JP2003165952A - Coating composition for producing insulating film - Google Patents

Coating composition for producing insulating film

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JP2003165952A
JP2003165952A JP2001364582A JP2001364582A JP2003165952A JP 2003165952 A JP2003165952 A JP 2003165952A JP 2001364582 A JP2001364582 A JP 2001364582A JP 2001364582 A JP2001364582 A JP 2001364582A JP 2003165952 A JP2003165952 A JP 2003165952A
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Japan
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thin film
acid
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coating composition
silica
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JP2001364582A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Hanabatake
博之 花畑
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Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prepare a porous silica film which has a low relative permittivity and the mechanical strengths to sufficiently withstand a chemical and mechanical polishing (CMP) step in the copper wiring step of a semiconductor device and, simultaneously, reduces the amount of gaseous pollutants on forming a via hole. <P>SOLUTION: The coating composition for producing an insulating film comprises a silica precursor containing a specified ratio of the silicon atom derived from a trifunctional alkoxysilane to the silicon atom derived from a tetrafunctional alkoxysilane, a block copolymer, an acid catalyst, and a solvent. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、薄膜の比誘電率が
十分に低く、かつ機械的強度が極めて高くCMP(化学
機械研磨)耐性が十分な絶縁性薄膜を提供することが可
能な塗布組成物に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a coating composition capable of providing an insulating thin film having a sufficiently low relative permittivity of a thin film, an extremely high mechanical strength and a sufficient CMP (chemical mechanical polishing) resistance. Regarding things.

【0002】[0002]

【従来の技術】多孔性のシリカは軽量、耐熱性などの優
れた特性を有するために、構造材料、触媒担体、光学材
料などに幅広く用いられている。例えば近年、多孔性の
シリカは誘電率を低くできる、という点から期待を集め
ている。
2. Description of the Related Art Porous silica is widely used as a structural material, a catalyst carrier, an optical material and the like because it has excellent properties such as light weight and heat resistance. For example, in recent years, expectations have been gathered from the viewpoint that porous silica can lower the dielectric constant.

【0003】LSIをはじめとする半導体素子の多層配
線構造体用の層間絶縁膜素材としては、従来緻密なシリ
カ膜が一般的に用いられてきた。しかし近年、LSIの
配線密度は微細化の一途をたどっており、これに伴って
基板上の隣接する配線間の距離が狭まっている。このと
き、絶縁体の誘電率が高いと配線間の静電容量が増大
し、その結果配線を通じて伝達される電気信号の遅延が
顕著となるため、問題となっている。このような問題を
解決するため、多層配線構造体用の絶縁膜の素材とし
て、誘電率のより低い物質が強く求められている。一
方、配線材料として、従来のアルミニウムに代わって、
より低抵抗な銅が使われ始めていることも誘電率のより
低い物質が求められる理由となっている。
Conventionally, a dense silica film has been generally used as a material for an interlayer insulating film for a multilayer wiring structure of a semiconductor element such as an LSI. However, in recent years, the wiring density of LSIs has been miniaturized, and the distance between adjacent wirings on the substrate has been narrowed accordingly. At this time, if the dielectric constant of the insulator is high, the capacitance between the wirings increases, and as a result, the delay of the electric signal transmitted through the wiring becomes significant, which is a problem. In order to solve such a problem, a material having a lower dielectric constant is strongly required as a material for an insulating film for a multilayer wiring structure. On the other hand, as a wiring material, instead of conventional aluminum,
The use of lower resistance copper is another reason for the demand for materials with lower dielectric constants.

【0004】特開平5−85762号公報や国際公開
(WO)第99/03926号パンフレットには一般的
なアルコキシシランと有機ポリマーの混合系から、誘電
率が極めて低く、均一細孔および細孔分布を持った多孔
性のシリカを得ようとする方法が開示されている。また
特開平4−285081号公報には、アルコキシシラン
のゾル−ゲル反応を特定の有機ポリマーを共存させて行
い、均一な孔径を有する多孔性のシリカを得ようとする
方法が開示されている。さらに、特開2001−491
77号公報には2官能性及び/又は3官能性のアルコキ
シシランの仕込み量が4官能性のアルコキシシランの仕
込み量より多くなるように制御し、さらに有機ポリマー
にブロックコポリマーを用いることで、誘電率特性、吸
水性に優れ、かつ空隙サイズが小さい低密度膜を形成す
る方法が開示されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 5-85762 and International Publication (WO) 99/03926 pamphlet show that a mixture system of a general alkoxysilane and an organic polymer has a very low dielectric constant, uniform pores and pore distribution. There is disclosed a method for obtaining porous silica having a porosity. Further, JP-A-4-285081 discloses a method for carrying out a sol-gel reaction of alkoxysilane in the presence of a specific organic polymer to obtain porous silica having a uniform pore size. Furthermore, JP-A-2001-491
In Japanese Patent Publication No. 77, the amount of the bifunctional and / or trifunctional alkoxysilane charged is controlled to be larger than the amount of the tetrafunctional alkoxysilane charged, and a block copolymer is used as the organic polymer to improve the dielectric property. A method of forming a low density film having excellent rate characteristics and water absorption and having a small void size is disclosed.

【0005】しかしながら、いずれの方法でも比誘電率
が十分に低くかつ経時的に安定であり、かつCMP工程
に耐えるような、十分な機械的強度および密着力を有す
る多孔性シリカは得られていない状況にある。尚、本発
明においてCMP工程とは、エッチング加工により形成
された層間絶縁膜中の溝に配線となる銅を埋め込む場合
に、層間絶縁膜上の余分の銅を表面を研磨して平坦化す
る工程のことである。この工程では、層間絶縁膜のみな
らず、該薄膜上のバリヤー薄膜(通常は層間絶縁膜上に
数百〜数千Åの酸化ケイ素を堆積させる)の両方に、圧
縮応力とシェア応力とがかかるため、層間絶縁膜には機
械的強度と密着力が必要とされる。さらに、一般にこれ
らのシリカと有機ポリマーの複合体から有機ポリマーを
加熱により除去しようとする場合、450℃以上の加熱
温度が必要であることが半導体素子製造プロセス上の大
きな制約になっていた。
However, no porous silica having a sufficiently low relative permittivity, stable with time, and sufficient mechanical strength and adhesion to withstand the CMP process has been obtained by any of the methods. There is a situation. In the present invention, the CMP step is a step of flattening the surface of excess copper on the interlayer insulating film by polishing the surface of the copper when wiring copper is embedded in a groove in the interlayer insulating film formed by etching. That is. In this process, compressive stress and shear stress are applied not only to the interlayer insulating film, but also to the barrier thin film on the thin film (usually depositing hundreds to thousands of Å silicon oxide on the interlayer insulating film). Therefore, the interlayer insulating film is required to have mechanical strength and adhesion. Further, generally, when the organic polymer is to be removed from the composite of these silica and the organic polymer by heating, a heating temperature of 450 ° C. or higher is a major constraint on the semiconductor element manufacturing process.

【0006】例えば、半導体素子製造プロセスにおいて
金属配線の酸化および結晶成長、熱ストレス等を考慮す
ると、加熱温度の上限は400℃付近、かつ非酸化性の
雰囲気が推奨されている。しかし、この加熱条件では、
上記のシリカと有機ポリマーの複合体は大部分の有機ポ
リマーが残存、またはチャー化してしまい、たとえば多
層配線構造を作成する場合、下層中に残存した有機ポリ
マー由来のガスが下層から発生し上層との密着力低下や
剥離を引き起こす可能性がある。これを解決するため熱
的に分解しやすい有機ポリマーを使用するという手段も
検討されてはいるが、熱的に有機ポリマーが鋭敏すぎ
て、取り扱いが著しく危険であったり、ゾルゲル反応触
媒によって分子量が低下して成膜性が劣化したり、また
シリカ前駆体との相溶性が悪いために、塗布溶液中で沈
殿を生じたり、成膜時に分解、揮発して膜が緻密化する
などの問題が生じ、多孔性シリカの作成は困難であっ
た。
For example, in consideration of oxidation and crystal growth of metal wiring, thermal stress, etc. in the semiconductor element manufacturing process, the upper limit of the heating temperature is around 400 ° C. and a non-oxidizing atmosphere is recommended. However, under these heating conditions,
In the above-mentioned silica-organic polymer composite, most of the organic polymer remains or becomes char, for example, when creating a multilayer wiring structure, the gas derived from the organic polymer remaining in the lower layer is generated from the lower layer and the upper layer. May cause a decrease in adhesion and peeling. In order to solve this, a means of using an organic polymer which is easily thermally decomposed has been investigated, but the organic polymer is too sensitive to heat and is extremely dangerous to handle, or the sol-gel reaction catalyst causes a decrease in molecular weight. There is a problem that the film quality deteriorates and the film formability deteriorates, and because the compatibility with the silica precursor is poor, precipitation occurs in the coating solution, decomposition during film formation and volatilization to densify the film. It was difficult to make porous silica.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するものであって、多孔性の絶縁性シリカ薄膜の比
誘電率が低くて安定で、かつ機械的強度が高く、半導体
素子の銅配線工程におけるCMP工程に十分耐え得る密
着力を有する、多孔性の絶縁性シリカ薄膜製造用塗布組
成物を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above problems, in which a porous insulating silica thin film has a low relative permittivity, is stable, and has high mechanical strength. It is intended to provide a coating composition for producing a porous insulating silica thin film, which has an adhesive force sufficient to withstand a CMP step in a copper wiring step.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決すべ
く、鋭意検討を重ねた結果、絶縁性薄膜製造用塗布組成
物中に含有される3官能性のアルコキシシランおよびそ
の加水分解物、重縮合物に由来する珪素原子のモル数を
4官能性のアルコキシランおよびその加水分解物、重縮
合物に由来する珪素原子のモル数より50モル%未満に
なるように制御したシリカ前駆体と、特定の有機ポリマ
ーと、特定の溶媒とを含有する絶縁性薄膜製造用塗布組
成物が上記課題を解決することを見出し本発明を完成し
た。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, trifunctional alkoxysilane and its hydrolyzate contained in a coating composition for producing an insulating thin film, A silica precursor in which the number of moles of silicon atoms derived from a polycondensate is controlled to be less than 50 mole% of the number of moles of silicon atoms derived from a polycondensate, a tetrafunctional alkoxysilane and a hydrolyzate thereof. The present invention has been completed by finding that a coating composition for producing an insulating thin film containing a specific organic polymer and a specific solvent solves the above problems.

【0009】本発明の上記およびその他の諸目的、諸特
性ならびに諸利益は、以下に述べる詳細な説明および請
求範囲の記載から明らかになる。即ち本発明は、 1.(A)下記一般式(1)で表されるアルコキシシラ
ンおよびその加水分解物、重縮合物のうち少なくともい
ずれか1種以上と、下記一般式(2)で表されるアルコ
キシシランおよびその加水分解物、重縮合物のうち少な
くともいずれか1種以上を含有するシリカ前駆体であっ
て、一般式(1)で表されるアルコキシシランおよびそ
の加水分解物、重縮合物に由来する珪素原子と一般式
(2)で表されるアルコキシシランおよびその加水分解
物、重縮合物に由来する珪素原子の合計に対する一般式
(2)に由来する珪素原子のモル分率が1〜50モル%
であるシリカ前駆体と、 Si(OR1 4 ・・・(1) R2 (Si)(OR1 3 ・・・(2) (式中、R1 、R2 は同一でも異なっていてもよく、そ
れぞれ1価の有機基を表す。) (B)直鎖状または分岐状の2元以上のブロックコポリ
マーを含有する有機ポリマーと、(C)アルコール系溶
媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒およびエステル系溶媒
の群から選ばれた少なくとも1種以上の溶媒と、を含有
することを特徴とする絶縁性薄膜製造用塗布組成物、
The above and other objects, characteristics and benefits of the present invention will be apparent from the detailed description and claims below. That is, the present invention is: (A) At least one or more of alkoxysilane represented by the following general formula (1) and its hydrolyzate and polycondensate, and alkoxysilane represented by the following general formula (2) and its hydrolysis Which is a silica precursor containing at least one or more of a polycondensate and an alkoxysilane represented by the general formula (1), a hydrolyzate thereof, and a silicon atom derived from a polycondensate The mole fraction of silicon atoms derived from the general formula (2) is 1 to 50 mol% with respect to the total of silicon atoms derived from the alkoxysilane represented by the formula (2) and its hydrolyzate and polycondensate.
Si (OR 1 ) 4 ... (1) R 2 (Si) (OR 1 ) 3 ... (2) (wherein R 1 and R 2 may be the same or different) And each independently represents a monovalent organic group.) (B) An organic polymer containing a linear or branched binary or more block copolymer, and (C) an alcohol solvent, a ketone solvent, or an amide solvent. And at least one solvent selected from the group of ester solvents, and a coating composition for producing an insulating thin film,

【0010】2.上記1に記載の有機ポリマーが、少な
くとも直鎖状または分岐状の2元以上のブロックコポリ
マーと末端基の少なくとも一つがシリカ前駆体に対して
化学的に不活性な基である末端封鎖された有機ポリマー
を含有することを特徴とする1に記載の絶縁性薄膜製造
用塗布組成物、 3.該有機ポリマーが少なくとも1重量%以上の該ブロ
ックコポリマーを包含することを特徴とする上記1また
は2に記載の絶縁性薄膜製造用塗布組成物、 4.該絶縁性薄膜製造用塗布組成物が少なくとも一種類
の酸を含有することを特徴とする上記1〜3のいずれか
に記載の絶縁性薄膜製造用塗布組成物、 5.上記1〜4のいずれかに記載の絶縁性薄膜製造用塗
布組成物を基板上に塗布した後に、シリカ前駆体がゲル
化してシリカ/有機ポリマー複合体薄膜を得、引き続き
該シリカ/有機ポリマー複合体薄膜から有機ポリマーを
除去して得られることを特徴とする多孔性の絶縁性シリ
カ薄膜、 6.上記5記載の絶縁性シリカ薄膜を用いることを特徴
とする配線構造体、 7.上記6記載の配線構造体を包含してなる半導体素
子、に関する。
2. The organic polymer described in 1 above is an end-capped organic compound in which at least one linear or branched block copolymer of two or more elements and at least one of the end groups are chemically inactive to the silica precursor. 2. A coating composition for producing an insulating thin film according to 1, which contains a polymer. 3. The coating composition for producing an insulating thin film according to the above 1 or 2, wherein the organic polymer includes at least 1% by weight or more of the block copolymer. 4. The coating composition for producing an insulating thin film according to any one of 1 to 3 above, wherein the coating composition for producing an insulating thin film contains at least one kind of acid. After applying the coating composition for producing an insulating thin film according to any one of 1 to 4 above, a silica precursor is gelated to obtain a silica / organic polymer composite thin film, and the silica / organic polymer composite is subsequently obtained. 5. A porous insulating silica thin film obtained by removing an organic polymer from a body thin film; 6. A wiring structure characterized by using the insulating silica thin film described in 5 above. The present invention relates to a semiconductor device including the wiring structure described in 6 above.

