【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜形成用材料に関し、さらに詳しくは、半導体素子などにおける層間絶縁膜材料として、適当な均一な厚さを有する塗膜が形成可能な、しかもクラックが生じ難く、誘電率特性などに優れた絶縁膜形成用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子などにおける層間絶縁膜として、ＣＶＤ法などの真空プロセスで形成されたシリカ（ＳｉＯ２）膜が多用されている。そして、近年、より均一な層間絶縁膜を形成することを目的として、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜と呼ばれるテトラアルコキシランの加水分解生成物を主成分とする塗布型の絶縁膜も使用されるようになっている。また、半導体素子などの高集積化に伴い、配線遅延の問題を解決する目的で有機ＳＯＧと呼ばれるポリオルガノシロキサンを主成分とする低誘電率の層間絶縁膜が開発されている。
【０００３】
しかし、無機材料の膜の中で最も低い誘電率を示すＣＶＤ−ＳｉＯ２膜で、誘電率は約４程度である。また、低誘電率ＣＶＤ膜として最近検討されているＳｉＯＦ膜で、誘電率は約３．３〜３．５であるが、この膜は吸湿性が高く、使用しているうちに誘電率が上昇するという問題がある。
【０００４】
一方、２．５〜３．０と低い値の誘電率を示す有機高分子膜では、ガラス転移温度が２００〜３５０℃と低く、熱膨張率も大きいことから、配線へのダメージが問題となっている。また、有機ＳＯＧ膜では、多層配線パターン形成時においてレジスト剥離などに用いられている酸素プラズマアッシングにより酸化を受け、クラックを生じるという欠点がある。また、有機ＳＯＧを含む有機系樹脂は、配線材料であるアルミニウム及びアルミニウムを主体とした合金や、銅及び銅を主体とした合金に対する密着性が低いため、配線脇にボイド（配線と絶縁材料との間にできる空隙）を生じ、そこへ水分が侵入して配線腐食を招く可能性があり、更にこの配線脇ボイドは多層配線を形成するためのビアホール開口時に位置ずれが生じた際に配線層間でのショートを招き、信頼性を低下させる問題がある。
【０００５】
かかる状況下、絶縁性、耐熱性、耐久性に優れた絶縁膜材料として、籠型構造を有するオルガノポリシロキサン、具体的には、水素化オクタシルセスキオキサンを含有する共重合体を含有する絶縁膜形成用塗布型組成物が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。また、特許文献３には、Ｔ８籠型構造のシロキサン（シルセスキオキサン）を含有する絶縁膜形成用塗布型組成物が記載されており、架橋による高分子化で低密度な絶縁膜を形成することによって誘電率の低減化を達成できることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６５０６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６５０６６号公報
【特許文献３】
特開平１１−４０５５４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体素子などのさらなる高集積化や多層化に伴い、より優れた導体間の電気絶縁性が要求されており、より低誘電率でかつクラック耐性、耐熱性に優れる層間絶縁膜材料が求められるようになっている。上記のような公知の籠型構造を有するポリシロキサン（ポリシルセスキオキサン）を含有する絶縁膜形成材料では、依然、耐熱性、耐クラック性、誘電率特性が不十分であった。
従って本発明は、上記問題点を解決するための膜形成用材料に関し、さらに詳しくは、半導体素子などにおける層間絶縁膜として、適当な均一な厚さを有する塗膜が形成可能な、しかも耐熱性に優れ、クラックが生じ難く、更に誘電率特性に優れた膜形成材料を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の（１）〜（３）の構成により達成されることが見出された。
（１） 下記一般式（Ｉ）で表わされる繰り返し単位を有する重合体（Ａ）を含有することを特徴とする絶縁膜形成用材料。
【０００９】
【化２】
【００１０】
一般式（Ｉ）中、複数のＲ１は同一でも異なっていてもよく、それぞれ、水酸基、１価の炭化水素基，又はディールス−アルダー反応と引き続く脱離反応により炭化水素基になり得る１価の基，あるいは１価の炭化水素基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基，又はディールス−アルダー反応と引き続く脱離反応により炭化水素基になり得る１価の基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基を表す。ｎは、１〜１０を表す。
（２）式（Ｉ）においてＲ１のうち少なくとも１つが下記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のうちの少なくとも１つの条件を満たすものであることを特徴とする（１）記載の絶縁膜形成材料。
（ｉ） 炭素−炭素三重結合を少なくとも１つ有する。
（ｉｉ） 芳香族基と共役した炭素−炭素二重結合もしくは芳香族基と共役した炭素−窒素二重結合を少なくとも１つ有する。
（ｉｉｉ） 炭素数１０以上の芳香環を少なくとも１つ有する。
（３）上記（１）ないし（２）項記載の絶縁膜形成用材料を用いて得られる絶縁膜。
【００１１】
本発明の絶縁膜形成用材料は、上記の通り、式（Ｉ）で表される特定の籠型構造を有するオルガノポリシロキサン（ポリシルセスキオキサン）を含有することを大きな特徴とするものである。すなわち、本発明の上記式（Ｉ）のＲ１が特定の有機基を含有するＴ８〜Ｔ２６籠型構造のシロキサン（シルセスキオキサン）は、立方体構造によって分子内に微小空間を有することに加え、熱処理による架橋反応により二次元から三次元的な構造をとり高分子化されることで、更に低密度な絶縁膜が形成され、優れた低誘電率化が達成される。特に、Ｒ１として水素原子を含有していないため、化学安定性が向上し、誘電率の経時上昇が抑制され、また収縮率が減少してクラックしにくいという優れた効果を有することが見出された。また、フッ素原子を含まないため、密着性（接着性ともいう）の低下がなく、また界面剥離の原因となるバリアメタルに用いられる金属との反応がないという点で優れていることも判った。
【００１２】
本発明のポリオルガノシロキサン（ポリシルセスキオキサン）をベースポリマーとして含有する形成材料を、浸漬またはスピンコート法などにより、シリコンウエハなどの基材に塗布すると、例えば、微細パターン間の溝を充分に埋めることができ、加熱により、有機溶剤の除去と架橋反応を行なうと、ガラス質または巨大高分子あるいはこれらの混合体の膜を形成することができる。得られる膜は、耐熱性が良好で、低誘電率性に優れ、クラックの発生がない、厚膜の絶縁体を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に用いられる樹脂について詳述する。
上記一般式（Ｉ）で表される構造を有する樹脂は、上記の通り、Ｒ１として特定の有機基を有するＴ８〜Ｔ２６籠型構造のオルガノポリシロキサン（ポリシルセスキオキサン）である。本発明に係る一般式（Ｉ）で表される構造を有する樹脂は、好ましい重量平均分子量が１，０００〜１０，０００，０００であり、この範囲内では分子量の高低にかかわらず本発明のオルガノポリシロキサン（ポリシルセスキオキサン）を絶縁膜形成用材料に用いることができる。
本発明の絶縁膜形成材料は、一般式（Ｉ）で表わされる繰り返し単位を有する重合体（Ａ）を含有する。
【００１４】
一般式（Ｉ）中、複数のＲ１は同一でも異なっていてもよく、それぞれ、水酸基、１価の炭化水素基、アルコキシ基、又はディールス−アルダー反応と引き続く脱離反応により炭化水素基になり得る１価の基、あるいは１価の炭化水素基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基、アルコキシ基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基、又はディールス−アルダー反応と引き続く脱離反応により炭化水素基になり得る１価の基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基を表す。ｎは、１〜１０を表す。
【００１５】
水酸基は、繰り返し単位あたり０〜４個であることが好ましく、より好ましくは、０〜１個であり、特に好ましくは０個である。
