JP2006188547A - Coating composition and low dielectric porous siliceous material produced by using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating composition capable of producing a porous siliceous film equipped with an excellent mechanical strength and also a very low dielectric constant stably and equipped with chemical resistance against various chemicals jointly, and a method for producing a siliceous material by using the same. <P>SOLUTION: This coating composition contains a polyalkylsilazane compound, a siloxy group-containing polymer and an organic solvent, and a siliceous material obtained by calcining the coating composition and a method for producing the same are also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コーティング組成物に関するものである。さらに、本発明はそれを用いた低誘電シリカ質材料の製造法、およびそれを用いて製造された低誘電シリカ質膜に関するものである。さらに、本発明は、そのようにして製造された低誘電シリカ質材料を具備してなる半導体装置にも関するものである。   The present invention relates to a coating composition. Furthermore, the present invention relates to a method for producing a low dielectric siliceous material using the same, and a low dielectric siliceous film produced using the same. Furthermore, the present invention also relates to a semiconductor device comprising the low dielectric siliceous material thus manufactured.

半導体用層間絶縁膜(IMD)のような電子材料は、集積回路の高速化、高集積化に伴い一層の低誘電率化が要請されており、シリカ質膜の比誘電率を低下させるために膜を多孔質化させることは知られている。シリカ質膜は一般に吸湿性を有しているため、周囲の環境によっては時間とともに比誘電率が上昇してしまう傾向がある。   Electronic materials such as semiconductor interlayer insulating films (IMD) are required to have a lower dielectric constant as the integrated circuit speeds up and becomes higher. To reduce the relative dielectric constant of siliceous films. It is known to make membranes porous. Since the siliceous film generally has hygroscopicity, the relative permittivity tends to increase with time depending on the surrounding environment.

このような比誘電率の経時上昇を防止する方法として、ポリ有機シラザンの焼成により得られる有機シリカ質膜を多孔質化させる方法が考えられる。このようにして得られた有機シリカ質膜は、シリカのケイ素原子に有機基が結合している構造を有しているため、膜自体の撥水性が高く、吸湿による比誘電率の経時上昇が抑えられているとともに、半導体用層間絶縁膜として要求される耐熱性、耐環境性を具備した多孔質膜を得ることができる。   As a method for preventing such a relative dielectric constant from increasing with time, a method of making an organic siliceous film obtained by baking polyorganosilazane porous is conceivable. Since the organic siliceous film thus obtained has a structure in which an organic group is bonded to a silicon atom of silica, the film itself has high water repellency, and the relative permittivity increases with time due to moisture absorption. It is possible to obtain a porous film that is suppressed and has the heat resistance and environmental resistance required for an interlayer insulating film for semiconductors.

また、集積回路のさらなる高集積化は、半導体装置における内部配線の微細化および多層化をより効率的に実現するための多層配線工程技術の開発をも促している。このような技術は、例えばスパッタリフロー法またはCVD法により溝内部にCu等の配線材料を埋め込み、さらにCMP(Chmeical Mechanical Polishing)法等により溝外に堆積した配線材料を除去することにより溝配線を形成するものがあげられる。このような溝配線技術の進歩により、半導体装置は、内部配線の微細化が可能になると共に、CMP法による表面平坦化と相まってさらなる多層化が可能となる。   Further, higher integration of integrated circuits has prompted the development of multilayer wiring process technology for more efficiently realizing miniaturization and multilayering of internal wiring in semiconductor devices. In such a technique, for example, a wiring material such as Cu is embedded in the groove by sputtering reflow method or CVD method, and the wiring material deposited outside the groove is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. What is formed. With the progress of such trench wiring technology, the semiconductor device can be miniaturized in internal wiring and can be further multilayered in combination with surface planarization by CMP.

このような集積回路の高集積化は、配線間に存在する層間絶縁膜に対して、一層の低誘電率化に加え、CMP法による配線材料の除去工程に耐えうる機械的強度を要求し、さらにCMP法に用いられる薬剤のほか、ウェットストリッピングによるフォトレジスト除去をする場合においてはその薬剤、アッシングによるフォトレジスト除去をする場合においてはアッシング後の残渣を除去するための薬剤等、各種薬品に対する耐薬品性をも要求する。
特開2002−75982号公報
The high integration of such an integrated circuit requires a mechanical strength that can withstand the process of removing the wiring material by the CMP method in addition to lowering the dielectric constant of the interlayer insulating film existing between the wirings. Furthermore, in addition to chemicals used in the CMP method, when removing photoresist by wet stripping, the chemicals, and when removing photoresist by ashing, various chemicals such as chemicals for removing residues after ashing. It also requires chemical resistance.
JP 2002-75982 A

上記したようなシリカ質材料に対する要求に応えるべく、いくつかの方法が検討されている。例えば、本発明者らは、ポリアルキルシラザンとポリアクリル酸エステルまたはポリメタクリル酸エステルとを含んでなる組成物の膜を焼成することにより、高強度の多孔質シリカ質膜が得られること見出した(特許文献1)。この特許文献1に記載された多孔質シリカ質膜は、吸湿による比誘電率の経時上昇が抑えられるという効果を奏するものである。しかしながら、本発明者らのさらなる検討の結果、その多孔質シリカ質膜は、比誘電率が2.2程度の場合には弾性率が3GPa以下に留まるのが一般的であり、膜強度の点で改良の余地があることがわかった。   In order to meet the demand for the siliceous material as described above, several methods have been studied. For example, the present inventors have found that a high-strength porous siliceous film can be obtained by firing a film of a composition comprising polyalkylsilazane and polyacrylic acid ester or polymethacrylic acid ester. (Patent Document 1). The porous siliceous film described in Patent Document 1 has an effect that an increase in the relative permittivity with time due to moisture absorption can be suppressed. However, as a result of further studies by the present inventors, the porous siliceous film generally has an elastic modulus of 3 GPa or less when the relative dielectric constant is about 2.2. It turns out that there is room for improvement.

一方、多孔質膜を層間絶縁膜に用いて多層配線構造を形成させるとき、多孔質膜に形成される孔の孔径がより小さいこと、および孔径が揃っていることが重要である。多層配線構造を形成させる際に使用されるエッチングガスや剥離液等に多孔質絶縁膜が曝されると、大きな孔にガスや剥離液が入り込み、侵食することがある。また、多孔質膜上に金属配線やその他の薄膜形成を行う際にかかる応力や熱が引き金となって、孔が拡大され、さらにはその部位がリークパースとなり、多孔質膜が絶縁膜として機能しない場合がある。このような観点から、多孔質膜の孔の孔径は2nm以下であることが望ましいことがわかっている。しかし、従来の方法では、通常、孔径が5〜8nmの微細孔を有する多孔質膜しか得られず、5nm以下の、孔径が揃った孔を有する多孔質膜を形成させることは困難であった。   On the other hand, when forming a multilayer wiring structure using a porous film as an interlayer insulating film, it is important that the hole diameters of the holes formed in the porous film are smaller and the hole diameters are uniform. When the porous insulating film is exposed to an etching gas or a stripping solution used when forming a multilayer wiring structure, the gas or the stripping solution may enter and erode into large holes. In addition, the stress and heat applied when metal wiring and other thin films are formed on the porous film triggers the pores to expand, and that part becomes leak-parsed, and the porous film functions as an insulating film. May not. From this point of view, it is known that the pore diameter of the porous membrane is desirably 2 nm or less. However, in the conventional method, usually, only a porous film having fine pores having a pore diameter of 5 to 8 nm can be obtained, and it was difficult to form a porous film having pores having a uniform pore diameter of 5 nm or less. .

本発明は、ポリアルキルシラザン化合物、シロキシ基含有重合体、および有機溶媒を含んでなること、を特徴とするコーティング組成物に関するものである。   The present invention relates to a coating composition comprising a polyalkylsilazane compound, a siloxy group-containing polymer, and an organic solvent.

また、本発明のシリカ質材料は、前記コーティング組成物を、基板上に塗布し、または溝に充填し、さらに焼成することにより形成されたこと、を特徴とするものである。   In addition, the siliceous material of the present invention is characterized in that it is formed by applying the coating composition on a substrate or filling a groove, and further firing it.

また、本発明による半導体装置は、前記のシリカ質材料を層間絶縁膜として含むことを特徴とするものである。   A semiconductor device according to the present invention includes the siliceous material as an interlayer insulating film.

さらに本発明によるシリカ質材料の製造法は、前記のコーティング組成物を水蒸気含有雰囲気中50〜300℃の温度で予備焼成し、さらに乾燥雰囲気中300〜500℃の温度で焼成することを特徴とするものである。   Furthermore, the method for producing a siliceous material according to the present invention is characterized in that the coating composition is pre-fired at a temperature of 50 to 300 ° C. in a steam-containing atmosphere and further fired at a temperature of 300 to 500 ° C. in a dry atmosphere. To do.

さらに、本発明によるシリカ質材料は、内部に0.5〜3μmの微細孔を有することを特徴とするものである。   Furthermore, the siliceous material according to the present invention is characterized by having fine pores of 0.5 to 3 μm inside.

本発明は、上記したような従来の多孔質材料の製造において問題であった点を解決し、ダマシン法をはじめとする最新の高集積化プロセスに耐えうる優れた機械的強度を備え、かつ非常に低い、特に2.5未満の、誘電率を安定的に示し、各種の薬剤に対する耐薬品性を兼ね備えた、孔径の小さい微細孔を有する多孔質シリカ質材料を簡便に製造することができるコーティング組成物を提供するものである。   The present invention solves the problems in the conventional production of porous materials as described above, has an excellent mechanical strength that can withstand the latest high integration processes such as the damascene method, and is extremely Coating that can stably produce a porous siliceous material having a small pore size and a stable low dielectric constant, especially less than 2.5, and having chemical resistance against various drugs. A composition is provided.