【0011】尚、本発明でいう多孔性のシリカとは下記
の一般式(4)で表されたものを主成分とした多孔質の
ものであることを特徴としている。 Rx SiOy (4) (Rは炭素数1〜8の直鎖状、分岐上および環状のアル
キル基、アリール基を表し、0≦x<2、1<y≦2で
ある)。また、本発明において先記した一般式(1)で
あらわされるアルコキシシランにおいて、Si(O
1 4 を4官能性のアルコキシシランと言い、一般式
(2)のR2 (Si)(OR1 3 を3官能性のアルコ
キシシランとする。そしてアルコキシシランが加水分
解、重縮合してその縮合率が約90%以上であるものを
本発明ではシリカという。
The porous silica referred to in the present invention is characterized in that it is a porous silica whose main component is represented by the following general formula (4). R x SiO y (4) (R represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group, and 0 ≦ x <2, 1 <y ≦ 2). Further, in the alkoxysilane represented by the general formula (1) described above in the present invention, Si (O
R 1 ) 4 is called a tetrafunctional alkoxysilane, and R 2 (Si) (OR 1 ) 3 in the general formula (2) is a trifunctional alkoxysilane. The alkoxysilane is hydrolyzed and polycondensed, and the condensation rate thereof is about 90% or more is referred to as silica in the present invention.

【0012】以下に本発明に用いる絶縁性薄膜製造用塗
布組成物(以下、塗布組成物と称する)について説明す
る。本発明に用いる塗布組成物はアルコキシシランおよ
びその加水分解物、重縮合物のうちいずれか1種以上を
含有するシリカ前駆体(A)と有機ポリマー(B)およ
び溶媒(C)とを主成分とする。最初に本発明において
用いるシリカ前駆体(A)について説明する。本発明に
用いるシリカ前駆体は4官能性のアルコキシシランおよ
びその加水分解物、重縮合物のうちいずれか1種以上
が、3官能性のアルコキシシランおよびその加水分解
物、重縮合物のうちいずれか1種以上に対して特定の割
合で含有することを特徴とする。
The coating composition for producing an insulating thin film (hereinafter referred to as coating composition) used in the present invention will be described below. The coating composition used in the present invention is mainly composed of a silica precursor (A) containing any one or more of alkoxysilane and its hydrolyzate and polycondensate, an organic polymer (B) and a solvent (C). And First, the silica precursor (A) used in the present invention will be described. The silica precursor used in the present invention is any one or more of tetrafunctional alkoxysilane and its hydrolyzate and polycondensate, and any one of trifunctional alkoxysilane and its hydrolyzate and polycondensate. Or at least one of them is contained in a specific ratio.

【0013】先ず本発明のシリカ前駆体(A)に用いる
ことができる一般式(1)で表される4官能性のアルコ
キシシランおよび一般式(2)で表される3官能性のア
ルコキシシランの具体的な例を以下に記載する。4官能
性のアルコキシシランは具体的には、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(sec−ブトキシ)
シラン、テトラ(tert−ブトキシ)シランなどが挙
げられる。
First, of the tetrafunctional alkoxysilane represented by the general formula (1) and the trifunctional alkoxysilane represented by the general formula (2), which can be used in the silica precursor (A) of the present invention. A specific example will be described below. The tetrafunctional alkoxysilane is specifically tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetra (i-propoxy) silane, tetra (n-butoxy) silane, tetra (sec-butoxy).
Examples thereof include silane and tetra (tert-butoxy) silane.

【0014】一般式(2)で表されるアルコキシシラン
のうち3官能性のアルコキシシランの具体的な例として
は、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、エチ
ルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プ
ロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラ
ン、イソブチルトリエトキシシラン、シクロヘキシルト
リメトキシシラン、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、ビニルトリメトキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラ
ン、
Specific examples of trifunctional alkoxysilanes among the alkoxysilanes represented by the general formula (2) include trimethoxysilane, triethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, and ethyltriethoxysilane. Methoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane, propyltriethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane,
Vinyltriethoxysilane, allyltrimethoxysilane,

【0015】アリルトリエトキシシラン、メチルトリ−
n−プロポキシシラン、メチルトリ−iso−プロポキ
シシラン、メチルトリ−n−ブトキシシラン、メチルト
リ−sec−ブトキシシラン、メチルトリ−tert−
ブトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、
エチルトリ−iso−プロポキシシラン、エチルトリ−
n−ブトキシシラン、エチルトリ−sec−ブトキシシ
ラン、エチルトリ−tert−ブトキシシラン、n−プ
ロピルトリ−n−プロポキシシラン、n−プロピルトリ
−iso−プロポキシシラン、n−プロピルトリ−n−
ブトキシシラン、n−プロピルトリ−sec−ブトキシ
シラン、n−プロピルトリ−tert−ブトキシシラ
ン、i−プロピルトリメトキシシラン、i−プロピルト
リエトキシシラン、i−プロピルトリ−n−プロポキシ
シラン、i−プロピルトリ−iso−プロポキシシラ
ン、i−プロピルトリ−n−ブトキシシラン、
Allyltriethoxysilane, methyltri-
n-propoxysilane, methyltri-iso-propoxysilane, methyltri-n-butoxysilane, methyltri-sec-butoxysilane, methyltri-tert-
Butoxysilane, ethyltri-n-propoxysilane,
Ethyltri-iso-propoxysilane, ethyltri-
n-butoxysilane, ethyltri-sec-butoxysilane, ethyltri-tert-butoxysilane, n-propyltri-n-propoxysilane, n-propyltri-iso-propoxysilane, n-propyltri-n-
Butoxysilane, n-propyltri-sec-butoxysilane, n-propyltri-tert-butoxysilane, i-propyltrimethoxysilane, i-propyltriethoxysilane, i-propyltri-n-propoxysilane, i-propyl Tri-iso-propoxysilane, i-propyltri-n-butoxysilane,

【0016】i−プロピルトリ−sec−ブトキシシラ
ン、i−プロピルトリ−tert−ブトキシシラン、n
−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシ
シラン、n−ブチルトリ−n−プロポキシシラン、n−
ブチルトリ−iso−プロポキシシラン、n−ブチルト
リ−n−ブトキシシラン、n−ブチルトリ−sec−ブ
トキシシラン、n−ブチルトリ−tert−ブトキシシ
ラン、n−ブチルトリフェノキシシラン、sec−ブチ
ルトリメトキシシラン、sec−ブチル−トリ−n−プ
ロポキシシラン、sec−ブチル−トリ−iso−プロ
ポキシシラン、sec−ブチル−トリ−n−ブトキシシ
ラン、sec−ブチル−トリ−sec−ブトキシシラ
ン、sec−ブチル−トリ−tert−ブトキシシラ
ン、
I-propyltri-sec-butoxysilane, i-propyltri-tert-butoxysilane, n
-Butyltrimethoxysilane, n-butyltriethoxysilane, n-butyltri-n-propoxysilane, n-
Butyltri-iso-propoxysilane, n-butyltri-n-butoxysilane, n-butyltri-sec-butoxysilane, n-butyltri-tert-butoxysilane, n-butyltriphenoxysilane, sec-butyltrimethoxysilane, sec- Butyl-tri-n-propoxysilane, sec-butyl-tri-iso-propoxysilane, sec-butyl-tri-n-butoxysilane, sec-butyl-tri-sec-butoxysilane, sec-butyl-tri-tert- Butoxysilane,

【0017】t−ブチルトリメトキシシラン、t−ブチ
ルトリエトキシシラン、t−ブチルトリ−n−プロポキ
シシラン、t−ブチルトリ−iso−プロポキシシラ
ン、t−ブチルトリ−n−ブトキシシラン、t−ブチル
トリ−sec−ブトキシシラン、t−ブチルトリ−te
rt−ブトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシ
シラン、フェニルトリ−iso−プロポキシシラン、フ
ェニルトリ−n−ブトキシシラン、フェニルトリ−se
c−ブトキシシラン、フェニルトリ−tert−ブトキ
シシランなどが挙げられる。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4官能性および
3官能性のアルコキシシランの中でも特に好ましいのが
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、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、ジメチルジメト
キシシラン、ジメチルジエトキシシランである。
T-butyltrimethoxysilane, t-butyltriethoxysilane, t-butyltri-n-propoxysilane, t-butyltri-iso-propoxysilane, t-butyltri-n-butoxysilane, t-butyltri-sec- Butoxysilane, t-butyl tri-te
rt-butoxysilane, phenyltri-n-propoxysilane, phenyltri-iso-propoxysilane, phenyltri-n-butoxysilane, phenyltri-se
Examples thereof include c-butoxysilane and phenyltri-tert-butoxysilane. A partial hydrolyzate of an alkoxysilane may be used as a raw material. Among these tetrafunctional and trifunctional alkoxysilanes, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane and dimethyldiethoxy are particularly preferable. It is silane.

【0018】本発明のシリカ前駆体には上記のアルコキ
シシランおよびその加水分解、重縮合したものを少なく
とも1種以上含んでいる。加水分解物には部分加水分解
物も含まれる。例えば、シリカ前駆体(A)に用いられ
る4官能性のアルコキシシランの場合、4つのアルコキ
シのすべてが加水分解されている必要はなく、例えば1
個だけが加水分解されているもの、2個以上が加水分解
されているもの、あるいはこれらの混合物が存在してい
てもかまわない。また、本発明におけるシリカ前駆体
(A)に含有される重縮合物とは、シリカ前駆体(A)
の加水分解物のシラノール基が縮合してSi−O−Si
結合を形成したものであるが、シラノール基がすべて縮
合している必要はなく、一部のシラノール基が縮合した
もの、縮合の程度が異なっているものの混合物などを表
す。
The silica precursor of the present invention contains at least one or more of the above alkoxysilanes and their hydrolyzed and polycondensed products. The hydrolyzate also includes a partial hydrolyzate. For example, in the case of the tetrafunctional alkoxysilane used as the silica precursor (A), it is not necessary that all four alkoxys be hydrolyzed, and for example, 1
Only one may be hydrolyzed, two or more may be hydrolyzed, or a mixture thereof may be present. Further, the polycondensate contained in the silica precursor (A) in the present invention means the silica precursor (A)
The silanol groups of the hydrolyzate of Si are condensed to form Si-O-Si.
Although a bond is formed, it is not necessary that all of the silanol groups are condensed, and a mixture of some of the silanol groups and a mixture of those having different degrees of condensation are shown.

【0019】本発明のシリカ前駆体には、一般式(1)
で表される4官能性のアルコキシシランおよびその加水
分解物、重縮合物に由来する珪素原子と一般式(2)で
表される3官能性のアルコキシシランおよびその加水分
解物、重縮合物に由来する珪素原子との合計に対して、
一般式(2)で表される3官能性のアルコキシシランお
よびその加水分解物、重縮合物に由来する珪素原子が1
モル%以上50モル%未満であることを特徴とする(以
下、アルコキシシラン及びその加水分解物、重縮合物を
アルコキシシラン等と称する)。好ましくは5モル%以
上、50モル%未満、より好ましくは20モル%以上5
0モル%未満である。3官能性のアルコキシシラン等が
この範囲にあると、多孔性シリカ薄膜中のシロキサン結
合濃度が十分となり、高機械強度が発現される。3官能
性のアルコキシシラン等に由来する珪素原子が1モル%
未満では薄膜の比誘電率が下がらないし、一方50モル
%を超えると薄膜の機械強度が低下してしまうので好ま
しくない。
The silica precursor of the present invention has the general formula (1)
A tetrafunctional alkoxysilane represented by the formula, a hydrolyzate thereof and a polycondensate-derived silicon atom, and a trifunctional alkoxysilane represented by the general formula (2), a hydrolyzate and a polycondensate thereof. With respect to the total of the silicon atoms derived from
The number of silicon atoms derived from the trifunctional alkoxysilane represented by the general formula (2) and its hydrolyzate and polycondensate is 1
It is characterized in that it is at least mol% and less than 50 mol% (hereinafter, alkoxysilane and its hydrolyzate and polycondensate are referred to as alkoxysilane and the like). 5 mol% or more and less than 50 mol%, more preferably 20 mol% or more 5
It is less than 0 mol%. When the trifunctional alkoxysilane or the like is in this range, the siloxane bond concentration in the porous silica thin film becomes sufficient and high mechanical strength is exhibited. 1 mol% of silicon atoms derived from trifunctional alkoxysilane etc.
If it is less than 50%, the relative dielectric constant of the thin film will not decrease, and if it exceeds 50 mol%, the mechanical strength of the thin film will decrease, which is not preferable.

【0020】本発明では3官能性のアルコキシシランを
用いる代わりに、1官能性、2官能性のアルコキシシラ
ンを用いることも可能であるが、薄膜の機械強度の点か
ら3官能性のアルコキシシランを用いることが特に好ま
しい。本発明では上記のようにシリカ前駆体中の3官能
性珪素原子のモル数を制御することと、後述する特定の
有機ポリマー、さらには酸との組み合わせによって、吸
水性が低く、比誘電率が著しく低く、モジュラスが高
く、かつ密着力の高い優れた多孔性シリカ薄膜が得られ
る。本発明の塗布組成物中のシリカ前駆体の含有量は全
固形分濃度として表すことができる。後述するように目
的とする絶縁性薄膜の膜厚にもよるが全固形分濃度は2
〜30重量%が好ましく、保存安定性にも優れる。
In the present invention, a monofunctional or difunctional alkoxysilane can be used instead of the trifunctional alkoxysilane. However, from the viewpoint of mechanical strength of the thin film, the trifunctional alkoxysilane is used. It is particularly preferable to use. In the present invention, by controlling the number of moles of trifunctional silicon atoms in the silica precursor as described above, and by combining with a specific organic polymer described later and further with an acid, the water absorption is low and the relative dielectric constant is An excellent porous silica thin film having a significantly low modulus, a high modulus and a high adhesion can be obtained. The content of the silica precursor in the coating composition of the present invention can be expressed as the total solid content concentration. As will be described later, the total solid content concentration is 2 depending on the thickness of the target insulating thin film.
-30% by weight is preferable, and the storage stability is also excellent.

【0021】次に本発明における有機ポリマー(B)に
ついて説明する。まず本発明で用いることができる有機
ポリマーのうち、ブロックコポリマーについて説明する
が、この有機ポリマーは後述するような加熱焼成によっ
て塗膜が多孔性のシリカ薄膜に変換する場合に、熱分解
温度が低く、かつシリカ前駆体およびシリカとの相溶性
が適度に良好な、直鎖状または分岐状の2元以上のブロ
ックコポリマーで、ブロック部が炭素数1〜8の直鎖状
および環状のオキシアルキレン基を繰り返し単位とする
有機ポリマーであり、該ブロックコポリマー単位を1本
のポリマー鎖中に60重量%以上含むものである。
Next, the organic polymer (B) in the present invention will be described. Of the organic polymers that can be used in the present invention, the block copolymer will be described first. This organic polymer has a low thermal decomposition temperature when the coating film is converted into a porous silica thin film by heating and baking as described below. , And a linear or branched binary or more block copolymer having a moderately good compatibility with a silica precursor and silica, wherein the block portion is a linear or cyclic oxyalkylene group having 1 to 8 carbon atoms. Is an organic polymer having a repeating unit of 60% by weight or more in one polymer chain.

【0022】ここで、相溶性が適度に良好であるとは、
本発明で使用するブロックコポリマーが、シリカ前駆体
およびシリカとの親和性が良好なもののことを言う。両
者の親和性が適度に良好であると、シリカ前駆体とポリ
マー間での相分離状態が制御され、その後の工程でブロ
ックコポリマーがシリカから抜き去られて多孔体が形成
される場合に極端に大きな又は小さな孔径を持つ孔がな
く、孔径が均一になるので、得られた薄膜の表面平滑性
がさらに向上するし、また機械強度も高くなる。
Here, the reason that the compatibility is reasonably good is that
The block copolymer used in the present invention has good affinity with the silica precursor and silica. A moderately good affinity between them controls the phase separation state between the silica precursor and the polymer, and is extremely extreme when the block copolymer is extracted from silica in the subsequent step to form a porous body. Since there are no pores having large or small pore diameters and the pore diameters are uniform, the surface smoothness of the obtained thin film is further improved and the mechanical strength is also high.

