JP4128380B2 - 絶縁膜用材料、絶縁膜用コーティングワニス、絶縁膜、及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用の層間絶縁膜、保護膜、多層回路の層間絶縁膜、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、液晶配向膜などの用途に用いられる、電気特性、熱特性、機械特性に優れた、絶縁膜用材料および絶縁膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体用材料には、必要とされる特性に応じて無機材料、有機材料などが、様々な部分で用いられている。例えば、半導体用の層間絶縁膜としては、化学気相法で作製した2酸化シリコン等の無機酸化膜が使用されている。しかしながら、近年の半導体の高速化、高性能化に伴い、上記のような無機酸化膜では、比誘電率が高いことが問題となっている。その改良手段のひとつとして、有機材料の適用が検討されている。
【0003】
半導体用途の有機材料としては、耐熱性、電気特性、機械特性などに優れたポリイミド樹脂が挙げられ、ソルダーレジスト、カバーレイ、液晶配向膜などに用いられている。しかしながら、一般にポリイミド樹脂はイミド環にカルボニル基を2個有していることから、耐吸水性、電気特性に問題がある。これらの問題に対して、フッ素あるいはフッ素含有基を有機高分子内に導入することにより、耐吸水性、電気特性を改良することが試みられており、実用化されているものもある。
【0004】
また、ポリイミド樹脂に比べて、耐熱性、耐吸水性、電気特性に関して、より優れた性能を示すポリベンゾオキサゾール樹脂があり、様々な分野への適用が試みられている。例えば、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシビフェニルとテレフタル酸からなる構造を有するもの、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンとテレフタル酸からなる構造を有するポリベンゾオキサゾール樹脂等がある。
【0005】
しかし、さらに厳しい耐熱性、電気特性、耐吸水性等の向上を要求されている先端分野では、このような要求の全てを満足する材料は、未だ得られていないのが現状である。つまり、優れた耐熱性を示すが、誘電率等の電気特性は十分ではなく、また、フッ素導入により、電気特性は向上するものの、耐熱性の低下を招く等の問題を生じている。特に、半導体用層間絶縁膜として有機材料を適用する場合、無機材料に匹敵する耐熱性、機械特性、耐吸水性を要求され、その上で更なる低誘電率化が求められている。
【0006】
このような高性能化の要求に対して、無機材料である無機酸化膜の膜中に微細孔を設けることにより、低密度化を図り、比誘電率を低減させる方法が検討されている。空気の比誘電率は1であり、膜中に空気を導入して比誘電率を下げることは、Scheuerleinらの米国特許第3,883,452号(1975年5月13日発行)の、約20μmの平均孔径を有する発泡重合体を生成させる方法から類推される。しかしながら、空気を膜中に導入することによって効果的な絶縁体にするためには、膜厚がサブマイクロメーターオーダーで、平均化された比誘電率を有する必要があり、そして膜自体の機械特性も、各工程に耐え得るものでなければならい。このような問題を克服する無機材料が未だ得られていないのが現状である。
【0007】
一方、有機材料においては、サブマイクロメーターオーダーの微細孔を得る技術については、Hedrickらの米国特許第5,776,990号(1998年7月7日発行)には、ブロックコポリマーからサブマイクロメーターオーダーの微細孔を有する樹脂を生成させることが開示されている。ブロックコポリマーがサブマイクロメーターオーダーで相分離することは公知(T.Hashimoto, M.Shibayama, M.Fujimura and H.Kawai," Microphase Separation and the Polymer-polymer Interphase in Block Polymers " in " Block Copolymers-Science and Technology ", p.63, Ed. By D.J.Meier (Academic Pub., 1983))のことであり、天井温度の低いポリマー類が容易に分解することも、高分子化学の分野では、一般に良く知られていることである。
【0008】
また、有機材料の導入に伴い、プロセス自体もダマシンプロセスと呼ばれる銅配線埋め込み技術の検討がなされている。ダマシンプロセスにおいては、電界メッキ法により銅埋め込みを行った後、化学機械研磨(CMP)と呼ばれる工程が必須となるが、この研磨工程で、層間絶縁膜は配線材料のバリアメタル材に用いられるTaN、TiN、SiN等に対して、十分な密着性を有することが必要である。
【0009】
しかしながら、比誘電率のみならず、機械特性、電気特性、耐吸水性、耐熱性、高密着性を満足させながら、微細孔を有する樹脂組成物を得るためには、樹脂、ブロック化技術、および熱分解性成分を組み合わせる、その選択が非常に限定され、すべての特性を満足できるものは得られていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体用途において、優れた耐熱性と優れた密着性を維持し、低誘電率化を可能とする絶縁膜用樹脂組成物、絶縁膜、及びこれを用いた半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記のような従来の問題点に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、特定構造のポリアミドと反応性オリゴマーとを反応させて得られる共重合体、前記のポリアミドと異なる特定構造のポリアミド、及びオリゴマーを必須成分とする絶縁膜用材料が、本発明の目的を満たし得る絶縁膜を与えることを見出し、さらに検討を進めて、本発明を完成するに至った。
【0012】
即ち本発明は、一般式(A)で表わされる繰返し単位を有するポリアミドと、該ポリアミド構造中のカルボキシル基、アミノ基、又はヒドロキシル基と反応し得るカルボキシル基、アミノ基又はヒドロキシル基を有する数平均分子量が100〜40,000の反応性オリゴマー(B)とを、反応せしめて得られる共重合体(C)、一般式(D)で表される繰返し単位を有するポリアミド、及び数平均分子量が100〜40,000のオリゴマー(E)を必須成分とすることを特徴とする絶縁膜用材料である。またさらには、該絶縁膜用材料とそれを溶解もしくは分散させることが可能な有機溶媒からなり、絶縁膜を作製することが可能なコーティング用ワニス、該コーティング用ワニスを加熱処理して縮合反応及び架橋反応せしめて得られるポリベンゾオキサゾールを主構造とする樹脂の層からなり、且つ微細孔を有する絶縁膜、及び、該絶縁膜を用いた半導体装置である。
【0013】
【化11】
【0014】
式中、Xは式(F)で表される構造から選ばれ、同じであっても異なっていてもかまわない。Yは式(G−1),式(G−2),式(H),及び式(I)で表される構造の中から選ばれる少なくとも1つの基を、Zは式(J)で表される構造より選ばれる基を表す。繰り返し単位の配列は、ブロック的であってもランダム的であっても構わない。また、l及びmは、l>0,m≧0,2≦l+m≦1000,及び0.05≦l/(l+m)≦1の関係を満たす整数である。
【0015】
【化12】
【0016】
式中、Xは式(F)で表される構造から選ばれ、Zは式(J)で表される構造より選ばれる基を表す。繰り返し単位の配列は、ブロック的であってもランダム的であっても構わない。また、nは、2≦n≦1000の関係を満たす整数である。
【0017】
【化13】
【0018】
【化14】
【0019】
【化15】
【0020】
【化16】
【0021】
【化17】
【0022】
【化18】
【0023】
式(F)及び式(J)中のX1は、式(K)で表される構造より選ばれる基、式(G−1)及び式(G−2)中のRは、水素原子、アルキル基又は式(L)で表される基の中から選ばれる一価の基を表す。
【0024】
【化19】
【0025】
【化20】
【0026】
式(F),式(G−1),式(G−2),式(H),式(I),式(J),式(K),及び式(L)で表される基におけるベンゼン環上の水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基、フッ素原子、及びトリフルオロメチル基の中から選ばれる少なくとも1個の基で置換されていてもよい。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明における骨子は、次の3点である。先ず第1は、絶縁膜用材料の必須成分である、共重合体(C)中のポリアミド(A)ユニットの主鎖に、加熱により架橋するエチニル、フェニルエチニル、アルキルエチニル、ビフェニレン、及び内部アセチレンの少なくとも1種の骨格を導入し、アミド基の閉環反応によるポリベンゾオキサゾールへの変換と共に、エチニル、フェニルエチニル、アルキルエチニル、ビフェニレン、内部アセチレン骨格の架橋反応によって、樹脂構造を3次元化させることにより、高い耐熱性を有する樹脂が得られることである。
【0028】
第2は、必須成分であるポリアミド(D)による高密着性の付与である。前記共重合体(C)が加熱により架橋する骨格を内部に有するのに対し、ポリアミド(D)はそのような架橋骨格を有さないことが重要である。共重合体(C)により3次元化された樹脂構造中に、ポリアミド(D)による線状樹脂が存在することにより、各種基盤との高い密着性を有する樹脂が得られる。
【0029】
第3は、必須成分である共重合体(C)中の反応性オリゴマー(B)、及びオリゴマー(E)を、樹脂加熱時において熱分解させ、揮散せしめることにより、ポリベンゾオキサゾール樹脂を主構造とする樹脂膜中に微細孔を形成させるが、反応性オリゴマー(B)は共重合体(C)の一成分であるため、共重合体(C)への導入量はその分子量や反応性により制限を受ける場合があるが、オリゴマー(E)を併用することで、樹脂加熱時に熱分解し揮散する成分として、任意の量のオリゴマーを絶縁膜用材料に導入することが可能になり、それによってポリベンゾオキサゾール樹脂を主構造とする樹脂膜中に、任意の量の微細孔を形成させることが可能になる。その結果として、高耐熱性と高密着性を両立させた、低誘電率化が可能な多孔質絶縁膜を得ることができるのである。
【0030】
本発明において、必須成分である共重合体(C)中のポリアミドユニットは、前記式(F)に表された構造の中のいずれかを有する、ビスアミノフェノール化合物の少なくとも1種と、式(G−1),式(G−2),式(H),式(I)で表された構造の中の、いずれかを有するジカルボン酸の少なくとも1種とを用いて、あるいはジカルボン酸として、前記ジカルボン酸と式(J)に表された構造の中のいずれかを有するジカルボン酸とを併用し、従来の酸クロリド法、活性化エステル法、ポリリン酸やジシクロヘキシルカルボジイミド等の脱水縮合剤の存在下での縮合反応等の方法により得ることが出来る。