ポリアルキルシラザン化合物
本発明におけるポリアルキルシラザン化合物は、アルキル置換されたシラザン結合を有するものである。その構造は限定されるものではないが、好ましいポリアルキルシラザン化合物は、好ましくは下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)または(3)で表される単位の少なくとも一種とを含むものである。

Figure 2006188547
上記式(1)〜(3)において、R〜R11は、それぞれ水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物中のR、RおよびR、ならびにR〜R11のすべてが水素ではない。より好ましい態様においては、各式中のR〜R11は以下の通りである。 Polyalkylsilazane compound The polyalkylsilazane compound in the present invention has an alkyl-substituted silazane bond. Although the structure is not limited, the preferred polyalkylsilazane compound is preferably a repeating unit represented by the following general formula (1) and at least a unit represented by the general formula (2) or (3) Including one kind.
Figure 2006188547
In the above formulas (1) to (3), R 1 to R 11 each represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 1 , R 5 and R 6 in the compound, and R 9 to All of R 11 are not hydrogen. In a more preferred embodiment, R 1 to R 11 in each formula are as follows.

上記式(1)中、Rは、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物全体のすべてのRが同時に水素であることはなく、
〜Rは、各々独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、R〜Rのすべてが同時に水素であることはなく、
p、q、およびrは、それぞれ0または1であり、0≦p+q+r≦3である。
In the above formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but not all R 1 in the entire compound is simultaneously hydrogen,
R 2 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but all of R 2 to R 4 are not simultaneously hydrogen,
p, q, and r are each 0 or 1, and 0 ≦ p + q + r ≦ 3.

ここで、一般式(1)においてRがメチル基であり、R〜Rが存在する場合には、それらがすべて水素であることが好ましい。 Here, in the general formula (1), when R 1 is a methyl group and R 2 to R 4 are present, it is preferable that all of them are hydrogen.

上記式(2)中、R〜Rは、各々独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物全体のすべてのRとRが同時に水素であることはない。 In the above formula (2), R 5 to R 7 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but not all R 5 and R 6 in the entire compound are simultaneously hydrogen. .

ここで、一般式(2)において、RおよびRのいずれかが水素原子であり、残りがメチル基であり、Rが水素原子であることが好ましい。 Here, in the general formula (2), it is preferable that either R 5 or R 6 is a hydrogen atom, the rest is a methyl group, and R 7 is a hydrogen atom.

上記式(3)中、R〜R11は、各々独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物全体のすべてのR〜R11が同時に水素であることはない。 In the above formula (3), R 8 to R 11 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but all R 9 to R 11 in the entire compound are not simultaneously hydrogen. .

一般式(3)において、Rが水素原子であり、R〜R11のすべてがメチル基であることが好ましい。 In the general formula (3), a R 8 is a hydrogen atom, it is preferable that all of R 9 to R 11 is a methyl group.

本発明においては、一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)または(3)で表される繰り返し単位の少なくとも一種とを含むポリアルキルシラザン化合物が、コーティング組成物の保存時のゲル化を防止することができる点で特に有用である。その場合、一般式(1)で表される繰返し単位の数が一般式(1)から(3)で表される単位の総数の50モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることが特に好ましい。一般式(1)の繰り返し単位が、一般式(1)〜(3)の繰り返し単位の総数に対して50モル%以上であると、成膜時にハジキや塗布ムラなどの問題が生じにくくなるためである。   In the present invention, a polyalkylsilazane compound containing a repeating unit represented by the general formula (1) and at least one repeating unit represented by the general formula (2) or (3) is stored in the coating composition. It is particularly useful in that gelation at the time can be prevented. In that case, the number of repeating units represented by the general formula (1) is preferably 50 mol% or more of the total number of units represented by the general formulas (1) to (3), and is 80 mol% or more. It is more preferable that it is 90 mol% or more. When the repeating unit of the general formula (1) is 50 mol% or more with respect to the total number of the repeating units of the general formulas (1) to (3), problems such as repelling and coating unevenness are less likely to occur during film formation. It is.

本発明によるポリシラザン化合物は、コーティング組成物の塗布性、特にスピンコーティング法により塗布をする際の塗布性、をよくするために、数平均分子量が100以上であることが好ましい。また、本発明によるポリシラザン化合物は、架橋基の数を適当にして、組成物のゲル化を抑制するために数平均分子量が50,000以下で合うことが好ましい。本発明において、特に好ましいポリアルキルシラザン化合物は、上記一般式(1)の繰り返し単位、および上記一般式(2)または(3)のうちの少なくとも1種の単位を含んでなるである。また、本発明においてポリアルキルシラザン化合物の数平均分子量は100〜50,000であることが好ましく、1,000〜20,000であることがより好ましい。   The polysilazane compound according to the present invention preferably has a number average molecular weight of 100 or more in order to improve the coating property of the coating composition, particularly the coating property when applied by spin coating. In addition, the polysilazane compound according to the present invention preferably has a number average molecular weight of 50,000 or less in order to suppress the gelation of the composition by adjusting the number of crosslinking groups. In the present invention, a particularly preferred polyalkylsilazane compound comprises a repeating unit of the above general formula (1) and at least one unit of the above general formula (2) or (3). In the present invention, the number average molecular weight of the polyalkylsilazane compound is preferably 100 to 50,000, and more preferably 1,000 to 20,000.

これらのポリアルキルシラザン化合物は、当業者に自明の通常のポリシラザンを合成する際のアンモノリシスにおいて、一般式(1)の繰返し単位を含むポリアルキルシラザンの場合にはアルキルトリクロロシラン(RSiCl)を、一般式(2)の繰返し単位を含むポリアルキルシラザンの場合にはジアルキルジクロロシラン(RSiCl)を、一般式(3)の単位を含むポリアルキルシラザンの場合にはトリアルキルクロロシラン(R1011SiCl)を、そしてこれら両方の繰返し単位を含むポリアルキルシラザンの場合にはこれらの混合物を出発原料とすることにより得られる。それらのクロロシラン類の混合比が各単位の存在比を決める。 These polyalkylsilazane compounds are alkyltrichlorosilanes (R 1 SiCl 3 ) in the case of polyalkylsilazanes containing repeating units of the general formula (1) in the ammonolysis when synthesizing ordinary polysilazanes obvious to those skilled in the art. Dialkyldichlorosilane (R 5 R 6 SiCl 2 ) in the case of a polyalkylsilazane containing a repeating unit of the general formula (2), and a trialkyl in the case of a polyalkylsilazane containing a unit of the general formula (3) It can be obtained by starting with chlorosilane (R 9 R 10 R 11 SiCl), and in the case of polyalkylsilazanes containing both of these repeating units, a mixture thereof. The mixing ratio of these chlorosilanes determines the abundance of each unit.

シロキシ基含有重合体
本発明によるコーティング組成物は、シロキシ基含有重合体を含んでなる。この重合体は、重合単位としてシロキシ基(−Si−O−)含有モノマーを含むものであり、主鎖、側鎖、または末端単位にシロキシ基を含む。
Siloxy group-containing polymer The coating composition according to the present invention comprises a siloxy group-containing polymer. This polymer contains a siloxy group (—Si—O —)-containing monomer as a polymer unit, and contains a siloxy group in the main chain, side chain, or terminal unit.

シロキシ基を含有する基としては、具体的にはトリメチルシロキシ基、ジメチルブチルシロキシ基、メチルヒドロシロキシ基、ジメチルシロキシ基、フェニルメチルシロキシ基、ジフェニルシロキシ基、メチルビニルシロキシ基、フェニルビニルシロキシ基、2−(トリメトキシシリル)エチル(メタ)アクリル基、γ−(トリメトキシシリル)プロピル(メタ)アクリル基、2−(トリメチルシロキシ)エチル(メタ)アクリル基、γ−(トリメチルシロキシ)プロピル(メタ)アクリル基、トリメチルシロキシメタクリル基、トリメチルシリルオキシシロキサニル基等が挙げられる。ここで、(メタ)アクリル基とは、アクリル基またはメタクリル基のいずれかを示すものである。   Specific examples of the group containing a siloxy group include trimethylsiloxy group, dimethylbutylsiloxy group, methylhydrosiloxy group, dimethylsiloxy group, phenylmethylsiloxy group, diphenylsiloxy group, methylvinylsiloxy group, phenylvinylsiloxy group, 2- (trimethoxysilyl) ethyl (meth) acryl group, γ- (trimethoxysilyl) propyl (meth) acryl group, 2- (trimethylsiloxy) ethyl (meth) acryl group, γ- (trimethylsiloxy) propyl (meth) ) Acrylic group, trimethylsiloxymethacrylic group, trimethylsilyloxysiloxanyl group and the like. Here, the (meth) acryl group means either an acryl group or a methacryl group.

本発明によるシロキシ基含有重合体は、前記のシロキシ基を含んでいれば、シロキシ基非含有の重合単位を含んでいてもよい。そのようなシロキシ基非含有重合単位としては、例えば、メチル(メタ)アクリル酸、イソブチル(メタ)アクリル酸、n−ブチル(メタ)アクリル酸、tert−ブチル(メタ)アクリル酸、ポリエチレンキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリル酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明におけるシロキシ基含有重合体は、これらのうち、アクリル酸、メタクリル酸、およびポリエチレンオキサイド化合物からなる群から選ばれる重合単位を含む重合体であることが好ましい。   The siloxy group-containing polymer according to the present invention may contain a polymer unit containing no siloxy group as long as it contains the above-mentioned siloxy group. Such siloxy group-free polymer units include, for example, methyl (meth) acrylic acid, isobutyl (meth) acrylic acid, n-butyl (meth) acrylic acid, tert-butyl (meth) acrylic acid, polyethylene oxide, Examples thereof include, but are not limited to, polypropylene oxide and polypropylene glycol (meth) acrylic acid. Among these, the siloxy group-containing polymer in the present invention is preferably a polymer containing a polymer unit selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and a polyethylene oxide compound.

このポリエチレンオキサイド化合物の一例を一般式として示すと以下の通りである。   An example of this polyethylene oxide compound is shown as the following general formula.

