JP5165914B2 - Porous silica film and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質シリカフィルム、およびその製造方法に関する。より詳細には、光機能材料、電子機能材料などに使用することができる比誘電率が低く、機械的強度が高い多孔質シリカフィルム、および多孔質シリカフィルムを用いてなる層間絶縁膜、半導体用材料、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a porous silica film and a method for producing the same. More specifically, a porous silica film having a low relative dielectric constant and a high mechanical strength that can be used for an optical functional material, an electronic functional material, and the like, an interlayer insulating film using the porous silica film, and semiconductors The present invention relates to a material and a method for manufacturing a semiconductor device.
有機化合物と無機化合物との自己組織化を利用することで合成される均一なメソ細孔を持つ多孔質無機酸化物は、ゼオライトなどの従来の多孔質無機酸化物に比べ、高い細孔容積、表面積などを持つことが知られており、フィルム状でも触媒担体、分離吸着剤、燃料電池、センサーなどへの利用が検討されている。 Porous inorganic oxides with uniform mesopores synthesized by utilizing self-organization of organic and inorganic compounds have a higher pore volume than conventional porous inorganic oxides such as zeolite, It is known that it has a surface area, etc., and its use for a catalyst carrier, a separated adsorbent, a fuel cell, a sensor, etc. is being studied even in a film form.
このような均一なメソ細孔を持つ酸化物の一つである多孔質シリカフィルムを光機能材料、電子機能材料など、特に半導体層間絶縁膜に用いる場合に問題となるのは、フィルムの空隙率と機械的強度の両立である。すなわち、フィルム中の空隙率を高くすると、フィルムの比誘電率が小さくなり空気の１に近づくが、一方で空隙率が高くなると内部空間が増加するので、機械的強度は著しく低下する。また、多孔質シリカのメソ細孔は、表面積が著しく大きく、その表面にシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基を有するため、比誘電率の大きいＨ２Ｏを容易に吸着する。従って、この吸着が増すと、空隙率を高めることによって低下した比誘電率は逆に上昇してしまうという問題がある。 What is a problem when using a porous silica film, which is one of oxides having such uniform mesopores, as an optical functional material, an electronic functional material, etc., particularly in a semiconductor interlayer insulating film, is the porosity of the film. And mechanical strength. That is, when the porosity in the film is increased, the relative dielectric constant of the film is reduced and approaches 1 of air. On the other hand, when the porosity is increased, the internal space is increased, so that the mechanical strength is significantly reduced. Further, the mesopores of the porous silica have a remarkably large surface area and have silanol (Si—OH) groups on the surface thereof, and therefore easily adsorb H 2 O having a large relative dielectric constant. Therefore, when this adsorption increases, there is a problem that the relative permittivity that is decreased by increasing the porosity is increased.
Ｈ２Ｏ吸着を防止する方法として、フィルム中に疎水性官能基を導入する方法が提案されている。たとえば、細孔内シラノール基をトリメチルシリル化することによって水の吸着を防止する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、環状シロキサン化合物を金属触媒の非存在下においてＳｉ−Ｏ結合からなる多孔質フィルムに接触させることにより、疎水性だけでなく、機械的強度も向上できることが報告されている（特許文献２参照）。 As a method for preventing H 2 O adsorption, a method for introducing a hydrophobic functional group into a film has been proposed. For example, a method for preventing adsorption of water by trimethylsilylating silanol groups in the pores has been proposed (see Patent Document 1). It has also been reported that not only hydrophobicity but also mechanical strength can be improved by bringing a cyclic siloxane compound into contact with a porous film composed of Si—O bonds in the absence of a metal catalyst (see Patent Document 2). ).
添加物添加による性能改善を目的として、シリカ系被膜形成用組成物に、アルカリ金属化合物を含有させるという報告もある(特許文献３参照)。アルカリ金属としては、ナトリウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等を挙げることができ、このアルカリ金属化合物を含有することにより、シリカ系被膜形成用組成物から形成されるシリカ系被膜の誘電率を低下させるだけでなく、機械強度を向上させることができ、さらに、保存安定性も向上することができると報告している。 There is also a report that an alkali metal compound is contained in a composition for forming a silica-based film for the purpose of improving performance by adding an additive (see Patent Document 3). Examples of the alkali metal include sodium, lithium, potassium, rubidium, cesium and the like. By containing this alkali metal compound, the dielectric constant of the silica-based film formed from the silica-based film forming composition is lowered. It is reported that not only the mechanical strength can be improved, but also the storage stability can be improved.
以上のように、フィルムの疎水性改善のために様々な検討がなされているが、フィルム中の骨格や疎水基との結合状態を赤外吸収分析(IR分析)によって解析することにより、高性能のフィルムを規定する報告も見られる。 As described above, various studies have been made to improve the hydrophobicity of the film, but by analyzing the bonding state with the skeleton and hydrophobic groups in the film by infrared absorption analysis (IR analysis), high performance can be obtained. There are also reports defining the film.