【0023】具体的なブロックコポリマーとしては、ポ
リエチレングリコール・ポリプロピレングリコール、ポ
リエチレングリコール・ポリブチレングリコールのよう
な2元ブロックコポリマー、さらにポリエチレングリコ
ール・ポリプロピレングリコール・ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレングリコール・ポリエチレングリコ
ール・ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ール・ポリブチレングリコール・ポリエチレングリコー
ルなどの直鎖状の3元ブロックコポリマーのようなポリ
エーテルブロックコポリマーが挙げられる。
Specific block copolymers include binary block copolymers such as polyethylene glycol / polypropylene glycol, polyethylene glycol / polybutylene glycol, polyethylene glycol / polypropylene glycol / polyethylene glycol, polypropylene glycol / polyethylene glycol / polypropylene glycol, Examples thereof include polyether block copolymers such as linear ternary block copolymers such as polyethylene glycol / polybutylene glycol / polyethylene glycol.

【0024】さらに、分岐状のブロックコポリマーとし
て、グリセロール、エリスリトール、ペンタエリスリト
ール、ペンチトール、ペントース、ヘキシトール、ヘキ
ソース、ヘプトースなどに代表される糖鎖に含まれるヒ
ドロキシル基のうちの少なくとも3つとポリマー鎖が結
合した構造及び/又はヒドロキシル酸に含まれるヒドロ
キシル基とカルボキシル基のうち少なくとも3つがブロ
ックコポリマー鎖が結合した構造が挙げられる。具体的
には、グリセロール・ポリエチレングリコール・ポリプ
ロピレングリコール、エリスリトール・ポリエチレング
リコール・ポリプロピレングリコール・ポリエチレング
リコールなどが含まれる。
Further, as the branched block copolymer, at least three of the hydroxyl groups contained in the sugar chain represented by glycerol, erythritol, pentaerythritol, pentitol, pentose, hexitol, hexose, heptose and the like and a polymer chain are provided. Examples thereof include a structure in which at least three of the bonded structure and / or the hydroxyl group and the carboxyl group contained in the hydroxyl acid are bonded to the block copolymer chain. Specifically, glycerol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, erythritol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol and the like are included.

【0025】上記の分岐上のブロックコポリマーを得る
ために用いられる糖鎖以外でも用いることのできる糖鎖
の具体的な例としては、ソルビトール、マンニトール、
キシリトール、スレイトール、マルチトール、アラビト
ール、ラクチトール、アドニトール、セロビトール、グ
ルコース、フルクトース、スクロース、ラクトース、マ
ンノース、ガラクトース、エリスロース、キシルロー
ス、アルロース、リボース、ソルボース、キシロース、
アラビノース、イソマルトース、デキストロース、グル
コヘプトースなどが挙げられる。また、ヒドロキシル酸
の具体的な例としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、
グルコン酸、グルクロン酸、グルコヘプトン酸、グルコ
オクタン酸、スレオニン酸、サッカリン酸、ガラクトン
酸、ガラクタル酸、ガラクツロン酸、グリセリン酸、ヒ
ドロキシコハク酸などが挙げられる。
Specific examples of sugar chains that can be used other than the sugar chains used to obtain the above block copolymer on branch include sorbitol, mannitol,
Xylitol, threitol, maltitol, arabitol, lactitol, adonitol, cellobitol, glucose, fructose, sucrose, lactose, mannose, galactose, erythrose, xylulose, allulose, ribose, sorbose, xylose,
Examples include arabinose, isomaltose, dextrose, glucoheptose and the like. Specific examples of the hydroxyl acid include citric acid, malic acid, tartaric acid,
Examples thereof include gluconic acid, glucuronic acid, glucoheptonic acid, glucooctanoic acid, threonic acid, saccharic acid, galactonic acid, galactaric acid, galacturonic acid, glyceric acid, and hydroxysuccinic acid.

【0026】さらに、本発明では、脂肪族高級アルコー
ルにアルキレンオキサイドを付加重合させたブロックコ
ポリマーも使用することが可能である。具体的には、ポ
リオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシプロピ
レンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエ
ーテル、ポリオキシプロピレンオレイルエーテル、ポリ
オキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシプロピレン
セチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテ
ル、ポリオキシプロピレンステアリルエーテルなどが挙
がられる。上記のブロックコポリマー末端基は特に限定
されないが水酸基はじめ、直鎖状および環状のアルキル
エーテル基、アルキルエステル基、アルキルアミド基、
アルキルカーボネート基、ウレタン基およびトリアルキ
ルシリル基変性された基であることが好ましい。
Further, in the present invention, a block copolymer obtained by addition-polymerizing an alkylene oxide with an aliphatic higher alcohol can also be used. Specifically, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxypropylene lauryl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxypropylene oleyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxypropylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxypropylene Stearyl ether etc. are mentioned. The terminal group of the block copolymer is not particularly limited, but includes a hydroxyl group, a linear and cyclic alkyl ether group, an alkyl ester group, an alkylamide group,
It is preferably a group modified with an alkyl carbonate group, a urethane group or a trialkylsilyl group.

【0027】本発明の塗布組成物中のブロックコポリマ
ーの量は、以下に述べるブロックコポリマー以外の有機
ポリマーを含むポリマー全量に対して1重量%以上含ま
れると、本発明の効果の一つである多孔性シリカ薄膜の
吸湿性が著しく抑制され、きわめて低い比誘電率が達成
される。1重量%未満であると、本発明の効果が発現さ
れない。より好ましい含有量は5重量%以上である。さ
らに好ましくは10重量%以上である。本発明において
は、ポリマーの主鎖構造が加熱焼成によって消失し多孔
質のケイ素酸化物に容易に変換する、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なる構成成分とするポリ
マーで、ポリマー末端基の少なくとも一つの末端基がシ
リカ前駆体に対して化学的に不活性な基を有する有機ポ
リマーを用いることも好適である。
One of the effects of the present invention is that the amount of the block copolymer in the coating composition of the present invention is 1% by weight or more based on the total amount of the polymers including the organic polymers other than the block copolymers described below. The hygroscopicity of the porous silica thin film is remarkably suppressed, and an extremely low dielectric constant is achieved. If it is less than 1% by weight, the effect of the present invention is not exhibited. A more preferable content is 5% by weight or more. More preferably, it is 10% by weight or more. In the present invention, the polymer main chain structure disappears by heating and is easily converted to porous silicon oxide, aliphatic polyether, aliphatic polyester, aliphatic polycarbonate, aliphatic polyanhydride as a main constituent component It is also preferable to use an organic polymer in which at least one of the polymer end groups has a group that is chemically inert to the silica precursor.

【0028】以下に本発明に用いることができるポリマ
ー末端基の少なくとも一つの末端基がシリカ前駆体に対
して化学的に不活性な基を有するポリマーについて説明
する。好適なポリマー末端基としては、炭素数1〜8の
直鎖状、分岐状および環状のアルキルエーテル基、アル
キルエステル基およびアルキルアミド基、アルキルカー
ボネート基があげられる。上記ポリマーは単独であって
も、複数のポリマーの混合であってもよい。またポリマ
ーの主鎖は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以
外の任意の繰り返し単位を有するポリマー鎖を含んでい
てもよい。
The polymer having at least one of the polymer end groups which can be used in the present invention has a group chemically inactive to the silica precursor will be described below. Suitable polymer end groups include linear, branched and cyclic alkyl ether groups having 1 to 8 carbon atoms, alkyl ester groups and alkyl amide groups, and alkyl carbonate groups. The above polymers may be used alone or as a mixture of plural polymers. Further, the main chain of the polymer may include a polymer chain having any repeating unit other than the above, as long as the effect of the present invention is not impaired.

【0029】また、本発明の末端基はシリカ前駆体との
相溶性が特に良好なので、ポリマー形態として分岐ポリ
マーほうが分子内により多くの末端基を有することが可
能になり好ましい。このような場合、分岐部分は前述し
たようなグリセロール、エリスリトール、エリスロー
ス、ペンタエリスリトール、ペンチトール、ペントー
ス、ヘキシトール、ヘキソース、ヘプトースなどに代表
される糖鎖に含まれるヒドロキシル基のうちの少なくと
も3つと有機ポリマー鎖が結合した構造及び/又はヒド
ロキシル酸に含まれるヒドロキシル基とカルボキシル基
のうち少なくとも3つと有機ポリマー鎖が結合した構造
であることが好ましい。
Further, since the end group of the present invention has particularly good compatibility with the silica precursor, the branched polymer is preferable as the polymer form because it can have more end groups in the molecule. In such a case, the branched portion is at least three of the hydroxyl groups contained in the sugar chain represented by glycerol, erythritol, erythrose, pentaerythritol, pentitol, pentose, hexitol, hexose, and heptose as described above. It is preferable that the organic polymer chain is bonded to the organic polymer chain and / or the organic polymer chain is bonded to at least three hydroxyl groups and carboxyl groups contained in the hydroxyl acid.

【0030】本発明の脂肪族ポリエーテルの例として
は、主鎖がポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリイソブチレングリコール、ポリトリメチ
レングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリ
ペンタメチレングリコール、ポリヘキサメチレングリコ
ール、ポリジオキソラン、ポリジオキセパンなどのアル
キレングリコール類で、そのすくなくとも一つの末端が
アルキルエーテル、アルキルエステル、アルキルアミ
ド、アルキルカーボネート化されたものを挙げることが
できる。エーテル、エステル、アミド、カーボネートの
グループはポリマー末端の繰り返し単位と直接化学結合
していてもいいし、有機基を介して結合していても構わ
ない。
Examples of the aliphatic polyether of the present invention have a main chain of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyisobutylene glycol, polytrimethylene glycol, polytetramethylene glycol, polypentamethylene glycol, polyhexamethylene glycol, polydioxolane. Examples thereof include alkylene glycols such as polydioxepane whose at least one terminal is alkyl ether, alkyl ester, alkyl amide, or alkyl carbonate. The group of ether, ester, amide, and carbonate may be directly chemically bonded to the repeating unit at the polymer terminal, or may be bonded via an organic group.

【0031】脂肪族ポリエーテルの末端基をエーテル化
した例としては、上記アルキレングリコール類の少なく
とも一つの末端を例えばメチルエーテル、エチルエーテ
ル、プロピルエーテル、グリシジルエーテルなどでエー
テルとしたものが挙げられ、具体的には例えば、ポリエ
チレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレング
リコールジメチルエーテル、ポリプロピレングリコール
ジメチルエーテル、ポリイソブチレングリコールジメチ
ルエーテル、ポリエチレングリコールジエチルエーテ
ル、ポリエチレングリコールモノエチルエーテル、ポリ
エチレングリコールジブチルエーテル、ポリエチレング
リコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコール
ジグリシジルエーテル、ポリエチレンポリプロピレング
リコールジメチルエーテル、グリセリンポリエチレング
リコールトリメチルエーテル、ペンタエリスリトールポ
リエチレングリールテトラメチルエーテル、ペンチトー
ルポリエチレングリコールペンタメチルエーテル、ソル
ビトールポリエチレングリコールヘキサメチルエーテル
などが特に好ましく用いられる。
Examples of the etherified end groups of the aliphatic polyether include those in which at least one end of the above alkylene glycols is etherified with, for example, methyl ether, ethyl ether, propyl ether, glycidyl ether, and the like. Specifically, for example, polyethylene glycol monomethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, polypropylene glycol dimethyl ether, polyisobutylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol diethyl ether, polyethylene glycol monoethyl ether, polyethylene glycol dibutyl ether, polyethylene glycol monobutyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether. , Polyethylene polypropylene glycol dimethyl ether Ether, glycerin polyethylene glycol trimethyl ether, pentaerythritol polyethylene grayed reel tetramethyl ether, pentitol polyethylene glycol pentamethyl ether, sorbitol polyethylene glycol hexamethyl ether is particularly preferably used.

【0032】末端にエステル基を持つ脂肪族ポリエーテ
ル類としては、上記アルキレングリコール類の少なくと
も一つの末端を例えば、酢酸エステル、プロピオン酸エ
ステル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、
安息香酸エステルとしたものなどが挙げられる。また、
アルキレングリコール類の末端をカルボキシメチルエー
テル化し、この末端のカルボキシル基をアルキルエステ
ル化したものも好適に用いられる。具体的には例えば、
ポリエチレングリコールモノ酢酸エステル、ポリエチレ
ングリコールジ酢酸エステル、ポリプロピレングリコー
ルモノ酢酸エステル、ポリプロピレングリコールジ酢酸
エステル、ポリエチレングリコールジ安息香酸エステ
ル、ポリエチレングリコールジアクリル酸エステル、ポ
リエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、ポリ
エチレングリコールジメタクリル酸エステル、ポリエチ
レングリコールビスカルボキシメチルエーテルジメチル
エステル、ポリプロピレングリコールビスカルボキシメ
チルエーテルジメチルエステル、グリセリンポリエチレ
ングリコールトリ酢酸エステル、ペンタエリスリトール
ポリエチレングリコールテトラ酢酸エステル、ペンチト
ールポリエチレングリコールペンタ酢酸エステル、ソル
ビトールポリエチレングリコールヘキサ酢酸エステルな
どが好ましい例として挙げられる。
As the aliphatic polyethers having an ester group at the terminal, at least one terminal of the above alkylene glycols is, for example, acetic acid ester, propionic acid ester, acrylic acid ester, methacrylic acid ester,
Examples include benzoic acid esters. Also,
It is also preferable to use an alkylene glycol in which the terminal is converted to carboxymethyl ether and the terminal carboxyl group is converted to alkyl ester. Specifically, for example,
Polyethylene glycol monoacetate, polyethylene glycol diacetate, polypropylene glycol monoacetate, polypropylene glycol diacetate, polyethylene glycol dibenzoate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate Ester, polyethylene glycol biscarboxymethyl ether dimethyl ester, polypropylene glycol biscarboxymethyl ether dimethyl ester, glycerin polyethylene glycol triacetic acid ester, pentaerythritol polyethylene glycol tetraacetic acid ester, pentitol polyethylene glycol pentaacetic acid ester, sorbitol polyethylene Such as glycol hexa acetate are preferred examples.

【0033】末端にアミド基を持つ脂肪族ポリエーテル
類としては、上記のアルキレングリコール類の少なくと
も一つの末端をカルボキシメチルエーテル化し、そのあ
とでアミド化する方法、ヒドロキシ末端をアミノ基変性
したあとにアミド化する方法、などが挙げられ、具体的
には、ポリエチレングリコールビス(カルボキシメチル
エーテルジメチルアミド)、ポリプロピレングリコール
ビス(カルボキシメチルエーテルジメチルアミド)、ポ
リエチレングリコールビス(カルボキシメチルエーテル
ジエチルアミド)、グリセリンポリエチレングリコール
トリカルボキシメチルエーテルジメチルアミド、ペンタ
エリスリトールポリエチレングリコールテトラカルボキ
シメチルエーテルジメチルアミド、ペンチトールポリエ
チレングリコールペンタカルボキシメチルエーテルジメ
チルアミド、ソルビトールポリエチレングリコールヘキ
サカルボキシメチルエーテルジメチルアミドなどが好適
に用いられる。
As the aliphatic polyethers having an amide group at the terminal, at least one terminal of the above-mentioned alkylene glycols is converted to carboxymethyl ether and then amidated, or after the hydroxy terminal is modified with an amino group. Examples thereof include a method for amidation. Specifically, polyethylene glycol bis (carboxymethyl ether dimethylamide), polypropylene glycol bis (carboxymethyl ether dimethylamide), polyethylene glycol bis (carboxymethyl ether diethylamide), glycerin polyethylene glycol Tricarboxymethyl ether dimethylamide, pentaerythritol polyethylene glycol Tetracarboxymethyl ether dimethylamide, pentitol polyethylene glycol Printer carboxymethyl ether dimethylamide, sorbitol polyethylene glycol hexa carboxymethyl ether dimethylamide is preferably used.