【0031】
本発明で用いる、式(E)で表される構造を有するビスアミノフェノール化合物としては、2,4−ジアミノレゾルシノール、4,6−ジアミノレゾルシノール、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシフェニル)プロパン、3,3'−ジアミノ−4,4 '−ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシビフェニル、9,9−ビス(4−((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェノキシ)フェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−((3−アミノ−4−ヒドロキシ)フェノキシ)フェニル)フルオレン、9,9−ビス((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェニル))フルオレン、9,9−ビス((3−アミノ−4−ヒドロキシ)フェニル))フルオレン、9,9−ビス(4−((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェノキシ)−3−フェニル−フェニル)−フルオレン、9,9−ビス(4−((3−アミノ−4−ヒドロキシ)フェノキシ)−3−フェニル−フェニル)−フルオレン、9,9−ビス((2−アミノ−3−ヒドロキシ−4−フェニル)−フェニル)−フルオレン、9,9−ビス((2−ヒドロキシ−3−アミノ−4−フェニル)−フェニル)−フルオレン、3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシフェニルエーテル、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ−2−トリフルオロメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ−2−トリフルオロメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ−5−トリフルオロメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ−5−トリフルオロメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ−6−トリフルオロメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ−6−トリフルオロメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ−2−トリフルオロメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ−2−トリフルオロメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ−5−トリフルオロメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ−5−トリフルオロメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシ−6−トリフルオロメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノ−3−ヒドロキシ−6−トリフルオロメチルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシ−2,2'−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシ−2,2'−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシ−5,5'−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシ−5,5'−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシ−6,6'−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシ−6,6'−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、1,1’−ビナフチル−3,3'−ジアミノ−2,2'−ジオール、ビス(2−((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェノキシ))−1,1'−ビナフチル、ビス(2−((3−アミノ−4−ヒドロキシ)フェノキシ))−1,1'−ビナフチル等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。
【0032】
本発明で用いる、式(G−1)及び式(G−2)で表される2価の基を有し、式(G−1)及び式(G−2)におけるRが、水素原子であるジカルボン酸の例としては、3−エチニルフタル酸、4−エチニルフタル酸、2−エチニルイソフタル酸、4−エチニルイソフタル酸、5−エチニルイソフタル酸、2−エチニルテレフタル酸、3−エチニルテレフタル酸、2−エチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、3−エチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、4−エチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、1−エチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、3−エチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、4−エチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、2−エチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3−エチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、4−エチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、5−エチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、7−エチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、8−エチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3−エチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、4−エチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、5−エチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、6−エチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、2−エチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、4−エチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、5−エチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、6−エチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、2−エチニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3−エチニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,4−ジエチニルフタル酸、3,5−ジエチニルフタル酸、3,6−ジエチニルフタル酸、4,5−ジエチニルイソフタル酸、4,6−ジエチニルイソフタル酸、2,5−ジエチニルテレフタル酸、3,3'−ジエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、4,4'−ジエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、5,5'−ジエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、6,6'−ジエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、4,4'−ジエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、5,5'−ジエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、6,6'−ジエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジエチニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,3'−ジエチニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、2,2−ビス(2−カルボキシ−3−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−5−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−6−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−2−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−4−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−6−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−3−エチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−エチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−エチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−エチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−エチニル−1,3−ジカルボキシシクロプロパン、5−エチニル−2,2−ジカルボキシシクロプロパン、3−ビス(4−カルボキシ−フェノキシ)−5−エチニル−ベンゼンの構造異性体、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェニル)−5−エチニル−ベンゼンの構造異性体、5−(3−エチニル−フェノキシ)−イソフタル酸、5−(1−エチニル−フェノキシ)−イソフタル酸、5−(2−エチニル−フェノキシ)イソフタル酸、2−(1−エチニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(2−エチニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(3−エチニル−フェノキシ)テレフタル酸、5−(1−エチニル−フェニル)−イソフタル酸、5−(2−エチニル−フェニル)−イソフタル酸、5−(3−エチニル−フェニル)−イソフタル酸、2−(1−エチニル−フェニル)−テレフタル酸、2−(2−エチニル−フェニル)−テレフタル酸、2−(3−エチニル−フェニル)−テレフタル酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。
