JP2007077276A - Composition for forming film - Google Patents

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豊 阿出川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming an insulating film usable for electronic devices, having good film properties such as permittivity and mechanical strength, to provide an insulating film obtained by using the composition, and to provide electronic devices comprising the insulating film. <P>SOLUTION: The composition for forming films comprises a compound having an alicyclic hydrocarbon structure and Si atom, wherein the compound having the alicyclic hydrocarbon structure and the Si atom has a particle shape of 2-15 nm particle diameter. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は膜形成用組成物に関し、さらに詳しくは電子デバイスなどに用いられる誘電率、機械強度等の膜特性が良好な絶縁膜形成用組成物に関し、さらには該組成物を用いて得られる絶縁膜、およびそれを有する電子デバイスに関する。   The present invention relates to a film-forming composition, and more particularly, to an insulating film-forming composition having good film properties such as dielectric constant and mechanical strength used for electronic devices, and further, an insulation obtained using the composition. The present invention relates to a film and an electronic device having the film.

近年、電子材料分野においては、高集積化、多機能化、高性能化の進行に伴い、回路抵抗や配線間のコンデンサー容量が増大し、消費電力や遅延時間の増大を招いている。中でも、遅延時間の増大は、デバイスの信号スピードの低下やクロストークの発生の大きな要因となるため、この遅延時間を減少させてデバイスの高速化を図るべく、寄生抵抗や寄生容量の低減が求められている。この寄生容量を低減するための具体策の一つとして、配線の周辺を低誘電性の層間絶縁膜で被覆することが試みられている。また、層間絶縁膜には、実装基板製造時の薄膜形成工程やチップ接続、ピン付け等の後工程に耐え得る優れた耐熱性やウェットプロセスに耐え得る耐薬品性が求められている。さらに、近年は、Al配線から低抵抗のCu配線が導入されつつあり、これに伴い、CMP(ケミカルメカニカルポリッシング)による平坦化が一般的となっており、このプロセスに耐え得る高い機械的強度が求められている。   In recent years, in the field of electronic materials, with the progress of higher integration, more functions, and higher performance, circuit resistance and capacitor capacity between wirings have increased, leading to an increase in power consumption and delay time. In particular, an increase in delay time is a major factor in reducing the signal speed of the device and the occurrence of crosstalk. Therefore, in order to reduce the delay time and speed up the device, it is necessary to reduce parasitic resistance and parasitic capacitance. It has been. As a specific measure for reducing this parasitic capacitance, an attempt has been made to cover the periphery of the wiring with a low dielectric interlayer insulating film. In addition, the interlayer insulating film is required to have excellent heat resistance that can withstand post-processes such as a thin film forming process, chip connection, and pinning when manufacturing a mounting substrate, and chemical resistance that can withstand a wet process. Furthermore, in recent years, low resistance Cu wiring is being introduced from Al wiring, and along with this, planarization by CMP (Chemical Mechanical Polishing) has become common, and high mechanical strength that can withstand this process is high. It has been demanded.

高耐熱性の絶縁膜として、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミドが広く知られているが、極性の高いN原子を含むため、低誘電性、低吸水性、耐久性および耐加水分解性の面では、満足なものは得られていない。
また、有機ポリマーは概して有機溶剤への溶解性の不十分なものが多く、塗布液中での析出、絶縁膜中でのブツ発生の抑制が重要な課題となっているが、溶解性を向上させるためにポリマー主鎖を折れ曲がり構造にするとガラス転移点の低下、耐熱性の低下が弊害となりこれらを両立することは容易ではない。
また、ポリアリーレンエーテルを基本主鎖とする高耐熱性樹脂が知られており(特許文献1)、誘電率は2.6〜2.7の範囲である。しかし、高速デバイスを実現するためには更なる低誘電率化が望まれて、誘電率を好ましくは2.6以下、より好ましくは2.5以下にすることが望まれている。
Polybenzoxazole and polyimide are widely known as highly heat-resistant insulating films, but because they contain highly polar N atoms, they are satisfactory in terms of low dielectric properties, low water absorption, durability, and hydrolysis resistance. Nothing has been obtained.
In addition, many organic polymers are generally poorly soluble in organic solvents, and it is an important issue to suppress precipitation in coating solutions and the generation of bumps in insulating films. Therefore, if the polymer main chain is bent to have a bent structure, the glass transition point and the heat resistance are adversely affected, and it is not easy to achieve both.
Further, a highly heat-resistant resin having a polyarylene ether as a basic main chain is known (Patent Document 1), and the dielectric constant is in the range of 2.6 to 2.7. However, in order to realize a high-speed device, further reduction of the dielectric constant is desired, and the dielectric constant is preferably 2.6 or less, more preferably 2.5 or less.

ところが、有機含有シリコン酸化膜では、比誘電率を2.5よりも低くすることは非常に困難であるため、膜の内部に空孔が導入された絶縁膜、いわゆるポーラス膜が必要となってくる。   However, since it is very difficult to reduce the relative dielectric constant below 2.5 in an organic-containing silicon oxide film, an insulating film in which holes are introduced inside the film, that is, a so-called porous film is necessary. come.

特許文献2には、2つのポーラス膜について紹介されている。
第1の例は、シリコンレジン及び有機溶媒を含む溶液により形成された薄膜を焼成することによってポーラス膜を形成するものである。これによると、薄膜の焼成時に有機溶媒が気化して消滅した跡に連続孔がランダムに形成される。この場合、有機溶媒は溶剤としての働きと空孔を形成するための働きとの両方を担っている。尚、一般に、溶液を基板上に塗布して薄膜を形成するためにはスピン塗布法が用いられ、また薄膜の焼成にはホットプレート及びファーネス(電気炉)が用いられる。
Patent Document 2 introduces two porous films.
In the first example, a porous film is formed by firing a thin film formed of a solution containing a silicon resin and an organic solvent. According to this, continuous pores are randomly formed at the trace where the organic solvent is vaporized and disappears during the firing of the thin film. In this case, the organic solvent has both a function as a solvent and a function for forming pores. In general, a spin coating method is used to form a thin film by applying a solution on a substrate, and a hot plate and a furnace (electric furnace) are used for baking the thin film.

また、第2の例は、シリコンレジン及び有機溶媒のほかに、有機物からなるポロジェン(Porogen)を加えた溶液により形成された薄膜を焼成することによってポーラス膜を形成するものである。これによると、ポロジェンの選択により連続孔のみならず独立孔も形成することが可能である。この場合、当然ながら、ポロジェンは膜中から気化して消滅する。   In the second example, a porous film is formed by baking a thin film formed of a solution in which porogen made of an organic substance is added in addition to a silicon resin and an organic solvent. According to this, it is possible to form not only continuous holes but also independent holes by selecting the porogen. In this case, of course, the porogen vaporizes from the film and disappears.

第1及び第2の従来例においては、連続孔がランダムに形成されるため、比誘電率k=2.2〜2.3の低誘電率膜を実現するためには、30%以上の空孔率(単位体積当たりに空孔が占める割合)を必要とする。このため,絶縁膜の配線加工におけるウェットプロセスによるダメージ、あるいは、配線金属原子のマイグレーションなどの問題が生じている。第1又は第2の従来例において、比誘電率をより低くしようとすると、空孔率が増大するので、問題はさらに深刻となる。
また、引用文献3に、微粒子を用いた多孔性絶縁膜が紹介されているが、比誘電率や機械強度の更なる改善が望まれていた。
米国特許6509415号明細書 特開2001−294815公報 特開2004−253626公報
In the first and second conventional examples, since continuous holes are formed at random, in order to realize a low dielectric constant film having a relative dielectric constant k = 2.2 to 2.3, an empty space of 30% or more is used. The porosity (percentage of pores per unit volume) is required. For this reason, problems such as damage due to a wet process in wiring processing of an insulating film or migration of wiring metal atoms have occurred. In the first or second conventional example, if the relative permittivity is to be lowered, the porosity increases, so the problem becomes more serious.
Further, although a porous insulating film using fine particles is introduced in Cited Document 3, further improvement in relative permittivity and mechanical strength has been desired.
US Pat. No. 6,509,415 JP 2001-294815 A JP 2004-253626 A

本発明は上記問題点を解決するための膜形成用組成物に関し、さらに詳しくは電子デバイスなどに用いられる誘電率、機械強度等の膜特性が良好な絶縁膜形成用組成物に関し、さらには該組成物を用いて得られる絶縁膜およびそれを有する電子デバイスに関する。   The present invention relates to a film-forming composition for solving the above-mentioned problems, more specifically to a composition for forming an insulating film having good film properties such as dielectric constant and mechanical strength used for electronic devices, etc. The present invention relates to an insulating film obtained using the composition and an electronic device having the insulating film.

