JP2012009796A - Semiconductor insulating film composition containing polyorganosilsesquioxane having methacryloxy group or acryloxy group - Google Patents

Semiconductor insulating film composition containing polyorganosilsesquioxane having methacryloxy group or acryloxy group Download PDF

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Yoshio Nakahara
佳夫 中原
Keiichi Kimura
恵一 木村
Hisashi Fukuda
永 福田
Maki Kumei
麻希 粂井
Hiroyuki Yamamoto
洋之 山本
Fumio Oi
册雄 大井
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Konishi Chemical Ind Co Ltd
Muroran Institute of Technology NUC
Wakayama University
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Konishi Chemical Ind Co Ltd
Muroran Institute of Technology NUC
Wakayama University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor insulating film composition containing a polyorganosilsesquioxane having a methacryloxy group or an acryloxy group and a method for producing a thin film using the semiconductor insulating film composition, and an insulating film produced by the method and exhibiting resistance against an organic solvent.SOLUTION: A semiconductor insulating film composition is prepared by adding a vinyl monomer and a polymerization initiator to a polyorganosilsesquioxane having a methacryloxy group or an acryloxy group. After the semiconductor insulating film composition is coated by a spin coating method or the like, radical polymerization of a vinyl group is performed with heating or an ultraviolet irradiation. Subsequently, the semiconductor insulating film composition is compositely cured by condensation polymerization of an alkoxy group to produce a silicone insulating film (polysilsesquioxane film).

Description

本発明は、メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を有するポリオルガノシルセスキオキサンを主成分とする半導体絶縁膜用組成物と、有機溶媒に耐性を示すポリオルガノシルセスキオキサン系絶縁膜の製造方法に関するものである。The present invention relates to a composition for a semiconductor insulating film mainly composed of a polyorganosilsesquioxane having a methacryloxy group or an acryloxy group, and a method for producing a polyorganosilsesquioxane-based insulating film resistant to an organic solvent. It is.

ポリオルガノシルセスキオキサン(以下、PSQと称する)は、ケイ素原子数に対する酸素原子数の比が1.5であるようなシリコーン系レジンの総称である。このようなPSQ化合物は有機と無機の特性を併せ持つことから、有機溶媒への溶解性と製膜性に優れ、耐熱性かつ電気絶縁性を有するため、光・電子デバイス材料の絶縁素材として使用されている。Polyorganosilsesquioxane (hereinafter referred to as PSQ) is a general term for silicone resins in which the ratio of the number of oxygen atoms to the number of silicon atoms is 1.5. Since such PSQ compounds have both organic and inorganic characteristics, they are excellent in solubility in organic solvents and film-forming properties, and have heat resistance and electrical insulation properties. Therefore, they are used as insulating materials for optical and electronic device materials. ing.

近年の電子ペーパーやフレキシブルディスプレイへの要求の高まりにより、プラスチック基板上にウエットプロセスで製造でき、比較的温和な反応条件で硬化が可能となる絶縁膜が求められている。PSQは、シリカなどの無機固体と比較して柔軟性に優れ、有機溶媒に溶解してスピンコート法等により一度に大面積の塗膜が可能であるため、有望な絶縁材料して期待されている。With the recent increase in demand for electronic paper and flexible displays, there is a demand for an insulating film that can be produced on a plastic substrate by a wet process and that can be cured under relatively mild reaction conditions. PSQ is excellent in flexibility compared with inorganic solids such as silica, and is expected to be a promising insulating material because it can be dissolved in an organic solvent and a large-area coating film can be formed at once by a spin coating method or the like. Yes.

これまでに様々なPSQについて検討がなされており(例えば、特許文献1および2)、特にフェニル基を側鎖に有するポリフェニルシルセスキオキサン(以下、PPSQと称する)では、有機半導体である、例えばペンタセンのような化合物との接着性に優れるため、高いトランジスタ特性を発揮できると考えられる。しかしながら、PPSQでは、末端に存在するアルコキシ基の縮合重合による硬化において、200℃以上の反応温度を要するために、プラスチック基板上に適用することはできない。一方で、メチル基を側鎖に有するポリメチルシルセスキオキサン(以下、PMSQと称する)では、硬化温度を低くおさえることができるが、芳香環を側鎖に有していないために、有機半導体との接着性が良好ではないと考えられる。したがって、アリール基を主成分として含みながらも、硬化温度の低いPSQが求められている。Various PSQs have been studied so far (for example, Patent Documents 1 and 2). In particular, polyphenylsilsesquioxane (hereinafter referred to as PPSQ) having a phenyl group in a side chain is an organic semiconductor. For example, it is considered that high transistor characteristics can be exhibited because of excellent adhesiveness with a compound such as pentacene. However, PPSQ cannot be applied on a plastic substrate because it requires a reaction temperature of 200 ° C. or higher in curing by condensation polymerization of an alkoxy group present at the terminal. On the other hand, in polymethylsilsesquioxane (hereinafter referred to as PMSQ) having a methyl group in the side chain, the curing temperature can be kept low, but since it does not have an aromatic ring in the side chain, the organic semiconductor It is thought that the adhesiveness with the is not good. Therefore, there is a demand for PSQ having a low curing temperature while containing an aryl group as a main component.

メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を分子内に複数有する化合物では、重合開始剤存在下、紫外線照射または加熱によってラジカルを発生させることでビニル基の付加重合が進行し、化学的に架橋された結果、不溶化する。したがって、メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を一分子内に複数個有するPPSQにおいては、低温で硬化させることが可能であり、有機半導体との接着性にも優れると思われる。しかしながら、ビニル基のラジカル重合だけでは硬化が不十分であり、有機溶媒への不溶化を達成できない。In the case of a compound having a plurality of methacryloxy groups or acryloxy groups in the molecule, the radical polymerization is generated by the irradiation of ultraviolet rays or heating in the presence of a polymerization initiator, whereby the vinyl group undergoes addition polymerization and becomes insoluble as a result of chemical crosslinking. . Therefore, PPSQ having a plurality of methacryloxy groups or acryloxy groups in one molecule can be cured at a low temperature and is considered to be excellent in adhesion to an organic semiconductor. However, the radical polymerization of the vinyl group alone is insufficient for curing, and insolubilization in an organic solvent cannot be achieved.

特開2001−354771JP-A-2001-354771 特開2009−59651JP 2009-59651 A 特開平4−76059JP 4-76059 特開平5−1124JP-A-5-1124

本発明の目的は、上記の背景技術の問題点に鑑み、低温で硬化が可能であるメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を有するPSQと、PSQ薄膜の製造方法、ビニル基のラジカル重合とアルコキシ基の縮合重合により複合的に硬化することで、有機溶媒に不溶となる絶縁膜を提供することにある。An object of the present invention is to provide a PSQ having a methacryloxy group or an acryloxy group that can be cured at a low temperature, a method for producing a PSQ thin film, a radical polymerization of a vinyl group, and a condensation polymerization of an alkoxy group in view of the problems of the background art. It is to provide an insulating film that is insoluble in an organic solvent by being cured in a complex manner.

