JP2005523377A - 有機シリケート重合体およびこれを含む絶縁膜 - Google Patents
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Abstract
Description
b)前記有機シリケート重合体を溶媒に溶解させる工程;
c)前記溶解させた有機シリケート重合体を半導体素子の基材に塗布する工程;ならびに
d)前記有機シリケート重合体を塗布した基材を乾燥および焼成する工程、
を含む。
R1 nSi(OSi)mH(2m-n+4)
(化学式1で、
R1は水素、フッ素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
mは、独立して1〜20の整数であり、そして
nは、独立して1〜20の整数である)
R2は水素、フッ素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
kおよびlは、独立して3〜10の整数である)
R3は水素、フッ素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
R4は水素、直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
xおよびyは、独立して3〜10の整数である)
SiR5 pR6 4-p
(化学式4で、
R5は水素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
R6はアセトキシ、ヒドロキシまたは直鎖もしくは分枝鎖状の炭素数1〜4のアルコキシであり、そして
pは、独立して0〜2の整数である)
R7 qR8 3-qSi−M−SiR9 rR10 3-r
(化学式5で、
(R7およびR9は水素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
R8およびR10は、アセトキシ、ヒドロキシまたは直鎖もしくは分枝鎖状の炭素数1〜4のアルコキシであり、
Mは炭素数1〜6のアルキレンまたはフェニレンであり、そして
qおよびrは、独立して0〜2の整数である)
(ヒドロシラン化合物の酸化反応)
反応容器に蒸溜水15g、テトラヒドロフラン30g、Pd/C(10%)パウダー500mgを入れて混合した後、反応容器の温度を0℃に維持した。前記溶液にテトラメチルシクロテトラシロキサン10gを徐々に加え、一晩中反応させた。反応後、溶液をろ過して金属触媒を除去し、有機溶媒を真空で除去して11gのテトラオールが溶けているヒドロシロキサン酸化反応物19gを得た。
前記で得られたヒドロシロキサン酸化反応物8.3gおよびテトラヒドロフラン12gを反応容器に入れた。前記溶液に72mgの塩化水素を溶かした蒸溜水1.4gを徐々に添加した後、温度を70℃に上げて一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記で得られた有機シリケート重合体をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解した溶液を、シリコンウエハー上にスピンコーティングして薄膜を得て、窒素雰囲気の下に425℃の温度で1時間硬化して絶縁膜を製造した。
(ヒドロシラン化合物の酸化反応)
反応容器にメタノール100g、Pd/C(10%)パウダー300mgを入れて混合した後、反応容器の温度を0℃に維持した。前記溶液にテトラメチルシクロテトラシロキサン50gを徐々に加え、一晩中反応させた。反応後、溶液をろ過して触媒を除去し、有機溶媒を真空で除去してヒドロシロキサン酸化反応物72gを得た。
前記で得られたヒドロシロキサン酸化反応物6.5g、テトラヒドロフラン16g、およびメタノール4.6gを反応容器に入れた。前記溶液に75mgの塩化水素を溶かした蒸溜水6.5gを徐々に添加した後、温度を70℃に上げて一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例1と同様の方法で実施して絶縁膜を製造した。
(ヒドロシラン化合物の酸化反応)
反応容器にメチルジメトキシシラン10g、メタノール1.2gおよびテトラヒドロフラン8.36gを入れて混合した後、34mgの塩化水素が溶けている蒸溜水1.4gを0℃で徐々に添加する。前記溶液を常温で12時間反応させ、真空で水分、溶媒、酸触媒を除去して5.3gのヒドロシラン部分加水分解縮合物を得た。この部分加水分解縮合物に蒸溜水8g、テトラヒドロフラン16gおよびPd/C(10%)パウダー300mgを混合した後、一晩中反応させた。反応後、溶液をろ過して触媒を除去し、有機溶媒を真空で除去して8.4gの酸化反応物を得た。