上記課題が下記の構成により解決されることを見出した。
<1>
脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物を含む膜形成用組成物であって,該脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物が,粒径2nm〜15nmの粒子形状であることを特徴とする膜形成用組成物。
<2>
脂環式炭化水素構造がカゴ型構造であることを特徴とする<1>に記載の膜形成用組成物。
<3>
カゴ型構造が飽和炭化水素構造であることを特徴とする<2>に記載の膜形成用組成物。
<4>
膜形成用組成物に含まれる全固形分中の総炭素数に占めるカゴ型構造の総炭素数の比率が30%以上であることを特徴とする<2>または<3>のいずれかに記載の膜形成用組成物。
<5>
カゴ型構造がアダマンタン構造であることを特徴とする<2>〜<4>のいずれかに記載の膜形成用組成物。
<6>
カゴ型構造がジアマンタン構造であることを特徴とする<2>〜<4>のいずれかに記載の膜形成用組成物。
<7>
カゴ型構造を有する化合物が下記式(1)〜(3)のいずれかで表される少なくとも一種の化合物の加水分解縮合体であることを特徴とする<6>に記載の膜形成用組成物。
It has been found that the above problems are solved by the following configuration.
<1>
A film-forming composition comprising a compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom, wherein the compound having a cycloaliphatic hydrocarbon structure and a Si atom has a particle shape having a particle size of 2 nm to 15 nm. A film forming composition.
<2>
The film-forming composition as described in <1>, wherein the alicyclic hydrocarbon structure is a cage structure.
<3>
The film-forming composition as described in <2>, wherein the cage structure is a saturated hydrocarbon structure.
<4>
<2> or <3>, wherein the ratio of the total number of carbon atoms of the cage structure to the total number of carbon atoms in the total solid content contained in the film-forming composition is 30% or more A film forming composition.
<5>
The film-forming composition according to any one of <2> to <4>, wherein the cage structure is an adamantane structure.
<6>
The film-forming composition according to any one of <2> to <4>, wherein the cage structure is a diamantane structure.
<7>
The film-forming composition as described in <6>, wherein the compound having a cage structure is a hydrolytic condensate of at least one compound represented by any of the following formulas (1) to (3): .

Figure 2007077276
Figure 2007077276

式(1)〜(3)において、
Rは各々独立にアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、またはアリール基を表す。
m1〜m6は各々独立に1〜14の整数を表す。
Xは各々独立にハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、またはシリル基を表す。
Lは各々独立に−CH=CH−または−C≡C−で表される2価の連結基を表す。
n1〜n6は各々独立に0〜13の整数を表す。
また、式(1)〜(3)で表される化合物が、単結合または連結基により複数結合していてもよい。
<8>
脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物が窒素原子を除く構成元素よりなる化合物であることを特徴とする<1>〜<7>のいずれかに記載の膜形成用組成物。
<9>
さらに有機溶剤を含むことを特徴とする<1>〜<8>のいずれかに記載の膜形成用組成物。
<10>
<1>〜<9>のいずれかに記載の膜形成用組成物を用いて形成した多孔質絶縁膜。
<11>
<10>に記載の絶縁膜を有する電子デバイス。
In the formulas (1) to (3),
Each R independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
m1 to m6 each independently represents an integer of 1 to 14.
Each X independently represents a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, or a silyl group.
Each L independently represents a divalent linking group represented by —CH═CH— or —C≡C—.
n1 to n6 each independently represents an integer of 0 to 13.
Moreover, the compound represented by Formula (1)-(3) may couple | bond together two or more by the single bond or the coupling group.
<8>
The film-forming composition according to any one of <1> to <7>, wherein the compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom is a compound composed of a constituent element excluding a nitrogen atom.
<9>
Furthermore, the organic solvent is contained, The composition for film formation in any one of <1>-<8> characterized by the above-mentioned.
<10>
A porous insulating film formed using the film forming composition according to any one of <1> to <9>.
<11>
An electronic device having the insulating film according to <10>.

本発明の膜形成用組成物により形成した絶縁膜は誘電率、機械強度等の膜特性が良好なため、電子デバイスなどにおける層間絶縁膜として利用できる。   The insulating film formed from the film-forming composition of the present invention has good film properties such as dielectric constant and mechanical strength, and therefore can be used as an interlayer insulating film in electronic devices and the like.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物>
本発明の膜形成用組成物は、脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物を含有する。脂環式炭化水素構造を有することは吸湿性、および耐熱性の観点から好ましい。
脂環式炭化水素構造としては、単環式でも、多環式でもよく、脂環中にヘテロ原子を有していてもよい。具体的には、炭素数5以上のモノシクロ、ビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができる。その炭素数は6〜30個が好ましく、特に炭素数7〜25個が好ましい。これらの脂環式炭化水素基は置換基を有していてもよい。
以下に、脂環式炭化水素基のうち、脂環式部分の構造例を示す。
<Compound having alicyclic hydrocarbon structure and Si atom>
The film forming composition of the present invention contains a compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom. Having an alicyclic hydrocarbon structure is preferable from the viewpoint of hygroscopicity and heat resistance.
The alicyclic hydrocarbon structure may be monocyclic or polycyclic, and may have a hetero atom in the alicyclic ring. Specific examples include groups having a monocyclo, bicyclo, tricyclo, tetracyclo structure or the like having 5 or more carbon atoms. The carbon number is preferably 6-30, and particularly preferably 7-25. These alicyclic hydrocarbon groups may have a substituent.
Below, the structural example of an alicyclic part is shown among alicyclic hydrocarbon groups.

Figure 2007077276
Figure 2007077276

Figure 2007077276
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Figure 2007077276
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脂環式炭化水素基が有していてもよい置換基としては、例えば、オキシ基、アルキル基、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基が挙げられる。
アルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の低級アルキル基が好ましく、更に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基よりなる群から選択された置換基を表す。上記アルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜4個のものを挙げることができる。
また、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基は、更に置換基を有していてもよく、このような置換基としては、例えば、炭素数1〜4のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等)、ヒドロキシ基、オキソ基、アルキルカルボニル基(好ましくは炭素数2〜5)、アルキルカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜5)、アルキルオキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜5)、ハロゲン原子(塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)等を挙げることができる。
脂環式炭化水素構造としては、カゴ型構造が好ましい。
Examples of the substituent that the alicyclic hydrocarbon group may have include an oxy group, an alkyl group, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group, a carboxyl group, and an alkoxycarbonyl group.
The alkyl group is preferably a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or a butyl group, and more preferably a substituent selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. To express. Examples of the alkoxy group include those having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.
The alkyl group, alkoxy group, and alkoxycarbonyl group may further have a substituent. Examples of such a substituent include an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms (methoxy group, ethoxy group, butoxy group). Group), hydroxy group, oxo group, alkylcarbonyl group (preferably 2 to 5 carbon atoms), alkylcarbonyloxy group (preferably 2 to 5 carbon atoms), alkyloxycarbonyl group (preferably 2 to 5 carbon atoms) And halogen atoms (chlorine atom, bromine atom, fluorine atom, etc.).
As the alicyclic hydrocarbon structure, a cage structure is preferable.

本発明で述べる「カゴ型構造」とは、共有結合した原子で形成された複数の環によって容積が定まり、容積内に位置する点は環を通過せずには容積から離れることができないような分子を指す。例えば、アダマンタン構造はカゴ型構造と考えられる。対照的にノルボルナン(ビシクロ[2,2,1]ヘプタン)などの単一架橋を有する環状構造は、単一架橋した環状化合物の環が容積を定めないことから、カゴ型構造とは考えない。   The “cage structure” described in the present invention is such that the volume is determined by a plurality of rings formed of covalently bonded atoms, and points located within the volume cannot be separated from the volume without passing through the ring. Refers to a molecule. For example, an adamantane structure is considered a cage structure. In contrast, a cyclic structure having a single bridge such as norbornane (bicyclo [2,2,1] heptane) is not considered a cage structure because the ring of the single bridged cyclic compound does not define volume.

カゴ型構造の総炭素数は、好ましくは10〜30個、より好ましくは11〜18個、特に好ましくは14個の炭素原子で構成される。
ここでいう炭素原子にはカゴ型構造に置換した連結基や置換基の炭素原子を含めない。例えば、1−メチルアダマンタンは10個の炭素原子で構成され、1−エチルジアマンタンは14個の炭素原子で構成されるものとする。
The total carbon number of the cage structure is preferably 10 to 30, more preferably 11 to 18, and particularly preferably 14 carbon atoms.
The carbon atom here does not include a linking group substituted with a cage structure or a carbon atom of the substituent. For example, 1-methyladamantane is composed of 10 carbon atoms, and 1-ethyldiamantane is composed of 14 carbon atoms.

カゴ型構造は飽和炭化水素構造であることが好ましく、好ましい例としては高い耐熱性を有している点でダイヤモンド類似構造のアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ドデカヘドラン等が挙げられ、より好ましい例としてはアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタンが挙げられ、特に好ましい例としてはより低い誘電率が得られ、合成が容易である点でジアマンタンが挙げられる。   The cage structure is preferably a saturated hydrocarbon structure, and preferred examples include diamond-like structures such as adamantane, diamantane, triamantane, tetramantane, dodecahedran, and the like because they have high heat resistance. Examples include adamantane, diamantane, and triamantane, and particularly preferred examples include diamantane in that a lower dielectric constant is obtained and synthesis is easy.

