触面積を求め、これを基準値とした。
【0114】
【数4】
【0115】式中、AはHgと試料の接触面積、Cは測
定された静電容量、tは膜の厚さ、kは基準物質の誘電
率(熱酸化シリコンオキサイドであるために3.9)で
ある。
【0116】CV測定により、実施例1で得られた低誘
電膜のテスト試片の静電容量と基準値を基にした膜厚さ
(以下、換算厚さという)とを測定した。この換算厚さ
と、表2に記載のプリズムカプラーによる膜厚さ測定値
とを下記式に代入して、テスト試片の誘電率を計算し
た。
【0117】
【数5】
【0118】このようにして得られた誘電率を以下の表
3に示す。
【0119】
【表3】
【0120】実施例1で製造された低誘電膜の断面のTE
Mイメージ観察 実施例1で製造されたシリコンウェーハ上の低誘電膜の
断面イメージを、TEMH9000NAを使用して300kV条
件で測定し、該低誘電膜中に形成されたナノ気孔を確認
した。そのイメージを図1〜4に示す。図1は実施例1
−6により製造された低誘電膜の断面イメージ写真であ
り、図2は実施例1−7により製造された低誘電膜の断
面イメージ写真であり、図3は実施例1−13により製
造された低誘電膜の断面イメージ写真であり、図4は実
施例1−15により製造された薄膜の断面イメージ写真
である。
【0121】実施例4:BET N2吸収分析 実施例1で製造された低誘電膜中に形成されたナノ気孔
の物理的な特性を、BET N2吸収法に従って調べ
た。その結果を表4に示す。
【0122】
【表4】
【0123】以上の断面イメージ写真およびBET N
2吸収分析によれば、本発明による低誘電膜には50Å
以下の微細な気孔が形成されており、かつその気孔の分
布が均一であることがわかった。
【0124】
【発明の効果】本発明の組成物は、50Å以下の微細な
気孔を有し、かつその気孔の分布が均一している物質を
提供するものであり、当該組成物により得られた物質
は、耐熱性素材、電気絶縁性素材、吸着剤または触媒の
担体として有用に用いることができる。特に誘電率が
2.5以下レベルまで低くすることができるので、半導
体用の層間絶縁膜として有用に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1−6により製造された低誘電膜の断
面イメージ写真である。
【図2】 実施例1−7により製造された低誘電膜の断
面イメージ写真である。
【図3】 実施例1−13により製造された低誘電膜の
断面イメージ写真である。
【図4】 実施例1−15により製造された低誘電膜の
断面イメージ写真である。
───────────────────────────────────────────────────── 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) // C08B 37/16 H01L 21/90 J (72)発明者 馬 相 國 大韓民國ソウル特別市永登浦區汝矣島洞 廣場アパート10棟905号 (72)発明者 羅 恩 珠 大韓民國大田市中區太平洞 プルンメーア パート108棟1602 (72)発明者 ▲黄▼ 日 宣 大韓民國大田市中區柳川2洞182−2番地 (72)発明者 尹 根 秉 大韓民國大田市儒城區田民洞 世宗アパー ト104棟501 Fターム(参考) 4C090 AA05 AA08 BA11 BD50 CA06 DA05 DA31 4J002 AB05W CE00X CH07X CM04X CP03X CP08X EX026 EX036 GQ01 GQ05 HA05 5F033 QQ74 RR21 RR25 RR29 SS22 XX24

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シクロデキストリン誘導体と、熱的に安
    定な有機または無機マトリックス前駆体と、前記シクロ
    デキストリン誘導体と前記有機または無機マトリックス
    前駆体とを溶解させる溶媒とを含む、ナノ気孔を有する
    物質を形成するための組成物。
  2. 【請求項2】 前記シクロデキストリン誘導体の含有量
    が、組成物に含まれる固形成分総量に対して、0.1〜
    95質量%であることを特徴とする請求項1に記載の組
    成物。
  3. 【請求項3】 前記溶媒の含有量が、組成物総量に対し
    て20〜99.9質量%であることを特徴とする請求項
    1または2に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 前記シクロデキストリン誘導体は、下記
    化学式6: 【化1】 [式中、qは6〜12の整数であり、R1、R2およびR
    3はそれぞれ独立してハロゲン原子、炭素数0〜10の
    アミノ基もしくはアジド基、炭素数3〜20のイミダゾ
    リル基もしくはピリジル基、炭素数1〜10のシアノ
    基、炭素数2〜10のカーボネート基、炭素数1〜10
    のカルバモイル基、または、OR4であり、ここでR4
    それぞれ独立して水素原子、炭素数2〜30のアシル