HO−(CHCHO)−L−(SiR’−O)−SiR’ (A)
ここで、R’は水素、アルキル基、アルコキシ基等の任意の置換基であり、一分子中のR’は複数種が混合していてもよい。また、R’が重合可能な基であり、ほかのモノマー単位と重合することもできる。
HO- (CH 2 CH 2 O) m -L- (SiR '2 -O) n -SiR' 3 (A)
Here, R ′ is an arbitrary substituent such as hydrogen, an alkyl group, or an alkoxy group, and a plurality of R ′ in one molecule may be mixed. R ′ is a polymerizable group and can be polymerized with other monomer units.

Lは連結基であり、例えば単結合、アルキレン基等である。   L is a linking group, such as a single bond or an alkylene group.

mおよびnは重合度を表す数である。   m and n are numbers representing the degree of polymerization.

シロキシ基含有重合体の分子量は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意に選択することができる、しかしながら、その重合体が適当な温度で昇華、分解、または蒸発して多孔質膜を形成するように、重合体の分子量は一定値以上であることが好ましく、一方、ボイドの発生、およびそれによる膜強度の低下を防ぐという観点から、一定値以下であることが好ましい。これらの下限値および上限値は、用いるシロキシ基含有重合体の種類によって適切に選択される。本発明に用いられるシロキシ基含有重合体が、ポリエチレンオキサイド化合物を重合単位として含むものである場合、その分子量は100〜5,000であることが好ましく、500〜2,000であることがより好ましい。さらに、シロキシ基含有重合体が、アクリル酸またはメタクリル酸を重合単位として含むものである場合、その分子量は、1,000〜80,000であることが好ましく、10,000〜20,000であることがより好ましい。   The molecular weight of the siloxy group-containing polymer can be arbitrarily selected as long as the effects of the present invention are not impaired. However, the polymer is sublimated, decomposed or evaporated at an appropriate temperature to form a porous film. Thus, the molecular weight of the polymer is preferably not less than a certain value, and on the other hand, it is preferably not more than a certain value from the viewpoint of preventing the generation of voids and the resulting decrease in film strength. These lower limit value and upper limit value are appropriately selected depending on the type of the siloxy group-containing polymer to be used. When the siloxy group-containing polymer used in the present invention contains a polyethylene oxide compound as a polymerization unit, the molecular weight is preferably 100 to 5,000, and more preferably 500 to 2,000. Furthermore, when the siloxy group-containing polymer contains acrylic acid or methacrylic acid as a polymerization unit, the molecular weight is preferably 1,000 to 80,000, and preferably 10,000 to 20,000. More preferred.

より好ましいシロキシ基含有重合体は、2−(トリメチルシロキシ)エチルメタクリル酸を重合単位に含む重合体およびヒドロキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル/ポリジメチルシリコーンを重合単位に含む重合体である。このうちシロキシ基含有ポリエチレンオキサイド化合物として、好ましい具体例は、α−[3−[1,1,3,3−テトラメチル−1−[(トリメチルシリル)オキシ]ジシロキサニル]プロピル]−ω−ヒドロキシ−ポリ(オキシ−2,3−エタネジル)、ヒドロキシ(ポリエチレンオキシ)プロピルポリジメチルシリコーン、Gelest社製MCR−13等が挙げられる。   More preferred siloxy group-containing polymers are a polymer containing 2- (trimethylsiloxy) ethyl methacrylic acid as a polymer unit and a polymer containing hydroxy (polyethyleneoxy) propyl / polydimethylsilicone as a polymer unit. Of these, preferred specific examples of the siloxy group-containing polyethylene oxide compound include α- [3- [1,1,3,3-tetramethyl-1-[(trimethylsilyl) oxy] disiloxanyl] propyl] -ω-hydroxy-poly. (Oxy-2,3-ethanel), hydroxy (polyethyleneoxy) propylpolydimethylsilicone, Gelest MCR-13, and the like.

このようなシロキシ基含有ポリエチレンオキサイド化合物において、ポリエチレンオキサイドの構造は特に限定されないが、粘度を適切に保つというの観点から、分子の重量に対するエチレンオキシ部分の重量が30〜90%であることが好ましく、またポリシロキシ構造におけるシロキシ基部分の重量が10〜40%であることが好ましい。   In such a siloxy group-containing polyethylene oxide compound, the structure of polyethylene oxide is not particularly limited, but the weight of the ethyleneoxy portion relative to the weight of the molecule is preferably 30 to 90% from the viewpoint of maintaining the viscosity appropriately. Moreover, it is preferable that the weight of the siloxy group part in a polysiloxy structure is 10 to 40%.

このシロキシ基含有ポリエチレンオキサイド化合物、またはそれをモノマー単位として含む共重合体は、水酸基を末端とするポリエチレンオキサイド構造が、前記のポリアルキルシラザン化合物と架橋するため、シリカ質材料の強度を増大させ、さらに多孔質化させるものと考えられる。さらには、シロキシ基含有ポリエチレンオキサイドは、加熱によって昇華する際に、その一部であるシロキシ基がマトリックスであるポリアルキルシラザンの焼成膜中に残存し、より強度の高いシリカ質材料を生成させる効果を奏する。   This siloxy group-containing polyethylene oxide compound, or a copolymer containing it as a monomer unit, increases the strength of the siliceous material because the polyethylene oxide structure terminated with a hydroxyl group crosslinks with the polyalkylsilazane compound. Further, it is considered to be made porous. Furthermore, when the siloxy group-containing polyethylene oxide is sublimated by heating, the siloxy group as a part thereof remains in the fired film of the polyalkylsilazane as a matrix, thereby producing a stronger siliceous material. Play.

本発明におけるシロキシ基含有重合体は、シロキシ基を含むことを必須とする。シロキシ基を含有する重合単位の割合は、シロキシ基含有重合体を構成する重合単位の総数に対して、1%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましく、30%以上であることが特に好ましい。   The siloxy group-containing polymer in the present invention must contain a siloxy group. The ratio of the polymerization units containing a siloxy group is preferably 1% or more, more preferably 10% or more, more preferably 30% or more with respect to the total number of polymerization units constituting the siloxy group-containing polymer. It is particularly preferred.

有機溶媒
本発明によるコーティング組成物は、前記のポリアルキルシラザン化合物およびアセトキシシラン化合物、さらに必要に応じて後述するその他の添加物、を有機溶媒中に溶解または分散させたものである。このとき、有機溶媒としては、活性水素を有しない不活性有機溶媒を用いることが好ましい。このような有機溶媒として、ベンセン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、トリエチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン、シクロヘキセン、デカヒドロナフタレン、エチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、p−メンチン、ジペンテン(リモネン)等の脂環族炭化水素系溶媒;ジプロピルエーテル、ジブチエルエーテル等のエーテル系系溶媒;メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶媒等が挙げられる。
Organic Solvent The coating composition according to the present invention is obtained by dissolving or dispersing the above-described polyalkylsilazane compound and acetoxysilane compound and, if necessary, other additives described later in an organic solvent. At this time, it is preferable to use an inert organic solvent having no active hydrogen as the organic solvent. Examples of such organic solvents include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, diethylbenzene, trimethylbenzene, and triethylbenzene; cyclohexane, cyclohexene, decahydronaphthalene, ethylcyclohexane, methylcyclohexane, p-menthin, and dipentene. (Limonene) and other alicyclic hydrocarbon solvents; ether solvents such as dipropyl ether and dibutyl ether; ketone solvents such as methyl isobutyl ketone; ester solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate and the like. .

その他の添加物
本発明によるコーティング組成物は、必要に応じてその他の添加剤成分を含有することもできる。そのような成分として、例えば、シロキシ基非含有重合体が挙げられる。
Other Additives The coating composition according to the present invention may contain other additive components as required. Examples of such a component include a siloxy group-free polymer.

本発明によるコーティング組成物に用いることができるシロキシ基非含有重合体としては、任意の重合体を用いることができるが、(メタ)アクリル酸エステルの単独重合体および共重合体からなる群より選ばれ、その側基の一部にカルボキシル基または水酸基を含むものが好ましい。このような重合体は、形成されるシリカ質材料の微細孔を小さく、均一にする作用がある。このような重合体としては、アクリル酸エステルの単独重合体、例えば、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル;メタクリル酸エステルの単独重合体、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル;アクリル酸エステルの共重合体、例えば、ポリ(アクリル酸メチル−コ−アクリル酸エチル);メタクリル酸エステルの共重合体、例えば、ポリ(メタクリル酸メチル−コ−メタクリル酸エチル);アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルとの共重合体、例えば、ポリ(アクリル酸メチル−コ−メタクリル酸エチル)、等が挙げられる。この重合体が共重合体である場合、そのモノマー配列に制限はなく、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーその他の任意の配列を使用することができる。   As the siloxy group-free polymer that can be used in the coating composition according to the present invention, any polymer can be used, but it is selected from the group consisting of homopolymers and copolymers of (meth) acrylic acid esters. Among these side groups, those containing a carboxyl group or a hydroxyl group are preferred. Such a polymer has the effect of making the fine pores of the siliceous material formed small and uniform. Such polymers include homopolymers of acrylate esters such as polymethyl acrylate and polyethyl acrylate; homopolymers of methacrylate esters such as polymethyl methacrylate and polyethyl methacrylate; acrylic acid Copolymers of esters, such as poly (methyl acrylate-co-ethyl acrylate); Copolymers of methacrylate esters, such as poly (methyl methacrylate-co-ethyl methacrylate); Acrylic esters and methacrylic acid A copolymer with an ester, for example, poly (methyl acrylate-co-ethyl methacrylate), and the like can be mentioned. When this polymer is a copolymer, there is no restriction | limiting in the monomer arrangement | sequence, A random copolymer, a block copolymer, and other arbitrary arrangement | sequences can be used.

(メタ)アクリル酸エステルの単独重合体および共重合体を構成するモノマーとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル等が挙げられるが、これらに限定はされない。特に、メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸n−ブチルとアクリル酸i−ブチルは、ポリアルキルシラザンとの相溶性の観点からより好ましい。   Monomers constituting (meth) acrylic acid ester homopolymers and copolymers include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, methyl acrylate. , Ethyl acrylate, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, and the like, but are not limited thereto. In particular, methyl methacrylate and n-butyl methacrylate, and n-butyl acrylate and i-butyl acrylate are more preferable from the viewpoint of compatibility with polyalkylsilazane.