【００１６】
Ｒ１としての、１価の炭化水素基とは以下の（ａ−１）〜（ａ―４）、及び（ｂ−１）〜（ｂ−４）である。これらは炭素数が２０以下であることが好ましい。
（ａ−１） １価の直鎖、分岐、環状の飽和炭化水素基（アルキル基）、
（ａ−２） エチレン性炭素−炭素二重結合を有する１価の直鎖、分岐又は環状の炭化水素基、
（ａ−３） 炭素−炭素三重結合を有する１価の直鎖、分岐又は環状の炭化水素基、
（ａ−４） エチレン性炭素−炭素二重結合と炭素−炭素三重結合を共に有する１価の直鎖、分岐、環状の炭化水素基、
（ｂ−１）上記（ａ−１）〜（ａ−４）の基の水素原子の１〜１０個を１価の芳香族炭化水素基で置換した基、
（ｂ−２）上記（ａ−１）〜（ａ−４）、（ｂ−１）の基のメチレン基の１〜１０個を２価の芳香族炭化水素基で置き換えた基、
（ｂ−３）上記（ａ−１）〜（ａ−４）、（ｂ−１）〜（ｂ−２）の基のメチン基の１〜１０個を３価の芳香族炭化水素基で置き換えた基，
（ｂ−４）上記（ａ−１）〜（ａ−４）、（ｂ−１）〜（ｂ−３）の基の４級炭素の１〜１０個を４価の芳香族炭化水素で置き換えた基、
この場合、置き換える個数は１〜８個が好ましく、さらに好ましくは１〜４個である。
【００１７】
（ａ−１）〜（ａ−４）の例としては、以下が挙げられる。
（ａ−１）メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ｔ−ペンチル、ネオペンチル基、シクロペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等の直鎖、分岐、あるいは環状のアルキル基、１−アダマンチル基、など架橋環式炭化水素基（脂環式基）、スピロビシクロヘキシル基などスピロ炭化水素基、
（ａ−２） ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基、２−メチル−プロペン−１−イル基、１−ペンテニル基、２−ペンテニル基、３−ペンテニル基、２−メチル−ブテン−１−イル基、などの直鎖、分岐、あるいは環状のアルケニル基、５−ノルボルネン−２−イルなど二重結合を有する環式テルペン系炭化水素基、
（ａ−３）エチニル基、プロパルギル基などのアルキニル基、１，４−ヘキサジエニル基などのアルカンジエニル基、二重結合を３つ有するアルカントリエニル基、三重結合を２つ有するアルカンジイニル基、三重結合を３つ有するアルカントリイニル基、
（ａ−４）二重結合と三重結合を併せ持つ、５−エチニル−１，３，６−ヘプタトリエニル基などのエンイニル基などの基、
また（ｂ−１）〜（ｂ−４）の置換する芳香族炭化水素基としては、以下が挙げられる。
【００１８】
（ｂ−１）の置換する芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基、ピレニル基などや以下に示す１価の芳香族炭化水素基、
【００１９】
【化３】
【００２０】
（ｂ−２）の置換する芳香族炭化水素基としては、１，４−フェニレン基、２，７−フェナントレン基、４，４’−ビス（フェニル）基などのアリーレン基や以下に示す２価の芳香族炭化水素基が挙げられる。
【００２１】
【化４】
【００２２】
（ｂ−３）の置換する芳香族炭化水素基としては，１，３，５−ベンゼントリイル基、１，２，６−ナフタレントリイル基などの３価の芳香族炭化水素基、
（ｂ−４）の置換する芳香族炭化水素基としては，１，２，４，５−ベンゼンテトライル基、１，４，５，８−アントラセンテトライル基など ４価の芳香族炭化水素基、
環状炭化水素を含有する（ａ−１）の炭素を１価の芳香族炭化水素基１個と２価の芳香族炭化水素基３個で置換した（ｂ−２）の例としては以下の基が挙げられる。
【００２３】
【化５】
三重結合を有する（ａ−３）の炭素を一価の芳香族炭化水素基２個、２価の芳香族炭化水素基１個及び３価の芳香族炭化水素基１個で置換した（ｂ−３）の例としては以下の基が挙げられる。これらは反応して別の炭化水素基になりうる基であり、好ましい。
【００２４】
【化６】
【００２５】
また、（ｂ−２）あるいは（ｂ−３）のうち、シクロプロパン構造のメチレンあるいはメチンを２価あるいは３価のベンゼン環で置換した構造として、ベンゾシクロブテン構造が挙げられる。これは炭化水素基であって反応して別の炭化水素基になる構造であり、好ましい例である。さらに具体的には以下の例が挙げられる。
【００２６】
【化７】
Ｒ１としての、ディールス−アルダー反応と引き続く脱離反応により炭化水素基になり得る１価の基とは，以下の（ｃ）である。
（ｃ）ヘテロ原子を有する共役ジエンあるいは共役した２つの芳香族性の弱い二重結合を有する基であり、置換アルケン、置換アルキンなどのジエノフィル（親ジエン体）と協奏的［４＋２］付加を行い，その後へテロ原子を含む架橋部位が脱離してベンゼン環などの炭化水素基となる部位を有するものである。
（ｃ）の反応形式の例を示す。
【００２７】
【化８】
【００２８】
【化９】
【００２９】
（ｃ）としては、以下のもの基が挙げられる。
（ｃ−１）上記（ｂ−１）〜（ｂ−４）の芳香環の１個〜３個を、同じ価数のシクロペンタジエノン構造もしくは、芳香族炭化水素基で置換されたシクロペンタジエノン構造で置き換えた基、
（ｃ−２）上記（ｂ−１）〜（ｂ−４）芳香環の１個〜３個を、同じ価数のフラン構造もしくは、芳香族炭化水素基で置換されたフラン構造で置き換えた基、
（ｃ−３）上記（（ｂ−１）〜（ｂ−４）の芳香環の１個〜３個を、同じ価数の、オキサゾール構造もしくは、芳香族炭化水素基で置換されたオキサゾール構造で置き換えた基。
（ｃ−１）〜（ｃ−３）のさらに具体的な例としては以下が挙げられる。
【００３０】
【化１０】
【００３１】
【化１１】
【００３２】
Ｒ１において、 １価の炭化水素基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基とは以下の（ｄ）である。これらは炭素数が２０以下であることが好ましい。
（ｄ）上記（ａ−１）〜（ａ−４）、（ｂ−１）〜（ｂ−４）の基の炭素原子の１個〜１０個を珪素原子で置き換えた基。ただし、（ｄ）は少なくとも１個の炭素を含む。
この場合、珪素原子への置き換えは好ましくは１〜８個、さらに好ましくは１〜４個である。
（ｄ）の例としては、トリメチルシリル基、トリス（トリメチルシリル）シリル基などの他、以下の基が具体的に挙げられる。
【００３３】
【化１２】
【００３４】
【化１３】
【００３５】
Ｒ１として、ディールス−アルダー反応と引き続く脱離反応により炭化水素基になり得る１価の基の炭素原子の一部を珪素原子に置き換えた基とは以下の（ｅ）である。
（ｅ）上記（ｃ−１）〜（ｃ−３）の基の炭素原子の１個〜１０個を珪素原子で置き換えた基。ただし、（ｅ）は少なくとも１個の炭素を含む。
この場合、珪素原子への置き換えは好ましくは、１〜８個、さらに好ましくは１〜６個である。
（ｅ）の例としては以下の各基が挙げられる。
【００３６】
【化１４】
【００３７】
Ｒ１は、上記の群の中から、任意に選ばれる。
さらに、一般式（Ｉ）のＲ１のうち少なくとも１つのＲ１が下記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のうちの少なくとも１つの条件を満たすものが好ましい。
（ｉ）炭素−炭素三重結合を少なくとも１つ有する。
（ｉｉ）芳香族基と共役した炭素−炭素二重結合を少なくとも１つ有する。
（ｉｉｉ）炭素数１０以上の芳香環を少なくとも１つ有する。
【００３８】
条件（ｉ）としては、Ｔ８構造１個あたりに１〜８個（Ｔ２６構造１個あたりでは１〜２６個）の三重結合を有することが好ましく、より好ましくは、１〜４個である。条件（ｉｉ）としては、Ｔ８構造１個あたりに１〜１６個の芳香族基と共役した炭素―炭素二重結合あるいは、芳香族基と共役した炭素−窒素二重結合を有することが好ましい。より好ましくは、１〜４個である。条件（ｉｉｉ）としては、Ｔ８構造１個あたりに１〜８個の炭素数１０以上の芳香環を有することが好ましい。より好ましくは、１〜２個である。
これらの条件の中では、さらに（ｉ）及び／または（ｉｉ）が好ましい。
Ｒ１は、（ａ−３）〜（ａ−４）、（ｂ−２）〜（ｂ−４）、（ｃ−１）〜（ｃ−３）を含む組み合わせで選ばれることが好ましい。 （ａ−３）、（ｂ−２）〜（ｂ−３）、（ｃ−１）〜（ｃ−３）を含む組み合わせで選ばれることがさらに好ましい。
また、本発明に用いられる（Ａ）成分の重合体は、単独で用いてもよいし、２種類以上混合して用いてもよい。（Ａ）成分の重合体の使用量は、絶縁膜形成材料の全重量（溶媒を除く）を基準として４０〜１００重量％、好ましくは６０〜１００重量％である。