本発明におけるカゴ型構造は1つ以上の置換基を有していても良く、置換基の例としては、ハロゲン原子(フッ素原子、クロル原子、臭素原子、または沃素原子)、炭素数1〜10の直鎖、分岐、環状のアルキル基(メチル、t−ブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等)、炭素数2〜10のアルケニル基(ビニル、プロペニル等)、炭素数2〜10のアルキニル基(エチニル、フェニルエチニル等)、炭素数6〜20のアリール基(フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル等)、炭素数2〜10のアシル基(ベンゾイル等)、炭素数6〜20のアリールオキシ基(フェノキシ等)、炭素数6〜20のアリールスルホニル基(フェニルスルホニル等)、ニトロ基、シアノ基、シリル基(トリエトキシシリル、メチルジエトキシシリル、トリビニルシリル等)等が挙げられる。この中で好ましい置換基はフッ素原子、臭素原子、炭素数1〜5の直鎖、分岐、環状のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基、シリル基である。これらの置換基はさらに別の置換基で置換されていてもよい。   The cage structure in the present invention may have one or more substituents. Examples of the substituent include a halogen atom (a fluorine atom, a chloro atom, a bromine atom, or an iodine atom), a carbon number of 1 to 10. Linear, branched and cyclic alkyl groups (methyl, t-butyl, cyclopentyl, cyclohexyl, etc.), alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms (vinyl, propenyl, etc.), alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms (ethynyl, phenyl) Ethynyl etc.), C6-C20 aryl groups (phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl etc.), C2-C10 acyl groups (benzoyl etc.), C6-C20 aryloxy groups (phenoxy etc.) ), Arylsulfonyl groups having 6 to 20 carbon atoms (such as phenylsulfonyl), nitro groups, cyano groups, silyl groups (triethoxysilyl, methyldiethoxysilyl, Vinylsilyl etc.) and the like. Among these, preferred substituents are a fluorine atom, a bromine atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 5 carbon atoms, and a silyl group. is there. These substituents may be further substituted with another substituent.

本発明におけるカゴ型構造は1〜4価であることが好ましく、より好ましくは2〜3価であり、特に好ましくは2価である。このとき、カゴ型構造に結合する基は1価以上の置換基でも2価以上の連結基でも良い。   The cage structure in the present invention is preferably 1 to 4 valent, more preferably 2 to 3 valent, and particularly preferably 2 valent. At this time, the group bonded to the cage structure may be a monovalent or higher valent substituent or a divalent or higher linking group.

本発明の脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物とは、高分子化合物(たとえばポリマー)である。この場合、その重量平均分子量は粒径の好ましい範囲を満たす条件であればどのような値でもかまわない。   The compound having an alicyclic hydrocarbon structure and Si atom of the present invention is a polymer compound (for example, a polymer). In this case, the weight average molecular weight may be any value as long as it satisfies the preferable range of the particle diameter.

本発明においてカゴ型構造はポリマー主鎖に1価以上のペンダント基として組み込まれても良い。カゴ型構造が結合する好ましいポリマー主鎖としては、例えば直鎖状あるいは分岐状ポリシロキサン,ラダー型ポリシロキサン,かご型ポリシロキサン,ネットワーク型ポリシロキサン等が挙げられる。この中でも耐熱性が良好な点から、ネットワーク型ポリシロキサン,分岐型ポリシロキサンが好ましい。   In the present invention, the cage structure may be incorporated into the polymer main chain as a monovalent or higher pendant group. Preferable polymer main chains to which the cage structure is bonded include, for example, linear or branched polysiloxane, ladder-type polysiloxane, cage-type polysiloxane, network-type polysiloxane, and the like. Among these, network type polysiloxane and branched type polysiloxane are preferable from the viewpoint of good heat resistance.

本発明においてカゴ型構造がポリマー主鎖の一部となっていることも好ましい。すなわちポリマー主鎖の一部になっている場合には、本ポリマーからカゴ型構造を除去するとポリマー鎖が切断されることを意味する。この形態においては、カゴ型構造はカゴ構造間で直接単結合するかまたは適当な2価以上の連結基によって連結される。連結基の例としては例えば、−C(R11)(R12)−、−C(R13)=C(R14)−、−C≡C−、アリーレン基、−CO−、−O−、−SO2−、−N(R15)−、−Si(R16)(R17)−またはこれらを組み合わせた基が挙げられる。ここで、R11〜R17はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基を表す。これらの連結基は置換基で置換されていてもよく、例えば前述の置換基が好ましい例として挙げられる。
この中でより好ましい連結基は、−C(R11)(R12)−、−CH=CH−、−C≡C−、アリーレン基、−O−、−Si(R16)(R17)−またはこれらを組み合わせた基であり、特に好ましいものは、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−Si(R16)(R17)−またはこれらの組み合わせである。
In the present invention, the cage structure is also preferably a part of the polymer main chain. That is, when it is a part of the polymer main chain, it means that the polymer chain is cleaved when the cage structure is removed from the polymer. In this form, the cage structures are directly single-bonded between the cage structures or linked by a suitable divalent or higher linking group. Examples of the linking group include, for example, —C (R 11 ) (R 12 ) —, —C (R 13 ) ═C (R 14 ) —, —C≡C—, arylene group, —CO—, —O—. , —SO 2 —, —N (R 15 ) —, —Si (R 16 ) (R 17 ) —, or a combination thereof. Here, R11 to R17 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or an alkoxy group. These linking groups may be substituted with a substituent, and for example, the above-described substituents are preferable examples.
Among these, more preferred linking groups are —C (R 11 ) (R 12 ) —, —CH═CH—, —C≡C—, arylene group, —O—, —Si (R 16 ) (R 17 ). -Or a combination thereof, and particularly preferred are -CH = CH-, -C≡C-, -O-, -Si (R 16 ) (R 17 )-or a combination thereof.

本発明の脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物は、その分子内にカゴ型構造を1種でも2種以上含んでいても良い。   The compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom of the present invention may contain one or more cage structures in the molecule.

以下に本発明の脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物の具体例を示すが、もちろん本発明はこれらに限定されない。
尚、構造式右の[Si(O0.54はSiとOが交互に配列した三次元構造でSiがm個あることを示す。
ここで、mおよびnは組成比(モル%)を表し、m+n=100である。
Specific examples of the compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these.
[Si (O 0.5 ) 4 ] m on the right side of the structural formula indicates a three-dimensional structure in which Si and O are alternately arranged and that there are m Si.
Here, m and n represent a composition ratio (mol%), and m + n = 100.

Figure 2007077276
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本発明の脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物は下記式(1)〜(3)のいずれかで表される少なくとも一種の化合物の加水分解縮合体であることがより好ましく、式(1)で表される少なくとも一種の化合物の加水分解縮合体であることがさらに好ましい。   The compound having an alicyclic hydrocarbon structure and an Si atom of the present invention is more preferably a hydrolytic condensate of at least one compound represented by any one of the following formulas (1) to (3). More preferably, it is a hydrolysis-condensation product of at least one compound represented by 1).

Figure 2007077276
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式(1)〜(3)において、
Rは各々独立にアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、またはアリール基を表す。
m1〜m6は各々独立に1〜14の整数を表す。
Xは各々独立にハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、またはシリル基を表す。
Lは各々独立に−CH=CH−または−C≡C−で表される2価の連結基を表す。
n1〜n6は各々独立に0〜13の整数を表す。
また、式(1)〜(3)で表される化合物が、単結合または連結基により複数結合していてもよい。
In the formulas (1) to (3),
Each R independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
m1 to m6 each independently represents an integer of 1 to 14.
Each X independently represents a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, or a silyl group.
Each L independently represents a divalent linking group represented by —CH═CH— or —C≡C—.
n1 to n6 each independently represents an integer of 0 to 13.
Moreover, the compound represented by Formula (1)-(3) may couple | bond together two or more by the single bond or the coupling group.

Rは好ましくは炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルキニル基、炭素数6〜20のアリール基を表し、Rはさらに別の置換基で置換されていてもよい。置換基としては例えばハロゲン原子(フッ素原子、クロル原子、臭素原子、または沃素原子)、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アシル基、アリールオキシ基、アリールスルホニル基、ニトロ基、シアノ基、シリル基等が挙げられる。Rはさらに好ましくは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数0〜20のシリル基を表し、より好ましくは水素原子または炭素数0〜10のシリル基を表す。
m1〜m6は好ましくは1〜4の整数であり、より好ましくは1〜3の整数であり、特に好ましくは2または3である。
Xは好ましくはハロゲン原子、アルキル基(好ましくは炭素数1〜10)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜10)、アリール基(好ましくは炭素数6〜20)、シリル基(好ましくは炭素数0〜20)を表し、Xはさらに別の置換基で置換されていても良く、置換基の例として前述のものが挙げられる。Xはさらに好ましくは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数0〜20のシリル基を表し、より好ましくは臭素原子、炭素数2〜4のアルケニル基、炭素数0〜10シリル基を表す。
n1〜n6は好ましくは0〜3の整数であり、より好ましくは0〜2の整数であり、特に好ましくは0または1である。
R preferably represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and R represents a further substituent. May be substituted. Examples of the substituent include a halogen atom (fluorine atom, chloro atom, bromine atom, or iodine atom), alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, acyl group, aryloxy group, arylsulfonyl group, nitro group, cyano group. And a silyl group. R is more preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a silyl group having 0 to 20 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or 0 to 10 carbon atoms. Represents a silyl group.
m1 to m6 are preferably integers of 1 to 4, more preferably an integer of 1 to 3, and particularly preferably 2 or 3.
X is preferably a halogen atom, an alkyl group (preferably 1 to 10 carbon atoms), an alkenyl group (preferably 2 to 10 carbon atoms), an aryl group (preferably 6 to 20 carbon atoms), a silyl group (preferably a carbon number). 0-20), X may be further substituted with another substituent, and examples of the substituent include those described above. X is more preferably a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or a silyl group having 0 to 20 carbon atoms, more preferably a bromine atom, An alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms and a silyl group having 0 to 10 carbon atoms are represented.
n1 to n6 are preferably an integer of 0 to 3, more preferably an integer of 0 to 2, and particularly preferably 0 or 1.