例えば、多孔質のＳｉＯＣＨよりなるフィルムについてはシリカの３次元骨格をより多くするため、ＣＨ３＋ＣＨ２、ＳｉＨの各伸縮ピーク、ＳｉＣＨ３結合の吸収ピークエリアをＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークに対して規定量以下にすることが報告されている(特許文献４参照)。 For example, for a film made of porous SiOCH, in order to increase the three-dimensional skeleton of silica, the stretching peaks of CH 3 + CH 2 and SiH and the absorption peak area of SiCH 3 bond are compared to the absorption peak of Si—O bond. It has been reported that the amount is less than the prescribed amount (see Patent Document 4).
メチル基を持つ層間絶縁膜の水素プラズマ処理に対しては、Ｓｉ−Ｈに由来する２本の吸収ピークの相対的強度比を規定することが報告されている(特許文献５参照)。 For hydrogen plasma treatment of an interlayer insulating film having a methyl group, it has been reported that the relative intensity ratio of two absorption peaks derived from Si—H is defined (see Patent Document 5).
ハイドロジェンシルセスキオキサン（ＨＳＱ）を主とするフィルムに対しては、Ｓｉ−ＯとＳｉ−Ｈによる吸収ピークの比を一定の範囲になるように熱処理条件を規定したクラックレス、耐湿性に優れたフィルムが報告されている(特許文献６参照)。 For films mainly composed of hydrogen silsesquioxane (HSQ), the heat treatment conditions are regulated so that the ratio of the absorption peak due to Si—O and Si—H is within a certain range. An excellent film has been reported (see Patent Document 6).
赤外吸収ピークの規定により、比誘電率を低く維持したまま、機械的強度を向上させるという報告もある。 There is also a report that the mechanical strength is improved while the relative dielectric constant is kept low by the definition of the infrared absorption peak.
例えば、紫外線照射処理を行った後、１，３，５，７−テトラメイルシクロテトラシロキサン（以下、ＴＭＣＴＳともいう）で疎水化処理を実施する報告がある（非特許文献１参照）。この場合、ＴＭＣＴＳがシリカフィルムとＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成することに由来する、２２６５〜２２７５ｃｍ−１の赤外吸収の発現が確認できる。但し、疎水化処理後でも、Ｓｉ−ＯＨの赤外吸収ピークはＳｉ−ＣＨ３の赤外吸収ピークに対して、１／２以上の高さである。 For example, there is a report of performing a hydrophobizing treatment with 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (hereinafter also referred to as TMCTS) after performing an ultraviolet irradiation treatment (see Non-Patent Document 1). In this case, the expression of infrared absorption at 2265 to 2275 cm −1 derived from TMCTS forming a Si—O—Si bond with the silica film can be confirmed. However, even after the hydrophobization treatment, the infrared absorption peak of Si—OH is at least 1/2 the height of the infrared absorption peak of Si—CH 3 .
ＴＭＣＴＳを原料とした、Pulsed-plasma chemical vapor deposition による成膜で形成された有機ケイ素フィルムについては、ＣＨ３ＳｉＯ３に由来する〜１２７０ｃｍ−１の赤外吸収に注目した解析が行われている(非特許文献２参照)。この報告では、プラズマパワーの強さで変化するＴＭＣＴＳのネットワークの形成が強度向上の要因としている。 The organosilicon film formed by pulsed-plasma chemical vapor deposition using TMCTS as a raw material has been analyzed focusing on infrared absorption of ˜1270 cm −1 derived from CH 3 SiO 3 ( Non-patent document 2). In this report, the formation of a TMCTS network that changes with the strength of the plasma power is a factor for improving the strength.
以上のように、近年、光機能材料、電子機能材料などに好適に使用できるＳｉ−Ｏ骨格を主とした多孔質シリカフィルム、特に、空隙率を高めて比誘電率を低下させることができる界面活性剤等の細孔形成剤を用いて得られるシリカ複合体から得られる多孔質シリカフィルムについて、疎水性と機械的強度の両方を改善する研究が行われているが、更なる改良が求められている。
本発明の目的は、低比誘電率と高い機械的強度とを併せ持ち、かつ、これらの特性を安定に維持できる多孔質シリカフィルム、および該多孔質シリカフィルムの製造方法、および該多孔質シリカフィルムを用いて層間絶縁膜、半導体用材料および半導体装置を製造する方法を提供することである。 An object of the present invention is to have a porous silica film having both a low dielectric constant and a high mechanical strength and capable of stably maintaining these characteristics, a method for producing the porous silica film, and the porous silica film And providing a method for manufacturing an interlayer insulating film, a semiconductor material, and a semiconductor device.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、目的にかなう多孔質シリカフィルムを得ることに成功し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have succeeded in obtaining a porous silica film that meets the purpose, and have completed the present invention.