【００３９】
本発明に用いられる（Ａ）成分の重合体が有する一般式（Ｉ）で表わされる繰り返し単位の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。ここに示す具体的構造は、後述の合成法と同様の方法及びさらに官能基変換により合成することができる。
【００４０】
【化１５】
【００４１】
【化１６】
【００４２】
【化１７】
【００４３】
【化１８】
【００４４】
上記式（２３）〜（２７）において、Ｒａは芳香環を含まない炭化水素基を表し、Ａｒ、Ａｒ’は芳香族環を含む炭化水素基を表す。Ｓｉ上置換基であるＲａとＡｒを含む基は、互いに置換されるＳｉの位置が交換されてもよい。
【００４５】
Ｒａの芳香環を含まない炭化水素基としては（ａ−１）のような基が例として挙げられる、Ａｒ、Ａｒ’としては、（ｂ−１）〜（ｂ−３）などが好ましく挙げられ、フェニル基、ナフチル基、フェニレン基、ナフチレン基などが挙げられる。
【００４６】
本発明においては、（Ａ）成分の重合体以外の樹脂を併用することができる。併用し得る樹脂としては、ラダー型ポリシルセスキオキサン樹脂、アルコキシラン材料の加水分解物及び／又は縮合物，ポリアリーレンエーテル、炭化水素系ポリマーなどが挙げられる。
【００４７】
本発明の一般式（Ｉ）で表される樹脂は、所望の目的物に応じて、Ｒ１として特定の基が置換したトリクロロシラン混合物を、速度論的な条件で加水分解−縮合することにより前駆体のＴ８トリシラノールを含む混合物として製造することができる。例えば、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．１９６４．８６，１１２０，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９６５，８７，４３１３， ＡＣＳ Ｐｏｌｙｍ． Ｍａｔ． Ｓｃｉ． ＆ Ｅｎｇ． Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ １９９８， ７９， ３８９ に記載の方法により合成することができる。
また、樹脂とした後、珪素原子上の置換基を所望の官能基Ｒ１に置換して製造することもできる。反応としては白金触媒を用いるハイドロシリレーションなどが挙げられる。このような反応例は特許文献１や特許文献２などにも開示されている。その他、公知のカップリング反応が好ましく用いられる。
【００４８】
例えば以下のようにして合成できる。
【００４９】
【化１９】
（Ｒ１＝ＣＨ３の場合）
【００５０】
【化２０】
【００５１】
〔その他の添加剤〕
本発明の絶縁膜形成用材料には、さらにコロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、有機ポリマーなどの成分を添加してもよい。コロイド状シリカとは、例えば、高純度の無水ケイ酸を前記親水性有機溶媒に分散した分散液であり、通常、平均粒径が５〜３０ｍμ、好ましくは１０〜２０ｍμ、固形分濃度が１０〜４０重量％程度のものである。このような、コロイド状シリカとしては、例えば、日産化学工業（株）製、メタノールシリカゾルおよびイソプロパノールシリカゾル；触媒化成工業（株）製、オスカルなどが挙げられる。コロイド状アルミナとしては、日産化学工業（株）製のアルミナゾル５２０、同１００、同２００；川研ファインケミカル（株）製のアルミナクリアーゾル、アルミナゾル１０、同１３２などが挙げられる。有機ポリマーとしては、例えば、ポリアルキレンオキサイド構造を有する化合物、糖鎖構造を有する化合物、ビニルアミド系重合体、（メタ）アクリレート化合物、芳香族ビニル化合物、デンドリマー、ポリイミド，ポリアミック酸、ポリアリーレン、ポリアミド、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、フッ素系重合体などを挙げることができる。
【００５２】
［一般式（Ｉ）の構造を含む樹脂を用いた形成材料の調製方法］
本発明の膜形成形成材料は、上記各成分を溶解する溶剤に溶かして支持体上に塗布する。本発明の膜形成用形成材料を調製するに際しては、上記のように、溶媒中に、上記本発明の式（Ｉ）の構造を有する樹脂、および必要により他の成分を混合すればよく、特に限定されない。
【００５３】
ここで使用する溶媒としては以下が好適である。エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、２−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、ジメチルイミダゾリジノン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、２−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、イソプロパノール、エチレンカーボネート、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、ジイソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等が好ましく、これらの溶剤を単独あるいは混合して使用する。
【００５４】
上記の中でも、好ましい溶剤としてはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレンカーボネート、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、キシレン、メシチレン、ジイソプロピルベンゼンを挙げることができる。
【００５５】
このようにして得られる本発明の形成材料の全固形分濃度は、好ましくは、２〜３０重量％であり、使用目的に応じて適宜調整される。形成材料の全固形分濃度が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。また、式（Ｉ）で表される構造を有する樹脂の数平均分子量は、通常５００〜５，０００，０００、好ましくは１，０００〜１００，０００程度である。さらに好ましくは，２，０００〜２０，０００程度である。
【００５６】
このようにして得られる本発明の絶縁膜形成用材料を、シリコンウエハ、ＳｉＯ２ ウエハ、ＳｉＮウエハなどの基材に塗布する際には、スピンコート、浸漬法、ロールコート法、スプレー法などの塗装手段が用いられる。
【００５７】
この際の膜厚は、乾燥膜厚として、１回塗りで厚さ０．０５〜１．５μｍ程度、２回塗りでは厚さ０．１〜３μｍ程度の塗膜を形成することができる。その後、常温で乾燥するか、あるいは８０〜６００℃程度の温度で、通常、５〜２４０分程度加熱して乾燥することにより、ガラス質または巨大高分子あるいはこれらの混成体の絶縁膜を形成することができる。この際の加熱方法としては、ホットプレート、オーブン、ファーネスなどを使用することが出来、加熱雰囲気としては、大気下、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空下、酸素濃度をコントロールした減圧下などで行うことができる。
【００５８】
より具体的には、本発明の絶縁膜形成材料を、例えばスピンコート法により、基板（通常は金属配線を有する基板）上に塗布し、３００℃以下の温度で第一の熱処理を行うことにより溶媒を乾燥させるとともに一部を架橋させ、次いで３００℃より高く４５０℃以下の温度で第二の熱処理（アニール）を行うことにより低誘電率の絶縁膜を形成できる。第一の熱処理を３００℃以下とするのは、架橋が過度に進行しないようにして架橋の度合いを調節しやすくするためであり、第二の熱処理を３００℃より高く４５０以下の温度とするのは、この温度範囲がアニールにとって一般に都合がよいからである。
第一の熱処理は、大気中でも行うことができる。また、形成した絶縁膜の示す誘電率を調節するために架橋の度合いを調整してもよく、この架橋度合いの調整は熱処理温度と時間を調整することで行うことができる。
【００５９】
このようにして得られる層間絶縁膜は、絶縁性に優れ、塗布膜の均一性、誘電率特性、塗膜の耐クラック性、塗膜の表面硬度に優れることから、ＬＳＩ、システムＬＳＩ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、Ｄ−ＲＤＲＡＭなどの半導体素子用層間絶縁膜、半導体素子の表面コート膜などの保護膜、多層配線基板の層間絶縁膜、液晶表示素子用の保護膜や絶縁防止膜などの用途に有用である。