式(1)〜(3)のいずれかで表される化合物、また、式(1)〜(3)で表される化合物が、単結合または連結基により複数結合した化合物((D−9)〜(D−10’))の具体例を示す。本発明はこれらに限定されるものではない。   A compound represented by any one of formulas (1) to (3), or a compound in which the compounds represented by formulas (1) to (3) are bonded by a single bond or a linking group ((D-9) Specific examples of (D-10 ′)) are shown. The present invention is not limited to these.

Figure 2007077276
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本発明の化合物は熱により他の分子と共有結合を形成する反応性基を有していることが好ましい。このような反応性基としては、特に限定されないが例えば環化付加反応、ラジカル重合反応を起こす置換基が好ましく利用できる。例えば、2重結合を有する基(ビニル基、アリル基等)、3重結合を有する基(エチニル基、フェニルエチニル基等)、ディールスアルダー反応を起こすためのジエン基、ジエノフィル基の組み合わせ等が有効であり、特にエチニル基とフェニルエチニル基が有効である。   The compound of the present invention preferably has a reactive group that forms a covalent bond with other molecules by heat. Such a reactive group is not particularly limited, and for example, a substituent that causes a cycloaddition reaction or a radical polymerization reaction can be preferably used. For example, a group having a double bond (vinyl group, allyl group, etc.), a group having a triple bond (ethynyl group, phenylethynyl group, etc.), a combination of a diene group or a dienophile group for causing a Diels-Alder reaction is effective. In particular, an ethynyl group and a phenylethynyl group are effective.

また、本発明の化合物には、モル分極率を高めたり絶縁膜の吸湿性の原因となる窒素原子は誘電率を高くする働きがあるため含まないことが好ましい。特に、ポリイミド化合物では充分に低い誘電率が得られないため、本願のカゴ型構造を有する化合物は、ポリイミド以外の化合物、即ちポリイミド結合、アミド結合を有しない化合物であることが好ましい。   Further, the compound of the present invention preferably does not contain a nitrogen atom that increases the molar polarizability or causes the hygroscopicity of the insulating film to increase the dielectric constant. In particular, since a sufficiently low dielectric constant cannot be obtained with a polyimide compound, the compound having a cage structure of the present application is preferably a compound other than polyimide, that is, a compound having no polyimide bond or amide bond.

本発明の組成物より形成した絶縁膜に良好な特性(誘電率、機械強度)を付与する観点から、膜形成用組成物に含まれる全固形分中の総炭素数に占めるカゴ型構造の総炭素数の比率は30%以上であることが好ましく、より好ましくは50〜95%、さらに好ましくは60%〜90%である。ここで、膜形成用組成物に含まれる全固形分とは、この塗布液により得られる絶縁膜を構成する全固形分に相当するものである。尚、発泡剤のように絶縁膜形成後に絶縁膜中に残らないものは固形分に含めない。   From the viewpoint of imparting good characteristics (dielectric constant, mechanical strength) to the insulating film formed from the composition of the present invention, the total of the cage structure occupying the total number of carbons in the total solid content contained in the film-forming composition. The carbon number ratio is preferably 30% or more, more preferably 50 to 95%, and still more preferably 60% to 90%. Here, the total solid content contained in the film-forming composition corresponds to the total solid content constituting the insulating film obtained by this coating solution. In addition, what does not remain in an insulating film after insulating film formation like a foaming agent is not included in solid content.

<膜形成組成物のカゴ型構造とSi原子を有する化合物の粒子>
本発明の膜形成組成物のカゴ型構造とSi原子を有する化合物は、粒径2nm〜15nmの粒子形状であり、該粒子形状は球状でもよく多面体でもよく、好ましくは粒径3nm〜10nmの粒子形状であり,さらに好ましくは粒径3nm〜8nmの粒子形状である。
<Cage structure of film forming composition and particles of compound having Si atom>
The compound having a cage structure and a Si atom in the film-forming composition of the present invention has a particle shape with a particle size of 2 nm to 15 nm, and the particle shape may be spherical or polyhedral, preferably a particle with a particle size of 3 nm to 10 nm. It is a shape, More preferably, it is a particle shape with a particle size of 3 nm-8 nm.

このような範囲の平均粒径の粒子であれば、均一な粒径のものでも粒径の異なる粒子の2種類以上の混合物でもよく、すなわち粒度分布がシャープなものであっても、ブロードなものであっても、バイモダルなものであってもよい。好ましくは粒度分布がシャープなものがよい。粒径の変動係数15%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。   As long as the average particle size is in such a range, it may be a uniform particle size or a mixture of two or more particles having different particle sizes, that is, even if the particle size distribution is sharp, it is broad. Or it may be bimodal. A sharp particle size distribution is preferred. The coefficient of variation in particle size is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less.

粒子の形成方法としては、公知の方法が適用でき、Sto¨ber法などの塩基触媒によるアルコキシシランの加水分解縮合による方法(J.Colloid Interface Sci.,26, 62(1968), J.Colloid Interface Sci.,128, 121(1989)) やアルコキシシランのマイクロエマルジョン重合(Adv. Mater., 12, 955 (1997))などの方法があげられる。その他、いったん形成したバルク焼成体を粉砕して取り出し分級してもよい。分級としては、たとえば遠心分離法、溶解度分別法、物理ふるい法などが挙げられるが、これらの中で、操作の簡便性、微粒子の収率を考慮すると遠心分離法がもっとも好ましい。遠心分離の操作はたとえばKUBOTA社製、KUBOTA 7930を用いて行なうことができる。分離に使用するローターの温度は通常0℃〜100℃、好ましくは0℃〜50℃で、ローター回転数は1000〜30000rpm、分離時間は5分から24時間が好ましい。得られた粒子は通常、水または有機溶媒に再分散された後使用される。他にもメカノケミカル法、メカニカルアロイング法、気相法、その他超音波化学、超臨界流体利用による微粒子生成方法などいずれの方法も適用できる。   As a method for forming particles, a known method can be applied, and a method using hydrolysis and condensation of alkoxysilane with a base catalyst such as Sto-ber method (J. Colloid Interface Sci., 26, 62 (1968), J. Colloid Interface Sci., 128, 121 (1989)) and microemulsion polymerization of alkoxysilane (Adv. Mater., 12, 955 (1997)). In addition, the bulk fired body once formed may be crushed and taken out and classified. Examples of the classification include a centrifugal separation method, a solubility separation method, and a physical sieving method. Among these, the centrifugal separation method is most preferable in consideration of the ease of operation and the yield of fine particles. Centrifugation can be performed using, for example, KUBOTA 7930 manufactured by KUBOTA. The temperature of the rotor used for the separation is usually 0 ° C. to 100 ° C., preferably 0 ° C. to 50 ° C., the rotor rotation speed is 1000 to 30000 rpm, and the separation time is preferably 5 minutes to 24 hours. The obtained particles are usually used after being redispersed in water or an organic solvent. In addition, any method such as a mechanochemical method, a mechanical alloying method, a gas phase method, other ultrasonic chemistry, and a fine particle generation method using a supercritical fluid can be applied.

加水分解縮合による粒子形成方法としては、アルコキシシランを水の存在下、適当な有機溶媒中で塩基触媒を用いた加水分解縮合があげられる。塩基触媒としては、アミン、アルカリ金属水素化物、第4級アンモニウム化合物、アミン系カップリング剤などの塩基性化合物などを用いることができる。具体的には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニアなどを挙げることができる。その中にテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドが特に好ましい。塩基触媒の添加量はアルコキシシラン1モルに対して0.01〜5モル、好ましくは0.1〜2モル、より好ましくは0.2〜0.6モルである。   As a particle formation method by hydrolysis condensation, hydrolysis condensation using a base catalyst in an appropriate organic solvent in the presence of water can be mentioned. As the basic catalyst, basic compounds such as amines, alkali metal hydrides, quaternary ammonium compounds, and amine coupling agents can be used. Specific examples include tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and ammonia. Among them, tetrapropylammonium hydroxide is particularly preferable. The addition amount of the base catalyst is 0.01 to 5 mol, preferably 0.1 to 2 mol, more preferably 0.2 to 0.6 mol with respect to 1 mol of alkoxysilane.