すなわち、本発明によれば、
多孔質シリカフィルムであって、このフィルムから得られる赤外吸収スペクトルの４０００ｃｍ−１から２２００ｃｍ−１の範囲において、
(i)アルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因する明確な１つの吸収ピークを有し、かつ、
(ii)ＳｉＯＨ基のＳｉ−Ｏ伸縮運動に起因するピーク強度がアルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因するピーク強度の０．２倍以下であり、かつ、
(iii)ＨＳｉＯ３基のＳｉ−Ｈ伸縮運動に起因する明確な１つの吸収ピークを有し、その波数が２２７０ｃｍ−１より小さく、かつ、その強度が、アルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因する吸収ピークの０.５倍から３倍であること
を特徴とする多孔質シリカフィルムが得られる。
That is, according to the present invention,
A porous silica film, in the range of 2200 cm -1 from 4000 cm -1 in the infrared absorption spectrum obtained from the film,
(i) having one distinct absorption peak due to C—H stretching movement of the alkyl group, and
(ii) the peak intensity resulting from the Si—O stretching movement of the SiOH group is 0.2 times or less of the peak intensity resulting from the C—H stretching movement of the alkyl group, and
(iii) It has one distinct absorption peak due to the Si—H stretching motion of the HSiO 3 group, its wave number is smaller than 2270 cm −1 , and its strength is due to the C—H stretching motion of the alkyl group. A porous silica film characterized in that the absorption peak is 0.5 to 3 times the absorption peak is obtained.
本発明において、アルキル基に起因する明確な１つの吸収ピークの強度は、１０００ｃｍ−１から１２００ｃｍ−１の間に有するＳｉ−Ｏ結合に起因する吸収ピーク強度に対して、０．０５以下であることが好ましい。 In the present invention, the intensity of one distinct absorption peak due to the alkyl group is 0.05 or less with respect to the absorption peak intensity due to the Si—O bond between 1000 cm −1 and 1200 cm −1. It is preferable.
また、アルキル基由来の赤外吸収スペクトルの吸収ピークが３０００ｃｍ−１付近にあることが好ましく、アルキル基はメチル基であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the absorption peak of the infrared absorption spectrum derived from an alkyl group exists in the vicinity of 3000 cm −1 , and the alkyl group is preferably a methyl group.
本発明の多孔質シリカフィルムに存在する細孔の平均径は０．５ｎｍから５ｎｍであることが好ましく、膜厚は、５０ｎｍから５０００ｎｍであることが好ましい。 The average diameter of the pores present in the porous silica film of the present invention is preferably from 0.5 nm to 5 nm, and the film thickness is preferably from 50 nm to 5000 nm.
また、本発明は上記多孔質シリカフィルムを含む、比誘電率が2．4以下の層間絶縁膜であり、この層間絶縁膜を含む半導体材料であり、この半導体材料を含む半導体装置である。 Further, the present invention is an interlayer insulating film having a relative dielectric constant of 2.4 or less including the porous silica film, a semiconductor material including the interlayer insulating film, and a semiconductor device including the semiconductor material.
また、本発明によると、アルコキシシラン類の加水分解縮合物および細孔形成剤を含む溶液を乾燥してフィルム状の複合体を形成し、このフィルム状の複合体から細孔形成剤を除去することによってＳｉ−Ｏ結合を主として有する多孔質シリカフィルムを形成し、この多孔質シリカフィルムへ非酸素存在下、４００℃以下で紫外線照射を行い、更に多孔質シリカフィルムとアルキル基を有する有機ケイ素化合物との接触反応処理を行うことを特徴とする、多孔質シリカフィルムの製造方法が得られる。 Further, according to the present invention, a solution containing a hydrolysis-condensation product of alkoxysilanes and a pore-forming agent is dried to form a film-like complex, and the pore-forming agent is removed from the film-like complex. A porous silica film mainly having Si—O bonds is formed, and the porous silica film is irradiated with ultraviolet rays at 400 ° C. or lower in the presence of non-oxygen, and further the porous silica film and an organosilicon compound having an alkyl group A method for producing a porous silica film is obtained , which comprises performing a contact reaction treatment with a porous silica film.
ここで、アルキル基を有する有機ケイ素化合物は、１分子中に、Ｓｉ−Ｘ−Ｓｉ結合（Ｘは酸素原子、基−ＮＲ−、炭素数１または２のアルキレン基またはフェニレン基を示し、Ｒは炭素数１〜６のアルキル基またはフェニル基を示す）を１つ以上、およびＳｉ−Ａ結合（Ａは水素原子、水酸基、炭素数１〜６のアルコキシ基、フェノキシ基またはハロゲン原子を示す）を２つ以上有することが好ましい。 Here, the organosilicon compound having an alkyl group contains, in one molecule, a Si—X—Si bond (X represents an oxygen atom, a group —NR—, an alkylene group having 1 or 2 carbon atoms, or a phenylene group, and R represents 1 or more of a C1-C6 alkyl group or a phenyl group), and Si-A bond (A shows a hydrogen atom, a hydroxyl group, a C1-C6 alkoxy group, a phenoxy group, or a halogen atom). It is preferable to have two or more.