【００６０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中の部および％は、特記しない限り、それぞれ重量部および重量％であることを示している。また、実施例中における膜形成用形成材料の評価は、次のようにして測定したものである。
【００６１】
〔重量平均分子量（Ｍｗ）〕
下記条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により測定した。
＜試料＞ テトラヒドロフランを溶媒として使用し、試料０．０１ｇを、２ｃｃのテトラヒドロフランに溶解して調製した。
＜標準ポリスチレン＞ 東ソー社製の標準ポリスチレンＴＳＫスタンダードを使用した。
＜装置＞ 東ソー社製の高速ゲル浸透クロマトグラム（ＨＬＣ−８２２０ＧＰＣ）
＜カラム＞ 東ソー社製のＴＳＫ−ｇｅｌ（ＧＭＸ）
＜測定温度＞４０℃ 流速：１ｃｃ／分
【００６２】
〔面内均一性〕
形成材料を、６インチシリコンウエハ上に、スピンコーターを用いて、回転数１，５００〜２，５００ｒｐｍ、２０秒の条件で以て塗布した。その後、８０℃の温度に保持したホットプレートを用いて、形成材料を塗布したシリコンウエハを５分間加熱し、有機溶媒を飛散させた。次いで、２００℃の温度に保持したホットプレートを用いて、膜形成材料を塗布したシリコンウエハを５分間加熱し、シリコンウエハ上に塗膜を形成させた。このようにして得られた塗膜の膜厚を、光学式膜厚計（大日本スクリーン社製、ラムダエース）を用いて塗膜面内で５０点測定した。得られた膜厚の３σを計算し、下記基準で評価した。
○；塗膜の３σが８０ｎｍ未満
×；塗膜の３σが８０ｎｍ以上
【００６３】
〔耐クラック性〕
６インチシリコンウエハ上に、スピンコート法を用いて形成材料試料を塗布し、ホットプレート上で８０℃で５分間、２００℃で５分間基板を乾燥し、さらに４５０℃の窒素雰囲気のオーブン中で６０分基板を焼成した。得られた塗膜の外観をピーク社製ポケットマイクロルーペ（５０倍）で観察し、下記基準で評価した。また、ＰＣＴ（ＪＤＥＣＪＥＳＤ２２−Ａ１０２−Ｂ条件：１２１℃ １００％ＲＨ １５ｐｓｉｇ）を９６ｈ行い、同様な基準で評価した。
○；塗膜表面にクラックが認められない。
×；塗膜表面にクラックが認められる。
【００６４】
〔誘電率〕
６インチシリコンウエハ上に、スピンコート法を用いて形成材料試料を塗布し、ホットプレート上で８０℃で５分間、２００℃で５分間基板を乾燥し、さらに４５０℃の窒素雰囲気のオーブン中で６０分基板を焼成した。得られた基板上にアルミニウムを蒸着し、誘電率評価用基板を作製した。誘電率は、横川・ヒューレットパッカード（株）製のＨＰ１６４５１Ｂ電極およびＨＰ４２８４ＡプレシジョンＬＣＲメーターもしくはソーラトロン社製システム１２９６／１２６０を用いて、１０ｋＨｚにおける容量値から算出した。また，ＰＣＴ（ＪＤＥＣＪＥＳＤ２２−Ａ１０２−Ｂ条件：１２１℃ １００％ＲＨ １５ｐｓｉｇ）を９６ｈ行い，その後測定及び算出を行った。
【００６５】
合成例１
＜重合体（Ｉ−５）の合成＞
フェニルトリクロロシラン２５ｇをトルエン４０ｍｌに溶解した。この溶液を攪拌しながら６４ｍｌの水を加え、２３℃にて２時間攪拌下、反応させた。反応後、水層を除去し、トルエン層を水洗した。２３℃にて減圧下、トルエンを留去し、Ｍｗ（重量平均分子量）６５００の重合体（Ｉ−５）を得た。
【００６６】
合成例２
エチルトリクロロシラン／４ブロモフェニルトリクロロシランのモル比１０／３混合物３０ｇをトルエン２００ｍｌに溶解し，水１０ｇを滴下により加えた。その後反応液を４０℃にて１２時間攪拌した。反応液を冷却して減圧下濃縮して得られた固体をクロマトグラム精製して中間体（Ａ）を得た。収率８０％。
【００６７】
【化２１】
【００６８】
続いて、中間体（Ａ）と当量のフェニルアセチレンの末端スズ塩をＴＨＦ中に溶解し、ゼロ価パラジウムを触媒としたカップリング反応により、三重結合を有する化合物を得た。常法で処理して得られた固体をクロマトグラム精製して試料Ａ−１を得た（２５ｇ：Ｍｗ １４，０００）。
【００６９】
【化２２】
【００７０】
同様にして２−フェニルフランを反応させて、試料（Ａ−２：Ｍｗ ９，０００）を合成した。
【００７１】
【化２３】
【００７２】
実施例１
合成例２で得られた試料（Ａ−１）５ｇをジイソプロピルベンゼン／シクロヘキサノン／プロピレングリコールモノメチルエーテル混合溶媒４５ｇに溶解した溶液を０．２μｍ孔径のテフロン製フィルターでろ過を行い、スピンコート法でシリコンウエハ上に塗布した。得られた塗膜の塗膜の膜厚は７００ｎｍであり、３σは４０ｎｍと良好であった。塗膜の膜厚を変えてクラックの発生しない最大膜厚を評価したところ、１，４００ｎｍと優れたクラック耐性を示した。また、塗膜の誘電率を評価したところ、２．６３と非常に低い誘電率を示した。
【００７３】
実施例２
試料（Ａ−１）に１０％重合体（Ｉ−５）を添加したものを使用した以外は、実施例１と同様に塗膜を評価した。評価結果を表１に示す。
実施例３
試料（Ａ−１）／試料（Ａ−２）の重量比１／１混合物５ｇを使用した以外は実施例１と同様に塗膜を評価した。溶媒量は調整した。評価結果を表１に示す。
【００７４】
実施例４〜６
試料（Ａ−１）／ジフェニルアセチレン、試料（Ａ−２）／ジフェニルアセチレン及び試料（Ａ−１）／重合体（Ｉ−５）／ジフェニルアセチレンのそれぞれ重量比約８／１／１混合物５ｇを使用した以外は実施例１と同様に塗膜を評価した。溶媒量は適宜調整した。評価結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
比較例として、特開平１１−４０５５４号の実施例１と同様にして作成した絶縁膜を，本実施例１の絶縁膜と同様にして評価したところ，誘電率２．８０であり、ＰＣＴ後に誘電率３．２０と上昇していることが観察された。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、特定の籠型構造を有するオルガノポリシロキサン（ポリシルセスキオキサン）を含有させることにより、塗布膜における厚さの均一性、クラック耐性、誘電率特性などのバランスに優れた膜形成用形成材料（層間絶縁膜用材料）を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulating film forming material, and more specifically, as an interlayer insulating film material in a semiconductor element or the like, a coating film having an appropriate uniform thickness can be formed, cracks are not easily generated, dielectric constant characteristics, etc. The present invention relates to an excellent insulating film forming material.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a silica (SiO 2 ) film formed by a vacuum process such as a CVD method is frequently used as an interlayer insulating film in a semiconductor element or the like. In recent years, for the purpose of forming a more uniform interlayer insulating film, a coating type insulating film called a SOG (Spin on Glass) film containing a hydrolysis product of tetraalkoxylane as a main component has been used. It has become. Further, with the high integration of semiconductor elements and the like, a low dielectric constant interlayer insulating film called polyorganosiloxane called organic SOG has been developed for the purpose of solving the problem of wiring delay.