粒子を構成するアルコキシシランは、該粒子用アルコキシシランと、塩基触媒、水及び/又は有機溶媒とからなる混合物に反応前に全量添加して良いし、一部ずつ段階的に添加してもよい。   The alkoxysilane constituting the particles may be added to the mixture consisting of the alkoxysilane for particles and a base catalyst, water and / or an organic solvent before the reaction, or may be added step by step. .

有機溶媒としては、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類などが挙げられ、より具体的には、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノプロピルエーテルなどのグリコールエーテル類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコールなどのグリコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチルなどのエステル類が用いられる。   Examples of the organic solvent include alcohols, ketones, ethers, esters and the like. More specifically, for example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, Glycol ethers such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve and propylene glycol monopropyl ether, glycols such as ethylene glycol, propylene glycol and hexylene glycol, and esters such as methyl acetate, ethyl acetate, methyl lactate and ethyl lactate are used.

アルコキシシランの加水分解に必要な水は液体のまま、あるいはアルコール等の水溶液として加えるのが一般的であるが、水蒸気の形で加えてもかまわない。水の添加を急激に行うと、アルコキシシランの種類によっては加水分解と縮合が速すぎて沈殿を生じる場合があるため、水の添加に充分な時間をかけることが好ましい。従って液体で添加する場合アルコキシシランが均一に水と接するようにアルコールなどの溶媒を共存させたり、低温で添加するなどの手法を単独または組み合わせて用いることが好ましい。   The water necessary for the hydrolysis of the alkoxysilane is generally added as a liquid or as an aqueous solution of alcohol or the like, but it may be added in the form of water vapor. If water is added rapidly, depending on the type of alkoxysilane, hydrolysis and condensation may be too fast and precipitation may occur, so it is preferable to take sufficient time to add water. Therefore, when adding in a liquid, it is preferable to use a method such as coexistence of a solvent such as alcohol or addition at a low temperature so that the alkoxysilane uniformly contacts water.

水の添加量は原料として仕込み量のアルコキシシラン基1モル当たり、0.1モル〜50モルの範囲が好ましく、より好ましくは1〜20モルである。水の添加量がこの範囲にあると、以下の反応が円滑に進行するので好ましい。粒子を得るための反応温度は、粒子の緻密化と加水分解の進行速度、および、粒径のコントロール性から好ましくは0〜150℃、より好ましくは20〜150℃、とくに好ましくは20〜100℃である。反応時間は、反応温度にもよるが通常1時間〜10日、好ましくは4時間〜10日、より好ましくは1日〜5日である。   The amount of water added is preferably in the range of 0.1 mol to 50 mol, more preferably 1 to 20 mol, per mol of the alkoxysilane group charged as a raw material. It is preferable that the amount of water added be in this range since the following reaction proceeds smoothly. The reaction temperature for obtaining the particles is preferably 0 to 150 ° C., more preferably 20 to 150 ° C., particularly preferably 20 to 100 ° C. in view of the densification and hydrolysis progress of the particles and the controllability of the particle size. It is. Although depending on the reaction temperature, the reaction time is usually 1 hour to 10 days, preferably 4 hours to 10 days, more preferably 1 day to 5 days.

また低温で初期の反応を進行させておいて、後期に高温で熟成することもできる。熟成温度は、180℃以上であることが好ましい。   Alternatively, the initial reaction can be allowed to proceed at a low temperature, and aging can be performed at a high temperature in the later stage. The aging temperature is preferably 180 ° C. or higher.

以上の製造条件では、通常目的とする粒子以外に微粒子状にまで成長しないシロキサン化合物をはじめ、未反応のアルコキシシランを含むその部分加水分解物や部分縮合物などが含まれるので、これらの混合物か目的とする粒子を分離することが好ましい。これは、先にのべた粉砕品の分級と同じ手法を用いて達成できる。   The above production conditions include siloxane compounds that do not grow into fine particles in addition to the intended particles, as well as partial hydrolysates and partial condensates containing unreacted alkoxysilane. It is preferable to separate the target particles. This can be achieved using the same technique as the classification of the previously crushed product.

マイクロエマルジョン重合においては、水中で有機基含有アルコキシシランの数nm〜数十nm程度の透明な液体をマイクロエマルジョン微小な乳化物を作成し、ここで加水分解縮合を行なうことができる。陰イオン性界面活性剤AOT(dioctyl sulfosuccinate sodium salt)を水及び油と混合した系は、典型的なマイクロエマルジョン系として知られ良く研究されている。AOTは水和により親水基から陽イオンを解離する。その為、温度上昇によって親水基間の静電反発力が大きくなり、界面活性剤膜の自発曲率が変化し、様々な構造間の相転移が観測されることが知られている。このため温度等の反応条件を適切に設定することが好ましい。   In microemulsion polymerization, a microemulsion microemulsion is prepared from a transparent liquid of an organic group-containing alkoxysilane of about several nm to several tens of nm in water, where hydrolysis condensation can be performed. A system in which an anionic surfactant AOT (dioctyl sulfosuccinate sodium salt) is mixed with water and oil is known and well studied as a typical microemulsion system. AOT dissociates cations from hydrophilic groups by hydration. For this reason, it is known that the electrostatic repulsion between hydrophilic groups increases as the temperature rises, the spontaneous curvature of the surfactant film changes, and phase transitions between various structures are observed. For this reason, it is preferable to set reaction conditions, such as temperature, appropriately.

ナノ粒子成長のための界面活性剤、すなわち表面配位子には、線状または分岐状で4から18個の炭素原子を含む有機部分である長鎖アルキルアミン;4から18個の炭素原子(線状、分岐状、環式または芳香族)を含む有機部分である長鎖アルコール;線状または分岐状で4から18個の炭素原子を含み、さらに環式構造または芳香族環を含んでいてもよい有機部分である長鎖ホスホン酸;および、線状または分岐状で4から18個の炭素原子を含み、さらに環式構造または芳香族環を含んでいてもよい有機部分である長鎖スルホン酸;線状または分岐状で4から18個の炭素原子を含む有機部分である長鎖カルボン酸、が含まれる。なかでも長鎖カルボン酸は好ましい。また、長鎖アルキル基とポリエチレンオキシド基を併せ持つタイプの非イオン性界面活性剤も好ましく用いられる。   Surfactants for nanoparticle growth, ie surface ligands, include long-chain alkylamines that are linear or branched organic moieties containing 4 to 18 carbon atoms; 4 to 18 carbon atoms ( Linear, branched, cyclic or aromatic organic chain containing long chain alcohols; linear or branched containing 4 to 18 carbon atoms and further containing a cyclic structure or aromatic ring A long-chain phosphonic acid that is an organic moiety that may be linear or branched and contains 4 to 18 carbon atoms and may further contain a cyclic structure or an aromatic ring Acids; long chain carboxylic acids that are linear or branched organic moieties containing 4 to 18 carbon atoms. Of these, long-chain carboxylic acids are preferred. A nonionic surfactant having a long chain alkyl group and a polyethylene oxide group is also preferably used.

また、少量の有機溶媒を分散剤として加えることもできる。有機溶媒は水の10wt%以下であることが好ましく、5wt%以下であることがより好ましい。さらに好ましくは1wt%以下である。   A small amount of an organic solvent can also be added as a dispersant. The organic solvent is preferably 10 wt% or less of water, and more preferably 5 wt% or less. More preferably, it is 1 wt% or less.

添加する有機溶媒としては、アルコール(メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールなど)、アルカン(ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンおよびドデカンならびに石油エーテルもしくはケロシンのような粗留分など)、ケトン(アセトン、およびメチルエチルケトンを含むが、これらに限定されない)、エーテル(エチルエーテル、プロピルエーテル、ブチルエーテル、ペンチルエーテル、ヘキシルエーテル、ヘプチルエーテル、オクチルエーテル、フェニルエーテル、およびメチルフェニルエーテル(アニソール)など)、芳香族化合物(ベンゼン、トルエン、キシレン、およびメシチレンなど)、およびカルボン酸(酢酸、プロピオン酸、酪酸など)が含まれる。これらの溶剤の中で、ヘキサン、トルエン、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、オクチルエーテル、フェニルエーテルが、それらの有効性とコストの組合せにより通常用いられ、ヘキサン、アセトン、エタノールが、それらの沸点が低いために最も好ましい。   Organic solvents to be added include alcohols (such as methanol, ethanol, propanol and butanol), alkanes (such as butane, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane and dodecane, and crude fractions such as petroleum ether or kerosene), Ketones (including but not limited to acetone and methyl ethyl ketone), ethers (such as ethyl ether, propyl ether, butyl ether, pentyl ether, hexyl ether, heptyl ether, octyl ether, phenyl ether, and methyl phenyl ether (anisole)) , Aromatic compounds (such as benzene, toluene, xylene, and mesitylene), and carboxylic acids (such as acetic acid, propionic acid, butyric acid). Among these solvents, hexane, toluene, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, octyl ether, and phenyl ether are usually used depending on the combination of their effectiveness and cost, and hexane, acetone, and ethanol have low boiling points. Most preferred.