【0033】
式(G−1)及び式(G−2)におけるRが、式(L)で表される一価の基であるジカルボン酸の例としては、3−フェニルエチニルフタル酸、4−フェニルエチニルフタル酸、2−フェニルエチニルイソフタル酸、4−フェニルエチニルイソフタル酸、5−フェニルエチニルイソフタル酸、2−フェニルエチニルテレフタル酸、3−フェニルエチニルテレフタル酸、2−フェニルエチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、3−フェニルエチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、4−フェニルエチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、1−フェニルエチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、3−フェニルエチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、4−フェニルエチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、2−フェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3−フェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、4−フェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、5−フェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、7−フェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、8−フェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3−ビフェニルエチニルフタル酸、4−ビフェニルエチニルフタル酸、2−ビフェニルエチニルイソフタル酸、4−ビフェニルエチニルイソフタル酸、5−ビフェニルエチニルイソフタル酸、2−ビフェニルエチニルテレフタル酸、3−ビフェニルエチニルテレフタル酸、2−ビフェニルエチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、3−ビフェニルエチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、4−ビフェニルエチニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、1−ビフェニルエチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、3−ビフェニルエチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、4−ビフェニルエチニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、2−ビフェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3−ビフェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、4−ビフェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、5−ビフェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、7−ビフェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、8−ビフェニルエチニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3,3'−ジフェニルエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、4,4'−ジフェニルエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、5,5'−ジフェニルエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、6,6'−ジフェニルエチニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジフェニルエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、4,4'−ジフェニルエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、5,5'−ジフェニルエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、6,6'−ジフェニルエチニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジフェニルエチニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,3'−ジフェニルエチニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、2,2−ビス(2−カルボキシ−3−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−5−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−6−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−2−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−4−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−6−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−3−フェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−フェニルエチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−フェニルエチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−フェニルエチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−3−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−5−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−6−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−2−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−4−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−6−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−3−ビフェニルエチニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−ビフェニルエチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−ビフェニルエチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−ビフェニルエチニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−フェニルエチニル−1,3−ジカルボキシシクロプロパン、5−フェニルエチニル−2,2−ジカルボキシシクロプロパン、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェノキシ)−5−フェニルエチニル−ベンゼンの構造異性体、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェニル)−5−フェニルエチニル−ベンゼンの構造異性体、5−(1−フェニルエチニル−フェノキシ)イソフタル酸、5−(2−フェニルエチニル−フェノキシ)イソフタル酸、5−(3−フェニルエチニル−フェノキシ)イソフタル酸、2−(1−フェニルエチニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(2−フェニルエチニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(3−フェニルエチニル−フェノキシ)テレフタル酸、5−(1−フェニルエチニル−フェニル)イソフタル酸、5−(2−フェニルエチニル−フェニル)イソフタル酸、5−(3−フェニルエチニル−フェニル)イソフタル酸、2−(1−フェニルエチニル−フェニル)テレフタル酸、2−(2−フェニルエチニル−フェニル)テレフタル酸、2−(3−フェニルエチニル−フェニル)テレフタル酸、4−ビフェニルエチニル−1,3−ジカルボキシシクロプロパン、5−ビフェニルエチニル−2,2−ジカルボキシシクロプロパン、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェノキシ)−5−ビフェニルエチニル−ベンゼンの構造異性体、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェニル)−5−ビフェニルエチニル−ベンゼンの構造異性体、5−(1−ビフェニルエチニル−フェノキシ)イソフタル酸、5−(2−ビフェニルエチニル−フェノキシ)イソフタル酸、5−(3−ビフェニルエチニル−フェノキシ)イソフタル酸、2−(1−ビフェニルエチニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(2−ビフェニルエチニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(3−ビフェニルエチニル−フェノキシ)テレフタル酸、5−(1−ビフェニルエチニル−フェニル)イソフタル酸、5−(2−ビフェニルエチニル−フェニル)イソフタル酸、5−(3−ビフェニルエチニル−フェニル)イソフタル酸、2−(1−ビフェニルエチニル−フェニル)テレフタル酸、2−(2−ビフェニルエチニル−フェニル)テレフタル酸、2−(3−ビフェニルエチニル−フェニル)テレフタル酸が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。