前記で得た酸化反応物を30gのテトラヒドロフランに溶かした後、これに108mgの塩化水素が溶けている蒸溜水5.3gを徐々に加えた。添加後、温度を70℃に上げて12時間反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈し、蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例1と同様の条件で絶縁膜を製造した。
(有機シリケート重合体の製造)
前記実施例1で得たヒドロシロキサン酸化反応物5.1g(水分含有)、テトラメトキシシラン1.5gおよびテトラヒドロフラン9gを反応容器に入れ、ここに256mgのマロン酸を溶かした蒸溜水2.1gを徐々に添加した。添加後、温度を70℃に上げて一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例1と同様の条件で絶縁膜を製造した。
(有機シリケート重合体の製造)
反応容器にメチルトリメトキシシラン10gおよびテトラヒドロフラン16.3gを入れ、ここに80mgの塩化水素を溶かした蒸溜水7.93gを徐々に添加した。添加後、温度を70℃に上げて一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例1と同様の条件で絶縁膜を製造した。
前記実施例1〜4および比較例1で製造した絶縁膜の誘電特性と機械的物性を下記の方法で測定し、その結果を表1に示した。
a)誘電特性−MIS(Metal/Insulator/Semiconductor)方式によって誘電定数を測定した。
b)機械的物性−ヒシトロン社(Hysitron Inc.)のトリボインデンター(TriboIndenter)を使用して弾性率と強度を測定した。
(有機シリケート重合体製造)
テトラヒドロフラン9gにテトラメチルテトラメトキシシクロテトラシロキサン4.7gを添加し、これに55mgの塩化水素が溶けている蒸溜水1.8gを添加して、60℃で一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記で得た有機シリケート重合体をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解した溶液をシリコンウエハー上にスピンコーティングして薄膜を得て、窒素雰囲気下で425℃の温度で1時間硬化して絶縁膜を製造した。
(有機シリケート重合体製造)
テトラヒドロフラン溶液9gにテトラメチルテトラメトキシシクロテトラシロキサン3.65gおよびテトラメトキシシラン1.54gを添加し、これに2.65mgのマロン酸が溶けている蒸溜水2.91gを添加して、60℃で一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例5と同様の方法で実施して絶縁膜を製造した。
(有機シリケート重合体製造)
テトラヒドロフラン9gにメチルトリメトキシシラン6.9gを添加し、これに55mgの塩化水素が溶けている蒸溜水5.5gを添加して、60℃で一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例5と同様の方法で実施して絶縁膜を製造した。
(有機シリケート重合体製造)
テトラヒドロフラン溶液9gにメチルトリメトキシシラン5.5gおよびテトラメトキシシラン1.54gを添加し、これに2.63mgのマロン酸が溶けている蒸溜水5.8gを添加して、60℃で一晩中反応させた。反応完了後、反応溶液をエーテルで希釈して蒸溜水でpHが中性になるまで洗った。得られた有機層の水分を乾燥剤を利用して除去した後、真空で有機溶媒を除去し、パウダー状態の生成物を得た。
前記実施例5と同様の方法で実施して絶縁膜を製造した。
前記実施例5および6ならびに比較例2および3で製造した絶縁膜の誘電特性と機械的物性を前記実験例1に記載した方法で測定し、その結果を表2に示した。
Claims (18)
- 有機溶媒に
a)酸化ヒドロシラン化合物;
b)環状シロキサン化合物;
c)酸化ヒドロシラン化合物とシラン化合物またはシランオリゴマーと第2混合物;および
d)環状シロキサン化合物とシラン化合物またはシランオリゴマーの第3混合物
からなる群より選択される原料シラン化合物を混合して第1混合物を得る工程、ならびに
該第1混合物を、水および触媒を加えて加水分解および縮合反応させる工程
を含む有機シリケート重合体の製造方法。 - 前記a)の酸化ヒドロシラン化合物が、ヒドロシラン化合物を調製する工程および該ヒドロシラン化合物を水またはアルコールの存在下で酸化させる工程によって調製される請求項1記載の有機シリケート重合体の製造方法。
- 前記ヒドロシラン化合物が下記の化学式1で示されるヒドロシランオリゴマーまたは下記の化学式2で示される環状ヒドロシランオリゴマーである請求項2記載の有機シリケート重合体の製造方法:
