JP2880195B2 - Method for producing coating liquid for forming silica-based coating - Google Patents

Method for producing coating liquid for forming silica-based coating

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JP2880195B2
JP2880195B2 JP25358089A JP25358089A JP2880195B2 JP 2880195 B2 JP2880195 B2 JP 2880195B2 JP 25358089 A JP25358089 A JP 25358089A JP 25358089 A JP25358089 A JP 25358089A JP 2880195 B2 JP2880195 B2 JP 2880195B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、シリカ系被膜形成用塗布液の製造方法に関
し、さらに詳しくは、ピンホール、クラックなどの欠陥
がなく、機械的強度に優れるとともに耐薬品性、耐湿
性、絶縁性に優れたシリカ系被膜を形成しうるようなシ
リカ系被膜形成用塗布液の製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a coating solution for forming a silica-based film, and more particularly, to a method having no defects such as pinholes and cracks, excellent mechanical strength and chemical resistance. The present invention relates to a method for producing a coating liquid for forming a silica-based film capable of forming a silica-based film having excellent moisture resistance and insulation properties.

発明の技術的背景 シリカ系被膜は、ガラス、プラスチック、セラミック
または金属等の各種基材上に形成され、基材を腐食など
から保護する保護膜あるいは半導体基板上に形成される
絶縁膜などとして用いられる。
Technical background of the invention Silica-based coatings are formed on various substrates such as glass, plastic, ceramic or metal, and are used as a protective film for protecting the substrate from corrosion or an insulating film formed on a semiconductor substrate. Can be

従来、これらのシリカ系被膜の形成方法としては、蒸
着法、CVD法、スパッタリング法などの気相法、または
シリカ系被膜形成用塗布液を基材に塗布し、加熱焼成し
てシリカ系被膜を形成する塗布法が知られている。この
うち、塗布法は、気相法に比べて被膜形成の操作が簡単
であり、用いられる基材の大きさに制約がないなどの利
点がある。
Conventionally, as a method for forming these silica-based coatings, a vapor-phase method such as a vapor deposition method, a CVD method, and a sputtering method, or a coating liquid for forming a silica-based coating is applied to a substrate, and heated and fired to form a silica-based coating. Forming coating methods are known. Among them, the coating method has advantages that the operation of forming a film is simpler than the vapor phase method, and there is no restriction on the size of the base material used.

ところで従来シリカ系被膜形成用塗布液としては、テ
トラアルコキシシランあるいはトリアルコキシシランな
どのアルコキシシランをアルコール、ケトン、エステル
などの有機溶媒に溶解させてアルコキシシラン溶液を調
製し、このアルコキシシラン溶液に水を加えるとともに
アルカリまたは酸を加えて、有機溶媒中でアルコキシシ
ランを部分加水分解してアルコキシシラン部分加水分解
物の縮重合物を生成させて製造されてきた。
By the way, as a coating solution for forming a conventional silica-based film, an alkoxysilane solution such as tetraalkoxysilane or trialkoxysilane is dissolved in an organic solvent such as alcohol, ketone or ester to prepare an alkoxysilane solution. And partially adding an alkali or an acid to partially hydrolyze the alkoxysilane in an organic solvent to produce a condensation polymerized product of the partially hydrolyzed alkoxysilane.

しかしながら、このようにして得られたシリカ系被膜
形成用塗布液を基板に塗布して乾燥、焼成して被膜を形
成する場合、塗布直後の被膜中に残存するアルコキシシ
ランのアルキル基などの有機残基が焼成時に分解し、こ
のために、被膜にピンホールまたはボイド(有機残基が
分解して生ずる、Si−O−Si結合が不完全である、構造
的な欠陥あるいは細孔)が発生し、緻密な膜が形成でき
ず、耐薬品性などの点でいまだ満足すべきシリカ系膜が
得られない等の問題点があった。また、このようなボイ
ドは、大気中の水分を吸着し易く、このために、たとえ
ば絶縁膜として用いる場合、絶縁性の低下という問題点
が生じてしまう。
However, when the coating liquid for forming a silica-based coating obtained in this manner is applied to a substrate, dried and fired to form a coating, organic residues such as alkyl groups of alkoxysilane remaining in the coating immediately after application are obtained. The radicals decompose during firing, resulting in pinholes or voids in the coating (organic residues decomposing, imperfect Si-O-Si bonds, structural defects or pores). However, there was a problem that a dense film could not be formed, and a silica-based film still not satisfactory in chemical resistance and the like could not be obtained. In addition, such voids easily adsorb moisture in the air, and thus, when used as, for example, an insulating film, there is a problem that the insulating property is reduced.

