JP2009088119A - Low dielectric-constant interlayer insulation film, substrate having the same, and method of manufacturing the same - Google Patents

Low dielectric-constant interlayer insulation film, substrate having the same, and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulation film that has a low dielectric constant, and has improved characteristics of stability with time in the dielectric constant, mechanical strength, adhesiveness, and the like. <P>SOLUTION: A composition for forming a film containing an organic compound and a hole-forming agent is applied onto a substrate to form coating on the substrate, and the coating is cured and is treated by a supercritical medium containing a pore-sealing agent, thus obtaining the low dielectric-constant interlayer dielectric. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子デバイスなどに用いられる膜特性が良好な低誘電率層間絶縁膜、それを有する基板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a low dielectric constant interlayer insulating film having good film characteristics used for electronic devices and the like, a substrate having the same, and a method for manufacturing the same.

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。そして、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。   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 increase the device speed, it is necessary to reduce parasitic resistance and parasitic capacitance. ing. As a specific measure for reducing the parasitic capacitance, an attempt has been made to cover the periphery of the wiring with a low dielectric interlayer insulating film.

このような層間絶縁膜には、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(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)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。   Such an interlayer insulating film is required to have excellent heat resistance capable of withstanding a subsequent process such as a thin film forming process at the time of manufacturing a mounting substrate, chip connection, and pinning, and chemical resistance capable of withstanding 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) is common, and can withstand this process. High mechanical strength is required.

層間絶縁膜を形成するための樹脂組成物については、既にいくつかが提案されている。
例えば特許文献1には、高耐熱性の絶縁膜として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記載されている。また、例えば特許文献2には、アリール基と炭素−炭素三重結合が置換したジアダマンタンモノマー等の熱硬化性モノマーが記載されている。そして、このようなモノマーを組み込んだ樹脂は低誘電率材料となることが記載されている。
しかしながらこれら樹脂を用いた層間絶縁膜は、高速デバイスを実現するためには、さらなる低誘電率化が望ましい。また、シリコンウエハー等の基板に対する接着性が低く、配線加工時の膜ハガレ等の問題が生じる場合があった。
Several resin compositions for forming an interlayer insulating film have already been proposed.
For example, Patent Document 1 describes a high heat resistant resin having polyarylene ether as a basic main chain as a high heat resistant insulating film. For example, Patent Document 2 describes a thermosetting monomer such as a diadamantane monomer substituted with an aryl group and a carbon-carbon triple bond. It is described that a resin incorporating such a monomer becomes a low dielectric constant material.
However, in order to realize a high-speed device, the interlayer dielectric film using these resins is preferably further reduced in dielectric constant. In addition, adhesion to a substrate such as a silicon wafer is low, and problems such as film peeling during wiring processing may occur.

また、例えば特許文献3には、ジアダマンタン構造等のカゴ型構造を有する化合物および空孔形成剤を含むことを特徴とする膜形成用組成物が記載されている。そして、このような組成物により、誘電率、機械強度、密着性等の特性が良好な絶縁材料を提供できると記載されている。
しかしながら、高速デバイスを実現するためには、さらなる低誘電率化が望ましい。また、低誘電率化を目的に導入した空孔に水分が侵入し、誘電率が時間の経過と共に上昇する問題が発生する場合がある。この水分は誘電率を上げるだけでなく、半導体装置の信頼性に大きく影響することが広く知られている。
特表2002−534546号公報 特表2004−504455号公報 特開2006−265513号公報
For example, Patent Document 3 describes a film-forming composition comprising a compound having a cage structure such as a diadamantane structure and a pore-forming agent. It is described that such a composition can provide an insulating material having good characteristics such as dielectric constant, mechanical strength, and adhesion.
However, in order to realize a high-speed device, it is desirable to further reduce the dielectric constant. In addition, there is a case in which moisture enters a hole introduced for the purpose of lowering the dielectric constant and the dielectric constant increases with time. It is widely known that this moisture not only increases the dielectric constant but also greatly affects the reliability of the semiconductor device.
JP 2002-534546 A Special table 2004-504455 gazette JP 2006-265513 A

本発明は上記問題点を解決することを目的とする。すなわち、誘電率が低く、かつ誘電率の経時安定性、機械強度、密着性、耐熱性、耐薬品性の特性が良好な絶縁膜を提供することを目的とする。また、このような絶縁膜を有する基板およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention aims to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide an insulating film having a low dielectric constant and good dielectric constant stability over time, mechanical strength, adhesion, heat resistance, and chemical resistance. Moreover, it aims at providing the board | substrate which has such an insulating film, and its manufacturing method.

本発明者は鋭意検討し、有機化合物と空孔形成剤とを含む組成物を用いて基板上に皮膜を形成した後、特殊な処理を施して得られる低誘電率層間絶縁膜が上記の課題を解決することを見出し、本発明を完成した。   The inventor diligently studied, and after forming a film on a substrate using a composition containing an organic compound and a pore-forming agent, a low dielectric constant interlayer insulating film obtained by performing a special treatment is the above problem The present invention has been completed.

本発明は次の(1)〜(4)である。
(1)有機化合物と空孔形成剤とを含む膜形成用組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、その後、前記皮膜をポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して得られる、低誘電率層間絶縁膜。
(2)前記ポアシール剤がシラン化合物である、上記(1)に記載の低誘電率層間絶縁膜。
(3)前記基板上に、上記(1)または(2)に記載の低誘電率層間絶縁膜を有する、絶縁膜付き基板。
(4)有機化合物と空孔形成剤とを含む膜形成用組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、その後、前記皮膜をポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して、低誘電率層間絶縁膜を有する基板を得る、絶縁膜付き基板の製造方法。
The present invention includes the following (1) to (4).
(1) A film-forming composition containing an organic compound and a pore-forming agent is applied onto a substrate to form a film on the substrate, the film is cured, and then the film contains a pore sealant. Low dielectric constant interlayer insulation film obtained by processing with a critical medium.
(2) The low dielectric constant interlayer insulating film according to (1), wherein the pore sealant is a silane compound.
(3) A substrate with an insulating film, comprising the low dielectric constant interlayer insulating film according to (1) or (2) above on the substrate.
(4) A film-forming composition containing an organic compound and a pore-forming agent is applied onto a substrate to form a film on the substrate, the film is cured, and then the film contains a pore sealant. A method for manufacturing a substrate with an insulating film, wherein the substrate having a low dielectric constant interlayer insulating film is obtained by treatment with a critical medium.

本発明によれば、誘電率が低く、かつ誘電率の経時安定性、機械強度、密着性、耐熱性、耐薬品性の特性が良好な絶縁膜を提供することができる。また、このような絶縁膜を有する基板およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an insulating film having a low dielectric constant and good dielectric constant stability, mechanical strength, adhesion, heat resistance, and chemical resistance. In addition, a substrate having such an insulating film and a manufacturing method thereof can be provided.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、有機化合物と空孔形成剤とを含む膜形成用組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、その後、前記皮膜をポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して得られる、低誘電率層間絶縁膜である。
このような低誘電率層間絶縁膜を、以下では「本発明の絶縁膜」ともいう。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention comprises applying a film-forming composition containing an organic compound and a pore-forming agent on a substrate to form a film on the substrate, curing the film, and then including the pore sealant. It is a low dielectric constant interlayer insulating film obtained by processing with a supercritical medium.
Hereinafter, such a low dielectric constant interlayer insulating film is also referred to as “the insulating film of the present invention”.

<膜形成用組成物>
初めに、本発明の絶縁膜を得るために用いる膜形成用組成物(以下、「本発明の組成物」ともいう。)について説明する。
本発明の組成物は、有機化合物と空孔形成剤とを含む。
ここで有機化合物は、本発明の絶縁膜のマトリックスとなる有機化合物であれば特に限定されない。
例えばポリベンゾオキサゾール、ポリイミド、ポリアリーレン(エーテル)およびカゴ型構造を有する有機化合物(以下、「カゴ型構造系化合物」ともいう。)のような有機化合物である。このような中でもカゴ型構造系化合物であることが好ましい。
<Film forming composition>
First, a film forming composition (hereinafter, also referred to as “the composition of the present invention”) used for obtaining the insulating film of the present invention will be described.
The composition of the present invention includes an organic compound and a pore-forming agent.
Here, the organic compound is not particularly limited as long as it is an organic compound serving as a matrix of the insulating film of the present invention.
For example, it is an organic compound such as polybenzoxazole, polyimide, polyarylene (ether), and an organic compound having a cage structure (hereinafter also referred to as “cage structure compound”). Among these, the cage-type structural compound is preferable.

<カゴ型構造系化合物>
カゴ型構造系化合物について説明する。
カゴ型構造系化合物において「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である。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、カゴ型構造ではない。
<Cage-type structural compound>
The cage structure compound will be described.
In the cage structure compound, the “cage structure” means that the volume is determined by a plurality of rings formed by covalently bonded atoms, and points located within the volume cannot be separated from the volume without passing through the ring. Refers to such molecules.
For example, the adamantane structure is a cage structure. In contrast, a cyclic structure having a single bridge, such as norbornane (bicyclo [2,2,1] heptane), is not a cage structure because the ring of a single bridged cyclic compound does not define volume.

このようなカゴ型構造を形成する炭素原子の合計数は、好ましくは10〜30個、より好ましくは10〜18個、さらに好ましくは10〜14個である。
ここで、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は含めない。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−エチルジアダマンタンは14個の炭素原子で構成される。
The total number of carbon atoms forming such a cage structure is preferably 10-30, more preferably 10-18, and even more preferably 10-14.
Here, the carbon atom 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-ethyldiadamantane is composed of 14 carbon atoms.

また、本発明の組成物を構成する全炭素原子数に占めるカゴ型構造を形成する炭素原子の比率は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。この比率は使用する本発明の組成物が含む有機化合物の化学構造より算出した値を意味するものとする。
この比率は、本発明の組成物が含む有機化合物におけるカゴ型構造系化合物の比率で調整することができる。
Further, the ratio of carbon atoms forming the cage structure in the total number of carbon atoms constituting the composition of the present invention is preferably 30% or more, more preferably 50 to 95%, and still more preferably 60% to 90%. This ratio means a value calculated from the chemical structure of the organic compound contained in the composition of the present invention to be used.
This ratio can be adjusted by the ratio of the cage structure compound in the organic compound contained in the composition of the present invention.