このような(メタ)アクリル酸エステル重合体に含まれるカルボキシル基および水酸基は、前記のポリアルキルシラザン化合物と架橋結合を形成する。この架橋反応は、最終的なシリカ質材料の強度や構造に影響するので、カルボキシル基および水酸基の量は重要である。カルボキシル基および水酸基の量は、十分な架橋構造を得るために、重合体成分を構成する全モノマー数に対して0.01モル%以上であることが好ましく0.1モル%以上であることがより好ましい。また、過度の架橋によるゲル化を防止するために50モル%以下であることが好ましく、30モル%以下であることがより好ましい。   The carboxyl group and hydroxyl group contained in such a (meth) acrylic acid ester polymer form a crosslink with the polyalkylsilazane compound. Since this crosslinking reaction affects the strength and structure of the final siliceous material, the amounts of carboxyl groups and hydroxyl groups are important. The amount of the carboxyl group and the hydroxyl group is preferably 0.01 mol% or more and preferably 0.1 mol% or more with respect to the total number of monomers constituting the polymer component in order to obtain a sufficient crosslinked structure. More preferred. Moreover, in order to prevent the gelatinization by excessive bridge | crosslinking, it is preferable that it is 50 mol% or less, and it is more preferable that it is 30 mol% or less.

また、シロキシ基非含有重合体を用いる場合、その重合体が適当な温度で昇華、分解、または蒸発して多孔質膜を形成するように、重合体の分子量が1,000以上であることが好ましく、10,000以上であることがより好ましい。一方、ボイドの発生、およびそれによる膜強度の低下を防ぐという観点から、重合体の分子量は800,000以下であることが好ましく、200,000以下であることがより好ましい。   In addition, when a non-siloxy group-containing polymer is used, the molecular weight of the polymer may be 1,000 or more so that the polymer is sublimated, decomposed, or evaporated at an appropriate temperature to form a porous film. Preferably, it is 10,000 or more. On the other hand, from the viewpoint of preventing the generation of voids and the resulting decrease in film strength, the molecular weight of the polymer is preferably 800,000 or less, and more preferably 200,000 or less.

本発明によるコーティング組成物は、必要に応じてその他の添加剤成分を含有することもできる。そのような成分として、例えば粘度調整剤、架橋促進剤等が挙げられる。また、半導体装置に用いられたときにナトリウムのゲッタリング効果などを目的に、リン化合物、例えばトリス(トリメチルシリル)フォスフェート等、を含有することもできる。さらには、コーティング組成物中の重合体成分の反応を促進させるために、反応促進剤、例えばアセトキシシラン化合物、を配合することもできる。アセトキシシラン化合物は、焼成後のシリカ質材料に形成される微細孔を小さく、均一にする作用を発揮することもある。   The coating composition according to the present invention may contain other additive components as required. Examples of such components include viscosity modifiers and crosslinking accelerators. In addition, a phosphorus compound such as tris (trimethylsilyl) phosphate may be contained for the purpose of obtaining a sodium gettering effect when used in a semiconductor device. Furthermore, in order to accelerate the reaction of the polymer component in the coating composition, a reaction accelerator, such as an acetoxysilane compound, can be blended. The acetoxysilane compound may exhibit an effect of making the micropores formed in the siliceous material after firing small and uniform.

コーティング組成物
本発明による重合性組成物は、前記のポリアルキルシラザン化合物、シロキシ基含有重合体、および必要に応じて前記したその他の添加物を前記の有機溶媒に溶解または分散させ、配合成分を反応させてコーティング組成物とする。ここで、有機溶媒に対して各成分を溶解させる順番は特に限定されず、2種以上の溶液、例えばポリアルキルシラザン化合物の溶液とシロキシ基含有重合体の溶液と、を混合してもよい。
Coating composition The polymerizable composition according to the present invention comprises a polyalkylsilazane compound, a siloxy group-containing polymer, and, if necessary, the above-mentioned other additives dissolved or dispersed in the organic solvent. The reaction is made into a coating composition. Here, the order in which each component is dissolved in the organic solvent is not particularly limited, and two or more kinds of solutions, for example, a solution of a polyalkylsilazane compound and a solution of a siloxy group-containing polymer may be mixed.

各成分を混合した後、必要に応じて加熱しながら、物理的に撹拌することによって架橋結合が形成された均質なコーティング組成物を得ることができる。加熱する場合には、一般に30〜80℃で加熱するが、この温度は用いる成分の種類によって変化する。特に過度に高温にすると組成物がゲル化することがあるので注意が必要である。撹拌時間は反応する成分の種類や温度にもよるが、一般に1〜24時間程度である。さらに30〜80℃の湯浴上で5〜90分間程度の超音波分散処理を行うことは、反応を促進させるのでより好ましい。   After mixing each component, it is possible to obtain a homogeneous coating composition in which crosslinks are formed by physical stirring while heating as necessary. In the case of heating, heating is generally performed at 30 to 80 ° C., but this temperature varies depending on the type of component used. In particular, care should be taken because the composition may gel if the temperature is excessively high. The stirring time is generally about 1 to 24 hours, although it depends on the type and temperature of the reacting components. Furthermore, performing ultrasonic dispersion treatment for about 5 to 90 minutes on a 30 to 80 ° C. hot water bath is more preferable because the reaction is accelerated.

また、配合成分を反応をさせた上で、溶媒を置換することもできる。   In addition, the solvent can be replaced after the components are reacted.

本発明によるシロキシ基含有重合体の添加量は、使用する場合には、シリカ質材料の多孔質化を効果的に実現するために、ポリアルキルシラザン化合物の重量に対して好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、特に好ましくは20重量%以上の添加量で用いる。一方、ボイドまたはクラックの発生による膜強度の低下を防ぐために、ポリアルキルシラザン化合物の重量に対して好ましくは50重量%以下で用いることが好ましい。   When used, the amount of the siloxy group-containing polymer according to the present invention is preferably 5% by weight or more based on the weight of the polyalkylsilazane compound in order to effectively realize a porous siliceous material. More preferably, it is used at an addition amount of 10% by weight or more, particularly preferably 20% by weight or more. On the other hand, in order to prevent a decrease in film strength due to the occurrence of voids or cracks, it is preferably used at 50% by weight or less based on the weight of the polyalkylsilazane compound.

また、前記の各成分の含有量は、目的とするコーティング組成物の用途によって変化するが、十分な膜厚のシリカ質材料を形成させるために固形分重量が5重量%以上であることが好ましく、コーティング組成物の保存安定性を確保し、粘度を適切に保つために50重量%以下であることが好ましい。すなわち、一般にコーティング組成物全体に対して、固形分重量が5〜50重量%にすることが好ましく、10〜30重量%にすることがより好ましい。通常、固形分重量を10〜30重量%とすることで、一般的に好ましい膜厚、例えば2000〜8000Å、を得ることができる。   Further, the content of each component described above varies depending on the intended use of the coating composition, but the solid content weight is preferably 5% by weight or more in order to form a siliceous material having a sufficient film thickness. In order to ensure the storage stability of the coating composition and to keep the viscosity appropriately, it is preferably 50% by weight or less. That is, generally, the solid content weight is preferably 5 to 50% by weight, and more preferably 10 to 30% by weight with respect to the entire coating composition. Usually, when the solid content is 10 to 30% by weight, a generally preferable film thickness, for example, 2000 to 8000 kg can be obtained.

シリカ質材料の製造法
本発明によるコーティング組成物を、基板上に塗布し、または型枠や溝に充填した上で、必要に応じて乾燥させて過剰の有機溶媒を除去し、焼成することでシリカ質材料を得ることができる。本発明によるシリカ質材料を半導体装置などの電子部品に適用する場合には、通常、基板上に塗布したコーティング組成物を焼成してシリカ質材料とすることで、半導体装置上に直接シリカ質材料を形成させることが一般的である。
Production method of siliceous material The coating composition according to the present invention is applied on a substrate or filled into a mold or a groove, and then dried as necessary to remove excess organic solvent, followed by firing. A siliceous material can be obtained. When the siliceous material according to the present invention is applied to an electronic component such as a semiconductor device, the siliceous material is usually directly formed on the semiconductor device by baking the coating composition applied on the substrate to obtain a siliceous material. Is generally formed.

基板表面に対するコーティング組成物の塗布方法としては、従来公知の方法、例えば、スピンコート法、ディップ法、スプレー法、転写法等が挙げられる。   Examples of the method for applying the coating composition to the substrate surface include conventionally known methods such as spin coating, dipping, spraying, and transfer.

基板表面に形成された塗布膜は、必要に応じて過剰の有機溶媒を除去(乾燥)したあと、水蒸気雰囲気中で予備焼成をする。ここで、水蒸気雰囲気とは23℃における相対湿度が40%以上である雰囲気をいう。このとき雰囲気を形成する水蒸気以外のガスは、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン等である。予備焼成は、50〜350℃、好ましくは100〜300℃、の温度で行う。この予備焼成は、段階的に、あるいは連続的に温度を上昇させながら行うこともできる。   The coating film formed on the substrate surface is pre-baked in a water vapor atmosphere after removing (drying) an excess organic solvent as necessary. Here, the water vapor atmosphere refers to an atmosphere having a relative humidity of 40% or higher at 23 ° C. At this time, the gas other than water vapor forming the atmosphere is air, nitrogen, helium, argon or the like. Pre-baking is performed at a temperature of 50 to 350 ° C., preferably 100 to 300 ° C. This pre-baking can also be performed while raising the temperature stepwise or continuously.