本発明によれば、製造された多孔質シリカフィルムにおいて、フィルム改質処理が異なる処理装置やプロセスであっても、Ｓｉ−Ｏ結合を主骨格とするアルキル基を含有する多孔質シリカフィルム中の原子の結合状態を赤外吸収（ＩＲ）スペクトルでシリカフィルム表面に起因する特定の吸収ピークの波数を規定することによって、安定性が高く、低い比誘電率および高い機械的強度を併せ持ち、光機能材料、電子機能材料などとして有用な多孔質シリカフィルムを再現性良く製造できる。さらに、該多孔質シリカフィルムを用いれば、特に層間絶縁膜、半導体用材料、半導体装置などを容易に製造することが可能となる。 According to the present invention, in the produced porous silica film, even in a processing apparatus or process having different film modification treatment, the porous silica film contains an alkyl group having a Si—O bond as a main skeleton in the porous silica film. By specifying the wave number of a specific absorption peak due to the silica film surface in the infrared absorption (IR) spectrum of the atomic bonding state, it has high stability, low dielectric constant and high mechanical strength, and has an optical function A porous silica film useful as a material or an electronic functional material can be produced with good reproducibility. Further, when the porous silica film is used, an interlayer insulating film, a semiconductor material, a semiconductor device, and the like can be easily manufactured.
本発明に用いられる多孔質シリカフィルムの骨格は例えば、以下のようにして製造できる。 The skeleton of the porous silica film used in the present invention can be produced, for example, as follows.
すなわち、まず、アルコキシシラン類の加水分解縮合物および細孔形成剤を含む溶液を基板上に、塗布、乾燥してアルコキシシラン類の加水分解縮合物と細孔形成剤で形成される複合体からなるフィルムを形成する複合体フィルム形成工程と、複合体フィルム形成工程で得られた複合体フィルム中のアルコキシシラン類加水分解縮合物の更なる縮合促進による硬化と細孔形成剤を除去する硬化、多孔質化工程を行うことにより多孔質シリカフィルムの骨格を形成する。 That is, first, a solution containing a hydrolysis condensate of alkoxysilanes and a pore-forming agent is applied onto a substrate and dried to form a composite formed from the hydrolysis-condensation product of alkoxysilanes and a pore-forming agent. A composite film forming step for forming a film, a curing by further condensation promotion of an alkoxysilane hydrolysis hydrolysis condensate in the composite film obtained in the composite film forming step, and a curing for removing the pore forming agent, The skeleton of the porous silica film is formed by performing the porous step.
次に、このようにして得られた多孔質シリカフィルムの骨格を、特定の赤外吸収ピークを有するまで、更に非酸素存在下、４００℃以下の温度で、紫外線照射とアルキル基を有する有機ケイ素化合物との接触反応処理を行うことにより、Ｓｉ−Ｏ結合を主骨格とするアルキル基を含有する安定性の高い低い比誘電率および高い機械的強度を併せ持ち、光機能材料、電子機能材料などとして有用な多孔質シリカフィルムを製造する。 Next, the skeleton of the porous silica film thus obtained is further irradiated with ultraviolet rays and an organic group having an alkyl group at a temperature of 400 ° C. or lower in the presence of non-oxygen until it has a specific infrared absorption peak. By performing contact reaction treatment with a compound, it has an alkyl group with a Si—O bond as the main skeleton, and has a high stability and low relative dielectric constant and high mechanical strength. As an optical functional material, electronic functional material, etc. Useful porous silica films are produced.
特に、これら一連の工程によって得られた多孔質シリカフィルムは、赤外吸収測定装置により、特定の赤外吸収ピークから、フィルム中の原子結合状態を規定できるため、性能を再現良く製造できる。 In particular, the porous silica film obtained by the series of steps can be manufactured with good reproducibility because the atomic bond state in the film can be defined from a specific infrared absorption peak by an infrared absorption measuring device.
初めに、多孔質シリカフィルムの骨格形成について更に詳しく述べる。 First, the skeleton formation of the porous silica film will be described in more detail.
（１）多孔質シリカフィルムの骨格形成
（ａ）複合体フィルム形成工程
本工程で製造される複合体フィルムは、多孔質シリカフィルムの前駆体である。本明細書において、多孔質とは、水分子が外部から自由に浸入でき、かつ、直径が５ｎｍより小さい開孔部を持ち、深さ方向の長さが開孔部の直径よりも大きい細孔を有する構造をいう。ここで言う細孔には、粒子間の空隙も含まれる。
(1) Skeleton formation of porous silica film (a) Composite film formation step The composite film produced in this step is a precursor of a porous silica film. In this specification, the term “porous” refers to pores in which water molecules can freely enter from the outside, have an opening having a diameter smaller than 5 nm, and have a length in the depth direction larger than the diameter of the opening. A structure having The pores mentioned here include voids between particles.