【0034】
式(G−1)及び式(G−2)におけるRがアルキル基である例としては、3−ヘキシニルフタル酸、4−へキシニルフタル酸、2−へキシニルイソフタル酸、4−へキシニルイソフタル酸、5−へキシニルイソフタル酸、2−へキシニルテレフタル酸、3−へキシニルテレフタル酸、2−へキシニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、3−へキシニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、4−へキシニル−1,5−ナフタレンジカルボン酸、1−へキシニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、3−へキシニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、4−へキシニル−2,6−ナフタレンジカルボン酸、2−へキシニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3−へキシニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、4−へキシニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、5−へキシニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、7−へキシニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、8−へキシニル−1,6−ナフタレンジカルボン酸、3,3'−ジへキシニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、4,4'−ジへキシニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、5,5'−ジヘキシニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、6,6'−ジへキシニル−2,2'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジへキシニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、4,4'−ジへキシニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、5,5'−ジへキシニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、6,6'−ジへキシニル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジへキシニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,3'−ジへキシニル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、2,2−ビス(2−カルボキシ−3−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−5−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−6−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−2−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−4−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−6−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−3−へキシニルフェニル)プロパン、2,2−ビス(2−カルボキシ−4−へキシニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−カルボキシ−5−へキシニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−カルボキシ−2−へキシニルフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−へキシニル−1,3−ジカルボキシシクロプロパン、5−ヘキシニル−2,2−ジカルボキシシクロプロパン、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェノキシ)−5−ヘキシニル−ベンゼンの構造異性体、1,3−ビス(4−カルボキシ−フェニル)−5−ヘキシニル−ベンゼンの構造異性体、5−(3−ヘキシニル−フェノキシ)イソフタル酸、5−(1−ヘキシニル−フェノキシ)イソフタル酸、5−(2−ヘキシニル−フェノキシ)イソフタル酸、2−(1−ヘキシニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(2−ヘキシニル−フェノキシ)テレフタル酸、2−(3−ヘキシニル−フェノキシ)テレフタル酸、5−(1−ヘキシニル−フェニル)イソフタル酸、5−(2−ヘキシニル−フェニル)イソフタル酸、5−(3
−ヘキシニル−フェニル)イソフタル酸、2−(1−ヘキシニル−フェニル)テレフタル酸、2−(2−ヘキシニル−フェニル)テレフタル酸、2−(3−ヘキシニル−フェニル)テレフタル酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。また、2種以上のビスアミノフェノール化合物を組み合わせて使用することも可能である。
【0035】
本発明で用いる、式(H)に表された構造を有するビフェニレン骨格を持つジカルボン酸の例としては、1,2−ビフェニレンジカルボン酸、1,3−ビフェニレンジカルボン酸、1,4−ビフェニレンジカルボン酸、1,5−ビフェニレンジカルボン酸、1,6−ビフェニレンジカルボン酸、1,7−ビフェニレンジカルボン酸、1,8−ビフェニレンジカルボン酸、2,3−ビフェニレンジカルボン酸、2,6−ビフェニレンジカルボン酸、2,7−ビフェニレンジカルボン酸などが挙げられ、得られる塗膜の性能から、2,6−ビフェニレンジカルボン酸、2,7−ビフェニレンジカルボン酸が特に好ましい。これらは単独で用いてもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。
【0036】
式(I)の構造を有するジカルボン酸の例としては、4,4'−トランジカルボン酸、3,4'−トランジカルボン酸、3,3'−トランジカルボン酸、2,4'−トランジカルボン酸、2,3'−トランジカルボン酸、2,2'−トランジカルボン酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、1種、または2種以上混合して用いることが出来る。
【0037】
式(J)で表された構造を有するジカルボン酸の例としては、イソフタル酸、テレフタル酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,3'−ビフェニルジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4'−スルホニルビス安息香酸、3,4'−スルホニルビス安息香酸、3,3'−スルホニルビス安息香酸、4,4'−オキシビス安息香酸、3,4'−オキシビス安息香酸、3,3'−オキシビス安息香酸、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−カルボキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2'−ジメチル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,3'−ジメチル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ジメチル−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、3,3'−ビス(トリフルオロメチル)−4,4'−ビフェニルジカルボン酸、2,2'−ビス(トリフルオロメチル)−3,3'−ビフェニルジカルボン酸、9,9−ビス(4−(4−カルボキシフェノキシ)フェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(3−カルボキシフェノキシ)フェニル)フルオレン、4,4'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)ビフェニル、4,4'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,4'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,4'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,3'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)ビフェニル、3,3'−ビス(3―カルボキシフェノキシ)ビフェニル、4,4'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)−p−ターフェニル、4,4'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)−m−ターフェニル、3,4'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)−p−ターフェニル、3,3'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)−p−ターフェニル、3,4'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)−m−ターフェニル、3,3'−ビス(4−カルボキシフェノキシ)−m−ターフェニル、4,4'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)−p−ターフェニル、4,4'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)−m−ターフェニル、3,4'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)−p−ターフェニル、3,3'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)−p−ターフェニル、3,4'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)−m−ターフェニル、3,3'−ビス(3−カルボキシフェノキシ)−m−ターフェニル、3−フルオロイソフタル酸、2−フルオロイソフタル酸、2−フルオロテレフタル酸、2,4,5,6−テトラフルオロイソフタル酸、2,3,5,6−テトラフルオロテレフタル酸、5−トリフルオロメチルイソフタル酸等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、また2種類以上組み合わせて使用してもよい。