この予備焼成のあと、必要に応じて加湿雰囲気下で短時問(例えば3〜30分)、または大気雰囲気中で長時間(例えば、24時間)放置した後、乾燥雰囲気中で加熱焼成する。この焼成工程は、乾燥雰囲気中で実施される。ここで乾燥雰囲気とは、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥ヘリウム等の水蒸気を殆ど含まない雰囲気であり、25℃における相対湿度が10%以下である雰囲気をいう。   After this preliminary baking, if necessary, it is left for a short time (for example, 3 to 30 minutes) in a humidified atmosphere or for a long time (for example, 24 hours) in an air atmosphere, and then heated and fired in a dry atmosphere. This firing step is performed in a dry atmosphere. Here, the dry atmosphere is an atmosphere containing almost no water vapor such as dry air, dry nitrogen, and dry helium, and means an atmosphere having a relative humidity at 25 ° C. of 10% or less.

焼成温度は300〜500℃、好ましくは350〜450℃で行われ、焼成焼成時間は焼成温度や配合成分によって変化するが、一般に1分〜1時間である。焼成温度は、生産性の観点から、できるだけ短時間で焼成工程を終了するために300℃以上であることが好ましいが、形成されるシリカ質材料の品質を維持するために500℃以下であることが好ましい。   The calcination temperature is 300 to 500 ° C., preferably 350 to 450 ° C., and the calcination time varies depending on the calcination temperature and blending components, but is generally 1 minute to 1 hour. From the viewpoint of productivity, the firing temperature is preferably 300 ° C. or higher in order to finish the firing process in as short a time as possible, but is 500 ° C. or lower in order to maintain the quality of the siliceous material to be formed. Is preferred.

上記焼成工程により、ポリアルキルシラザン中のSiH、SiR(R:炭化水素基)およびSiNの各結合のうちSiN結合のみが酸化されてSiO結合に転換され、未酸化のSiHおよびSiR結合を有するシリカ質材料が形成される。このように、形成されるシリカ質材料中には、SiN結合が選択的に酸化されてできたSiO結合と、未酸化のSiHおよびSiR結合を存在させることができ、これにより、低密度のシリカ質材料を得ることができる。一般的に、シリカ質材料の誘電率は、そのシリカ質材料の密度の低下に応じて低下するが、一方、シリカ質材料の密度が低下すると、高誘電質物質である水の吸着が起るため、シリカ質材料を大気中に放置すると膜の誘電率が上昇するという問題を生じることがある。一方、SiHやSiR結合を含む本発明によるシリカ質材料の場合には、それらの結合が撥水性を有することから、低密度でありながら水の吸着を防止することができる。従って、本発明によるシリカ質材料は水蒸気を含む大気中に放置しても、そのシリカ質材料の誘電率は殆んど上昇しないという大きな利点を有する。さらに、本発明によるシリカ質材料は、低密度であることから、膜の内部応力が小さく、クラックを生じにくいという利点もある。   Silica having unoxidized SiH and SiR bonds by the oxidation of only the SiN bonds among the SiH, SiR (R: hydrocarbon group) and SiN bonds in the polyalkylsilazane by the above-mentioned firing step. A quality material is formed. Thus, in the siliceous material to be formed, SiO bonds formed by selective oxidation of SiN bonds and unoxidized SiH and SiR bonds can be present. A quality material can be obtained. In general, the dielectric constant of a siliceous material decreases as the density of the siliceous material decreases. On the other hand, when the density of the siliceous material decreases, adsorption of water, which is a high dielectric material, occurs. Therefore, if the siliceous material is left in the atmosphere, there may be a problem that the dielectric constant of the film increases. On the other hand, in the case of the siliceous material according to the present invention containing SiH or SiR bonds, since these bonds have water repellency, it is possible to prevent water adsorption while having a low density. Therefore, the siliceous material according to the present invention has a great advantage that the dielectric constant of the siliceous material hardly increases even when left in the atmosphere containing water vapor. Furthermore, since the siliceous material according to the present invention has a low density, there is an advantage that the internal stress of the film is small and cracks are hardly generated.

本発明によるコーティング組成物の焼成においては、シリカ質材料の内部に主に孔径0.5〜3nmの微細孔が形成される。そして、このシリカ質材料は孔径が5nmを越える微細孔を実質的に有さない。この微細孔の孔径はX線散漫散乱法により測定をすることができる。この測定に用いることのできる装置として、ATX−G型表面構造評価用多機能X線回折装置(理学電気株式会社製)が挙げられる。この微細孔は、アセトキシシラン化合物が分解し、その分解物が蒸発または昇華することにより形成されるものと考えられる。この微細孔の存在によりシリカ質材料の密度が一段と低下し、その結果シリカ質材料の比誘電率がさらに低下することとなる。   In the firing of the coating composition according to the present invention, fine pores mainly having a pore diameter of 0.5 to 3 nm are formed inside the siliceous material. And this siliceous material does not have substantially the micropore whose pore diameter exceeds 5 nm. The pore diameter of this micropore can be measured by the X-ray diffuse scattering method. As an apparatus that can be used for this measurement, an ATX-G type multi-function X-ray diffractometer for surface structure evaluation (manufactured by Rigaku Corporation) can be mentioned. These micropores are considered to be formed by decomposition of the acetoxysilane compound and evaporation or sublimation of the decomposition product. Due to the presence of the fine pores, the density of the siliceous material is further lowered, and as a result, the relative dielectric constant of the siliceous material is further lowered.

本発明による多孔質シリカ質材料は、極めて微細な孔が形成できるため、優れた機械強度を有するものである。具体的には、本発明による多孔質シリカ質材料は、後述するナノインデンテーション法による弾性率として3GPa以上、場合によっては5GPa以上という多孔質材料としては顕著に高い機械的強度を示すものである。   Since the porous siliceous material according to the present invention can form extremely fine pores, it has excellent mechanical strength. Specifically, the porous siliceous material according to the present invention exhibits a remarkably high mechanical strength as a porous material having a modulus of elasticity of 3 GPa or more, and in some cases 5 GPa or more as a nanoindentation method described later. .

従って、CMP法による配線材料の除去工程に耐えうる機械的強度と各種耐薬品性を兼ね備えるため、ダマシン法をはじめとする最新の高集積化プロセスに適合する層間絶縁膜として使用することが可能である。   Therefore, it has mechanical strength and various chemical resistances that can withstand the removal process of wiring material by CMP method, so it can be used as an interlayer insulation film suitable for the latest high integration process such as damascene method. is there.

さらに、本発明によるシリカ質材料は、そのマトリックス成分であるポリアルキルシラザン化合物に由来する撥水基が焼成後に十分残存するため、水蒸気を含む大気中に放置しても、比誘電率は殆ど上昇しない。このように、本発明によると、シリカ質材料の結合成分(SiH、SiR)による低密度化・撥水性化と、微細孔による膜全体の低密度化とが相まって2.5未満、好ましくは2.0以下、場合によっては1.6程度という極めて低い比誘電率を安定的に保持できる多孔質シリカ質材料が得られる。   Furthermore, the siliceous material according to the present invention has sufficient water-repellent groups derived from the polyalkylsilazane compound, which is a matrix component thereof, remaining sufficiently after firing, so that the relative permittivity is almost increased even when left in an atmosphere containing water vapor. do not do. Thus, according to the present invention, the low density and water repellency due to the binding component (SiH, SiR) of the siliceous material and the low density of the entire film due to the fine pores are combined and less than 2.5, preferably 2 It is possible to obtain a porous siliceous material that can stably maintain an extremely low relative dielectric constant of 0.0 or less, and in some cases, about 1.6.

本発明による多孔質シリカ質材料の他の性状を示すと、その密度は0.5〜1.6g/cm、好ましくは0.8〜1.4g/cm、そのクラック限界膜厚は1.0μm以上、好ましくは5μm以上、及びその内部応力は80MPa以下、好ましくは50MPa以下、である。また、このシリカ質材料中に含まれるSiHまたはSiR(R:炭化水素基)結合として存在するSi含有基は、材料中に含まれるSi原子数に対して10〜100原子%、好ましくは25〜75原子%、である。また、SiN結合として存在するSi含有量は5原子%以下である。焼成後得られる多孔質シリカ質材料の厚さは、その基体表面の用途によっても異なるが、通常、0.01〜5μm、好ましくは0.1〜2μm、である。特に、半導体装置の層間絶縁膜として用いる場合には0.1〜2μmとすることが好ましい。 When the other properties of the porous siliceous material according to the present invention are shown, its density is 0.5 to 1.6 g / cm 3 , preferably 0.8 to 1.4 g / cm 3 , and its crack limit film thickness is 1. 0.0 μm or more, preferably 5 μm or more, and its internal stress is 80 MPa or less, preferably 50 MPa or less. Further, the Si-containing group present as a SiH or SiR (R: hydrocarbon group) bond contained in the siliceous material is 10 to 100 atom%, preferably 25 to 25% of the number of Si atoms contained in the material. 75 atomic percent. Moreover, Si content which exists as a SiN bond is 5 atomic% or less. The thickness of the porous siliceous material obtained after firing varies depending on the use of the substrate surface, but is usually 0.01 to 5 μm, preferably 0.1 to 2 μm. In particular, when used as an interlayer insulating film of a semiconductor device, the thickness is preferably 0.1 to 2 μm.

本発明による多孔質シリカ質材料は、前記したように低密度のものであり、そのクラック限界膜厚、即ち、膜割れを起さないで製膜可能な最大膜厚が5μm以上という高い数値を示すという利点をも有する。従来のシリカ質材料の場合、そのクラック限界膜厚は0.5〜1.5μm程度である。   As described above, the porous siliceous material according to the present invention has a low density, and the crack limit film thickness, that is, the maximum film thickness that can be formed without causing film cracking is as high as 5 μm or more. It also has the advantage of showing. In the case of a conventional siliceous material, the crack limit film thickness is about 0.5 to 1.5 μm.

このように、本発明によるシリカ質材料は従来のシリカ質材料に比べて、誘電率が低く、密度が低く、撥水性が高く、耐薬品性に優れ、機械的強度が高いものであり、さらに低誘電率を安定に保つことができるものであり、特に半導体装置における層間絶縁膜に適用するのに好ましいである。   Thus, the siliceous material according to the present invention has a lower dielectric constant, lower density, higher water repellency, better chemical resistance and higher mechanical strength than conventional siliceous materials, The low dielectric constant can be kept stable, and is particularly preferable for application to an interlayer insulating film in a semiconductor device.