上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、以下の手段によって達成された。
即ち、一般式(1)で表されるPSQに重合開始剤を混合し、有機溶媒を配合してなる半導体絶縁膜用組成物。(請求項1)
(但し、l、m、nは正の整数であり、Rは、アリール基、Rは、アルキル基、Rは、一般式(2)で表されるメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基
(但し、式中Rは、水素原子またはメチル基、Rは、炭素数1〜18の非置換または置換アルキル基である。)であり、Rは水素、メチル基、エチル基から選ばれるものとする。)
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, have been achieved by the following means.
That is, the composition for semiconductor insulation films which mixes a polymerization initiator with PSQ represented by General formula (1), and mix | blends the organic solvent. (Claim 1)
(However, l, m, and n are positive integers, R 1 is an aryl group, R 2 is an alkyl group, and R 3 is a methacryloxy group or an acryloxy group represented by the general formula (2).
(Wherein R 5 is a hydrogen atom or a methyl group, R 6 is an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms), and R 4 is selected from hydrogen, a methyl group, and an ethyl group Shall be. )

ビニルモノマーを含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。(請求項2)The composition of claim 1 comprising a vinyl monomer. (Claim 2)

請求項2に記載の組成物を塗布し、ビニル基のラジカル重合と末端アルコキシ基の縮合重合による複合硬化処理を施すことを特徴とする製膜方法。(請求項3)A film forming method comprising applying the composition according to claim 2 and performing a composite curing treatment by radical polymerization of vinyl groups and condensation polymerization of terminal alkoxy groups. (Claim 3)

請求項3の方法で製造された有機溶媒に不溶であることを特徴とするPSQ系絶縁膜。(請求項4)A PSQ insulating film, which is insoluble in an organic solvent produced by the method of claim 3. (Claim 4)

本発明の特徴は、メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を有するPSQ、ビニルモノマーおよび重合開始剤を有機溶媒に溶解させて半導体絶縁膜用組成物とし、スピンコート法等により塗布とした後、ビニル基のラジカル重合とアルコキシ基の縮合重合により複合的に化学架橋させることで、比較的に温和な反応条件で有機溶媒に不溶となる膜を製造することである。A feature of the present invention is that a PSQ having a methacryloxy group or an acryloxy group, a vinyl monomer and a polymerization initiator are dissolved in an organic solvent to form a composition for a semiconductor insulating film. It is to produce a film that is insoluble in an organic solvent under relatively mild reaction conditions by performing chemical cross-linking in combination by polymerization and condensation polymerization of alkoxy groups.

本発明によれば、ビニル基のラジカル重合とアルコキシ基の縮合重合で複合的に化学架橋させることで、比較的に温和な反応条件で有機溶媒に不溶となるPSQ膜を製造できる。一方で、ビニル基のラジカル重合のみやアルコキシ基の縮合重合のみでは、有機溶媒に対して耐性を示す絶縁膜を製造することができない。また、ビニルモノマーを添加することで、官能基の種類に応じた機能化も同時に可能である。特に、フルオロアルキル基などの疎水性の置換基を導入することで、膜の撥水性を調整することができる。According to the present invention, a PSQ film that is insoluble in an organic solvent under relatively mild reaction conditions can be produced by performing chemical cross-linking in combination by radical polymerization of vinyl groups and condensation polymerization of alkoxy groups. On the other hand, an insulating film exhibiting resistance to an organic solvent cannot be produced only by radical polymerization of vinyl groups or condensation polymerization of alkoxy groups. Moreover, the functionalization according to the kind of functional group is simultaneously possible by adding a vinyl monomer. In particular, the water repellency of the film can be adjusted by introducing a hydrophobic substituent such as a fluoroalkyl group.

本発明によると、比較的に温和な反応条件によって有機溶媒に不溶となる絶縁膜が製造できるため、プラスチック基板等に変形や歪みを引き起こさずに済み、極めて有用な技術といえる。According to the present invention, an insulating film that is insoluble in an organic solvent can be produced under relatively mild reaction conditions, so that it is possible to prevent deformation and distortion of a plastic substrate and the like, which is an extremely useful technique.

実施例1で作製したPSQ膜の、アセトンで超音波処理後の電圧−抵抗図を示す(実施例5)。The voltage-resistance diagram of the PSQ film produced in Example 1 after ultrasonic treatment with acetone is shown (Example 5). 実施例3で作製したPSQ膜の、アセトンで超音波処理後の電圧−抵抗図を示す(実施例5)。The voltage-resistance diagram of the PSQ film produced in Example 3 after ultrasonic treatment with acetone is shown (Example 5). 比較例1で作製したPSQ膜の、アセトンで超音波処理後の電圧−抵抗図を示す(実施例5)。The voltage-resistance diagram of the PSQ film produced in Comparative Example 1 after ultrasonic treatment with acetone is shown (Example 5). 実施例3で作製されたPSQ膜の原子間力顕微鏡測定結果(形状像)を示す(実施例7)。The atomic force microscope measurement result (shape image) of the PSQ film produced in Example 3 is shown (Example 7). 実施例8で作製された有機トランジスタの構造を示す。The structure of the organic transistor produced in Example 8 is shown. 実施例8で作製された有機トランジスタの出力特性を示す。The output characteristic of the organic transistor produced in Example 8 is shown.

本発明は、
工程(A)PSQ、ビニルモノマー、重合開始剤を含む半導体絶縁膜用組成物を調製し、塗布する方法、
工程(B)ビニル基のラジカル重合によって、膜を硬化させる方法、
工程(C)アルコキシ基の縮合重合によって、膜を硬化させる方法、
により製造され、以降、詳細に説明する。なお、本発明はこれらに限定されるものではない。
<工程A>
The present invention
Step (A) A method for preparing and applying a composition for a semiconductor insulating film containing PSQ, a vinyl monomer, and a polymerization initiator,
Step (B) a method of curing the film by radical polymerization of vinyl group,
Step (C) a method of curing the film by condensation polymerization of alkoxy groups,
Will be described in detail below. The present invention is not limited to these.
<Process A>

工程AにおけるPSQ
一般式(1)に表されるPSQについて、メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を含む有機基と、その他の有機基(アリール基およびアルキル基)のモル比は、99:1〜1:99まで含むが、5:95〜50:50が好ましい。メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を含む有機基が5モル%未満ではビニル基のラジカル重合による硬化が十分ではなく、また50モル%以上ではPSQが主にラダー構造ではなく、ランダム構造を取るために、有機溶媒への溶解性が低下し、薄膜の製造に支障をきたすためである。
PSQ in process A
Regarding the PSQ represented by the general formula (1), the molar ratio of an organic group containing a methacryloxy group or an acryloxy group and other organic groups (aryl group and alkyl group) includes from 99: 1 to 1:99. 5: 95-50: 50 is preferable. When the organic group containing methacryloxy group or acryloxy group is less than 5 mol%, curing by radical polymerization of vinyl group is not sufficient, and when it is 50 mol% or more, PSQ mainly takes a random structure instead of a ladder structure. This is because the solubility in the solvent is lowered, and the production of the thin film is hindered.