また、本工程で製造される多孔質シリカは、主としてＳｉ−Ｏ結合からなる多孔質シリカであって、部分的に有機物が含まれていても構わない。主としてＳｉ−Ｏ結合からなるとは、Ｓｉ原子に少なくとも２つのＯ原子を介してＳｉ原子が結合するものであって、それ以外は特に限定されない。たとえば、部分的に、Ｓｉ原子に水素、ハロゲン原子、アルキル基、フェニル基、これらを含む官能基などが結合していても構わない。一般的なものとしては、シリカ、水素化シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン、水素化メチルシロキサン、ジメチルシロキサンなどが含まれる。 Further, the porous silica produced in this step is porous silica mainly composed of Si—O bonds, and may partially contain an organic substance. “Consisting mainly of Si—O bonds” means that Si atoms are bonded to Si atoms via at least two O atoms, and other than that, there is no particular limitation. For example, hydrogen, a halogen atom, an alkyl group, a phenyl group, a functional group containing these, or the like may be partially bonded to the Si atom. Typical examples include silica, hydrogenated silsesquioxane, methyl silsesquioxane, hydrogenated methyl siloxane, dimethyl siloxane, and the like.
本工程では、まず、アルコキシシラン類を加水分解および脱水縮合してシリカゾルを得る。アルコキシシラン類の加水分解および脱水縮合は公知の方法に従って実施でき、たとえば、アルコキシシラン類、触媒および水、さらに必要に応じて溶媒を混合することにより行われる。 In this step, first, a silica sol is obtained by hydrolysis and dehydration condensation of alkoxysilanes. Hydrolysis and dehydration condensation of alkoxysilanes can be carried out according to known methods, for example, by mixing alkoxysilanes, a catalyst and water, and, if necessary, a solvent.
さらに、アルコキシシラン類の加水分解・脱水縮合の際に、さらに鋳型用有機化合物（細孔形成剤）を混合する。細孔形成剤としては、界面活性剤などを好適に使用できる。 Further, when the alkoxysilanes are hydrolyzed / dehydrated and condensed, a template organic compound (pore forming agent) is further mixed. As the pore forming agent, a surfactant or the like can be suitably used.
（アルコキシシラン類、触媒、溶媒、界面活性剤）
本工程で用いる、アルコキシシラン類、触媒、溶媒、細孔形成剤としての界面活性剤については、公知のものを使用できる。例えば、特許文献２に開示しているものが挙げられる。
(Alkoxysilanes, catalysts, solvents, surfactants)
As the surfactants used as alkoxysilanes, catalysts, solvents, and pore forming agents used in this step, known ones can be used. For example, what is disclosed in Patent Document 2 can be cited.
(その他の添加物)
本発明においては、カリウムより原子半径の大きいアルカリ金属をシロキサンポリマー（固形分（ＳｉＯ２換算質量））に対して、１００ｐｐｍを超えない範囲において添加することについては、電気特性に著しい悪影響は見られないため差し支えない。このアルカリ金属化合物を含有することにより、多孔質シリカフィルムの誘電率をより低下させ、機械強度を更に向上することができる。
(Other additives)
In the present invention, when an alkali metal having an atomic radius larger than that of potassium is added to the siloxane polymer (solid content (SiO 2 equivalent mass)) in a range not exceeding 100 ppm, a remarkable adverse effect is seen in electrical characteristics. There is no problem because it is not. By containing this alkali metal compound, the dielectric constant of the porous silica film can be further reduced, and the mechanical strength can be further improved.
（各成分の混合）
各成分（アルコキシシラン類、触媒、水、溶媒および界面活性剤）の混合時における形態（固体、液体、溶媒に溶解した溶液など）、混合順序、混合量などは特に制限されず、最終的に得られる多孔質シリカの設計性能などに応じて適宜選択することができる。例えば、アルコキシシラン類の加水分解・脱水縮合を制御するために添加される水の量については特に制限はなく、広い範囲から適宜選択できる。好ましくはアルコキシシラン類のアルコキシ基１モルに対して、水が１モル〜１０モルである。触媒の使用量も特に制限されず、アルコキシシラン類の加水分解・脱水縮合を促進する量を適宜選択すればよい。好ましくは、アルコキシシラン類１モルに対して、触媒が０．１モル〜０．００１モルである。溶媒を用いる場合にも、溶媒の使用量は特に制限されず、アルコキシシラン類の加水分解・脱水縮合反応を円滑に進行させることができ、かつ得られるシリカゾルの乾燥を容易に実施できる範囲から選択すればよい。好ましくは、アルコキシシラン類１００質量部に対して溶媒が１００質量部〜１００００質量部、さらに好ましくは３００質量部〜４０００質量部である。また、界面活性剤の使用量も特に制限されず、各成分の使用量、最終目的物である多孔質シリカの設計性能などに応じて広い範囲から適宜選択できる。好ましくはアルコキシシラン類１モルに対して界面活性剤０．００２モル〜１モル、さらに好ましくは０．００５モル〜０．１５モルである。
(Mixing of each component)
The form (solid, liquid, solution dissolved in a solvent, etc.), mixing order, mixing amount, etc. at the time of mixing each component (alkoxysilanes, catalyst, water, solvent and surfactant) are not particularly limited, and finally It can select suitably according to the design performance etc. of the porous silica obtained. For example, the amount of water added to control hydrolysis / dehydration condensation of alkoxysilanes is not particularly limited, and can be appropriately selected from a wide range. Preferably, water is 1 mol to 10 mol with respect to 1 mol of alkoxy group of alkoxysilanes. The amount of the catalyst used is not particularly limited, and an amount that promotes hydrolysis / dehydration condensation of alkoxysilanes may be appropriately selected. Preferably, the catalyst is 0.1 mol to 0.001 mol with respect to 1 mol of alkoxysilanes. Even when a solvent is used, the amount of the solvent used is not particularly limited, and can be selected from a range in which hydrolysis / dehydration condensation reaction of alkoxysilanes can proceed smoothly and the resulting silica sol can be easily dried. do it. Preferably, the solvent is 100 parts by mass to 10000 parts by mass, more preferably 300 parts by mass to 4000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alkoxysilanes. Further, the amount of the surfactant used is not particularly limited, and can be appropriately selected from a wide range according to the amount of each component used, the design performance of the porous silica as the final object. Preferably, the amount of the surfactant is 0.002 mol to 1 mol, more preferably 0.005 mol to 0.15 mol, relative to 1 mol of the alkoxysilane.
