JP2005190828A - Porous material and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous material, having a continuous pore structure in it, high in heat resistance, flexibility, and dimensional stability. <P>SOLUTION: This porous material contains a cross-linking structural body by metal-oxygen bond and a carbon atom covalently bonded to the cross-linking structure and has the condition, in which a void is closed or opened on its surface by adjusting the numerical aperture of the void on the surface, and has the continuous pore structure in which the voids are continuously connected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多孔質体、その製造方法、これを用いた燃料電池の製造方法および燃料電池に関する。   The present invention relates to a porous body, a method for producing the same, a method for producing a fuel cell using the same, and a fuel cell.

近年、ゾルゲル反応を用いたサブミクロンオーダーの空孔をもつ多孔質体が、燃料電池のプロトン伝導性膜、電極に、半導体装置の層間絶縁膜などに用いられる低誘電率薄膜として、注目されている   In recent years, porous bodies with pores on the order of submicron using a sol-gel reaction have been attracting attention as low-permittivity thin films used for proton conductive films and electrodes in fuel cells and interlayer insulation films in semiconductor devices. Have

例えば、プロトン伝導性膜は、アノードで生じたプロトンをカソード側に伝える役目を持つ。このプロトンの移動は、電子の流れと協奏的に起こるものである。すなわち、PEFCにおいて、高い出力すなわち高い電流密度を得るためには、プロトン伝導を十分な量、高速に行なう必要がある。従って、プロトン伝導性膜の性能がPEFCの性能を決めてしまうキーマテリアルといっても過言ではない。また、プロトン伝導性膜は、プロトンを伝導するだけではなく、アノードとカソードの電気絶縁をする絶縁膜としての役割と、アノード側に供給される燃料がカソード側に漏れないようにする燃料バリア膜としての役割も併せ持つ。   For example, the proton conductive membrane has a role of transmitting protons generated at the anode to the cathode side. This proton movement occurs in concert with the flow of electrons. That is, in PEFC, in order to obtain a high output, that is, a high current density, it is necessary to perform proton conduction at a sufficient amount and at a high speed. Therefore, it is no exaggeration to say that the performance of the proton conductive membrane is a key material that determines the performance of PEFC. The proton conductive membrane not only conducts protons but also serves as an insulating film that electrically insulates the anode and cathode, and a fuel barrier membrane that prevents fuel supplied to the anode from leaking to the cathode Also has a role as.

また、燃料電池のプロトン伝導性膜として、従来から用いられているナフィオン(登録商標)は、柔軟性はもつものの耐熱性が十分でないため、80℃以上では使用できないという問題がある。しかしながら発電効率を上げるためには80℃以上での使用が望ましく、耐熱性を向上するために架橋構造を有する材料が提案されている。例えば、多孔質体からなる支持体に伝導剤を添加するものは、機械的強度を向上し、熱水による膨潤を防ぐという点で利点があるが、伝導剤と支持体との界面に、温度変化による応力が繰り返し作用すると、界面剥離や破壊に至る可能性がある。
さらにまた、この場合、柔軟性が十分でないために、電極との接合体を製造する際、燃料電池に組み込む際、あるいは燃料電池作動の際などに、破損が生じ易いという問題があった。
Further, Nafion (registered trademark), which has been conventionally used as a proton conductive membrane of a fuel cell, has a problem that it cannot be used at 80 ° C. or higher because it has flexibility but has insufficient heat resistance. However, it is desirable to use at 80 ° C. or higher in order to increase the power generation efficiency, and materials having a crosslinked structure have been proposed in order to improve heat resistance. For example, the addition of a conductive agent to a support made of a porous material has advantages in terms of improving mechanical strength and preventing swelling due to hot water, but at the interface between the conductive agent and the support, If the stress due to the change acts repeatedly, it may lead to interfacial peeling or destruction.
Furthermore, in this case, since the flexibility is not sufficient, there has been a problem that damage is likely to occur when a joined body with an electrode is manufactured, incorporated into a fuel cell, or when a fuel cell is operated.

また、コンピュータなどの電子機器の著しい進展に伴い、半導体装置の微細化による高速化、軽量小型化、低消費電力化への要求が高まっている。これらの要求に応えて、近年ULSI(超大規模集積回路)での微細化、高集積化が進められており、この実現手段のひとつに、マイクロプロセッサなどの配線多層化による高集積化があげられる。   Further, along with remarkable progress of electronic devices such as computers, there are increasing demands for higher speed, lighter weight, and lower power consumption due to miniaturization of semiconductor devices. In response to these demands, miniaturization and high integration in ULSI (ultra-large scale integrated circuit) have been promoted in recent years, and one of the means for realizing this is high integration by multilayer wiring such as a microprocessor. .

そしてこの配線多層化におけるもっとも大きな課題が層間絶縁膜の機能の向上である。層間絶縁膜には、高絶縁性、配線間容量の低減、微細な配線スペースへの確実な成膜、表面の平坦化などの高機能が要求され、種々の検討がなされてきており、なかでも密着性および機械的強度の向上と低誘電率化は大きな課題である。
このように燃料電池のプロトン伝導性膜においても半導体装置の層間絶縁膜においても、機械的強度が高く、空孔率が高い多孔質体が求められている。
And the biggest problem in this multilayer wiring is improvement of the function of the interlayer insulating film. Interlayer insulation films are required to have high functions such as high insulation, reduction of inter-wiring capacitance, reliable film formation in fine wiring spaces, and surface flattening, and various studies have been made. Improvement of adhesion and mechanical strength and reduction of dielectric constant are major issues.
As described above, there is a demand for a porous body having high mechanical strength and high porosity in both the proton conductive film of the fuel cell and the interlayer insulating film of the semiconductor device.

このような状況の中で、例えば、実質的にガラス又はガラスセラミックスよりなり、孔径500nm以上で3次元網目状に連続した貫通孔と、この貫通孔の内壁面に形成された孔径5〜100nmの細孔とを有し、細孔の全容積が10m3/t以下であって、全体に
対して貫通孔の占める容積率が20〜90%望ましくは50〜80%で、全気孔中の細孔の占める容積率が10%以上望ましくは50%以上であることを特徴とする無機系多孔質体が提案されている(特許文献1)。
In such a situation, for example, it is substantially made of glass or glass ceramics, and has a hole diameter of 500 nm or more and a three-dimensional network-like continuous through hole, and a hole diameter of 5 to 100 nm formed on the inner wall surface of the through hole. The total volume of the pores is 10 m 3 / t or less, and the volume ratio of the through-holes to the whole is 20 to 90%, preferably 50 to 80%. An inorganic porous material characterized in that the volume ratio occupied by the pores is 10% or more, preferably 50% or more has been proposed (Patent Document 1).

この多孔質体は、有機物を含む溶媒と相分離させ、有機物を焼き切るもので、カラム状をなしており、柔軟性が十分でない。   The porous body is phase-separated from a solvent containing an organic substance and burns out the organic substance, has a column shape, and is not flexible enough.

また、(1)テトラアルコキシシラン、(2)ジアルコキシシランおよびトリアルコキシシランからなる群より選ばれた少なくとも1種のシラン化合物、および(3)ポリエチレンオキシド(ポリエチレングリコール)、ポリプロピレングリコールおよびポリビニルアルコールからなる群より選ばれた少なくとも1種の有機高分子化合物、を含有する液を無機質繊維の織布または不織布基材に含浸させ、これを焼成することによって得られる無機系多孔質プレートが提案されている(特許文献2)。   And (1) tetraalkoxysilane, (2) at least one silane compound selected from the group consisting of dialkoxysilane and trialkoxysilane, and (3) polyethylene oxide (polyethylene glycol), polypropylene glycol and polyvinyl alcohol. There has been proposed an inorganic porous plate obtained by impregnating a woven or non-woven substrate of inorganic fibers with a liquid containing at least one organic polymer compound selected from the group consisting of, and firing it. (Patent Document 2).

上記構造によっても無機質のため、可撓性が十分でない。
このような状況の中で、燃料電池用プロトン伝導性膜においても半導体装置用の層間絶縁膜においても、柔軟性と耐熱性をあわせ持つ多孔質体が求められている。
Even with the above structure, the material is inorganic and therefore is not flexible enough.
Under such circumstances, there is a demand for a porous body having both flexibility and heat resistance in both the proton conductive film for fuel cells and the interlayer insulating film for semiconductor devices.

特開平6−265534号公報JP-A-6-265534 特開2003−192464号公報JP 2003-192464 A

このように従来の多孔質体では、耐熱性と柔軟性を併せ持つ多孔質体を得ることができなかった。また、層間絶縁膜等の半導体装置用として実用に供し得る程度の物性値をもたせようとすると、十分に誘電率を下げることができず、また、柔軟性を上げようとすると、耐熱性あるいは機械的強度が充分に得られないという問題があった。   Thus, with the conventional porous body, a porous body having both heat resistance and flexibility could not be obtained. In addition, if an attempt is made to provide a physical property value that can be practically used for a semiconductor device such as an interlayer insulating film, the dielectric constant cannot be lowered sufficiently, and if an attempt is made to increase flexibility, heat resistance or mechanical There was a problem that sufficient strength could not be obtained.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、用途に応じた空孔状態および表面状態をもつ多孔質体を提供することにある。
また、耐熱性と柔軟性を併せ持つ多孔質体を提供することにある。
This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the porous body which has the void | hole state and surface state according to a use.
Another object is to provide a porous body having both heat resistance and flexibility.

そこで本発明の多孔質体は、表面で空孔を塞いだり、空孔を開放状態にしたりすることにより、用途に応じた特性を提供するものである。
本発明の多孔質体は、金属−酸素結合による架橋構造を有し、当該架橋構造によって形成された空孔が連続的につながった連続細孔構造を有し、少なくとも前記空孔が前記多孔体の一主面側で開口していることを特徴とする。
また本発明の多孔質体は、前記空孔が前記多孔質体の両面で開口していることを特徴とする。
また本発明の多孔質体は、前記空孔が前記多孔質体の一方の面で開口し、他方の面で閉じていることを特徴とする。
Therefore, the porous body of the present invention provides characteristics according to the application by closing the pores on the surface or opening the pores.
The porous body of the present invention has a cross-linked structure by a metal-oxygen bond, has a continuous pore structure in which pores formed by the cross-linked structure are continuously connected, and at least the pores are the porous body. It is characterized by opening on one main surface side.
The porous body of the present invention is characterized in that the pores are open on both sides of the porous body.
The porous body of the present invention is characterized in that the pores are opened on one surface of the porous body and closed on the other surface.

かかる構成によれば、空孔が内部で連続的に繋がった連続細孔構造をもつ多孔質体を提供することができる。このため、耐熱性および柔軟性が高くかつ、細孔が三次元方向で共連続(bicontinuous)となっていることを活用し、空孔を表面で塞ぐか開放するかによって膜特性を容易に調整することができる。この空孔は多孔質体の厚さ方向に連続した構造をとるのが好ましい。例えば両面または片面を開放することにより、一旦吸湿したとしても、細孔が共連続であるため、水分の排出が容易である。従って耐湿性も高い。なお、この共連続(bicontinuous)構造とは、数学的にはギロイドもしくは二重ギロイド(Double
Gyroids)とも表現でき、構造物自体と空孔がそれぞれ連続的につながっていることを意味するものである。(参考文献:SCIENCE p1716, Vol.286, 26 Nov.1999)
According to such a configuration, it is possible to provide a porous body having a continuous pore structure in which pores are continuously connected inside. This makes it easy to adjust the membrane characteristics depending on whether the pores are blocked or opened by utilizing the fact that the pores are bicontinuous in three dimensions, with high heat resistance and flexibility. can do. The pores preferably have a continuous structure in the thickness direction of the porous body. For example, by opening both sides or one side, the moisture is easily discharged because the pores are co-continuous even if moisture is absorbed once. Therefore, the moisture resistance is also high. Note that this bicontinuous structure is mathematically a gyroidal or double giloid.
Gyroids), which means that the structure itself and the holes are connected continuously. (Reference: SCIENCE p1716, Vol.286, 26 Nov.1999)

さらにまた、柔軟性が高いため、温度変化に際しても、機械的衝撃に対する緩衝作用も大きく、温度変化を受けやすい場所でも信頼性の高い構造体あるいは構造体薄膜を提供することが可能となる。
また、十分な架橋密度を有する多孔質体であるため、環境変化に対する大きな寸法変化が見られず、強度変化も少ない。
また、機械的強度を維持しつつ、空孔率の高い構造体あるいは構造体薄膜を提供することができる。
さらに前記空孔が前記多孔質体の一方の面で開口し、他方の面で閉じている場合には、上記効果に加えて、片面が閉じているためより機械的強度の向上をはかることができる。
Furthermore, since the flexibility is high, a buffering effect against a mechanical shock is great even when the temperature changes, and it is possible to provide a highly reliable structure or structure thin film even in a place where the temperature easily changes.
Moreover, since it is a porous body having a sufficient crosslinking density, a large dimensional change with respect to the environmental change is not seen, and the strength change is small.
In addition, a structure or a structure thin film having a high porosity can be provided while maintaining mechanical strength.
Further, when the pores are opened on one surface of the porous body and closed on the other surface, in addition to the above effects, the mechanical strength can be further improved because one surface is closed. it can.

なお、この構造では、架橋構造体を構成する多孔質体(骨格構造)の組成を調整することにより、膜の機械的強度を維持したまま、空孔率を調整し、容易に誘電率を調整することが可能である。
また、空孔率の高い構造をとり、空気の誘電率は低いためフッ素を添加したりするよりもさらに低い誘電率を得ることができ、大幅な低誘電率化をはかることが可能となる。
加えて、この膜は、種々の機能性材料を空隙に充填することにより、所望の機能性膜として適用可能である。例えば燃料電池用のプロトン伝導性材料を充填したものは、プロトン伝導性、耐熱性の他、燃料バリア性、柔軟性等の力学物性に優れたものとなる。
In this structure, by adjusting the composition of the porous body (skeleton structure) that constitutes the crosslinked structure, the porosity can be adjusted and the dielectric constant can be easily adjusted while maintaining the mechanical strength of the film. Is possible.
Further, since the structure has a high porosity and the dielectric constant of air is low, a dielectric constant lower than that of adding fluorine can be obtained, and the dielectric constant can be greatly reduced.
In addition, this film can be applied as a desired functional film by filling the voids with various functional materials. For example, a material filled with a proton conductive material for a fuel cell has excellent mechanical properties such as fuel barrier properties and flexibility in addition to proton conductivity and heat resistance.

また本発明の多孔質体は、金属−酸素結合による架橋構造を有し、当該架橋構造によって形成された空孔が連続的につながった連続細孔構造を有し、少なくとも前記空孔が前記多孔体の両面で閉じていることを特徴とする。
この構成により、両面に空孔を持たず、内部の連続細孔が外部から遮断された多孔質体を得ることができるため、撥水性と、高度の空孔率と耐熱性、柔軟性、寸法安定性を併せ持つ多孔質体を得ることができる。この構造は、誘電率が低く、耐熱性、可撓性、機械的特性、耐湿性に優れ、例えば層間絶縁膜として利用可能である。
In addition, the porous body of the present invention has a cross-linked structure by a metal-oxygen bond, has a continuous pore structure in which pores formed by the cross-linked structure are continuously connected, and at least the pores are porous. It is characterized by being closed on both sides of the body.
With this configuration, it is possible to obtain a porous body that does not have pores on both sides and the internal continuous pores are blocked from the outside, so that water repellency, high porosity and heat resistance, flexibility, dimensions A porous body having both stability can be obtained. This structure has a low dielectric constant, excellent heat resistance, flexibility, mechanical properties, and moisture resistance, and can be used as, for example, an interlayer insulating film.

また、本発明の多孔質体では、空孔率40〜80%の範囲にあるため、機械的強度と柔軟性を適度に備えている。また誘電率についても低く抑えることができる。なお、空孔率は20〜90%の範囲であれば、使用形態によっては十分に適用可能である。これより空孔率が小さいと十分な柔軟性を得ることができない。また大きいと機械的強度が不足する。望ましくは空孔率30〜90%、さらに望ましくは空孔率40〜80%である。空孔率50〜60%としたとき、機械的強度と柔軟性を併せ持つ高品質の多孔質体を得ることができる。さらに、空孔率が小さすぎる場合には、所望の機能を発現すべき空孔量が確保できない。   In addition, since the porous body of the present invention has a porosity in the range of 40 to 80%, it has adequate mechanical strength and flexibility. Also, the dielectric constant can be kept low. In addition, if the porosity is in the range of 20 to 90%, it can be sufficiently applied depending on the form of use. If the porosity is smaller than this, sufficient flexibility cannot be obtained. On the other hand, if it is large, the mechanical strength is insufficient. The porosity is preferably 30 to 90%, and more preferably 40 to 80%. When the porosity is 50 to 60%, a high-quality porous body having both mechanical strength and flexibility can be obtained. Furthermore, when the porosity is too small, it is not possible to secure the amount of pores that should exhibit the desired function.