カゴ型構造は飽和炭化水素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、ジアダマンタン、トリアダマンタン、テトラアダマンタン、ドデカヘドラン等の構造が挙げられ、より低い誘電率が得られる点ではジアダマンタン、トリアダマンタン、テトラアダマンタンの構造が挙げられ、合成が容易である点でアダマンタン、ジアダマンタンの構造が挙げられる。上記の条件に鑑みて、アダマンタン、ジアダマンタンの構造がより好ましく、中でもジアダマンタン構造がさらに好ましい。   The cage structure is preferably a saturated hydrocarbon, and preferable examples include diamond-like structures such as adamantane, diadamantane, triadamantane, tetraadamantane, dodecahedran, etc. in terms of having high heat resistance, In terms of obtaining a lower dielectric constant, examples include diadamantane, triadamantane, and tetraadamantane structures, and in terms of easy synthesis, examples include adamantane and diadamantane structures. In view of the above conditions, adamantane and diadamantane structures are more preferred, with a diadamantane structure being even more preferred.

カゴ型構造は1つ以上の置換基を有していてもよく、置換基の例としてはハロゲン原子、炭素数1〜10の直鎖、分岐、環状のアルキル基、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、炭素数2〜10のアシル基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、シリル基等が挙げられる。
これら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 may have one or more substituents. Examples of the substituent include a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. Group, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an acyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, and a silyl group.
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. It is.
These substituents may be further substituted with another substituent.

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、さらに好ましくは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よい。ここで「価」とは結合手の数を意味する。   The cage structure is preferably 1 to 4 valent, more preferably 2 to 3 valent, and still more preferably 2 valent. At this time, the group bonded to the “cage structure” may be a monovalent or higher substituent or a divalent or higher linking group. Here, “valence” means the number of bonds.

カゴ型構造系化合物は、低分子化合物であっても高分子化合物(例えばポリマー)であってもよく、好ましいものはポリマーである。
カゴ型構造系化合物が低分子化合物である場合、その低分子化合物は、基板上に皮膜を形成した後の加熱によって高分子化し、硬化して、皮膜を形成する。その質量平均分子量は好ましくは150〜3,000、より好ましくは200〜2,000、さらに好ましくは220〜1,000である。
カゴ型構造系化合物がポリマーである場合、その質量平均分子量は、好ましくは1,000〜500,000、より好ましくは5,000〜300,000、さらに好ましくは1,0000〜200,000である。カゴ型構造を有するポリマーは分子量分布を有する樹脂であってもよい。
The cage structure compound may be a low molecular compound or a high molecular compound (for example, a polymer), and a polymer is preferable.
When the cage structure compound is a low molecular weight compound, the low molecular weight compound is polymerized by heating after forming a film on the substrate and cured to form a film. The mass average molecular weight is preferably 150 to 3,000, more preferably 200 to 2,000, and still more preferably 220 to 1,000.
When the cage structure compound is a polymer, the mass average molecular weight is preferably 1,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, and still more preferably 1,000 to 200,000. . The polymer having a cage structure may be a resin having a molecular weight distribution.

カゴ型構造はポリマー主鎖に1価のペンダント基として組み込まれてもよい。カゴ型構造が結合する好ましいポリマー主鎖としては、例えばポリアリーレン、ポリアリーレンエーテル、ポリエーテル、ポリアセチレン、ポリエチレン等が挙げられ、この中でも耐熱性が良好な点から、ポリアリーレンエーテル、ポリアセチレンがより好ましい。   The cage structure may be incorporated into the polymer main chain as a monovalent pendant group. Preferable polymer main chain to which the cage structure is bonded includes, for example, polyarylene, polyarylene ether, polyether, polyacetylene, polyethylene, etc. Among them, polyarylene ether and polyacetylene are more preferable from the viewpoint of good heat resistance. .

カゴ型構造系化合物がポリマーである場合、カゴ型構造がポリマー主鎖の一部となっていることが好ましく、この形態においてカゴ型構造は、直接単結合するかまたは適当な2価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)−、−CH=CH−、−C≡C−、アリーレン基、−O−、−Si(R13)(R14)−またはこれらを組み合わせた基であり、中でも好ましいものは、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−Si(R13)(R14)−またはこれらの組み合わせである。
ここで、R11〜R14は、それぞれ独立して水素原子、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い。
When the cage structure compound is a polymer, the cage structure is preferably a part of the polymer main chain, and in this form, the cage structure is directly single-bonded or a suitable divalent linking group. Connected by Examples of the linking group include, for example, —C (R 11 ) (R 12 ) —, —CH═CH—, —C≡C—, an arylene group, —O—, —Si (R 13 ) (R 14 ). -Or a group in which these are combined, and among them, -CH = CH-, -C≡C-, -O-, -Si (R 13 ) (R 14 )-or a combination thereof is preferable.
Here, R < 11 > -R < 14 > represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, and an alkoxy group each independently. These linking groups may be substituted with a substituent.

カゴ型構造系化合物は、その分子内に1種類のカゴ型構造を有していてもよく、2種以上を含んでいてもよい。   The cage structure-based compound may have one kind of cage structure in its molecule, or may contain two or more kinds.

カゴ型構造系化合物は、熱硬化性であることが好ましい。
熱硬化性であるカゴ型構造系化合物として、熱により他の分子と共有結合を形成する反応性基を有するカゴ型構造系化合物が好ましく例示される。このような反応性基としては特に限定されないが、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例示される。このような中でも2重結合を有する基(ビニル基、アリル基等)、三重結合を有する基(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とジエノフィル基との組み合わせが好ましく、エチニル基とフェニルエチニル基との組み合せがより好ましい。
The cage structure compound is preferably thermosetting.
Preferred examples of the thermosetting cage structure compound include a cage structure compound having a reactive group that forms a covalent bond with another molecule by heat. Such a reactive group is not particularly limited, but a substituent that causes a cycloaddition reaction or a radical polymerization reaction is preferably exemplified. Among these, there are combinations of a group having a double bond (vinyl group, allyl group, etc.), a group having a triple bond (ethynyl group, phenylethynyl group, etc.), and a diene group and a dienophile group for causing a Diels-Alder reaction. A combination of an ethynyl group and a phenylethynyl group is more preferable.

例えば、カゴ型構造系化合物である後述する一般式(I)で表される化合物は、基板上に塗布した後に加熱処理することによって、残存するエチニル基が重合反応して硬化し、有機溶剤に対して不溶化して皮膜を形成する。   For example, the compound represented by the general formula (I) described later, which is a cage-type structural compound, is heated and then applied to a substrate, whereby the remaining ethynyl group is cured by polymerization reaction and becomes an organic solvent. On the other hand, it becomes insoluble and forms a film.

以下に、カゴ型構造系化合物の具体例((A−1)〜(A−26))を示すが、これらに限定されるものではない。nは正数を表す。   Although the specific example ((A-1)-(A-26)) of the cage structure type compound is shown below, it is not limited to these. n represents a positive number.

Figure 2009088119
Figure 2009088119

Figure 2009088119
Figure 2009088119

Figure 2009088119
Figure 2009088119

ここで示した具体例に代表されるカゴ型構造系化合物は、公知の方法により合成できるが、市販のものを用いてもよい。   The cage structure compounds represented by the specific examples shown here can be synthesized by known methods, but commercially available products may be used.

<式(I)で表される化合物>
カゴ型構造系化合物は、下記式(I)で表される化合物であることが好ましい。
<Compound represented by formula (I)>
The cage structure compound is preferably a compound represented by the following formula (I).

Figure 2009088119
Figure 2009088119

式(I)において、Rは水素原子、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)、アルキニル基(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)またはシリル基(好ましくは炭素数0〜20)を表す。
R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のシリル基であることが好ましく、水素原子または炭素数0〜10のシリル基であることがより好ましい。
In the formula (I), R represents a hydrogen atom, an alkyl group (preferably 1 to 10 carbon atoms), an alkenyl group (preferably 2 to 10 carbon atoms), an alkynyl group (preferably 2 to 10 carbon atoms), an aryl group ( Preferably it represents C6-C20) or a silyl group (preferably C0-20).
R is 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, and is a hydrogen atom or a silyl group having 0 to 10 carbon atoms. More preferably.

Rが水素原子以外の場合、Rはさらに置換基を有していてもよい。この置換基としては、例えばハロゲン原子(フッ素原子、クロール原子、臭素原子、またはヨウ素原子)、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。   When R is other than a hydrogen atom, R may further have a substituent. Examples of the substituent include a halogen atom (a fluorine atom, a crawl atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an acyl group, an aryloxy group, an arylsulfonyl group, a nitro group, A cyano group, a silyl group, etc. are mentioned.

また、式(I)においてmは1〜14の整数を表し、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、さらに好ましくは2または3である。   In Formula (I), m represents an integer of 1 to 14, preferably an integer of 1 to 4, more preferably an integer of 1 to 3, and further preferably 2 or 3.

また、式(I)においてX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)を表す。
X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のシリル基であることが好ましく、臭素原子、炭素数2〜4のアルケニル基、炭素数0〜10シリル基であることがより好ましい。
In the formula (I), X is 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 having 0 to 20 carbon atoms).
X is 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. It is more preferable that they are -4 alkenyl groups and C0-10 silyl groups.

また、Xはさらに置換基を有していてもよい。そのような置換基としては、例えばハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子)、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。   X may further have a substituent. Examples of such substituents include halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, or iodine atoms), alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, aryl groups, acyl groups, aryloxy groups, arylsulfonyl groups, nitro groups, Group, cyano group, silyl group and the like.

また、式(I)においてnは0〜13の整数を表し、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、さらに好ましくは0または1である。   In formula (I), n represents an integer of 0 to 13, preferably an integer of 0 to 3, more preferably an integer of 0 to 2, and still more preferably 0 or 1.

また、Rが水素原子または炭素数1〜10のアルキル基であり、m=1〜3であり、かつn=0である式(I)で表される化合物が、カゴ型構造系化合物として好ましい。   A compound represented by the formula (I) in which R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, m = 1 to 3, and n = 0 is preferable as the cage structure compound. .

式(I)で表される化合物として、式(I)で表される化合物が複数の単結合や連結基で結合した化合物を用いることもできる。例としてはビアダマンタン骨格、ビジアマンタン骨格等、式(I)のカゴ構造部分がC−C単結合で連結されたもの、および式(I)の重合体を挙げることができる。   As the compound represented by the formula (I), a compound in which the compound represented by the formula (I) is bonded by a plurality of single bonds or linking groups can also be used. Examples include those in which the cage structure portion of the formula (I) is linked by a C—C single bond, such as a biadamantane skeleton and a bidiamantane skeleton, and a polymer of the formula (I).

式(I)で表される化合物の具体例((D−1)〜(D−16))を下記に示すが、これらに限定されるものではない。   Specific examples ((D-1) to (D-16)) of the compound represented by the formula (I) are shown below, but are not limited thereto.