【0038】
本発明におけるポリアミド(A)において、架橋する骨格を有する繰り返し単位と、架橋する骨格を持たない繰り返し単位の数である、式(A)中のl及びmは、l>0,m≧0,2≦l+m≦1000,0.05≦l/(l+m)≦1の関係を満たす整数である。lとmの和は、好ましくは5以上100以下である。ここでlとmの和が、2未満であると成膜性が低下し、膜の機械強度が十分でなくなる。また、1000を越えると分子量が大きくなりすぎて、溶剤に溶けにくくなったり、溶解しても粘調なワニスとなり実用にそぐわない。l及びmは0.05≦l/(l+m)≦1の関係を満たす整数であることが必須であり、さらには、0.5≦l/(l+m)≦1の関係を満たすことが好ましい。0.05>l/(l+m)であると、架橋する骨格を持つ繰り返し単位の数が少ないことを意味し、架橋反応部位が少ないため耐熱性が向上せず、微細孔が保持できなかったり、不均一な微細孔となり好ましくない。
【0039】
式(A)において繰り返し単位の配列は、ブロック的であっても、ランダム的であってもかまわない。例えば、ブロック的な繰り返し単位の場合は、ビスアミノフェノール化合物と式(J)から選ばれる構造を有するジカルボン酸クロリドとを、予め反応させて分子量を上げた後、更にビスアミノフェノール化合物と、式(G−1),式(G−2),式(H),及び式(I)で表される構造の中から選ばれる、架橋に寄与する構造を有するジカルボン酸クロリドとを反応させることにより得ることができる。また逆に、ビスアミノフェノール化合物と、式(G−1),式(G−2),式(H),及び式(I)で表される構造の中から選ばれる、架橋に寄与する構造を有するジカルボン酸クロリドとを、予め反応させて分子量を上げた後、更にビスアミノフェノール化合物と式(J)から選ばれる構造を有するジカルボン酸クロリドとを反応させてもよい。ランダムな繰り返し単位の場合は、ビスアミノフェノール化合物と、式(J)から選ばれる構造を有するジカルボン酸クロリドと式(G−1),式(G−2),式(H),及び式(I)で表される構造の中から選ばれる、架橋に寄与する構造を有するジカルボン酸クロリドとを、同時に反応させることにより得ることができる。
【0040】
本発明において、ポリアミドとの反応にて使用する反応性オリゴマー(B)は、その構造中にポリアミド構造中のカルボキシル基、アミノ基、又はヒドロキシル基と反応し得る反応性置換基を有しており、反応性置換基としては、カルボキシル基、アミノ基またはヒドロキシル基を持つことが必須であり、そしてポリアミド(A)の熱分解温度より低い温度で熱分解し、分解物が気化するオリゴマーでなければならない。具体的に例示すると、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、ポリオキシメチレン−オキシエチレン共重合体、ポリオキシメチレン−オキシプロピレン共重合体、ポリオキシエチレン−オキシプロピレン共重合体等のポリオキシアルキレンや、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリα−メチルスチレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン等が好適に挙げられる。反応性置換基は、側鎖あるいは主鎖の片末端または両末端に導入したものを用いることができる。工業的に入手が容易であるのは、主鎖の末端を修飾した反応性オリゴマーである。より具体的には、4−アミノ安息香酸エステル化末端スチレンオリゴマー、4-アミノ安息香酸エステル化末端ポリ(プロピレングリコール)オリゴマー、両ヒドロキシ末端ポリ(エチレングリコール)−ブロック−ポリ(プロピレングリコール)−ブロック−ポリ(エチレングリコール)、ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)などが挙げられる。
【0041】
反応性オリゴマー(B)は、数平均分子量が100〜40,000の範囲のものが好ましい。より好ましくは、数平均分子量が100〜10,000の範囲のものである。分子量が100未満であると、分解・気化した後の空隙が小さく潰れやすいため、比誘電率の低減を発現させることができない。また分子量が40,000を越えると、空隙が大きくなりすぎて絶縁膜の機械特性が極端に低下し、実用に供すことができなくなるといった問題が発生する場合がある。共重合体(C)における反応性オリゴマー(B)の配合量に関しては、特に限定はなく任意に設定できるが、ポリアミド(A)に対して、5〜40重量部であることが好ましい。
【0042】
本発明において、共重合体(C)の製造方法の例としては、従来の酸クロリド法、活性化エステル法、ポリリン酸やジシクロヘキシルカルボジイミド等の脱水縮合剤の存在下での縮合反応等の方法を用いることが出来る。例えば、酸クロリド法では、使用する酸クロリドは、まず、N,N−ジメチルホルムアミド等の触媒存在下で、ジカルボン酸と過剰量の塩化チオニルとを、室温ないし130℃で反応させ、過剰の塩化チオニルを加熱及び減圧により留去した後、残査をヘキサン等の溶媒で再結晶することにより得ることができる。このようにして製造したジカルボン酸クロリドと、前記他のジカルボン酸を併用する場合、同様にして得られる酸クロリドとを、ビスアミノフェノール化合物と共に、通常N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド等の極性溶媒に溶解し、ピリジン、トリエチルアミン等の酸受容剤滴下後、室温ないし−30℃で反応させ、ポリアミドを合成し、更に、予め反応性オリゴマーをγ―ブチロラクトンなどに溶解したものを滴下する。滴下終了後、室温まで戻し攪拌する。反応液を蒸留水とイソプロピルアルコールの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することによりポリアミド(A)と反応性オリゴマー(B)とを反応せしめた共重合体(C)を得ることが出来る。
【0043】
酸クロリドとビスアミノフェノール化合物の仕込みモル比は、得られるポリアミド(A)の分子量に大きく影響し、また、ポリアミドの末端基構造を制御するのに重要である。すなわち、反応性オリゴマー(B)と共重合反応させるには、ポリアミド(A)の末端を反応性オリゴマー(B)の反応性基と反応し得るようにしなければならない。つまり、酸クロリド/ビスアミノフェノール化合物のモル比を、1未満とすると、得られるポリアミドの末端は、アミノ基とヒドロキシル基を有し、カルボキシル基を有するオリゴマーとの共重合が可能となる。また、酸クロリド/ビスアミノフェノールのモル比を、1より大きくすると、得られるポリアミドの末端は、カルボキシル基を有し、アミノ基またはヒドロキシル基を有する反応性オリゴマーとの共重合が可能となる。この場合、反応性オリゴマー(B)の末端反応基は、求核性の強いアミノ基の方がより好ましい。
【0044】
この時、反応性オリゴマー(B)の末端水酸基をアミノ基に変換する例としては、水酸基末端反応性オリゴマーと共に4−ニトロ安息香酸クロリドを、通常テトラヒドロフラン中に溶解し、ピリジン等の酸受容剤存在下で、室温ないし−30℃で反応させることにより、4−ニトロ安息香酸エステル末端オリゴマーを得ることが出来る。その後、この末端オリゴマーをテトラヒドロフランなどの溶媒に溶解し、パラジウム炭素触媒存在下、水素ガス雰囲気下で室温で反応させ、その反応液をセライトで濾過し、溶媒を濃縮して除去することにより4−アミノ安息香酸エステル末端のオリゴマーを得て、これをアミノ基末端反応性オリゴマーとして使用することができる。また、ポリアミドユニットの主鎖構造中の水酸基に、カルボキシル基やイソシアネート基を持つ反応性オリゴマーと反応させてグラフト共重合体を合成し用いることも可能であるが、水酸基と反応する反応性オリゴマーであれば、特にこれらに限定されるものではない。
【0045】
一般式(D)で表されるポリアミドにおいて、架橋する骨格を持たない繰り返し単位の数である、式中のnは、2≦n≦1000の関係を満たす整数である。ここでnが1000を越えると分子量が大きくなりすぎて、溶剤に溶けにくくなったり、溶解しても粘調なワニスとなり実用にそぐわない。ポリアミド(D)の配合量には特に限定は無いが、共重合体(C)中のポリアミド(A)とポリアミド(D)の総配合量に対して、10〜50重量部であることが好ましい。10重量部未満であると、ポリアミド(D)に由来する密着性の向上が不十分である可能性があり、また、50重量部を超えると、共重合体(C)中の架橋する骨格を持つ繰り返し単位の数が少ないことを意味し、架橋反応部位が少ないため耐熱性が向上しない可能性がある。
【0046】
本発明において、もう一方の必須成分であるオリゴマー(E)は、前記ポリアミド(A)の熱分解温度より低い温度で熱分解し、分解物が気化するオリゴマーであれば、どのようなオリゴマーでも良く、ここには上述の反応性オリゴマー(B)も含まれる。具体的に例示すると、ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、ポリオキシメチレン−オキシエチレン共重合体、ポリオキシメチレン−オキシプロピレン共重合体、ポリオキシエチレン−オキシプロピレン共重合体等のポリオキシアルキレンや、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリα−メチルスチレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン等が好適に挙げられる。反応性置換基としては、側鎖あるいは主鎖の片末端または両末端に導入したものを用いることができる。これら該有機化合物は単独あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0047】