一般式(1)に表されるPSQについて、アリール基とアルキル基のモル比は、99:1〜1:99まで含むが、90:10〜60:40が好ましい。有機半導体との接着性を向上させるためにアリール基を主成分とするが、アルキル基を10%以上含まないと硬化温度が高くなり、アルコキシ基の縮合重合による硬化が十分でなくなるためである。About PSQ represented by General formula (1), although the molar ratio of an aryl group and an alkyl group contains from 99: 1 to 1:99, 90: 10-60: 40 is preferable. This is because an aryl group is used as a main component in order to improve the adhesion to an organic semiconductor, but if the alkyl group is not contained in an amount of 10% or more, the curing temperature becomes high and curing by condensation polymerization of the alkoxy group becomes insufficient.

PSQの重量平均分子量は1,000〜100,000までである。分子量が1,000以下では、PSQ一分子中に含まれるメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基の数が少なくなるためにビニル基のラジカル重合による硬化が十分ではなく、また、分子量が100,000以上では、PSQの有機溶媒への溶解性が低下するためである。The weight average molecular weight of PSQ is 1,000 to 100,000. When the molecular weight is 1,000 or less, the number of methacryloxy groups or acryloxy groups contained in one PSQ molecule is small, so that curing by radical polymerization of vinyl groups is not sufficient, and when the molecular weight is 100,000 or more, PSQ This is because the solubility in the organic solvent decreases.

一般式(1)中のRは、アリール基から選ばれる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、または一部がハロゲン原子やアルキル基などに置換されたフェニル基などが挙げられる。R 1 in the general formula (1) is selected from aryl groups. Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, or a phenyl group partially substituted with a halogen atom or an alkyl group.

一般式(1)中のRは、アルキル基から選ばれる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、オクチル基、オクタデシル基、または一部がハロゲン原子やシアノ基などで置換されたアルキル基などが挙げられる。R 2 in the general formula (1) is selected from alkyl groups. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an octyl group, an octadecyl group, or an alkyl group partially substituted with a halogen atom, a cyano group, or the like.

一般式(2)中のRは水素原子またはメチル基である。Rは、炭素数1〜18の非置換または置換炭化水素基である。Rの非置換炭化水素基としては、例えば、メチレン、トリメチレン、テトラメチレンなどのアルキレン基が挙げられる。置換炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アリール基、シクロアルキル基またはこれらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部をハロゲン原子、シアノ基などで置換した基などが挙げられる。R 5 in the general formula (2) is a hydrogen atom or a methyl group. R 6 is an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms. Examples of the unsubstituted hydrocarbon group for R 6 include alkylene groups such as methylene, trimethylene, and tetramethylene. Examples of the substituted hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a cycloalkyl group, or a group obtained by substituting a part of hydrogen atoms bonded to carbon atoms of these groups with a halogen atom, a cyano group, or the like. It is done.

PSQは、それ自体公知であり、例えば、特許文献3および4に記載された製造方法によって得られる。PSQ is known per se and can be obtained, for example, by the production methods described in Patent Documents 3 and 4.

工程Aにおけるビニルモノマー
PSQと混合するビニルモノマーは、単官能性、二官能性、多官能性、いずれのビニルモノマーでも使用できる。ただし、スピンコート法で塗布する場合、比較的粘度の高いビニルモノマーの方がよい。また、PSQと相溶性の低いビニルモノマーを使用した場合、膜内で相分離が引き起こされる場合があるので、PSQとの相溶性を考えて選択する必要がある。単官能性のメタクリレート(アクリレート)としては、例えば、メチルメタクリレート(以下、MMAと称する)、ブチルメタクリレート(以下、BMAと称する)、ステアリルメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレートなどが挙げられる。二官能性のメタクリレート(アクリレート)としては、例えば、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、1,10−デカンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレートなどが挙げられる。多官能性のメタクリレート(アクリレート)としては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート(以下、A−TMPTと称する)、トリメチロールプロパントリメタクリレート(以下、TMPTと称する)、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどが挙げられる。A−TMPTについては、一般式(3)に表す。
他の種類のビニルモノマーとしては、スチレン、ジビニルベンゼン、アクリルアミド、N,N’−エチレンビスアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド(以下、NIPAMと称する)などが挙げられる。
The vinyl monomer to be mixed with the vinyl monomer PSQ in the step A can be any monofunctional, bifunctional or polyfunctional vinyl monomer. However, when applying by spin coating, a vinyl monomer having a relatively high viscosity is better. In addition, when a vinyl monomer having low compatibility with PSQ is used, phase separation may be caused in the membrane, so it is necessary to select it in consideration of compatibility with PSQ. Examples of the monofunctional methacrylate (acrylate) include methyl methacrylate (hereinafter referred to as MMA), butyl methacrylate (hereinafter referred to as BMA), stearyl methacrylate, methoxypolyethylene glycol acrylate, phenoxypolyethylene glycol acrylate, and the like. Examples of the bifunctional methacrylate (acrylate) include polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, tricyclodecane dimethanol diacrylate, 1,10-decanediol diacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, and the like. Examples of the polyfunctional methacrylate (acrylate) include trimethylolpropane triacrylate (hereinafter referred to as A-TMPT), trimethylolpropane trimethacrylate (hereinafter referred to as TMPT), ditrimethylolpropane tetraacrylate, and pentaerythritol tetra. Examples thereof include acrylate and dipentaerythritol hexaacrylate. About A-TMPT, it represents in General formula (3).
Examples of other types of vinyl monomers include styrene, divinylbenzene, acrylamide, N, N′-ethylenebisacrylamide, N-isopropylacrylamide (hereinafter referred to as NIPAM), and the like.

PSQと混合するビニルモノマーは、必ずしも一種類である必要はない。二種類以上のビニルモノマーを混合して用いることもできる。The vinyl monomer mixed with PSQ is not necessarily one kind. Two or more kinds of vinyl monomers can be mixed and used.

工程Aにおける重合開始剤
ラジカル重合に用いられる開始剤としては、従来公知とされている種々のものを使用することができ、例えば、アセトフェノン、プロピオフェノン、ベンゾフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、サントール、フルオレン、アンスラキノン、ベンズアルデヒド、過酸化ベンゾイル(以下、BPOと称する)、アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと称する)などが挙げられる。これらの重合開始剤は1種類を単独で、もしくは2種類以上を混合して使用することができる。また、本発明において上記の重合開始剤を用いるときに共に3級アミン等のいわゆる光増感促進剤を用いて光重合性を一層高めることも可能である。3級アミンとしては脂肪族、芳香族の各種3級アミンが使用可能であり、N−ジメタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、トリエチルアミン、P−ジメチルアミノ安息香酸エチル等が挙げられる。
Polymerization initiator in step A As the initiator used for radical polymerization, various conventionally known initiators can be used, for example, acetophenone, propiophenone, benzophenone, 1-hydroxycyclohexyl. Examples include phenyl ketone, santol, fluorene, anthraquinone, benzaldehyde, benzoyl peroxide (hereinafter referred to as BPO), azobisisobutyronitrile (hereinafter referred to as AIBN), and the like. These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more. In the present invention, when the above polymerization initiator is used, it is possible to further enhance the photopolymerizability by using a so-called photosensitization accelerator such as a tertiary amine. As the tertiary amine, various aliphatic and aromatic tertiary amines can be used, and examples thereof include N-dimethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, triethylamine, and ethyl P-dimethylaminobenzoate.