このため、ピンホールあるいはボイドなどが発生する
ことがなく、緻密であって、機械的強度、耐薬品性、耐
湿性、絶縁性などに優れたシリカ系被膜を形成すること
ができるような、シリカ系被膜形成用塗布液の出現が望
まれている。
For this reason, it is possible to form a silica-based coating that is dense and has excellent mechanical strength, chemical resistance, moisture resistance, and insulating properties without generating pinholes or voids. The emergence of a coating solution for forming a system coating is desired.

発明の目的 本発明は、上記のような従来技術に鑑みて完成された
ものであって、ピンホールあるいはボイドなどが発生す
ることがなく、緻密であって、機械的強度、耐薬品性、
耐湿性、絶縁性などに優れ、さらに比誘電率の低いシリ
カ系被膜を形成することができるようなシリカ系被膜形
成用塗布液の製造方法を提供することを目的としてい
る。
Object of the Invention The present invention has been completed in view of the prior art as described above, does not generate pinholes or voids, is dense, mechanical strength, chemical resistance,
An object of the present invention is to provide a method for producing a coating liquid for forming a silica-based film, which is excellent in moisture resistance, insulation properties and the like and can form a silica-based film having a low relative dielectric constant.

発明の概要 本発明に係るアルコキシシラン部分加水分解物の縮重
合物を含むシリカ系被膜形成用塗布液の製造方法は、 一般式R1 nSi(OR24-n (式中、R1は炭化水素基であり、R2は炭素数1〜4のア
ルキル基であり、nは0〜3である)で示されるアルコ
キシシランの1種または2種以上を、有機溶媒、水およ
び酸の存在下で部分加水分解し、 次いで得られた部分加水分解液を、アルカリと接触さ
せ、得られた塗布液に酸を加えて酸性にすることを特徴
としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A method for producing a coating solution for forming a silica-based film containing a condensation polymerized product of an alkoxysilane partial hydrolyzate according to the present invention is represented by the general formula R 1 n Si (OR 2 ) 4-n (wherein R 1 Is a hydrocarbon group, R 2 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is 0 to 3). It is characterized in that it is partially hydrolyzed in the presence, then the obtained partially hydrolyzed solution is brought into contact with an alkali, and the obtained coating solution is acidified by adding an acid.

発明の具体的説明 以下本発明に係るシリカ系被膜形成用塗布液の製造方
法について具体的に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, a method for producing a coating solution for forming a silica-based film according to the present invention will be specifically described.

本発明で用いられるアルコキシシランは、 一般式R1 nSi(OR24-n (式中、R1は炭化水素基であり、R2は炭素数1〜4のア
ルキル基であり、nは0〜3である)で示される。
The alkoxysilane used in the present invention has a general formula R 1 n Si (OR 2 ) 4-n (wherein R 1 is a hydrocarbon group, R 2 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, Is 0 to 3).

R1の炭化水素基としては、具体的には、メチル基、エ
チル基、ビニル基などが挙げられる。
Specific examples of the hydrocarbon group for R 1 include a methyl group, an ethyl group, and a vinyl group.

このようなアルコキシシランとしては、具体的には、
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、モノメ
チルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラ
ン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシ
ラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリ
エトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチル
ジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニル
トリエトキシシランなどが用いられる。
As such an alkoxysilane, specifically,
Tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, monomethyltrimethoxysilane, monomethyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, monoethyltrimethoxysilane, monoethyltriethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, vinyltriethoxysilane Methoxysilane, vinyltriethoxysilane and the like are used.

これらのアルコキシシランは、単独でまたは混合して
用いられる。
These alkoxysilanes are used alone or in combination.

上記のようなアルコキシシランを溶解するための有機
溶媒としては、具体的には、メタノール、エタノール、
プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、メチル
セロソルブ、エチルセロソルブなどのエチレングリコー
ルエーテル類、エチレングリコール、プロピレングリコ
ールなどのグリコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、乳
酸メチル等のエステル類などが用いられる。
As the organic solvent for dissolving the alkoxysilane as described above, specifically, methanol, ethanol,
Alcohols such as propanol and butanol, ethylene glycol ethers such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve, glycols such as ethylene glycol and propylene glycol, and esters such as methyl acetate, ethyl acetate and methyl lactate are used.

これらの有機溶媒は、単独でまたは混合して用いられ
る。
These organic solvents are used alone or as a mixture.

酸としては、具体的には、塩酸、硝酸、硫酸などの無
機酸、酢酸、シュウ酸などの有機酸または金属石ケンな
ど水溶液中で酸性を示す化合物が用いられる。
Specific examples of the acid include an inorganic acid such as hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid; an organic acid such as acetic acid and oxalic acid; and a compound which is acidic in an aqueous solution such as metallic soap.

本発明では、まず、上記のようなアルコキシシラン
を、有機溶媒、水および酸の存在下で部分加水分解す
る。
In the present invention, first, the above alkoxysilane is partially hydrolyzed in the presence of an organic solvent, water and an acid.