Figure 2009088119
Figure 2009088119

式(I)で表される化合物は、1−エチニルジアダマンタン、4−エチニルジアダマンタン、4,9−ジエチニルジアダマンタン、1,6−ジエチニルジアダマンタン、1,4−ジエチニルジアダマンタン、1,4,9−トリエチニルジアダマンタンであることが好ましくは、4,9−ジエチニルジアダマンタン、1,6−ジエチニルジアダマンタンであることがより好ましい。   The compound represented by the formula (I) is 1-ethynyldiadamantane, 4-ethynyldiadamantane, 4,9-diethynyldiadamantane, 1,6-diethynyldiadamantane, 1,4-diethynyldiadamantane, 1,4,9-triethynyldiadamantane is preferable, and 4,9-diethynyldiadamantane and 1,6-diethynyldiadamantane are more preferable.

式(I)で表される化合物は、市販のジアダマンタンを原料として、臭化アルミニウム触媒存在下または非存在下で臭素と反応させて臭素原子を所望の位置に導入、続けて臭化アルミニウム、塩化アルミニウム、塩化鉄等のルイス酸の存在下で臭化ビニルとフリーデルクラフツ反応させて2,2−ジブロモエチル基を導入、続けて強塩基で脱HBr化してエチニル基に変換する。具体的にはMacromolecules.、1991年、第24巻、第5266〜5268頁、Macromolecules.、1995年、第28巻、第5554〜5560頁、Journalof Organic Chemistry.、39、2995-3003(1974)等に記載された方法に準じて合成することができる。
また、末端アセチレン基の水素原子をブチルリチウム等でアニオン化して、これにハロゲン化アルキルやハロゲン化シリルを反応させることによって、アルキル基やシリル基を導入することができる。
The compound represented by the formula (I) is obtained by reacting with bromine in the presence or absence of an aluminum bromide catalyst using a commercially available diadamantane as a raw material to introduce a bromine atom at a desired position, followed by aluminum bromide, A 2,2-dibromoethyl group is introduced by reacting with vinyl bromide and Friedel-Crafts in the presence of a Lewis acid such as aluminum chloride or iron chloride, followed by de-HBr conversion with a strong base to convert to an ethynyl group. Specifically, Macromolecules., 1991, 24, 5266-5268, Macromolecules., 1995, 28, 5554-5560, Journalof Organic Chemistry., 39, 2995-3003 (1974), etc. It can be synthesized according to the method described in 1.
In addition, an alkyl group or a silyl group can be introduced by anionizing a hydrogen atom of a terminal acetylene group with butyllithium or the like and reacting this with an alkyl halide or a silyl halide.

式(I)で表される化合物の合成は有機溶剤中で行うことが好ましい。ここで有機溶剤は、原料モノマーを溶解可能で、かつ本発明の絶縁膜の特性に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、メチルベンゾエート等のエステル系溶剤、ジブチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶剤、トルエン、キシレン、メシチレン、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、N−メチルピロリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤などが挙げられる。   The synthesis of the compound represented by formula (I) is preferably carried out in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the raw material monomer and does not adversely affect the characteristics of the insulating film of the present invention. For example, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and acetophenone, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, γ-butyrolactone and methyl benzoate, ether solvents such as dibutyl ether and anisole Solvent, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, mesitylene, 1,3,5-triisopropylbenzene, amide solvents such as N-methylpyrrolidinone, dimethylacetamide, carbon tetrachloride, dichloromethane, chloroform, 1,2 -Halogen solvents such as dichloroethane, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, and aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, and cyclohexane Such as solvent, and the like.

式(I)で表される化合物の質量平均分子量の好ましい範囲は1,000〜500,000、より好ましくは5,000〜300,000、特に好ましくは10,000〜200,000である。   The preferable range of the mass average molecular weight of the compound represented by the formula (I) is 1,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 300,000, and particularly preferably 10,000 to 200,000.

<空孔形成剤>
次に本発明の組成物が含有する空孔形成剤について説明する。
本発明の組成物が含有する空孔形成剤は、本発明の組成物により形成した皮膜中に空孔を形成する機能を有する物質である。例えば、空孔形成剤を含有する本発明の組成物により形成した皮膜を加熱、電子線照射、UV照射等のエネルギーを与えることで容易に脱離し、前記皮膜中に空孔を形成することができる空孔形成剤である。
<Void forming agent>
Next, the pore forming agent contained in the composition of the present invention will be described.
The pore forming agent contained in the composition of the present invention is a substance having a function of forming pores in a film formed by the composition of the present invention. For example, a film formed by the composition of the present invention containing a pore-forming agent can be easily detached by applying energy such as heating, electron beam irradiation, UV irradiation, etc., and pores can be formed in the film. It is a possible pore forming agent.

空孔形成剤としては、例えば前記有機化合物よりも熱分解温度が低い各種ポリマーが例示できる。   Examples of the pore forming agent include various polymers having a thermal decomposition temperature lower than that of the organic compound.

このようなポリマーとしては、例えばポリビニル芳香族化合物(ポリスチレン、ポリビニルピリジン、ハロゲン化ポリビニル芳香族化合物など)、ポリアクリロニトリル、ポリアルキレンオキシド(ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドなど)、ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム、ポリウレタン、ポリメタクリレート(ポリメチルメタクリレートなど)またはポリメタクリル酸、ポリアクリレート(ポリメチルアクリレートなど)およびポリアクリル酸、ポリジエン(ポリブタジエンおよびポリイソプレンなど)、ポリビニルクロライド、ポリアセタール、およびアミンキャップドアルキレンオキシド(Huntsman Corp.からJeffamineTMポリエーテルアミンとして商業的に入手できる)などが挙げられる。
その他、ポリフェニレンオキシド、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリテトラヒドロフラン、ポリシクロヘキシルエチレン、ポリエチルオキサゾリン、ポリビニルピリジン等であってもよい。
Examples of such polymers include polyvinyl aromatic compounds (polystyrene, polyvinyl pyridine, halogenated polyvinyl aromatic compounds, etc.), polyacrylonitrile, polyalkylene oxide (polyethylene oxide, polypropylene oxide, etc.), polyethylene, polylactic acid, polysiloxane, Polycaprolactone, polycaprolactam, polyurethane, polymethacrylate (such as polymethyl methacrylate) or polymethacrylic acid, polyacrylate (such as polymethyl acrylate) and polyacrylic acid, polydiene (such as polybutadiene and polyisoprene), polyvinyl chloride, polyacetal, and amine Capped alkylene oxide (from Huntsman Corp. Jeffamine ™ polyether Commercially available as ruamine).
In addition, polyphenylene oxide, poly (dimethylsiloxane), polytetrahydrofuran, polycyclohexylethylene, polyethyloxazoline, polyvinylpyridine, and the like may be used.

このような中でも、ポリスチレンは空孔形成剤として好適に使用できる。ポリスチレンとしては、例えばアニオン性重合ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、未置換および置換ポリスチレン(例えば、ポリ(α−メチルスチレン))が挙げられ、未置換ポリスチレンが好ましい。
ポリスチレンは、例えば国際公開第98/11149号パンフレットに記載されているように、前記有機化合物としてポリシクロペンタジエノンおよびポリアセチレンの熱硬化性混合物を使用した場合に、約420℃〜450℃において主としてモノマーに分解するので、この温度に加熱することで、そのモノマーが前記熱硬化性混合物からなる皮膜から拡散して出ていき、空孔を形成するので好ましい。
Among these, polystyrene can be suitably used as a pore forming agent. Examples of polystyrene include anionic polymerized polystyrene, syndiotactic polystyrene, unsubstituted and substituted polystyrene (for example, poly (α-methylstyrene)), and unsubstituted polystyrene is preferred.
Polystyrene is mainly used at about 420 ° C. to 450 ° C. when a thermosetting mixture of polycyclopentadienone and polyacetylene is used as the organic compound as described in, for example, WO 98/11149. Since it decomposes into a monomer, heating to this temperature is preferable because the monomer diffuses out of the film made of the thermosetting mixture and forms pores.

空孔形成剤は、本発明の組成物中または硬化処理前の皮膜中において、前記有機化合物と反応していてもよい。例えば前記有機化合物がポリマーである場合、空孔形成剤が有機化合物におけるポリマー鎖のブロックまたはペンダント状(懸垂状)置換を形成していてもよい。
例えばビニル、アクリレート、メタクリレート、アリル、ビニルエーテル、マレイミド、スチリル、アセチレン、ニトリル、フラン、シクロペンタジエノン、ペルフルオロエチレン、ベンゾシクロブテン(BCB)、ピロン、プロピオレートまたはオルト−ジアセチレン基のような反応性基を含有する熱可塑性ポリマーは、前記有機化合物と化学結合を形成し得る。このような熱可塑性ポリマーは、皮膜を加熱することで皮膜中から除去されるので、皮膜中に空孔を残すことができる。
The pore-forming agent may react with the organic compound in the composition of the present invention or in the film before the curing treatment. For example, when the organic compound is a polymer, the pore-forming agent may form a polymer chain block or pendant (suspended) substitution in the organic compound.
Reactivity such as vinyl, acrylate, methacrylate, allyl, vinyl ether, maleimide, styryl, acetylene, nitrile, furan, cyclopentadienone, perfluoroethylene, benzocyclobutene (BCB), pyrone, propiolate or ortho-diacetylene groups The thermoplastic polymer containing groups can form chemical bonds with the organic compound. Since such a thermoplastic polymer is removed from the film by heating the film, pores can be left in the film.

このような熱可塑性ポリマーの例としては、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリフェニレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリテトラヒドロフラン、ポリエチレン、ポリシクロヘキシルエチレン、ポリエチルオキサゾリン、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸およびポリビニルピリジン等が挙げられる。
前記有機化合物と反応するように設計されたポリマーは、ホモポリマー、コポリマーまたはそれらの混合物であってよい。
Examples of such thermoplastic polymers are polystyrene, polyacrylate, polymethacrylate, polybutadiene, polyisoprene, polyphenylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene oxide, poly (dimethylsiloxane), polytetrahydrofuran, polyethylene, polycyclohexylethylene, polyethyl. Examples include oxazoline, polycaprolactone, polylactic acid, and polyvinylpyridine.
The polymer designed to react with the organic compound may be a homopolymer, a copolymer or a mixture thereof.

また、このような熱可塑性ポリマーは1以上の反応性基を有するものであってもよい。反応性基の数およびタイプによって、前記熱可塑性ポリマーが前記有機化合物とペンダント状に結合するか、またはブロックとして結合するかが変化する。このような熱可塑性ポリマーは構造上、線状、分岐状、超分岐状、樹枝状または星様状であり得る。   Such thermoplastic polymers may also have one or more reactive groups. Depending on the number and type of reactive groups, whether the thermoplastic polymer binds to the organic compound in a pendant manner or as a block varies. Such thermoplastic polymers can be structurally linear, branched, hyperbranched, dendritic or star-like.