上記各成分の混合によるアルコキシシラン類の加水分解・脱水縮合反応は攪拌下で０℃〜７０℃、好ましくは３０℃〜５０℃の温度下に行われ、数分〜５時間、好ましくは１時間〜３時間で終了する。これにより、シリカゾルが得られる。 The hydrolysis / dehydration condensation reaction of alkoxysilanes by mixing the above components is carried out under stirring at a temperature of 0 ° C. to 70 ° C., preferably 30 ° C. to 50 ° C., for several minutes to 5 hours, preferably 1 hour. Finish in ~ 3 hours. Thereby, a silica sol is obtained.
本工程では、このようにして調製されるシリカゾルを基板上に塗布、乾燥させることによって、複合体フィルムが得られる。 In this step, the composite film is obtained by applying the silica sol thus prepared onto a substrate and drying it.
シリカゾルを塗布する基板としては、一般的に用いられるものを使用できる。たとえば、ガラス、石英、シリコンウエハ、ステンレスなどが挙げられる。特に、得られる多孔質シリカフィルムを半導体材料として用いる場合は、シリコンウエハを好ましく使用できる。また、基板の形状は、板状、皿状などの何れの形状でもよい。 As the substrate on which the silica sol is applied, a commonly used substrate can be used. For example, glass, quartz, a silicon wafer, stainless steel, etc. are mentioned. In particular, when the obtained porous silica film is used as a semiconductor material, a silicon wafer can be preferably used. Further, the shape of the substrate may be any shape such as a plate shape or a dish shape.
シリカゾルを基板に塗布する方法としては、たとえば、スピンコート法、キャスティング法、ディップコート法などの一般的な方法が挙げられる。スピンコート法の場合、スピナー上に基板を置き、該基板上にシリカゾルを滴下し、５００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍで回転させることにより、フィルム表面が平滑性に優れる均一な膜厚のフィルムが得られる。得られたフィルムは次の工程で乾燥処理される。 Examples of the method for applying the silica sol to the substrate include general methods such as a spin coating method, a casting method, and a dip coating method. In the case of the spin coat method, a film having a uniform film thickness with excellent film surface smoothness is obtained by placing a substrate on a spinner, dropping silica sol onto the substrate, and rotating the substrate at 500 rpm to 10,000 rpm. The obtained film is dried in the next step.
この乾燥工程では溶媒、アルコール分などが除去されるが、それと同時に複合体はシリカゾルの縮合が部分的に進行するため硬化される。乾燥による、この予備的な硬化のために必要な温度は８０℃〜１８０℃、好ましくは１００℃〜１５０℃である。この温度であれば、シリカゾルの縮合は進行するが、界面活性剤は複合体からほとんど抜けることはない。この段階ではフィルムの硬化は未だ充分ではないため、界面活性剤が抜けることは好ましくない。乾燥時間は１分以上あればよいが、ある時間を超えると硬化速度は極端に遅くなるので、効率を考えれば１分〜６０分が好ましい。シリカゾルを乾燥させる方法としては特に制限されず、ゾルを乾燥させるための公知の方法をいずれも採用できる。なお、この後に行われるフィルム状複合体の多孔質化は、たとえば、上記各成分、特にアルコキシシラン類、界面活性剤などの種類を変更することにより制御できる。 In this drying step, the solvent, alcohol and the like are removed, but at the same time, the composite is cured because the condensation of the silica sol partially proceeds. The temperature required for this preliminary curing by drying is 80 ° C to 180 ° C, preferably 100 ° C to 150 ° C. At this temperature, condensation of the silica sol proceeds, but the surfactant hardly escapes from the composite. At this stage, the film is not yet sufficiently cured, and it is not preferable that the surfactant is removed. The drying time may be 1 minute or more, but if it exceeds a certain time, the curing rate becomes extremely slow, and therefore 1 minute to 60 minutes is preferable in view of efficiency. The method for drying the silica sol is not particularly limited, and any known method for drying the sol can be employed. The porous formation of the film composite performed thereafter can be controlled, for example, by changing the types of the above components, particularly alkoxysilanes, surfactants and the like.