オリゴマー(E)は、数平均分子量が100〜10,000の範囲のものが好ましい。分子量が100未満であると、分解・気化した後の空隙が小さく潰れやすいため、比誘電率の低減を発現させることができない。また、分子量が10,000を越えると、空隙が大きくなりすぎて、絶縁膜の機械特性が極端に低下し、実用に供すことができなくなるといった問題が発生する場合がある。オリゴマー(E)の配合量は、特に限定がなく任意に設定できるが、共重合体(C)100重量部に対して、3〜40重量部配合であることが好ましい。
【0048】
必須成分である共重合体(C)中の反応性オリゴマー(B)及びオリゴマー(E)は、樹脂加熱時において熱分解させ揮散せしめることにより、ポリベンゾオキサゾール樹脂を主構造とする樹脂膜中に微細孔を形成させるものであり、その総配合量には特に限定がなく、ポリベンゾオキサゾール樹脂を主構造とする樹脂膜中で望むべき微細孔量になるように任意に設定できる。反応性オリゴマー(B)及びオリゴマー(E)の総配合量としては、ポリアミド(A)とポリアミド(D)の総重量100重量部に対して、7〜45重量部であることが好ましい。7重量部未満であると絶縁膜中の空隙率が小さく、誘電率を低減させることが不十分である可能性があり、また、45重量部を越えると、膜中の空隙率が大きくなり膜の機械強度が極端に低下したり、空隙が連続し不均一となり、誘電率が場所により異なる等の問題が発生する可能性がある。
【0049】
本発明の絶縁膜用材料は、前記共重合体(C)、ポリアミド(D)及びオリゴマー(E)を、混合することによって得られる。また、必要により各種添加剤を用いることができ、例としては、界面活性剤、シラン系に代表されるカップリング剤、酸素ラジカルやイオウラジカルを加熱により発生するラジカル開始剤、ジスルフィド類などの触媒等が挙げられる。
【0050】
また、本発明におけるポリアミド(A)及びポリアミド(D)は、その構造によっては、感光剤としてナフトキノンジアジド化合物と一緒に用いることで、ポジ型の感光性樹脂組成物として用いることが可能である。
【0051】
本発明の絶縁膜用材料の使用方法としては、適当な有機溶媒に溶解させるか均一に分散させて、コーティングワニスとして使用することが可能である。具体的に例示すると、当該絶縁膜用材料を有機溶媒に溶解又は均一に分散させ、適当な支持体、例えば、ガラス、繊維、金属、シリコンウエハー、セラミック基板等に塗布する。その塗布方法は、浸漬、スクリーン印刷、スプレー、回転塗布、ロールコーティングなどが挙げられ、塗布後に加熱乾燥して溶剤を揮発せしめ、タックフリーな塗膜とすることができる。その後、加熱処理して、ポリベンゾオキサゾール樹脂架橋体に変換して用いるのが好ましい。また、ジカルボン酸成分、ビスアミノフェノール成分、反応性オリゴマー成分及びオリゴマー成分を選択することにより、溶剤に可溶なポリベンゾオキサゾール樹脂として用いることも出来る。
【0052】
本発明の絶縁膜用樹脂組成物を溶解させる、有機溶媒としては、固形分を完全に溶解する溶媒が好ましく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン等を、1種、または2種以上混合して用いることが出来る。その使用量としては、該ポリアミドと該有機化合物を完全に溶解し得る量ならば問題なく、その使用用途に応じて調整可能である。
【0053】
本発明の絶縁膜用材料は、上記のようにして得られた塗膜を、80〜200℃の温度範囲で溶媒を蒸発させ、200℃から500℃の温度範囲で加熱することにより、絶縁膜用材料中のポリアミド(A)及びポリアミド(D)が、環化縮合反応及び架橋反応を生じてポリベンゾオキサゾール樹脂となり、また、絶縁膜用材料中の該反応性オリゴマー(B)及び該オリゴマー(E)は、このとき熱分解して、分解物が気化・揮散し、ポリベンゾオキサゾール樹脂を主構造とする樹脂の層に微細孔を形成させることにより、多孔質絶縁膜である本発明の絶縁膜を得ることができる。この際の熱履歴も微細孔を形成させるには重要である。
【0054】
絶縁膜中における微細孔の大きさは、絶縁膜の用途や膜の厚みにもよるが、一般的には、少なくとも1μ以下、好ましくは20nm以下であることが望ましい。半導体用層間絶縁膜においては、孔径が20nmより大きいと配線間に用いられた絶縁膜における空隙が不均一になり、電気特性が一定とならない可能性や、また、膜の機械強度が低下し、接着性に悪影響が出る等の問題が発生する可能性がある。
【0055】
本発明の絶縁膜用材料及び絶縁膜は、半導体用層間絶縁膜、保護膜、多層回路の層間絶縁膜、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、液晶配向膜等の形成に用いることが出来る。
【0056】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。実施例及び比較例で作成したフィルムを用いて、特性評価のため、下記の方法により、誘電率、耐熱性、及び密着性を測定した。また、フィルムの断面を観察し、これらの結果は表1にまとめて示した。
【0057】
1.比誘電率
JIS−K6911に準拠し、周波数100KHzで、ヒューレットパッカード社製HP−4284A Precision LCRメーターを用いて測定を行った。具体的には、ワニスを調製し、スピンコーターを用いてアルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上に塗布し、その後120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。その皮膜上にアルミニウムを蒸着してパターンニングを行い、所定の大きさの電極を形成した。シリコンウエハー側のアルミニウムと、この電極による容量を測定し、測定後に皮膜の電極隣接部を酸素プラズマによりエッチングして、表面粗さ計により膜厚を測定することにより、周波数1MHzにおける誘電率を算出した。
【0058】
2.耐熱性
セイコーインスツルメンツ(株)製TG/DTA6200を用いて、窒素ガス200mL/分フロー下、昇温速度10℃/分の条件により、重量減少5%の時の温度を測定した。
【0059】
3.密着性
JIS−K5400に準拠し、プラズマCVD法によりSiN、SiCを製膜したSiN、SiCシリコンウエハー上に作成した樹脂膜を、温度85℃、湿度85%の恒温恒湿槽中に40時間放置し、その後碁盤目テープ法を用いて、密着性を評価した。評価結果は「剥離升目数/全升目数」で示した。
【0060】
4.フィルム断面観察
フィルムの断面について、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、微細孔の有無とその孔径を観察した。
【0061】
(反応性オリゴマー合成例)
スチレン10g(96mmol)を、乾燥窒素雰囲気下で乾燥したテトラヒドロフラン100gに溶解して、−78℃まで冷却し、ここへ反応試剤として、1.3Mのsec−ブチルリチウム(溶媒:シクロヘキサン)0.77mlを加えて3時間攪拌した。続けてエチレンエポキサイド0.044g(1.0mmol)を加えて、3時間攪拌した後、メタノール3gを加え、この溶液を濃縮して溶媒を除去したものを、テトラヒドロフラン100gに溶解し濾過した。得られた濾液を減圧濃縮、乾燥させることにより、末端が水酸基で分子量9,600のスチレンオリゴマーを得た。
【0062】
得られたオリゴマー93g(9.68mmol)を、乾燥窒素雰囲気下で乾燥したテトラヒドロフラン80gに溶解し、ピリジン1.15g(14.52mmol)を滴下後、5℃でテトラヒドロフラン20部に4−ニトロ安息香酸クロリド2.63g(14.52mmol)を溶解したものを、30分かけて滴下した。滴下終了後、室温まで戻し、室温で24時間攪拌した。その後、反応液を濾過してピリジン塩酸塩を除去し、溶媒を濃縮して除去することにより、スチレンオリゴマーの4−ニトロ安息香酸エステルを得た。このスチレンオリゴマーの4−ニトロ安息香酸エステルを、テトラヒドロフラン100gに溶解した後、5%パラジウム炭素0.5gを水素ガス雰囲気下で混合し、室温で24時間攪拌した。その後、反応液をセライトで濾過し、溶媒を濃縮して除去することにより末端を4−アミノ安息香酸エステル化したスチレンオリゴマーを得た。
【0063】
(実施例1)
9,9−ビス((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェニル)フルオレン37.3g(0.098mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に5−エチニル−イソフタル酸ジクロリド22.7g(0.1mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、次いでγ−ブチロラクトン100mLに、反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー38.4g(0.004mol、数平均分子量9,600)を溶解した溶液を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、共重合体(C1)71gを得た。得られた共重合体の分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量28,300、分子量分布2.22であった。1H−NMRにより反応性オリゴマー成分の導入率は40重量%であった。
【0064】
次に、9,9−ビス((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェニル)フルオレン38.0g(0.1mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液にイソフタル酸ジクロリド19.9g(0.098mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリアミド(D1)43gを得た。得られたポリアミドの分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量29,100、分子量分布2.19であった。
【0065】
これらの共重合体(C1)8.0g、ポリアミド(D1)2.0g、及び反応性オリゴマー合成例で合成した4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー6.4gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0066】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーと、SiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.95であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、いずれも0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0067】