空孔形成剤としての各種ポリマーの好適な分子量は、前記有機化合物と、それが重合、硬化し得られた皮膜との相溶性、および本発明の絶縁膜中の空孔サイズ等のような様々な因子により適宜選択することができる。しかしながら、一般に、空孔形成剤としての各種ポリマーの数平均分子量(Mn)は、2,000〜100,000であることが好ましい。より好ましくは数平均分子量は、5,000〜50,000の範囲であり、さらに好ましくは5,000〜35,000である。なお、狭い分子量分布(Mw/Mn:1.01〜1.5)のポリマーが好ましい。   Suitable molecular weights of various polymers as pore forming agents are various such as compatibility between the organic compound and a film obtained by polymerization and curing, and pore size in the insulating film of the present invention. It can be appropriately selected depending on various factors. However, generally, the number average molecular weight (Mn) of various polymers as the pore forming agent is preferably 2,000 to 100,000. More preferably, the number average molecular weight is in the range of 5,000 to 50,000, and more preferably 5,000 to 35,000. A polymer having a narrow molecular weight distribution (Mw / Mn: 1.01 to 1.5) is preferable.

本発明の組成物中において空孔形成剤は、本発明の絶縁膜が有する空孔の大きさに対応した大きさの粒状物質であってもよい。例えば平均粒径として0.5〜50nmであることが好ましく、0.5〜20nmであることがより好ましい。   In the composition of the present invention, the pore forming agent may be a granular material having a size corresponding to the size of the pores of the insulating film of the present invention. For example, the average particle size is preferably 0.5 to 50 nm, and more preferably 0.5 to 20 nm.

前記熱可塑性ポリマーであって、このような平均粒径を有するものとして、例えば、デンドリマーのような超分岐状ポリマー系およびラテックス粒子、特に架橋ポリスチレン含有ラテックスが挙げられる。
より具体的には、Dendritech,Inc.を通じて入手でき、また、Polymer J.(東京),Vol.17,117(1985)にTomalia等により記載されているポリアミドアミン(PAMAM)デンドリマー、DSM Corporationから入手できるポリプロピレンイミンポリアミン(DAB−Am)デンドリマー、フレチェット型ポリエーテルデンドリマー(J.Am.Chem.Soc.,Vol.112,7638(1990)、Vol.113,4252(1991)にFrechet等により記載されている)、パーセク型液晶モノデンドロン、デンドロン化ポリマーおよびそれらの自己集合高分子(Nature,Vol.391,161(1998)、J.Am.Chem.Soc.,Vol.119,1539(1997)にPercec等により記載されている)、ボルトロンHシリーズ樹枝状ポリエステル(Perstorp ABから商業的に入手できる)が挙げられる。
Examples of the thermoplastic polymer having such an average particle size include hyperbranched polymer systems such as dendrimers and latex particles, particularly crosslinked polystyrene-containing latexes.
More specifically, Dendritech, Inc. Also available through Polymer J. (Tokyo), Vol. 17, 117 (1985), described by Tomalia et al., Polyamidoamine (PAMAM) dendrimer, polypropyleneimine polyamine (DAB-Am) dendrimer available from DSM Corporation, Flechette type polyether dendrimer (J. Am. Chem. Soc. , Vol. 112, 7638 (1990), Vol. 113, 4252 (1991)), a parsec type liquid crystal monodendron, a dendronized polymer, and their self-assembled polymers (Nature, Vol. 391). 161 (1998), J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, 1539 (1997) by Percec et al.), Boltlon H series dendritic polyester. (Commercially available from Perstorp AB).

また、空孔形成剤は有機系溶液であってもよい。空孔形成剤として有用な有機系溶液は、好ましくは前記有機化合物の熱分解温度より低い温度において気散するものである。有機系溶液が空孔形成剤として機能する場合、例えば次のような機構で空孔が形成される。本発明の組成物中の有機化合物(例えばカゴ型構造系化合物、そのプレポリマーまたは部分架橋ポリマー)を、液状またはガス状とした有機系溶液によって膨潤し、次いで膨潤した有機化合物を構造保全性を増大するために架橋し、その後、有機系溶液を真空または加熱することにより除去し、空孔を形成する。   Further, the pore forming agent may be an organic solution. The organic solution useful as a pore-forming agent is preferably one that diffuses at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the organic compound. When the organic solution functions as a pore forming agent, for example, pores are formed by the following mechanism. The organic compound (for example, cage structure compound, its prepolymer or partially crosslinked polymer) in the composition of the present invention is swollen with an organic solution in a liquid or gaseous state, and then the swollen organic compound is subjected to structural integrity. Cross-linking to increase, then the organic solution is removed by vacuum or heating to form vacancies.

空孔形成剤として用いることができる有機系溶液としては、例えばメシチレン、ピリジン、トリエチルアミン、N−メチルピロリジノン(NMP)、メチルベンゾエート、エチルベンゾエート、ブチルベンゾエート、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、シクロヘキシルピロリジノン、ジベンジルエーテル、ジグリム、トリグリム、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテルのようなエーテルまたはヒドロキシエーテル、トルエン、キシレン、ベンゼン、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジクロロベンゼン、プロピレンカーボネート、ナフタレン、ジフェニルエーテル、ブチロラクトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドが挙げられる。これらは、単独で使用しても、複数を併用してもよい。   Examples of organic solutions that can be used as a pore-forming agent include mesitylene, pyridine, triethylamine, N-methylpyrrolidinone (NMP), methylbenzoate, ethylbenzoate, butylbenzoate, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclohexane. Like octanone, cyclohexyl pyrrolidinone, dibenzyl ether, diglyme, triglyme, diethylene glycol ethyl ether, diethylene glycol methyl ether, dipropylene glycol methyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, propylene glycol phenyl ether, propylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether Ether or hydroxy ether, toluene, xylene, benzene , Dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dichlorobenzene, propylene carbonate, naphthalene, diphenyl ether, butyrolactone, dimethylacetamide, dimethylformamide. These may be used alone or in combination.

前記有機化合物(カゴ型構造系化合物など)と前記空孔形成剤とは、皮膜形成後の硬化処理(加熱等)に際し、空孔形成剤が気散または分解する前に前記有機化合物が硬化して皮膜が形成され、かつ前記皮膜が気散または分解する前に空孔形成剤が好ましくは完全にまたは実質的に完全に気散または分解するように選択されることが好ましい。
硬化処理が加熱の場合、前記有機化合物が架橋する温度と、前記空孔形成剤が気散または分解する温度との差が大きいと、空孔形成剤の選択の幅が広くなる点で好ましい。
The organic compound (eg, cage structure-based compound) and the pore-forming agent are cured before the pore-forming agent is diffused or decomposed during the curing process (heating, etc.) after film formation. Preferably, the pore-forming agent is preferably selected so that it completely or substantially completely diffuses or decomposes before the film is diffused or decomposed.
When the curing treatment is heating, it is preferable that the difference between the temperature at which the organic compound is crosslinked and the temperature at which the pore forming agent is diffused or decomposed is large in terms of wide selection of the pore forming agent.

本発明の組成物は、前記有機化合物および前記空孔形成剤を含む。そして、これらの少なくとも一部を溶解する有機溶剤を含んでいてもよい。
有機溶剤としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、メチルベンゾエート等のエステル系溶剤、ジブチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶剤、トルエン、キシレン、メシチレン、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、N−メチルピロリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
The composition of the present invention contains the organic compound and the pore-forming agent. And the organic solvent which melt | dissolves these at least one part may be included.
Examples of the organic solvent include ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and acetophenone, ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, γ-butyrolactone, ester solvents such as methyl benzoate, dibutyl ether, Ether solvents such as anisole, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, mesitylene, 1,3,5-triisopropylbenzene, amide solvents such as N-methylpyrrolidinone and dimethylacetamide, carbon tetrachloride, dichloromethane, Halogen solvents such as chloroform, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, hexane, heptane, octane, cyclohexane Like aliphatic hydrocarbon solvents.

<添加剤>
また、本発明の組成物は絶縁膜の諸特性を損なわない範囲において、さらに添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えばラジカル発生剤、非イオン界面活性剤、フッ素系非イオン界面活性剤およびシランカップリング剤等の接着促進剤などが挙げられる。
<Additives>
In addition, the composition of the present invention may further contain an additive as long as various properties of the insulating film are not impaired. Examples of the additive include a radical generator, a nonionic surfactant, a fluorine-based nonionic surfactant, and an adhesion promoter such as a silane coupling agent.

ここで接着促進剤の代表的な例は、シラン、好ましくはアルコキシ・シラン(例えばトリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシラン、アリルトリメトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン)等のオルガノシラン、アセトキシシラン(例えばビニルトリアセトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン)、およびこれらの加水分解物あるいは脱水縮合物、ヘキサメチルジシラザン[(CH33−Si−NH−Si(CH33]、または、アミノシラン・カプラー、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、またはキレート(例えば、酸化アルミニウムを形成する点から、アルミニウムモノエチルアセトアセテートジイソプロピレート[((イソC37O)2Al(OCOC25CHCOCH3))]、アルミニウム・アルコキシド)などを挙げることができる。これらの材料を混合して用いてもよい。また、接着促進剤として市販されているものを用いてもよい。 Representative examples of adhesion promoters here are silanes, preferably alkoxy silanes (eg trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxylane, allyltrimethoxysilane, divinyldiethoxysilane), etc. Organosilane, acetoxysilane (for example, vinyltriacetoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane), and hydrolyzate or dehydrated condensate thereof, hexamethyldisilazane [(CH 3 ) 3 —Si—NH—Si (CH 3 ) 3 ], or aminosilane couplers, such as γ-aminopropyltriethoxysilane, or chelates (for example, aluminum monoethyl acetoacetate diisopropylate [((isoC 3 H 7 O 2 Al (OCOC 2 H 5 CHCOCH 3 ))], aluminum alkoxide) and the like. You may mix and use these materials. Moreover, you may use what is marketed as an adhesion promoter.

前記添加剤は溶剤に溶解して用いてもよい。ここで溶剤としては、例えばアセトン、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、乳酸メチル、乳酸エチル、γブチロラクトン、アニソール、メシチレン、1,2−ジクロロベンゼンが挙げられる。この溶剤は、前記有機溶剤としても用いることができる。   The additive may be used by dissolving in a solvent. Examples of the solvent include acetone, propanol, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, anisole, mesitylene, and 1,2-dichlorobenzene. This solvent can also be used as the organic solvent.

<本発明の組成物>
本発明の組成物は、前記有機化合物および前記空孔形成剤を含む。そして必要に応じて前記有機溶媒、前記添加剤を含んでもよい。
また、本発明の組成物は、前記有機化合物の重合反応を促進する触媒を含むことが好ましい。例えば上記の式(I)で表される化合物の重合反応の際に炭素−炭素三重結合の重合を促進する金属触媒を含むことが好ましい。前記有機化合物の反応時間短縮、反応温度の低下させることができるからである。
<Composition of the present invention>
The composition of the present invention contains the organic compound and the pore-forming agent. And it may contain the said organic solvent and the said additive as needed.
Moreover, it is preferable that the composition of this invention contains the catalyst which accelerates | stimulates the polymerization reaction of the said organic compound. For example, it is preferable to include a metal catalyst that promotes the polymerization of a carbon-carbon triple bond in the polymerization reaction of the compound represented by the above formula (I). This is because the reaction time of the organic compound can be shortened and the reaction temperature can be lowered.