（ｂ）硬化、多孔質化工程
本工程では、上記（ａ）の工程で得られる複合体フィルムから細孔形成剤を除去するとともにフィルムの硬化を行う。この工程での処理により、フィルムの複合体は多孔質化するとともに、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の強化により、機械的強度が向上し、多孔質シリカフィルムが形成される。なお、細孔形成剤が複合体中に残存すると、残存した細孔形成剤が水の吸着点となって多孔質シリカの比誘電率を増加させるので、本工程での処理では、複合体中の細孔形成剤が全て除去される条件で行うことが必要である。また、本工程は非酸素雰囲気下で行うことが望ましい。
(B) Curing and Porous Step In this step, the pore forming agent is removed from the composite film obtained in the step (a) and the film is cured. By the treatment in this step, the composite of the film is made porous, and the mechanical strength is improved and the porous silica film is formed by strengthening the Si—O—Si bond. If the pore-forming agent remains in the composite, the remaining pore-forming agent becomes a water adsorption point and increases the relative dielectric constant of the porous silica. It is necessary to carry out under the condition that all the pore-forming agents are removed. Moreover, it is desirable to perform this process in a non-oxygen atmosphere.
本工程において、細孔形成剤の除去には、細孔形成剤を構成している有機化合物を分解する条件が必要である。具体的には、熱分解、あるいは電子線、紫外線等の高エネルギー源による照射による分解を行うことができる。 In this step, removal of the pore forming agent requires conditions for decomposing the organic compound constituting the pore forming agent. Specifically, thermal decomposition or decomposition by irradiation with a high energy source such as an electron beam or ultraviolet rays can be performed.
熱分解の場合は、高温ほど、細孔形成剤の分解は容易となるが、半導体プロセス上の問題を考慮すれば、４００℃以下好ましくは、３５０℃以下の温度であることが好ましい。この場合、細孔形成剤は完全に除去する必要があり、少なくとも２００℃以上、好ましくは３００℃以上の温度がプロセス時間も考慮すると好ましい。 In the case of thermal decomposition, the higher the temperature, the easier the decomposition of the pore-forming agent, but considering problems in the semiconductor process, the temperature is 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower. In this case, it is necessary to completely remove the pore forming agent, and a temperature of at least 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher is preferable considering the process time.
もちろん、高エネルギー源による照射と、熱的処理を併用することは、より処理時間を短縮できるために好ましい。 Of course, it is preferable to use irradiation with a high energy source in combination with thermal treatment because the treatment time can be further shortened.
高エネルギー源として用いられる電子線、紫外線、プラズマ等の照射条件（エネルギー密度、照射時の雰囲気、照射距離、照射温度、照射時間、照射波長、照射強度、等）は特に制限されず、複合体中の界面活性剤が全て除去される照射条件を適宜選択すればよい。 Irradiation conditions (energy density, atmosphere during irradiation, irradiation distance, irradiation temperature, irradiation time, irradiation wavelength, irradiation intensity, etc.) such as electron beam, ultraviolet ray, and plasma used as a high energy source are not particularly limited, and the composite What is necessary is just to select suitably the irradiation conditions from which all the surface active agents are removed.
複合体フィルムに照射されるエネルギーが、高ければ高いほど多孔質化したシリカフィルムの硬度は高くなるが、一方でシリカ骨格へのダメージも大きくなり、フィルム表面の平滑性に影響を及ぼす場合もある。したがって、半導体プロセス上、それぞれのエネルギー源で問題がない適切な条件でフィルムを処理することが望ましい。 The higher the energy applied to the composite film, the higher the hardness of the porous silica film. On the other hand, the damage to the silica skeleton also increases, which may affect the smoothness of the film surface. . Therefore, it is desirable to process the film under appropriate conditions that do not cause problems with each energy source in the semiconductor process.
このようにして得られた多孔質シリカフィルム細孔は、フィルムの断面のＴＥＭ観察および細孔分布測定により、平均細孔径で０．５ｎｍ〜５ｎｍを有することを確認することができる。また、フィルムの厚さは製造条件によっても異なるが、おおよそ５０ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲である。 The porous silica film pores thus obtained can be confirmed to have an average pore diameter of 0.5 nm to 5 nm by TEM observation and pore distribution measurement of the cross section of the film. Moreover, although the thickness of a film changes with manufacturing conditions, it is the range of about 50 nm-5000 nm.