工程Aにおける有機溶媒
PSQ、ビニルモノマー、重合開始剤を溶解させ、ビニル基のラジカル重合を阻害しない溶媒であれば、使用できる。沸点は、60〜180℃が望ましい。溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド(以下、DMFと称する)、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン(以下、THFと称する)、ジメチルスルホキシド(以下、DMSOと称する)、メチルエチルケトン(以下、MEKと称する)、メチルイソブチルケトン(以下、MIBKと称する)、1,4−ジオキサン、1,2−ジクロロエタン、tert−ブタノール、プロピレングリコール1−モノメチルエーテル 2−アセテート(以下、PGMEAと称する)、酢酸プロピル、酢酸ブチル等が挙げられる。
Any solvent can be used as long as it dissolves the organic solvent PSQ, the vinyl monomer, and the polymerization initiator in Step A and does not inhibit the radical polymerization of the vinyl group. The boiling point is preferably 60 to 180 ° C. Examples of the solvent include dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF), toluene, xylene, tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF), dimethyl sulfoxide (hereinafter referred to as DMSO), methyl ethyl ketone (hereinafter referred to as MEK), methyl isobutyl. Ketone (hereinafter referred to as MIBK), 1,4-dioxane, 1,2-dichloroethane, tert-butanol, propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate (hereinafter referred to as PGMEA), propyl acetate, butyl acetate and the like It is done.

工程Aで用いるPSQの濃度
PSQの濃度は有機溶媒に溶解する限り、任意の濃度で調整することが可能である。有機溶媒に耐性を示し、絶縁性に優れる膜を作製する上では、PSQの濃度は溶媒を含めた全重量の20〜50wt%が好ましい。
The concentration of PSQ used in step A The concentration of PSQ can be adjusted to any concentration as long as it dissolves in an organic solvent. In order to produce a film that is resistant to organic solvents and excellent in insulating properties, the PSQ concentration is preferably 20 to 50 wt% of the total weight including the solvent.

工程Aで用いるビニルモノマーの濃度
ビニルモノマーの濃度は、その粘度に依存して調製する必要がある。例えば、100mPa・sの粘度を有するビニルモノマーを用いる場合では、ビニルモノマーの濃度は溶媒を含めた全重量の10〜20wt%が好ましい。
Concentration of vinyl monomer used in step A The concentration of vinyl monomer needs to be adjusted depending on its viscosity. For example, when a vinyl monomer having a viscosity of 100 mPa · s is used, the concentration of the vinyl monomer is preferably 10 to 20 wt% of the total weight including the solvent.

工程Aで用いる重合開始剤の濃度
重合開始剤の濃度は、PSQ濃度とPSQに含まれるメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基の成分比によって決定される。例えば、メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を含む有機基とその他の有機基(アリール基およびアルキル基)のモル比が20:80で、PSQ濃度を溶媒を含めた全重量の30wt%で使用した場合、重合開始剤の濃度は溶媒を含めた全重量の0.5〜5wt%が好ましい。
Concentration of polymerization initiator used in step A The concentration of the polymerization initiator is determined by the PSQ concentration and the component ratio of methacryloxy group or acryloxy group contained in PSQ. For example, when a molar ratio of an organic group containing a methacryloxy group or an acryloxy group to another organic group (aryl group and alkyl group) is 20:80 and the PSQ concentration is used at 30 wt% of the total weight including the solvent, polymerization is performed. The concentration of the initiator is preferably 0.5 to 5 wt% of the total weight including the solvent.

工程Aでは、PSQ、ビニルモノマー、重合開始剤に加えて、他の添加物を混合することもできる。例えば、ポリスチレンやポリメチルメタクリレートなどの高分子を混合することで、膜表面の平滑性を向上させる効果が期待できる。また、酸化チタン粒子や酸化亜鉛粒子などの無機酸化物粒子を混合することで、膜の誘電率を高める効果が期待できる。In step A, in addition to PSQ, a vinyl monomer, and a polymerization initiator, other additives can be mixed. For example, the effect of improving the smoothness of the film surface can be expected by mixing a polymer such as polystyrene or polymethyl methacrylate. Moreover, the effect of raising the dielectric constant of a film | membrane can be anticipated by mixing inorganic oxide particles, such as a titanium oxide particle and a zinc oxide particle.

工程Aで用いる基板
用いる溶媒に対して不溶な基板であれば、任意の基板を用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタラート(以下、PETと称する)やポリエチレンナフタレート(以下、PENと称する)などのプラスチック基板、金属、マイカ、ガラス、シリコンウエハなどが挙げられる。ただし、無機の基板を用いる場合、PSQとの接着性の向上のため、シリル化剤で表面処理を行ない、基板を疎水性にする操作が必要な場合もある。
Substrate used in step A Any substrate can be used as long as it is insoluble in the solvent used. Examples thereof include plastic substrates such as polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET) and polyethylene naphthalate (hereinafter referred to as PEN), metals, mica, glass, silicon wafers, and the like. However, when an inorganic substrate is used, in order to improve the adhesiveness with PSQ, an operation may be necessary in which surface treatment is performed with a silylating agent to make the substrate hydrophobic.

工程Aで用いる塗布法
前述の基板上に塗布する方法としては、例えば、スプレーコーティング、刷毛塗り、浸漬コーティング、フローコーティング、スピンコーティング等が挙げられる。
<工程B>
Application method used in step A Examples of the application method on the substrate described above include spray coating, brush coating, dip coating, flow coating, spin coating, and the like.
<Process B>

工程Bにおける熱重合の反応温度および反応時間
熱重合の反応温度、反応時間は、用いられる重合開始剤の種類と濃度に応じて決められる。重合開始剤のラジカル発生温度に反応温度を調整すればよいが、基板の熱浸透性も加味して、溶液反応でのラジカル発生温度よりも10〜20℃上の温度で行なうことが好まれる。例えば、重合開始剤としてBPOを使用し、重合開始剤を溶媒を含めた全重量の2wt%で使用した場合、反応温度は60〜90℃、反応時間は、6〜18時間が好ましい。
Thermal polymerization reaction temperature and reaction time in step B The thermal polymerization reaction temperature and reaction time are determined according to the type and concentration of the polymerization initiator used. The reaction temperature may be adjusted to the radical generation temperature of the polymerization initiator, but it is preferable to perform the reaction at a temperature 10 to 20 ° C. higher than the radical generation temperature in the solution reaction in consideration of the heat permeability of the substrate. For example, when BPO is used as the polymerization initiator and the polymerization initiator is used at 2 wt% of the total weight including the solvent, the reaction temperature is preferably 60 to 90 ° C. and the reaction time is preferably 6 to 18 hours.