添加する有機溶媒と界面活性剤の好ましい組み合わせとしては,オクチルエーテルまたはフェニルエーテルとオレイン酸が上げられる。あるいはアルコールとノニルフェノールのポリエチレンオキシド25mol付加物があげられる。   A preferred combination of the organic solvent to be added and the surfactant is octyl ether or phenyl ether and oleic acid. Another example is a 25 mol polyethylene oxide adduct of alcohol and nonylphenol.

このようにして得られた粒子は、分散媒を水に置換して、イオン交換樹脂で脱イオン処理を行ってもよい。処理により、形成した多孔質絶縁膜の耐熱性が良好となる場合がある。   The particles thus obtained may be deionized with an ion exchange resin by replacing the dispersion medium with water. The heat resistance of the formed porous insulating film may be improved by the treatment.

本発明の膜形成用組成物は有機溶剤を含んで塗布液として用いることが出来る。
本発明に用いることの出来る好適な溶剤の例としては、特に限定はされないが、例えば1−メトキシ−2−プロパノール、1−ブタノール、2−エトキシメタノール、3−メトキシプロパノール等のアルコール系溶剤;アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン等のエステル系溶剤;ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチルプロピルエーテル、アニソール、フェネトール、ベラトロール等のエーテル系溶剤;メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、などが挙げられ、これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
The film-forming composition of the present invention can contain an organic solvent and can be used as a coating solution.
Examples of suitable solvents that can be used in the present invention include, but are not limited to, alcohol solvents such as 1-methoxy-2-propanol, 1-butanol, 2-ethoxymethanol, and 3-methoxypropanol; acetylacetone Ketone solvents such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-heptanone, 3-heptanone, cyclohexanone; propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, ethyl propionate, propyl propionate, Ester solvents such as butyl propionate, isobutyl propionate, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, γ-butyrolactone; diisopropyl ether, dibutyl ether, ethyl propyl ether Ether solvents such as tellurium, anisole, phenetol, veratrol; aromatic hydrocarbon solvents such as mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, propylbenzene, 1,2-dichlorobenzene, and the like. You may mix and use.

より好ましい溶剤は、1−メトキシ−2−プロパノール、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、γ-ブチロラクトン、アニソール、メシチレンである。   More preferred solvents are 1-methoxy-2-propanol, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, anisole and mesitylene.

本発明の塗布液の固形分濃度は、好ましくは3〜50質量%であり、より好ましくは5〜35質量%であり、特に好ましくは7〜20質量%である。   The solid content concentration of the coating liquid of the present invention is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 5 to 35% by mass, and particularly preferably 7 to 20% by mass.

更に、本発明の膜形成用組成物には絶縁膜の諸特性(耐熱性、誘電率、機械強度、塗布性、密着性等)を損なわない範囲で、ラジカル発生剤、非イオン界面活性剤、フッ素系非イオン界面活性剤、シランカップリング剤などの添加剤を添加してもよい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤及びシリコン系界面活性剤、フッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性剤)として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
Furthermore, the composition for forming a film of the present invention includes a radical generator, a nonionic surfactant, and the like within a range that does not impair various properties of the insulating film (heat resistance, dielectric constant, mechanical strength, coatability, adhesion, etc.). You may add additives, such as a fluorine-type nonionic surfactant and a silane coupling agent.
As fluorine-based and / or silicon-based surfactants (fluorine-based surfactants and silicon-based surfactants, surfactants containing both fluorine atoms and silicon atoms), for example, JP-A-62-36663, JP-A-61-226746, JP-A-61-226745, JP-A-62-170950, JP-A-63-34540, JP-A-7-230165, JP-A-8-62834 JP-A-9-54432, JP-A-9-5988, JP-A 2002-277862, US Pat. Nos. 5,405,720, 5,360,692, 5,529,881, and 5,296,330. , 5436098, 5,576,143, 5,294,511, and 5,824,451. Can be mentioned surfactants, the following commercially available surfactants can be used as it is.

使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。   Examples of commercially available surfactants that can be used include F-top EF301, EF303 (manufactured by Shin-Akita Kasei Co., Ltd.), Florard FC430, 431 (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.), MegaFuck F171, F173, F176, F189, R08 (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.), Surflon S-382, SC101, 102, 103, 104, 105, 106 (Asahi Glass Co., Ltd.), Troisol S-366 (Troy Chemical Co., Ltd.), etc. Fluorine type surfactant or silicon type surfactant can be mentioned. Polysiloxane polymer KP-341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) can also be used as a silicon-based surfactant.

また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。   In addition to the known surfactants described above, the surfactant is derived from a fluoroaliphatic compound produced by a telomerization method (also called telomer method) or an oligomerization method (also called oligomer method). A surfactant using a polymer having a fluoroaliphatic group can be used. The fluoroaliphatic compound can be synthesized by the method described in JP-A-2002-90991.

フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布しているものでも、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。   As the polymer having a fluoroaliphatic group, a copolymer of a monomer having a fluoroaliphatic group and (poly (oxyalkylene)) acrylate and / or (poly (oxyalkylene)) methacrylate is preferable and distributed irregularly. Or may be block copolymerized. Examples of the poly (oxyalkylene) group include a poly (oxyethylene) group, a poly (oxypropylene) group, a poly (oxybutylene) group, and the like, and a poly (oxyethylene, oxypropylene, and oxyethylene group). A unit having different chain lengths in the same chain length, such as a block link) or poly (block link of oxyethylene and oxypropylene) may be used. Furthermore, a copolymer of a monomer having a fluoroaliphatic group and (poly (oxyalkylene)) acrylate (or methacrylate) is not only a binary copolymer but also a monomer having two or more different fluoroaliphatic groups, Further, it may be a ternary or higher copolymer obtained by simultaneously copolymerizing two or more different (poly (oxyalkylene)) acrylates (or methacrylates).

例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C613基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C817基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。 Examples of commercially available surfactants include Megafac F178, F-470, F-473, F-475, F-476, and F-472 (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.). Further, a copolymer of an acrylate (or methacrylate) having a C 6 F 13 group and (poly (oxyalkylene)) acrylate (or methacrylate), an acrylate (or methacrylate) having a C 6 F 13 group and (poly (oxy) (Ethylene)) acrylate (or methacrylate) and (poly (oxypropylene)) acrylate (or methacrylate) copolymer, acrylate (or methacrylate) and (poly (oxyalkylene)) acrylate having C 8 F 17 groups (or Copolymer of acrylate (or methacrylate), (poly (oxyethylene)) acrylate (or methacrylate), and (poly (oxypropylene)) acrylate (or methacrylate) having a C 8 F 17 group Coalesce, etc. Can.

ラジカル発生剤としては、例えば、t−ブチルパーオキシド、ペンチルパーオキシド、ヘキシルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。非イオン界面活性剤としては、例えば、オクチルポリエチレンオキシド、デシルポリエチレンオキシド、ドデシルポリエチレンオキシド、オクチルポリプロピレンオキシド、デシルポリプロピレンオキシド、ドデシルポリプロピレンオキシド等が挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン、トリビニルエトキシシラン、これらの加水分解物あるいはこのものの脱水縮合物等が挙げられる。
これらの添加剤の添加量は、添加剤の用途または塗布液の固形分濃度によって適当な範囲が存在するが、一般的に、塗布液中の質量%で好ましくは0.001%〜10%、より好ましくは0.01%〜5%、特に好ましくは0.05%〜2%である。
Examples of the radical generator include t-butyl peroxide, pentyl peroxide, hexyl peroxide, lauroyl peroxide, benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile, and the like. Examples of the nonionic surfactant include octyl polyethylene oxide, decyl polyethylene oxide, dodecyl polyethylene oxide, octyl polypropylene oxide, decyl polypropylene oxide, dodecyl polypropylene oxide, and the like.
Examples of the silane coupling agent include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, allyltrimethoxysilane, allyltriethoxysilane, divinyldiethoxysilane, trivinylethoxysilane, hydrolysates thereof, or The dehydration condensate of this thing etc. are mentioned.
The addition amount of these additives has an appropriate range depending on the use of the additive or the solid content concentration of the coating liquid, but generally 0.001% to 10% by mass% in the coating liquid, More preferably, it is 0.01% to 5%, and particularly preferably 0.05% to 2%.

絶縁膜は本発明の塗布液をスピンコーティング法、ローラーコーティング法、ディップコーティング法、スキャン法等の任意の方法により、基板に塗布した後、溶剤を加熱処理で除去することにより形成することができる。加熱処理の方法は、特に限定されないが、一般的に使用されているホットプレート加熱、ファーネス炉を使用した方法、RTP(Rapid Thermal Processor)等によるキセノンランプを使用した光照射加熱等を適用することができる。   The insulating film can be formed by applying the coating solution of the present invention to the substrate by any method such as spin coating, roller coating, dip coating, or scanning, and then removing the solvent by heat treatment. . The method of the heat treatment is not particularly limited, but the generally used hot plate heating, a method using a furnace, light irradiation heating using a xenon lamp by RTP (Rapid Thermal Processor), etc. are applied. Can do.