本発明を例を用いて説明すると以下の通りである。なお、シリカ質材料に関する諸物性の評価は最後にまとめて記載する。   The present invention will be described below with reference to examples. In addition, the evaluation of various physical properties regarding the siliceous material is described collectively at the end.

参考例1Reference example 1

(ポリメチルシラザンの合成(1))
内容積5リットルのステンレス製タンク反応器に原料供給用のステンレスタンクを装着した。反応器内部を乾燥窒素で置換した後、原料供給用ステンレスにメチルトリクロロシラン780gを入れ、これを窒素によって反応タンクに圧送して導入した。次に、ピリジン入りの原料供給タンクを反応器に接続し、ピリジン4kgを窒素で同様に圧送し導入した。反応器の圧力を1.0kg/cmに調整し、反応機内の混合液温が−4℃になるように温度調節を行った。そこに、撹拌しながらアンモニアを吹き込み、反応器の圧力が2.0kg/cmになった時点でアンモニア供給を停止した。排気ラインをあけて反応器圧力を下げ、引き続き乾燥窒素を液相に1時間吹き込み、余剰のアンモニアを除去した。得られた生成物を加圧濾過器を用いて乾燥窒素雰囲気下で加圧濾過し、濾液3200mlを得た。エバポレーターを用いてピリジンを留去したところ、約340gのポリメチルシラザンを得た。
(Synthesis of polymethylsilazane (1))
A stainless steel tank for supplying raw materials was attached to a stainless steel tank reactor having an internal volume of 5 liters. After the inside of the reactor was replaced with dry nitrogen, 780 g of methyltrichlorosilane was placed in the stainless steel for raw material supply, and this was introduced into the reaction tank by nitrogen pressure. Next, a raw material supply tank containing pyridine was connected to the reactor, and 4 kg of pyridine was similarly pumped and introduced with nitrogen. The pressure of the reactor was adjusted to 1.0 kg / cm 2 and the temperature was adjusted so that the temperature of the mixed solution in the reactor became −4 ° C. Ammonia was blown in there while stirring, and the ammonia supply was stopped when the pressure in the reactor reached 2.0 kg / cm 2 . The exhaust line was opened to lower the reactor pressure, and then dry nitrogen was blown into the liquid phase for 1 hour to remove excess ammonia. The obtained product was subjected to pressure filtration under a dry nitrogen atmosphere using a pressure filter to obtain 3200 ml of a filtrate. When pyridine was distilled off using an evaporator, about 340 g of polymethylsilazane was obtained.

得られたポリメチルシラザンの数平均分子量をクロロホルムを展開液としたガスクロマトグラフィーにより測定したところ、ポリスチレン換算で1800であった。赤外吸収スペクトル(以下、IRスペクトルという)を測定したところ、3350cm−1および1200cm−1付近のN−H結合に基づく吸収、2900cm−1および1250cm−1のSi−C結合に基づく吸収、および1020〜820cm−1のSi−N−Si結合に基づく吸収が認められた。 When the number average molecular weight of the obtained polymethylsilazane was measured by gas chromatography using chloroform as a developing solution, it was 1800 in terms of polystyrene. Infrared absorption spectrum (hereinafter, referred to as IR spectrum) was measured, absorption based on N-H bond around 3350 cm -1 and 1200 cm -1, absorption based on Si-C bonds of 2900 cm -1 and 1250 cm -1, and Absorption based on 1020-820 cm −1 Si—N—Si bonds was observed.

参考例2Reference example 2

(ポリメチルシラザンの合成(2))
原料としてメチルトリクロロシラン780gの代わりに、メチルトリクロロシラン720gとジメチルジクロロシラン656の混合物を用いたほかは、参考例1と同様に合成を行い、370gのポリメチルシラザンを得た。
(Synthesis of polymethylsilazane (2))
Synthesis was carried out in the same manner as in Reference Example 1, except that a mixture of 720 g of methyltrichlorosilane and dimethyldichlorosilane 656 was used instead of 780 g of methyltrichlorosilane as a raw material, and 370 g of polymethylsilazane was obtained.

得られたポリメチルシラザンの数平均分子量をクロロホルムを展開液としたガスクロマトグラフィーにより測定したところ、ポリスチレン換算で1400であった。赤外吸収スペクトルを測定したところ、3350cm−1および1200cm−1付近のN−H結合に基づく吸収、2900cm−1および1250cm−1のSi−C結合に基づく吸収、および1020〜820cm−1のSi−N−Si結合に基づく吸収が認められた。 When the number average molecular weight of the obtained polymethylsilazane was measured by gas chromatography using chloroform as a developing solution, it was 1400 in terms of polystyrene. It was measured infrared absorption spectrum, absorption based on N-H bond around 3350 cm -1 and 1200 cm -1, absorption based on Si-C bonds of 2900 cm -1 and 1250 cm -1, and Si of 1020~820Cm -1 Absorption based on -N-Si bonds was observed.

参考例1で合成したポリメチルシラザンの15%プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEAという)溶液80gに、メタクリル酸イソブチル70モル%と2−(トリメチルシロキシ)エチルメタクリル酸30モル%との共重合体(分子量:約100,000)3gをPGMEA17gに溶解させた溶液を混合し、十分に撹拌した。続いてその溶液を濾過精度0.2ミクロンのPTFEシリンジフィルター(アドバンテック社製)で濾過した。その濾液を直径10.2cm(4インチ)、厚さ0.5mmのシリコンウェハー上にスピンコーターを用いて、3000rpm/20秒の条件で塗布し、さらに室温で5分間乾燥させた。そのシリコンウェハーを大気雰囲気中(23℃における相対湿度40%)150℃で3分間、ついで250℃のホットプレート上で3分間加熱した。この膜を大気雰囲気中(23℃相対湿度40%)で24時間放置した後、乾燥窒素雰囲気中400℃/30分間焼成し、シリカ質膜を得た。   Copolymerization of isobutyl methacrylate 70 mol% and 2- (trimethylsiloxy) ethyl methacrylate 30 mol% into 80 g of 15% propylene glycol monomethyl ether acetate (hereinafter referred to as PGMEA) solution of polymethylsilazane synthesized in Reference Example 1 A solution prepared by dissolving 3 g of a combination (molecular weight: about 100,000) in 17 g of PGMEA was mixed and sufficiently stirred. Subsequently, the solution was filtered with a PTFE syringe filter (manufactured by Advantech) having a filtration accuracy of 0.2 microns. The filtrate was applied on a silicon wafer having a diameter of 10.2 cm (4 inches) and a thickness of 0.5 mm using a spin coater under the condition of 3000 rpm / 20 seconds, and further dried at room temperature for 5 minutes. The silicon wafer was heated in an air atmosphere (relative humidity 40% at 23 ° C.) at 150 ° C. for 3 minutes, and then on a 250 ° C. hot plate for 3 minutes. This film was allowed to stand for 24 hours in an air atmosphere (23 ° C. relative humidity 40%), and then baked in a dry nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes to obtain a siliceous film.

得られたシリカ質膜のIRスペクトルは、1020cm−1、および450cm−1のSi−O結合に基づく吸収、1270cm−1および780cm−1のSi−C結合に基づく吸収、2970cm−1のC−H結合に基づく吸収が認められ、3350cm−1および1200cm−1のN−H結合に基づく吸収、およびメタクリル酸イソブチルと2−(トリメチルシロキシ)エチルメタクリル酸30との共重合体に基づく吸収は焼失していた。 IR spectrum for the siliceous film, of 1020 cm -1, and Si-O bonds to based absorption 450 cm -1, absorption based on Si-C bonds of 1270 cm -1 and 780 cm -1, of 2970cm -1 C- Absorption based on H bonds was observed, absorption based on N—H bonds at 3350 cm −1 and 1200 cm −1 , and absorption based on a copolymer of isobutyl methacrylate and 2- (trimethylsiloxy) ethyl methacrylic acid 30 was burned out Was.

得られたシリカ質膜の評価を行ったところ、比誘電率は2.20、密度1.1g/cm、内部応力は36MPa、クラック限界膜厚は5μm以上であった。また、得られた膜を温度23℃相対湿度50%の大気中に1週間放置した後、再度比誘電率を測定したところ全く変化がなかった。 When the obtained siliceous film was evaluated, the relative dielectric constant was 2.20, the density was 1.1 g / cm 3 , the internal stress was 36 MPa, and the crack limit film thickness was 5 μm or more. Further, after the obtained film was left in the atmosphere at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% for one week, the relative dielectric constant was measured again, and there was no change at all.

この膜のナノインデンテーション法による弾性率は4.5GPaであった。   The elastic modulus of this film by the nanoindentation method was 4.5 GPa.

エッチング残渣剥離液として広く用いられているACT−970(Ashland Chemical社製)、ST−210およびST250(ATMI社製)、EKC265およびEKC640(EKC社製)を用いてシリカ質膜の耐性(コンパティビリティー)試験を行ったところ、エッチングレートはそれぞれ0.5Å/分以下であり、当該試験による誘電率の上昇も1.0%以下であった。   Using ACT-970 (manufactured by Ashland Chemical), ST-210 and ST250 (manufactured by ATMI), EKC265 and EKC640 (manufactured by EKC), which are widely used as etching residue stripping solutions, When the (Rity) test was performed, the etching rate was 0.5% / min or less, respectively, and the increase in dielectric constant by the test was also 1.0% or less.

さらにシリカ質膜の孔径をX線散漫散乱法により測定したところ、平均孔径は2nmであった。   Furthermore, when the pore diameter of the siliceous film was measured by the X-ray diffuse scattering method, the average pore diameter was 2 nm.