(実施例2)
3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル20.5g(0.095mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に5−フェニルエチニル−イソフタル酸ジクロリド30.3g(0.1mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、次いでγ−ブチロラクトン100mLに、反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー57.6g(0.006mol、数平均分子量9,600)を溶解した溶液を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、共重合体(C2)80gを得た。得られた共重合体の分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量21,100、分子量分布2.25であった。1H−NMRにより反応性オリゴマー成分の導入率は54重量%であった。
【0068】
次に、3,3'−ジアミノ−4,4'−ジヒドロキシビフェニル21.6g(0.1mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に3,3'−ジメチル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸のジクロリド29.2g(0.095mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリアミド(D2)38gを得た。得られたポリアミドの分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量27,800、分子量分布2.25であった。
【0069】
これらの共重合体(C2)8.0g、ポリアミド(D2)1.2g、及び反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー7.2gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0070】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーと、SiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.85であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、いずれも0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0071】
(実施例3)
4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシジフェニルエーテル22.8g(0.098mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に2,7−ビフェニレンジカルボン酸ジクロリド27.7g(0.1mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、次いでγ−ブチロラクトン100mLに、反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー38.4g(0.004mol、数平均分子量9,600)を溶解した溶液を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、共重合体(C3)63gを得た。得られた共重合体の分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量25,200、分子量分布2.20であった。1H−NMRにより反応性オリゴマー成分の導入率は45重量%であった。
【0072】
次に、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジヒドロキシジフェニルエーテル23.2g(0.1mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に2,6−ナフタレンジカルボン酸ジクロリド24.8g(0.098mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリアミド(D3)36gを得た。得られたポリアミドの分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量26,300、分子量分布2.20であった。
【0073】
これらの共重合体(C3)8.0g、ポリアミド(D3)1.2g、及び反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー6.0gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0074】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーと、SiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.95であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、いずれも0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0075】
(実施例4)
2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン35.9g(0.098mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に4,4'−トランジカルボン酸ジクロリド30.3g(0.1mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、次いでγ−ブチロラクトン100mLに、アルドリッチ社製ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)44.0g(0.011mol、数平均分子量4,000)を溶解した溶液を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、共重合体(C4)78gを得た。得られた共重合体の分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量25,100、分子量分布2.20であった。1H−NMRにより反応性オリゴマー成分の導入率は41重量%であった。
【0076】
次に、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン36.6g(0.1mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンのジクロリド42.1g(0.098mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリアミド(D4)61gを得た。得られたポリアミドの分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量28,200、分子量分布2.20であった。
【0077】
これらの共重合体(C4)8.0g、ポリアミド(D4)0.8g、及びアルドリッチ社製ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)6.4gをN−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0078】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーと、SiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.99であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、いずれも0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0079】
(実施例5)
9,9−ビス((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェニル)フルオレン36.1g(0.095mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に5−エチニル−テレフタル酸ジクロリド11.4g(0.05mol)と、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジクロリド12.7g(0.05mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、次いでγ−ブチロラクトン100mLに、アルドリッチ社製ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)40.0g(0.010mol、数平均分子量4,000)を溶解した溶液を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、共重合体(C5)73gを得た。得られた共重合体の分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量27,800、分子量分布2.25であった。1H−NMRにより反応性オリゴマー成分の導入率は40重量%であった。
【0080】
次に、9,9−ビス((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェニル)フルオレン38.0g(0.1mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に3,3'−ジメチル−4,4'−ビフェニルジカルボン酸のジクロリド29.2g(0.095mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリアミド(D5)52gを得た。得られたポリアミドの分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量28,100、分子量分布2.25であった。
【0081】