この際アルコキシシランは、反応混合液中で、SiO2
して3〜25重量%好ましくは5〜20重量%の量で用いら
れることが望ましい。
Here alkoxysilane in the reaction mixture, as SiO 2 3 to 25 wt% preferably is preferably used in an amount of 5 to 20 wt%.

水は、アルコキシシランのSi−OR基1モルに対して0.
1〜2モル好ましくは0.5〜1モルの量で用いられる。水
の量がアルコキシシランのSi−OR基1モルに対して0.1
モル未満であると、アルコキシシランの加水分解が不充
分となる傾向が生じ、一方2モルを超えるとアルコキシ
シランの加水分解速度が速くなりすぎて、アルコキシシ
ランの縮重合度をコントロールすることが困難となる傾
向が生ずる。
Water is added in an amount of 0.1 to 1 mol of Si-OR group of alkoxysilane.
It is used in an amount of 1-2 mol, preferably 0.5-1 mol. The amount of water is 0.1 to 1 mol of Si-OR group of alkoxysilane.
When the amount is less than 2 moles, the hydrolysis of the alkoxysilane tends to be insufficient. On the other hand, when the amount exceeds 2 moles, the hydrolysis rate of the alkoxysilane becomes too fast, and it is difficult to control the degree of condensation polymerization of the alkoxysilane. Tend to occur.

酸は、反応混合物のpHが0〜6好ましくは2〜4とな
るような量で用いることが望ましい。反応混合物のpHが
低くなるほどアルコキシシランの加水分解速度が速くな
り、水の添加量の減少させることができ、また部分加水
分解速度を低くすることができる。
The acid is preferably used in such an amount that the pH of the reaction mixture is between 0 and 6, preferably between 2 and 4. The lower the pH of the reaction mixture, the faster the hydrolysis rate of the alkoxysilane, the smaller the amount of water added, and the lower the partial hydrolysis rate.

アルコキシシランの部分加水分解反応は、10〜100℃
好ましくは20〜60℃の温度で行なうことが望ましい。ま
た上記の反応時間は高温、低pHではきわめて速いが通常
5時間以内好ましくは3時間以内で行なう。
The partial hydrolysis reaction of alkoxysilane is performed at 10 to 100 ° C.
Preferably, the reaction is carried out at a temperature of 20 to 60 ° C. The above reaction time is extremely fast at high temperature and low pH, but is usually performed within 5 hours, preferably within 3 hours.

上記のようにして酸の存在下にアルコキシシランの部
分加水分解反応を行なうと、アルコキシシランは部分加
水分解され、アルコキシシラン部分加水分解物の縮重合
物が生成する。この縮重合物の分子量(ポリスチレン換
算重量平均分子量)は、100〜5,000好ましくは500〜2,0
00であることが好ましい。
When the alkoxysilane is partially hydrolyzed in the presence of an acid as described above, the alkoxysilane is partially hydrolyzed to produce a condensation polymerized product of the partially hydrolyzed alkoxysilane. The molecular weight (polystyrene-equivalent weight average molecular weight) of this polycondensate is 100 to 5,000, preferably 500 to 2,000.
It is preferably 00.

この際生成するアルコキシシラン部分加水分解物の縮
重合物の分子量が100未満であると、最終的に得られる
シリカ系被膜中に有機残基(たとえはOR基)が残存し、
緻密な被膜が形成されない傾向が生じ、一方5,000を超
えると最終的に得られるシリカ系被膜が多孔質となりや
すくなる傾向が生ずる。
If the molecular weight of the polycondensate of the alkoxysilane partial hydrolyzate generated at this time is less than 100, organic residues (for example, OR groups) remain in the silica-based coating finally obtained,
A dense coating tends not to be formed, while if it exceeds 5,000, the silica-based coating finally obtained tends to be porous.

本発明では、次に、上記のようにしてアルコキシシラ
ンを有機溶媒、水および酸の存在下で部分加水分解して
得られた反応混合物を、アルカリと接触させる。このと
き、反応混合液に必要に応じて水を添加してもよく、ま
た新たなアルコキシシランを添加してもよい。
In the present invention, the reaction mixture obtained by partially hydrolyzing the alkoxysilane in the presence of an organic solvent, water and an acid as described above is then contacted with an alkali. At this time, water may be added to the reaction mixture as needed, or new alkoxysilane may be added.

上記のようにして部分加水分解して得られた反応混合
物をアルカリを接触させると、残存するアルコキシシラ
ンの部分加水分解、必要に応じて添加される新たなアル
コキシシランの部分加水分解、酸存在下で得られた縮重
合物中に残存するOH基、OR基のシロキサン結合への変換
および縮重合反応の促進等が進行すると考えられる。
When the reaction mixture obtained by partial hydrolysis as described above is brought into contact with an alkali, partial hydrolysis of the remaining alkoxysilane, partial hydrolysis of new alkoxysilane added as necessary, It is considered that the conversion of OH groups and OR groups remaining in the polycondensate obtained in the above into siloxane bonds, acceleration of the polycondensation reaction and the like proceed.