【0034】末端にアルキルカーボネート基を持つ脂肪
族ポリエーテル類としては、例えば上記アルキレングリ
コール類の少なくとも一つの末端に、ホルミルエステル
基をつける方法が挙げられ、具体的には、ビスメトキシ
カルボニルオキシポリエチレングリコール、ビスエトキ
シカルボニルオキシポリエチレングリコール、ビスエト
キシカルボニルオキシポリプロピレングリコール、ビス
tert−ブトキシカルボニルオキシポリエチレングリ
コールなどが挙げられる。さらに末端にウレタン基やト
リアルキルシリル基で変性した脂肪族ポリエーテル類も
使用することができる。トリアルキルシリル変性ではト
リメチルシリル変性が特に好ましく、これはトリメチル
クロロシランやトリメチルクロロシリルアセトアミドま
たはヘキサメチルジシラザンなどによって変性できる。
Examples of the aliphatic polyethers having an alkyl carbonate group at the terminal include a method of attaching a formyl ester group to at least one terminal of the above alkylene glycol, and specifically, bismethoxycarbonyloxy polyethylene. Examples thereof include glycol, bisethoxycarbonyloxy polyethylene glycol, bisethoxycarbonyloxy polypropylene glycol, bis-tert-butoxycarbonyloxy polyethylene glycol and the like. Further, aliphatic polyethers modified with a urethane group or a trialkylsilyl group at the terminal can also be used. In the trialkylsilyl modification, trimethylsilyl modification is particularly preferable, and it can be modified with trimethylchlorosilane, trimethylchlorosilylacetamide or hexamethyldisilazane.

【0035】脂肪族ポリエステルの例としては、ポリグ
リコリド、ポリカプロラクトン、ポリピバロラクトン等
のヒドロキシカルボン酸の重縮合物やラクトンの開環重
合物、およびポリエチレンオキサレート、ポリエチレン
スクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリエチレン
セバケート、ポリプロピレンアジペート、ポリオキシジ
エチレンアジペート等のジカルボン酸とアルキレングリ
コールとの重縮合物、ならびにエポキシドと酸無水物と
の開環共重合物であって、該ポリマーの少なくとも一つ
の末端にアルキルエーテル基、アルキルエステル基、ア
ルキルアミド基、アルキルカーボネート基、ウレタン基
さらにはトリアルキルシリル基で変性されたものを挙げ
ることができる。
Examples of aliphatic polyesters include polycondensates of hydroxycarboxylic acids such as polyglycolide, polycaprolactone and polypivalolactone, and ring-opening polymers of lactones, and polyethylene oxalate, polyethylene succinate, polyethylene adipate. A polycondensation product of a dicarboxylic acid such as polyethylene sebacate, polypropylene adipate, and polyoxydiethylene adipate with an alkylene glycol, and a ring-opening copolymerization product of an epoxide and an acid anhydride, wherein at least one terminal of the polymer is Examples thereof include those modified with an alkyl ether group, an alkyl ester group, an alkylamide group, an alkyl carbonate group, a urethane group, or a trialkylsilyl group.

【0036】脂肪族ポリカーボネートの例としては、主
鎖部分としてポリエチレンカーボネート、ポリプロピレ
ンカーボネート、ポリペンタメチレンカーボネート、ポ
リヘキサメチレンカーボネート等のポリカーボネートを
挙げることができ、該ポリマーの少なくとも一つの末端
にアルキルエーテル基、アルキルエステル基、アルキル
アミド基、アルキルカーボネート基、ウレタン基さらに
はトリアルキルシリル基で変性されたものを挙げること
ができる。
Examples of aliphatic polycarbonates include polycarbonates such as polyethylene carbonate, polypropylene carbonate, polypentamethylene carbonate, polyhexamethylene carbonate as the main chain portion, and at least one terminal of the polymer has an alkyl ether group. , Those modified with an alkyl ester group, an alkyl amide group, an alkyl carbonate group, a urethane group, and a trialkylsilyl group.

【0037】脂肪族ポリアンハイドライドの例として
は、主鎖部分としてポリマロニルオキシド、ポリアジポ
イルオキシド、ポリピメロイルオキシド、ポリスベロイ
ルオキシド、ポリアゼラオイルオキシド、ポリセバコイ
ルオキシド等のジカルボン酸の重縮合物をあげることが
でき、該ポリマーの少なくとも一つの末端にアルキルエ
ーテル基、アルキルエステル基、アルキルアミド基、ア
ルキルカーボネート基、ウレタン基さらにはトリアルキ
ルシリル基で変性されたものを挙げることができる。さ
らに本発明では、分子内に少なくとも一つの重合可能な
官能基を有する有機ポリマーも用いることができる。こ
のようなポリマーを用いると、理由は定かではないが、
多孔性薄膜の強度が向上する。
Examples of aliphatic polyanhydrides include dicarboxylic acids such as polymalonyl oxide, polyadipoyl oxide, polypimeloyl oxide, polysuberoyl oxide, polyazela oil oxide, and polysebacyl oxide as the main chain portion. The polycondensate of the polymer may be mentioned, and at least one end of the polymer modified with an alkyl ether group, an alkyl ester group, an alkylamide group, an alkyl carbonate group, a urethane group or a trialkylsilyl group. You can Further, in the present invention, an organic polymer having at least one polymerizable functional group in the molecule can also be used. The reason for using such a polymer is not clear, but
The strength of the porous thin film is improved.

【0038】重合可能な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種類の能基を有していて
も、2種類以上の官能基を有していてもよい。上に挙げ
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。有機ポリマーとしては、前述したポ
リマーの例と同様、熱分解温度の低い脂肪族ポリエーテ
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なる構成成分とするもの
を用いるのが特に好ましい。
As the polymerizable functional group, vinyl group, vinylidene group, vinylene group, glycidyl group, allyl group, acrylate group, methacrylate group, acrylamide group, methacrylamide group, carboxyl group, hydroxyl group,
Examples thereof include an isocyanate group, an amino group, an imino group and a halogen group. These functional groups can be in the main chain of the polymer, at the ends or at the side chains. 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 two or more types of functional groups. Among the functional groups listed above, vinyl group, vinylidene group, vinylene group, glycidyl group, allyl group, acrylate group, methacrylate group, acrylamide group, and methacrylamide group are preferably used. As the organic polymer, it is particularly preferable to use a polymer containing an aliphatic polyether, an aliphatic polyester, an aliphatic polycarbonate, or an aliphatic polyanhydride having a low thermal decomposition temperature as a main constituent, as in the above-mentioned examples of the polymer.

【0039】本発明で用いることができる重合性官能基
を有する有機ポリマーの基本骨格を更に具体的に示す。
なお、以下アルキレンとはメチレン、エチレン、プロピ
レン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレ
ン、ヘキサメチレン、イソプロピリデン、1,2−ジメ
チルエチレン、2,2−ジメチルトリメチレンを指し、
ここでのアルキルとは炭素数1〜8のアルキル基および
フェニル基、トリル基、アニシル基などのアリール基も
含み、(メタ)アクリレートとはアクリレートとメタク
リレートの両方を指し、ジカルボン酸とは蓚酸、マロン
酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、
スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸などの有機酸を
指す。
The basic skeleton of the organic polymer having a polymerizable functional group that can be used in the present invention will be shown more specifically.
In the following, alkylene refers to methylene, ethylene, propylene, trimethylene, tetramethylene, pentamethylene, hexamethylene, isopropylidene, 1,2-dimethylethylene, 2,2-dimethyltrimethylene,
The alkyl here includes an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms and an aryl group such as a phenyl group, a tolyl group, and an anisyl group, (meth) acrylate refers to both acrylate and methacrylate, and dicarboxylic acid is oxalic acid, Malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid,
Refers to organic acids such as suberic acid, azelaic acid, and sebacic acid.

【0040】(a)ポリアルキレングリコール(メタ)
アクリレート、ポリアルキレングリコールジ(メタ)ア
クリレート、ポリアルキレングリコールアルキルエーテ
ル(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコールビ
ニルエーテル、ポリアルキレングリコールジビニルエー
テル、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルビニ
ルエーテル、ポリアルキレングリコールグリシジルエー
テル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテ
ル、ポリアルキレングリコールアルキルエーテルグリシ
ジルエーテルなどに代表される、末端にアクリレート
基、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。
(A) Polyalkylene glycol (meth)
Acrylate, polyalkylene glycol di (meth) acrylate, polyalkylene glycol alkyl ether (meth) acrylate, polyalkylene glycol vinyl ether, polyalkylene glycol divinyl ether, polyalkylene glycol alkyl ether vinyl ether, polyalkylene glycol glycidyl ether, polyalkylene glycol diglycidyl An aliphatic polyether having a polymerizable functional group such as an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group and a glycidyl group at the end, which is represented by ether, polyalkylene glycol alkyl ether glycidyl ether and the like.

【0041】(b)ポリカプロラクトン(メタ)アクリ
レート、ポリカプロラクトンビニルエーテル、ポリカプ
ロラクトングリシジルエーテル、ポリカプロラクトンビ
ニルエステル、ポリカプロラクトングリシジルエステ
ル、ポリカプロラクトンビニルエステル(メタ)アクリ
レート、ポリカプロラクトングリシジルエステル(メ
タ)アクリレート、ポリカプロラクトンビニルエステル
ビニルエーテル、ポリカプロラクトングリシジルエステ
ルビニルエーテル、ポリカプロラクトンビニルエステル
グリシジルエーテル、ポリカプロラクトングリシジルエ
ステルグリシジルエーテル、などに代表される、片末端
あるいは両末端にアクリレート基、メタクリレート基、
ビニル基、グリシジル基等の重合可能な官能基をもつポ
リカプロラクトン。
(B) Polycaprolactone (meth) acrylate, polycaprolactone vinyl ether, polycaprolactone glycidyl ether, polycaprolactone vinyl ester, polycaprolactone glycidyl ester, polycaprolactone vinyl ester (meth) acrylate, polycaprolactone glycidyl ester (meth) acrylate, Polycaprolactone vinyl ester vinyl ether, polycaprolactone glycidyl ester vinyl ether, polycaprolactone vinyl ester glycidyl ether, polycaprolactone glycidyl ester glycidyl ether, etc., acrylate group, methacrylate group at one end or both ends,
Polycaprolactone having a polymerizable functional group such as a vinyl group or a glycidyl group.

【0042】(c)ポリカプロラクトントリオールの
(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリレート、トリ
(メタ)アクリレート、ビニルエーテル、ジビニルエー
テル、トリビニルエーテル、グリシジルエーテル、ジグ
リシジルエーテル、トリグリシジルエーテル。 (d)ジカルボン酸とアルキレングリコールとの重合体
であり、片末端あるいは両末端にアクリレート基、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ステル。 (e)片末端あるいは両末端にアクリレート基、メタク
リレート基、ビニル基、グリシジル基等の重合可能な官
能基をもつ脂肪族ポリアルキレンカーボネート。
(C) Polycaprolactone triol (meth) acrylate, di (meth) acrylate, tri (meth) acrylate, vinyl ether, divinyl ether, trivinyl ether, glycidyl ether, diglycidyl ether, triglycidyl ether. (D) An aliphatic polyester which is a polymer of dicarboxylic acid and alkylene glycol and has a polymerizable functional group such as an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group or a glycidyl group at one or both ends. (E) An aliphatic polyalkylene carbonate having a polymerizable functional group such as an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group or a glycidyl group at one end or both ends.

【0043】(f)ジカルボン酸無水物の重合体であ
り、末端にアクリレート基、メタクリレート基、ビニル
基、グリシジル基等の重合可能な官能基をもつ脂肪族ポ
リアンハイドライド。 (g)ポリグリシジル(メタ)アクリレート、ポリアリ
ル(メタ)アクリレート、ポリビニル(メタ)アクリレ
ート等、側鎖にビニル基、グリシジル基、アリル基等の
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。 (h)ポリケイ皮酸ビニル、ポリビニルアジドベンザ
ル、エポキシ樹脂等、が用いられる。
(F) An aliphatic polyanhydride which is a polymer of dicarboxylic acid anhydride and has a polymerizable functional group such as an acrylate group, a methacrylate group, a vinyl group and a glycidyl group at the terminal. (G) Polyglycidyl (meth) acrylate, polyallyl (meth) acrylate, polyvinyl (meth) acrylate and the like, polyacrylic acid ester and polymethacrylic acid ester having a functional group such as vinyl group, glycidyl group and allyl group in the side chain. (H) Polyvinyl cinnamate, polyvinyl azidobenzal, epoxy resin and the like are used.

【0044】以上、本発明に用いることのできる有機ポ
リマーについて説明したが、有機ポリマーの分子量は数
平均で100〜100万、好ましくは100〜30万、
より好ましくは200〜5万である。分子量が100以
下であると、有機ポリマーがシリカと有機ポリマーの複
合体から除去されるのが速すぎて、所望するような空孔
率を持った多孔性シリカ薄膜が得られないし、ポリマー
分子量が100万を越えると、今度はポリマーが除去さ
れる速度が遅すぎて、ポリマーが残存するので好ましく
ない。特に、より好ましいポリマーの分子量は200〜
5万であり、この場合には、低温でかつ短時間に所望す
るような高い空孔率を持った多孔性シリカ薄膜がきわめ
て容易に得られる。ここで注目すべきことは、多孔性シ
リカの空孔の大きさは、ポリマーの分子量にあまり依存
せずに、きわめて小さくかつ均一なことである。
The organic polymer which can be used in the present invention has been described above. The molecular weight of the organic polymer is 100 to 1,000,000, preferably 100 to 300,000 in number average.
More preferably, it is 200 to 50,000. When the molecular weight is 100 or less, the organic polymer is removed from the composite of silica and the organic polymer too quickly to obtain a porous silica thin film having a desired porosity, and the polymer molecular weight is If it exceeds 1,000,000, the removal rate of the polymer is too slow and the polymer remains, which is not preferable. In particular, the more preferable molecular weight of the polymer is 200 to
It is 50,000, and in this case, a porous silica thin film having a desired high porosity can be extremely easily obtained at a low temperature in a short time. It should be noted here that the pore size of the porous silica is extremely small and uniform without much depending on the molecular weight of the polymer.