また、本発明の多孔質体は、空孔の孔径が平均0.001〜1μmの範囲にあるものを含む。
この構成により、空孔の平均径が0.001μmから1μmであれば、安定な構造体を得ることができる。空孔の孔径が0.001μmに満たないときは、十分な空孔率を得ることができる程度の密度で空孔を形成するのは困難であり、一方1μmを越えたときは機械的強度が低下する。
また燃料電池用途に使用する場合には、空孔の孔径が平均0.05〜5μmの範囲が望ましい。0.05μmに満たないときは、充填剤が十分に充填し得ず、また5μmを越えたときは機械的強度が低下する。さらに望ましくは0.1〜1μmとするのが、望ましく、安定で優れたプロトン伝導性膜や電極を形成することができる。
また層間絶縁膜などの半導体用途に使用する場合には、空孔の孔径が平均0.0005〜0.1μmの範囲が望ましい。0.0005μmに満たないときは、十分な空孔率を得ることができず十分に低い誘電率を得ることができない。一方0.1μmを越えたときは機械的強度が低下する。更に望ましくはこの空孔の孔径は、0.001〜0.01μmの
範囲が望ましい。孔径の平均径が、0.005μm程度、空孔率70%、誘電率1.9弱程度が安定な構造体となり、層間絶縁膜として最適である。
以上のように、空孔径が小さすぎる場合には、所望の機能を発現すべき空孔率が確保できず、大きすぎるときには機械的強度が低下する。
Further, the porous body of the present invention includes those in which the pore diameter is in the range of 0.001 to 1 μm on average.
With this configuration, a stable structure can be obtained if the average diameter of the pores is 0.001 μm to 1 μm. When the hole diameter is less than 0.001 μm, it is difficult to form the holes with a density sufficient to obtain a sufficient porosity, while when the hole diameter exceeds 1 μm, the mechanical strength is low. descend.
Moreover, when using for a fuel cell use, the range of the hole diameter of an average hole of 0.05-5 micrometers is desirable. When it is less than 0.05 μm, the filler cannot be sufficiently filled, and when it exceeds 5 μm, the mechanical strength is lowered. More preferably, the thickness is 0.1 to 1 μm, and a stable and excellent proton conductive membrane or electrode can be formed.
Further, when used for semiconductor applications such as an interlayer insulating film, the average hole diameter is preferably in the range of 0.0005 to 0.1 μm. When it is less than 0.0005 μm, a sufficient porosity cannot be obtained and a sufficiently low dielectric constant cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 0.1 μm, the mechanical strength decreases. More preferably, the pore diameter is preferably in the range of 0.001 to 0.01 μm. An average pore diameter of about 0.005 μm, a porosity of 70%, and a dielectric constant of about 1.9 is a stable structure, which is optimal as an interlayer insulating film.
As described above, when the pore diameter is too small, the porosity for expressing the desired function cannot be secured, and when it is too large, the mechanical strength is lowered.

また、本発明の多孔質体は、次式(1)で示される構造体であるものを含む。

Figure 2005190828
(式中、Mは金属又はシリコン、xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、Rは炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基であり、Rはメチル、エチル、プロピル、又はフェニル基のいずれかの基を表し、n,nは0,1,または2のいずれかであり、n,nの少なくともひとつが1または2である) Moreover, the porous body of this invention contains what is a structure shown by following formula (1).
Figure 2005190828
(In the formula, M is a metal or silicon, x is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, R 1 is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and R 2 is methyl or ethyl. , Propyl, or phenyl group, n 1 , n 2 are either 0, 1, or 2, and at least one of n 1 , n 2 is 1 or 2)

かかる構造によれば、十分な柔軟性および機械的強度を併せ持つ多孔質体を得ることができる。また、誘電率としては、2.0以下の値を得ることができ、曲げに対しても損傷はみられず、また耐熱性についても良好であった。   According to such a structure, a porous body having sufficient flexibility and mechanical strength can be obtained. Moreover, as a dielectric constant, a value of 2.0 or less could be obtained, no damage was observed against bending, and the heat resistance was good.

ここで、炭素数が50より大きくなると架橋不十分となり、耐熱性および機械的特性を見込むことができなくなる。また、Rが何らかのヘテロ原子を有していた場合には、酸あるいは熱による切断の可能性があるが、炭化水素化合物はこれら酸あるいは熱による攻撃を受けにくく極めて安定である。ここで炭化水素基としては、アルキレン鎖、含芳香族鎖などがあげられる。 Here, when the number of carbon atoms exceeds 50, crosslinking is insufficient, and heat resistance and mechanical properties cannot be expected. In addition, when R 1 has some kind of heteroatom, it may be cleaved by acid or heat, but the hydrocarbon compound is extremely stable because it is not easily attacked by these acid or heat. Examples of the hydrocarbon group include an alkylene chain and an aromatic chain.

また望ましくはこの多孔質体において、前記Mはシリコンである。
かかる構成によれば、これらは強酸、高温高湿度環境下でも安定であるという効果がある。また、シリコンは半導体装置中で悪影響を与えることがないため、有効である。
Desirably, in the porous body, M is silicon.
According to such a configuration, these have the effect of being stable even in a strong acid, high temperature and high humidity environment. Silicon is effective because it does not adversely affect the semiconductor device.

なおこの金属−酸素結合としては、シリコン酸素結合の他、アルミニウム−酸素結合、チタン−酸素結合、ジルコニウム−酸素結合などの場合も有効であり、これらは強酸、高温高湿度環境下でも安定である。   This metal-oxygen bond is effective in the case of an aluminum-oxygen bond, a titanium-oxygen bond, a zirconium-oxygen bond, etc. in addition to a silicon oxygen bond, and these are stable even in a strong acid, high temperature and high humidity environment. .

また、シリコン−酸素結合を主として使用し、金属−酸素結合あるいはリン−酸素結合、ホウ素−酸素結合などを併用してもよい。シリコンと金属元素などとの原子比率は全金属原子100モル%とした場合、50モル%以上であるようにするのが望ましい。     Further, silicon-oxygen bonds are mainly used, and metal-oxygen bonds, phosphorus-oxygen bonds, boron-oxygen bonds, or the like may be used in combination. The atomic ratio between silicon and metal elements is preferably 50 mol% or more when the total metal atoms are 100 mol%.

また本発明の多孔質体は、前記式(1)におけるRが炭化水素基であるものを含む。 The porous body of the present invention includes those in which R 1 in the formula (1) is a hydrocarbon group.

が炭化水素基であることにより、柔軟化、膜物性を制御する分子鎖であり、炭素原子がない場合には不安定である。 Since R 1 is a hydrocarbon group, it is a molecular chain that controls flexibility and film properties, and is unstable when there are no carbon atoms.

また、前記炭化水素基は、次式(2)で示される構造体であるのが望ましい。

望ましくは、前記式(2)におけるnは1〜20の範囲にあるようにする。

Figure 2005190828
The hydrocarbon group is preferably a structure represented by the following formula (2).

Desirably, n in the formula (2) is in the range of 1-20.
Figure 2005190828

に分岐がある場合には、架橋間を結ぶ結合が切断される可能性がある。また芳香族化合物を有している場合には主としてベンジル位が活性点となって分解や反応が生じ、膜としての安定性が劣る可能性があり、誘電率も上がってしまう。これに対し本発明の上記構成では、Rが直鎖状のポリメチレン鎖であるため、種々の外的因子に対して安定であり、炭化水素鎖の疎水性により、作成される膜の耐湿特性が向上して絶縁膜として有効となる。 When R 1 has a branch, the bond connecting the bridges may be broken. In addition, when an aromatic compound is contained, decomposition or reaction occurs mainly due to the benzyl position as an active site, the stability as a film may be inferior, and the dielectric constant increases. On the other hand, in the above configuration of the present invention, since R 1 is a linear polymethylene chain, it is stable against various external factors, and the moisture resistance characteristics of the film to be produced due to the hydrophobicity of the hydrocarbon chain. Becomes effective as an insulating film.

また、安定性のみならず、直鎖状ポリメチレン鎖が屈曲可能な構造であるために、膜に適度の柔軟性を付与することが可能であり、緻密性などの調整も可能である。これら調整は主としてポリメチレン鎖の分子長を調整することによって達成可能である。   In addition to the stability, since the linear polymethylene chain is a bendable structure, it is possible to impart an appropriate flexibility to the film and to adjust the denseness and the like. These adjustments can be achieved mainly by adjusting the molecular length of the polymethylene chain.

またポリメチレン鎖の両末端にシリコン−酸素架橋を導入するための原料としては、種々のビス(加水分解性シリル)ポリメチレンが知られており、例えばポリメチレンがエチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、ノナメチレンのものは市販されている(ゲレスト社製:Gelest)。   As raw materials for introducing silicon-oxygen bridges at both ends of the polymethylene chain, various bis (hydrolyzable silyl) polymethylenes are known. For example, polymethylene is ethylene, hexamethylene, octamethylene, nonamethylene Is commercially available (Gelest).

また、この他、両末端が不飽和結合となっている1,3−ブタジエンや、1,9−デカジエン、1,13−テトラデカジエンなどにヒドロシリル化反応を行なうことにより、Rがテトラメチレン、デカメチレン、テトラデカメチレンに対応する原料を容易に合成することができ、炭素数が20までのポリメチレン鎖であればいずれも合成可能である。 In addition, a hydrosilylation reaction is performed on 1,3-butadiene, 1,9-decadiene, 1,13-tetradecadiene, etc. having unsaturated bonds at both ends, so that R 1 is tetramethylene. The raw materials corresponding to decamethylene and tetradecamethylene can be easily synthesized, and any polymethylene chain having up to 20 carbon atoms can be synthesized.

さらにまたポリメチレンの分子長として、上述したように1〜20が望ましく、耐熱性、柔軟性、耐水性いずれに対しても満足できる性能を示すことができる。特に分子長が10前後のものがよい。   Furthermore, the molecular length of polymethylene is preferably 1 to 20 as described above, and can exhibit satisfactory performance with respect to any of heat resistance, flexibility, and water resistance. In particular, those having a molecular length of around 10 are preferred.

また、前記式(1)におけるRはオクタメチレン、Rはメチル基であり、次式(3)であらわされる構造体であるのが望ましい。

Figure 2005190828
式中、xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n,nは0,1,または2のいずれかであり、n,nの少なくともひとつが1または2である。 In the formula (1), R 1 is octamethylene and R 2 is a methyl group, and it is desirable that the structure be represented by the following formula (3).
Figure 2005190828
In the formula, x is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, n 1 and n 2 are either 0, 1, or 2, and at least one of n 1 and n 2 is 1 or 2. is there.

これにより、メチレンが8連鎖した構造体であるため、さらに原料を容易に入手することができる。   Thereby, since it is a structure in which methylene is linked in eight, the raw material can be easily obtained.

これらポリメチレンの両末端にSi−O架橋構造を有する構造体は、絶縁体の基本架橋構造体として極めて安定かつ有用である。この多孔質体は、複数の種類の分子を混合したものであってもよい。例えば、n=1の多孔質体と、n=2の多孔質体とを混合して用いることにより、架橋密度等の調整が可能であり、その結果、膜の空隙構造、柔軟性などを調整することが可能となる。 A structure having Si—O crosslinked structures at both ends of these polymethylenes is extremely stable and useful as a basic crosslinked structure of an insulator. This porous body may be a mixture of a plurality of types of molecules. For example, it is possible to adjust the crosslink density and the like by mixing and using a porous body of n 1 = 1 and a porous body of n 2 = 2. As a result, the void structure of the film, flexibility, etc. Can be adjusted.

また有機鎖長、置換基の種類などの異なった有機無機複合構造体を混合することによっても物性の調整が可能となる。   The physical properties can also be adjusted by mixing organic-inorganic composite structures having different organic chain lengths and types of substituents.

本発明の多孔質体の製造方法は、金属―酸素結合の架橋性材料と、溶媒と、触媒とを含む混合物を調製する工程と、前記混合物を基体上に供給する工程と、前記混合物を前記基体上でゾルゲル反応させ、金属−酸素結合による架橋構造を有し、当該架橋構造によって形成された空孔が連続的につながった連続細孔構造を有する多孔質体を形成する工程とを含み、前記混合物を前記基体上に供給する工程に先立ち、前記多孔質体と前記基体との界面における前記空孔の開口状態が所望の状態となるように、前記混合物の組成または前記基体の表面状態を調整する工程を含むことを特徴とする。
この方法によれば、溶媒と基体との親和性(濡れ性)を接触角の調整によって制御することにより空孔の表面状態を開孔状態とするか閉孔状態とするかを容易に調整することができ、効率よく所望の多孔質体を得ることができる。
すなわち、架橋基を有する材料と溶媒からなる混合物をゾルゲル反応させると重縮合により架橋体が形成され、その分子量が徐々に増加していく。そして分子量が増加すると、溶媒に可溶であった状態から、不溶の状態になる相分離に向かって進行するが、ある分子量のとき重合物が三次元網目状に連続的につながった状態と溶媒が同じく3次元的につながった状態(共連続構造)を形成する。
この状態は過渡的なもので溶媒量、触媒濃度、水量によりこの構造を形成したちょうどそのときにゲル化により構造を凍結できる条件にあわせている。ここで重合物と溶媒とが分離する際、基体を親溶媒性にすると、基体表面で重合物と溶媒との相分離が可能となり、開口する、
一方、基体を撥溶媒性にすると基体表面で相分離が起こらず、重合物の皮膜ができ、開口しないことになる。
The method for producing a porous body of the present invention includes a step of preparing a mixture containing a metal-oxygen bond crosslinkable material, a solvent, and a catalyst, a step of supplying the mixture onto a substrate, and the mixture as described above. Forming a porous body having a continuous pore structure in which a sol-gel reaction is performed on a substrate, having a crosslinked structure due to a metal-oxygen bond, and pores formed by the crosslinked structure are continuously connected, and Prior to the step of supplying the mixture onto the substrate, the composition of the mixture or the surface state of the substrate is adjusted so that the open state of the pores at the interface between the porous body and the substrate becomes a desired state. And a step of adjusting.
According to this method, by controlling the affinity (wetting property) between the solvent and the substrate by adjusting the contact angle, it is easy to adjust whether the surface state of the pores is an open state or a closed state. And a desired porous body can be obtained efficiently.
That is, when a mixture of a material having a crosslinking group and a solvent is subjected to a sol-gel reaction, a crosslinked product is formed by polycondensation, and its molecular weight gradually increases. As the molecular weight increases, the solvent progresses from a state soluble in the solvent toward a phase separation that becomes insoluble, but at a certain molecular weight, the polymer is continuously connected in a three-dimensional network and the solvent. Form a three-dimensionally connected state (co-continuous structure).
This state is transitional, and is adjusted to the condition that the structure can be frozen by gelation at the same time when this structure is formed by the amount of solvent, catalyst concentration, and amount of water. Here, when the polymer and the solvent are separated, if the substrate is made solvophilic, the polymer and the solvent can be phase-separated on the surface of the substrate, and the substrate opens.
On the other hand, when the substrate is made to have solvent repellency, phase separation does not occur on the surface of the substrate, a polymer film is formed, and no openings are formed.

また本発明の多孔質体の製造方法は、前記供給する工程に先立ち、前記ゾルゲル反応により生成された重合物と前記溶媒との相分離が、前記基体表面で起こるように、前記基体表面を親溶媒性にすることを特徴とする。
すなわち、重合物、溶媒、基体の表面エネルギーをそれぞれT、T,Tとしたとき、│T―T│≦│T―T│となるように、溶媒、基体、重合物を生成するための材料を選択することにより、基体表面で開口した多孔質体を得ることができる。
このとき溶媒は純粋な溶媒でなくてもよく、例えば前駆体のモノマーが若干含まれていたり、この表面エネルギーを制御する目的で積極的にエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコールなどの溶媒に溶解する極性物質を含ませるようにしてもよい。
Further, in the method for producing a porous body of the present invention, prior to the supplying step, the substrate surface is controlled so that phase separation between the polymer produced by the sol-gel reaction and the solvent occurs on the substrate surface. It is characterized by being solvent-borne.
That is, when the surface energy of the polymer, the solvent, and the substrate is T P , T S , and T B , respectively, the solvent, the substrate, and the polymerization are such that | T S −T B | ≦ | T P −T B | By selecting a material for producing a product, a porous body opened on the surface of the substrate can be obtained.
At this time, the solvent does not have to be a pure solvent, for example, it contains some precursor monomers, or for the purpose of controlling the surface energy, ethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol. A polar substance that dissolves in the solvent may be included.