本発明の塗布液を使用して得られる膜は、半導体装置、マルチチップモジュール多層配線板等の電子部品における絶縁皮膜として好適であり、半導体用層間絶縁膜、表面保護膜、バッファーコート膜の他、LSIにおけるパッシベーション膜、α線遮断膜、フレキソ印刷版のカバーレイフィルム、オーバーコート膜、フレキシブル銅張板のカバーコート、ソルダーレジスト膜、液晶配向膜等として使用することが出来る。その他、水処理用ろ過膜,土壌改質剤担体,環境浄化用光触媒担体,建築材料など様々な用途に使用することもできる。   The film obtained by using the coating liquid of the present invention is suitable as an insulating film in electronic components such as semiconductor devices and multichip module multilayer wiring boards, and other than semiconductor interlayer insulating films, surface protective films, and buffer coat films. It can be used as a passivation film in an LSI, an α-ray blocking film, a flexographic printing plate cover lay film, an overcoat film, a flexible copper clad plate cover coat, a solder resist film, a liquid crystal alignment film, and the like. In addition, it can also be used for various applications such as filtration membranes for water treatment, soil modifier carriers, photocatalyst carriers for environmental purification, and building materials.

この塗膜の膜厚には特に制限は無いが、0.001〜100μmであることが好ましく、0.01〜10μmであることがより好ましく、0.1〜1μmであることが特に好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the film thickness of this coating film, it is preferable that it is 0.001-100 micrometers, It is more preferable that it is 0.01-10 micrometers, It is especially preferable that it is 0.1-1 micrometers.

本発明の化合物は塗布後に加熱することによって互いに架橋して、機械的強度、耐熱性に優れた絶縁膜を形成することが好ましい。この加熱処理の最適条件は、加熱温度が好ましくは200〜450℃、より好ましくは300〜420℃、特に好ましくは350℃〜400℃で、加熱時間は好ましくは1分〜2時間が好ましく、より好ましくは10分〜1.5時間であり、特に好ましくは30分〜1時間である。加熱処理は数段階で行っても良い。   The compounds of the present invention are preferably cross-linked by heating after coating to form an insulating film having excellent mechanical strength and heat resistance. The optimum conditions for this heat treatment are preferably a heating temperature of 200 to 450 ° C, more preferably 300 to 420 ° C, particularly preferably 350 to 400 ° C, and a heating time of preferably 1 minute to 2 hours, more The time is preferably 10 minutes to 1.5 hours, particularly preferably 30 minutes to 1 hour. The heat treatment may be performed in several stages.

以下の実施例は本発明を説明するものであり、その範囲を限定するものではない。   The following examples illustrate the invention and are not intended to limit its scope.

<合成例1>
加水分解縮合体 (D-1-P-1)の合成
20gのメチルイソブチルケトンに10gの下記構造の化合物(D-1)を溶解し、濃度400ppmの硝酸水を10分間で滴下し、滴下終了後にオートクレーブ中で180℃で2時間の熟成反応を行わせた。引き続いて、2gの硝酸マグネシウムを添加し、過剰の水分を除去した。ロータリエバポレータを用い、反応溶液を除去し、さらに1,4−ジオキサンを使用して凍結乾燥を行った。得られた化合物(D-1-P-1)をテトラヒドロフラン(THF)に分散させ、粒子の粒径を動的光分散法によって測定したところ、平均粒径は5nmであり、その粒径分布を示す標準偏差σにて、3σが平均粒径の約5%であった。
<Synthesis Example 1>
Synthesis of hydrolysis condensate (D-1-P-1) 10 g of the compound (D-1) having the following structure was dissolved in 20 g of methyl isobutyl ketone, and 400 ppm of nitric acid was added dropwise over 10 minutes. Thereafter, an aging reaction was carried out at 180 ° C. for 2 hours in an autoclave. Subsequently, 2 g of magnesium nitrate was added to remove excess water. The reaction solution was removed using a rotary evaporator, and freeze-dried using 1,4-dioxane. The obtained compound (D-1-P-1) was dispersed in tetrahydrofuran (THF), and the particle size of the particles was measured by a dynamic light dispersion method. The average particle size was 5 nm. With the standard deviation σ shown, 3σ was about 5% of the average particle size.

Figure 2007077276
Figure 2007077276

<実施例1>
上記の化合物(D-1-P-1)の粒子1.0gをシクロヘキサノン5.0mlおよびプロピレングリコールモノメチルエーテル5.0mlの混合溶剤に分散剤としてBYK-306(ビックケミ社製)0.1%を用いて分散(対粒子重量)し、塗布液を調製した。この溶液を0.1ミクロンのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で150℃で60秒間加熱し、更に400℃のオーブン中で60分加熱した。得られた膜厚0.5ミクロンの絶縁膜の比誘電率をフォーディメンジョンズ製水銀プローバおよび横川ヒューレットパッカード製のHP4285ALCRメーターを用いて1MHzにおける容量値から算出したところ、2.01であった。また、MTS社ナノインデンターSA2を使用してヤング率を測定したところ、6.9GPaであった。
このウエーハーを100℃の沸騰水に1時間浸漬し,真空中で200℃12時間乾燥し,その後誘電率を測定したところ2.05であった。
<Example 1>
BYK-306 (manufactured by Bicchemi) 0.1% as a dispersant in a mixed solvent of 5.0 ml of cyclohexanone and 5.0 ml of propylene glycol monomethyl ether with 1.0 g of the above compound (D-1-P-1) particles. The dispersion was used (to the particle weight) to prepare a coating solution. This solution was filtered through a 0.1 micron tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating was heated on a hot plate at 150 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further heated in a 400 ° C. oven. Heated in for 60 minutes. The relative dielectric constant of the obtained insulating film having a thickness of 0.5 microns was calculated from the capacitance value at 1 MHz by using a mercury probe manufactured by Four Dimensions and a HP4285ALCR meter manufactured by Yokogawa Hewlett-Packard. Moreover, it was 6.9 GPa when the Young's modulus was measured using nano indenter SA2 by MTS.
This wafer was immersed in boiling water at 100 ° C. for 1 hour, dried in vacuum at 200 ° C. for 12 hours, and then measured for a dielectric constant of 2.05.

<合成例2>
加水分解縮合体 (D-1-P-2)の合成
2gの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1.0gの上記構造の化合物(D-1)を溶解し、オレイン酸濃度2%の水100g中に60分かけて滴下した。同時に濃度400ppmの硝酸水10gを60分間で滴下し、滴下終了後にオートクレーブ中で180℃で2時間の熟成反応を行わせた。引き続いて、ロータリエバポレータを用い、反応溶媒を除去し、さらに凍結乾燥を行った。得られた化合物(D-1-P-2)をテトラヒドロフラン(THF)に分散させ、粒子の粒径を動的光分散法によって測定したところ、平均粒径は8nmであり、その粒径分布を示す標準偏差σにて、3σが平均粒径の約10%であった。
<実施例2>
上記の化合物(D-1-P-2)の粒子1.0gをシクロヘキサノン5.0mlおよびプロピレングリコールモノメチルエーテル5.0mlの混合溶剤にBYK-306(ビックケミ社製)0.1%(対粒子重量)を用いて分散し、塗布液を調製した。この溶液を0.1ミクロンのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で180℃で60秒間加熱し、更に400℃のオーブン中で60分加熱した。得られた膜厚0.5ミクロンの絶縁膜の比誘電率は2.05であった。また、ヤング率は6.0GPaであった。
このウエーハーを100℃の沸騰水に1時間浸漬し,真空中で200℃12時間乾燥し,比誘電率を上記の方法で測定したところ,2.06であった。
<Synthesis Example 2>
Synthesis of Hydrolyzed Condensate (D-1-P-2) 1.0 g of the compound (D-1) having the above structure was dissolved in 2 g of propylene glycol monomethyl ether acetate and dissolved in 100 g of water having an oleic acid concentration of 2%. It was dripped over 60 minutes. Simultaneously, 10 g of nitric acid having a concentration of 400 ppm was dropped over 60 minutes, and after completion of the dropping, an aging reaction was carried out at 180 ° C. for 2 hours in an autoclave. Subsequently, using a rotary evaporator, the reaction solvent was removed and lyophilization was performed. The obtained compound (D-1-P-2) was dispersed in tetrahydrofuran (THF) and the particle size of the particles was measured by a dynamic light dispersion method. The average particle size was 8 nm, and the particle size distribution was With the standard deviation σ shown, 3σ was about 10% of the average particle size.
<Example 2>
BYK-306 (Bikchemi) 0.1% (vs. particle weight) in a mixed solvent of 5.0 ml of cyclohexanone and 5.0 ml of propylene glycol monomethyl ether, 1.0 g of particles of the above compound (D-1-P-2) ) To prepare a coating solution. This solution was filtered through a 0.1 micron tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating was heated on a hot plate at 180 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further heated in an oven at 400 ° C. Heated in for 60 minutes. The relative dielectric constant of the obtained insulating film having a thickness of 0.5 microns was 2.05. The Young's modulus was 6.0 GPa.
This wafer was immersed in boiling water at 100 ° C. for 1 hour, dried in vacuum at 200 ° C. for 12 hours, and the relative dielectric constant measured by the above method was 2.06.