    基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜10のア
    ルケン基、炭素数3〜20のアルキン基、炭素数7〜2
    0のトシル基、炭素数1〜10のメシル基、炭素数0〜
    10のリン含有基、炭素数3〜10のシクロアルキル
    基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜20のヒ
    ドロキシアルキル基、炭素数6〜30のアリール基、カ
    ルボキシ基、炭素数1〜20のカルボキシアルキル基、
    炭素数6〜12のグルコシル基、炭素数12〜30のマ
    ルトシル基、または、Sir123(r1、r2および
    3はそれぞれ独立して炭素数1〜5のアルキル基、炭
    素数1〜5のアルコキシ基または炭素数6〜20のアリ
    ール基である。)で示されるケイ素化合物である。]で
    示されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項
    に記載の組成物。
  5. 【請求項5】 前記シクロデキストリン誘導体は、下記
    化学式7〜9: 【化2】 【化3】 【化4】 [式中、R1、R2およびR3はそれぞれ独立してハロゲ
    ン原子、炭素数0〜10のアミノ基もしくはアジド基、
    炭素数3〜20のイミダゾリル基もしくはピリジル基、
    炭素数1〜10のシアノ基、炭素数2〜10のカーボネ
    ート基、炭素数1〜10のカルバモイル基、または、O
    4であり、ここでR4はそれぞれ独立して水素原子、炭
    素数2〜30のアシル基、炭素数1〜20のアルキル
    基、炭素数3〜10のアルケン基、炭素数3〜20のア
    ルキン基、炭素数7〜20のトシル基、炭素数1〜10
    のメシル基、炭素数0〜10のリン含有基、炭素数3〜
    10のシクロアルキル基、炭素数6〜30のアリール
    基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基、炭素数6
    〜30のアリール基、カルボキシ基、炭素数1〜20の
    カルボキシアルキル基、炭素数6〜12のグルコシル
    基、炭素数12〜30のマルトシル基、または、Sir
    123(r1、r2およびr3はそれぞれ独立して炭素数
    1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基また
    は炭素数6〜20のアリール基である。)で示されるケ
    イ素化合物である。]で示される3次元構造を有するα
    −シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、また
    は、γ−シクロデキストリン誘導体であることを特徴と
    する請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 【請求項6】 前記シクロデキストリン誘導体は、ヘキ
    サキス(2,3,6−トリ−O−アセチル)−α−シクロ
    デキストリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ−O−ア
    セチル)−β−シクロデキストリン、オクタキス(2,
    3,6−トリ−O−アセチル)−γ−シクロデキストリ
    ン、ヘキサキス(2,3,6−トリ−O−メチル)−α−
    シクロデキストリン、ヘプタキス(2,3,6−トリ−
    O−メチル)−β−シクロデキストリン、ヘキサキス(6
    −O−トシル)−α−シクロデキストリン、ヘキサキス
    (6−アミノ−6−デオキシ)−α−シクロデキストリ
    ン、ヘキサキス(6−アミノ−6−デオキシ)−β−シク
    ロデキストリン、ビス(6−アジド−6−デオキシ)−β
    −シクロデキストリン、ヘキサキス(2、3−アセチル
    −6−ブロモ−6−デオキシ)−α−シクロデキストリ
    ン、ヘプタキス(2,3−O−アセチル−6−ブロモ−
    6−デオキシ)−β−シクロデキストリン、モノ(2−O
    −ホスホリル)−α−シクロデキストリン、モノ(2−O
    −ホスホリル)−β−シクロデキストリン、ヘキサキス
    [6−デオキシ−6−(1−イミダゾリル)]−β−シク
    ロデキストリン、または、モノ[2,(3)−O−(カル
    ボキシルメチル)]−α−シクロデキストリンであるこ
    とを特徴とする請求項4に記載の組成物。
  7. 【請求項7】 前記マトリックス前駆体は、シルセスキ
    オキサン、アルコキシシラン、有機シリケートまたはオ
    ルトシリケートであることを特徴とする請求項1〜6の
    いずれか一項に記載の組成物。
  8. 【請求項8】 前記シルセスキオキサンは、水素シルセ
    スキオキサン、アルキルシルセスキオキサン、アリール
    シルセスキオキサンまたはこれらの共重合体であること
    を特徴とする請求項7に記載の組成物。