本発明の多孔質体の製造方法は、前記基体が、前記溶媒との接触角が30度以下であるものを含む。
この方法により、基体に対して空孔が開孔した多孔質体を得ることができる。
In the method for producing a porous body of the present invention, the substrate includes a substrate whose contact angle with the solvent is 30 degrees or less.
By this method, it is possible to obtain a porous body having pores opened in the substrate.

本発明の多孔質体の製造方法は、前記供給する工程の後、前記相分離する工程に先立ち、前記基体に相対向する面にも、前記溶媒との接触角が30度以下である物質を接触させる工程を含む。
この方法により、両面で空孔が開孔した多孔質体を得ることができる。ここで接触させる物質としては固体でも液体でも気体でもよい。
In the method for producing a porous body of the present invention, after the supplying step, prior to the phase separation step, a substance having a contact angle with the solvent of 30 degrees or less is also applied to the surface facing the substrate. A step of contacting.
By this method, a porous body in which pores are opened on both sides can be obtained. The substance to be contacted here may be solid, liquid or gas.

また本発明の多孔質体の製造方法は、前記混合物を前記基体上に供給する工程に先立ち、前記ゾルゲル反応により生成された重合物と前記溶媒との相分離が、前記基体表面で起こらないように、前記基体表面を撥溶媒性にすることを特徴とする。   In the method for producing a porous body of the present invention, prior to the step of supplying the mixture onto the substrate, phase separation between the polymer formed by the sol-gel reaction and the solvent does not occur on the surface of the substrate. Further, the substrate surface is made to have solvent repellency.

すなわち、重合物、溶媒、基体の表面エネルギーをそれぞれT、T,Tとしたとき、│T―T│>│T―T│となるように、溶媒、基体、重合物を生成するための材料を選択することにより、基体表面で空孔が閉じた多孔質体を得ることができる。
ここでも溶媒は純粋な溶媒でなくてもよく、例えば前駆体のモノマーが若干含まれていたり、この表面エネルギーを制御する目的で積極的に他の物質を含ませるようにしてもよい。
That is, when the surface energy of the polymer, solvent, and substrate is T P , T S , and T B , respectively, the solvent, substrate, and polymerization are such that | T S −T B |> | T P −T B | By selecting a material for generating a product, a porous body with closed pores on the surface of the substrate can be obtained.
Here, the solvent may not be a pure solvent. For example, some of the precursor monomers may be included, or other substances may be positively included for the purpose of controlling the surface energy.

また本発明の多孔質体の製造方法は、前記基体表面に対する前記溶媒の接触角が30度を超えるものを含む。   Moreover, the manufacturing method of the porous body of this invention contains what the contact angle of the said solvent with respect to the said base | substrate surface exceeds 30 degree | times.

本発明の多孔質体の製造方法は、前記供給する工程の後、前記相分離する工程に先立ち、前記基体に相対向する面にも、前記溶媒との接触角が30度より大きい物質を接触させる工程を含む。
この方法により、両面で空孔が閉孔した多孔質体を得ることができる。
In the method for producing a porous body according to the present invention, after the supplying step, prior to the phase separation step, a substance having a contact angle with the solvent larger than 30 degrees is also brought into contact with the surface facing the substrate. Including the step of
By this method, a porous body having pores closed on both sides can be obtained.

本発明の多孔質体の製造方法は、前記供給する工程の後、前記相分離する工程に先立ち、前記基体に相対向する面にも、前記溶媒との接触角が30度以下の物質を接触させる工程を含むことを特徴とする。
この方法により、基体側で空孔が閉孔し、対向面側で開孔した多孔質体を得ることができる。
In the method for producing a porous body according to the present invention, a substance having a contact angle with the solvent of 30 degrees or less is also brought into contact with the surface facing the substrate after the supplying step and before the phase separating step. A step of causing
By this method, it is possible to obtain a porous body in which pores are closed on the substrate side and open on the opposite surface side.

なお、基体に相対向する面を開放状態にし、空気と接触した状態で硬化させると、空気との接触角に対応した表面状態が得られることになる。通常は30%程度の開口率となる。   If the surface facing the substrate is opened and cured while being in contact with air, a surface state corresponding to the contact angle with air is obtained. Usually, the aperture ratio is about 30%.

本発明の多孔質体の製造方法は、前記混合物を調製する工程が、複数の架橋性シリル基と、これに共有結合せしめられた炭素原子とを有する有機無機複合架橋性化合物とを含む混合物を調製する工程であり、前記混合物を基体上に成膜する工程と、前記架橋性シリル基を縮合させ、連続細孔構造を有する多孔質体を形成する工程とを含む。   In the method for producing a porous body of the present invention, the step of preparing the mixture includes a mixture containing a plurality of crosslinkable silyl groups and an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a carbon atom covalently bonded thereto. And a step of forming a film of the mixture on a substrate and a step of condensing the crosslinkable silyl group to form a porous body having a continuous pore structure.

複数の架橋性シリル基すなわち、加水分解性シリル基と、これに共有結合した炭素原子を有する有機無機複合架橋性化合物を用い、加水分解とこれに続く脱水縮合反応により、Si−Oからなる架橋体を形成する。ここで加水分解性シリル基とは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、フェノキシなどのアルコキシ基が直接シリコン原子に結合したアルコキシシリル基、塩素などのハロゲンがシリコン原子に結合したハロゲン化シリル基、さらにアセトキシ基などのカルボキシシリル基などがあげられる。さらにあらかじめ加水分解されたシラノール基、シラノレート基を用いることができ、この場合には加水分解は不要であり、縮合反応のみを行なえばよい。   Crosslinking of Si—O by hydrolysis and subsequent dehydration condensation reaction using a plurality of crosslinkable silyl groups, ie, an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a hydrolyzable silyl group and a carbon atom covalently bonded thereto. Form the body. Here, the hydrolyzable silyl group is an alkoxysilyl group in which an alkoxy group such as methoxy, ethoxy, propoxy or phenoxy is directly bonded to a silicon atom, a halogenated silyl group in which a halogen such as chlorine is bonded to a silicon atom, and an acetoxy group And carboxysilyl group. Furthermore, a silanol group or silanolate group hydrolyzed in advance can be used. In this case, hydrolysis is not necessary, and only the condensation reaction may be performed.

望ましくは、前記縮合工程は、前記架橋性シリル基が、等当量系で縮合反応を生じるに必要な量の触媒を添加する工程を含むことを特徴とする。   Preferably, the condensation step includes a step of adding an amount of a catalyst necessary for the crosslinkable silyl group to cause a condensation reaction in an equivalent equivalent system.

これにより、反応速度が適切に維持され確実に縮合反応が生起せしめられ良好な網目構造を形成することになり、規則的な連続細孔構造を形成することができる。ここで細孔の形成は、縮合反応による分子量の増加に伴う溶媒との相分離を利用して形成される。三次元網目構造の形成には、加水分解率と縮合反応速度が大きく寄与し、温度、触媒濃度を適切に調節する必要がある。   As a result, the reaction rate is appropriately maintained, the condensation reaction is surely caused, and a good network structure is formed, so that a regular continuous pore structure can be formed. Here, the pores are formed by utilizing phase separation with a solvent accompanying an increase in molecular weight due to a condensation reaction. The formation of the three-dimensional network structure is greatly influenced by the hydrolysis rate and the condensation reaction rate, and it is necessary to appropriately adjust the temperature and the catalyst concentration.

架橋反応工程では、室温から300℃までの任意の温度で加温することにより、目的とする膜を得ることができる。
本工程における加温の際にはオーブンによる加圧加熱など、公知の方法が使用可能である。また本方法を行なう際、加水分解・縮合を効率的に行なうため、あらかじめ混合溶液に水を添加しても良いし、また水蒸気下で加熱するようにしてもよい。
In the cross-linking reaction step, the target film can be obtained by heating at any temperature from room temperature to 300 ° C.
In the case of heating in this step, a known method such as pressure heating with an oven can be used. Moreover, when performing this method, in order to perform a hydrolysis and condensation efficiently, you may make it add water to a mixed solution previously, and you may make it heat under water vapor | steam.

また架橋構造体の生成を加速するため、あらかじめ反応系内に触媒として塩酸、硫酸、リン酸などの酸を加えておいてもよい。また架橋構造化は、塩基によっても加速されるため、例えばアンモニア、水酸化ナトリウムなどの無機化合物あるいはアミン化合物などの有機化合物などの塩基触媒を用いても良い。   In order to accelerate the production of the crosslinked structure, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or the like may be added to the reaction system in advance as a catalyst. In addition, since the cross-linking structure is accelerated by a base, a base catalyst such as an inorganic compound such as ammonia or sodium hydroxide or an organic compound such as an amine compound may be used.

ここで望ましくは、前記触媒はブレンステッド酸であることを特徴とする。ブレンステッド酸の使用により、より良好な3次元網目構造を形成することが可能である。   Preferably, the catalyst is a Bronsted acid. By using Bronsted acid, it is possible to form a better three-dimensional network structure.

前記縮合工程は、前記架橋性シリル基に対して0.5〜1.5当量の水を添加する工程を含むことを特徴とする。例えば、触媒量を調整して0.5〜1.5当量の水が存在するようにすればよい。   The condensation step includes a step of adding 0.5 to 1.5 equivalents of water to the crosslinkable silyl group. For example, the catalyst amount may be adjusted so that 0.5 to 1.5 equivalents of water is present.

また、望ましくは、このブレンステッド酸触媒が水溶液であり、濃度N(規定)が、5≦N≦10の範囲にあり、その添加量が以下の式で表される範囲内であることを特徴とする。

Figure 2005190828

前駆体の添加量:x (mol)
のモル数:2(3−n)x(mol)
触媒の添加量:z(l)
触媒の比重:σc
触媒の濃度:Nc(規定)
触媒の分子量:Mc
水の分子量:Ms Desirably, the Bronsted acid catalyst is an aqueous solution, the concentration N (normative) is in the range of 5 ≦ N ≦ 10, and the addition amount is in the range represented by the following formula. And
Figure 2005190828

Amount of precursor added: x (mol)
Number of moles of R 5 : 2 (3-n) x (mol)
Amount of catalyst added: z (l)
Specific gravity of catalyst: σc
Catalyst concentration: Nc (normative)
Molecular weight of catalyst: Mc
Water molecular weight: Ms

上記関係式の値が0.5よりも小さい場合、反応が遅く、加水分解率が小さすぎて、共連続構造の形成とゲル化のタイミングが一致せず、網目構造を形成しない。   When the value of the relational expression is smaller than 0.5, the reaction is slow, the hydrolysis rate is too small, the formation of the co-continuous structure and the timing of gelation do not match, and the network structure is not formed.

また、上記関係式の値が1.5よりも大きい場合、添加水が多くなり反応が早すぎて共連続構造の形成とゲル化のタイミングが一致せず、網目構造を形成し得ない。
ここで0.5、1.5はそれぞれ架橋基数に対する添加水の比率を表し、1.0の場合は全ての架橋基を加水分解するのと等量の水を配合することを意味する。
On the other hand, when the value of the above relational expression is larger than 1.5, the amount of added water is increased and the reaction is too early, the formation of the co-continuous structure and the timing of gelation do not coincide, and the network structure cannot be formed.
Here, 0.5 and 1.5 represent the ratio of added water to the number of cross-linking groups, respectively, and in the case of 1.0, it means that the same amount of water is blended as when all cross-linking groups are hydrolyzed.

なお、反応の際の溶媒量としては、空隙率60%=1.8ml/gをめやすとして設定する。前駆体の固定分(g)に対して、0.5ml/g〜10ml/g、望ましくは1ml/g〜5ml/gである。これより少ないと連続細孔を形成しにくく、また形成できたとしても支持体としての強度が不足する。   The amount of solvent in the reaction is set so that the porosity is 60% = 1.8 ml / g. The amount is 0.5 ml / g to 10 ml / g, preferably 1 ml / g to 5 ml / g, based on the fixed amount (g) of the precursor. If it is less than this, it is difficult to form continuous pores, and even if it can be formed, the strength as a support is insufficient.

望ましくは、前記前駆体溶液は、次式(4)で示される構造体であることを特徴とする。

Figure 2005190828
式中、Mは金属又はシリコン、Rは炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基であり、Rはメチル、エチル、プロピル、又はフェニル基のいずれかの基を表し、RはCl,OCH,OC,OC,OH又はOCOCH基のいずれかの基を表し、n,nは0,1,または2のいずれかであり、n,nの少なくともひとつが1または2である。 Preferably, the precursor solution is a structure represented by the following formula (4).
Figure 2005190828
In the formula, M is a metal or silicon, R 1 is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, R 2 represents any group of methyl, ethyl, propyl, or phenyl group, and R 5 is Cl, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC 6 H 5 , OH or OCOCH 3 group is represented, and n 1 and n 2 are either 0, 1, or 2, and n 1 , n At least one of 2 is 1 or 2.

望ましくは、前記Mはシリコンであることを特徴とする。
望ましくは、前記式(4)におけるRは炭化水素基であることを特徴とする。
Preferably, the M is silicon.
Desirably, R 1 in the formula (4) is a hydrocarbon group.

望ましくは、前記炭化水素基は、次式(5)で示される構造体である。

Figure 2005190828
Desirably, the said hydrocarbon group is a structure shown by following formula (5).
Figure 2005190828

また望ましくは、前記式(4)におけるnは1〜20の範囲とする。   Desirably, n in the formula (4) is in the range of 1-20.

また望ましくは、前記式(4)におけるRはオクタメチレン、Rはメチル基であり、次式(6)であらわされる。

Figure 2005190828
式中、RはOCHまたはOC基を表し、n,nは0,1,または2のいずれかであり、n,nの少なくともひとつが1または2である。 Desirably, R 1 in the formula (4) is octamethylene and R 2 is a methyl group, and is represented by the following formula (6).
Figure 2005190828
In the formula, R 5 represents an OCH 3 or OC 2 H 5 group, n 1 and n 2 are either 0, 1, or 2, and at least one of n 1 and n 2 is 1 or 2.

これらの架橋性前駆体としては、例えば、ビス(ジエトキシメチルシリル)エタン、ビス(ジエトキシメチルシリル)ヘキサン、ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタン、ビス(ジエトキシメチルシリル)ノナン、ビス(ジエトキシメチルシリル)デカン、ビス(ジエトキシメチルシリル)テトラデカン、ビス(ジメチルエトキシシリル)エタン、ビス(ジメチルエトキシシリル)ヘキサン、ビス(ジメチルエトキシシリル)オクタン、ビス(ジメチルエトキシシリル)ノナン、ビス(ジメチルエトキシシリル)デカン、ビス(ジメチルエトキシシリル)テトラデカン等が挙げられる。   Examples of these crosslinkable precursors include bis (diethoxymethylsilyl) ethane, bis (diethoxymethylsilyl) hexane, bis (diethoxymethylsilyl) octane, bis (diethoxymethylsilyl) nonane, and bis (di-). Ethoxymethylsilyl) decane, bis (diethoxymethylsilyl) tetradecane, bis (dimethylethoxysilyl) ethane, bis (dimethylethoxysilyl) hexane, bis (dimethylethoxysilyl) octane, bis (dimethylethoxysilyl) nonane, bis (dimethyl Ethoxysilyl) decane, bis (dimethylethoxysilyl) tetradecane and the like.

なお、ここで架橋工程は100〜300℃で実行する。あるいは100〜300℃でエージングを行なうのが望ましい。   In addition, a bridge | crosslinking process is performed at 100-300 degreeC here. Or it is desirable to perform aging at 100-300 degreeC.

この多孔質体を100℃以上の高温で用いる場合には使用温度以上の高温で加熱することが望ましい。この加熱は、架橋工程をそのまま100℃〜300℃で行っても良いし、架橋工程を5〜40℃で2時間以上かけてゾルゲル硬化し、その後に100〜300℃の加熱工程を実行してもよい。   When this porous body is used at a high temperature of 100 ° C. or higher, it is desirable to heat it at a high temperature higher than the use temperature. In this heating, the crosslinking step may be performed at 100 ° C. to 300 ° C. as it is, or the crosslinking step is sol-gel cured at 5 to 40 ° C. for 2 hours or more, and then the heating step at 100 to 300 ° C. is performed. Also good.

加熱方法としては、通常の熱源による加熱の他、遠赤外線加熱、電磁誘導加熱、マイクロ波加熱などでも良い.また併用してもよい。   As a heating method, in addition to heating with a normal heat source, far infrared heating, electromagnetic induction heating, microwave heating, or the like may be used. Moreover, you may use together.