参考例2で合成したポリメチルシラザンの20%PGMEA溶液160gに、エチレンキサイド50モル%とジメチルシロキサン50モル%との共重合体(分子量:約1,000)8gをPGMEA32gに溶解させた溶液を混合し、十分に撹拌した。続いてその溶液を濾過精度0.2ミクロンのPTFEシリンジフィルター(アドバンテック社製)で濾過した。その濾液を直径20.3cm(8インチ)、厚さ1mmのシリコンウェハー上にスピンコーターを用いて、3500rpm/20秒の条件で塗布し、さらに室温で5分間乾燥させた。そのシリコンウェハーを大気雰囲気中(23℃における相対湿度40%)150℃で3分間、ついで250℃のホットプレート上で3分間加熱した。この膜を70℃相対湿度85%の加湿器中に3分間放置し、乾燥窒素雰囲気中400℃/10分間焼成し、シリカ質膜を得た。   A solution obtained by dissolving 8 g of a copolymer (molecular weight: about 1,000) of 50 mol% of ethylene oxide and 50 mol% of dimethylsiloxane in 32 g of PGMEA in 160 g of a 20% PGMEA solution of polymethylsilazane synthesized in Reference Example 2. Were mixed and stirred well. Subsequently, the solution was filtered with a PTFE syringe filter (manufactured by Advantech) having a filtration accuracy of 0.2 microns. The filtrate was applied on a silicon wafer having a diameter of 20.3 cm (8 inches) and a thickness of 1 mm using a spin coater under conditions of 3500 rpm / 20 seconds and further dried at room temperature for 5 minutes. The silicon wafer was heated in an air atmosphere (relative humidity 40% at 23 ° C.) at 150 ° C. for 3 minutes, and then on a 250 ° C. hot plate for 3 minutes. This film was left in a humidifier at 70 ° C. and a relative humidity of 85% for 3 minutes and baked in a dry nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 10 minutes to obtain a siliceous film.

得られたシリカ質膜のIRスペクトルは、1020cm−1、および440cm−1のSi−O結合に基づく吸収、1290cm−1および770cm−1のSi−C結合に基づく吸収、2980cm−1のC−H結合に基づく吸収が認められ、3350cm−1および1200cm−1のN−H結合に基づく吸収、およびエチレンキサイドとジメチルシロキサンとの共重合体に基づく吸収は焼失していた。 IR spectrum for the siliceous film, of 1020 cm -1, and Si-O bonds to based absorption 440 cm -1, absorption based on Si-C bonds of 1290cm -1 and 770 cm -1, of 2980cm -1 C- absorption based on H bond was observed, absorption based on N-H bonds of 3350 cm -1 and 1200 cm -1, and absorption based on a copolymer of ethylene key side and dimethylsiloxane disappeared.

得られたシリカ質膜の評価を行ったところ、比誘電率は2.24、密度1.2g/cm、内部応力は35MPa、クラック限界膜厚は5μm以上であった。また、得られた膜を温度23℃相対湿度50%の大気中に1週間放置した後、再度比誘電率を測定したところ全く変化がなかった。 When the obtained siliceous film was evaluated, the relative dielectric constant was 2.24, the density was 1.2 g / cm 3 , the internal stress was 35 MPa, and the crack limit film thickness was 5 μm or more. Further, after the obtained film was left in the atmosphere at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% for one week, the relative dielectric constant was measured again, and there was no change at all.

この膜のナノインデンテーション法による弾性率は5.0GPaであった。   The elastic modulus of this film by the nanoindentation method was 5.0 GPa.

エッチング残渣剥離液ACT−970(Ashland Chemical社製)、ST−210およびST250(ATMI社製)、EKC265およびEKC640(EKC社製)を用いてシリカ質膜の耐性試験を行ったところ、エッチングレートはそれぞれ0.8Å/分以下であり、当該試験による誘電率の上昇も1.1%以下であった。   When the resistance test of the siliceous film was performed using the etching residue removing solution ACT-970 (manufactured by Ashland Chemical), ST-210 and ST250 (manufactured by ATMI), EKC265 and EKC640 (manufactured by EKC), the etching rate was Each was 0.8 kg / min or less, and the increase in dielectric constant by the test was 1.1% or less.

さらにシリカ質膜の孔径をX線散漫散乱法により測定したところ、平均孔径は1.7nmあった。   Furthermore, when the pore diameter of the siliceous film was measured by the X-ray diffuse scattering method, the average pore diameter was 1.7 nm.

比較例1Comparative Example 1

参考例1で合成したポリメチルシラザンの15%ジブチルエーテル溶液80gに、ポリn−ブチルメタクリレート(分子量:約160,000)3gをジブチルエーテル17gに溶解させた溶液を混合し、十分に撹拌した。続いてその溶液を濾過精度0.2ミクロンのPTFEシリンジフィルター(アドバンテック社製)で濾過した。その濾液を直径10.2cm(4インチ)、厚さ0.5mmのシリコンウェハー上にスピンコーターを用いて、2000rpm/20秒の条件で塗布し、さらに室温で5分間乾燥させた。そのシリコンウェハーを大気雰囲気中(23℃における相対湿度40%)150℃で3分間、ついで250℃のホットプレート上で3分間加熱した。この膜を大気雰囲気中(23℃相対湿度40%)で24時間放置した後、乾燥窒素雰囲気中400℃/30分間焼成し、シリカ質膜を得た。   A solution prepared by dissolving 3 g of poly n-butyl methacrylate (molecular weight: about 160,000) in 17 g of dibutyl ether was mixed with 80 g of a 15% dibutyl ether solution of polymethylsilazane synthesized in Reference Example 1 and sufficiently stirred. Subsequently, the solution was filtered with a PTFE syringe filter (manufactured by Advantech) having a filtration accuracy of 0.2 microns. The filtrate was applied onto a silicon wafer having a diameter of 10.2 cm (4 inches) and a thickness of 0.5 mm using a spin coater under the condition of 2000 rpm / 20 seconds, and further dried at room temperature for 5 minutes. The silicon wafer was heated in an air atmosphere (relative humidity 40% at 23 ° C.) at 150 ° C. for 3 minutes, and then on a 250 ° C. hot plate for 3 minutes. This film was allowed to stand for 24 hours in an air atmosphere (23 ° C. relative humidity 40%), and then baked in a dry nitrogen atmosphere at 400 ° C. for 30 minutes to obtain a siliceous film.

得られたシリカ質膜のIRスペクトルは、1030cm−1、および450cm−1のSi−O結合に基づく吸収、1270cm−1および780cm−1のSi−C結合に基づく吸収、2970cm−1のC−H結合に基づく吸収が認められ、3350cm−1および1200cm−1のN−H結合に基づく吸収、およびポリn−ブチルメタクリレートに基づく吸収は焼失していた。 IR spectrum for the siliceous film, 1030 cm -1, and Si-O bonds to based absorption 450 cm -1, absorption based on Si-C bonds of 1270 cm -1 and 780 cm -1, of 2970cm -1 C- Absorption based on H bonds was observed, and absorption based on N—H bonds at 3350 cm −1 and 1200 cm −1 and absorption based on poly n-butyl methacrylate were burned out.

得られたシリカ質膜の評価を行ったところ、比誘電率は2.31、密度1.1g/cm、内部応力は35MPaであった。 When the obtained siliceous film was evaluated, the relative dielectric constant was 2.31, the density was 1.1 g / cm 3 , and the internal stress was 35 MPa.

この膜のナノインデンテーション法による弾性率は2.6GPaと本発明によるシリカ質膜に比べて低かった。   The elasticity modulus of this film by the nanoindentation method was 2.6 GPa, which was lower than that of the siliceous film according to the present invention.

さらにシリカ質膜の孔径をX線散漫散乱法により測定したところ、平均孔径は7nmであり、本発明によるシリカ質膜に比べて大きかった。   Furthermore, when the pore diameter of the siliceous film was measured by the X-ray diffuse scattering method, the average pore diameter was 7 nm, which was larger than that of the siliceous film according to the present invention.

[シリカ質膜物性の評価方法]
比誘電率
パイレックス(登録商標:ダウ・コーニング社製)ガラス板(厚さ1mm、大きさ50mm×50mm)を中性洗剤、希NaOH水溶液、希HHO水溶液の順番でよく洗浄し、乾燥させる。このガラス板の全面に真空蒸着法でアルミニウム膜を形成させる(厚さ:0.2μm)。このガラス板に試料組成物溶液をスピンコート法で塗布して成膜した後、電極を信号取り出すためにガラス板の四隅を綿棒でこすって膜を除去する(3mm×3mm)。続いて、各例の方法に従ってシリカ質膜に転化させる。得られるシリカ質膜にステンレス製のマスクを被せて真空蒸着法でアルミニウム膜を形成させる。パターンは、2mm×2mmの正方形で厚さを2μmとしたものを18個とする。キャパシタンス測定は、4192ALFインピーダンスアナライザー(横河・キューレット・パッカード社製)を用いて、100kHzで測定する。また、膜厚の測定にはM−44型分光エリプソメーター(J.A.Woolam社製)を用いる。比誘電率は18個のパターンすべてについて、下式により計算した値を平均したものを採用する。
[Method of evaluating physical properties of siliceous film]
Dielectric constant Pyrex (registered trademark: manufactured by Dow Corning) glass plate (thickness 1 mm, size 50 mm x 50 mm) was washed thoroughly in the order of neutral detergent, dilute NaOH aqueous solution, dilute H 2 HO 4 aqueous solution, and dried. Let An aluminum film is formed on the entire surface of the glass plate by vacuum deposition (thickness: 0.2 μm). After the sample composition solution is applied onto this glass plate by spin coating to form a film, the four corners of the glass plate are rubbed with a cotton swab to remove signals from the electrode (3 mm × 3 mm). Subsequently, it is converted into a siliceous film according to the method of each example. The obtained siliceous film is covered with a stainless steel mask, and an aluminum film is formed by vacuum deposition. There are 18 patterns with a square of 2 mm × 2 mm and a thickness of 2 μm. The capacitance is measured at 100 kHz using a 4192 ALF impedance analyzer (manufactured by Yokogawa, Curette, Packard). Further, an M-44 spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam) is used for measuring the film thickness. As the relative dielectric constant, a value obtained by averaging the values calculated by the following formula is adopted for all 18 patterns.