[0003]
However, it is a CVD-SiO 2 film showing the lowest dielectric constant among the inorganic material films, and the dielectric constant is about 4. The SiOF film, which has been recently studied as a low dielectric constant CVD film, has a dielectric constant of about 3.3 to 3.5. This film has high hygroscopicity, and the dielectric constant increases while being used. There is a problem of doing.
[0004]
On the other hand, an organic polymer film having a low dielectric constant of 2.5 to 3.0 has a low glass transition temperature of 200 to 350 ° C. and a high coefficient of thermal expansion. ing. In addition, the organic SOG film has a drawback that it is oxidized by oxygen plasma ashing used for resist stripping or the like when forming a multilayer wiring pattern, and cracks are generated. In addition, since an organic resin containing organic SOG has low adhesion to aluminum and aluminum-based alloys, and copper and copper-based alloys, which are wiring materials, a void (wiring and insulating material and Between the wiring layers when misalignment occurs when opening a via hole for forming a multi-layer wiring. There is a problem in that the short circuit is caused and the reliability is lowered.
[0005]
Under such circumstances, as an insulating film material excellent in insulation, heat resistance, and durability, an organopolysiloxane having a cage structure, specifically, a copolymer containing hydrogenated octasilsesquioxane is contained. A coating-type composition for forming an insulating film is known (see Patent Document 1 and Patent Document 2). Further, Patent Document 3, an insulating film-forming coating type composition containing siloxane T 8 cage structure (silsesquioxane) are described, the low-density insulating film polymerized by crosslinking It is described that a reduction in dielectric constant can be achieved by forming.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-265065 A [Patent Document 2]
JP 2000-265066 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-40554
[Problems to be solved by the invention]
However, with higher integration and multi-layering of semiconductor devices and the like, better electrical insulation between conductors is required, and there is a need for an interlayer insulation film material with lower dielectric constant, crack resistance and heat resistance. It is supposed to be. The insulating film forming material containing polysiloxane (polysilsesquioxane) having the known cage structure as described above still has insufficient heat resistance, crack resistance, and dielectric constant characteristics.
Therefore, the present invention relates to a film forming material for solving the above-described problems, and more specifically, can form a coating film having an appropriate uniform thickness as an interlayer insulating film in a semiconductor element, etc. An object of the present invention is to provide a film-forming material that is excellent in resistance to cracking and that has excellent dielectric constant characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
It has been found that the above object of the present invention is achieved by the following constitutions (1) to (3).
(1) An insulating film-forming material comprising a polymer (A) having a repeating unit represented by the following general formula (I).
[0009]
[Chemical 2]
[0010]
In the general formula (I), a plurality of R 1 s may be the same or different, and each is a hydroxyl group, a monovalent hydrocarbon group, or a monovalent group that can be converted to a hydrocarbon group by a Diels-Alder reaction and a subsequent elimination reaction. Or a monovalent hydrocarbon group that can be converted to a hydrocarbon group by Diels-Alder reaction and subsequent elimination reaction. Represents a group in which a part is replaced by a silicon atom. n represents 1-10.
(2) In the formula (I), at least one of R 1 satisfies at least one of the following conditions (i) to (iii): The insulating film forming material according to (1) .
(I) It has at least one carbon-carbon triple bond.
(Ii) It has at least one carbon-carbon double bond conjugated with an aromatic group or carbon-nitrogen double bond conjugated with an aromatic group.
(Iii) It has at least one aromatic ring having 10 or more carbon atoms.
(3) An insulating film obtained using the insulating film forming material described in the above (1) to (2).
[0011]
As described above, the material for forming an insulating film of the present invention is characterized by containing an organopolysiloxane (polysilsesquioxane) having a specific cage structure represented by the formula (I). is there. That is, the siloxane (silsesquioxane) having a T 8 to T 26 cage structure in which R 1 of the above formula (I) of the present invention contains a specific organic group has a minute space in the molecule due to the cubic structure. In addition, by forming a polymer from a two-dimensional to three-dimensional structure by a crosslinking reaction by heat treatment, an insulating film having a lower density is formed, and an excellent low dielectric constant is achieved. In particular, since it does not contain a hydrogen atom as R 1 , it has been found that chemical stability is improved, an increase in dielectric constant with time is suppressed, and a shrinkage rate is reduced and cracking is difficult. It was done. In addition, since it does not contain fluorine atoms, it has been found that there is no decrease in adhesion (also referred to as adhesiveness), and there is no reaction with the metal used for the barrier metal that causes interface peeling. .
[0012]
When a forming material containing the polyorganosiloxane (polysilsesquioxane) of the present invention as a base polymer is applied to a substrate such as a silicon wafer by dipping or spin coating, for example, grooves between fine patterns are sufficiently formed. When the organic solvent is removed and the crosslinking reaction is carried out by heating, a film of vitreous or giant polymer or a mixture thereof can be formed. The resulting film has good heat resistance, is excellent in low dielectric constant, and can form a thick insulator without cracks.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the resin used in the present invention will be described in detail.
As described above, the resin having the structure represented by the general formula (I) is an organopolysiloxane (polysilsesquioxane) having a T 8 to T 26 cage structure having a specific organic group as R 1. . The resin having the structure represented by the general formula (I) according to the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 10,000,000, and within this range, the organo of the present invention regardless of the molecular weight. Polysiloxane (polysilsesquioxane) can be used for the insulating film forming material.
The insulating film forming material of the present invention contains a polymer (A) having a repeating unit represented by the general formula (I).