またこれらの工程において得られた膜は、必要に応じて水洗いしてもよい。その際用いる水は蒸留水、イオン交換水など金属イオンを含まないものが好ましい。   Moreover, you may wash the film | membrane obtained in these processes with water as needed. The water used at that time is preferably water containing no metal ions, such as distilled water or ion-exchanged water.

さらにこのようにして膜を得た後に、紫外線や電子線を照射し、さらに架橋させるようにしてもよい。   Further, after the film is obtained in this way, it may be further crosslinked by irradiation with ultraviolet rays or electron beams.

また、前記前駆体溶液に、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコールなどの溶媒に溶解する高分子を相分離調整剤として添加してもよい。   In addition, a polymer that dissolves in a solvent such as ethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene glycol, or polyvinyl alcohol may be added to the precursor solution as a phase separation regulator.

また本発明の多孔質体の製造方法は、前記基体が、所望の素子領域および配線層を備えた半導体基板であり、前記前駆体を供給する工程に先立ち、前記半導体基板表面に疎水性処理を行なう工程を含むことを特徴とする。
この方法により、容易に空孔が閉じた層間絶縁膜を得ることができ、より耐湿性の高いものとなる。特に最上層のパッシベーション膜として用いる場合には有効である。例えば、半導体装置は、半導体基板または半導体基板上に形成された第1の配線導体と、第2の配線導体との間に介在せしめられる層間絶縁膜を具備し、前記層間絶縁膜が、シリコン−酸素結合による架橋構造体と、これに共有結合した炭素原子とを含み、空孔が半導体基板側で閉じ、連続的につながった連続細孔構造を有する多孔質体で構成されたことを特徴とする。
In the method for producing a porous body according to the present invention, the base is a semiconductor substrate having a desired element region and a wiring layer, and the surface of the semiconductor substrate is subjected to a hydrophobic treatment prior to the step of supplying the precursor. It includes a step of performing.
By this method, an interlayer insulating film with closed pores can be easily obtained, and the moisture resistance is higher. This is particularly effective when used as the uppermost passivation film. For example, a semiconductor device includes an interlayer insulating film interposed between a first wiring conductor formed on a semiconductor substrate or a semiconductor substrate and a second wiring conductor, and the interlayer insulating film is made of silicon- It is characterized in that it is composed of a porous body having a continuous pore structure including a cross-linked structure by an oxygen bond and a carbon atom covalently bonded thereto, and closed at the semiconductor substrate side and continuously connected. To do.

かかる構成によれば、層間絶縁膜の誘電率の低減を図ることが可能となるため、層間容量の低減をはかり、高速駆動の半導体装置を提供することが可能となる。
また耐湿性も高いものとなる。さらに、低温下での形成が可能であるため、下地に影響を与えることなく信頼性の高い膜を形成することが可能となる。
According to such a configuration, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be reduced, so that the interlayer capacitance can be reduced and a semiconductor device driven at high speed can be provided.
Also, the moisture resistance is high. Furthermore, since it can be formed at a low temperature, a highly reliable film can be formed without affecting the base.

また、半導体装置表面にパッシべーション膜を形成してなり、前記パッシべーション膜が、シリコン−酸素結合による架橋構造体と、これに共有結合した炭素原子とを含み、空孔が両面で閉じ、かつ連続的につながった連続細孔構造を有する多孔質体で構成されたものも有効である。   In addition, a passivation film is formed on the surface of the semiconductor device, and the passivation film includes a crosslinked structure formed by a silicon-oxygen bond and a carbon atom covalently bonded thereto, and the pores are closed on both sides. In addition, those composed of a porous body having a continuous pore structure connected continuously are also effective.

かかる構成によれば、上層および下層に対して開口部を持たない、閉じた構造をとることができ、極めて耐湿性に優れ、信頼性の高い有効なパッシベーション膜を形成することができる。   According to such a configuration, it is possible to form a closed structure that does not have openings in the upper layer and the lower layer, and it is possible to form an effective passivation film that is extremely excellent in moisture resistance and highly reliable.

また、本発明の燃料電池の製造方法は、前記混合物を供給する工程に先立ち、親溶媒性表面となるように、表面極性を制御したガス拡散電極を用意し、前記ガス拡散電極を基体とし、ガス拡散電極およびその対向面側に開口を形成するように、前記混合物を直接前記ガス拡散電極上に形成する工程を含む。
この方法によれば、ガス拡散電極表面および対向面側の表面極性を制御することによって両面に開口部をもつ多孔質膜を、ガス拡散電極表面に直接形成することができるため、電極・プロトン伝導性膜の界面に異物質が接触することなく形成することができ、界面の汚染が防止され、密着性の高い電極形成が可能となる。また基体を別に使用することなく、拡散電極そのものを基体として用いるため、信頼性の高い燃料電池を作業性よく形成することができる
Further, in the method for producing a fuel cell of the present invention, prior to the step of supplying the mixture, a gas diffusion electrode having a surface polarity controlled so as to have a solvophilic surface is prepared, and the gas diffusion electrode is used as a base. Forming the mixture directly on the gas diffusion electrode so as to form an opening on the gas diffusion electrode and its opposite surface side.
According to this method, a porous film having openings on both sides can be directly formed on the surface of the gas diffusion electrode by controlling the surface polarity of the gas diffusion electrode surface and the opposite surface side. It is possible to form the electrode without contact with foreign substances on the interface of the adhesive film, preventing contamination of the interface and forming an electrode with high adhesion. In addition, since the diffusion electrode itself is used as the substrate without using a separate substrate, a highly reliable fuel cell can be formed with good workability.

また、本発明は、上記多孔質体の製造方法によって形成された多孔質体を含む。   Moreover, this invention contains the porous body formed by the manufacturing method of the said porous body.

また、本発明は、前記多孔質体の細孔に、プロトン伝導性基を導入するかあるいは前記
多孔質体の表面にプロトン伝導性電解質を供給した後、ガス拡散電極を両面に形成することを特徴とする。
Further, the present invention is to form a gas diffusion electrode on both sides after introducing a proton conductive group into the pores of the porous body or supplying a proton conductive electrolyte to the surface of the porous body. Features.

また、本発明は前記混合物を供給する工程に先立ち、親溶媒性表面となるように、表面極性を制御した第1および第2のガス拡散電極を用意し、前記第1のガス拡散電極の一方を基体とし、前記混合物を直接前記第1のガス拡散電極上に供給する工程を含み、前記混合物の縮合に先立ち、前記混合物の供給された前記第1のガス拡散電極に、プロトン伝導性基を導入するかあるいは前記混合物の表面にプロトン伝導性電解質を形成した後、前記混合物の供給された前記第1のガス拡散電極表面に、前記第2のガス拡散電極を当接し、完全硬化する工程を含む。
この方法により、特別の接着工程なしに燃料電池のMEAを形成することができ、電極プロトン伝導性膜の界面特性の良好なMEAを形成することが可能となる。また基体を別に使用することなく、拡散電極そのものを基体あるいは蓋体として用いるため、信頼性の高い燃料電池を作業性よく形成することができる
Further, in the present invention, prior to the step of supplying the mixture, first and second gas diffusion electrodes whose surface polarities are controlled to prepare a solvophilic surface are prepared, and one of the first gas diffusion electrodes is prepared. And supplying the mixture directly onto the first gas diffusion electrode, prior to condensation of the mixture, a proton conductive group is added to the first gas diffusion electrode supplied with the mixture. After introducing or forming a proton conductive electrolyte on the surface of the mixture, the step of bringing the second gas diffusion electrode into contact with the surface of the first gas diffusion electrode supplied with the mixture and completely curing it. Including.
By this method, the MEA of the fuel cell can be formed without a special bonding step, and it becomes possible to form the MEA with good interface characteristics of the electrode proton conductive membrane. In addition, since the diffusion electrode itself is used as a base or a lid without using a separate base, a highly reliable fuel cell can be formed with good workability.

また、本発明の燃料電池は、上記方法で形成した膜−電極接合体(MEA)を用いて構成される。
この方法によれば、多孔質体をガス拡散電極に直接形成することができるため、電極・プロトン伝導性膜の界面に異物質が接触することなく形成することができ、界面の汚染が防止され、密着性の高い電極形成が、信頼性の高い燃料電池を作業性よく形成することができる
In addition, the fuel cell of the present invention is configured using the membrane-electrode assembly (MEA) formed by the above method.
According to this method, since the porous body can be formed directly on the gas diffusion electrode, it can be formed without contacting foreign substances on the interface between the electrode and the proton conductive membrane, and contamination of the interface is prevented. Highly adherent electrode formation can form highly reliable fuel cells with good workability

以上説明したように、本発明の多孔質体は、空孔が連続的につながった連続細孔構造を有し、(i)表裏両面に開口を持たない多孔質体、(ii)片面に開口部を有し、片面は開口部を持たない多孔質体、(iii)表裏両面開口部を有する多孔質体、など用途に応じて、耐湿性、機械的特性、耐熱性、可撓性、寸法安定性を併せ持つように開口状態を調整することのできる材料である。
また、この多孔質体は、基体に対して溶媒の親和性(ぬれ性)を調整することによって形成されるもので、基体に対する前駆体溶液の溶媒の接触角を調整することにより、容易に作業性よく、用途に応じた開口状態を得ることができる。
また、比誘電率が小さく、耐湿性が高くかつ可撓性が高く機械的特性に優れた連続細孔構造の多孔質体を提供することも可能となる。
As described above, the porous body of the present invention has a continuous pore structure in which pores are continuously connected, (i) a porous body having no openings on both front and back surfaces, and (ii) an opening on one side. Depending on the application, such as a porous body having a portion and one side having no opening, (iii) a porous body having both front and back openings, dimensions, moisture resistance, mechanical properties, heat resistance, flexibility, dimensions It is a material whose opening state can be adjusted so as to have stability.
In addition, this porous body is formed by adjusting the affinity (wetting property) of the solvent with respect to the substrate, and can be easily operated by adjusting the contact angle of the solvent of the precursor solution with respect to the substrate. The opening state according to a use can be acquired with sufficient property.
It is also possible to provide a porous body having a continuous pore structure having a small relative dielectric constant, high moisture resistance, high flexibility and excellent mechanical properties.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の多孔質体は、前述したように、空孔が連続的につながった連続細孔構造を有し、基体および上層との接触角を調整することにより、以下に示すように、(i)表裏両面に開口を持たない多孔質体、(ii)片面に開口部を有する多孔質体、片面は開口部を持たない多孔質体、(iii)表裏両面開口部を有する多孔質体を得ることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As described above, the porous body of the present invention has a continuous pore structure in which pores are continuously connected. By adjusting the contact angle between the substrate and the upper layer, as shown below, (i ) A porous body having no openings on both sides, (ii) a porous body having openings on one side, a porous body having no openings on one side, and (iii) a porous body having openings on both sides be able to.

(i)表裏両面に開口を持たない多孔質体
基体表面との接触角が30度を超えるように基体に供給する混合物の組成および基体表面を調整するとともに、相分離に先立ち、上面も接触角が30度を超えるような材料で被覆し、硬化させて相分離を行なうことにより、図4(a)および(b)に表面および裏面を示すように、表裏両面に開口を持たない多孔質を得ることができる。
(I) The composition of the mixture supplied to the substrate and the substrate surface are adjusted so that the contact angle with the porous substrate surface having no openings on both the front and back surfaces exceeds 30 degrees, and the top surface also has a contact angle prior to phase separation. Is coated with a material having a temperature exceeding 30 degrees, cured, and phase-separated to form a porous material having no openings on both the front and back surfaces as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Can be obtained.

(ii)片面に開口部を有する多孔質体、片面は開口部を持たない多孔質体、
基体表面との接触角が30度以下となるように基体に供給する混合物の組成および基体表面を調整し、上面を溶媒との接触角が30度を超えるような材料で被覆したときは、基
体側(下)面のみ開口を有し、上面は開口をもたない多孔質体を得ることができる。
基体表面との接触角が30度を超えるように溶媒および基体を添加し、上面を空気面または溶媒との接触角が30度以下となるように構成したときは図7(a)および(b)に表面および裏面を示すように、基体側(下)面のみ開口を持たない多孔質体を得ることができる。
(Ii) a porous body having an opening on one side, a porous body having no opening on one side,
When the composition of the mixture supplied to the substrate and the substrate surface are adjusted so that the contact angle with the substrate surface is 30 degrees or less, and the upper surface is coated with a material having a contact angle with the solvent exceeding 30 degrees, A porous body having an opening only on the side (lower) surface and no opening on the upper surface can be obtained.
When the solvent and the substrate are added so that the contact angle with the substrate surface exceeds 30 degrees, and the upper surface is configured so that the contact angle with the air surface or the solvent is 30 degrees or less, FIGS. ), A porous body having no opening only on the substrate side (lower) surface can be obtained.

(iii)表裏両面に開口部を有する多孔質体、
基体表面との接触角が30度以下となるように溶媒および基体を選択したときは図5(a)および(b)に表面および裏面を示すように、両面開口を有する多孔質体を得ることができる。
また、基体表面との接触角が30度以下となるように溶媒および基体を選択し、相分離に先立ち、上面も接触角が30度以下となるような材料で被覆し、硬化させて相分離を行なうことにより、図6(a)および(b)に表面および裏面を示すように、表裏両面に開口を持たない多孔質を得ることができる。
(Iii) a porous body having openings on both front and back surfaces;
When the solvent and the substrate are selected so that the contact angle with the substrate surface is 30 degrees or less, a porous body having a double-sided opening is obtained as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Can do.
In addition, the solvent and the substrate are selected so that the contact angle with the substrate surface is 30 degrees or less, and prior to phase separation, the top surface is coated with a material that also has a contact angle of 30 degrees or less, and is cured and phase separated. As shown in FIGS. 6A and 6B, a porous material having no openings on both the front and back surfaces can be obtained.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1として、上記(i)表裏両面に開口部をもたない多孔質体を用いて構成された低誘電率薄膜を層間絶縁膜として用いたMOSFETを含む半導体集積回路を備えた半導体装置について説明する。
(Embodiment 1)
As a first embodiment of the present invention, there is provided (i) a semiconductor integrated circuit including a MOSFET using a low dielectric constant thin film formed using a porous body having no openings on both front and back surfaces as an interlayer insulating film. The semiconductor device will be described.

本実施の形態では、後述するような架橋性前駆体を用意し、この架橋性前駆体である架橋性シリル基に対して0.5〜1.5当量の水が存在するように触媒量を調整して添加したブレンステッド酸触媒を加えて縮合反応を生ぜしめ、シリコン酸素結合による架橋構造体と、これに共有結合した炭素原子とを含み、図2(a)および(b)に断面(図2(b)は図2(a)の要部拡大図である)の電子顕微鏡写真を示すように、空孔が連続的につながった連続細孔構造を有する低誘電率薄膜を形成し、これを層間絶縁膜7として半導体装置を形成する(図1参照)。   In the present embodiment, a crosslinkable precursor as described later is prepared, and the catalyst amount is adjusted so that 0.5 to 1.5 equivalents of water is present with respect to the crosslinkable silyl group as the crosslinkable precursor. A Bronsted acid catalyst added in a controlled manner is added to cause a condensation reaction, which includes a cross-linked structure with silicon oxygen bonds and a carbon atom covalently bonded thereto, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). As shown in the electron micrograph of FIG. 2 (b) is an enlarged view of the main part of FIG. 2 (a), a low dielectric constant thin film having a continuous pore structure in which pores are continuously connected is formed, This is used as an interlayer insulating film 7 to form a semiconductor device (see FIG. 1).

この半導体装置は、図1に示すように、素子分離のための絶縁膜2を形成したシリコン基板1にMOSFETなどの素子領域を形成するとともに、表面に多層配線を形成してなるもので、この層間絶縁膜7として、1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタンと、単官能前駆体である1、8−ビス(ジメチルエトキシリル)オクタンをイソプロパノールに溶解し、塩酸を加えて形成した前駆体溶液を、半導体装置表面で縮合反応を生ぜしめ、形成した低誘電率薄膜を用いたことを特徴とするものである。   As shown in FIG. 1, this semiconductor device is formed by forming an element region such as a MOSFET on a silicon substrate 1 on which an insulating film 2 for element isolation is formed and forming a multilayer wiring on the surface. A precursor formed by dissolving 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane and 1,8-bis (dimethylethoxylyl) octane, which is a monofunctional precursor, in isopropanol and adding hydrochloric acid as interlayer insulating film 7 The body solution is characterized by using a low dielectric constant thin film formed by causing a condensation reaction on the surface of the semiconductor device.