アルカリとしては、具体的にはアンモニア、アミン、
アルカリ金属水酸化物、第4級アンモニウム化合物、ア
ミン系カップリング剤など、水溶液中でアルカリ性を示
す化合物が用いられ、反応混合物のpHが6〜11好ましく
は6〜9となるような量で用いられる。
As the alkali, specifically, ammonia, amine,
A compound exhibiting alkalinity in an aqueous solution, such as an alkali metal hydroxide, a quaternary ammonium compound, or an amine-based coupling agent, is used in an amount such that the pH of the reaction mixture is 6 to 11, preferably 6 to 9. Can be

アルカリとの接触は、10〜100℃好ましくは20〜60℃
の温度で行なうことが望ましい。また上記の接触時間
は、接触温度によって大きく変化するが、通常0.5〜5
時間好ましくは1〜3時間程度である。
Contact with alkali, 10 ~ 100 ℃, preferably 20 ~ 60 ℃
It is desirable to carry out at a temperature of Although the contact time varies greatly depending on the contact temperature, it is usually 0.5 to 5 times.
The time is preferably about 1 to 3 hours.

このようにして酸の存在下にアルコキシシランを部分
加水分解し、次いでアルカリと接触させると、アルコキ
シシラン部分加水分解物の縮重合物を含むシリカ系被膜
形成用塗布液が得られるが、この塗布液は通常アルカリ
性を示す。そして、この塗布液に再び酸を加えて好まし
くはpH6以下の酸性にすると、塗布液のポットライフが
向上し、より長期間の貯蔵が可能になる。
When the alkoxysilane is partially hydrolyzed in the presence of an acid in this manner and then brought into contact with an alkali, a coating solution for forming a silica-based film containing a condensation polymer of the alkoxysilane partially hydrolyzed product is obtained. The liquid usually shows alkaline. Then, when the coating liquid is added again with acid to make the coating liquid acidic, preferably at pH 6 or lower, the pot life of the coating liquid is improved, and longer-term storage becomes possible.

上記のようにして得られたシリカ系被膜形成用塗布液
を基板上に塗布し、次いで乾燥、焼成すれば基板上に被
膜が形成される。このアルコキシシラン部分加水分解物
の縮重合物の分子量は、通常100〜10,000であり、好ま
しくは500〜5,000であることが望ましい。なお該塗布液
を基板上に塗布するには、スプレー法、スピンコート
法、ディップコート法、ロールコート法、スクリーン印
刷法、転写印刷法など通常の方法を採用することができ
る。
The coating solution for forming a silica-based film obtained as described above is applied to a substrate, and then dried and fired to form a film on the substrate. The molecular weight of the condensation polymerization product of the alkoxysilane partial hydrolyzate is usually 100 to 10,000, preferably 500 to 5,000. In order to apply the coating liquid on the substrate, a general method such as a spray method, a spin coating method, a dip coating method, a roll coating method, a screen printing method, and a transfer printing method can be employed.

上記の焼成温度は、通常300〜900℃好ましくは450〜8
00℃程度である。
The above firing temperature is usually 300 to 900 ° C., preferably 450 to 8
It is about 00 ° C.

上記のような本発明に係るシリカ系被膜形成用塗布液
を用いて形成されるシリカ系被膜は、ピンホール、クラ
ックなどの欠陥がなく、緻密であって、機械的強度に優
れるとともに耐薬品性、耐湿性、絶縁性にも優れてい
る。本発明で上記のような緻密なシリカ系被膜が得られ
るのは、アルコキシシランを酸の存在下で部分加水分解
し、次いでアルカリと接触させることによって、有機残
基の含量が少ない塗布液が得られ、この塗布液による被
膜を焼成する際に、これらの残基が分解して生ずるボイ
ドの発生が抑制されるためであろうと考えられる。
The silica-based coating formed using the coating solution for forming a silica-based coating according to the present invention as described above is free from defects such as pinholes and cracks, is dense, has excellent mechanical strength, and has chemical resistance. Also excellent in moisture resistance and insulation. In the present invention, a dense silica-based coating as described above is obtained because the alkoxysilane is partially hydrolyzed in the presence of an acid and then contacted with an alkali to obtain a coating solution having a low content of organic residues. It is considered that when baking the coating film with this coating solution, generation of voids caused by decomposition of these residues is suppressed.