本発明の組成物に含まれる全固形分の濃度は、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、さらに好ましくは7〜20質量%である。
本発明の組成物中の前記有機化合物の含有量は、本発明の組成物に含まれる全固形分に対して、一般的には10〜95質量%、好ましくは30〜90質量%である。
The concentration of the total solid content contained in the composition of the present invention is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 5 to 35% by mass, and further preferably 7 to 20% by mass.
Content of the said organic compound in the composition of this invention is 10-95 mass% generally with respect to the total solid contained in the composition of this invention, Preferably it is 30-90 mass%.

また、本発明の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30〜100%、より好ましくは50〜95%、さらに好ましくは60%〜90%である。   Further, the ratio of the total carbon number of the cage structure to the total carbon number in the total solid content contained in the composition of the present invention is preferably 30% or more, more preferably 30 to 100%, more preferably It is 50 to 95%, more preferably 60% to 90%.

また、本発明の組成物中の前記空孔形成剤の含有量は、所望の多孔度(本発明の絶縁膜中における空孔の体積%)を生じるように調整する。通常は、本発明の組成物中における前記有機化合物および前記空孔形成剤の合計質量に対する前記空孔形成剤の割合は、2〜70質量%が好ましく、5〜60質量%がより好ましく、10〜50質量%がさらに好ましい。   Further, the content of the pore forming agent in the composition of the present invention is adjusted so as to produce a desired porosity (volume% of pores in the insulating film of the present invention). Usually, the ratio of the pore-forming agent to the total mass of the organic compound and the pore-forming agent in the composition of the present invention is preferably 2 to 70% by mass, more preferably 5 to 60% by mass. -50 mass% is more preferable.

また、本発明の組成物中の前記添加剤の含有量は、添加剤の用途または本発明の組成物中の固形分濃度によって適当な範囲が存在するが、総量として、本発明の組成物の全量に対して、好ましくは0.001質量%〜10質量%、より好ましくは0.01質量%〜5質量%、さらに好ましくは0.05質量%〜2質量%である。   In addition, the content of the additive in the composition of the present invention has an appropriate range depending on the use of the additive or the solid content concentration in the composition of the present invention. Preferably they are 0.001 mass%-10 mass% with respect to the whole quantity, More preferably, they are 0.01 mass%-5 mass%, More preferably, they are 0.05 mass%-2 mass%.

前記有機化合物および前記空孔形成剤は、本発明の組成物中において単に混合されていてもよく、部分的に反応していてもよい。   The organic compound and the pore forming agent may be simply mixed or partially reacted in the composition of the present invention.

本発明の組成物はこのような組成物である。   The composition of the present invention is such a composition.

本発明の絶縁膜は、上記のような本発明の組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化する処理を含む製造方法によって得られる絶縁膜である。   The insulating film of the present invention is an insulating film obtained by a production method including a process of applying the composition of the present invention as described above on a substrate to form a film on the substrate and curing the film.

ここで基板は特に限定されない。例えば半導体を製造する際に通常用いられる基板を用いることができる。例えばシリコンウエハーを好ましく用いることができる。   Here, the substrate is not particularly limited. For example, a substrate that is usually used when manufacturing a semiconductor can be used. For example, a silicon wafer can be preferably used.

また、本発明の組成物を前記基板の上に塗布する方法は限定されず、例えば従来公知の方法を適用することができる。例えば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、スキャン法等の方法を適用することができる。   Moreover, the method of apply | coating the composition of this invention on the said board | substrate is not limited, For example, a conventionally well-known method is applicable. For example, methods such as a spin coating method, a roller coating method, a dip coating method, and a scanning method can be applied.

また、前記基板に塗布した後、硬化する方法は特に限定されない。例えば、加熱、電子線照射、UV照射、湿式処理、プラズマ照射等のエネルギーを与える方法が挙げられる。加熱する場合、例えば従来公知の方法を適用することができる。例えば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。電子線照射、UV照射、湿式処理、プラズマ照射等を適用する場合も、従来公知の方法を適用することができる。
硬化する方法は加熱が好ましい。
Moreover, the method of hardening after apply | coating to the said board | substrate is not specifically limited. For example, the method of giving energy, such as a heating, electron beam irradiation, UV irradiation, wet processing, plasma irradiation, is mentioned. In the case of heating, for example, a conventionally known method can be applied. For example, generally used hot plate heating, a method using a furnace, light irradiation heating using a xenon lamp by RTP (Rapid Thermal Processor) or the like can be applied. A conventionally known method can also be applied when applying electron beam irradiation, UV irradiation, wet processing, plasma irradiation, or the like.
The method for curing is preferably heating.

加熱は本発明の組成物を基板に塗布した後、本発明の組成物が前記有機溶剤を含む場合であれば前記有機溶剤を除去(乾燥)し、前記有機化合物等の皮膜を形成するような、前記有機化合物のさらなる重合(硬化)を引き起こすのに十分な条件下で行うことが好ましい。加熱する場合の温度は、前記有機化合物等の物性等により適宜選択することができる。   In the heating, after applying the composition of the present invention to the substrate, if the composition of the present invention contains the organic solvent, the organic solvent is removed (dried) to form a film of the organic compound or the like. Preferably, it is carried out under conditions sufficient to cause further polymerization (curing) of the organic compound. The temperature for heating can be appropriately selected depending on the physical properties of the organic compound and the like.

例えば、上記の一般式(I)で表される化合物を前記有機化合物として用いる場合、本発明の組成物を前記基板上に上記のような方法で塗布した後に、100〜450℃(好ましくは200〜420℃、より好ましくは350℃〜400℃)で、1分〜2時間(好ましくは10分〜1.5時間、より好ましくは30分〜1時間)で加熱処理する。このような条件で加熱することによって、本発明の組成物中に残存するエチニル基が重合反応を起こし、皮膜が形成される。   For example, when the compound represented by the above general formula (I) is used as the organic compound, the composition of the present invention is applied on the substrate by the method as described above, and then 100 to 450 ° C. (preferably 200 The heat treatment is performed at ˜420 ° C., more preferably at 350 ° C. to 400 ° C. for 1 minute to 2 hours (preferably 10 minutes to 1.5 hours, more preferably 30 minutes to 1 hour). By heating under such conditions, the ethynyl group remaining in the composition of the present invention undergoes a polymerization reaction to form a film.

このような加熱は2回以上に分割して行ってもよい。また、酸素による熱酸化を防ぐために窒素雰囲気下で加熱することが好ましい。   Such heating may be performed in two or more times. Moreover, it is preferable to heat in a nitrogen atmosphere in order to prevent thermal oxidation by oxygen.

このような硬化処理を施すことで、通常、皮膜が形成されると同時に、前記皮膜中の空孔形成剤が脱離し、前記皮膜中に空孔が形成される。用いる空孔形成剤の種類、硬化条件によっては前記皮膜中の少なくとも一部に空孔が形成される。
これに対して、硬化条件によっては空孔が形成されない場合もある。また、空孔形成剤の種類によっては硬化処理によって脱離しない場合もある。このような場合は、さらに異なる条件による加熱を行ったり、前記皮膜に電子線照射、UV照射等のエネルギーを与えたりして、皮膜中から空孔形成剤を除去してもよい。ただし、後に超臨界媒体による処理を行うことで、前記皮膜中に残存する空孔形成剤を除去することができるので、上記硬化処理によって全ての空孔形成剤が前記皮膜から除去されていなくてもよい。
By performing such a curing treatment, a film is usually formed, and at the same time, a pore-forming agent in the film is detached, and a hole is formed in the film. Depending on the type of pore forming agent used and the curing conditions, pores are formed in at least a part of the film.
On the other hand, pores may not be formed depending on the curing conditions. Further, depending on the type of pore forming agent, it may not be detached by the curing process. In such a case, the pore forming agent may be removed from the film by further heating under different conditions or applying energy such as electron beam irradiation or UV irradiation to the film. However, since the void forming agent remaining in the film can be removed by performing a treatment with a supercritical medium later, not all the pore forming agents have been removed from the film by the curing treatment. Also good.

本発明の組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、同時に前記皮膜中に空孔を形成する処理を具体的に例示する。
例えば、前記空孔形成剤が熱可塑性ポリマーや粒状物質であり、本発明の組成物が前記有機溶剤を含む場合、前記基板への本発明の組成物の塗布後、前記有機溶剤を中温(例えば40〜250℃)で加熱して除去(乾燥)する。次いで十分な温度に急速に加熱することで、前記有機化合物を架橋する。その後、空孔形成剤を気散もしくは分解するのに十分な温度への加熱する。
乾燥(有機溶剤除去)、硬化および空孔形成剤の気散または分解は別々の加熱工程(多段加熱)により行ってもよく、また単一加熱工程で行ってもよい。そして多段加熱段階が用いられる場合、いずれの加熱工程で、乾燥(溶剤除去)、硬化および空孔形成剤の気散または分解のいずれか1以上が行われる。
The process of applying the composition of the present invention on a substrate to form a film on the substrate, curing the film, and simultaneously forming pores in the film will be specifically exemplified.
For example, when the pore-forming agent is a thermoplastic polymer or a particulate material, and the composition of the present invention contains the organic solvent, the organic solvent is heated to a medium temperature (for example, after application of the composition of the present invention to the substrate) 40 to 250 ° C.) and removed (dried). Subsequently, the organic compound is crosslinked by rapidly heating to a sufficient temperature. Thereafter, the pore-forming agent is heated to a temperature sufficient to diffuse or decompose.
Drying (removing the organic solvent), curing, and air-hole formation agent diffusion or decomposition may be performed by separate heating steps (multi-stage heating), or may be performed by a single heating step. When a multi-stage heating stage is used, any one or more of drying (solvent removal), curing, and air-hole formation agent decomposition or decomposition is performed in any heating step.