工程Bにおける光重合の反応時間
光重合の反応時間は、用いられる重合開始剤の種類と濃度および照射される光の照度に応じて決められる。例えば、重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを、重合開始剤を溶媒を含めた全重量の2wt%で使用し、照度を170mW/cmで、紫外光を照射した場合、反応時間は3〜5分が好ましい。ただし、光照射によって急激に加熱される場合もあるので、その際は冷却台の上で光重合を行ない、反応温度が上がりすぎないようにする。
Photopolymerization reaction time in step B The photopolymerization reaction time is determined according to the type and concentration of the polymerization initiator used and the illuminance of the irradiated light. For example, when 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone is used as the polymerization initiator at 2 wt% of the total weight including the solvent, the illuminance is 170 mW / cm 2 , and the ultraviolet light is irradiated, the reaction time is 3 ~ 5 minutes is preferred. However, since it may be heated suddenly by light irradiation, photopolymerization is performed on the cooling table so that the reaction temperature does not rise too much.

工程Bにおける光重合の紫外線源
光重合の場合に使用される紫外線源としては、例えば、紫外線蛍光灯、水銀灯、キセノン灯、ハロゲン灯、炭素アーク灯等が挙げられる。
<工程C>
Ultraviolet source for photopolymerization in step B Examples of the ultraviolet source used in the photopolymerization include an ultraviolet fluorescent lamp, a mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, and a carbon arc lamp.
<Process C>

工程Cにおけるアルコキシ基の縮合重合の反応温度および反応時間
アルコキシ基の縮合重合の反応温度、反応時間は、PSQの種類と濃度に応じて決められる。
例えば、メタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を含む有機基、アリール基、アルキル基のモル比が20:60:20で、PSQ濃度を溶媒を含めた全重量の30wt%で使用した場合、反応温度は120〜140℃、反応時間は、10〜20時間が好ましい。
Reaction temperature and reaction time of the condensation polymerization of alkoxy groups in Step C The reaction temperature and reaction time of the condensation polymerization of alkoxy groups are determined according to the type and concentration of PSQ.
For example, when the molar ratio of the organic group containing methacryloxy group or acryloxy group, aryl group and alkyl group is 20:60:20 and the PSQ concentration is 30 wt% of the total weight including the solvent, the reaction temperature is 120 to 140 degreeC and reaction time have preferable 10 to 20 hours.

工程Cでは、アルコキシ基の縮合重合を進行させる前に、シリル化剤で膜表面を化学修飾することも可能である。例えば、表面エネルギーを低下させるために、オクタデシルトリクロロシランなどの疎水性分子によって膜表面を修飾することなどが挙げられる。In Step C, the film surface can be chemically modified with a silylating agent before proceeding with the condensation polymerization of the alkoxy group. For example, in order to reduce the surface energy, the membrane surface may be modified with a hydrophobic molecule such as octadecyltrichlorosilane.

このように、本発明では、工程AでPSQ、ビニルモノマー、重合開始剤を含む半導体絶縁膜用組成物を調製し、スピンコート法などで基板に塗布し、続いて工程BとCで、工程Aで得られたPSQ膜をビニル基のラジカル重合とアルコキシ基の縮合重合により複合的に硬化して、有機溶媒に不溶とする。本発明の製造方法では、以上のように工程が単純であり、優れた再現性・効率で、極めて簡便に絶縁膜を製造できる。Thus, in the present invention, a semiconductor insulating film composition containing PSQ, a vinyl monomer, and a polymerization initiator is prepared in step A, applied to a substrate by a spin coat method, etc., and subsequently in steps B and C, The PSQ film obtained in A is cured in a complex manner by radical polymerization of vinyl groups and condensation polymerization of alkoxy groups to make it insoluble in organic solvents. In the manufacturing method of the present invention, the process is simple as described above, and an insulating film can be manufactured extremely easily with excellent reproducibility and efficiency.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

PSQの合成
合成例1
温度計、撹拌装置、還流冷却管を取り付けた500mLの4つ口フラスコに、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン37.3g(0.15モル)、フェニルトリメトキシシラン89.2g(0.45モル)、メチルトリエトキシシラン26.8g(0.15モル)を仕込み、水浴下、塩酸1.13×10−3モルと水40.5g(2.3モル)を添加し、常温で40分間反応させた後、65℃に昇温し1時間保持した。25℃まで冷却後、水酸化ナトリウム1.73×10−3モルとエタノール31.0g(0.68モル)を滴下して、25℃の水浴にて2時間半撹拌した。MIBK225gを投入後、0.5N HCl水1.2gを添加して中和し、反応終了させた。分液漏斗を用いて、水にて4回洗浄を行った。洗浄後、MIBK層をろ過し、減圧下でMIBKを除去して樹脂を得た。得られた樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算の重量平均分子量(MW)は3,960であり、分子量分布(MW/MN)は1.81であった。ここで得られた樹脂を以下、M−PMPSQと称し、一般式(4)で表す。
合成例2
温度計、撹拌装置、還流冷却管を取り付けた500mLの4つ口フラスコに、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン25.8g(0.10モル)、フェニルトリメトキシシラン61.9g(0.31モル)、トリフルオロトリメトキシシラン22.7g(0.10モル)を仕込み、水浴下、塩酸0.78×10−4モルと水28.1g(1.56モル)を添加し、常温で40分間反応させた後、65℃に昇温し1時間保持した。25℃まで冷却後、水酸化ナトリウム1.09×10−4モルとエタノール21.5g(0.47モル)を滴下して、25℃の水浴にて2時間半撹拌した。MIBK150gを投入後、0.5N HCl水0.62gを添加して中和し、反応終了させた。分液漏斗を用いて、水にて4回洗浄を行った。洗浄後、MIBK層をろ過し、減圧下でMIBKを除去して樹脂を得た。得られた樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算の重量平均分子量(MW)は3,660であり、分子量分布(MW/MN)は1.89であった。ここで得られた樹脂を以下、M−PFPSQと称し、一般式(5)で表す。
Synthesis of PSQ Synthesis Example 1
In a 500 mL four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux condenser, 37.3 g (0.15 mol) of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 89.2 g (0.45 mol) of phenyltrimethoxysilane were added. ), 26.8 g (0.15 mol) of methyltriethoxysilane were added, and 1.13 × 10 −3 mol of hydrochloric acid and 40.5 g (2.3 mol) of water were added in a water bath and reacted at room temperature for 40 minutes. Then, the temperature was raised to 65 ° C. and held for 1 hour. After cooling to 25 ° C., sodium hydroxide (1.73 × 10 −3 mol) and ethanol (31.0 g, 0.68 mol) were added dropwise, and the mixture was stirred in a 25 ° C. water bath for 2.5 hours. After adding 225 g of MIBK, 1.2 g of 0.5N HCl water was added for neutralization to complete the reaction. Washing was performed 4 times with water using a separatory funnel. After washing, the MIBK layer was filtered, and MIBK was removed under reduced pressure to obtain a resin. The polystyrene equivalent weight average molecular weight (MW) of the obtained resin by gel permeation chromatography was 3,960, and the molecular weight distribution (MW / MN) was 1.81. The resin obtained here is hereinafter referred to as M-PMPSQ and is represented by the general formula (4).
Synthesis example 2
In a 500 mL four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux condenser, 25.8 g (0.10 mol) of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane and 61.9 g (0.31 mol) of phenyltrimethoxysilane were added. ), 22.7 g (0.10 mol) of trifluorotrimethoxysilane were added, 0.78 × 10 −4 mol of hydrochloric acid and 28.1 g (1.56 mol) of water were added in a water bath, and the reaction was carried out at room temperature for 40 minutes. Then, the temperature was raised to 65 ° C. and held for 1 hour. After cooling to 25 ° C., 1.09 × 10 −4 mol of sodium hydroxide and 21.5 g (0.47 mol) of ethanol were added dropwise and stirred in a 25 ° C. water bath for 2.5 hours. After adding 150 g of MIBK, the reaction was terminated by adding 0.62 g of 0.5N HCl water to neutralize. Washing was performed 4 times with water using a separatory funnel. After washing, the MIBK layer was filtered, and MIBK was removed under reduced pressure to obtain a resin. The polystyrene equivalent weight average molecular weight (MW) of the obtained resin by gel permeation chromatography was 3,660, and the molecular weight distribution (MW / MN) was 1.89. The resin thus obtained is hereinafter referred to as M-PFPSQ and is represented by the general formula (5).