本発明で形成されるシリカ系被膜の膜厚は、目的によ
って種々の膜厚の被膜が形成されるが、比較的厚い被
膜、例えば5000Å以上の膜厚を有するシリカ系被膜が必
要な場合には、アルコキシシランとして、モノメチルト
リメトキシシランなどのトリアルコキシシラン単独、ま
たはテトラアルコキシシランとモノメチルトリメトキシ
シランなどのトリアルコキシシランあるいはジメチルジ
メトキシシランなどのジアルコキシシランとの混合物、
またはテトラアルコキシシランとトリアルコキシシラン
とジアルコキシシランとの混合物を用いることが好まし
い。なお膜厚が5000Å未満であるようなシリカ系被膜を
得るには、アルコキシシランとして、テトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシランなどのテトラアルコキシシ
ランを用いることが好ましい。
The thickness of the silica-based coating formed in the present invention, various thickness of the coating is formed depending on the purpose, a relatively thick coating, for example, if a silica-based coating having a thickness of 5000 Å or more is required As the alkoxysilane, a trialkoxysilane alone such as monomethyltrimethoxysilane, or a mixture of a tetraalkoxysilane and a trialkoxysilane such as monomethyltrimethoxysilane or a dialkoxysilane such as dimethyldimethoxysilane,
Alternatively, it is preferable to use a mixture of tetraalkoxysilane, trialkoxysilane, and dialkoxysilane. In order to obtain a silica-based coating having a thickness of less than 5000 °, it is preferable to use a tetraalkoxysilane such as tetramethoxysilane or tetraethoxysilane as the alkoxysilane.

テトラアルコキシシランと、トリアルコキシシランあ
るいはジアルコキシシランとは、最初から混合して用い
てもよく、またたとえば酸による部分加水分解工程はテ
トラアルコキシシランのみを用いて行ない、アルカリと
の接触に際して、トリアルコキシシランあるいはジアル
コキシシランを添加してもよい。
The tetraalkoxysilane and the trialkoxysilane or dialkoxysilane may be mixed and used from the beginning. For example, the partial hydrolysis step using an acid is performed using only the tetraalkoxysilane, and upon contact with an alkali, Alkoxysilane or dialkoxysilane may be added.

テトラアルコキシシランと、トリアルコキシシランあ
るいはジアルコキシシランとの混合割合は、テトラアル
コキシシラン:トリアルコキシシラン:ジアルコキシシ
ランが0.5〜4.5:5〜9:0〜2(SiO2としての重量比)で
あることが望ましい。
The mixing ratio of tetraalkoxysilane and trialkoxysilane or dialkoxysilane is 0.5 to 4.5: 5 to 9: 0 to 2 (weight ratio as SiO 2 ) of tetraalkoxysilane: trialkoxysilane: dialkoxysilane. Desirably.

テトラアルコキシシランの量が多くなると、得られる
シリカ系被膜は、耐熱性、耐湿性には優れるが、厚い膜
厚を有するシリカ系被膜を形成するとクラックが発生し
やすくなる傾向が生じ、一方トリアルコキシシランある
いはジアルコキシシランの量が多くなると、得られるシ
リカ系被膜は耐熱性、耐湿性に劣る傾向が生ずる。
When the amount of tetraalkoxysilane is increased, the resulting silica-based coating is excellent in heat resistance and moisture resistance, but when a silica-based coating having a large film thickness is formed, cracks tend to occur easily. When the amount of silane or dialkoxysilane increases, the resulting silica-based coating tends to have poor heat resistance and moisture resistance.

以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
ら実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

参考例1 テトラエトキシシラン(多摩化学工業製エチルシリケ
ート−28,SiO2換算テトラエトキシシラン濃度28重量
%)357gと、水120gと、IPA 523gとを混合・攪拌し、次
いで濃硝酸を添加してpH1に調整した。得られた混合液
を50℃に1時間保って、テトラエトキシシランの部分加
水分解を行なった。部分加水分解後に得られるアルコキ
シシラン部分加水分解物の縮重合物は、ポリスチレン換
算の分子量が1500であった。
Reference Example 1 357 g of tetraethoxysilane (ethyl silicate-28, manufactured by Tama Chemical Industry, 28% by weight of tetraethoxysilane in terms of SiO 2 ), 120 g of water, and 523 g of IPA were mixed and stirred, and then concentrated nitric acid was added. Adjusted to pH1. The obtained mixture was kept at 50 ° C. for 1 hour to partially hydrolyze tetraethoxysilane. The polycondensate of the partially hydrolyzed alkoxysilane obtained after the partial hydrolysis had a molecular weight in terms of polystyrene of 1500.

次いでこの反応混合液に1%アンモニア水を添加して
pH6に調整した後、30℃に12時間保って、シリカ系被膜
形成用塗布液を調製した。
Then add 1% aqueous ammonia to the reaction mixture
After the pH was adjusted to 6, it was kept at 30 ° C. for 12 hours to prepare a coating solution for forming a silica-based film.

この塗布液中のアルコキシシラン部分加水分解縮重合
物の分子量は4200であった。
The molecular weight of the alkoxysilane partially hydrolyzed polycondensate in this coating solution was 4,200.