また、例えば、本発明の組成物を塗布した基板を急速硬化を引き起こすのに十分な、ただし空孔形成剤の分解温度または気散温度未満の温度に加熱する。この急速加熱工程を行うための適当な方法としては、例えばホットプレート上での焼付けおよび赤外線ランプ下での急速熱アニールが挙げられる。この態様においては、本発明の組成物は、まず初期硬化工程として少なくとも20℃/秒、より好ましくは少なくとも50℃/秒の速度にて、好ましくは300℃、より好ましくは350℃を越える温度に昇温される。初期硬化工程の最終温度での保持時間は10〜400分間が好ましい。この初期硬化工程においては、空孔形成剤および有機化合物を固定するのに十分にマトリックス(皮膜)が硬化されていればよく、完全硬化されていなくてもよい。次いで、少なくとも1つの追加的加熱工程が、硬化を完全に完了させるために、また、場合により空孔形成剤を気散もしくは分解するために行われる。この追加的加熱工程の温度は、好ましくは370℃を越える、より好ましくは390℃を越える温度である。追加的加熱工程での保持時間は10〜400分間が好ましい。   Also, for example, a substrate coated with the composition of the present invention is heated to a temperature sufficient to cause rapid curing, but below the decomposition temperature or transpiration temperature of the pore former. Suitable methods for performing this rapid heating step include, for example, baking on a hot plate and rapid thermal annealing under an infrared lamp. In this embodiment, the composition of the present invention is first subjected to an initial curing step at a rate of at least 20 ° C./second, more preferably at least 50 ° C./second, preferably to a temperature above 300 ° C., more preferably above 350 ° C. The temperature is raised. The holding time at the final temperature of the initial curing step is preferably 10 to 400 minutes. In this initial curing step, it is sufficient that the matrix (film) is sufficiently cured to fix the pore forming agent and the organic compound, and it is not necessary to completely cure. At least one additional heating step is then performed to completely complete the cure and optionally to dissipate or decompose the pore former. The temperature of this additional heating step is preferably above 370 ° C, more preferably above 390 ° C. The holding time in the additional heating step is preferably 10 to 400 minutes.

また、例えば、少なくとも20℃/秒、好ましくは少なくとも50℃/秒の速度にて、硬化および空孔形成剤の気散もしくは分解の両方を引き起こすのに十分な温度(例えば、300〜450℃、保持時間10〜400分間)への単一急速加熱工程を行う。この単一急速加熱工程は、乾燥後または乾燥工程を別に設けないで行うことができる。   Also, for example, at a rate of at least 20 ° C./second, preferably at least 50 ° C./second, a temperature sufficient to cause both curing and evacuation or decomposition of the pore former (eg, 300-450 ° C., A single rapid heating step to a holding time of 10 to 400 minutes) is performed. This single rapid heating step can be performed after drying or without providing a separate drying step.

このような処理によって、空孔が形成された皮膜およびこれを有する基板を得ることができる。   By such treatment, a film in which pores are formed and a substrate having the film can be obtained.

ここで、上記の皮膜の形成、硬化(加熱等)、空孔の形成の各処理は、それぞれ複数回行ってもよい。その結果、基板上の皮膜が2以上の層となっていてもよい。
また、少なくとも一部に空孔が形成された皮膜または空孔が形成されていない皮膜を得た後、その皮膜は集積回路物品および他の超小型電子装置の製造において所望されるような溝、バイア、穴を形成するために、公知の方法によりエッチングまたは作像してもよい。
また、硬化前に前記皮膜を乾燥させる処理を行ってもよい。
また、前記皮膜に化学的機械的研磨(CMP)を施してもよい。これにより皮膜を滑らかにすることができる。
Here, each process of formation of said film | membrane, hardening (heating etc.), and formation of a void | hole may each be performed in multiple times. As a result, the coating on the substrate may be two or more layers.
Also, after obtaining a film with pores formed at least in part or a film without holes formed, the film is a groove as desired in the manufacture of integrated circuit articles and other microelectronic devices, In order to form vias and holes, etching or imaging may be performed by a known method.
Moreover, you may perform the process which dries the said film | membrane before hardening.
The film may be subjected to chemical mechanical polishing (CMP). Thereby, the film can be smoothed.

また、このような処理によって皮膜の膜厚は特に制限されないが、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。
ここで膜厚は、一般的に当分野で用いられている反射干渉型膜厚計、分光エリプソメトリー法等の光学的膜厚保測定方法、または触針式段差計などの物理的測定等、任意の方法で測定することができる。前記皮膜の膜厚も同様な方法で測定して求めた値を意味するものとする。
The film thickness of the film is not particularly limited by such treatment, but is preferably 0.001 to 100 μm, more preferably 0.01 to 10 μm, and particularly preferably 0.1 to 1 μm. preferable.
Here, the film thickness is arbitrary, such as a reflection interference type film thickness meter generally used in this field, an optical film thickness measuring method such as a spectroscopic ellipsometry method, or a physical measurement such as a stylus step meter. It can be measured by the method. The film thickness of the film also means a value obtained by measurement by the same method.

また、このような処理によって得られる皮膜においては、好ましくは空孔形成剤の少なくとも80パーセント、より好ましくは少なくとも90パーセント、さらに好ましくは少なくとも95パーセントが除去されていることが好ましい。空孔形成剤が除去されている程度は、赤外分光法、透過電子顕微鏡法等のような技法により確認することができる。例えば空孔形成剤が熱可塑性ポリマーである場合、空孔形成剤が、皮膜から拡散し得る低分子量種に分解する場合に、空孔形成剤の除去が起こり得る。例えば、熱可塑性ポリマーの空孔形成剤の場合、好ましくは少なくとも80パーセント、より好ましくは少なくとも90パーセント、さらに好ましくは、少なくとも95パーセントは、そのモノマー単位またはより小さい単位に分解することが好ましい。
また、前記皮膜中の空孔の濃度は、前記皮膜の総体積を基準として5〜60体積パーセントが好ましく、10〜50体積パーセントがより好ましく、15〜40体積%がさらに好ましい。
また、前記皮膜中の空孔の平均直径は、好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下、より好ましくは5nm以下、より好ましくは2nm以下、特に好ましくは1nm以下である。
なお、空孔の平均直径は、X線散乱測定装置により測定した値である。
In the film obtained by such treatment, it is preferable that at least 80 percent, more preferably at least 90 percent, and further preferably at least 95 percent of the pore-forming agent is removed. The degree to which the pore-forming agent is removed can be confirmed by techniques such as infrared spectroscopy, transmission electron microscopy, and the like. For example, if the pore former is a thermoplastic polymer, removal of the pore former may occur when the pore former decomposes into low molecular weight species that can diffuse out of the coating. For example, in the case of thermoplastic polymer pore formers, it is preferred that at least 80 percent, more preferably at least 90 percent, and even more preferably at least 95 percent decompose into its monomeric units or smaller units.
The concentration of pores in the film is preferably 5 to 60% by volume, more preferably 10 to 50% by volume, and still more preferably 15 to 40% by volume based on the total volume of the film.
The average diameter of the pores in the film is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, more preferably 2 nm or less, and particularly preferably 1 nm or less.
The average diameter of the holes is a value measured with an X-ray scattering measurement device.

<超臨界媒体処理>
本発明の絶縁膜は、上記のような処理を行うことで前記皮膜を得た後、ポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して得られる低誘電率層間絶縁膜である。
超臨界媒体を用いることで、前記皮膜中に残存する前記空孔形成剤を除去し、同時に、300℃以下の極めて低温においてガス化し難いポアシール添加剤を、前記皮膜中に均一拡散、反応を行うことができる。
<Supercritical medium processing>
The insulating film of the present invention is a low dielectric constant interlayer insulating film obtained by performing the above-described treatment to obtain the film and then treating it with a supercritical medium containing a pore sealant.
By using a supercritical medium, the pore-forming agent remaining in the film is removed, and at the same time, a pore seal additive that is difficult to gasify at an extremely low temperature of 300 ° C. or lower is uniformly diffused and reacted in the film. be able to.

超臨界媒体としては、例えば二酸化炭素、酸素、アルゴン、クリプトン、キセノン、アンモニア、メタン、エタン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジメチルケトン、六フッ化イオウ、一酸化炭素、一酸化二窒素、フォーミングガス、水素およびこれらの中の2以上の混合物を用いることができる。このような中でも二酸化炭素が好ましい。   Examples of supercritical media include carbon dioxide, oxygen, argon, krypton, xenon, ammonia, methane, ethane, methanol, ethanol, isopropanol, dimethyl ketone, sulfur hexafluoride, carbon monoxide, dinitrogen monoxide, forming gas, Hydrogen and mixtures of two or more thereof can be used. Among these, carbon dioxide is preferable.

例えば超臨界媒体が二酸化炭素の場合、臨界点(超臨界状態となる点)は、温度31.0℃、圧力7.38MPaであり、この臨界点以上の温度、圧力で超臨界状態となる。
この際に使用する装置としては、例えば図1で示されたような装置を用いることができる。
For example, when the supercritical medium is carbon dioxide, the critical point (the point at which it becomes a supercritical state) is a temperature of 31.0 ° C. and a pressure of 7.38 MPa, and it becomes a supercritical state at a temperature and pressure above this critical point.
As an apparatus used in this case, for example, an apparatus as shown in FIG. 1 can be used.