[0014]
In the general formula (I), a plurality of R 1 may be the same or different, and each becomes a hydrocarbon group by a hydroxyl group, a monovalent hydrocarbon group, an alkoxy group, or a Diels-Alder reaction and a subsequent elimination reaction. A monovalent group to be obtained, a group in which some carbon atoms of a monovalent hydrocarbon group are replaced with silicon atoms, a group in which some carbon atoms in an alkoxy group are replaced with silicon atoms, or a Diels-Alder reaction A group in which a part of carbon atoms of a monovalent group that can be converted into a hydrocarbon group by elimination reaction is replaced with a silicon atom. n represents 1-10.
[0015]
The number of hydroxyl groups is preferably 0 to 4 per repeating unit, more preferably 0 to 1, and particularly preferably 0.
[0016]
The monovalent hydrocarbon groups as R 1 are the following (a-1) to (a-4) and (b-1) to (b-4). These preferably have 20 or less carbon atoms.
(A-1) a monovalent linear, branched, cyclic saturated hydrocarbon group (alkyl group),
(A-2) a monovalent linear, branched or cyclic hydrocarbon group having an ethylenic carbon-carbon double bond,
(A-3) a monovalent linear, branched or cyclic hydrocarbon group having a carbon-carbon triple bond,
(A-4) a monovalent linear, branched, or cyclic hydrocarbon group having both an ethylenic carbon-carbon double bond and a carbon-carbon triple bond,
(B-1) a group in which 1 to 10 hydrogen atoms of the groups (a-1) to (a-4) are substituted with a monovalent aromatic hydrocarbon group,
(B-2) a group in which 1 to 10 of the methylene groups in the groups (a-1) to (a-4) and (b-1) are replaced with a divalent aromatic hydrocarbon group,
(B-3) Replacing 1 to 10 methine groups of the groups (a-1) to (a-4) and (b-1) to (b-2) with a trivalent aromatic hydrocarbon group Group
(B-4) 1 to 10 of the quaternary carbons in the groups (a-1) to (a-4) and (b-1) to (b-3) are replaced with tetravalent aromatic hydrocarbons. Group
In this case, the number of replacements is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 4.
[0017]
Examples of (a-1) to (a-4) include the following.
(A-1) Methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, t-pentyl, neopentyl group , Cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, nonyl group, dodecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, etc., linear, branched or cyclic alkyl group, 1-adamantyl group, etc. Groups (alicyclic groups), spiro hydrocarbon groups such as spirobicyclohexyl groups,
(A-2) Vinyl group, allyl group, isopropenyl group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, 2-methyl-propen-1-yl group, 1-pentenyl group, 2-pentenyl group, 3-pentenyl group A linear, branched, or cyclic alkenyl group such as 2-methyl-buten-1-yl group, a cyclic terpene hydrocarbon group having a double bond such as 5-norbornen-2-yl,
(A-3) Alkynyl group such as ethynyl group, propargyl group, alkanedienyl group such as 1,4-hexadienyl group, alkanetrienyl group having three double bonds, alkanediynyl group having two triple bonds An alkanetriinyl group having three triple bonds,
(A-4) a group such as an enynyl group such as a 5-ethynyl-1,3,6-heptatrienyl group having both a double bond and a triple bond;
Moreover, the following is mentioned as an aromatic hydrocarbon group which (b-1)-(b-4) substitutes.
[0018]
Examples of the aromatic hydrocarbon group to be substituted by (b-1) include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, and the following monovalent aromatic hydrocarbon groups,
[0019]
[Chemical 3]
[0020]
Examples of the aromatic hydrocarbon group to be substituted by (b-2) include arylene groups such as 1,4-phenylene group, 2,7-phenanthrene group, 4,4′-bis (phenyl) group, and divalent groups shown below. The aromatic hydrocarbon group of these is mentioned.
[0021]
[Formula 4]
[0022]
Examples of the aromatic hydrocarbon group to be substituted by (b-3) include trivalent aromatic hydrocarbon groups such as 1,3,5-benzenetriyl group and 1,2,6-naphthalenetriyl group,
Examples of the aromatic hydrocarbon group to be substituted by (b-4) include tetravalent aromatic hydrocarbon groups such as 1,2,4,5-benzenetetrayl group and 1,4,5,8-anthracenetetrayl group. ,
Examples of (b-2) in which the carbon of (a-1) containing a cyclic hydrocarbon is substituted with one monovalent aromatic hydrocarbon group and three divalent aromatic hydrocarbon groups are as follows: Is mentioned.
[0023]
[Chemical formula 5]
The carbon of (a-3) having a triple bond was substituted with two monovalent aromatic hydrocarbon groups, one divalent aromatic hydrocarbon group, and one trivalent aromatic hydrocarbon group (b- Examples of 3) include the following groups. These are groups which can react to form another hydrocarbon group, and are preferable.
[0024]
[Chemical 6]
[0025]
Moreover, a benzocyclobutene structure is mentioned as a structure which substituted the methylene or methine of the cyclopropane structure with the bivalent or trivalent benzene ring among (b-2) or (b-3). This is a preferred example of a hydrocarbon group that reacts with another hydrocarbon group. More specifically, the following examples are given.
[0026]
[Chemical 7]
The monovalent group that can be converted into a hydrocarbon group by Diels-Alder reaction and subsequent elimination reaction as R 1 is the following (c).
(C) a conjugated diene having a heteroatom or a conjugated group having two weak aromatic double bonds, and performing a concerted [4 + 2] addition with a dienophile (parent diene) such as a substituted alkene or substituted alkyne. , And then a cross-linking site containing a heteroatom is removed to form a hydrocarbon group such as a benzene ring.
The example of the reaction format of (c) is shown.
[0027]
[Chemical 8]
[0028]
[Chemical 9]
[0029]
(C) includes the following groups.
(C-1) Cyclopenta in which one to three aromatic rings in the above (b-1) to (b-4) are substituted with a cyclopentadienone structure having the same valence or an aromatic hydrocarbon group A group replaced by a dienone structure,
(C-2) a group in which one to three aromatic rings (b-1) to (b-4) are replaced with a furan structure having the same valence or a furan structure substituted with an aromatic hydrocarbon group ,
(C-3) An oxazole structure in which one to three aromatic rings of the above ((b-1) to (b-4) are substituted with an oxazole structure or an aromatic hydrocarbon group having the same valence. Replaced group.
Specific examples of (c-1) to (c-3) include the following.
[0030]
[Chemical Formula 10]
[0031]
Embedded image
[0032]
In R 1 , a group in which a part of carbon atoms of a monovalent hydrocarbon group is replaced with a silicon atom is the following (d). These preferably have 20 or less carbon atoms.
(D) A group in which 1 to 10 carbon atoms of the groups (a-1) to (a-4) and (b-1) to (b-4) are replaced with silicon atoms. However, (d) contains at least one carbon.
In this case, replacement with silicon atoms is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 4.
Specific examples of (d) include the following groups in addition to trimethylsilyl group and tris (trimethylsilyl) silyl group.
[0033]
Embedded image
[0034]
Embedded image
[0035]
The following (e) is a group in which a part of carbon atoms of a monovalent group that can become a hydrocarbon group by Diels-Alder reaction and subsequent elimination reaction is replaced with a silicon atom as R 1 .
(E) A group in which 1 to 10 carbon atoms of the groups (c-1) to (c-3) are replaced with silicon atoms. However, (e) contains at least one carbon.