【0045】本発明で用いるブロックコポリマーの各ブ
ロックの分子量は100〜10万、好ましくは100〜
5万、より好ましくは200〜2万である。分子量が1
00以下でも10万以上でも、シリカ前駆体とポリマー
間で適度な相溶性が得らないので、多孔性シリカ薄膜の
機械強度が発現されない。本発明における有機ポリマー
の添加量は、出発原料であるアルコキシシランの仕込み
全量が加水分解および縮合反応したと仮定して得られる
シロキサン1重量部に対し0.01〜10重量部、好ま
しくは0.05〜5重量部、さらに好ましくは0.5〜
3重量部である。有機ポリマーの添加量が0.01重量
部より少ないと多孔体が得られず、また10重量部より
多くても、十分な機械強度を有する多孔性シリカが得ら
れず、実用性に乏しい。尚、アルコキシシランの仕込み
全量が加水分解および縮合反応したと仮定して得られる
シロキサンとは一般式(1)および(2)のSiに結合
したOR1 基が100%加水分解されてSiOHにな
り、さらに100%縮合してシロキサン構造になったも
のを言う。
The molecular weight of each block of the block copolymer used in the present invention is 100 to 100,000, preferably 100 to 100.
It is 50,000, more preferably 200 to 20,000. Molecular weight is 1
When it is 00 or less or 100,000 or more, an appropriate compatibility is not obtained between the silica precursor and the polymer, so that the mechanical strength of the porous silica thin film is not expressed. The amount of the organic polymer added in the present invention is 0.01 to 10 parts by weight, preferably 0. 0 parts by weight, based on 1 part by weight of the siloxane obtained assuming that the total amount of the starting alkoxysilane charged has undergone hydrolysis and condensation reactions. 05-5 parts by weight, more preferably 0.5-
3 parts by weight. If the addition amount of the organic polymer is less than 0.01 part by weight, a porous body cannot be obtained, and even if it is more than 10 parts by weight, porous silica having sufficient mechanical strength cannot be obtained, resulting in poor practicability. The siloxane obtained by assuming that the total amount of alkoxysilane charged has undergone a hydrolysis and condensation reaction means that 100% of the OR 1 groups bonded to Si in the general formulas (1) and (2) are hydrolyzed to SiOH. , Which is 100% condensed to have a siloxane structure.

【0046】次に本発明に用いることのできる溶媒
(C)について説明する。本発明に用いることのできる
溶媒(C)は、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミ
ド系溶媒およびエステル系溶媒の群から選ばれた少なく
とも1種の溶媒であり、シリカ前駆体と有機ポリマーは
溶媒に溶解または分散してなる。ここで、アルコール系
溶媒としては、メタノール、エタノール、n- プロパノ
ール、i−プロパノール、n−ブタノール、i -ブタノ
ール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペン
タノール、i−ペンタノール、2−メチルブタノール、
sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3 -メトキ
シブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノ
ール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、
sec−ヘプタノール、ヘプタノール−3、n−オクタ
ノール、
Next, the solvent (C) that can be used in the present invention will be explained. The solvent (C) that can be used in the present invention is at least one solvent selected from the group consisting of alcohol solvents, ketone solvents, amide solvents and ester solvents, and the silica precursor and the organic polymer are solvents. It is dissolved or dispersed in. Here, examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, t-butanol, n-pentanol, i-pentanol and 2-methyl. Butanol,
sec-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol,
sec-heptanol, heptanol-3, n-octanol,

【0047】2−エチルヘキサノール、sec−オクタ
ノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチルヘプ
タノール−4、n−デカノール、sec−ウンデシルア
ルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テト
ラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコー
ル、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘ
キサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノー
ル、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコールなどの
モノアルコール系溶媒、およびエチレングリコール、
1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリ
コール、ペンタンジオール−2,4、2−メチルペンタ
ンジオール−2,4、ヘキサンジオール−2,5、ヘプ
タンジオール- 2,4、2−エチルヘキサンジオール−
1,3、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコー
ル、トリエチレングリコール、
2-ethylhexanol, sec-octanol, n-nonyl alcohol, 2,6-dimethylheptanol-4, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-hepta Monoalcohol solvents such as decyl alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol, and ethylene glycol,
1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, pentanediol-2,4,2-methylpentanediol-2,4, hexanediol-2,5, heptanediol-2,4,2-ethylhexanediol −
1,3, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol,

【0048】トリプロピレングリコールなどの多価アル
コール系溶媒、および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モノエチルエーテル、エチ
レングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコ
ールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキ
シルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテ
ル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチ
レングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコ
ールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ
ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエ
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モノエチルエーテル、プロピレング
リコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコール
モノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチ
ルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテ
ル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルなど
の多価アルコール部分エーテル系溶媒などを挙げること
ができる。これらのアルコール系溶媒は、1種あるいは
2種以上を同時に使用してもよい。
Polyhydric alcohol solvents such as tripropylene glycol, and ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene Glycol mono-2-ethylbutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopro Ether, propylene glycol monobutyl ether, can be cited dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, polyhydric alcohol partial ether solvents such as dipropylene glycol monopropyl ether and the like. These alcohol solvents may be used either individually or in combination of two or more.

【0049】これらアルコールのうち、n−プロパノー
ル、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノー
ル、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタ
ノール、i−ペンタノール、2−メチルブタノール、s
ec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシ
ブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノー
ル、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、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
リコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモ
ノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチル
エーテルなどが好ましい。
Of these alcohols, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, t-butanol, n-pentanol, i-pentanol, 2-methylbutanol, s.
ec-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether. , Propylene glycol monobutyl ether and the like are preferable.

【0050】ケトン系溶媒としては、アセトン、メチル
エチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル-
n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−i−ブチ
ルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、エチル−n−
ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−i−
ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノ
ン、2−ヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、2,4
−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノ
ン、フェンチョンなどのほか、アセチルアセトン、2,
4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5
-ヘプタンジオン、2,4−オクタンジオン、3,5-
オクタンジオン、2,4−ノナンジオン、3,5−ノナ
ンジオン、5−メチル−2,4−ヘキサンジオン、2,
2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、
1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロ−2,4−ヘ
プタンジオンなどのβ−ジケトン類などが挙げられる。
これらのケトン系溶媒は、1種あるいは2種以上を同時
に使用してもよい。
As the ketone solvent, acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-
n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl-i-butyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, ethyl-n-
Butyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, di-i-
Butyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, 2-hexanone, methylcyclohexanone, 2,4
-Pentanedione, acetonylacetone, acetophenone, fenchon, etc., acetylacetone, 2,
4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5
-Heptanedione, 2,4-octanedione, 3,5-
Octanedione, 2,4-nonanedione, 3,5-nonanedione, 5-methyl-2,4-hexanedione, 2,
2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione,
Examples include β-diketones such as 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-heptanedione.
These ketone solvents may be used either individually or in combination of two or more.

【0051】アミド系溶媒としては、ホルムアミド、N
−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルム
アミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,
N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、
N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルプロピオン
アミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリ
ン、N−ホルミルピペリジン、N−ホルミルピロリジ
ン、N−アセチルモルホリン、N−アセチルピペリジ
ン、N−アセチルピロリジンなどが挙げられる。これら
アミド系溶媒は、1種あるいは2種以上を同時に使用し
てもよい。
As the amide solvent, formamide, N
-Methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N,
N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide,
Examples include N, N-diethylacetamide, N-methylpropionamide, N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine, N-formylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylmorpholine, N-acetylpiperidine, N-acetylpyrrolidine and the like. To be These amide solvents may be used either individually or in combination of two or more.

【0052】エステル系溶媒としては、ジエチルカーボ
ネート、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチ
ル、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ
−バレロラクトン、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピ
ル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸sec−ブ
チル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸
3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エ
チルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、
酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸
n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢
酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレ
ングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリ
コールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコール
モノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ-
n−ブチルエーテル、
Ester solvents include diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, γ.
-Valerolactone, n-propyl acetate, i-propyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, acetic acid 2-ethylbutyl, 2-ethylhexyl acetate, benzyl acetate,
Cyclohexyl acetate, methyl cyclohexyl acetate, n-nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol mono-acetate
n-butyl ether,

【0053】酢酸プロピレングリコールモノメチルエー
テル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、
酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸
プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロ
ピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレ
ングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、
酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プ
ロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸i−アミル、シュ
ウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、
乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン
酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチルなど
が挙げられる。これらエステル系溶媒は、1種あるいは
2種以上を同時に使用してもよい。
Propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate,
Propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, glycol diacetate,
Methoxytriglycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate, i-amyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate,
Examples thereof include ethyl lactate, n-butyl lactate, n-amyl lactate, diethyl malonate, dimethyl phthalate, and diethyl phthalate. These ester solvents may be used either individually or in combination of two or more.

【0054】なお、溶媒(C)として、アルコール系溶
媒及び/又はエステル系溶媒を用いると、塗布性が良好
で、かつ貯蔵安定性に優れた組成物が得られる点で好ま
しい。本発明の塗布組成物は、上記の溶媒(C)を含有
するが、シリカ前駆体(A)を加水分解及び/又は縮合
する際に、同様の溶媒を追加添加することができる。本
発明では塗布組成物に酸を添加してもよい。
It is preferable to use an alcohol solvent and / or an ester solvent as the solvent (C), because a composition having good coating properties and storage stability can be obtained. The coating composition of the present invention contains the above solvent (C), but a similar solvent can be additionally added when the silica precursor (A) is hydrolyzed and / or condensed. In the present invention, an acid may be added to the coating composition.

【0055】本発明で用いることができる酸の具体例と
しては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、フッ酸、トリポリ
リン酸、ホスフォン酸、ホスフィン酸などの無機酸を挙
げることができる。有機酸としては、例えば、酢酸、プ
ロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプ
タン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、
マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン
酸、没食子酸、酪酸、メリット酸、アラキドン酸、シキ
ミ酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン
酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、安息香
酸、p−アミノ安息香酸、p−トルエンスルホン酸、ベ
ンゼンスルホン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、ト
リクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、ス
ルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、コ
ハク酸、イソニコチン酸などを挙げることができる。
Specific examples of the acid that can be used in the present invention include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, tripolyphosphoric acid, phosphonic acid and phosphinic acid. As the organic acid, for example, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, oxalic acid,
Maleic acid, methylmalonic acid, adipic acid, sebacic acid, gallic acid, butyric acid, meritic acid, arachidonic acid, shikimic acid, 2-ethylhexanoic acid, oleic acid, stearic acid, linoleic acid, linoleic acid, salicylic acid, benzoic acid, p-aminobenzoic acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, formic acid, malonic acid, sulfonic acid, phthalic acid, fumaric acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid , Isonicotinic acid, etc.

【0056】また、本発明の塗布溶液を基板上に塗布し
た後で酸として機能するような化合物も含まれる。具体
的には芳香族スルホン酸エステルやカルボン酸エステル
のような、加熱または光により分解して酸を発生する化
合物が挙げられる。酸は単独で用いても、2種以上を併
用してもよい。これらの酸成分の添加量は出発原料とし
て仕込まれる一般式(1)および(2)のOR1 基1モ
ルに対し1モル以下、好ましくは0.1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、均質な多孔
質のケイ素酸化物からなる塗膜が得られ難くなる場合が
ある。
Further, a compound which functions as an acid after the coating solution of the present invention is coated on a substrate is also included. Specific examples thereof include compounds such as aromatic sulfonic acid esters and carboxylic acid esters that decompose by heating or light to generate an acid. The acid may be used alone or in combination of two or more kinds. The addition amount of these acid components is 1 mol or less, preferably 0.1 mol or less, relative to 1 mol of the OR 1 group of the general formulas (1) and (2) charged as starting materials. If it is more than 1 mol, a precipitate may be generated, and it may be difficult to obtain a coating film made of a homogeneous porous silicon oxide.

【0057】以上説明した本発明の塗布組成物は、4官
能性のアルコキシラン等に対して特定量の3官能性のア
ルコキシシラン等、さらに、ポリエーテルブロックコポ
リマー、酸とを組み合わせることによってそれから製造
される多孔性シリカ薄膜の比誘電率を著しく低くするこ
とができる。その理由については明らかではないが、複
合体もしくは多孔体中に存在するシリカ末端基であるシ
ラノール基(シラノール基は吸水性で、薄膜の誘電率が
著しく上昇させる原因となる)と該3官能性のアルコキ
シシラン等との反応を、ポリエーテルブロックコポリマ
ーと酸の作用により促進することにより、シラノール基
が失活されるためと推定している。その他、所望であれ
ば、たとえばコロイド状シリカやイオン性、非イオン性
の界面活性剤などの成分を添加してもよいし、感光性付
与のための光触媒発生剤、基板との密着性を高めるため
の密着性向上剤、長期保存のための安定剤など任意の添
加物を、本発明の趣旨を損なわない範囲で本発明の塗布
組成物に添加することも可能である。
The coating composition of the present invention described above is prepared from a tetrafunctional alkoxysilane or the like by combining a specific amount of the trifunctional alkoxysilane or the like, a polyether block copolymer and an acid. The relative permittivity of the formed porous silica thin film can be remarkably lowered. Although the reason for this is not clear, silanol groups (silanol groups that are water-absorbing and cause a significant increase in the dielectric constant of the thin film) that are silica end groups present in the composite or porous body and the trifunctionality It is presumed that the silanol group is deactivated by promoting the reaction of the above with the alkoxysilane and the like by the action of the polyether block copolymer and the acid. In addition, if desired, components such as colloidal silica and ionic and nonionic surfactants may be added, and a photocatalyst generator for imparting photosensitivity and adhesion to the substrate may be enhanced. It is also possible to add arbitrary additives such as an adhesion improver for the purpose and a stabilizer for long-term storage to the coating composition of the present invention within a range not impairing the gist of the present invention.

【0058】次に本発明の塗布組成物の製造方法につい
て説明する。本発明の塗布組成物は上記したアルコキシ
シランと有機ポリマーを混合することによって得ること
ができるが、アルコキシシランは少なくともその一部が
加水分解し重縮合してアルコキシシランの加水分解物が
オリゴマー状に縮合しているほうが望ましい。加水分解
・重縮合すると塗布組成物の粘度が適度に上がるので、
塗膜の保形性が確保でき膜厚を均一にすることが可能と
なり、さらにシリカ前駆体がゲル化してシリカとなる場
合に、シリカ骨格の形成がマイルドに起こるので、膜収
縮が起こり難くなるためである。従ってアルコキシシラ
ンは以下に示す一定の条件で処理される。尚、アルコキ
シシランの処理はアルコキシシランと有機ポリマーを混
合した後行えば良いが、アルコキシシランを予め処理し
た後、有機ポリマーを混合してもかまわない。
Next, a method for producing the coating composition of the present invention will be described. The coating composition of the present invention can be obtained by mixing the above-mentioned alkoxysilane and an organic polymer. At least a part of the alkoxysilane is hydrolyzed and polycondensed so that the hydrolyzate of the alkoxysilane becomes an oligomer. Condensation is preferable. Since hydrolysis and polycondensation increase the viscosity of the coating composition to an appropriate level,
The shape retention of the coating film can be ensured and the film thickness can be made uniform. Furthermore, when the silica precursor gels into silica, the formation of the silica skeleton occurs mildly, so that the film shrinkage hardly occurs. This is because. Therefore, the alkoxysilane is treated under the following constant conditions. It should be noted that the treatment of the alkoxysilane may be carried out after mixing the alkoxysilane and the organic polymer, but it is also possible to pretreat the alkoxysilane and then mix the organic polymer.