[化学式1]
R1 nSi(OSi)mH(2m-n+4)
(化学式1で、
R1は水素、フッ素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
mは、独立して1〜20の整数であり、そして
nは、独立して1〜20の整数である)
[化学式2]
R2は水素、フッ素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、そして
kおよびlは、独立して3〜10の整数である) - 前記ヒドロシラン化合物の酸化が、Pd、PtおよびRhからなる群より1種以上選択される触媒またはペルオキシド類の酸化剤を加えることによって行われる請求項2記載の有機シリケート重合体の製造方法。
- 前記c)およびd)のシラン化合物またはシランオリゴマーが、シリコン、酸素、炭素および水素を含む請求項1記載の有機シリケート重合体の製造方法。
- 前記c)およびd)のシラン化合物またはシランオリゴマーが、下記の化学式4または下記の化学式5で示されるシラン化合物である請求項1記載の有機シリケート重合体の製造方法:
[化学式4]
SiR5 pR6 4-p
(化学式4で、
R5は水素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
R6はアセトキシ、ヒドロキシまたは直鎖もしくは分枝鎖状の炭素数1〜4のアルコキシであり、そして
pは、独立して0〜2の整数である)
[化学式5]
R7 qR8 3-qSi−M−SiR9 rR10 3-r
(化学式5で、
R7およびR9は各々、水素、アリール、ビニル、アリルまたはフッ素で置換された、もしくは置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルキルであり、
R8およびR10は各々、アセトキシ、ヒドロキシまたは直鎖または分枝鎖状の炭素数1〜4のアルコキシであり、
Mは炭素数1〜6のアルキレンまたはフェニレンであり、そして
qおよびrは、独立して0〜2の整数である。 - 前記触媒の量がシラン化合物約1モルに対して、0.000001モル〜2モルである請求項1記載の有機シリケート重合体の製造方法。
- 前記第1混合物の加水分解および縮合反応が、15℃〜80℃の温度で行われる請求項1記載の有機シリケート重合体の製造方法。
- 請求項1記載の方法で製造される有機シリケート重合体。
- 有機シリケート重合体および有機溶媒からなる半導体素子の絶縁膜形成用組成物であって、
該有機シリケート重合体が、
有機溶媒に
i)酸化ヒドロシラン化合物;
ii)環状シロキサン化合物;
iii)酸化ヒドロシラン化合物とシラン化合物またはシランオリゴマーの第2混合物;および
iv)環状シロキサン化合物とシラン化合物またはシランオリゴマーの第3混合物
からなる群より選択される原料シラン化合物を混合して第1混合物を製造して、そして、水および触媒を加えることによって第1混合物を加水分解および縮合反応させることによって製造される、
絶縁膜形成用組成物。 - さらに、有機分子、有機ポリマー、有機デンドリマー、pH調整剤、コロイド状有機シリカおよび界面活性剤からなる群より選択される1種以上の添加剤を含む請求項11記載の絶縁膜形成用組成物。
- 半導体素子の絶縁膜の製造方法であって、
a)有機溶媒に
i)酸化ヒドロシラン化合物;
ii)環状シロキサン化合物;
iii)酸化ヒドロシラン化合物とシラン化合物またはシランオリゴマーの第2混合物;および
iv)環状シロキサン化合物とシラン化合物またはシランオリゴマーの第3混合物
からなる群より選択される原料シラン化合物を混合して第1混合物を製造して、そして、水および触媒を加えて第1混合物を加水分解および縮合反応させることによって有機シリケート重合体を得る工程;
b)該有機シリケート重合体を溶媒に溶解する工程;
c)該溶解させた有機シリケート重合体を半導体素子の基材に塗布する工程;ならびに
d)該塗布された絶縁膜を乾燥および焼成する工程
を含む半導体素子の絶縁膜の製造方法。 - 前記溶解させた有機シリケート重合体を塗布する工程が、スピンコート法、浸漬法、ロールコート法またはスプレー法によって行われる請求項13記載の絶縁膜形成用組成物。
- 前記塗布された絶縁膜を乾燥する工程が、温度30℃〜350℃で行われ、前記塗布された絶縁膜を焼成する工程が、温度350℃〜500℃で行われる請求項13記載の絶縁膜形成用組成物。
- 請求項13記載の方法で製造される半導体素子の絶縁膜。
- 前記絶縁膜が0.05〜2μmの厚さを有する請求項16記載の半導体素子の絶縁膜。
- 請求項13記載の方法で製造される半導体素子の絶縁膜を含む半導体素子。
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