In this case, replacement with silicon atoms is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 6.
Examples of (e) include the following groups.
[0036]
Embedded image
[0037]
R 1 is arbitrarily selected from the above group.
Furthermore, at least one of R 1 of R 1 in the general formula (I) is at least one condition is satisfied is preferable among the following (i) ~ (iii).
(I) It has at least one carbon-carbon triple bond.
(Ii) It has at least one carbon-carbon double bond conjugated with an aromatic group.
(Iii) It has at least one aromatic ring having 10 or more carbon atoms.
[0038]
Condition (i) preferably has 1 to 8 triple bonds per T 8 structure (1 to 26 triples per T 26 structure), and more preferably 1 to 4 triple bonds. . Condition (ii) preferably has a carbon-carbon double bond conjugated to 1 to 16 aromatic groups or a carbon-nitrogen double bond conjugated to an aromatic group per T 8 structure. . More preferably, it is 1-4. As condition (iii), it is preferable to have 1 to 8 aromatic rings having 10 or more carbon atoms per T 8 structure. More preferably, it is 1-2.
Among these conditions, (i) and / or (ii) are more preferable.
R 1 is preferably selected in combination including (a-3) to (a-4), (b-2) to (b-4), and (c-1) to (c-3). It is more preferable to select a combination including (a-3), (b-2) to (b-3), and (c-1) to (c-3).
Moreover, the polymer of the (A) component used for this invention may be used independently, and may be used in mixture of 2 or more types. The amount of the component (A) polymer used is 40 to 100% by weight, preferably 60 to 100% by weight, based on the total weight of the insulating film forming material (excluding the solvent).
[0039]
Although the specific example of the repeating unit represented by general formula (I) which the polymer of the (A) component used for this invention has is shown below, it is not limited to these. The specific structure shown here can be synthesized by a method similar to the synthesis method described later and further by functional group conversion.
[0040]
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[0041]
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[0042]
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[0043]
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[0044]
In the above formulas (23) to (27), R a represents a hydrocarbon group that does not include an aromatic ring, and Ar and Ar ′ each represent a hydrocarbon group that includes an aromatic ring. In the group containing Ra and Ar which are substituents on Si, the positions of Si substituted with each other may be exchanged.
[0045]
Examples of the hydrocarbon group not containing an aromatic ring of Ra include a group such as (a-1). Examples of Ar and Ar ′ preferably include (b-1) to (b-3). And a phenyl group, a naphthyl group, a phenylene group, a naphthylene group, and the like.
[0046]
In the present invention, a resin other than the polymer of component (A) can be used in combination. Examples of resins that can be used in combination include ladder-type polysilsesquioxane resins, hydrolyzates and / or condensates of alkoxylane materials, polyarylene ethers, hydrocarbon polymers, and the like.
[0047]
The resin represented by the general formula (I) of the present invention is obtained by subjecting a trichlorosilane mixture substituted with a specific group as R 1 to hydrolysis-condensation under kinetic conditions according to a desired object. it can be prepared as a mixture comprising T 8 trisilanol precursor. For example, J. et al. Am. Chem. Soc. 1964.86, 1120, J.M. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 4313, ACS Polym. Mat. Sci. & Eng. Preprints 1998, 79, 389.
Also, after a resin, the substituents on the silicon atom may also be prepared by substituting the desired functional group R 1. Examples of the reaction include hydrosilylation using a platinum catalyst. Such reaction examples are also disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and the like. In addition, a known coupling reaction is preferably used.
[0048]
For example, it can be synthesized as follows.
[0049]
Embedded image
(When R 1 = CH 3 )
[0050]
Embedded image
[0051]
[Other additives]
Components such as colloidal silica, colloidal alumina, and organic polymer may be further added to the insulating film forming material of the present invention. Colloidal silica is, for example, a dispersion in which high-purity silicic acid is dispersed in the hydrophilic organic solvent. Usually, the average particle size is 5 to 30 mμ, preferably 10 to 20 mμ, and the solid content concentration is 10 to 10 μm. About 40% by weight. Examples of such colloidal silica include Nissan Chemical Industries, Ltd., methanol silica sol and isopropanol silica sol; Catalyst Chemical Industries, Ltd., Oscar. Examples of the colloidal alumina include Alumina Sol 520, 100 and 200 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd .; Alumina Clear Sol, Alumina Sol 10 and 132 manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd., and the like. As the organic polymer, for example, a compound having a polyalkylene oxide structure, a compound having a sugar chain structure, a vinylamide polymer, a (meth) acrylate compound, an aromatic vinyl compound, a dendrimer, polyimide, polyamic acid, polyarylene, polyamide, Examples thereof include polyquinoxaline, polyoxadiazole, and a fluorine-based polymer.
[0052]
[Method for Preparing Forming Material Using Resin Containing Structure of General Formula (I)]
The film-forming material of the present invention is dissolved in a solvent that dissolves each of the above components and applied onto a support. When preparing the film-forming forming material of the present invention, as described above, the resin having the structure of the formula (I) of the present invention and other components may be mixed as necessary, It is not limited.
[0053]
The following are suitable as the solvent used here. Ethylene dichloride, cyclohexanone, cyclopentanone, 2-heptanone, methyl isobutyl ketone, γ-butyrolactone, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol, dimethylimidazolidinone, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, 2-methoxy Ethyl acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), tetraethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, isopropanol, ethylene carbonate, acetic acid D Butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, propyl pyruvate, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone , Tetrahydrofuran, diisopropylbenzene, toluene, xylene, mesitylene and the like are preferable, and these solvents are used alone or in combination.
[0054]
Among these, preferable solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, 2-heptanone, cyclohexanone, γ-butyrolactone, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl. Ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene carbonate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, methyl isobutyl ketone, xylene, Mention may be made of mesitylene and diisopropylbenzene.
[0055]
The total solid content concentration of the forming material of the present invention thus obtained is preferably 2 to 30% by weight, and is appropriately adjusted according to the purpose of use. When the total solid content concentration of the forming material is 2 to 30% by weight, the film thickness of the coating film is in an appropriate range, and the storage stability is more excellent. The number average molecular weight of the resin having the structure represented by the formula (I) is usually about 500 to 5,000,000, preferably about 1,000 to 100,000. More preferably, it is about 2,000 to 20,000.
[0056]
When the insulating film forming material of the present invention thus obtained is applied to a substrate such as a silicon wafer, a SiO 2 wafer, or a SiN wafer, spin coating, dipping, roll coating, spraying, etc. Painting means are used.
[0057]
In this case, as a dry film thickness, it is possible to form a coating film having a thickness of about 0.05 to 1.5 μm by one coating and a thickness of about 0.1 to 3 μm by two coatings. Thereafter, it is dried at room temperature, or usually heated at a temperature of about 80 to 600 ° C. for about 5 to 240 minutes to dry, thereby forming an insulating film of vitreous or giant polymer or a hybrid thereof. be able to. As a heating method at this time, a hot plate, an oven, a furnace, or the like can be used, and a heating atmosphere is performed in the air, a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, a vacuum, a reduced pressure with a controlled oxygen concentration, or the like. Can do.
[0058]
More specifically, the insulating film forming material of the present invention is applied onto a substrate (usually a substrate having metal wiring) by, for example, spin coating, and a first heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. or lower. An insulating film having a low dielectric constant can be formed by drying the solvent and cross-linking a part thereof and then performing a second heat treatment (annealing) at a temperature higher than 300 ° C. and lower than 450 ° C. The reason why the first heat treatment is set to 300 ° C. or less is to make it easy to adjust the degree of crosslinking so that crosslinking does not proceed excessively, and the second heat treatment is performed at a temperature higher than 300 ° C. and not higher than 450 ° C. This is because this temperature range is generally convenient for annealing.