M−PMPSQ、A−TMPT、BPOから成る薄膜の製造
合成例1で合成したM−PMPSQと、ビニルモノマーとしてA−TMPT、重合開始剤としてBPOを使用して、PSQの薄膜を製造した。サンプル管にM−PMPSQを0.33g、BPOを0.02g加え、さらにA−TMPTを体積比で20%含むPGMEAを加えて全量を1.00gとし、M−PMPSQおよびBPOを溶媒に完全に溶解させた。続いて、表面を金被覆したガラス基板上に先の溶液をキャストして、スピンコート(2.000rpm、30s)した(工程A)。チャンバー内で、反応温度を80℃として12時間加熱した後(工程B)、続いて反応温度を120℃として12時間加熱して(工程C)、PSQの硬化膜を得た。
Production of thin film comprising M-PMPSQ, A-TMPT, BPO Using M-PMPSQ synthesized in Synthesis Example 1, A-TMPT as a vinyl monomer, and BPO as a polymerization initiator, a PSQ thin film was formed. Manufactured. Add 0.33 g of M-PMPSQ and 0.02 g of BPO to the sample tube, and add PGMEA containing 20% A-TMPT by volume to make the total amount to 1.00 g. Completely use M-PMPSQ and BPO in the solvent. Dissolved. Subsequently, the previous solution was cast on a glass substrate whose surface was coated with gold, and spin-coated (2.000 rpm, 30 s) (step A). In the chamber, the reaction temperature was heated to 80 ° C. for 12 hours (step B), and then the reaction temperature was heated to 120 ° C. for 12 hours (step C) to obtain a PSQ cured film.

M−PMPSQ、A−TMPT、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンから成る薄膜の製造
合成例1で合成したM−PMPSQと、ビニルモノマーとしてA−TMPT、重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを使用して、PSQの薄膜を製造した。サンプル管にM−PMPSQを0.33g、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを0.02g加え、さらにA−TMPTを体積比で20%含むPGMEAを加えて全量を1.00gとし、M−PMPSQおよび1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを溶媒に完全に溶解させた。続いて、表面を金被覆したガラス基板上に先の溶液をキャストして、スピンコート(2,000rpm、30s)した。照度を170mW/cmとし、紫外線を3分間照射した後、チャンバー内で、反応温度を120℃として12時間加熱して、PSQの硬化膜を得た。
Production of thin film comprising M-PMPSQ, A-TMPT, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone M-PMPSQ synthesized in Synthesis Example 1, A-TMPT as vinyl monomer, and 1-hydroxycyclohexyl phenyl as polymerization initiator A thin film of PSQ was prepared using ketone. To the sample tube, 0.33 g of M-PMPSQ and 0.02 g of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone were added, and PGMEA containing 20% by volume of A-TMPT was added to make a total amount of 1.00 g. -Hydroxycyclohexyl phenyl ketone was completely dissolved in the solvent. Subsequently, the above solution was cast on a glass substrate whose surface was coated with gold, and spin-coated (2,000 rpm, 30 s). Irradiance was set to 170 mW / cm 2 and irradiation with ultraviolet rays was performed for 3 minutes, followed by heating in a chamber at a reaction temperature of 120 ° C. for 12 hours to obtain a cured PSQ film.

M−PFPSQ、A−TMPT、BPOから成る薄膜の製造
合成例2で合成したM−PFPSQと、ビニルモノマーとしてA−TMPT、重合開始剤としてBPOを使用して、PSQの薄膜を製造した。サンプル管に合成例2で合成されたM−PFPSQを0.33g、BPOを0.02g加え、さらにA−TMPTを体積比で20%含むPGMEAを加えて全量を1.00gとし、M−PFPSQおよびBPOを溶媒に完全に溶解させた。続いて、表面を金被覆したガラス基板上に先の溶液をキャストして、スピンコート(2,000rpm、30s)した。チャンバー内で、反応温度を80℃として12時間加熱した後、続いて反応温度を120℃として12時間加熱して、PSQの硬化膜を得た。
Production of thin film comprising M-PFPSQ, A-TMPT, BPO Using M-PFPSQ synthesized in Synthesis Example 2, A-TMPT as a vinyl monomer, and BPO as a polymerization initiator, a PSQ thin film was formed. Manufactured. To the sample tube, 0.33 g of M-PFPSQ synthesized in Synthesis Example 2 and 0.02 g of BPO were added, and PGMEA containing 20% by volume of A-TMPT was added to make the total amount to 1.00 g. And BPO were completely dissolved in the solvent. Subsequently, the above solution was cast on a glass substrate whose surface was coated with gold, and spin-coated (2,000 rpm, 30 s). In the chamber, the reaction temperature was set at 80 ° C. for 12 hours, and then the reaction temperature was set at 120 ° C. for 12 hours to obtain a PSQ cured film.