【0059】本発明においてアルコキシシランの処理条
件は加水分解に必要な水の存在下、通常0〜150℃、
好ましくは0〜100℃、より好ましくは0℃〜50℃
で処理すれば良い。0℃よりも低いと加水分解の進行が
十分でないし、逆に150℃を超えると反応が急激に進
行しすぎて、溶液のゲル化が起こる場合があり好ましく
ない。加水分解には前記したように、部分加水分解も含
まれる。例えば、4官能性のアルコキシシランの場合、
4つのアルコキシ基のすべてが加水分解されている必要
はなく、例えば1個だけが加水分解されているもの、2
個以上が加水分解されているもの、あるいはこれらの混
合物が存在していてもかまわない。
In the present invention, the treatment conditions for alkoxysilane are usually 0 to 150 ° C. in the presence of water necessary for hydrolysis.
Preferably 0-100 ° C, more preferably 0 ° C-50 ° C
You can process with. When the temperature is lower than 0 ° C, the progress of hydrolysis is not sufficient, and when the temperature is higher than 150 ° C, the reaction rapidly proceeds excessively and gelation of the solution may occur, which is not preferable. As mentioned above, hydrolysis also includes partial hydrolysis. For example, in the case of tetrafunctional alkoxysilane,
It is not necessary for all four alkoxy groups to be hydrolyzed, eg only one is hydrolyzed, 2
One or more of them may be hydrolyzed, or a mixture thereof may be present.

【0060】また、重縮合は、アルコキシシランが加水
分解して得られるシラノール基が縮合してSi−O−S
i結合を形成したものであるが、シラノール基がすべて
縮合している必要はなく、一部のシラノール基が縮合し
たものであってもかまわず、縮合の程度は縮合率にて表
される。本発明の塗布組成物中のアルコキシシランの縮
合率は10〜90%、好ましくは20〜85%、より好
ましくは30〜85%である。この縮合率は溶液状態で
29Si−NMR法により求めることができる。縮合率
が10%よりも低いと、塗布液粘度が不充分となり、塗
膜の保形性が確保できず膜厚を均一にできない。また、
シリカを形成する場合のゲル化が急激におこるため膜収
縮が起こりやすくなる。一方、縮合率が90%を超える
と塗布組成物全体がゲル化してしまう。尚、本発明にお
いて縮合率とは塗布組成物の原料として用いられたアル
コキシシランの官能基うちシロキサン結合に関与した官
能基の割合であらわすことができる。
In the polycondensation, silanol groups obtained by hydrolysis of alkoxysilane are condensed to produce Si--O--S.
Although i-bonds are formed, it is not necessary that all silanol groups are condensed, and some silanol groups may be condensed, and the degree of condensation is represented by the condensation rate. The condensation rate of the alkoxysilane in the coating composition of the present invention is 10 to 90%, preferably 20 to 85%, more preferably 30 to 85%. This condensation rate can be determined by the 29 Si-NMR method in a solution state. When the condensation rate is lower than 10%, the viscosity of the coating solution becomes insufficient, the shape retention of the coating film cannot be ensured, and the film thickness cannot be made uniform. Also,
Since gelation occurs rapidly when silica is formed, film shrinkage easily occurs. On the other hand, if the condensation rate exceeds 90%, the entire coating composition will gel. In the present invention, the condensation rate can be expressed as the ratio of the functional groups involved in the siloxane bond among the functional groups of the alkoxysilane used as the raw material of the coating composition.

【0061】本発明に用いるアルコキシシランの加水分
解に必要な水は液体のまま、あるいはアルコール等の水
溶液として加えるのが一般的であるが、水蒸気の形で加
えてもかまわない。水の添加を急激に行うと、アルコキ
シシランの種類によっては加水分解と縮合が速すぎて沈
殿を生じる場合があるため、水の添加に充分な時間をか
けることが好ましい。従って液体で添加する場合アルコ
キシシランが均一に水と接するようにアルコールなどの
溶媒を共存させたり、低温で添加するなどの手法を単独
または組み合わせて用いることが好ましい。水の添加量
は原料として仕込み量のアルコキシシラン基1モル当た
り、0.1モル〜5モルの範囲が好ましい。水の添加量
がこの範囲にあると、以下の反応が円滑に進行するので
好ましい。
The water required for the hydrolysis of the alkoxysilane used in the present invention is generally added as a liquid or as an aqueous solution of alcohol or the like, but it may be added in the form of steam. When water is rapidly added, depending on the type of alkoxysilane, hydrolysis and condensation may be too fast and precipitation may occur. Therefore, it is preferable to add water for a sufficient time. Therefore, when the liquid is added, it is preferable to use a method in which a solvent such as alcohol coexists so that the alkoxysilane uniformly contacts with water, or a method of adding at a low temperature is used alone or in combination. The amount of water added is preferably in the range of 0.1 mol to 5 mol per 1 mol of the alkoxysilane group charged as the raw material. When the amount of water added is in this range, the following reaction proceeds smoothly, which is preferable.

【0062】以上の条件で処理されたアルコキシシラン
は水の存在下、加水分解してシラノールになり、次にシ
ラノール基間の縮合反応によりシロキサン結合を有する
オリゴマー状のシリカ前駆体へと生長する。また、塗布
組成物中のナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属お
よび鉄の含量が、50ppb以下、特に10ppb以下
であることが塗膜の低リーク電流の観点から好ましい。
アルカリ金属および鉄は、使用する原料から混入する場
合があり、シリカ前駆体(A)、有機ポリマー(B)お
よび溶媒(C)などを蒸留などにより精製することが好
ましい。本発明では以上のようにして得られる塗布組成
物を塗布液として用い、得られた塗膜中のシリカ前駆体
をゲル化させることによって、シリカと有機ポリマーの
複合体薄膜を得ることができる。
The alkoxysilane treated under the above conditions is hydrolyzed to silanol in the presence of water, and then grows to an oligomeric silica precursor having a siloxane bond by a condensation reaction between silanol groups. Further, it is preferable that the content of alkali metals such as sodium and potassium and iron in the coating composition is 50 ppb or less, particularly 10 ppb or less from the viewpoint of low leak current of the coating film.
The alkali metal and iron may be mixed from the raw materials used, and it is preferable to purify the silica precursor (A), the organic polymer (B), the solvent (C) and the like by distillation or the like. In the present invention, a composite thin film of silica and an organic polymer can be obtained by using the coating composition obtained as described above as a coating liquid and gelling the silica precursor in the obtained coating film.

【0063】以下、本発明の塗布組成物を塗膜して薄膜
を得る方法、および薄膜をゲル化して複合体薄膜とする
方法、さらに複合体薄膜から有機ポリマーを除去させる
方法について詳細に説明する。本発明における塗布組成
物の全固形分濃度は、先記のごとく2〜30重量%が好
ましいが、使用目的に応じて適宜調整される。塗布組成
物の全固形分濃度が2〜30重量%であると、塗膜の膜
厚が適当な範囲となり、保存安定性もより優れるもので
ある。なお、この全固形分濃度の調整は、必要であれ
ば、濃縮または上記溶媒(C)による希釈によって行わ
れる。全固形分濃度は既知量の塗布組成物に対するアル
コキシシランの全量が加水分解および縮合反応して得ら
れるシロキサン化合物の重量%として求められる。
Hereinafter, a method for coating the coating composition of the present invention to obtain a thin film, a method for gelating the thin film to form a composite thin film, and a method for removing an organic polymer from the composite thin film will be described in detail. . The total solid content concentration of the coating composition in the present invention is preferably 2 to 30% by weight as described above, but is appropriately adjusted according to the purpose of use. When the total solid content concentration of the coating composition is 2 to 30% by weight, the film thickness of the coating film is in an appropriate range and the storage stability is further excellent. The total solid content concentration is adjusted, if necessary, by concentration or dilution with the solvent (C). The total solid content concentration is determined as the weight% of the siloxane compound obtained by hydrolysis and condensation reaction of the total amount of alkoxysilane with respect to a known amount of coating composition.

【0064】本発明において、薄膜の形成は基板上に本
発明の塗布組成物を塗布することによって行う。塗布方
法としては流延、浸漬、スピンコートなどの周知の方法
で行うことができるが、半導体素子の多層配線構造体用
の絶縁層の製造に用いるにはスピンコートが好適であ
る。薄膜の厚さは塗布組成物の粘度や回転速度を変える
ことによって0.1μm〜100μmの範囲で制御でき
る。100μmより厚いとクラックが発生する場合があ
る。半導体素子の多層配線構造体用の絶縁層としては、
通常0.1μm〜5μmの範囲で用いられる。
In the present invention, the thin film is formed by coating the substrate with the coating composition of the present invention. As a coating method, known methods such as casting, dipping, and spin coating can be used, but spin coating is suitable for use in manufacturing an insulating layer for a multilayer wiring structure of a semiconductor element. The thickness of the thin film can be controlled in the range of 0.1 μm to 100 μm by changing the viscosity and the rotation speed of the coating composition. If it is thicker than 100 μm, cracks may occur. As an insulating layer for a multilayer wiring structure of a semiconductor element,
Usually, it is used in the range of 0.1 μm to 5 μm.

【0065】基板としてはシリコン、ゲルマニウム等の
半導体基板、ガリウム−ヒ素、インジウム−アンチモン
等の化合物半導体基板等を用いこともできるし、これら
の表面に他の物質の薄膜を形成したうえで用いることも
可能である。この場合、薄膜としてはアルミニウム、チ
タン、クロム、ニッケル、銅、銀、タンタル、タングス
テン、オスミウム、白金、金などの金属の他に、二酸化
ケイ素、フッ素化ガラス、リンガラス、ホウ素−リンガ
ラス、ホウケイ酸ガラス、多結晶シリコン、アルミナ、
チタニア、ジルコニア、窒化シリコン、窒化チタン、窒
化タンタル、窒化ホウ素、水素化シルセスキオキサン等
の無機化合物、メチルシルセスキオキサン、アモルファ
スカーボン、フッ素化アモルファスカーボン、ポリイミ
ド、その他任意のブロックコポリマーからなる薄膜を用
いることができる。
As the substrate, a semiconductor substrate of silicon, germanium or the like, a compound semiconductor substrate of gallium-arsenic, indium-antimony or the like can be used, and a thin film of another substance is formed on the surface thereof before use. Is also possible. In this case, as the thin film, in addition to metals such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, silver, tantalum, tungsten, osmium, platinum and gold, silicon dioxide, fluorinated glass, phosphorus glass, boron-phosphorus glass, borosilicate. Acid glass, polycrystalline silicon, alumina,
Inorganic compounds such as titania, zirconia, silicon nitride, titanium nitride, tantalum nitride, boron nitride, hydrogenated silsesquioxane, methyl silsesquioxane, amorphous carbon, fluorinated amorphous carbon, polyimide, and any other block copolymer Thin films can be used.

【0066】薄膜の形成に先立ち、上記基板の表面を、
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
用いられるもの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、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。
Prior to the formation of the thin film, the surface of the substrate is
It may be previously treated with an adhesion improver. As the adhesion improver in this case, those used as so-called silane coupling agents, aluminum chelate compounds and 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-methacryloxypropylmethyl Dimethoxysilane, hexamethyldisilazane, ethyl acetoacetate aluminum diisopropylate, aluminum tris (ethyl acetoacetate), aluminum bis (ethyl acetoacetate) G) monoacetylacetonate, and the like of aluminum tris (acetylacetonate). When applying these adhesion improvers, other additives may be added, if necessary, or diluted with a solvent. The treatment with the adhesion improver is performed by a known method.

【0067】塗布組成物を塗膜にした後、引き続き行う
ゲル化温度は特に限定されないが、通常は100〜30
0℃、好ましくは150〜300℃、ゲル化反応に要す
る時間は熱処理温度、触媒添加量や溶媒種および量によ
っても異なるが、通常数秒間から10時間の範囲であ
る。好ましくは30秒〜5時間、よりこの好ましくは1
分〜2時間である。この操作により、塗布組成物中のシ
リカ前駆体のゲル化反応が十分に進行しシリカとなる。
シリカの縮合率は100%近くまで達する場合があるが
通常は約90%である。この薄膜の縮合率は、固体NM
Rで求めることができる。温度が100℃よりも低い
と、後工程であるポリマー除去工程において、ゲル化が
十分に進行する前にポリマーが除去され始めるので、そ
の結果、塗膜の高密度化が起こってしまう。また300
℃よりも高いと、巨大なボイドが生成しやすく、後述す
るシリカと有機ポリマーの複合体薄膜の均質性が低下す
る。
The gelling temperature to be subsequently applied after forming the coating composition into a coating film is not particularly limited, but is usually 100 to 30.
0 ° C., preferably 150 to 300 ° C. The time required for the gelation reaction varies depending on the heat treatment temperature, the amount of catalyst added and the solvent species and amount, but is usually in the range of several seconds to 10 hours. Preferably 30 seconds to 5 hours, more preferably 1
Minutes to 2 hours. By this operation, the gelation reaction of the silica precursor in the coating composition sufficiently progresses to form silica.
The condensation rate of silica can reach up to nearly 100%, but is usually about 90%. The condensation rate of this thin film is
It can be obtained by R. When the temperature is lower than 100 ° C., the polymer starts to be removed before the gelation sufficiently progresses in the polymer removal step which is a post-step, resulting in the densification of the coating film. Again 300
If the temperature is higher than 0 ° C, huge voids are likely to be formed, and the homogeneity of the composite thin film of silica and organic polymer described later will deteriorate.

【0068】このようにして得られたシリカと有機ポリ
マーの複合体薄膜は、誘電率も比較的低く、厚膜形成性
があるので、このままで配線の絶縁部分として用いるこ
ともできるし、薄膜以外の用途、たとえば光学的膜や構
造材料、フィルム、コーティング材などとして使用する
ことも可能である。しかし、LSI多層配線の絶縁物と
してさらに誘電率の低い材料を得ることを目的として、
多孔性シリカ薄膜に変換することが好ましい。
Since the composite thin film of silica and organic polymer thus obtained has a relatively low dielectric constant and is capable of forming a thick film, it can be used as it is as an insulating portion of wiring, or it can be used as a thin film other than a thin film. Can also be used as an optical film, a structural material, a film, a coating material and the like. However, in order to obtain a material having a lower dielectric constant as an insulator for LSI multilayer wiring,
It is preferably converted into a porous silica thin film.

【0069】シリカと有機ポリマーの複合体薄膜から絶
縁性の多孔性シリカ薄膜へは、シリカと有機ポリマーの
複合体薄膜からポリマーを除去することによって行う。
この時に、シリカ前駆体のゲル化反応が十分に進行して
いれば、シリカと有機ポリマーの複合体薄膜中の有機ポ
リマーが占有していた領域が、多孔性シリカ薄膜中の空
孔としてつぶれずに残る。その結果、空隙率が高く、誘
電率の低い多孔性シリカ薄膜を得ることができる。
From the composite thin film of silica and organic polymer to the insulating porous silica thin film, the polymer is removed from the composite thin film of silica and organic polymer.
At this time, if the gelation reaction of the silica precursor has proceeded sufficiently, the region occupied by the organic polymer in the composite thin film of silica and the organic polymer does not collapse as voids in the porous silica thin film. Remain in. As a result, a porous silica thin film having a high porosity and a low dielectric constant can be obtained.