実施例1 テトラエトキシシラン(多摩化学工業製エチルシリケ
ート−40,SiO2換算テトラエトキシシラン濃度40重量
%)250gと、水60gと、エチルセロソルブ690gとを混合
・攪拌し、濃塩酸を添加してpH2に調整した。得られた
混合液を50℃に2時間保って、テトラエトキシシランの
部分加水分解を行なった。部分加水分解後に得られるア
ルコキシシラン部分加水分解物の縮重合物は、分子量が
1000であった。
Example 1 250 g of tetraethoxysilane (ethyl silicate-40, manufactured by Tama Chemical Industries, tetraethoxysilane concentration in terms of SiO 2 of 40% by weight), 60 g of water and 690 g of ethyl cellosolve were mixed and stirred, and concentrated hydrochloric acid was added. Adjusted to pH2. The obtained mixture was kept at 50 ° C. for 2 hours to partially hydrolyze tetraethoxysilane. The condensation polymerization product of the alkoxysilane partial hydrolyzate obtained after the partial hydrolysis has a molecular weight of
1000.

次いでこの反応混合液[I]に1%モノエタノールア
ミンを添加してpH7に調整した後、50℃に2時間保っ
た。このようにして得られた液に再び濃塩酸を添加して
pH4とし、シリカ系被膜形成用塗布液を調製した。この
塗布液中のアルコキシシラン部分加水分解縮重合物の分
子量は3800であった。
Next, 1% monoethanolamine was added to the reaction mixture [I] to adjust the pH to 7, and the mixture was kept at 50 ° C. for 2 hours. Concentrated hydrochloric acid is added again to the liquid thus obtained,
The pH was adjusted to 4, and a coating solution for forming a silica-based film was prepared. The molecular weight of the alkoxysilane partially hydrolyzed polycondensate in this coating solution was 3,800.

参考例2 テトラエトキシシラン(多摩化学工業製メチルシリケ
ート−51,SiO2換算テトラメトキシシラン濃度51重量
%)98gと、水90gと、プロピレングリコールモノプロピ
ルエーテル812gとを混合・攪拌し、オクチル酸スズ(堺
化学工業製TN−12)を添加してpH3に調整した。得られ
た混合液を50℃に30分間保って、テトラメトキシシラン
の部分加水分解を行なった。部分加水分解後に得られる
アルコキシシラン部分加水分解物の縮重合物は、分子量
は800であった。
Reference Example 2 98 g of tetraethoxysilane (methyl silicate-51, manufactured by Tama Chemical Industries, tetramethoxysilane concentration in terms of SiO 2 of 51% by weight), 90 g of water and 812 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed and stirred, and tin octylate was mixed. (TN-12 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) was added to adjust the pH to 3. The obtained mixture was kept at 50 ° C. for 30 minutes to partially hydrolyze tetramethoxysilane. The polycondensate of the partially hydrolyzed alkoxysilane obtained after the partial hydrolysis had a molecular weight of 800.

次いでこの反応混合液に1%トリエタノールアミンを
添加してpH7に調整した後、30℃に1時間保って、シリ
カ系被膜形成用塗布液を調製した。この塗布液中のアル
コキシシラン部分加水分解縮重合物の分子量は2600であ
った。
Next, 1% triethanolamine was added to the reaction mixture to adjust the pH to 7, and then kept at 30 ° C. for 1 hour to prepare a coating solution for forming a silica-based film. The molecular weight of the alkoxysilane partially hydrolyzed polycondensate in this coating solution was 2,600.

参考例3 参考例2で用いたメチルシリケート−51 118gと、水7
2gと、エチルセロソルブ556gとを混合・攪拌し、濃硝酸
を添加してpH1に調整した。得られた混合液を50℃に1
時間保って、テトラメトキシシランの部分加水分解を行
なった。部分加水分解後に得られるアルコキシシラン部
分加水分解物の縮重合物は分子量が1200であった。
Reference Example 3 118 g of methyl silicate-51 used in Reference Example 2 and water 7
2 g and 556 g of ethyl cellosolve were mixed and stirred, and the pH was adjusted to 1 by adding concentrated nitric acid. Bring the resulting mixture to 50 ° C for 1
After a certain time, partial hydrolysis of tetramethoxysilane was performed. The polycondensation product of the partially hydrolyzed alkoxysilane obtained after the partial hydrolysis had a molecular weight of 1200.