これらの共重合体(C5)8.0g、ポリアミド(D5)1.2g、及びアルドリッチ社製ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)6.8gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0082】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーと、SiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.94であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、いずれも0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0083】
(実施例6)
9,9−ビス(4−((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェノキシ)フェニル)フルオレン55.3g(0.098mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液に5−エチニル−イソフタル酸ジクロリド13.6g(0.06mol)と、5−フェニルエチニル−イソフタル酸ジクロリド6.1g(0.02mol)と、イソフタル酸ジクロリド4.1g(0.02mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、次いでγ−ブチロラクトン100mLに、アルドリッチ社製ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)40.0g(0.01mol、数平均分子量4,000)を溶解した溶液を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、共重合体(C6)88gを得た。得られた共重合体の分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量25,900、分子量分布2.20であった。1H−NMRにより反応性オリゴマー成分の導入率は34重量%であった。
【0084】
次に、9,9−ビス(4−((4−アミノ−3−ヒドロキシ)フェノキシ)フェニル)フルオレン56.5g(0.1mol)を、乾燥したN−メチル−2−ピロリドン330mLに溶解し、この溶液にテレフタル酸ジクロリド4.5g(0.098mol)を、乾燥窒素下10℃で添加した。添加後、10℃で1時間、続いて20℃で1時間撹拌した。10℃にした後、トリエチルアミン22.3g(0.22mol)を添加し、10℃で1時間、続いて20℃で20時間攪拌した。反応終了後、反応液を濾過してトリエチルアミン塩酸塩を除去し、濾過した液をイオン交換水6.6Lとイソプロパノール6.6Lの混合溶液に滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリアミド(D6)47gを得た。得られたポリアミドの分子量を、東ソー株式会社製GPCを用いてポリスチレン換算で求めたところ、重量平均分子量29,000、分子量分布2.20であった。
【0085】
これらの共重合体(C6)8.0g、ポリアミド(D6)2.0g、及びアルドリッチ社製ポリ(プロピレングリコール)ビス(2−アミノプロピルエーテル)5.6gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0086】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーと、SiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ2.01であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、いずれも0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0087】
(比較例1)
実施例1と同様にして共重合体(C1)を合成し、共重合体(C1)8.0g、及び反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー6.4gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0088】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーとSiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.98であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、それぞれ3/100、11/100であり、密着性に劣る結果であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0089】
(比較例2)
実施例1と同様にしてポリアミド(D1)を合成し、ポリアミド(D1)8.0g、及び反応性オリゴマー合成例で合成した、4−アミノ安息香酸エステル末端スチレンオリゴマー6.4gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0090】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーとSiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ1.97であった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は連続しており、微細孔とは呼べないものであった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0091】
(比較例3)
実施例1と同様にして共重合体(C1)及びポリアミド(D1)を合成し、共重合体(C1)8.0g及びポリアミド(D1)2.0gを、N−メチル−2−ピロリドン100gに溶解し、孔径0.2μmのテフロン(R)フィルターで濾過してワニスを得た。
【0092】
このワニスを、スピンコーターを用いて、アルミニウムを蒸着したシリコンウエハーとSiN、SiCシリコンウエハー上に塗布した。このとき熱処理後の膜厚が適切となるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。塗布後、120℃のホットプレート上で240秒間乾燥した後、窒素を流入して酸素濃度を100ppm以下に制御したオーブンを用いて、300℃で60分間加熱、さらに400℃で60分間加熱して、ポリベンゾオキサゾール樹脂の皮膜を得た。アルミニウムを蒸着したシリコンウエハー上の皮膜を用いて、周波数1MHzにおける誘電率を算出したところ2.56でり、低誘電化は達成できなかった。また、SiN、SiCシリコンウエハー上の皮膜を用いて、密着性を測定したところ、0/100であった。また皮膜の断面をTEMにより観察したところ、得られた空隙は平均孔径10nmで非連続であったが、非常に数が少なかった。耐熱性は500℃以上であった。結果を併せて表1にまとめた。
【0093】
【表1】
【0094】
表1にまとめた、実施例および比較例の結果から、本発明の絶縁膜は、優れた耐熱性と密着性を維持すると共に、その顕微鏡観察からは平均孔径10nm以下で非連続の均一な微細孔を有し、優れた低誘電率を与えることが確認された。
【0095】
【発明の効果】
本発明の絶縁膜用材料及びコーティング用ワニスにより得られる絶縁膜は、優れた熱特性、電気特性、密着性を達成することができ、特に、誘電率が極めて低く、半導体用の層間絶縁膜、保護膜、多層回路の層間絶縁膜、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、液晶配向膜等の用途に、好適に使用することができる。
Claims (10)
- 一般式(A)で表わされる繰返し単位を有するポリアミドと、該ポリアミド構造中のカルボキシル基、アミノ基、又はヒドロキシル基と反応し得るカルボキシル基、アミノ基又はヒドロキシル基を有する数平均分子量が100〜40,000の反応性オリゴマー(B)とを、反応せしめて得られる共重合体(C)、一般式(D)で表される繰返し単位を有するポリアミド、及び数平均分子量が100〜10,000のオリゴマー(E)を必須成分とすることを特徴とする絶縁膜用材料。
- ポリアミドの構造を表す一般式(A)中のYが、式(G−1)及び式(G−2)で表される基の中から選ばれた構造を有することを特徴とする、請求項1記載の絶縁膜用材料。
- ポリアミドの構造を表す一般式(A)中のYが、式(H)で表される基の中から選ばれた構造を有することを特徴とする、請求項1記載の絶縁膜用材料。
- ポリアミドの構造を表す一般式(A)中のYが、式(I)で表される基の中から選ばれた構造を有することを特徴とする、請求項1記載の絶縁膜用材料。
- 反応性オリゴマー(B)が、その側鎖あるいは主鎖の片末端または両末端に、ポリアミド(A)構造中のカルボキシル基、アミノ基、又はヒドロキシル基と反応し得るカルボキシル基、アミノ基又はヒドロキシル基を有する、ポリオキシアルキレン、ポリメチルメタクリレート、ポリα−メチルスチレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン及びポリウレタンの中から選ばれた、少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の絶縁膜用材料。
- 共重合体(C)が、ポリアミド(A)100重量部に対して、反応性オリゴマー(B)5〜40重量部を共重合せしめたものであることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の絶縁膜用材料。
- オリゴマー(E)が、その側鎖あるいは主鎖の片末端または両末端に、ポリアミド(A)構造中のカルボキシル基、アミノ基、又はヒドロキシル基と反応し得る反応性置換基を有する、ポリオキシアルキレン、ポリメチルメタクリレート、ポリα−メチルスチレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエーテルエステル、ポリカプロラクトン及びポリウレタン、並びに少なくとも1種の繰り返し単位を有するオキシアルキレン、メチルメタクリレート、ウレタン、α−メチルスチレン、及びスチレンの中から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれかに記載の絶縁膜用材料。
- 請求項1〜請求項7のいずれかに記載された絶縁膜用材料と、該絶縁膜用材料を溶解もしくは分散させることが可能な有機溶媒からなることを特徴とする、絶縁膜を作製することが可能なコーティング用ワニス。
- 請求項1〜請求項7のいずれかに記載された絶縁膜用材料、又は、請求項8に記載されたコーティング用ワニスを、加熱処理して縮合反応及び架橋反応せしめて得られるポリベンゾオキサゾールを主構造とする樹脂の層からなり、且つ、微細孔を有してなることを特徴とする絶縁膜。
- 請求項9に記載された絶縁膜を用いたことを特徴とする半導体装置。
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