比較例1Comparative Example 1

M−PMPSQ、BPOから成る薄膜の製造
ビニルモノマーの必要性を検証するために、合成例1で合成したM−PMPSQと重合開始剤としてBPOを使用して、PSQの薄膜を製造した。サンプル管にM−PMPSQを0.33g、BPOを0.02g加え、さらにPGMEAを加えて全量を1.00gとし、M−PMPSQおよびBPOを溶媒に完全に溶解させた。続いて、表面を金被覆したガラス基板上に先の溶液をキャストして、スピンコート(2,000rpm、30s)した。チャンバー内で、反応温度を80℃として12時間加熱した後、続いて反応温度を120℃として12時間加熱して、PSQの硬化膜を得た。
Production of thin film comprising M-PMPSQ and BPO Production of PSQ thin film using M-PMPSQ synthesized in Synthesis Example 1 and BPO as a polymerization initiator in order to verify the necessity of vinyl monomer did. 0.33 g of M-PMPSQ and 0.02 g of BPO were added to the sample tube, and further PGMEA was added to make the total amount to 1.00 g, and M-PMPSQ and BPO were completely dissolved in the solvent. Subsequently, the above solution was cast on a glass substrate whose surface was coated with gold, and spin-coated (2,000 rpm, 30 s). In the chamber, the reaction temperature was set at 80 ° C. for 12 hours, and then the reaction temperature was set at 120 ° C. for 12 hours to obtain a cured PSQ film.

比較例2Comparative Example 2

M−PMPSQ(HMDS処理)、A−TMPT、BPOから成る薄膜の製造
アルコキシ基の縮合重合の必要性を検証するために、M−PMPSQを1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(以下、HMDSと称する)で処理して、アルコキシ基をすべてトリメチルシリル基でキャッピングした。トリメチルシリル基によるキャッピングは、29Si NMRにより確認した。このPSQと、ビニルモノマーとしてA−TMPT、重合開始剤としてBPOを使用して、PSQの薄膜を製造した。サンプル管にM−PMPSQ(HMDS処理)を0.33g、BPOを0.02g加え、さらにA−TMPTを体積比で20%含むPGMEAを加えて全量を1.00gとし、M−PMPSQ(HMDS処理)およびBPOを溶媒に完全に溶解させた。続いて、表面を金被覆したガラス基板上に先の溶液をキャストして、スピンコート(2,000rpm、30s)した。チャンバー内で、反応温度を80℃として12時間加熱した後、続いて反応温度を120℃として12時間加熱して、PSQの硬化膜を得た。
Production of a thin film comprising M-PMPSQ (HMDS treatment), A-TMPT, BPO In order to verify the necessity of condensation polymerization of alkoxy groups, M-PMPSQ was changed to 1,1,1,3,3. All the alkoxy groups were capped with trimethylsilyl groups by treatment with 3-hexamethyldisilazane (hereinafter referred to as HMDS). Capping by the trimethylsilyl group was confirmed by 29 Si NMR. Using this PSQ, A-TMPT as a vinyl monomer, and BPO as a polymerization initiator, a PSQ thin film was produced. Add 0.33 g of M-PMPSQ (HMDS treatment) and 0.02 g of BPO to the sample tube, and then add PGMEA containing 20% A-TMPT by volume to make the total amount 1.00 g. M-PMPSQ (HMDS treatment) ) And BPO were completely dissolved in the solvent. Subsequently, the above solution was cast on a glass substrate whose surface was coated with gold, and spin-coated (2,000 rpm, 30 s). In the chamber, the reaction temperature was set at 80 ° C. for 12 hours, and then the reaction temperature was set at 120 ° C. for 12 hours to obtain a PSQ cured film.

硬化後のPSQ膜の有機溶媒に対する再溶解の程度について比較検討した。基板には3×3cmに切断したPEN基板を使用し、組成物の溶液30μLをキャストして、2,000rpm、30sの条件でスピンコートした。得られたPSQ被覆基板について、実施例1〜3、比較例1〜2と同様の操作で、重合反応を行なった。それぞれについてPEN基板を3枚ずつ作製し、平均値で評価した。The degree of re-dissolution of the cured PSQ film in the organic solvent was compared. A PEN substrate cut to 3 × 3 cm was used as the substrate, 30 μL of the composition solution was cast, and spin-coated under the conditions of 2,000 rpm and 30 s. About the obtained PSQ coating substrate, the polymerization reaction was performed by the same operation as Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2. Three PEN substrates were prepared for each, and evaluated with average values.

予めPSQを被覆する前の基板を精密天秤にて秤量しておき、硬化後のPSQ被覆基板を精密天秤にて秤量した。続いて、アセトンに浸漬させて1分間超音波を照射後、乾燥させた後、精密天秤にて秤量した。下記の式に従って、PSQの残存率は計算される。
被覆されたPSQの重量 =(硬化後のPSQ被覆基板の重量)−(基板の重量)
残存したPSQの重量 =(アセトン超音波処理後のPSQ被覆基板の重量)−(基板の重量)
PSQの残存率 =(残存したPSQの重量)/(被覆されたPSQの重量)×100
結果、表1に示されるように実施例1〜3および比較例1で製造したPSQ膜について、ビニル基のラジカル重合のみでは硬化が不十分であったが、アルコキシ基の縮合重合と組み合わせることで、有機溶媒耐性が認められた。ビニル基のラジカル重合においては、加熱または紫外線照射によってラジカルが発生することで反応が進行し、いずれの場合においても、続くアルコキシ基の縮合重合によって、有機溶媒耐性を実現した。一方で、比較例2で製造したPSQ膜については同様の処理を行なった後でも、一部のPSQが溶解したことから、有機溶媒耐性を実現するためには、アルコキシ基の縮合重合がビニル基のラジカル重合に加えて必要であると言える。
The substrate before coating with PSQ was previously weighed with a precision balance, and the cured PSQ-coated substrate was weighed with a precision balance. Subsequently, the sample was immersed in acetone, irradiated with ultrasonic waves for 1 minute, dried, and then weighed with a precision balance. The PSQ survival rate is calculated according to the following equation.
Weight of coated PSQ = (Weight of PSQ coated substrate after curing) − (Weight of substrate)
Remaining PSQ weight = (weight of PSQ coated substrate after acetone ultrasonic treatment)-(weight of substrate)
PSQ residual ratio = (weight of remaining PSQ) / (weight of coated PSQ) × 100
As a result, as shown in Table 1, the PSQ films produced in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were insufficiently cured only by vinyl radical polymerization, but by combining with condensation polymerization of alkoxy groups. Organic solvent resistance was observed. In radical polymerization of vinyl groups, the reaction proceeded by generation of radicals by heating or ultraviolet irradiation, and in any case, resistance to organic solvents was realized by subsequent condensation polymerization of alkoxy groups. On the other hand, even after the same treatment was performed on the PSQ film produced in Comparative Example 2, a part of the PSQ was dissolved, and in order to achieve organic solvent resistance, condensation polymerization of alkoxy groups was performed on vinyl groups. It can be said that this is necessary in addition to the radical polymerization.