<比較合成例1>
加水分解縮合体 (B-P-1)の合成
20gのメチルイソブチルケトンに10gの下記構造の化合物(B)を溶解し、濃度400ppmの硝酸水を10分間で滴下し、滴下終了後にオートクレーブ中で180℃で2時間の熟成反応を行わせた。引き続いて、2gの硝酸マグネシウムを添加し、過剰の水分を除去した。ロータリエバポレータを用い、反応溶液を除去し、さらに1,4−ジオキサンを使用して凍結乾燥を行った。得られた化合物(B-P-1)をテトラヒドロフラン(THF)に分散させ、粒子の粒径を動的光分散法によって測定したところ、平均粒径は20nmであり、その粒径分布を示す標準偏差σにて、3σが平均粒径の約20%であった。
<Comparative Synthesis Example 1>
Synthesis of hydrolyzed condensate (BP-1) 10 g of the compound (B) having the following structure was dissolved in 20 g of methyl isobutyl ketone, and nitric acid having a concentration of 400 ppm was added dropwise over 10 minutes. The aging reaction was performed at 180 ° C. for 2 hours. Subsequently, 2 g of magnesium nitrate was added to remove excess water. The reaction solution was removed using a rotary evaporator, and freeze-dried using 1,4-dioxane. The obtained compound (B-P-1) was dispersed in tetrahydrofuran (THF), and the particle size of the particles was measured by a dynamic light dispersion method. As a result, the average particle size was 20 nm. With a deviation σ, 3σ was about 20% of the average particle size.

Figure 2007077276
Figure 2007077276


<比較例1>
上記の化合物(B-P-1)の粒子1.0gをシクロヘキサノン5.0mlおよびプロピレングリコールモノメチルエーテル5.0mlの混合溶剤にBYK-306(ビックケミ社製)0.1%(対粒子重量)を用いて分散し、塗布液を調製した。この溶液を0.1ミクロンのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で180℃で60秒間加熱し、更に400℃のオーブン中で60分加熱した。得られた膜厚0.5ミクロンの絶縁膜の比誘電率は2.40であった。また、ヤング率は4.0GPaであった。
このウエーハーを100℃の沸騰水に1時間浸漬し,真空中で200℃12時間乾燥し,比誘電率を上記の方法で測定したところ,2.80であった。

<Comparative Example 1>
Using 1.0% of BYK-306 (by Big Chemi) 0.1% (vs. particle weight) in a mixed solvent of 5.0 ml of cyclohexanone and 5.0 ml of propylene glycol monomethyl ether, 1.0 g of particles of the above compound (BP-1). Dispersed to prepare a coating solution. This solution was filtered through a 0.1 micron tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating was heated on a hot plate at 180 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further heated in an oven at 400 ° C. Heated in for 60 minutes. The dielectric constant of the obtained insulating film having a thickness of 0.5 microns was 2.40. The Young's modulus was 4.0 GPa.
This wafer was immersed in boiling water at 100 ° C. for 1 hour, dried in vacuum at 200 ° C. for 12 hours, and the relative dielectric constant was measured by the above method to be 2.80.

<比較合成例2>
加水分解縮合体 (D-1-L-3)の合成
20gのジエチレングリコールジメチルエーテルに5gの上記構造の化合物(D-1)を溶解し、濃度400ppmの硝酸水を1分間で滴下し、40℃で3時館反応させた。引き続いて、ロータリエバポレータを用い、エタノール及び水を除去した。得られた溶液をテトラヒドロフラン(THF)に希釈し、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ(GPC)に測定を実施したところ、得られた化合物(D-1-L-3)の重量平均分子量は2,000であった。粒径を動的光分散法によって測定したところ、平均粒径は約1nmであり、その粒径分布を示す標準偏差σにて、3σが平均粒径の約20%であった。
<Comparative Synthesis Example 2>
Synthesis of hydrolyzed condensate (D-1-L-3) 5 g of the compound (D-1) having the above structure was dissolved in 20 g of diethylene glycol dimethyl ether, and nitric acid with a concentration of 400 ppm was added dropwise over 1 minute at 40 ° C. It was allowed to react at 3 o'clock. Subsequently, ethanol and water were removed using a rotary evaporator. When the obtained solution was diluted with tetrahydrofuran (THF) and measured by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight of the obtained compound (D-1-L-3) was 2,000. Met. When the particle size was measured by the dynamic light dispersion method, the average particle size was about 1 nm, and 3σ was about 20% of the average particle size with a standard deviation σ indicating the particle size distribution.

<比較例2>
上記の(D-1-L-3)1.0g相当をプロピレングリコールモノメチルエーテル5.0mlので希釈し、さらにポリプロピレングリコール(アルドリッチ)0.5g,BYK-306(ビックケミ社製)0.1%(対化合物重量)を用いて塗布液を調製した。この溶液を0.1ミクロンのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で180℃で60秒間加熱し、更に400℃のオーブン中で60分加熱した。得られた膜厚0.5ミクロンの絶縁膜の比誘電率は2.10であった。また、ヤング率は3.0GPaであった。
このウエーハーを100℃の沸騰水に1時間浸漬し,真空中で200℃12時間乾燥し,比誘電率を上記の方法で測定したところ,2.70であった。
<Comparative example 2>
The equivalent of 1.0 g of (D-1-L-3) above is diluted with 5.0 ml of propylene glycol monomethyl ether, and further 0.5 g of polypropylene glycol (Aldrich), BYK-306 (Bicchemi) 0.1% Compound weight was used to prepare a coating solution. This solution was filtered through a 0.1 micron tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating was heated on a hot plate at 180 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further heated in an oven at 400 ° C. Heated in for 60 minutes. The dielectric constant of the obtained insulating film having a thickness of 0.5 microns was 2.10. The Young's modulus was 3.0 GPa.
This wafer was immersed in boiling water at 100 ° C. for 1 hour, dried in vacuum at 200 ° C. for 12 hours, and the relative dielectric constant was measured by the above method to be 2.70.

Claims (11)

脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物を含む膜形成用組成物であって,該脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物が,粒径2nm〜15nmの粒子形状であることを特徴とする膜形成用組成物。   A film-forming composition comprising a compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom, wherein the compound having a cycloaliphatic hydrocarbon structure and a Si atom has a particle shape having a particle size of 2 nm to 15 nm. A film forming composition. 脂環式炭化水素構造がカゴ型構造であることを特徴とする請求項1に記載の膜形成用組成物。   The film-forming composition according to claim 1, wherein the alicyclic hydrocarbon structure is a cage structure. カゴ型構造が飽和炭化水素構造であることを特徴とする請求項2に記載の膜形成用組成物。   The film-forming composition according to claim 2, wherein the cage structure is a saturated hydrocarbon structure. 膜形成用組成物に含まれる全固形分中の総炭素数に占めるカゴ型構造の総炭素数の比率が30%以上であることを特徴とする請求項2または3のいずれかに記載の膜形成用組成物。   4. The film according to claim 2, wherein the ratio of the total carbon number of the cage structure to the total carbon number in the total solid content contained in the film-forming composition is 30% or more. Forming composition. カゴ型構造がアダマンタン構造であることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の膜形成用組成物。   The film-forming composition according to any one of claims 2 to 4, wherein the cage structure is an adamantane structure. カゴ型構造がジアマンタン構造であることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の膜形成用組成物。   The film-forming composition according to any one of claims 2 to 4, wherein the cage structure is a diamantane structure. カゴ型構造を有する化合物が下記式(1)〜(3)のいずれかで表される少なくとも一種の化合物の加水分解縮合体であることを特徴とする請求項6に記載の膜形成用組成物。
Figure 2007077276

式(1)〜(3)において、
Rは各々独立にアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、またはアリール基を表す。
m1〜m6は各々独立に1〜14の整数を表す。
Xは各々独立にハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、またはシリル基を表す。
Lは各々独立に−CH=CH−または−C≡C−で表される2価の連結基を表す。
n1〜n6は各々独立に0〜13の整数を表す。
また、式(1)〜(3)で表される化合物が、単結合または連結基により複数結合していてもよい。
The film-forming composition according to claim 6, wherein the compound having a cage structure is a hydrolytic condensate of at least one compound represented by any one of the following formulas (1) to (3): .
Figure 2007077276

In the formulas (1) to (3),
Each R independently represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
m1 to m6 each independently represents an integer of 1 to 14.
Each X independently represents a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, or a silyl group.
L each independently represents a divalent linking group represented by —CH═CH— or —C≡C—.
n1 to n6 each independently represents an integer of 0 to 13.
Moreover, the compound represented by Formula (1)-(3) may couple | bond together two or more by the single bond or the coupling group.
脂環式炭化水素構造とSi原子を有する化合物が窒素原子を除く構成元素よりなる化合物であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の膜形成用組成物。   The film-forming composition according to any one of claims 1 to 7, wherein the compound having an alicyclic hydrocarbon structure and a Si atom comprises a constituent element excluding a nitrogen atom. さらに有機溶剤を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の膜形成用組成物。   Furthermore, the organic solvent is included, The composition for film formation in any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜9のいずれかに記載の膜形成用組成物を用いて形成した多孔質絶縁膜。   A porous insulating film formed using the film-forming composition according to claim 1. 請求項10に記載の絶縁膜を有する電子デバイス。   An electronic device having the insulating film according to claim 10.
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