次いでこの反応混合液に1%アンモニア水を添加して
pH6に調整した後、ジメチルジメトキシシラン30gと、メ
チルトリメトキシシラン170gと、水54gとを攪拌しなが
ら添加し、50℃に3時間保って、シリカ系被膜形成用塗
布液を調製した。この塗布液中のアルコキシシラン部分
加水分解縮重合物の分子量は4000であった。
Then add 1% aqueous ammonia to the reaction mixture
After adjusting the pH to 6, 30 g of dimethyldimethoxysilane, 170 g of methyltrimethoxysilane, and 54 g of water were added with stirring, and kept at 50 ° C. for 3 hours to prepare a coating solution for forming a silica-based film. The molecular weight of the alkoxysilane partially hydrolyzed polycondensate in this coating solution was 4,000.

参考例4 参考例2で用いたメチルシリケート−51 118gと水72g
と、プロピレングリコールモノプロピルエーテル491gと
を混合・攪拌し、濃硝酸を添加してpH2に調整した。得
られた混合液を50℃に1時間保って、テトラメトキシシ
ランの部分加水分解を行なった。部分加水分解後に得ら
れるアルコキシシラン部分加水分解物の縮重合物は、分
子量が1000であった。
Reference Example 4 Methyl silicate-51 used in Reference Example 2 118 g and water 72 g
And 491 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed and stirred, and concentrated nitric acid was added to adjust to pH2. The obtained mixture was kept at 50 ° C. for 1 hour to partially hydrolyze tetramethoxysilane. The polycondensation product of the partially hydrolyzed alkoxysilane obtained after the partial hydrolysis had a molecular weight of 1,000.

次いでこの反応混合液に1%モノエタノールアミンを
添加してpH7に調整した後、メチルトリメトキシシラン2
05gと、水54gとを攪拌しながら添加し、50℃に1時間保
って、シリカ系被膜形成用塗布液を調製した。この塗布
液中のアルコキシシラン部分加水分解縮重合物の分子量
は3000であった。
Next, 1% monoethanolamine was added to the reaction mixture to adjust the pH to 7, and then methyltrimethoxysilane 2 was added.
05 g and 54 g of water were added with stirring, and kept at 50 ° C. for 1 hour to prepare a coating solution for forming a silica-based film. The molecular weight of the alkoxysilane partially hydrolyzed polycondensate in this coating solution was 3,000.

実施例2 実施例1において、反応混合液[I]に1%モノエタ
ノールアミンを添加する代わり、反応混合液[I]に陰
イオン交換樹脂(三菱化成製DIAION−SA10A)10gを添加
しpH7に調整し、次いでイオン交換樹脂を取り除いた後5
0℃に2時間保ち、この液に再び濃塩酸を添加してpH4の
シリカ系被膜形成用塗布液を調製した以外は、実施例1
と同様にした。この塗布液中のアルコキシシラン部分加
水分解縮重合物の分子量は3900であった。
Example 2 In Example 1, instead of adding 1% monoethanolamine to the reaction mixture [I], 10 g of an anion exchange resin (DIAION-SA10A manufactured by Mitsubishi Kasei) was added to the reaction mixture [I], and the mixture was adjusted to pH7. After adjusting and then removing the ion exchange resin
Example 1 was repeated except that the solution was kept at 0 ° C. for 2 hours, and concentrated hydrochloric acid was again added to the solution to prepare a coating solution for forming a silica-based film having a pH of 4.
Same as. The molecular weight of the alkoxysilane partially hydrolyzed polycondensate in this coating solution was 3,900.

実施例3、参考例5 実施例1,2、参考例1〜4で得られた塗布液のポット
ライフを比較するため、それぞれの塗布液の調製直後お
よび1カ月貯蔵後の粘度を測定した。
Example 3, Reference Example 5 In order to compare the pot lives of the coating solutions obtained in Examples 1 and 2 and Reference Examples 1 to 4, the viscosities of each coating solution were measured immediately after preparation and after storage for one month.

なお、貯蔵は、25℃の恒温槽の中に置いた。粘度は25
℃における値である。結果を表1に示す。
The storage was placed in a thermostat at 25 ° C. Viscosity is 25
It is a value at ° C. Table 1 shows the results.

比較例1 エチルシリケート−28 357gと、水240gと、エタノー
ル403gとを混合・攪拌しながら、濃硝酸を添加してpH1
に調整した。得られた混合液を50℃に1時間保ってテト
ラエトキシシランの部分加水分解を行なって、シリカ系
被膜形成用塗布液を調製した。この塗布液に含まれるア
ルコキシシラン部分加水分解物の縮重合物は、分子量が
1500であった。
Comparative Example 1 While mixing and stirring 357 g of ethyl silicate-28, 240 g of water, and 403 g of ethanol, concentrated nitric acid was added to adjust the pH to 1.
Was adjusted. The obtained mixture was kept at 50 ° C. for 1 hour to partially hydrolyze tetraethoxysilane to prepare a coating solution for forming a silica-based film. The condensation polymerization product of the partially hydrolyzed alkoxysilane contained in this coating solution has a molecular weight of
1500.