この半導体装置は、シリコン基板1表面に形成されたゲート酸化膜3を介して形成されたゲート電極4と、低濃度不純物拡散領域5a、5b、高濃度不純物拡散領域6a、6bからなるLDD構造のソース・ドレイン領域とで構成されたMOSFETと、ソース・ドレイン領域の一方にコンタクトする第1層配線8と、本発明の低誘電率薄膜からなる層間絶縁膜に形成した、コンタクトホール9を介して形成された第2層配線10とを具備してなるものである。11はこの半導体装置を被覆するように形成されたパッシベーション膜である。   This semiconductor device has an LDD structure comprising a gate electrode 4 formed through a gate oxide film 3 formed on the surface of a silicon substrate 1, low concentration impurity diffusion regions 5a and 5b, and high concentration impurity diffusion regions 6a and 6b. Via a contact hole 9 formed in a MOSFET composed of a source / drain region, a first layer wiring 8 in contact with one of the source / drain regions, and an interlayer insulating film made of the low dielectric constant thin film of the present invention. The second-layer wiring 10 formed is provided. Reference numeral 11 denotes a passivation film formed so as to cover the semiconductor device.

図3(a)乃至(e)にこの半導体装置の製造工程について説明する。
まず、シリコン基板1表面にゲート酸化膜3を介して形成されたゲート電極4を形成する。そして、このゲート電極4をマスクとして不純物拡散を行い、ソース・ドレイン領域を構成する低濃度不純物拡散領域5a、5bを形成する(図3(a))。
A manufacturing process of this semiconductor device will be described with reference to FIGS.
First, the gate electrode 4 formed on the surface of the silicon substrate 1 through the gate oxide film 3 is formed. Then, impurity diffusion is performed using the gate electrode 4 as a mask to form low-concentration impurity diffusion regions 5a and 5b constituting the source / drain regions (FIG. 3A).

続いて、CVD法によりこの上層に酸化シリコン膜を形成し、異方性エッチングを行い、ゲート電極の側壁にサイドウォール3sを形成する(図3(b))。   Subsequently, a silicon oxide film is formed on the upper layer by CVD, and anisotropic etching is performed to form a sidewall 3s on the side wall of the gate electrode (FIG. 3B).

そしてこのサイドウォール3sの形成されたゲート電極4をマスクとして高濃度の不純物拡散を行い、高濃度不純物拡散領域6a、6bを形成し、LDD構造のソース・ドレイン領域を形成する(図3(c))。   Then, high-concentration impurity diffusion is performed using the gate electrode 4 with the side wall 3s formed as a mask to form high-concentration impurity diffusion regions 6a and 6b, and source / drain regions having an LDD structure are formed (FIG. 3C). )).

次に、層間絶縁膜7として本発明の方法を用いて、図4(a)および(b)に示すように、表裏両面で空孔が閉じ、空孔が連続的に繋がった連続細孔構造の低誘電率薄膜を形成する。ここでは、下地表面に疎水性処理を行なうと共に、前駆体溶液にエチレングリコールを添加し、スピンコート法により接触角が50度以上となるように塗布する。一方ゾルゲル反応に先立ち前駆体溶液の塗布された表面にも疎水性処理を行なう。このようにして、相分離を行い、容易に表裏両面で空孔が閉じられた構造の多孔質薄膜を形成することができる。図2はこの低誘電率薄膜の断面図、図4(a)および(b)はその上面図および下面図である。図4(a)および(b)から明らかなように、上面も下面も開口をもたず、閉じた状態となっている。   Next, using the method of the present invention as the interlayer insulating film 7, as shown in FIGS. 4A and 4B, the pores are closed on both the front and back surfaces, and the pores are continuously connected. A low dielectric constant thin film is formed. Here, the surface of the base is subjected to hydrophobic treatment, and ethylene glycol is added to the precursor solution, which is applied by spin coating so that the contact angle is 50 degrees or more. On the other hand, prior to the sol-gel reaction, the surface to which the precursor solution is applied is also subjected to hydrophobic treatment. In this way, it is possible to perform phase separation and easily form a porous thin film having a structure in which pores are closed on both sides. FIG. 2 is a sectional view of the low dielectric constant thin film, and FIGS. 4A and 4B are a top view and a bottom view thereof. As is apparent from FIGS. 4A and 4B, neither the upper surface nor the lower surface has an opening and is in a closed state.

そしてこの低誘電率薄膜からなる層間絶縁膜にフォトリソグラフィによりコンタクトホール9を形成した(図3(d))。   A contact hole 9 was formed in the interlayer insulating film made of this low dielectric constant thin film by photolithography (FIG. 3D).

この後、図3(e)に示すように第2層配線10を形成した。そして、最後に同様の方法を用いて、パッシベーション膜11としてこの低誘電率薄膜を形成した。このパッシベーション膜11の形成に際しても前駆体溶液にエチレングリコールを添加し、両面が閉じられた構造の多孔質体からなる低誘電率薄膜が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 3E, the second layer wiring 10 was formed. Finally, this low dielectric constant thin film was formed as the passivation film 11 using the same method. When forming the passivation film 11, ethylene glycol is added to the precursor solution to form a low dielectric constant thin film made of a porous body having a structure in which both surfaces are closed.

この方法によれば、両面がふさがれた連続細孔構造をもつ多孔質体を形成しているため、耐湿性が高く、機械的強度の高い低誘電率薄膜を低温下で形成することができ、成膜時および使用時において、膜自体のみならず、上層および下層の膜へのストレスを緩和する緩衝膜としても作用し、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。   According to this method, since a porous body having a continuous pore structure in which both surfaces are blocked is formed, a low dielectric constant thin film having high moisture resistance and high mechanical strength can be formed at a low temperature. During film formation and use, it acts not only as a film itself but also as a buffer film that relieves stress on the upper and lower layers, and a highly reliable semiconductor device can be provided.

なお、前駆体溶液の組成については、前記実施形態の組成に限定されることなく、適宜調製可能である。   In addition, about the composition of a precursor solution, it can prepare suitably, without being limited to the composition of the said embodiment.

ただし、前記実施例では、シリル基を加水分解するための触媒をブレンステッド酸で構成したが、ブレンステッド酸に限定されることなく、適宜変更可能である。   However, in the said Example, although the catalyst for hydrolyzing a silyl group was comprised by the Bronsted acid, it can change suitably, without being limited to a Bronsted acid.

さらにまた、成膜後加熱焼成してもよく、加熱雰囲気は酸素雰囲気、大気中、窒素雰囲気中、減圧下など適宜選択可能である。   Furthermore, the film may be heated and fired after film formation, and the heating atmosphere can be selected as appropriate, such as an oxygen atmosphere, air, nitrogen atmosphere, or reduced pressure.

また、加熱工程を追加することにより、耐熱性、耐湿性が向上する。またパッシベーション膜や、層間絶縁膜として用いる場合には、リーク電流の低減を図ることが可能となる。   Moreover, heat resistance and moisture resistance improve by adding a heating process. In addition, when used as a passivation film or an interlayer insulating film, it is possible to reduce the leakage current.

さらに、前駆体溶液の形成に際しては、加熱により予備架橋を行なうようにしてもよい。   Further, when the precursor solution is formed, preliminary crosslinking may be performed by heating.

なお、前記実施の形態では、スピンコート法によって前駆体液を基体に供給したが、塗布法、前駆体溶液に浸漬して成膜する、ディップコート法などを用いてもよい。   In the above embodiment, the precursor liquid is supplied to the substrate by the spin coating method. However, a coating method, a dip coating method in which a film is immersed in the precursor solution, or the like may be used.

すなわち、基板を、前駆体溶液の液面に対して所望の速度で下降させて溶液中に沈め、静置する。
そして所望の時間経過後再び、基板を垂直に所望の速度で上昇させて溶液から取り出す
That is, the substrate is lowered at a desired speed with respect to the liquid level of the precursor solution, submerged in the solution, and allowed to stand.
Then, after the desired time has elapsed, the substrate is lifted vertically at a desired speed and removed from the solution.

そして、必要に応じて、加熱焼成することにより、空孔率の高い連続細孔構造の多孔質体を形成する。   And if necessary, a porous body having a continuous pore structure with a high porosity is formed by heating and firing.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2として、上記(iii)表裏両面に開口部を有する多孔質体を用いて構成されたプロトン伝導性膜について説明する。
本発明のプロトン伝導性膜の製造方法においては、前記実施の形態1で用いたのと同様
の前駆体溶液を膜状に成形(成膜)する工程を用いる。
まず、前記実施の形態1で用いたのと同様の前駆体溶液を用意する。
そして親溶媒性表面をもつ基体を用意し、この表面に、コーティング法により、基体表面に乾燥膜厚が厚さ50μmとなるように塗布膜を形成する。
(Embodiment 2)
As a second embodiment of the present invention, a (iii) proton conductive membrane configured using a porous body having openings on both front and back surfaces will be described.
In the method for producing a proton conductive membrane of the present invention, a step of forming (forming a film) a precursor solution similar to that used in the first embodiment is used.
First, a precursor solution similar to that used in the first embodiment is prepared.
Then, a substrate having a solvophilic surface is prepared, and a coating film is formed on the surface by a coating method so that the dry film thickness is 50 μm on the substrate surface.

この後、基体表面と相対向する面に親溶媒性の蓋体をかぶせて加熱すると縮合反応による重合の進行に伴い、溶媒との相分離が起こり両面が開口状態となる、多孔質体を形成する。
前記実施の形態1と異なるのは基体および蓋体が親溶媒性表面を持つように調整した点
のみであり、他は同様である。
After this, when a solvophilic lid is placed on the surface opposite to the substrate surface and heated, a porous body is formed in which the phase separation from the solvent occurs and the both surfaces become open as polymerization proceeds by the condensation reaction. To do.
The difference from the first embodiment is only that the base and the lid are adjusted so as to have a solvophilic surface, and the others are the same.

このようにして両面が開口した多孔質体から、基体を除去した後、この多孔質体に架橋性化合物と酸含有化合物との混合物を充填してこの充填された混合物に含まれる架橋性シリル基を加水分解および縮合させることにより多孔質膜の内部でプロトン伝導性構造体の架橋構造を形成する。   Thus, after removing a base | substrate from the porous body which both surfaces opened, this porous body is filled with the mixture of a crosslinkable compound and an acid containing compound, and the crosslinkable silyl group contained in this filled mixture is included. Is hydrolyzed and condensed to form a cross-linked structure of the proton conductive structure inside the porous membrane.

このようにして形成されたプロトン伝導性膜の両面にガス拡散電極シートを積層し、熱プレス等によってこのプロトン伝導性膜と電極との接合体である、膜・電極接合体、いわゆるMEA(Membrane Electrode Assembly)を形成し、セパレータ等と一体化すること
で燃料電池セルを作製する。
A gas diffusion electrode sheet is laminated on both sides of the thus formed proton conductive membrane, and a membrane / electrode assembly, so-called MEA (Membrane), which is a joined body of the proton conductive membrane and the electrode by hot pressing or the like. Electrode Assembly) is formed and integrated with a separator or the like to produce a fuel cell.

以下にこの方法について詳述する。
(成膜工程)
前駆体溶液を膜状に成形するためには、キャスト、コート、注型など、公知の方法を用いることができる。膜状に成形する方法としては、均一な膜を得ることができる方法であれば特に制限はない。膜の厚みは特に制限されないが、10μmから1mmの間の任意の厚みとなるように形成することができる。燃料電池用のプロトン伝導性膜は、プロトン伝導性、燃料バリア性、膜の機械的強度から膜厚は適宜決定され、通常、膜厚が20〜300μmのものが好ましく用いることができるため、本発明のプロトン伝導性膜の膜厚もこれに準じて製造する。
This method will be described in detail below.
(Film formation process)
In order to form the precursor solution into a film, a known method such as casting, coating, or casting can be used. The method for forming the film is not particularly limited as long as a uniform film can be obtained. The thickness of the film is not particularly limited, but can be formed to have an arbitrary thickness between 10 μm and 1 mm. The proton conductive membrane for a fuel cell is appropriately determined from the proton conductivity, fuel barrier properties, and mechanical strength of the membrane, and usually a membrane having a thickness of 20 to 300 μm can be preferably used. The thickness of the proton conductive membrane of the invention is also produced according to this.

また、この成膜工程を行う際に、基体への供給に先立ち、基体表面を親溶媒性にしておく。例えば、前駆体溶液にあわせて、基体自体が親溶媒性となるように、選択するかあるいはこれら基体表面に親溶媒性処理を行なうようにしてもよい。上面についても同様である。このようにして下地および上面に親溶媒性処理を施しておくことにより、接触角が小さくなり、表面に開口したプロトン伝導性膜を得ることができる。なお、前駆体溶液に、繊維、マット、フィブリルあるいは補強材などを添加してもよい。そして、補強材としては耐熱性と耐酸性を勘案してガラス材料、シリコーン樹脂材料、フッ素樹脂材料、環状ポリオレフィン材料、超高分子量ポリオレフィン材料等から適宜選択し、用いることができる。   In addition, when performing this film forming step, the surface of the substrate is made solvophilic prior to supply to the substrate. For example, it may be selected according to the precursor solution so that the substrate itself becomes solvophilic or the surface of these substrates may be subjected to solvophilic treatment. The same applies to the upper surface. By subjecting the base and the upper surface to solvophilic treatment in this way, the contact angle is reduced and a proton conductive membrane having an opening on the surface can be obtained. In addition, you may add a fiber, a mat | matte, a fibril, or a reinforcing material to a precursor solution. The reinforcing material can be appropriately selected from glass materials, silicone resin materials, fluororesin materials, cyclic polyolefin materials, ultrahigh molecular weight polyolefin materials, etc. in consideration of heat resistance and acid resistance.

(縮合工程)
本発明におけるプロトン伝導性膜は、アルコキシシリル基等の加水分解、縮合により、架橋構造を形成し、高温においても安定的にプロトン伝導性を発揮し、形状変化等も少ないことを特徴とする。このようなアルコキシシリル基等の加水分解、縮合によるSi−O−Si結合の生成はゾル−ゲル反応としてよく知られている。
ゾル−ゲル反応においては、反応加速及び制御のために、触媒が用いられるのが普通である。触媒は、通常、酸又は塩基が用いられる。
(Condensation process)
The proton conductive membrane in the present invention is characterized in that a crosslinked structure is formed by hydrolysis and condensation of an alkoxysilyl group or the like, stably exhibits proton conductivity even at high temperatures, and has little shape change. Such generation of Si—O—Si bonds by hydrolysis or condensation of alkoxysilyl groups or the like is well known as a sol-gel reaction.
In the sol-gel reaction, a catalyst is usually used for accelerating and controlling the reaction. As the catalyst, an acid or a base is usually used.

縮合反応は室温でも可能であるが、反応時間を短縮し、より効率的な硬化を行うため
には加熱を行う方がよい。加熱は公知の方法で良く、オーブンによる加熱やオートクレーブによる加圧加熱、遠赤外線加熱、電磁誘導加熱、マイクロ波加熱などが使用できる。加熱は室温から300℃までの任意の温度で行うことが出来、100〜250℃で行うことが好ましい。この際、減圧下、窒素下、あるいはアルゴン下等、不活性ガス等の元で加熱しても良い。
Although the condensation reaction can be performed at room temperature, it is preferable to perform heating in order to shorten the reaction time and perform more efficient curing. Heating may be performed by a known method, and heating by an oven, pressure heating by an autoclave, far infrared heating, electromagnetic induction heating, microwave heating, or the like can be used. Heating can be performed at any temperature from room temperature to 300 ° C, preferably at 100 to 250 ° C. At this time, heating may be performed under an inert gas or the like under reduced pressure, nitrogen, or argon.

また、加熱は室温である程度時間をかけて硬化させてから、高温に徐々に昇温するなど、急激な環境変化を避ける方法を採用してもよい。
また、加水分解で必要な水を補給するために水蒸気下で行っても良く、また、急激な膜の乾燥を防ぐため、溶媒蒸気下で行ってもよい。
縮合工程を経た膜は、必要に応じて水洗により未反応物や硬化触媒を取り除き、更に硫酸などでイオン交換を行ってもよい。
In addition, a method of avoiding sudden environmental changes, such as heating at room temperature for a certain amount of time and then gradually increasing the temperature to a high temperature, may be employed.
Moreover, in order to replenish water required for hydrolysis, it may be performed under water vapor, and may be performed under solvent vapor in order to prevent rapid membrane drying.
The membrane that has undergone the condensation step may be subjected to water washing to remove unreacted substances and curing catalyst, and may further be subjected to ion exchange with sulfuric acid or the like.