The first heat treatment can be performed in the air. Further, the degree of crosslinking may be adjusted in order to adjust the dielectric constant exhibited by the formed insulating film, and this degree of crosslinking can be adjusted by adjusting the heat treatment temperature and time.
[0059]
The interlayer insulating film thus obtained has excellent insulating properties, coating film uniformity, dielectric constant characteristics, coating film crack resistance, and coating film surface hardness, so that LSI, system LSI, DRAM, For applications such as interlayer insulation films for semiconductor elements such as SDRAM, RDRAM, D-RDRAM, protective films such as surface coating films for semiconductor elements, interlayer insulation films for multilayer wiring boards, protective films for liquid crystal display elements and insulation prevention films Useful.
[0060]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In the examples, “parts” and “%” indicate “parts by weight” and “% by weight”, respectively, unless otherwise specified. In addition, the evaluation of the film-forming material in the examples was measured as follows.
[0061]
[Weight average molecular weight (Mw)]
It measured by the gel permeation chromatography (GPC) method by the following conditions.
<Sample> Tetrahydrofuran was used as a solvent, and 0.01 g of a sample was prepared by dissolving in 2 cc of tetrahydrofuran.
<Standard polystyrene> Standard polystyrene TSK standard manufactured by Tosoh Corporation was used.
<Apparatus> High speed gel permeation chromatogram (HLC-8220GPC) manufactured by Tosoh Corporation
<Column> TSK-gel (GMX) manufactured by Tosoh Corporation
<Measurement temperature> 40 ° C. Flow rate: 1 cc / min
[In-plane uniformity]
The forming material was applied on a 6-inch silicon wafer using a spin coater under the conditions of a rotation speed of 1,500 to 2,500 rpm for 20 seconds. Thereafter, using a hot plate maintained at a temperature of 80 ° C., the silicon wafer on which the forming material was applied was heated for 5 minutes to scatter the organic solvent. Next, using a hot plate maintained at a temperature of 200 ° C., the silicon wafer coated with the film forming material was heated for 5 minutes to form a coating film on the silicon wafer. The film thickness of the coating film thus obtained was measured at 50 points within the coating film surface using an optical film thickness meter (Dainippon Screen, Lambda Ace). 3σ of the obtained film thickness was calculated and evaluated according to the following criteria.
○: 3σ of coating film is less than 80 nm ×; 3σ of coating film is 80 nm or more
[Crack resistance]
A forming material sample is applied onto a 6-inch silicon wafer by using a spin coating method, and the substrate is dried on a hot plate at 80 ° C. for 5 minutes and at 200 ° C. for 5 minutes, and further in an oven at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere. The substrate was baked for 60 minutes. The appearance of the obtained coating film was observed with a pocket micro loupe (50 times) manufactured by Peak Corporation, and evaluated according to the following criteria. Moreover, PCT (JDECJESD22-A102-B condition: 121 ° C. 100% RH 15 psig) was performed for 96 hours, and the evaluation was performed according to the same criteria.
○: No cracks are observed on the coating surface.
X: Cracks are observed on the coating film surface.
[0064]
[Dielectric constant]
A forming material sample is applied onto a 6-inch silicon wafer by using a spin coating method, and the substrate is dried on a hot plate at 80 ° C. for 5 minutes and at 200 ° C. for 5 minutes, and further in an oven at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere. The substrate was baked for 60 minutes. Aluminum was vapor-deposited on the obtained substrate to produce a dielectric constant evaluation substrate. The dielectric constant was calculated from the capacitance value at 10 kHz using an HP16451B electrode and HP4284A Precision LCR meter manufactured by Yokogawa-Hewlett-Packard Co., Ltd. or Solartron's system 1296/1260. Further, PCT (JDECJESD22-A102-B condition: 121 ° C., 100% RH, 15 psig) was performed for 96 hours, and then measurement and calculation were performed.
[0065]
Synthesis example 1
<Synthesis of polymer (I-5)>
25 g of phenyltrichlorosilane was dissolved in 40 ml of toluene. While stirring this solution, 64 ml of water was added and reacted at 23 ° C. with stirring for 2 hours. After the reaction, the aqueous layer was removed, and the toluene layer was washed with water. Toluene was distilled off under reduced pressure at 23 ° C. to obtain a polymer (I-5) having Mw (weight average molecular weight) 6500.
[0066]
Synthesis example 2
30 g of a 10/3 molar ratio mixture of ethyltrichlorosilane / 4bromophenyltrichlorosilane was dissolved in 200 ml of toluene, and 10 g of water was added dropwise. Thereafter, the reaction solution was stirred at 40 ° C. for 12 hours. The reaction mixture was cooled and concentrated under reduced pressure, and the resulting solid was purified by chromatogram to obtain intermediate (A). Yield 80%.
[0067]
Embedded image
[0068]
Subsequently, an intermediate (A) and an equivalent terminal tin salt of phenylacetylene were dissolved in THF, and a compound having a triple bond was obtained by a coupling reaction using zerovalent palladium as a catalyst. The solid obtained by processing in a conventional manner was chromatogram purified to obtain Sample A-1 (25 g: Mw 14,000).
[0069]
Embedded image
[0070]
Similarly, 2-phenylfuran was reacted to synthesize a sample (A-2: Mw 9,000).
[0071]
Embedded image
[0072]
Example 1
A solution obtained by dissolving 5 g of the sample (A-1) obtained in Synthesis Example 2 in 45 g of a diisopropylbenzene / cyclohexanone / propylene glycol monomethyl ether mixed solvent was filtered with a Teflon filter having a pore size of 0.2 μm, and silicon was spin-coated. It was applied on the wafer. The film thickness of the obtained coating film was 700 nm, and 3σ was as good as 40 nm. When the maximum film thickness at which cracks did not occur was evaluated by changing the film thickness of the coating film, it showed excellent crack resistance of 1,400 nm. Moreover, when the dielectric constant of the coating film was evaluated, it showed a very low dielectric constant of 2.63.
[0073]
Example 2
The coating film was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the sample (A-1) added with 10% polymer (I-5) was used. The evaluation results are shown in Table 1.
Example 3
The coating film was evaluated in the same manner as in Example 1 except that 5 g of the sample (A-1) / sample (A-2) weight ratio 1/1 mixture was used. The amount of solvent was adjusted. The evaluation results are shown in Table 1.
[0074]
Examples 4-6
Sample (A-1) / diphenylacetylene, sample (A-2) / diphenylacetylene and sample (A-1) / polymer (I-5) / diphenylacetylene in a weight ratio of about 8/1/1 g The coating film was evaluated in the same manner as in Example 1 except that it was used. The amount of solvent was adjusted appropriately. The evaluation results are shown in Table 1.
[0075]
[Table 1]
[0076]
As a comparative example, an insulating film prepared in the same manner as in Example 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 11-40554 was evaluated in the same manner as the insulating film in Example 1. As a result, the dielectric constant was 2.80. An increase of 3.20 was observed.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, by including an organopolysiloxane (polysilsesquioxane) having a specific cage structure, the coating film has excellent balance of thickness uniformity, crack resistance, dielectric constant characteristics, and the like. A film-forming material (interlayer insulating film material) can be provided.