【0070】有機ポリマーを除去する方法としては、加
熱、プラズマ処理、溶媒抽出などが挙げられるが、現行
の半導体素子製造プロセスにおいて容易に実施可能であ
るという観点からは、加熱がもっとも好ましい。この場
合、加熱温度は用いる有機ポリマーの種類に依存し、薄
膜状態下で単に蒸散除去されるもの、有機ポリマーの分
解を伴って焼成除去されるもの、およびその混合した場
合があるが、通常の加熱温度は300〜450℃、好ま
しくは350〜400℃の範囲である。300℃よりも
低いと有機ポリマーの除去が不充分で、有機物の不純物
が残るため、誘電率の低い多孔性シリカ薄膜が得られな
い危険がある。また汚染ガス発生量も多い。逆に450
℃よりも高い温度で処理することは、有機ポリマーの除
去の点では好ましいが、半導体製造プロセスで用いるの
は極めて困難である。
As a method for removing the organic polymer, heating, plasma treatment, solvent extraction and the like can be mentioned, but heating is most preferable from the viewpoint that it can be easily carried out in the current semiconductor element manufacturing process. In this case, the heating temperature depends on the type of the organic polymer used, and may be simply evaporated and removed in a thin film state, may be removed by firing with decomposition of the organic polymer, and may be a mixture thereof. The heating temperature is in the range of 300 to 450 ° C, preferably 350 to 400 ° C. If the temperature is lower than 300 ° C., the removal of the organic polymer is insufficient and impurities of the organic matter remain, so that there is a risk that a porous silica thin film having a low dielectric constant cannot be obtained. Also, the amount of pollutant gas generated is large. Conversely, 450
Treatment at a temperature higher than ° C is preferable from the viewpoint of removing the organic polymer, but it is extremely difficult to use in the semiconductor manufacturing process.

【0071】加熱時間は10秒〜24時間の範囲で行う
ことが好ましい。好ましくは10秒〜5時間、特にこの
好ましくは1分〜2時間である。10秒より短いと有機
ポリマーの蒸散や分解が十分進行しないので、得られる
多孔性シリカ薄膜に不純物として有機物が残存し、誘電
率が多孔性薄膜として期待されるほどには低くならな
い。また通常熱分解や蒸散は24時間以内に終了するの
で、これ以上長時間の加熱はあまり意味をなさない。
The heating time is preferably 10 seconds to 24 hours. It is preferably 10 seconds to 5 hours, and particularly preferably 1 minute to 2 hours. If it is shorter than 10 seconds, evaporation and decomposition of the organic polymer do not proceed sufficiently, so that organic substances remain as impurities in the obtained porous silica thin film, and the dielectric constant is not lowered as expected as a porous thin film. Moreover, since the thermal decomposition and the evaporation are usually completed within 24 hours, heating for a longer time does not make much sense.

【0072】加熱は窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不
活性雰囲気下で行うのが好ましい。空気または酸素ガス
を混入させたりといった酸化性雰囲気下で行うことも可
能であるが、この場合には該酸化性ガスの濃度を、シリ
カ前駆体がゲル化する前に有機ポリマーが実質的に分解
しないような濃度に制御することが好ましい。また雰囲
気中にアンモニア、水素などを存在させ、シリカ中に残
存しているシラノール基を失活させることによって多孔
性シリカ薄膜の吸湿性を低減させ、誘電率の上昇を抑制
することもできる。
Heating is preferably carried out in an inert atmosphere of nitrogen, argon, helium or the like. It is also possible to carry out in an oxidizing atmosphere such as mixing air or oxygen gas, but in this case, the concentration of the oxidizing gas is set so that the organic polymer is substantially decomposed before the silica precursor is gelated. It is preferable to control the concentration so that it does not occur. Further, by allowing ammonia, hydrogen, etc. to exist in the atmosphere to deactivate the silanol groups remaining in the silica, it is possible to reduce the hygroscopicity of the porous silica thin film and suppress an increase in the dielectric constant.

【0073】以上の加熱条件下で本発明の有機ポリマー
を除去した後の多孔性シリカ薄膜中の残渣ポリマー量は
著しく低減されるので、先述したような有機ポリマーの
分解ガスによる上層膜の接着力の低下や剥離などの現象
がおこらない。尚、本発明の塗布組成物中の有機ポリマ
ーがポリエーテルブロックコポリマーとシリカ前駆体に
対して化学的に不活性な末端基を有するポリマーとを包
含することで、さらにその効果が顕著になる。本発明は
シリカと有機ポリマーの複合体薄膜を形成するステップ
を経た後ポリマーを除去するステップを上記条件下で行
うものであれば、そのステップの前後に任意の温度や雰
囲気によるステップを経ても問題はない。本発明におい
て加熱は、半導体素子製造プロセス中で通常使用される
枚葉型縦型炉あるいはホットプレート型の焼成システム
を使用することができる。もちろん、本発明の製造工程
を満足すれば、これらに限定されるものではない。
Since the amount of residual polymer in the porous silica thin film after removing the organic polymer of the present invention under the above heating conditions is remarkably reduced, the adhesive force of the upper layer film due to the decomposition gas of the organic polymer as described above. Phenomenon such as deterioration of the surface and peeling does not occur. The effect becomes more remarkable when the organic polymer in the coating composition of the present invention includes the polyether block copolymer and the polymer having a terminal group that is chemically inactive to the silica precursor. As long as the present invention performs the step of forming a composite thin film of silica and an organic polymer and then the step of removing the polymer under the above-mentioned conditions, there is no problem even if a step with an arbitrary temperature or atmosphere is performed before and after the step. There is no. For heating in the present invention, a single wafer type vertical furnace or a hot plate type firing system which is usually used in the semiconductor element manufacturing process can be used. Of course, it is not limited to these as long as the manufacturing process of the present invention is satisfied.

【0074】以上、本発明の多孔性シリカ薄膜を用いる
ことにより、機械強度が高く、かつ誘電率が充分に低い
LSI用の多層配線用絶縁膜が成膜できる。本発明の多
孔性シリカ薄膜の比誘電率は、通常2.8〜1.2を達
成できる。この比誘電率は本発明の塗布組成物中の
(B)成分の含有量により調節することができる。ま
た、本発明の多孔性薄膜中には、BJH法による細孔分
布測定において、20nm以上の空孔は実質上認められ
ず、層間絶縁膜として好適である。本発明により得られ
る多孔性シリカ薄膜は、薄膜以外のバルク状の多孔性シ
リカ体、たとえば反射防止膜や光導波路のような光学的
膜や触媒担体はじめ断熱材、吸収剤、カラム充填材、ケ
ーキング防止剤、増粘剤、顔料、不透明化剤、セラミッ
ク、防煙剤、研磨剤、歯磨剤などとして使用することも
可能である。
As described above, by using the porous silica thin film of the present invention, it is possible to form an insulating film for a multilayer wiring for LSI, which has a high mechanical strength and a sufficiently low dielectric constant. The relative permittivity of the porous silica thin film of the present invention can usually achieve 2.8 to 1.2. This relative dielectric constant can be adjusted by the content of the component (B) in the coating composition of the present invention. Further, in the porous thin film of the present invention, pores of 20 nm or more are not substantially observed in the pore distribution measurement by the BJH method, and it is suitable as an interlayer insulating film. The porous silica thin film obtained by the present invention is a bulk porous silica body other than a thin film, for example, an optical film such as an antireflection film or an optical waveguide, a catalyst carrier, a heat insulating material, an absorbent, a column packing material, or a caking material. It can also be used as an inhibitor, a thickener, a pigment, an opacifying agent, a ceramic, a smoke suppressant, an abrasive, a dentifrice and the like.

【0075】[0075]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例および比較
例をもって具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら
実施例などにより何ら限定されるものではない。絶縁性
薄膜製造用の塗布組成物および薄膜の評価は下記の方法
により行った。尚、各実施例および比較例における評価
結果は表1に示した。 (1)珪素原子の定量 本発明では塗布組成物中に含まれる官能性基数の異なる
アルコキシシラン等に由来する珪素原子を各々29Si−
NMRによるシグナルの面積から算出した数値で表し、
それらを対比することで塗布組成物中に含まれるアルコ
キシシラン等の組成比としている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited to these Examples. Evaluation of the coating composition and thin film for producing an insulating thin film was carried out by the following methods. The evaluation results of each example and comparative example are shown in Table 1. (1) is a quantitative invention of silicon atoms silicon atoms from different alkoxysilanes having functional groups contained in the coating composition each 29 Si-
Expressed by the numerical value calculated from the area of the signal by NMR,
By comparing them, the composition ratio of the alkoxysilane or the like contained in the coating composition is obtained.

【0076】一例として、アルコキシシランとしてテト
ラエトキシシラン(TEOS)とメチルトリエトキシシ
ラン(MTES)を用いた場合の組成物中のMTES起
因の珪素原子のモル%の算出法を説明する。 装置:JEOL−ラムダ400 測定モード:NNE 試料管:外径10mm、内径3mm (塗布組成物、薄膜ともD化エタノール、TMSを少量
添加) 積算回数:1300回 PD(パルスディレー) 250秒 BF(ブロードニングファクター)30Hz
As an example, a method of calculating the mol% of silicon atoms due to MTES in the composition when tetraethoxysilane (TEOS) and methyltriethoxysilane (MTES) are used as the alkoxysilane will be described. Device: JEOL-Lambda 400 Measurement mode: NNE Sample tube: Outer diameter 10 mm, Inner diameter 3 mm (Coating composition, thin film added D ethanol, small amount of TMS) Accumulation frequency: 1300 times PD (pulse delay) 250 seconds BF (broad) 30 Hz)

【0077】以上の測定装置および測定条件から得られ
た数値を用いて以下に示す計算式より算出する。 MTESのモル%=100×(M0+M1+M2+M
3)/{(T0+T1+T2+T3+T4)+(M0+
M1+M2+M3)} (式中、T0、M0はそれぞれ上記の装置で原料のTE
OSおよびMTESそのものまたはそれぞれのエトキシ
基の少なくともひとつの基が加水分解されて水酸基とな
った化合物に帰属されるシグナル積分強度を表し、T
1、M1はTEOSおよびMTESの各Siの一箇所が
隣接のSi原子と酸素原子を介して結合して形成される
基に帰属されるシグナルの積分強度を表し、T2、M2
はTEOSおよびMTES中の各Siの二箇所が隣接の
Si原子と酸素原子を介して結合して形成される基に帰
属されるシグナルの積分強度を表し、T3、M3はTE
OSおよびMTES中のSiの三箇所が隣接のSi原子
と酸素原子を介して結合して形成される基に帰属される
シグナルの積分強度を表し、T4はTEOS中のSiの
四箇所が隣接のSi原子と酸素原子を介して結合して形
成される基に帰属されるシグナルの積分強度を表す)
It is calculated by the following formula using the numerical values obtained from the above measuring device and measuring conditions. MTES mol% = 100 × (M0 + M1 + M2 + M
3) / {(T0 + T1 + T2 + T3 + T4) + (M0 +
M1 + M2 + M3)} (In the formula, T0 and M0 are TE of the raw material in the above-mentioned device, respectively.
OS and MTES themselves, or at least one of the respective ethoxy groups is a signal integrated intensity attributed to the compound hydrolyzed to a hydroxyl group, T
1, M1 represents an integrated intensity of a signal attributed to a group formed by bonding one Si site of TEOS and MTES to an adjacent Si atom through an oxygen atom, and T2 and M2.
Represents the integrated intensity of a signal attributed to a group formed by bonding two Si sites in TEOS and MTES to adjacent Si atoms via oxygen atoms, and T3 and M3 represent TE.
Three parts of Si in OS and MTES represent an integrated intensity of a signal attributed to a group formed by bonding to adjacent Si atoms via oxygen atoms, and T4 represents four adjacent parts of Si in TEOS. Represents the integrated intensity of the signal that is assigned to the group formed by bonding through the Si atom and the oxygen atom)

【0078】(2)比誘電率 ソリッドステートメジャーメント社製SSM495型自
動水銀CV測定装置を用いて測定した。 (3)膜厚測定 理学電機製RINT 2500 を用いて測定した。測定条件は、
発散スリット:1/6 °、散乱スリット:1/6 °、受光ス
リット:0.15mmで検出器(シンチレーションカウンタ)
の前にグラファイトモノクロメータをセットした。管電
圧と管電流は、それぞれ40kVと50mAで測定したが、必要
に応じて変えることができる。また、ゴニオメータの走
査法は2 θ/ θ走査法で、走査ステップは0.02°とし
た。
(2) Relative permittivity It was measured using an SSM495 type automatic mercury CV measuring device manufactured by Solid State Measurement Company. (3) Film thickness measurement It was measured using RINT 2500 manufactured by Rigaku Denki. The measurement conditions are
Divergence slit: 1/6 °, Scattering slit: 1/6 °, Detector slit: 0.15mm Detector (scintillation counter)
A graphite monochromator was set in front of. Tube voltage and tube current were measured at 40kV and 50mA, respectively, but can be varied as needed. The goniometer scanning method was a 2θ / θ scanning method, and the scanning step was 0.02 °.

【0079】(4)ヤングモジュラス MTS Systems Corporation社製ナノインデンター DCM
で測定した。測定方法は、バーコビッチ型のダイヤモン
ド製圧子を基板上に成膜された膜厚0.7〜1μmの多
孔性シリカ薄膜内部に押し込み、一定荷重に達するまで
負荷したのちそれを除き、変位をモニターすることによ
り荷重―変位曲線を求めた。表面はコンタクトスティフ
ネスが200N/mになる条件で認識した。硬度の算出は、以
下の式による。 H=P/A ここで、Pは印加した荷重であり、接触面積Aは接触深
さhcの関数で次式により、実験的に求めた。
(4) Young Modulus Nano Indenter DCM manufactured by MTS Systems Corporation
It was measured at. The measurement method is as follows. A Burkovich type diamond indenter is pushed into the inside of a porous silica thin film having a film thickness of 0.7 to 1 μm formed on a substrate, a constant load is applied and then the displacement is monitored, and the displacement is monitored. Then the load-displacement curve was obtained. The surface was recognized under the condition that the contact stiffness was 200 N / m. The hardness is calculated by the following formula. H = P / A Here, P is the applied load, and the contact area A is a function of the contact depth hc and was experimentally obtained by the following equation.

【数1】 [Equation 1]

【0080】この接触深さは圧子の変位hと次の関係に
ある。 hc =h−εP/S ここでεは0.75、Sは除荷曲線の初期勾配である。ヤン
グモジュラスの算出はスネドンの式によって求めた。 Er=(√π・S) / 2 √A ここで、複合弾性率Er は次式で表される。 Er =[(1−νs2)/Es + (1−νi2)/Ei ]-1 ここで、νはポアソン比、添字Sはサンプル、iは圧子
を表す。本発明ではνi =0.07、Ei =1141G
Pa、また本材料のポアッソン比は未知であるがνs =
0.18としてサンプルのヤングモジュラスEs を算出
した。
This contact depth has the following relationship with the displacement h of the indenter. hc = h-εP / S where ε is 0.75 and S is the initial slope of the unloading curve. The Young's modulus was calculated by Sneddon's formula. Er = (√π · S) / 2√A Here, the composite elastic modulus Er is expressed by the following equation. Er = [(1-νs 2 ) / Es + (1-νi 2) / Ei] -1 where, [nu is the Poisson's ratio, the subscript S samples, i is representative of the indenter. In the present invention, ν i = 0.07, Ei = 1141 G
Pa, and the Poisson's ratio of this material is unknown, but νs =
The Young's modulus Es of the sample was calculated as 0.18.