(プロトン伝導性構造体の導入)
このようにして形成された多孔質体膜から、基体を除去した後、この多孔質体に、架橋性化合物と酸含有化合物との混合物を充填してこの充填された混合物に含まれる架橋性シリル基を加水分解および縮合させることにより多孔質膜の内部でプロトン伝導性構造体の架橋構造を形成する。
多孔質体膜に、プロトン伝導性構造体の導入によってプロトン伝導性膜を形成する際に用いる触媒は、酸であっても塩基であってもよい。
(Introduction of proton conductive structure)
After removing the substrate from the porous membrane thus formed, the porous body is filled with a mixture of a crosslinkable compound and an acid-containing compound, and the crosslinkable silyl contained in the filled mixture. By crosslinking and condensing groups, a cross-linked structure of the proton conductive structure is formed inside the porous membrane.
The catalyst used for forming the proton conductive membrane by introducing the proton conductive structure into the porous membrane may be an acid or a base.

触媒として酸を用いる場合には、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸などのブレンステッド酸を用いる。酸の種類、濃度等は特に限定されず、入手可能な範囲のものであればよい。この中でも塩酸は反応後、酸の残留等が比較的少なく、好適に用いることができる。塩酸を用いた場合、特に濃度等には制限はないが、通常0.01〜12Nのものが用いられる。   When an acid is used as the catalyst, a Bronsted acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid or acetic acid is used. The type, concentration, etc. of the acid are not particularly limited as long as it is within the available range. Of these, hydrochloric acid has a relatively low acid residue after the reaction and can be suitably used. When hydrochloric acid is used, the concentration and the like are not particularly limited, but those of 0.01 to 12N are usually used.

触媒として塩基を用いる場合には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、アミン化合物などを用いる。一般的に、酸を用いた場合には加水分解と縮合が競争することにより、分岐の少ない直鎖状の架橋構造となることが知られており、一方、塩基を触媒とした場合には、加水分解が一気に起こるために分岐の多い樹状構造となることが知られている。本発明においては、膜物性を勘案していずれの方法もとることが可能である。   When a base is used as the catalyst, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, an amine compound or the like is used. In general, it is known that when an acid is used, hydrolysis and condensation compete with each other, resulting in a linear cross-linked structure with few branches. On the other hand, when a base is used as a catalyst, It is known that the dendritic structure has many branches because hydrolysis occurs at once. In the present invention, any method can be used in consideration of film physical properties.

アミン化合物は、特に制限無く用いることができるが、通常、沸点が50〜250℃のものが好ましく用いられ、この範囲の入手容易なアミン化合物の具体例としては、トリエチルアミン、ジプロピルアミン、イソブチルアミン、ジエチルアミン、ジエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、ピペラジン、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられ、いずれも好適に用いることができる。
更に、あらかじめ酸触媒で膜を形成し、後で塩基を加えて更に加水分解、縮合を行うなど、触媒を組み合わせて用いる方法も有効である。
また更に、触媒として、フッ化カリウム、フッ化アンモニウムを併用してもよい。これらは主として縮合反応を促進する働きがあり、加水分解と独立して反応を制御することが
できるため、好適に用いることができる。
触媒の添加量は、任意に設定することが可能で、反応速度、膜原料との相溶性などを勘案して適宜決定する。
The amine compound can be used without any particular limitation, but usually a compound having a boiling point of 50 to 250 ° C. is preferably used, and specific examples of easily available amine compounds within this range include triethylamine, dipropylamine, and isobutylamine. , Diethylamine, diethylethanolamine, triethanolamine, pyridine, piperazine, tetraethylammonium hydroxide and the like, and any of them can be suitably used.
Furthermore, it is also effective to use a combination of catalysts, such as forming a film with an acid catalyst in advance and then adding a base to perform hydrolysis and condensation later.
Furthermore, you may use together potassium fluoride and ammonium fluoride as a catalyst. These mainly have a function of accelerating the condensation reaction, and can be suitably used because the reaction can be controlled independently of the hydrolysis.
The addition amount of the catalyst can be arbitrarily set, and is appropriately determined in consideration of the reaction rate, compatibility with the film raw material, and the like.

以上、述べてきた製造方法は一例であって、他の方法によっても、表面および裏面で空孔が開口した多孔質体を形成するように、接触角を調整することによって、所望のプロトン伝導性膜を形成することができる。
本発明の多孔質体を用いることにより、機械的強度が高く、柔軟性と耐熱性にすぐれたプロトン伝導性膜を得ることができた。
The manufacturing method described above is an example, and the desired proton conductivity can be obtained by adjusting the contact angle so as to form a porous body having pores opened on the front surface and the back surface, even by other methods. A film can be formed.
By using the porous body of the present invention, a proton conductive membrane having high mechanical strength and excellent flexibility and heat resistance could be obtained.

(燃料電池の作製)
上記のようにして形成されたその空孔内部にプロトン伝導性構造体を含有した多孔質膜(プロトン伝導性膜)の両面に、白金担持伝導体をもつガス拡散電極シートを積層し、熱プレス等によって貼付することで膜・電極接合体、いわゆるMEAが作製される。さらにこのMEAの両面に、燃料導入用のガス流路をもった電子伝導性プレートセパレータを積層し、シール材やガスケット等と共に一体化して固定することで燃料電池セルを作製することができる。なお、このセル単位を複数個、その積層方向に直列連結させたスタック状構造を構築することで、所望の燃料電池出力を発揮することができる。
(Fabrication of fuel cell)
A gas diffusion electrode sheet having a platinum-supported conductor is laminated on both sides of a porous membrane (proton conductive membrane) containing a proton conductive structure inside the pores formed as described above, and hot pressing A membrane / electrode assembly, so-called MEA, is produced by pasting with the above. Furthermore, an electronic conductive plate separator having a fuel introduction gas flow path is laminated on both sides of the MEA, and a fuel cell can be manufactured by integrally fixing together with a sealing material, a gasket, and the like. In addition, a desired fuel cell output can be exhibited by constructing a stack structure in which a plurality of the cell units are connected in series in the stacking direction.

(実施の形態3)
また、前記実施の形態では、多孔質膜の両面にガス拡散電極シートを積層してMEAを作成したが、極性を制御して親溶媒性となるようにした、同様のガス拡散電極シートを基体として用いて、直接多孔質体を形成し、電解質を充填して、プロトン伝導性膜を形成するとともに、さらにこのプロトン伝導性膜上にガス拡散電極を成膜してMEAを一体的に形成するようにしてもよい。
(Embodiment 3)
Further, in the above embodiment, the MEA was prepared by laminating the gas diffusion electrode sheets on both sides of the porous membrane. However, the same gas diffusion electrode sheet, which is made solvophilic by controlling the polarity, is a base. The porous body is directly formed, the electrolyte is filled, and a proton conductive membrane is formed. Further, a gas diffusion electrode is formed on the proton conductive membrane to integrally form the MEA. You may do it.

すなわち、1、8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタン0.73gと、単官能前駆体である1、8−ビス(ジメチルエトキシリル)オクタン0.61をイソプロパノール1.2mlに溶解した溶液と8Nの塩酸0.28gをイソプロパノール1.2mlを併せて数十秒間攪拌し、前駆体溶液を形成した。   Namely, 0.73 g of 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane and a solution of monofunctional precursor 1,8-bis (dimethylethoxylyl) octane 0.61 in 1.2 ml of isopropanol and 8N Then, 0.28 g of hydrochloric acid and 1.2 ml of isopropanol were combined and stirred for several tens of seconds to form a precursor solution.

そしてこの前駆体溶液を、プロトン伝導能を付与した、親溶媒性ガス拡散電極(E-TEK
等の市販品を活用してもよいし、親溶媒性カーボンとNafion溶液から調整してもよい)シート上に直接、バーコータ・キャスト法により基体表面に塗布する。そして、20×30mmのプラスチックケース等の蓋体で覆った後、室温(20℃)にて12時間養生して、その後80℃で24時間、さらに150℃で24時間加熱硬化して、白色で弾力性をもつ厚さ50μmの多孔質体層を形成した。
This precursor solution was then added to the solvophilic gas diffusion electrode (E-TEK) with proton conductivity.
(It may be prepared from a commercially available product such as solvophilic carbon and Nafion solution.) It is directly coated on the surface of the substrate by a bar coater cast method. Then, after covering with a lid such as a 20 × 30 mm plastic case, it is cured at room temperature (20 ° C.) for 12 hours, then heated and cured at 80 ° C. for 24 hours, and further at 150 ° C. for 24 hours, A porous body layer having a thickness of 50 μm and having elasticity was formed.

このようにして形成された多孔質体層に再びNafion溶液を含浸させ、室温(20℃)にて12時間養生して、その後80℃で24時間、さらに120℃で10分加熱硬化してプロトン伝導性電解質を充填した。
さらにこの上面に、前駆体溶液95重量部に対して、5重量部のNafion溶液を混合してなるバインダ溶液を少量を塗布した後、親溶媒性ガス拡散電極シートを張り合わせ、80℃で24時間養生を行った後、120℃で加熱プレスを行いMEAを形成した。
The porous body layer thus formed was impregnated with the Nafion solution again, cured at room temperature (20 ° C.) for 12 hours, and then cured by heating at 80 ° C. for 24 hours and further at 120 ° C. for 10 minutes. Filled with conductive electrolyte.
Further, a small amount of a binder solution obtained by mixing 5 parts by weight of a Nafion solution with respect to 95 parts by weight of the precursor solution was applied to the upper surface, and then a solvophilic gas diffusion electrode sheet was laminated, followed by 24 hours at 80 ° C. After curing, an MEA was formed by heating and pressing at 120 ° C.

この方法によれば、直接ガス拡散電極シートに多孔質体層が形成されるため、多孔質体層を形成する際に、電極・プロトン伝導性膜の界面に異物質が接触することなく形成することができ、界面の汚染も防止される。また基体を別に使用することなく、拡散電極そのものを基体として用いるため、信頼性の高い燃料電池を作業性よく形成することができる。   According to this method, since the porous body layer is formed directly on the gas diffusion electrode sheet, when the porous body layer is formed, the porous material layer is formed without contacting foreign substances at the interface between the electrode and the proton conductive membrane. And contamination of the interface is also prevented. Further, since the diffusion electrode itself is used as the substrate without using a substrate separately, a highly reliable fuel cell can be formed with good workability.

また、極性を制御した表面をもつガス拡散電極シートを2枚形成しておき、一方を基体として、この基体表面に多孔質体形成用の前駆体溶液を塗布し、多孔質体の加熱硬化に先立ち、電解質を充填し、他方を蓋体としていずれも接触角が30度以下となるようにして、加熱し、縮合反応を生起させることにより、縮合反応とともに接合反応が達成できるようにすることも可能である。   In addition, two gas diffusion electrode sheets having a surface with a controlled polarity are formed, and one is used as a base, and a precursor solution for forming a porous body is applied to the surface of the base to heat and cure the porous body. Prior to filling the electrolyte and using the other as a lid, the contact angle is 30 degrees or less, heating and causing the condensation reaction, so that the joining reaction can be achieved together with the condensation reaction. Is possible.

この方法によれば、多孔質体の両面に直接、親溶媒性表面をもつガス拡散電極シートを配し加熱硬化させることができ、作業性が良好で界面特性の良好なMEAを形成することが可能となる。
ここで、基体表面を処理する方法は、特に限定されるものではなく、溶媒にアルコール類などの極性溶媒を選択した場合に親溶媒性にするには、コロナ処理による親水化が好適に用いられる。また、プラズマ処理による極性基の導入、親溶媒性樹脂による親水化などが使用できる。またこのとき、撥溶媒性にするにはPETフィルムやフッ素樹脂フィルムなどを選択する方法が好適に用いられる。また、フッ素化合物やシリコン化合物を接触させることによる撥水性処理やプラズマによる疎水性基の導入、フッ素樹脂、シリコーン樹脂をコートする方法などが使用できる。
According to this method, a gas diffusion electrode sheet having a solvophilic surface can be directly disposed on both surfaces of the porous body and cured by heating, thereby forming an MEA with good workability and good interface characteristics. It becomes possible.
Here, the method for treating the surface of the substrate is not particularly limited, and hydrophilicity by corona treatment is suitably used for making the solvent solvable when a polar solvent such as alcohol is selected as the solvent. . In addition, introduction of a polar group by plasma treatment, hydrophilization with a solvophilic resin, or the like can be used. At this time, a method of selecting a PET film, a fluororesin film, or the like is preferably used for solvent repellency. In addition, water repellent treatment by bringing a fluorine compound or silicon compound into contact, introduction of a hydrophobic group by plasma, a method of coating a fluorine resin, a silicone resin, or the like can be used.

溶媒に非極性溶媒を選択した場合も、同様に、適した処理を行うようにすれば良い。   Similarly, when a nonpolar solvent is selected as the solvent, an appropriate treatment may be performed.

以下、多孔質膜の実施例について説明する。
(実施例1)
まず、多孔質体の形成に用いられる架橋性前駆体の合成について説明する。
(二官能前駆体の合成)
1,7−オクタジエン(和光純薬製)11.0gと、ジエトキシメチルシラン(信越シリコン社製)26.9gのトルエン溶液に、塩化白金酸(和光純薬製)とジビニルテトラメチルジシロキサン(Gelest社製)から調製したカルステッド触媒(Karsted:USP3775452)溶液0.05mmolを混合し、30℃の窒素雰囲気下で1昼夜攪拌した。こ
のようにして得られた反応混合物を蒸留にて精製し、1,8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタンを得た。構造はH−NMRで確認した。
Hereinafter, examples of the porous membrane will be described.
(Example 1)
First, the synthesis of a crosslinkable precursor used for forming a porous body will be described.
(Synthesis of bifunctional precursor)
To a toluene solution of 11.0 g of 1,7-octadiene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 26.9 g of diethoxymethylsilane (manufactured by Shin-Etsu Silicon Co., Ltd.), chloroplatinic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and divinyltetramethyldisiloxane ( 0.05 mmol of a Karsted catalyst (Karsted: USP3775452) solution prepared from Gelest Co. was mixed and stirred for one day in a nitrogen atmosphere at 30 ° C. The reaction mixture thus obtained was purified by distillation to obtain 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane. The structure was confirmed by 1 H-NMR.

(単官能前駆体の合成)
上記ジエトキシメチルシランに代えてジメチルエトキシシランを用いた以外は前記二官能前駆体の合成工程と同様にして、1,8−ビス(ジメチルエトキシシリル)オクタンを得た。構造はNMRで確認した。
(Synthesis of monofunctional precursor)
1,8-bis (dimethylethoxysilyl) octane was obtained in the same manner as in the bifunctional precursor synthesis step except that dimethylethoxysilane was used instead of diethoxymethylsilane. The structure was confirmed by NMR.

そして、前述の工程により形成した二官能前駆体である1、8−ビス(ジエトキシメチルシリル)オクタン0.73gと、単官能前駆体である1、8−ビス(ジメチルエトキシリル)オクタン0.61をイソプロパノール1.2mlに溶解し、イソプロパノール溶液を形成した。   Then, 0.73 g of 1,8-bis (diethoxymethylsilyl) octane, which is a bifunctional precursor formed by the above-described process, and 1,8-bis (dimethylethoxylyl) octane, which is a monofunctional precursor. 61 was dissolved in 1.2 ml of isopropanol to form an isopropanol solution.

一方、8Nの塩酸0.28gをイソプロパノール1.2mlに加えた。この両者を併せて数十秒間攪拌し、前駆体溶液を形成した。この前駆体溶液をイソプロパノールとの接触角が5度のコロナ処理PETフィルム表面にバーコータ・キャスト法により基体表面に塗布し、20×30mmのプラスチックケースの蓋で覆った後、室温(20℃)にて12時間養生して、その後80℃で24時間、さらに150℃で24時間加熱硬化して、白色で弾力性をもつ厚さ50μmの多孔質膜を形成した。   Meanwhile, 0.28 g of 8N hydrochloric acid was added to 1.2 ml of isopropanol. Both of these were combined and stirred for several tens of seconds to form a precursor solution. This precursor solution was applied to the surface of a substrate by a bar coater cast method on the surface of a corona-treated PET film having a contact angle with isopropanol of 5 degrees, covered with a 20 × 30 mm plastic case lid, and then brought to room temperature (20 ° C.). And then cured at 80 ° C. for 24 hours and further at 150 ° C. for 24 hours to form a white and elastic porous film having a thickness of 50 μm.

ここで、接触角は、通常の方法で測定した。この多孔質膜の空孔率、ポア径をポロ氏メ
ータで測定し、内部および表面構造をSEMで観察し、空孔径平均500nmで空孔率70%、PETフィルム側表面の表面開口率30%の連続細孔構造を形成していることを確認した。
Here, the contact angle was measured by a usual method. The porosity and pore diameter of this porous film were measured with a porometer, and the inside and surface structure were observed with an SEM. The average pore diameter was 500 nm, the porosity was 70%, and the surface aperture ratio on the PET film side surface was 30%. It was confirmed that a continuous pore structure was formed.