(比誘電率)=(キャパシタンス[pF])×(膜厚[μm])/35.4
膜密度
直径10.16cm(4インチ)、厚さ0.5mmのシリコンウェハーの重量を電子天秤で測定する。これに試料組成物溶液をスピンコート法で塗布して成膜し、各例の方法に従ってシリカ質膜に転化させ、再び膜付きのシリコンウェハーの重量を電子天秤で測定する。膜重量は、成膜前後のウェハーの重量差とする。膜厚は、M−44型分光エリプソメーター(J.A.Woolam社製)で測定する。膜密度は下式に従って計算する。
(Relative permittivity) = (capacitance [pF]) × (film thickness [μm]) / 35.4
The weight of a silicon wafer having a film density of 10.16 cm (4 inches) and a thickness of 0.5 mm is measured with an electronic balance. A sample composition solution is applied thereto by spin coating to form a film, converted into a siliceous film according to the method of each example, and the weight of the silicon wafer with the film is measured again with an electronic balance. The film weight is the difference in weight of the wafer before and after film formation. The film thickness is measured with an M-44 spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam). The film density is calculated according to the following formula.

(膜密度[g/cm])=(膜重量[g])/(膜厚[μm])/0.008
内部応力
直径20.32cm(8インチ)、厚さ1mmのシリコンウェハーのそりをFLX−2320型レーザー内部応力測定器(Tencor社製)に入力する。さらに、このシリコンウェハーに試料組成物溶液をスピンコート法で塗布して成膜し、各例の方法に従ってシリカ質膜に転化させ、室温(23℃)に戻した後、再び前記レーザー内部応力測定器で内部応力を測定する。なお、膜厚は、M−44型分光エリプソメーター(J.A.Woolam社製)で測定する。
(Film density [g / cm 3 ]) = (film weight [g]) / (film thickness [μm]) / 0.008
A warp of a silicon wafer having an internal stress diameter of 20.32 cm (8 inches) and a thickness of 1 mm is input to an FLX-2320 laser internal stress measuring instrument (manufactured by Tencor). Further, a sample composition solution was applied onto this silicon wafer by spin coating, and the film was converted into a siliceous film according to the method of each example. After returning to room temperature (23 ° C.), the laser internal stress measurement was performed again. Measure the internal stress with the instrument. The film thickness is measured with an M-44 spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam).

クラック限界膜厚
直径10.16cm(4インチ)、厚さ0.5mmのシリコンウェハーに試料組成物溶液をスピンコート法で塗布して成膜し、各例の方法に従ってシリカ質膜に転化させる。塗布の際に試料組成物溶液の固形分濃度またはスピンコーターの回転数を調整して、膜厚を約0.5μmから約5μmの範囲で変化させた試料を作製する。焼成後の膜表面を顕微鏡観察(120倍)し、各試料のクラックの有無を調べ、クラック発生のない最大膜厚をクラック限界膜厚とする。
A sample composition solution is applied by spin coating to a silicon wafer having a crack limit film thickness of 10.16 cm (4 inches) and a thickness of 0.5 mm, and converted into a siliceous film according to the method of each example. A sample having a film thickness varied from about 0.5 μm to about 5 μm is prepared by adjusting the solid content concentration of the sample composition solution or the rotation speed of the spin coater during coating. The surface of the film after firing is observed with a microscope (120 times), the presence or absence of cracks in each sample is examined, and the maximum film thickness at which no cracks occur is defined as the crack limit film thickness.

弾性率(ナノインデンテーション法)
直径20.32cm(8インチ)、厚さ1mmのシリコンウェハーに試料組成物溶液をスピンコート法で塗布して成膜し、各例の方法に従ってシリカ質膜に転化させる。得られるシリカ質膜について、薄膜用機械的特性評価システム(米国MTSシステムズ社製Nano Indenter DCM)により弾性率を測定する。
Elastic modulus (nanoindentation method)
A sample composition solution is applied to a silicon wafer having a diameter of 20.32 cm (8 inches) and a thickness of 1 mm by spin coating to form a film, which is converted into a siliceous film according to the method of each example. About the obtained siliceous film | membrane, an elastic modulus is measured with the mechanical characteristic evaluation system for thin films (Nano Indenter DCM by the US MTS systems company).

エッチングレート
各例に記載されたエッチング残渣剥離液を用いてシリカ質膜を処理し、その処理の前後での膜厚変化量を処理時間で除することにより算出する。膜厚の測定はM−44型分光エリプソメーター(J.A.Woolam社製)で測定する。
Etching rate It calculates by processing a siliceous film | membrane using the etching residue peeling liquid described in each example, and remove | dividing the film thickness change amount before and behind the process by processing time. The film thickness is measured with an M-44 spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam).

孔径測定
直径20.32cm(8インチ)、厚さ1mmのシリコンウェハーに試料組成物溶液をスピンコート法で塗布して成膜し、各例の方法に従ってシリカ質膜に転化させる。得られるシリカ質膜について、ATX−G型表面構造評価用多機能X線回折装置(理学電気株式会社製)を用いて、X線散漫散乱法によって孔径を測定する。
A sample composition solution is applied to a silicon wafer having a pore diameter measurement diameter of 20.32 cm (8 inches) and a thickness of 1 mm by spin coating to form a film, which is converted into a siliceous film according to the method of each example. About the obtained siliceous film | membrane, a hole diameter is measured by a X-ray diffuse scattering method using the multifunctional X-ray-diffraction apparatus (Rigaku Denki Co., Ltd. product) for ATX-G type surface structure evaluation.

本発明は、安定した低誘電率と、最新の微細配線プロセスに耐えうる機械的強度及び各種の耐薬品性とをバランスよく兼ね備えた多孔質シリカ質膜を提供するものである。本発明による多孔質シリカ質膜を半導体装置の層間絶縁膜として使用することにより、集積回路のさらなる高集積化、多層化が可能となる。   The present invention provides a porous siliceous film having a stable low dielectric constant, mechanical strength that can withstand the latest fine wiring processes, and various chemical resistances in a balanced manner. By using the porous siliceous film according to the present invention as an interlayer insulating film of a semiconductor device, the integrated circuit can be further highly integrated and multilayered.

このように本発明は、半導体等の電子材料における層間絶縁膜を形成させるために適用することが最も好ましいものであるが、そのほかの電子材料素子、例えば金属膜下絶縁膜、にも応用ができるものである。   As described above, the present invention is most preferably applied to form an interlayer insulating film in an electronic material such as a semiconductor, but can also be applied to other electronic material elements such as an insulating film under a metal film. Is.

また、電子材料の他、本発明のコーティング組成物を用いることにより、金属やセラミックス、木材等の各種の材料の固体表面に対してシリカ質膜を形成することもできる。本発明によれば、シリカ質膜を表面に形成した金属基板(シリコン、SUS、タングステン、鉄、銅、亜鉛、真ちゅう、アルミニウム等)や、シリカ質膜を表面に形成したセラミックス基板(シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タンタル等の金属酸化物の他、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物、炭化珪素等)が提供される。   Moreover, a siliceous film | membrane can also be formed with respect to the solid surface of various materials, such as a metal, ceramics, and wood, using the coating composition of this invention other than an electronic material. According to the present invention, a metal substrate (silicon, SUS, tungsten, iron, copper, zinc, brass, aluminum, etc.) having a siliceous film formed thereon, or a ceramic substrate (silica, alumina) having a siliceous film formed thereon. In addition to metal oxides such as magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, and tantalum oxide, metal nitrides such as silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride, silicon carbide, and the like are provided.

Claims (6)

ポリアルキルシラザン化合物、シロキシ基含有重合体、および有機溶媒を含んでなることを特徴とする、コーティング組成物。   A coating composition comprising a polyalkylsilazane compound, a siloxy group-containing polymer, and an organic solvent. 前記シロキシ基含有重合体が、アクリル酸、メタクリル酸、およびポリエチレンオキサイド化合物からなる群から選ばれる重合単位を含むものである、請求項1に記載のコーティング組成物。   The coating composition according to claim 1, wherein the siloxy group-containing polymer includes a polymer unit selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and a polyethylene oxide compound. 前記ポリアルキルシラザン化合物が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と、一般式(2)または(3)で表される単位の少なくとも一種とを含んでなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
Figure 2006188547
(上記式中、Rは、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物全体のすべてのRが同時に水素であることはなく、
〜Rは、各々独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、R〜Rのすべてが同時に水素であることはなく、
p、q、およびrは、それぞれ0または1であり、0≦p+q+r≦3であり、
〜Rは、各々独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物全体のすべてのRとRが同時に水素であることはなく、
〜R11は、各々独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表すが、化合物全体のすべてのR〜R11が同時に水素であることはない。)
The polyalkylsilazane compound comprises a repeating unit represented by the following general formula (1) and at least one unit represented by the general formula (2) or (3). The coating composition according to any one of the above.
Figure 2006188547
(In the above formula, R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but not all R 1 in the entire compound are simultaneously hydrogen,
R 2 to R 4 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but all of R 2 to R 4 are not simultaneously hydrogen,
p, q, and r are each 0 or 1, 0 ≦ p + q + r ≦ 3,
R 5 to R 7 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but all R 5 and R 6 in the entire compound are not simultaneously hydrogen,
R 8 to R 11 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, but all R 9 to R 11 in the entire compound are not simultaneously hydrogen. )
請求項1〜3のいずれか1項に記載のコーティング組成物を、基板上に塗布し、あるいは型枠または溝に充填し、さらに焼成することにより形成されたことを特徴とする、シリカ質材料。   A siliceous material formed by applying the coating composition according to any one of claims 1 to 3 on a substrate, filling a mold or groove, and further firing. . 請求項4に記載のシリカ質材料を層間絶縁膜として含むことを特徴とする、半導体装置。   A semiconductor device comprising the siliceous material according to claim 4 as an interlayer insulating film. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のコーティング組成物を水蒸気含有雰囲気中50〜300℃の温度で予備焼成し、さらに乾燥雰囲気中300〜500℃の温度で焼成することを特徴とする、シリカ質材料の製造法。   The coating composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating composition is pre-fired at a temperature of 50 to 300 ° C in a steam-containing atmosphere, and further fired at a temperature of 300 to 500 ° C in a dry atmosphere. , Production method of siliceous material.
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