比較例2 ジメチルジメトキシシラン30gと、メチルトリメトキ
シシラン170gと、メチルシリケート51 118gと、水126g
とを混合・攪拌した後、酢酸を添加してpH4に調整した
後、50℃に10時間保って、アルコキシシランの部分加水
分解を行なって、シリカ系被膜形成用塗布液を調製し
た。この塗布液に含まれるアルコキシシラン部分加水分
解物の縮重合物は、分子量が2200であった。
Comparative Example 2 30 g of dimethyldimethoxysilane, 170 g of methyltrimethoxysilane, 118 g of methylsilicate 51, and 126 g of water
Was mixed and stirred, acetic acid was added to adjust the pH to 4, and then the mixture was kept at 50 ° C. for 10 hours to partially hydrolyze the alkoxysilane to prepare a coating solution for forming a silica-based film. The polycondensation product of the alkoxysilane partial hydrolyzate contained in this coating solution had a molecular weight of 2,200.

以上の実施例および比較例で得られた塗布液を、ガラ
ス基板にスピンコート法で塗布し、150℃、10分間乾燥
した後、空気中で350℃、30分間焼成した。得られた被
膜の膜厚は、実施例(1)、参考例(1)、(2)およ
び比較例(1)では2,000Åであり、参考例(3)、
(4)および比較例(2)および比較例(2)では5,00
0Åであった。
The coating solutions obtained in the above Examples and Comparative Examples were applied to a glass substrate by a spin coating method, dried at 150 ° C. for 10 minutes, and baked in air at 350 ° C. for 30 minutes. The film thickness of the obtained coating was 2,000 ° in Example (1), Reference Examples (1) and (2) and Comparative Example (1), and was 2,000 ° in Reference Example (3).
(4) and Comparative Example (2) and Comparative Example (2)
It was 0Å.

得られた被膜について、次の項目について評価した。 The obtained coating was evaluated for the following items.

(1)クラック:膜面を目視にて観察。(1) Crack: The film surface was visually observed.

(2)耐煮沸性:沸騰水に1時間浸漬後の膜の剥離の有
無を観察。
(2) Boiling resistance: Observation of peeling of the film after immersion in boiling water for 1 hour.

(3)耐アルカリ性:50℃の5%NaOH水溶液に10分間浸
漬後の膜の剥離の有無を観察。
(3) Alkali resistance: Observation of peeling of the film after immersion in a 5% NaOH aqueous solution at 50 ° C. for 10 minutes.

(4)鉛筆硬度:JIS K−5400による。(4) Pencil hardness: according to JIS K-5400.

(5)屈折率:エリプソメーターによる。(5) Refractive index: by ellipsometer.

結果を表2に示す。 Table 2 shows the results.

表2から、本発明の塗布液を用いて形成された被膜
は、耐煮沸性評価による耐湿性、耐アルカリ性評価によ
る耐薬品性に優れており、また、テトラアルコキシシラ
ンのみによる塗布液を用いて形成された被膜(実施例
1、および参考例1、2)の屈折率が比較例1の被膜と
比べて高いことからもわかるとおり、ピンホールがほと
んどなく、緻密な被膜が形成れていることがわかる。
From Table 2, the film formed using the coating solution of the present invention is excellent in moisture resistance by boiling resistance evaluation, chemical resistance by alkali resistance evaluation, and by using a coating solution only with tetraalkoxysilane. As can be seen from the fact that the refractive index of the formed film (Example 1 and Reference Examples 1 and 2) is higher than the film of Comparative Example 1, there is almost no pinhole and a dense film is formed. I understand.

また、被誘電率も従来の塗布液による被膜(比較例)
に比べて低いことがわかる。
In addition, the dielectric constant is the same as that of the conventional coating liquid (comparative example).
It turns out that it is low compared with.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09D 183/04 C09D 183/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C09D 183/04 C09D 183/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式R1 nSi(OR24-n (式中、R1は炭化水素基であり、R2は炭素数1〜4のア
ルキル基であり、nは0〜3である)で示されるアルコ
キシシランの1種または2種以上を、有機溶媒、水およ
び酸の存在下で部分加水分解し、 次いで得られた部分加水分解液を、アルカリと接触さ
せ、得られた塗布液に酸を加えて酸性にすることを特徴
とする、アルコキシシラン部分加水分解物の縮重合物を
含むシリカ系被膜形成用塗布液の製造方法。
1. A compound of the general formula R 1 n Si (OR 2 ) 4-n wherein R 1 is a hydrocarbon group, R 2 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is 0 to 3 Is partially hydrolyzed in the presence of an organic solvent, water and an acid, and the obtained partially hydrolyzed solution is contacted with an alkali to obtain A method for producing a coating liquid for forming a silica-based film, comprising a condensation polymerized product of an alkoxysilane partial hydrolyzate, wherein the coating liquid is acidified by adding an acid.
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