図1に示す装置について説明する。
図1の超臨界媒体処理に用いる装置は、被処理基板W(上記に説明した処理によって得られた皮膜を有する基板)を保持する、ヒータ12Aが埋設された保持台12が内部に設置された処理容器11を有している。処理容器11には処理媒体を供給する媒体供給部13が媒体供給路15を介して接続されている。媒体供給部13は、超臨界状態の流体にポアシール剤が溶解した媒体(以下この流体を処理媒体と呼ぶ)が充填され、また処理媒体は、前記媒体供給部に設けられた温度制御手段14によって温度制御される。温度制御手段14は熱伝導率の高い金属性の筐体を有し、当該筐体の内部には熱交換流路14aが形成され、導入路14Aおよび排出路14Bを介して循環装置23に接続されている。循環装置23には冷却機構および加熱機構が内部に設置されており、必要に応じて熱交換流体を介して、前記媒体供給部13内部の媒体の加熱または冷却を行って媒体の温度制御を行う。媒体供給部13には、バルブ18Aを付したライン18が接続され、ライン18からは、ポアシール剤が溶解した流体が導入される。前記媒体供給部13にポアシール剤を導入する場合には、例えば、超臨界状態の媒体にポアシール剤を溶解させた状態(処理媒体)で導入路18より、バルブ18Aを開放して処理媒体を導入する。ライン18には、CO2供給源と、圧縮(昇圧)手段、ポアシール剤とCO2の混合手段が接続され、処理媒体を前記ライン18から前記媒体供給部13に供給して充填する。前記媒体供給部13内部のCO2を予め超臨界状態としておくため、例えば前記媒体供給部13に前記ライン18から処理媒体を供給する前に、媒体供給部13を前記ライン19から供給されるCO2で加圧する方法をとってもよい。また、前記ライン18から供給されるCO2を用いて、媒体供給部13内部をパージすることも可能である。媒体供給部13に充填された処理媒体は、バルブ15Aを開放することで、媒体供給路15から前記処理容器11の供給口11Aを介して、処理容器11内に導入される。
The apparatus shown in FIG. 1 will be described.
The apparatus used for the supercritical medium processing of FIG. 1 has a holding table 12 in which a heater 12A is embedded, which holds a substrate W to be processed (a substrate having a film obtained by the above-described processing). A processing container 11 is provided. A medium supply unit 13 for supplying a processing medium is connected to the processing container 11 via a medium supply path 15. The medium supply unit 13 is filled with a medium in which a pore sealant is dissolved in a fluid in a supercritical state (hereinafter, this fluid is referred to as a processing medium), and the processing medium is supplied by temperature control means 14 provided in the medium supply unit. Temperature controlled. The temperature control means 14 has a metallic casing having high thermal conductivity, and a heat exchange channel 14a is formed inside the casing and is connected to the circulation device 23 via the introduction path 14A and the discharge path 14B. Has been. The circulation device 23 has a cooling mechanism and a heating mechanism installed therein, and controls the temperature of the medium by heating or cooling the medium inside the medium supply unit 13 via a heat exchange fluid as necessary. . A line 18 with a valve 18 </ b> A is connected to the medium supply unit 13, and a fluid in which a pore sealant is dissolved is introduced from the line 18. When introducing the pore sealant into the medium supply unit 13, for example, the process medium is introduced by opening the valve 18A from the introduction path 18 in a state (process medium) in which the pore sealant is dissolved in the supercritical medium. To do. The line 18 is connected to a CO 2 supply source, a compression (pressure increase) means, and a mixing means of a pore sealant and CO 2 , and a processing medium is supplied from the line 18 to the medium supply unit 13 and filled. In order to set CO 2 inside the medium supply unit 13 in a supercritical state in advance, for example, before supplying the processing medium from the line 18 to the medium supply unit 13, the medium supply unit 13 is supplied with CO supplied from the line 19. The method of pressurizing with 2 may be taken. Further, the inside of the medium supply unit 13 can be purged using CO 2 supplied from the line 18. The processing medium filled in the medium supply unit 13 is introduced into the processing container 11 from the medium supply path 15 through the supply port 11A of the processing container 11 by opening the valve 15A.

処理容器11内には、被処理基板Wを保持する保持台12が設置され、保持台12に保持されたウェハはヒータ12Aにより加熱される。処理容器11に供給された処理媒体は排出口11Bより排出され、排出口11Bに接続された媒体還流路16より前記媒体供給部13に還流する。
前記媒体還流路16にはバルブ16Aが設けられており、バルブ16Aを開放することで、処理容器11に供給された処理媒体が媒体供給部13に還流される。前記媒体供給部13では、還流された処理媒体が前記温度制御手段14で冷却されて、再び前記媒体供給路15から処理容器11へ供給される。
A holding table 12 that holds the substrate to be processed W is installed in the processing container 11, and the wafer held on the holding table 12 is heated by the heater 12 </ b> A. The processing medium supplied to the processing container 11 is discharged from the discharge port 11B, and is returned to the medium supply unit 13 through the medium reflux path 16 connected to the discharge port 11B.
The medium reflux path 16 is provided with a valve 16A, and the processing medium supplied to the processing container 11 is refluxed to the medium supply unit 13 by opening the valve 16A. In the medium supply unit 13, the refluxed processing medium is cooled by the temperature control unit 14 and supplied again from the medium supply path 15 to the processing container 11.

また、前記処理容器11の容器内壁の温度を制御するため、温度制御手段として循環装置21が接続されている。前記循環装置21は、導入路21Aおよび排出路11Bを介して前記処理容器11の内部に形成された、熱交換流路に接続されている。   In order to control the temperature of the inner wall of the processing container 11, a circulation device 21 is connected as temperature control means. The circulation device 21 is connected to a heat exchange flow path formed inside the processing container 11 via an introduction path 21A and a discharge path 11B.

また、前記処理容器11には、バルブ17Aを付したライン17が接続され、ライン17にはCO2供給源と圧縮手段が接続されており、例えば、処理媒体を前記処理容器11に導入する前に、バルブ17Aを開放してCO2を前記処理容器11に導入することによって、処理容器11内の圧力を上昇させておくことができる。さらに、例えば、超臨界媒体での処理が終了した後に、超臨界状態のCO2を用いて、前記処理容器11内をパージすることが可能になっている。前記媒体還流路16には、背圧弁(保圧弁)20Aを付した媒体排出路20が接続され、背圧弁20Aを開放することにより、成膜処理が終了した後に前記処理容器11や前記媒体供給部11内に残留する処理媒体や、副生成物を排出することが可能である。前記背圧弁20Aの開度は、前記媒体還流路16に設置された圧力計16Cによって計測された圧力が、制御手段16Dにフィードバックされ、当該制御手段16Dが、前記背圧弁20Aの開度を調整する機構となっており、必要に応じて前記還流路16や、前記処理容器11、または前記媒体供給部13内の圧力を調整し、処理媒体を排気する場合や、処理媒体を超臨界状態の媒体でパージする場合に、パージされる媒体または処理媒体が超臨界状態となるように圧力を調整する。 Further, a line 17 with a valve 17A is connected to the processing container 11, and a CO 2 supply source and a compression means are connected to the line 17, for example, before introducing a processing medium into the processing container 11. In addition, by opening the valve 17A and introducing CO 2 into the processing container 11, the pressure in the processing container 11 can be increased. Further, for example, after the processing with the supercritical medium is completed, the inside of the processing container 11 can be purged using CO 2 in a supercritical state. A medium discharge path 20 with a back pressure valve (holding pressure valve) 20A is connected to the medium reflux path 16, and the back pressure valve 20A is opened so that after the film formation process is completed, the processing container 11 and the medium supply are completed. It is possible to discharge the processing medium and by-products remaining in the section 11. As for the opening degree of the back pressure valve 20A, the pressure measured by the pressure gauge 16C installed in the medium reflux path 16 is fed back to the control means 16D, and the control means 16D adjusts the opening degree of the back pressure valve 20A. If necessary, the pressure in the reflux path 16, the processing vessel 11, or the medium supply unit 13 is adjusted to exhaust the processing medium, or the processing medium is in a supercritical state. When purging with a medium, the pressure is adjusted so that the medium to be purged or the processing medium is in a supercritical state.

このような装置を用いて超臨界媒体による処理を行うことができる。   Processing using a supercritical medium can be performed using such an apparatus.

空孔が形成された皮膜を超臨界媒質中で処理する際の条件としては、温度0〜200℃、より好ましくは20〜150℃、圧力10〜200気圧、より好ましくは20〜180気圧である。超臨界媒質中での処理時間は10秒間〜2時間、より好ましくは1分間〜1時間である。   The conditions for treating the film in which the pores are formed in the supercritical medium are a temperature of 0 to 200 ° C., more preferably 20 to 150 ° C., a pressure of 10 to 200 atm, and more preferably 20 to 180 atm. . The treatment time in the supercritical medium is 10 seconds to 2 hours, more preferably 1 minute to 1 hour.

本発明の絶縁膜を得る際には、超臨界媒質に、超臨界媒質によって抽出されて形成されたポアに対してポアシールし得る化合物(ポアシール剤)を添加する。ポアシール剤とは空孔形成剤が皮膜の外に排出された際にできた経路およびポアのラジカル、水酸基などの活性部位に吸着して反応し、経路をふさぐことによって水分の侵入を防ぐ効果を有する物質のことである。   In obtaining the insulating film of the present invention, a compound (pore sealant) capable of pore-sealing with respect to pores extracted and formed by the supercritical medium is added to the supercritical medium. The pore sealant has the effect of preventing moisture from entering by adsorbing and reacting with the active sites such as the pores and the radicals and hydroxyl groups of the pores formed when the pore-forming agent is discharged out of the film. It is a substance that you have.

ポアシール剤はシラン化合物であることが好ましい。上記のような水分の浸入を防ぐ効果が高いからである。
シラン化合物であるポアシール剤としてはtetramethylcyclotetrasiloxane(TMCTS),hexamethyldisilazane (HMDS), tetramethyldisilazane (TMDS), trimethylsilyidimethylamine (TMSDMA), trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA), N-trimethylsilyl-imidazole (TMSI), methyltrimethoxysilane (MTMOS), vinyltrimethoxysilane (VTMOS), trimethylchlorosilane (TMCS), dimethylsilyidimethylamine (DMSDMA), dimethylsilyldiethylamine (DMSDEA), bis(dimethylamino)methyl silane (B[DMA]MS), bis(dimethylamino)dimethyl silane (B[DMA]DS), dimethylaminopentamethyldisilane (DMAPMDS), dimethylaminodimethyldisilane (DMADMDS), disila-aza-cyclopentane (TDACP), disila-oza-cyclopentane (TDOCP), triethylchlorosilane (TECS), tetramethoxysilane (TMOS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), tetraethoxysilane (TEOS), methyltriethoxysilane (MTEOS), dimethyldiethoxysilane (DMDEOS), vinyltriethoxysilane (VTEOS), trimethylmethoxysilane (TMMS), trimethylethoxysilane (TMES), trimethylsilanol (TMS-OH), bis(trimethoxysilyl)hexane, bis(trimethoxysilyl)octane, bis(trimethylsilylmethyl)dimethoxysilane, bistrimethoxysilylethane, cyclohexylmethyldimethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, dicyclopentyldimethoxysilane, diisobutyldimethoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, octyldimethylmethoxysilane, trimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, tris(dimethylsiloxy)ethoxysilaneが例として挙げられる。中でもTMCTSが好ましい。
The pore sealant is preferably a silane compound. This is because the effect of preventing the entry of moisture as described above is high.
The pore sealants that are silane compounds are tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), tetramethyldisilazane (TMDS), trimethylsilyidimethylamine (TMSDMA), trimethylsilyldiethylamine (TMSDEA), N-trimethylsilyl-imidazole (TMSI), methyltrimethoxysilane (MTMOS), and vinyltrimethoxysilane (MTMOS), MOS ), trimethylchlorosilane (TMCS), dimethylsilyidimethylamine (DMSDMA), dimethylsilyldiethylamine (DMSDEA), bis (dimethylamino) methyl silane (B [DMA] MS), bis (dimethylamino) dimethyl silane (B [DMA] DS), dimethylaminopentamethyldisilane (DMAPMDS), dimethylaminodimethyldisilane (DMADMDS), disila-aza-cyclopentane (TDACP), disila-oza-cyclopentane (TDOCP), triethylchlorosilane (TECS), tetramethoxysilane (TMOS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), tetraethoxysilane (TEOS), methyltriethoxysilane (MTEOS), dimethyldiethoxysilane ( DMDEOS), vinyltriethoxysilane (VTEOS), trimethylmethoxysilane (TMMS), trimethylethoxysilane (TMES), trimethylsilanol (TMS-OH), bis (trimethoxysilyl) hexane , bis (trimethoxysilyl) octane, bis (trimethylsilylmethyl) dimethoxysilane, bistrimethoxysilylethane, cyclohexylmethyldimethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, dicyclopentyldimethoxysilane, diisobutyldimethoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, octyldimethylmethoxysilane, trimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, trisilane Of these, TMCTS is preferable.