  9. 【請求項9】 前記マトリックス前駆体は、下記化学式
    1〜5: 【化5】 [式中、Rは水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、炭
    素数3〜10のシクロアルキル基または炭素数6〜15
    のアリール基であり、X1、X2およびX3はそれぞれ独
    立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜10のア
    ルコキシ基またはハロゲン原子であり、pは3〜8の整
    数であり、mは1〜10の整数である。] 【化6】 【化7】 【化8】 [化学式2〜4において式中、X1、X2およびX3はそ
    れぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜
    10のアルコキシ基またはハロゲン原子であり、nは1
    〜12の整数である。] 【化9】 [式中、Rは水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、炭
    素数3〜10のシクロアルキル基または炭素数6〜15
    のアリール基であり、X1、X2およびX3はそれぞれ独
    立して炭素数1〜3のアルキル基、炭素数1〜10のア
    ルコキシ基またはハロゲン原子である。]で示される化
    合物からなる群より選択される1種以上のモノマーを、
    有機溶媒下で酸触媒と水とを利用して加水分解及び縮合
    反応させて製造したシロキサン系樹脂であることを特徴
    とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 【請求項10】 前記マトリックス前駆体は、ポリイミ
    ド、ポリベンゾシクロブテン、ポリアリーレン、ポリア
    リーレンエーテル、ポリフェニレンまたはこれらの混合
    物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項
    に記載の組成物。
  11. 【請求項11】 前記シクロデキストリン誘導体と前記
    有機または無機マトリックス前駆体とを溶解させる溶媒
    は、芳香族炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系
    溶媒、アセテート系溶媒、アミド系溶媒、γ−ブチロラ
    クトン、アルコール系溶媒、シリコン溶媒またはこれら
    の混合物であることを特徴とする請求項1〜10のいず
    れか一項に記載の組成物。
  12. 【請求項12】 前記シクロデキストリン誘導体と前記
    有機または無機マトリックス前駆体とを溶解させる溶媒
    は、アニソール、キシレン、メシチレン、メチルイソブ
    チルケトン、1−メチル−2−ピロリジノン、アセト
    ン、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、エチ
    ルアセテート、ブチルアセテート、プロピレングリコー
    ルモノメチルエーテルアセテート、ジメチルアセトアミ
    ド、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、イソ
    プロピルアルコール、ブチルアルコール、オクチルアル
    コール、シリコン溶媒またはこれらの混合物であること
    を特徴とする請求項11に記載の組成物。
  13. 【請求項13】 前記シクロデキストリン誘導体に存在
    する反応性基と結合することができる作用基と、前記マ
    トリックス前駆体に存在する反応性基と結合することが
    できる作用基とを有するカップリング剤をさらに含むこ
    とを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載
    の組成物。
  14. 【請求項14】 請求項1〜13のいずれか一項に記載
    の組成物を、半導体基板上にスピンコーティング、ディ
    ップコーティング、スプレーコーティング、フローコー
    ティング、またはスクリーン印刷によって塗布した後、
    溶媒を蒸発させて、不活性気体雰囲気または真空雰囲気
    中で150〜600℃で加熱する段階を含むことを特徴
    とする半導体用の層間絶縁膜の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記塗布は、速度が1000〜500
    0rpmのスピンコーティングによってなされることを
    特徴とする請求項14に記載の製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項1〜13のいずれか一項に記載
    の組成物を使用して製造されたナノ気孔を有する物質。
  17. 【請求項17】 請求項16に記載の物質を用いた、耐
    熱性素材、電気絶縁性素材、吸着剤または担体。
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