実施例1、実施例3および比較例1で製造したPSQ膜について、アセトン浸漬後の電気絶縁性の評価を行った。測定前にPSQ膜をアセトンに浸して1分間超音波照射を行なった後、膜表面と下地の金基板に金線をそれぞれ接地して、二端子法で、電圧を変化させた際の膜表面に対して垂直方向に流れる電流を測定することにより、電圧−抵抗図を作成した。図1、図2、図3より明らかなように、実施例1および実施例3で製造したPSQ膜では、印加電圧を増加させても高い電気抵抗が見られたのに対し、比較例1で製造したPSQ膜では、実施例1および実施例3で製造した膜よりも、電気抵抗は大きく減少していた。比較例1で製造したPSQ膜ではアセトン処理後においても重量変化は観察されなかったが、ミクロなレベルで膜の一部が溶解して、結果として絶縁性が破壊されたと考えられる。したがって、有機溶媒耐性を実現するにはビニルモノマーが必要であると言える。The PSQ films produced in Example 1, Example 3 and Comparative Example 1 were evaluated for electrical insulation after immersion in acetone. Before measurement, immerse the PSQ film in acetone and irradiate with ultrasonic waves for 1 minute, then ground the gold wire to the film surface and the underlying gold substrate, and change the voltage by the two-terminal method. A voltage-resistance diagram was created by measuring the current flowing in the direction perpendicular to the curve. As is clear from FIGS. 1, 2, and 3, the PSQ films manufactured in Example 1 and Example 3 showed high electrical resistance even when the applied voltage was increased, whereas in Comparative Example 1 In the manufactured PSQ film, the electric resistance was greatly reduced as compared with the films manufactured in Example 1 and Example 3. In the PSQ film produced in Comparative Example 1, no change in weight was observed even after the acetone treatment, but it is considered that a part of the film was dissolved at a micro level and as a result, the insulating property was destroyed. Therefore, it can be said that a vinyl monomer is necessary to realize organic solvent resistance.

実施例1および実施例3で製造したPSQ膜について、水の接触角測定を行なった。測定は5回行い、その平均値を算出した。表2より、M−PFPSQを使用して作製したPSQ膜の方が表面自由エネルギーが小さいため、有機トランジスタのデバイス作製に有利であると考えられる。以下の実施例では、実施例3で製造したPSQ膜について評価した。The PSQ film produced in Example 1 and Example 3 was subjected to water contact angle measurement. The measurement was performed 5 times, and the average value was calculated. From Table 2, it can be considered that a PSQ film manufactured using M-PFPSQ has a smaller surface free energy and is advantageous for manufacturing a device of an organic transistor. In the following examples, the PSQ film produced in Example 3 was evaluated.

実施例3で製造したPSQ膜について、原子間力顕微鏡測定を行なった。図4から明らかなように、ペンタセンなどの有機半導体を積層できる平滑性の高い膜が製造されていた。また、アセトンで1分間超音波処理した後でも、形状はほとんど変化していないことから、高い有機溶媒耐性が示された。The PSQ film produced in Example 3 was measured with an atomic force microscope. As apparent from FIG. 4, a highly smooth film capable of stacking organic semiconductors such as pentacene has been manufactured. Moreover, even after sonicating with acetone for 1 minute, the shape was hardly changed, indicating high resistance to organic solvents.

PSQ膜については実施例3にしたがって作製し、図5で示された構造で、ガラス基板上にトランジスタを作製し、FET出力特性を測定した。PSQの膜厚は50nmであり、この膜厚で電界強度を計算した。PSQ膜上のペンタセンは室温で蒸着速度8Å/sで成膜し、膜厚を
2.5mmであり、キャリアは正孔である。電界強度として5MV/cmまで電圧を印加したが、リーク電流は観測されなかった。図6にFET出力特性を示されるが、移動度は、1.80×10−3[cm/Vs]、on/off比は868であった。
The PSQ film was produced according to Example 3, and a transistor was produced on a glass substrate with the structure shown in FIG. 5, and the FET output characteristics were measured. The film thickness of PSQ was 50 nm, and the electric field strength was calculated with this film thickness. Pentacene on the PSQ film is deposited at room temperature at a deposition rate of 8 Å / s.
2.5 mm, and the carriers are holes. A voltage was applied up to 5 MV / cm as the electric field strength, but no leakage current was observed. FIG. 6 shows the FET output characteristics. The mobility was 1.80 × 10 −3 [cm 2 / Vs], and the on / off ratio was 868.

本発明のメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を有するポリオルガノシルセスキオキサンを含む半導体絶縁膜用組成物を塗布し、ビニル基のラジカル重合とアルコキシ基の縮合重合を組み合わせることで、有機溶媒に不溶となるシリコーン系絶縁膜とし、この膜を用いて作製したペンタセンの有機トランジスタは良好なデバイス特性を示した。したがって、耐熱性の低い基板が使用される電子ペーパーやフレキシブルディスプレイの電気回路の作製において、本発明のメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基を有するポリオルガノシルセスキオキサンを含む半導体絶縁膜用組成物が利用されることが期待される。By applying the composition for semiconductor insulating film containing the polyorganosilsesquioxane having methacryloxy group or acryloxy group of the present invention and combining radical polymerization of vinyl group and condensation polymerization of alkoxy group, it becomes insoluble in organic solvent. A pentacene organic transistor formed using a silicone insulating film showed good device characteristics. Therefore, in the production of an electronic paper or flexible display electrical circuit using a substrate having low heat resistance, the composition for a semiconductor insulating film containing the polyorganosilsesquioxane having a methacryloxy group or an acryloxy group of the present invention is used. It is expected that

Claims (4)

一般式(1)で表される、ポリオルガノシルセスキオキサンに重合開始剤を混合し、有機溶媒を配合してなる半導体絶縁膜用組成物。
(但し、l、m、nは正の整数であり、Rは、アリール基、Rは、アルキル基、Rは、一般式(2)で表されるメタクリロキシ基もしくはアクリロキシ基
(但し、式中Rは、水素原子またはメチル基、Rは、炭素数1〜18の非置換または置換アルキル基である。)であり、Rは水素、メチル基、エチル基から選ばれるものとする。)
The composition for semiconductor insulating films which mixes a polymerization initiator with polyorgano silsesquioxane represented by General formula (1), and mix | blends the organic solvent.
(However, l, m, and n are positive integers, R 1 is an aryl group, R 2 is an alkyl group, and R 3 is a methacryloxy group or an acryloxy group represented by the general formula (2).
(Wherein R 5 is a hydrogen atom or a methyl group, R 6 is an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms), and R 4 is selected from hydrogen, a methyl group, and an ethyl group Shall be. )
ビニルモノマーを含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。The composition of claim 1 comprising a vinyl monomer. 請求項2に記載の組成物を塗布し、ビニル基のラジカル重合と末端アルコキシ基の縮合重合による複合硬化処理を施すことを特徴とする製膜方法。A film forming method comprising applying the composition according to claim 2 and performing a composite curing treatment by radical polymerization of vinyl groups and condensation polymerization of terminal alkoxy groups. 請求項3に記載の方法で製造された有機溶媒に不溶であることを特徴とするポリオルガノシルセスキオキサン系絶縁膜。A polyorganosilsesquioxane-based insulating film which is insoluble in an organic solvent produced by the method according to claim 3.
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