なお、接触角の測定には、通常の方法を使用すればよいが、Wilhelmy平板法等を用いた動的接触角の測定方法(新高分子実験学 全10巻:高分子の物性(3)共立出版)が適用可能である。
また、接触角の測定に関しては、この他種々の方法があり、例えばJIS R3257の方法等も適用可能である。
The contact angle can be measured using a normal method, but the dynamic contact angle measurement method using the Wilhelmy plate method or the like (all new polymer experimental studies Volume 10: Physical properties of polymers (3) Kyoritsu Publication) is applicable.
There are various other methods for measuring the contact angle. For example, the method of JIS R3257 can be applied.

この多孔質膜は、図2(a)および(b)に断面の電子顕微鏡写真、図5(a)および(b)に上面および下面の写真を示すように、内部で空孔が連続的に繋がった連続細孔構造を持っており、かつ両側の表面に開口部を有する。   2A and 2B are cross-sectional electron micrographs, and FIGS. 5A and 5B are photographs of the upper surface and the lower surface. It has a connected continuous pore structure and has openings on both surfaces.

このようにして、膜の機械的強度を維持したまま、空孔率を調整し、空孔率の高い連続細孔構造を得ることが可能となる。この構成によれば、耐熱性、可撓性、寸法安定性を有する多孔質体を得ることができ、この空孔にプロトン伝導性材料を充填することで、耐熱性、寸法安定性、可撓性、機械的強度を合わせもつ燃料電池用プロトン伝導性膜を得ることができる。
また、プロトン伝導性膜に限定されることなく、他の機能性材料を充填することで種々の機能性膜を得ることができる。
In this way, it is possible to adjust the porosity while maintaining the mechanical strength of the membrane and obtain a continuous pore structure with a high porosity. According to this configuration, a porous body having heat resistance, flexibility, and dimensional stability can be obtained. By filling the pores with a proton conductive material, heat resistance, dimensional stability, flexibility A proton conductive membrane for fuel cells having both properties and mechanical strength can be obtained.
Moreover, it is not limited to a proton conductive membrane, Various functional membranes can be obtained by filling with other functional materials.

また、誘電率についても十分に低いものとなっている。
また、層間絶縁膜として使用する際には、両面に開口を形成したものも使用可能であるが、前述したとおり、図4(a)および(b)に示すように、接触角が30度を超えるように溶媒を選択することにより、両面が閉じた構造をもつようにすることができる。そして、誘電率を1.9程度にすることができることから、第1層配線と第2層配線との間に形成される寄生容量は小さく抑えられ高速駆動可能な半導体装置を提供することが可能となる。
Also, the dielectric constant is sufficiently low.
In addition, when used as an interlayer insulating film, one having openings on both sides can be used, but as described above, as shown in FIGS. 4A and 4B, the contact angle is 30 degrees. By selecting the solvent so as to exceed, it is possible to have a structure in which both sides are closed. Since the dielectric constant can be reduced to about 1.9, it is possible to provide a semiconductor device capable of being driven at high speed while suppressing the parasitic capacitance formed between the first layer wiring and the second layer wiring. It becomes.

なお、前駆体と触媒とを混合する工程は溶媒の凝固点から溶媒の沸点の範囲で実行するが、望ましくは0℃〜40℃である。温度が高いと反応が進みハンドリングが難しくなる。冷却しながら前駆体と触媒とを混合してもよい。
また、養生する工程は、5℃から溶媒の沸点であり,望ましくは10℃から40℃である。温度が低すぎると反応速度が遅く、連続細孔構造を形成しない。また高すぎても反応が速く進み、連続細孔構造を形成しない。
さらに縮合反応の更なる進行、溶媒の蒸発を企図した架橋固定化反応では、溶媒の沸点以上300℃以下、望ましくは100〜200℃が望ましい。温度が低すぎると架橋反応が遅く、高すぎると有機部が劣化するおそれがある。
In addition, although the process of mixing a precursor and a catalyst is performed in the range of the boiling point of a solvent from the freezing point of a solvent, it is 0 to 40 degreeC desirably. If the temperature is high, the reaction proceeds and handling becomes difficult. The precursor and the catalyst may be mixed while cooling.
The curing step is from 5 ° C to the boiling point of the solvent, preferably from 10 ° C to 40 ° C. If the temperature is too low, the reaction rate is slow and a continuous pore structure is not formed. If it is too high, the reaction proceeds fast and does not form a continuous pore structure.
Further, in the cross-linking immobilization reaction intended to further proceed the condensation reaction and evaporate the solvent, the boiling point of the solvent is 300 ° C. or lower, preferably 100 to 200 ° C. If the temperature is too low, the crosslinking reaction is slow, and if it is too high, the organic part may be deteriorated.

なお前記実施例は、溶媒としてはイソプロパノールを用いたが他のアルコールあるいは水アルコール混合溶媒をはじめとする各種溶媒、水等が適用可能である。また、前駆体溶液に、エチレングリコールの他、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコールなどの溶媒に溶解する高分子を相分離調整剤として添加してもよい   In the above examples, isopropanol was used as the solvent, but various solvents such as other alcohols or hydroalcoholic mixed solvents, water, and the like are applicable. In addition to ethylene glycol, a polymer that dissolves in a solvent such as polyethylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene glycol, or polyvinyl alcohol may be added to the precursor solution as a phase separation regulator.

(実施例2)
次に前記実施例1と同様の方法で、混合比のみを変え、三官能前駆体である1、8−ビス(トリエトキシシリル)オクタン0.43gと、単官能前駆体である1、8−ビス(ジメチルエトキシリル)オクタン0.93gをイソプロパノール1.3mlに溶解し、イソ
プロパノール溶液を形成した。
(Example 2)
Next, only the mixing ratio was changed in the same manner as in Example 1, and the trifunctional precursor 1,8-bis (triethoxysilyl) octane 0.43 g and the monofunctional precursor 1,8- 0.93 g of bis (dimethylethoxylyl) octane was dissolved in 1.3 ml of isopropanol to form an isopropanol solution.

一方、8Nの塩酸0.28gをイソプロパノール1.2mlに加えた。この両者を併せて数十秒間攪拌し、前駆体溶液を形成した。この前駆体溶液をイソプロパノールとの接触角が50度のPETフィルム表面にバーコータ・キャスト法により基体表面に塗布し、20×30mmのプラスチックケースの蓋で覆った後、室温(20℃)にて12時間養生して、その後80℃で24時間、さらに150℃で24時間加熱硬化して、白色で弾力性をもつ厚さ50μmの多孔質膜を形成した。そして形成された膜を多量のイソプロパノールで洗浄し、この後多量の蒸留水で洗浄した。   Meanwhile, 0.28 g of 8N hydrochloric acid was added to 1.2 ml of isopropanol. Both of these were combined and stirred for several tens of seconds to form a precursor solution. This precursor solution was applied to the surface of the substrate by a bar coater cast method on the surface of a PET film having a contact angle with isopropanol of 50 degrees, covered with a 20 × 30 mm plastic case lid, and then at 12 ° C. at room temperature (20 ° C.) After curing for a period of time, the film was heat-cured at 80 ° C. for 24 hours and then at 150 ° C. for 24 hours to form a white and elastic porous film having a thickness of 50 μm. The formed film was washed with a large amount of isopropanol, and then washed with a large amount of distilled water.

この多孔質膜の空孔率、ポア径をポロシメータで測定し、内部および表面構造をSEMで観察したところ、空孔径平均500nmで、空孔率60%、図7(a)および(b)に示すように、片側表面(上面)の開口率30%、裏面(下面)の開口率0%の連続細孔構造を形成していることを確認した。   When the porosity and pore diameter of this porous film were measured with a porosimeter, and the inside and surface structure were observed with an SEM, the average pore diameter was 500 nm, the porosity was 60%, and the results shown in FIGS. As shown, it was confirmed that a continuous pore structure having an opening ratio of 30% on one surface (upper surface) and an opening ratio of 0% on the back surface (lower surface) was formed.

この多孔質膜は、内部で空孔が連続的に繋がった連続細孔構造をもっており、かつ片方の表面に開口部を有し、もう片方の裏面には開口部を有さない。   This porous film has a continuous pore structure in which pores are continuously connected inside, and has an opening on one surface and no opening on the other back surface.

この多孔質膜は、片面が開口率0%と開孔表面が閉じた構造を有しているため、層間絶縁膜などの使用に有効である。仮に水分が浸入したとしても、閉じた面で水分の浸入が止まり、また開口側面から水分が排出されることになる。   Since this porous film has a structure in which one side has an open area ratio of 0% and the open surface is closed, it is effective for use as an interlayer insulating film or the like. Even if water enters, the water entry stops on the closed surface, and the water is discharged from the side surface of the opening.

この構成によれば、低誘電率で、かつ耐熱性、可撓性、寸法安定性を有する多孔質膜を得ることができる。
この場合、片面が閉じた多孔質膜を構成しているため、前述したように層間絶縁膜として有効である。
また、この空孔に機能性材料を充填することで、プロトン伝導性膜、電極、など種々の機能性膜を得ることができる。
According to this configuration, a porous film having a low dielectric constant and having heat resistance, flexibility, and dimensional stability can be obtained.
In this case, since a porous film with one side closed is formed, it is effective as an interlayer insulating film as described above.
Further, by filling the pores with a functional material, various functional membranes such as a proton conductive membrane and an electrode can be obtained.

(実施例3)
次に前記実施例2と同じ前駆体溶液を形成し、この前駆体溶液を実施例2と同じPETフィルム表面に塗布し、更にこの塗布した液の上面に同じPETフィルム(厚さ50μm)を幅13cmで被覆し、その上から塗布厚設定100μmm幅15cmのアプリケータによりレベリングした。
この膜を、20×30mmのプラスチックケースの蓋で覆った後、室温(20℃)にて12時間養生して、その後80℃で24時間、さらに150℃で24時間加熱硬化した。そして形成された膜を多量のイソプロパノールで洗浄し、この後多量の蒸留水で洗浄した。この後PETフィルムを剥がすと、白色で弾力性をもつ厚さ50μmの多孔質膜が得られた。
(Example 3)
Next, the same precursor solution as in Example 2 was formed, this precursor solution was applied to the same PET film surface as in Example 2, and the same PET film (thickness 50 μm) was further applied to the upper surface of this applied liquid. The film was coated with 13 cm, and leveled with an applicator having a coating thickness of 100 μm and a width of 15 cm.
This film was covered with a 20 × 30 mm plastic case lid, cured at room temperature (20 ° C.) for 12 hours, and then heat-cured at 80 ° C. for 24 hours and further at 150 ° C. for 24 hours. The formed film was washed with a large amount of isopropanol, and then washed with a large amount of distilled water. Thereafter, when the PET film was peeled off, a white and elastic porous film having a thickness of 50 μm was obtained.

この多孔質膜の空孔率、ポア径をポロシメータで測定し、内部および表面構造をSEMで観察したところ、空孔径平均80nmで、空孔率60%、図4(a)および(b)と同
様、両面の開口率0%、厚さ50μmの連続細孔構造を形成していることを確認した。
この多孔質膜は、内部で空孔が連続的に繋がった連続細孔構造をもっており、かつ表面にも裏面にも開口部を有さない。
この構成によれば、耐熱性、可撓性、寸法安定性を有する多孔質体を得ることができ、低誘電率材料として有効である。また耐熱性を有する断熱材料としても有効である。
この構造は、層間絶縁膜、パッシベーション膜として耐湿性も高く極めて良好な特性を有する膜となっている。
When the porosity and pore diameter of this porous film were measured with a porosimeter, and the inside and surface structure were observed with an SEM, the average pore diameter was 80 nm, the porosity was 60%, and FIGS. 4 (a) and (b) Similarly, it was confirmed that a continuous pore structure having an opening ratio of 0% on both sides and a thickness of 50 μm was formed.
This porous film has a continuous pore structure in which pores are continuously connected inside, and has no opening on the front surface or the back surface.
According to this configuration, a porous body having heat resistance, flexibility, and dimensional stability can be obtained, which is effective as a low dielectric constant material. It is also effective as a heat insulating material having heat resistance.
This structure is a film having high moisture resistance and extremely good characteristics as an interlayer insulating film and a passivation film.

(比較例1)
前記実施例1において、1、8−ビス(トリエトキシシリル)オクタン1.5gのみを用いて前駆体溶液を形成したほかは前記実施例1と同様にして多孔質体を形成した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a porous material was formed in the same manner as in Example 1 except that the precursor solution was formed using only 1.5 g of 1,8-bis (triethoxysilyl) octane.

この場合は、白色の弾性を持つ膜の代わりに透明で硬質な膜が得られた。この膜の内部構造を電子顕微鏡で観察したところ、連続細孔構造の形成は確認できなかった。   In this case, a transparent and hard film was obtained instead of the white elastic film. When the internal structure of this film was observed with an electron microscope, formation of a continuous pore structure could not be confirmed.

(比較例2)
前記実施例1において、1、2−ビス(トリエトキシシリル)エタン1.5gのみを用いて前駆体溶液を形成したほかは前記実施例1と同様にして多孔質膜を形成した。
(Comparative Example 2)
In Example 1, a porous film was formed in the same manner as in Example 1 except that the precursor solution was formed using only 1.5 g of 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane.

この場合も、白色の弾性を持つ膜の代わりに透明で硬質な膜が得られた。この膜の内部構造を電子顕微鏡で観察したところ、連続細孔構造の形成は確認できなかった。
そしてこの方法では、取り扱い中に亀裂が発生し、自立膜として十分な評価を行なうことができなかった。
このようにして形成された実施例1,2および比較例1,2の多孔質膜を評価した。
Also in this case, a transparent and hard film was obtained instead of the white elastic film. When the internal structure of this film was observed with an electron microscope, formation of a continuous pore structure could not be confirmed.
In this method, cracks occurred during handling, and sufficient evaluation as a self-supporting film could not be performed.
The porous membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 thus formed were evaluated.

評価方法としては、次の方法をとった。
(1)耐屈曲性評価
この多孔質体の耐屈曲性をJISK5600-5-1記載の耐屈曲性試験(円筒形マンドレル法)にて実施した。タイプIのマンドレル(直径10mm)を使用し、以下の評価基準で評価した。
○ 割れ、ヒビなし。
× 割れ、ヒビあり。
(2)耐熱性評価
多孔質体を、飽和水蒸気下、140℃のオートクレーブ中で5時間加熱した。加熱後の評価は、目視、寸法測定、および耐屈曲性試験を実施し、評価基準は次のとおりとした。結果を次表に示す。なおいずれも寸法変化はなく、変化率(%)は0であった。
○ 実施前と変わらず。
× 変色・変形が起こる。
耐屈曲性:(1)と同じ
The evaluation method was as follows.
(1) Evaluation of bending resistance The bending resistance of this porous body was measured by a bending resistance test (cylindrical mandrel method) described in JISK5600-5-1. A type I mandrel (diameter 10 mm) was used and evaluated according to the following evaluation criteria.
○ No cracks or cracks.
× There are cracks and cracks.
(2) Evaluation of heat resistance The porous body was heated for 5 hours in an autoclave at 140 ° C under saturated steam. The evaluation after heating was carried out by visual inspection, dimensional measurement, and bending resistance test, and the evaluation criteria were as follows. The results are shown in the following table. In all cases, there was no dimensional change and the rate of change (%) was zero.
○ Same as before implementation.
× Discoloration / deformation occurs.
Flexibility: Same as (1)

Figure 2005190828
Figure 2005190828

上記結果から明らかなように、実施例1乃至3によれば、内部に連続細孔構造を有する多孔質体を得ることができ、機械的特性と耐熱性を両立することができた。特に140℃の耐熱性評価においては、実施例1乃至3のいずれの方法で形成した多孔質体もほとんど
変形もなく極めて良好な結果を得ることができた。
As is clear from the above results, according to Examples 1 to 3, a porous body having a continuous pore structure inside can be obtained, and both mechanical properties and heat resistance can be achieved. In particular, in the heat resistance evaluation at 140 ° C., the porous body formed by any of the methods of Examples 1 to 3 was hardly deformed, and extremely good results could be obtained.

なお、プロトン伝導性膜として用いる場合には、前述の方法で多孔質体に酸基を供給し以下のような評価方法で評価した。   When used as a proton conductive membrane, acid groups were supplied to the porous body by the above-described method, and evaluation was performed by the following evaluation method.