超臨界媒体中のポアシール剤の含有量は0.01〜10質量%が好ましく、0.1〜5質量%がより好ましく、さらに好ましくは0.5〜1.5質量%である。   The content of the pore sealant in the supercritical medium is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass, and still more preferably 0.5 to 1.5% by mass.

超臨界媒体にポアシールし得る化合物を添加する際には、所望の量の添加剤を処理容器に導入した後に超臨界媒質となる二酸化炭素等を導入し加圧を開始してもよいし、超臨界状態の媒質に注入してもよい。   When a compound capable of pore sealing is added to the supercritical medium, carbon dioxide or the like as a supercritical medium may be introduced after introducing a desired amount of additive into the processing vessel, and pressurization may be started. You may inject | pour into the medium of a critical state.

以上に説明した方法によって得られる低誘電率層間絶縁膜が本発明の絶縁膜である。また、このような方法によって、同時に本発明の絶縁膜を有する基板である絶縁膜付き基板も得られる。
本発明の絶縁膜は、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できる。
なお、別の用途として本発明の絶縁膜に電子ドナーまたはアクセプターをドープすることによって導電性を付与し、導電性膜として使用することもできる。
The low dielectric constant interlayer insulating film obtained by the method described above is the insulating film of the present invention. In addition, a substrate with an insulating film, which is a substrate having the insulating film of the present invention, can be obtained by such a method.
The insulating film of the present invention is suitable as an insulating film in electronic parts such as semiconductor devices and multichip module multilayer wiring boards. In addition to an interlayer insulating film for semiconductors, a surface protective film, and a buffer coat film, a passivation film in LSI, α It can be used as a line blocking film, a flexographic printing plate cover lay film, an overcoat film, a flexible copper clad cover coat, a solder resist film, a liquid crystal alignment film, and the like.
As another application, the insulating film of the present invention can be used as a conductive film by imparting conductivity by doping with an electron donor or acceptor.

また、本発明は、本発明の絶縁膜を有する基板(絶縁膜付き基板)の製造方法である。すなわち、本発明は、有機化合物と空孔形成剤とを含む膜形成用組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、その後、前記皮膜をポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して、低誘電率層間絶縁膜を有する基板を得る、絶縁膜付き基板の製造方法である。
すなわち、上記に説明した本発明の絶縁膜を得るための処理過程が、本発明の絶縁膜付き基板の製造方法である。
Moreover, this invention is a manufacturing method of the board | substrate (board | substrate with an insulating film) which has an insulating film of this invention. That is, the present invention applies a film-forming composition containing an organic compound and a pore-forming agent on a substrate to form a film on the substrate, cures the film, and then coats the film with a pore sealant. Is a method for manufacturing a substrate with an insulating film, wherein a substrate having a low dielectric constant interlayer insulating film is obtained.
That is, the process for obtaining the insulating film of the present invention described above is the method for manufacturing a substrate with an insulating film of the present invention.

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.

〔実施例A:カゴ型構造系化合物及び空孔形成剤を含む膜形成用組成物〕 [Example A: Film-forming composition containing a cage structure type compound and a pore-forming agent]

<合成例1>
Macromolecules., 24, 5266 (1991) に記載の方法により4,9−ジブロモジアダマンタンを合成した。次いで、500mlフラスコに市販のp−ジビニルベンゼン1.30g、4,9−ジブロモジアダマンタン3.46g、ジクロロエタン200ml、および塩化アルミニウム2.66gを仕込み、内温70℃で24時間攪拌した。その後、200mlの水を加え、有機層を分液した。無水硫酸ナトリウムを加えた後、固形分を濾過で除去し、ジクロロエタンを半分量になるまで減圧下で濃縮し、この溶液にメタノールを300ml加え、析出した沈殿を濾過した。このようにして質量平均分子量が10,000である上記に(A−4)として示したポリマーを2.8g得た。
<Synthesis Example 1>
4,9-dibromodiadamantane was synthesized by the method described in Macromolecules., 24, 5266 (1991). Next, 1.30 g of commercially available p-divinylbenzene, 3.46 g of 4,9-dibromodiadamantane, 200 ml of dichloroethane, and 2.66 g of aluminum chloride were charged into a 500 ml flask and stirred at an internal temperature of 70 ° C. for 24 hours. Thereafter, 200 ml of water was added to separate the organic layer. After adding anhydrous sodium sulfate, the solid content was removed by filtration, and dichloroethane was concentrated under reduced pressure until the volume was reduced to half, 300 ml of methanol was added to this solution, and the deposited precipitate was filtered. In this way, 2.8 g of the polymer shown as (A-4) above having a weight average molecular weight of 10,000 was obtained.

<実施例1>
上記のポリマーの1.0gおよびアニオン重合ポリスチレン(Mn:8200)0.2gをシクロヘキサノン5.0mlおよびアニソール5.0mlの混合溶剤に加熱溶解し、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、この皮膜を窒素気流下ホットプレート上で150℃で60秒間加熱した。得られた皮膜の膜厚を反射干渉型膜厚計で測定したところ、0.5ミクロンであった。このフイルムのTEM観察の目視検査に基づいた平均空孔直径は4nmであった。
<Example 1>
1.0 g of the above polymer and 0.2 g of anionically polymerized polystyrene (Mn: 8200) were dissolved by heating in a mixed solvent of 5.0 ml of cyclohexanone and 5.0 ml of anisole to prepare a coating solution. The solution was filtered through a 0.1 micron tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, and the film was heated on a hot plate at 150 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream. The film thickness of the obtained film was measured with a reflection interference type film thickness meter and found to be 0.5 microns. The average pore diameter based on visual inspection of the film by TEM observation was 4 nm.

(超臨界媒体処理)
得られた皮膜付き基板を図1に示したジルコニウム製の密閉チャンバーに入れ、以下の条件で超臨界媒質での処理を行った。
密閉チャンバー内の体積に対して標準状態で1体積%になるようにTMCTSをチャンバー内に滴下した。その後二酸化炭素をチャンバー内に導入し140気圧に加熱した。その後5℃/minで徐々に温度を上昇しチャンバー内が100℃になるまで加熱した。この状態を5分間維持した。チャンバー内が室温になるまで放冷したのち、チャンバー内を大気圧に戻し基板を取り出した。得られた基板上の膜の比誘電率を水銀プローブにて測定したところ、2.15であった、また、2週間、温度23℃、湿度45%RHの環境下に放置後再測定したところ誘電率2.19であった。
(Supercritical medium processing)
The obtained film-coated substrate was placed in a sealed chamber made of zirconium shown in FIG. 1 and treated with a supercritical medium under the following conditions.
TMCTS was dropped into the chamber so as to be 1% by volume in a standard state with respect to the volume in the sealed chamber. Thereafter, carbon dioxide was introduced into the chamber and heated to 140 atm. Thereafter, the temperature was gradually increased at 5 ° C./min, and the chamber was heated to 100 ° C. This state was maintained for 5 minutes. After allowing the chamber to cool to room temperature, the chamber was returned to atmospheric pressure and the substrate was taken out. When the relative dielectric constant of the film on the obtained substrate was measured with a mercury probe, it was 2.15, and it was again measured after being left in an environment of temperature 23 ° C. and humidity 45% RH for 2 weeks. The dielectric constant was 2.19.

<比較例1>
超臨界媒体による処理を行わないこと以外、実施例1と同様に評価を行ったところ誘電率は2.16であった。また、2週間後の再測定では2.7であった。
<Comparative Example 1>
The dielectric constant was 2.16 when evaluated in the same manner as in Example 1 except that the treatment with the supercritical medium was not performed. The re-measurement after 2 weeks was 2.7.

<比較例2>
媒質にTMCTSを添加したないこと以外、実施例1と同様に評価を行ったところ誘電率は2.14であった。また、2週間後の再測定では2.65であった。
<Comparative example 2>
The dielectric constant was 2.14 when evaluated in the same manner as in Example 1 except that TMCTS was not added to the medium. The remeasurement after 2 weeks was 2.65.

図1は、本発明の絶縁膜を得る際に好適に用いることできる超臨界媒体処理装置の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a supercritical medium processing apparatus that can be suitably used for obtaining an insulating film of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 処理容器
12 保持台
12A 加熱手段(ヒータ)
13 媒体供給部
14 温度制御手段
14a 熱交換流路
15 媒体供給路
16 媒体還流路
17,18,19 ライン(導入路)
21,23 循環装置
15A,16A,17A,18A バルブ
20A 背圧弁
11A,14A,21A 供給路(導入路)
11B,14B,21B 排出路
16C 圧力計
16D 制御機構
11 Processing container 12 Holding table 12A Heating means (heater)
13 Medium supply section 14 Temperature control means 14a Heat exchange flow path 15 Medium supply path 16 Medium return path 17, 18, 19 line (introduction path)
21, 23 Circulator 15A, 16A, 17A, 18A Valve 20A Back pressure valve 11A, 14A, 21A Supply path (introduction path)
11B, 14B, 21B Discharge path 16C Pressure gauge 16D Control mechanism

Claims (4)

有機化合物と空孔形成剤とを含む膜形成用組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、その後、前記皮膜をポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して得られる、低誘電率層間絶縁膜。   A film-forming composition containing an organic compound and a pore-forming agent is applied onto a substrate to form a film on the substrate, the film is cured, and then the film is coated with a supercritical medium containing a pore sealant. Low dielectric constant interlayer insulating film obtained by processing. 前記ポアシール剤がシラン化合物である、請求項1に記載の低誘電率層間絶縁膜。   The low dielectric constant interlayer insulating film according to claim 1, wherein the pore sealant is a silane compound. 前記基板上に、請求項1または2に記載の低誘電率層間絶縁膜を有する、絶縁膜付き基板。   The board | substrate with an insulating film which has the low dielectric constant interlayer insulation film of Claim 1 or 2 on the said board | substrate. 有機化合物と空孔形成剤とを含む膜形成用組成物を基板上に塗布して前記基板上に皮膜を形成し、前記皮膜を硬化し、その後、前記皮膜をポアシール剤を含む超臨界媒体で処理して、低誘電率層間絶縁膜を有する基板を得る、絶縁膜付き基板の製造方法。   A film-forming composition containing an organic compound and a pore-forming agent is applied onto a substrate to form a film on the substrate, the film is cured, and then the film is coated with a supercritical medium containing a pore sealant. A method of manufacturing a substrate with an insulating film, which is processed to obtain a substrate having a low dielectric constant interlayer insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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