【0081】(5)密着力 シリコンウエハ上に形成された多孔性シリカ薄膜に、ER
ICHSEN社製Cross Hatch Cutterを塗膜に対し20度に保っ
て押し当て、2〜5秒/10cm の速度で幅1mm 、100 ます
の碁盤目状の切り傷をつけた。碁盤目の上に幅18mm、粘
着力2.94N/10mm以上のセロハン粘着テープを貼り付け、
塗膜にテープを完全に付着させた後、テープの一端を持
って塗布面に直角に保ち、瞬間的に引き剥がす。碁盤目
状の傷の状態を観察し、JIS K-5400 付着性に記載され
ている碁盤目試験の評価点数に従い評価した。(6)吸
水性 本発明の多孔性シリカ薄膜を110℃、100%飽和蒸
気下に1時間放置した前後の薄膜のIRスペクトルを比
較して、3500cm-1付近の水に起因する吸収の有無
を調べ、吸収の無い場合を○、ある場合をXと評価し
た。
(5) Adhesion Strength ER was applied to the porous silica thin film formed on the silicon wafer.
An ICHSEN Cross Hatch Cutter was pressed against the coating film while keeping it at 20 degrees, and a 100 mm square-shaped cut with a width of 1 mm was made at a speed of 2 to 5 seconds / 10 cm. Stick a cellophane adhesive tape with a width of 18 mm and an adhesive strength of 2.94 N / 10 mm or more on the grid,
After completely adhering the tape to the coating film, hold the tape at one end and keep it at a right angle to the coated surface, and peel it off momentarily. The state of cross-shaped scratches was observed and evaluated according to the score of the cross-cut test described in JIS K-5400 Adhesion. (6) Water Absorption The IR spectra of the thin film before and after the porous silica thin film of the present invention was left at 110 ° C. under 100% saturated vapor for 1 hour were compared, and the presence or absence of absorption due to water around 3500 cm −1 was checked. It was examined, and when there was no absorption, it was evaluated as ○, and when there was absorption, it was evaluated as X.

【0082】[0082]

【実施例1】テトラエトキシシラン7.92g、メチル
トリエトキシシラン4.04g、エタノール23.5
g、水16.1g、0.1mol/lの硝酸3.3gの
混合物に、両末端基がメトキシ化されたポリエチレング
リコール・ポリプロピレングリコール・ポリエチレング
リコールジメトキシ(数平均分子量6430、ポリプロ
ピレングリコール部分の数平均分子量は3200)2.
28gを加え、40℃で6時間攪拌し反応させた。得ら
れた溶液を減圧下で17.1gまで濃縮した後で、プロ
ピレングリコールモノメチルエーテル15.0gと水1
6.0gとを加えて、本発明の塗布組成物を調製した。
得られた本発明の塗布溶液中のメチルトリエトキシシラ
ン由来のSi原子は37モル%であった。
Example 1 Tetraethoxysilane 7.92 g, Methyltriethoxysilane 4.04 g, Ethanol 23.5
g, water 16.1 g, and a mixture of 0.1 mol / l nitric acid 3.3 g, and polyethylene glycol / polypropylene glycol / polyethylene glycol dimethoxy having both end groups methoxylated (number average molecular weight 6430, number average of polypropylene glycol moiety). The molecular weight is 3200) 2.
28 g was added and reacted at 40 ° C. for 6 hours with stirring. The resulting solution was concentrated under reduced pressure to 17.1 g, then propylene glycol monomethyl ether (15.0 g) and water (1).
6.0 g was added to prepare a coating composition of the present invention.
The Si atom derived from methyltriethoxysilane in the obtained coating solution of the present invention was 37 mol%.

【0083】この溶液を6インチシリコンウェハ上に3
ml滴下し、1050rpmにて60秒間回転塗布し
た。その後空気中120℃にて1分間、窒素雰囲気下2
00℃にて1時間、続いて窒素雰囲気下400℃にて1
時間加熱焼成して、膜厚が0.85μmの多孔性シリカ
薄膜を得た。得られた薄膜中の1MHzにおける比誘電
率は2.2、ヤングモジュラスは6.6GPaであっ
た。密着力は10点(最高点)で吸水性は○であった。
This solution was coated on a 6-inch silicon wafer by 3 times.
ml was dropped and spin coated at 1050 rpm for 60 seconds. Then, in air at 120 ° C for 1 minute under nitrogen atmosphere 2
1 hour at 00 ° C, then 1 hour at 400 ° C under nitrogen atmosphere
It was heated and baked for a time to obtain a porous silica thin film having a film thickness of 0.85 μm. The relative permittivity at 1 MHz in the obtained thin film was 2.2, and the Young's modulus was 6.6 GPa. The adhesion was 10 points (highest point) and the water absorption was ◯.

【0084】[0084]

【実施例2】実施例1において両末端がメトキシ化され
たポリエチレン・ポリプロピレングリコール・ポリエチ
レングリコール2.28gを使う替わりに、該ブロック
コポリマー0.25gとポリエチレングリコールジメチ
ルエーテル(数平均分子量600)1.66gを加え、
さらに硝酸の代わりに0.9重量%水溶液のしゅう酸を
0.25g加える以外は実施例1と同様にして、本発明
の塗布組成物を得た。該組成物中のメチルトリエトキシ
シラン由来のSi原子は37モル%であった。この溶液
を実施例1と同様の操作により、膜厚が0.78μmの
孔性シリカ薄膜を得た。得られた薄膜中の1MHzにお
ける比誘電率は2.3、ヤングモジュラスは7.1GP
aであった。密着力は10点(最高点)で吸水性は○で
あった。
Example 2 Instead of using 2.28 g of polyethylene / polypropylene glycol / polyethylene glycol having both ends methoxylated in Example 1, 0.25 g of the block copolymer and 1.66 g of polyethylene glycol dimethyl ether (number average molecular weight 600) were used. And add
Further, a coating composition of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.25 g of a 0.9 wt% aqueous solution of oxalic acid was added instead of nitric acid. The Si atom derived from methyltriethoxysilane in the composition was 37 mol%. This solution was treated in the same manner as in Example 1 to obtain a porous silica thin film having a thickness of 0.78 μm. The obtained thin film has a relative permittivity of 2.3 at 1 MHz and a Young's modulus of 7.1 GP.
It was a. The adhesion was 10 points (highest point) and the water absorption was ◯.

【0085】[0085]

【実施例3】実施例1において、両末端基がメトキシ化
されたポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコ
ール・ポリエチレングリコールジメトキシ(数平均分子
量6430、ポリプロピレングリコール部分の数平均分
子量は3200)2.28gを加える代わりに、該ブロ
ックコポリマー0.3gとポリエチレングリコールジメ
チルエーテル(数平均分子量600)2.0gを加える
以外は実施例1と同様にして、本発明の塗布組成物を得
た。該組成物中のメチルトリエトキシシラン由来のSi
原子は37モル%であった。この溶液を実施例と1同様
の操作により、膜厚が0.75μmの孔性シリカ薄膜を
得た。得られた薄膜中の1MHzにおける比誘電率は
2.2、ヤングモジュラスは6.0GPaであった。密
着力は10点(最高点)で吸水性は○であった。
EXAMPLE 3 Instead of adding 2.28 g of polyethylene glycol / polypropylene glycol / polyethylene glycol dimethoxy (number average molecular weight 6430, number average molecular weight of polypropylene glycol part is 3200) having both end groups methoxylated in Example 1 instead of 2.28 g. A coating composition of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.3 g of the block copolymer and 2.0 g of polyethylene glycol dimethyl ether (number average molecular weight 600) were added. Si derived from methyltriethoxysilane in the composition
The atom was 37 mol%. This solution was subjected to the same operation as in Example 1 to obtain a porous silica thin film having a film thickness of 0.75 μm. The relative permittivity at 1 MHz in the obtained thin film was 2.2, and the Young's modulus was 6.0 GPa. The adhesion was 10 points (highest point) and the water absorption was ◯.

【0086】[0086]

【比較例1】実施例1において、メトキシ化ポリエチレ
ングリコール・ポリプロピレングリコール・ポリエチレ
ングリコールの代わりにポリエチレングリコールジメチ
ルエーテル(数平均分子量600)2.28gを用いた
以外には実施例1と同一の操作を行い、膜厚が0.77
μmの多孔性シリカ薄膜を得た。得られた薄膜の密着力
は10点であったが、吸水性が×で1MHzにおける比
誘電率は3.0、ヤングモジュラスは2.9GPaであ
り、実施例1と比較して誘電率は高く、機械強度は低い
という結果であった。
Comparative Example 1 The same operation as in Example 1 was performed except that 2.28 g of polyethylene glycol dimethyl ether (number average molecular weight 600) was used in place of methoxylated polyethylene glycol / polypropylene glycol / polyethylene glycol. , Film thickness is 0.77
A porous silica thin film of μm was obtained. The adhesion of the obtained thin film was 10 points, but the water absorption was x, the relative dielectric constant at 1 MHz was 3.0, and the Young's modulus was 2.9 GPa, which was higher than that of Example 1. The mechanical strength was low.

【0087】[0087]

【比較例2】実施例1で用いたアルコキシシランの代わ
りにテトラエトキシシラン3.82g、メチルトリエト
キシシラン13.10gを使う以外は実施例1と同様の
操作で、本比較例の塗布液を調製し(メトキシシラン由
来のSi原子は80モル%であった)、さらに多孔性シ
リカ薄膜を得た。薄膜の膜厚は0.85μm、密着力は
10点で吸水性も○、比誘電率は2.3であったが、ヤ
ングモジュラスは3.4GPaと低かった。
Comparative Example 2 The coating liquid of this Comparative Example was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.82 g of tetraethoxysilane and 13.10 g of methyltriethoxysilane were used instead of the alkoxysilane used in Example 1. It was prepared (Si atom derived from methoxysilane was 80 mol%) to obtain a porous silica thin film. The thin film had a thickness of 0.85 μm, adhesion was 10 points, water absorption was good, and the relative dielectric constant was 2.3, but the Young's modulus was low at 3.4 GPa.

【0088】[0088]

【表1】 [Table 1]

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明による多孔性シリカ薄膜は、比誘
電率が十分に低く安定で、半導体素子の銅配線工程にお
けるCMP工程に十分耐え、かつビア形成時の汚染ガス
発生量の少ない、LSI多層配線用基板や半導体素子の
絶縁膜用として最適である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The porous silica thin film according to the present invention has a sufficiently low relative permittivity and is stable, can sufficiently withstand the CMP process in the copper wiring process of a semiconductor device, and has a small amount of pollutant gas generated during the formation of an LSI. It is most suitable for multi-layer wiring substrates and insulating films for semiconductor devices.

───────────────────────────────────────────────────── 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) C09D 171/02 C09D 171/02 183/04 183/04 H01L 21/312 H01L 21/312 C 21/316 21/316 G Fターム(参考) 4G072 AA24 AA25 GG01 HH30 MM01 RR05 RR07 UU07 4J038 AA011 CQ001 CQ002 CQ011 CQ012 DF001 DF002 DL021 DL022 DL031 DL032 GA01 GA02 GA09 HA096 HA236 HA336 HA366 HA416 HA441 JA16 JA32 JA35 JA55 JB12 KA06 NA21 5F058 AA10 AC03 AF04 AG01 AH02 BA20 BC02 BF46 BH01 BJ02─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C09D 171/02 C09D 171/02 183/04 183/04 H01L 21/312 H01L 21/312 C 21/316 21 / 316 G F-term (reference) 4G072 AA24 AA25 GG01 HH30 MM01 RR05 RR07 UU07 4J038 AA011 CQ001 CQ002 CQ011 CQ012 DF001 DF002 DL021 DL022 DL031 DL032 GA01 GA02 GA09 HA096 HA236 HA336 HA366 HA416 HA441 JA16 JA32 JA35 JA55 JB12 KA06 NA21 5F058 AA10 AC03 AF04 AG01 AH02 BA20 BC02 BF46 BH01 BJ02

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (A)下記一般式(1)で表されるアル
コキシシランおよびその加水分解物、重縮合物のうち少
なくともいずれか1種以上と、下記一般式(2)で表さ
れるアルコキシシランおよびその加水分解物、重縮合物
のうち少なくともいずれか1種以上を含有するシリカ前
駆体であって、一般式(1)で表されるアルコキシシラ
ンおよびその加水分解物、重縮合物に由来する珪素原子
と一般式(2)で表されるアルコキシシランおよびその
加水分解物、重縮合物に由来する珪素原子の合計に対す
る一般式(2)に由来する珪素原子がモル分率で1モル
%以上50モル%未満であるシリカ前駆体と、 Si(OR1 4 ・・・(1) R2 (Si)(OR1 3 ・・・(2) (式中、R1 、R2 は同一でも異なっていてもよく、そ
れぞれ1価の有機基を表す。) (B)直鎖状または分岐状の2元以上のブロックコポリ
マーを含有する有機ポリマーと、(C)アルコール系溶
媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒およびエステル系溶媒
の群から選ばれた少なくとも1種以上の溶媒と、を含有
することを特徴とする絶縁性薄膜製造用塗布組成物。
1. (A) An alkoxysilane represented by the following general formula (1) and at least one or more of a hydrolyzate and a polycondensate thereof, and an alkoxy represented by the following general formula (2). A silica precursor containing at least one or more of silane and its hydrolyzate and polycondensate, which is derived from an alkoxysilane represented by the general formula (1) and its hydrolyzate and polycondensate. 1 mol% of the silicon atom derived from the general formula (2) with respect to the total of the silicon atom derived from the general formula (2) and the alkoxysilane represented by the general formula (2) and its hydrolyzate and polycondensate. Si (OR 1 ) 4 ... (1) R 2 (Si) (OR 1 ) 3 ... (2) (wherein R 1 and R 2 are: They may be the same or different, each of (B) an organic polymer containing a linear or branched binary or more block copolymer and (C) an alcohol solvent, a ketone solvent, an amide solvent and an ester solvent. A coating composition for producing an insulating thin film, which comprises at least one selected solvent.
【請求項2】 有機ポリマーの末端基の少なくとも一つ
がシリカ前駆体に対して化学的に不活性な基となるよう
に末端封鎖されていることを特徴とする請求項1に記載
の絶縁性薄膜製造用塗布組成物。
2. The insulating thin film according to claim 1, wherein at least one of the end groups of the organic polymer is end-capped so as to be a group which is chemically inactive to the silica precursor. Coating composition for production.
【請求項3】 有機ポリマーが少なくとも1重量%以上
の該ブロックコポリマーを含有することを特徴とする請
求項1または請求項2に記載の絶縁性薄膜製造用塗布組
成物。
3. The coating composition for producing an insulating thin film according to claim 1, wherein the organic polymer contains at least 1% by weight of the block copolymer.
【請求項4】 絶縁性薄膜製造用塗布組成物が少なくと
も一種類の酸を含有することを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載の絶縁性薄膜製造用塗布組成物。
4. The coating composition for producing an insulating thin film contains at least one kind of acid.
A coating composition for producing an insulating thin film according to any one of 1.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の絶縁性
薄膜製造用塗布組成物を基板上に塗布した後に、シリカ
前駆体をゲル化させてシリカと有機ポリマーの複合体薄
膜を得、引き続きシリカと有機ポリマーの複合体薄膜か
ら有機ポリマーを除去して得られることを特徴とする多
孔性の絶縁性シリカ薄膜。
5. A silica-organic polymer composite thin film is obtained by applying a coating composition for producing an insulating thin film according to claim 1 on a substrate and then gelating a silica precursor. A porous insulating silica thin film obtained by subsequently removing an organic polymer from a composite thin film of silica and an organic polymer.
【請求項6】 請求項5記載の絶縁性シリカ薄膜を用い
ることを特徴とする配線構造体。
6. A wiring structure comprising the insulating silica thin film according to claim 5.
【請求項7】 請求項6記載の配線構造体を包含してな
る半導体素子。
7. A semiconductor device including the wiring structure according to claim 6.
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