(3)プロトン伝導性評価
本発明の製造方法により得られたプロトン伝導性膜を通例の電気化学セルにセットし、プロトン伝導性膜と白金板とを密着させた。この白金板に、電気化学インピーダンス測定装置(ソーラトロン社製、1260型)を接続し、周波数0.1Hz〜100kHzの領域でインピーダンス測定し、イオン伝導性膜のプロトン伝導度を評価した。
(3) Proton conductivity evaluation The proton conductive membrane obtained by the production method of the present invention was set in a conventional electrochemical cell, and the proton conductive membrane and the platinum plate were brought into close contact with each other. The platinum plate was connected to an electrochemical impedance measuring device (1260 type, manufactured by Solartron), and impedance measurement was performed in a frequency range of 0.1 Hz to 100 kHz to evaluate the proton conductivity of the ion conductive membrane.

なお、上記測定では、サンプルは、電気的に絶縁された密閉容器中に支持され、水蒸気雰囲気(95〜100%RH)で、温度コントローラーによりセル温度を室温から160℃まで変化させ、それぞれの温度でプロトン伝導度の測定を行った。   In the above measurement, the sample was supported in an electrically insulated sealed container, and the cell temperature was changed from room temperature to 160 ° C. with a temperature controller in a water vapor atmosphere (95 to 100% RH). The proton conductivity was measured at

(4)膨潤率評価
本発明の製造方法にて得られたプロトン伝導性膜を、100℃で運転されている真空オーブンに2時間放置して乾燥した後、得られた膜の大きさを測定して乾燥長とした(主として円形で得られるため、直径を測定)。その後、80℃水に浸せきし、表面の水を拭き取った後、膜の大きさを測定し、変化した長さを乾燥長で割ったものを膨潤率とした。
(4) Swelling ratio evaluation The proton conductive membrane obtained by the production method of the present invention was left to dry in a vacuum oven operated at 100 ° C. for 2 hours, and then the size of the obtained membrane was measured. The dry length was obtained (measured in diameter because it is mainly circular). Then, after immersing in 80 degreeC water and wiping off the surface water, the magnitude | size of the film | membrane was measured and what divided the changed length by dry length was made into the swelling rate.

上記実施例1の方法で形成した多孔質膜に、酸基を導入し、プロトン伝導性構造体を導入することにより、高温下で安定したプロトン伝導度を得ることが出来、膨潤率も十分に低いものであった。   By introducing an acid group into the porous membrane formed by the method of Example 1 and introducing a proton conductive structure, a stable proton conductivity can be obtained at a high temperature, and the swelling rate is sufficient. It was low.

以上説明してきたように、本発明の多孔質体は空孔率および表裏両面の開口率を調整することができ、両面を開口した多孔質体、片面のみを開口した多孔質体、両面を閉じた多孔質体など、燃料電池のプロトン伝導性膜、電極、カラム用をはじめ種々の機能性膜への適用、さらには、シリコンデバイスのみならず、HBT、半導体レーザなど化合物半導体を用いたデバイス、マイクロ波ICなどの高周波デバイス、フィルムキャリアなどを用いたマイクロ波伝送線路あるいは多層プリント基板、などの層間絶縁膜、パッシベーション膜などにも適用可能である。   As described above, the porous body of the present invention can adjust the porosity and the opening ratio of both front and back surfaces. The porous body is open on both sides, the porous body is open only on one side, and both sides are closed. Application to various functional membranes including fuel cell proton conductive membranes, electrodes, and columns, and devices using compound semiconductors such as HBT and semiconductor lasers, The present invention can also be applied to high-frequency devices such as microwave ICs, microwave transmission lines using film carriers or the like, or multilayer insulating substrates such as multilayer printed boards.

また、この連続細孔構造の多孔質体は、特に可撓性が高く緩衝膜としての作用効果が高いため、化合物半導体デバイスなど、破壊が生じ易いデバイスについて適用する場合に特に有効である。   In addition, this porous body having a continuous pore structure is particularly effective when applied to a device that easily breaks down, such as a compound semiconductor device, because it is particularly flexible and has a high effect as a buffer film.

さらにまた、本発明の多孔質体は、膜としてのみならずバルク体あるいはテープ状体として形成し、対象物に貼着するものに対しても有効である。   Furthermore, the porous body of the present invention is effective not only as a film but also as a bulk body or a tape-like body, which is adhered to an object.

本発明の実施の形態の半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の多孔質体の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the porous body of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の半導体装置の製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the semiconductor device of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の多孔質体の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the porous body of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の多孔質体の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the porous body of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の多孔質体の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the porous body of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の多孔質体の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the porous body of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 絶縁膜
3 ゲート酸化膜
4 ゲート電極
5a,5b 低濃度不純物拡散領域(ソース・ドレイン領域)
6a、6b 高濃度不純物拡散領域(ソース・ドレイン領域)
7 層間絶縁膜
8 第1層配線
9 コンタクトホール
10 第2層配線
11 パッシベーション膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Insulating film 3 Gate oxide film 4 Gate electrodes 5a and 5b Low concentration impurity diffusion region (source / drain region)
6a, 6b High concentration impurity diffusion region (source / drain region)
7 Interlayer insulation film 8 First layer wiring 9 Contact hole 10 Second layer wiring 11 Passivation film

Claims (26)

金属−酸素結合による架橋構造を有し、当該架橋構造によって形成された空孔が連続的につながった連続細孔構造を有し、
少なくとも前記空孔が前記多孔体の一主面側で開口していることを特徴とする多孔質体。
Having a cross-linked structure by a metal-oxygen bond, having a continuous pore structure in which pores formed by the cross-linked structure are continuously connected,
A porous body, wherein at least the pores open on one main surface side of the porous body.
前記空孔が前記多孔質体の両面で開口していることを特徴とする請求項1に記載の多孔
質体。
2. The porous body according to claim 1, wherein the pores are opened on both surfaces of the porous body.
前記空孔が前記多孔質体の一方の面で開口し、他方の面で閉じていることを特徴とする請求項1に記載の多孔質体。   2. The porous body according to claim 1, wherein the pores are opened on one surface of the porous body and closed on the other surface. 金属−酸素結合による架橋構造を有し、当該架橋構造によって形成された空孔が連続的につながった連続細孔構造を有し、
少なくとも前記空孔が前記多孔体の両面で閉じていることを特徴とする多孔質体。
Having a cross-linked structure by a metal-oxygen bond, having a continuous pore structure in which pores formed by the cross-linked structure are continuously connected,
A porous body characterized in that at least the pores are closed on both sides of the porous body.
前記連続細孔構造は、空孔率40〜80%の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の多孔質体。   The porous body according to any one of claims 1 to 4, wherein the continuous pore structure is in a range of porosity of 40 to 80%. 前記連続細孔構造は、空孔の孔径が平均0.001から1μmの範囲にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の多孔質体。   The porous body according to any one of claims 1 to 5, wherein the continuous pore structure has an average pore diameter in the range of 0.001 to 1 µm. 次式(1)で示される構造を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の多孔質体。
Figure 2005190828
(式中、Mは金属又はシリコン、xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、Rは炭素数1〜50の炭素原子含有分子鎖基であり、Rはメチル、エチル、プロピル、又はフェニル基のいずれかの基を表し、n,nは0,1,または2のいずれかであり、n,nの少なくともひとつが1または2である)
The porous body according to claim 1, which has a structure represented by the following formula (1).
Figure 2005190828
(In the formula, M is a metal or silicon, x is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, R 1 is a carbon atom-containing molecular chain group having 1 to 50 carbon atoms, and R 2 is methyl or ethyl. , Propyl, or phenyl group, n 1 , n 2 are either 0, 1, or 2, and at least one of n 1 , n 2 is 1 or 2)
前記Mはシリコンであることを特徴とする請求項7に記載の多孔質体。   The porous body according to claim 7, wherein M is silicon. 前記式(1)におけるRは炭化水素基であることを特徴とする請求項7または8のいずれかに記載の多孔質体。 The porous body according to claim 7, wherein R 1 in the formula (1) is a hydrocarbon group. 前記炭化水素基は、次式(2)で示される構造体であることを特徴とする請求項9に記載の多孔質体。
Figure 2005190828
The porous body according to claim 9, wherein the hydrocarbon group is a structure represented by the following formula (2).
Figure 2005190828
前記式(2)におけるnは1〜20の範囲にあることを特徴とする請求項10に記載の多孔質体。   The porous body according to claim 10, wherein n in the formula (2) is in the range of 1-20. 前記式(1)におけるRがオクタメチレン、Rはメチル基であり、次式(3)で表される構造体であることを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の多孔質体。
Figure 2005190828
(式中、xは架橋に関与する−O−結合又はOH基であり、n,nは0,1,または2のいずれかであり、n,nの少なくともひとつが1または2である)
12. The porous structure according to claim 9, wherein R 1 in the formula (1) is octamethylene, R 2 is a methyl group, and the structure is represented by the following formula (3). Body.
Figure 2005190828
(Wherein x is an —O— bond or OH group involved in crosslinking, n 1 and n 2 are either 0, 1, or 2, and at least one of n 1 and n 2 is 1 or 2. Is)
金属―酸素結合の架橋性材料と、溶媒と、触媒とを含む混合物を調製する工程と、
前記混合物を基体上に供給する工程と、
前記混合物を前記基体上でゾルゲル反応させ、金属−酸素結合による架橋構造を有し、当該架橋構造によって形成された空孔が連続的につながった連続細孔構造を有する多孔質体を形成する工程とを含む多孔質体の製造方法であって、
前記混合物を前記基体上に供給する工程に先立ち、前記多孔質体と前記基体との界面における前記空孔の開口状態が所望の状態となるように、前記混合物の組成または前記基体の表面状態を調整する工程を含むことを特徴とする多孔質体の製造方法。
Preparing a mixture comprising a metal-oxygen bond crosslinkable material, a solvent, and a catalyst;
Supplying the mixture onto a substrate;
A step of forming a porous body having a continuous pore structure in which the mixture is subjected to a sol-gel reaction on the substrate and has a crosslinked structure by a metal-oxygen bond, and pores formed by the crosslinked structure are continuously connected. A method for producing a porous body comprising:
Prior to the step of supplying the mixture onto the substrate, the composition of the mixture or the surface state of the substrate is adjusted so that the open state of the pores at the interface between the porous body and the substrate becomes a desired state. The manufacturing method of the porous body characterized by including the process to adjust.
前記供給する工程に先立ち、前記ゾルゲル反応により生成された重合物と前記溶媒との相分離が、前記基体表面で起こるように、前記基体表面を親溶媒性にすることを特徴とする請求項13に記載の多孔質体の製造方法。   14. The substrate surface is made solvophilic so that phase separation between the polymer produced by the sol-gel reaction and the solvent occurs on the substrate surface prior to the supplying step. The manufacturing method of the porous body as described in 1 .. 前記基体表面に対する前記溶媒の接触角が30度以下である請求項14に記載の多孔質体の製造方法。   The method for producing a porous body according to claim 14, wherein a contact angle of the solvent with respect to the surface of the substrate is 30 degrees or less. 前記供給する工程に先立ち、前記ゾルゲル反応により生成された重合物と前記溶媒との相分離が、前記基体表面で起こらないように、前記基体表面を撥溶媒性にすることを特徴とする請求項13に記載の多孔質体の製造方法。   Prior to the supplying step, the surface of the substrate is made to be solvent repellent so that phase separation between the polymer produced by the sol-gel reaction and the solvent does not occur on the surface of the substrate. 14. The method for producing a porous body according to 13. 前記基体表面に対する前記溶媒の接触角が30度を超える請求項16に記載の多孔質体の製造方法。   The method for producing a porous body according to claim 16, wherein the contact angle of the solvent with respect to the surface of the substrate exceeds 30 degrees. 前記供給する工程の後、前記多孔質体を形成する工程に先立ち、前記基体に相対向する面にも、前記溶媒との接触角が30度より大きい物質を接触させる工程を含むことを特徴とする請求項13乃至17のいずれかに記載の多孔質体の製造方法。   After the supplying step, prior to the step of forming the porous body, the method includes a step of bringing a substance having a contact angle with the solvent larger than 30 degrees into contact with the surface facing the substrate. The method for producing a porous body according to any one of claims 13 to 17. 前記供給する工程の後、前記多孔質体を形成する工程に先立ち、前記基体に相対向する面にも、前記溶媒との接触角が30度以下の物質を接触させる工程を含むことを特徴とする請求項13乃至17のいずれかに記載の多孔質体の製造方法。   After the supplying step, prior to the step of forming the porous body, the method includes a step of bringing a substance having a contact angle with the solvent of 30 degrees or less into contact with the surface facing the substrate. The method for producing a porous body according to any one of claims 13 to 17. 前記混合物を調製する工程は、複数の架橋性シリル基と、これに共有結合せしめられた炭素原子とを有する有機無機複合架橋性化合物とを含む混合物を調製する工程であり、
前記混合物を基体上に成膜する工程と、
前記架橋性シリル基を加水分解/縮合させ、連続細孔構造を有する多孔質体を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項13乃至19のいずれかに記載の多孔質体の製造方法。
The step of preparing the mixture is a step of preparing a mixture containing a plurality of crosslinkable silyl groups and an organic-inorganic composite crosslinkable compound having a carbon atom covalently bonded thereto.
Depositing the mixture on a substrate;
The method for producing a porous body according to any one of claims 13 to 19, further comprising a step of hydrolyzing / condensing the crosslinkable silyl group to form a porous body having a continuous pore structure. .
前記基体が、所望の素子領域および配線層を備えた半導体基板であり、
前記混合物を供給する工程に先立ち、前記半導体基板表面に疎水性処理を行なう工程を
含むことを特徴とする請求項13、16乃至20のいずれかに記載の多孔質体の製造方法。
The base is a semiconductor substrate having a desired element region and a wiring layer;
21. The method for manufacturing a porous body according to claim 13, further comprising a step of performing a hydrophobic treatment on the surface of the semiconductor substrate prior to the step of supplying the mixture.
前記混合物を供給する工程に先立ち、親溶媒性表面となるように、表面極性を制御したガス拡散電極を用意し、前記ガス拡散電極を基体とし、ガス拡散電極およびその対向面側に開口を形成するように、前記混合物を直接前記ガス拡散電極上に形成する工程を含むことを特徴とする請求項13、16乃至20のいずれかに記載の多孔質体の製造方法。   Prior to the step of supplying the mixture, a gas diffusion electrode with a controlled surface polarity is prepared so as to have a solvophilic surface, and the gas diffusion electrode is used as a base, and an opening is formed on the gas diffusion electrode and its opposite surface side. 21. The method for producing a porous body according to claim 13, further comprising a step of directly forming the mixture on the gas diffusion electrode. 請求項13乃至22のいずれかに記載の多孔質体の製造方法によって形成された多孔質体。   The porous body formed by the manufacturing method of the porous body in any one of Claims 13 thru | or 22. 請求項1乃至12,22、23のいずれかに記載の多孔質体の細孔に、プロトン伝導性基を導入するかあるいは前記多孔質体の表面にプロトン伝導性電解質を供給した後、ガス拡散電極を両面に形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。   Gas diffusion after introducing a proton conductive group into the pores of the porous body according to any one of claims 1 to 12, 22 and 23, or supplying a proton conductive electrolyte to the surface of the porous body. A method of manufacturing a fuel cell, comprising forming electrodes on both sides. 請求項24に記載の多孔質体の製造方法を用いて、前記混合物を供給する工程に先立ち、
親溶媒性表面となるように、表面極性を制御した第1および第2のガス拡散電極を用意し、前記第1のガス拡散電極の一方を基体とし、前記混合物を直接前記第1のガス拡散電極上に供給する工程を含み、
前記混合物の縮合に先立ち、前記混合物の供給された前記第1のガス拡散電極に、プロトン伝導性基を導入するかあるいは前記混合物の表面にプロトン伝導性電解質を形成した後、前記混合物の供給された前記第1のガス拡散電極表面に、前記第2のガス拡散電極を当接し、完全硬化する工程を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
Prior to the step of supplying the mixture using the method for producing a porous body according to claim 24,
First and second gas diffusion electrodes with controlled surface polarity are prepared so as to have a solvophilic surface, one of the first gas diffusion electrodes is used as a base, and the mixture is directly used as the first gas diffusion electrode. Supplying on the electrode,
Prior to the condensation of the mixture, a proton conductive group is introduced into the first gas diffusion electrode supplied with the mixture or a proton conductive electrolyte is formed on the surface of the mixture, and then the mixture is supplied. A method of manufacturing a fuel cell comprising the step of bringing the second gas diffusion electrode into contact with the surface of the first gas diffusion electrode and completely curing the surface.
請求項25または26に記載の燃料電池の製造方法を用いて形成された膜−電極接合体(MEA)を用いた燃料電池。   27. A fuel cell using a membrane-electrode assembly (MEA) formed using the method for producing a fuel cell according to claim 25 or 26.
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