本発明の多孔質シリカフィルムの形態については、基板を除去した自立膜の状態であっても、基板に成膜された状態であってもかまわない。また、多孔質シリカフィルムは一連の処理後に曇りや着色などの不具合が発生することはないため、透明なものが必要な場合にも用いることができる。 About the form of the porous silica film of this invention, even if it is the state of the self-supporting film | membrane which removed the board | substrate, and the state formed into the film | membrane on the board | substrate may be sufficient. Moreover, since a porous silica film does not generate | occur | produce defects, such as cloudiness and coloring, after a series of processes, it can be used also when a transparent thing is required.
（２）４００℃以下での紫外線照射、および、アルキル基を有する有機ケイ素化合物との接触反応処理
本工程では、硬化、及び多孔質化工程後の多孔質シリカフィルムに非酸素存在下、４００℃以下での紫外線照射、および、アルキル基を有する有機ケイ素化合物との接触反応処理を行う。この処理によって、赤外吸収（ＩＲ）スペクトルでシリカフィルム表面に起因する特定の吸収ピークの波数を規定した範囲に移動することができる。
(2) Ultraviolet irradiation at 400 ° C. or lower and contact reaction treatment with an organosilicon compound having an alkyl group In this step, 400 ° C. in the presence of non-oxygen is applied to the porous silica film after the curing and porosifying step. The following ultraviolet irradiation and contact reaction treatment with an organosilicon compound having an alkyl group are performed. By this treatment, the infrared absorption (IR) spectrum can move to a range in which the wave number of a specific absorption peak due to the silica film surface is defined.
一般的に、細孔形成剤を除去、硬化しただけでは、得られる多孔質シリカフィルムの表面にはかなりのシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）が存在するため、経時的な比誘電率の上昇、膜収縮などが起こる。そのため、この多孔質シリカフィルムの表面に対して疎水化処理が必要であることが知られている。効果的な疎水化方法として、アルキル基を有する疎水化剤でフィルム表面を処理することが知られている。 In general, if the pore forming agent is removed and cured, a considerable amount of silanol groups (Si—OH) are present on the surface of the resulting porous silica film. Shrinkage occurs. Therefore, it is known that the surface of the porous silica film needs to be hydrophobized. As an effective hydrophobizing method, it is known to treat the film surface with a hydrophobizing agent having an alkyl group.
すなわち、多孔質シリカの細孔表面には親水性基であるシラノール基が多く存在して吸湿の原因になるので、このシラノール基に、該シラノール基と優先的または選択的に反応する疎水性基であるアルキル基を有する有機ケイ素化合物を反応させることによって、疎水化処理が行われる。 That is, since many silanol groups, which are hydrophilic groups, are present on the surface of the pores of porous silica and cause moisture absorption, hydrophobic groups that react preferentially or selectively with the silanol groups. Hydrophobization treatment is performed by reacting an organosilicon compound having an alkyl group.
アルキル基を有する有機ケイ素化合物としては公知のものを使用できるが、１分子中にＳｉ−Ｘ−Ｓｉ結合〔式中、Ｘは酸素原子、基−ＮＲ−（Ｒは炭素数１〜６のアルキル基またはフェニル基を示す）、炭素数１〜２のアルキレン基またはフェニレン基を示す。〕を１つ以上およびＳｉ−Ａ結合（式中Ａは水素原子、水酸基、炭素数１〜６のアルコキシ基、フェノキシ基またはハロゲン原子を示す。）を２つ以上有する有機ケイ素化合物（以後「有機ケイ素化合物（Ａ）」と称す）が挙げられる。有機ケイ素化合物（Ａ）を反応させれば、この化合物も含めたシロキサン結合の再配列が起こるため、機械的強度のさらなる向上が期待される。
As the organosilicon compound having an alkyl group, known compounds can be used, but Si—X—Si bond in one molecule [wherein X is an oxygen atom, group —NR— (R is an alkyl having 1 to 6 carbon atoms). Group or a phenyl group), an alkylene group having 1 to 2 carbon atoms or a phenylene group. ] And at least two Si-A bonds (wherein A represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a phenoxy group or a halogen atom). And a silicon compound (A) ”. When the organosilicon compound (A) is reacted, rearrangement of siloxane bonds including this compound occurs, so that further improvement in mechanical strength is expected.
有機ケイ素化合物（Ａ）の具体例としては、たとえば、一般式 Specific examples of the organosilicon compound (A) include, for example, the general formula
（式中、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７およびＲ８は同一または異なって、それぞれ水素原子、水酸基、フェニル基、炭素数１〜３のアルキル基、ＣＦ３（ＣＦ２）ｃ（ＣＨ２）ｂ、炭素数２〜４のアルケニル基またはハロゲン原子を示す。ただし、ｐ個のＲ３、Ｒ４、ｑ個のＲ５、Ｒ６およびｒ個のＲ７、Ｒ８のうち少なくとも２つが水素原子、水酸基またはハロゲン原子を示す。ｃは０〜１０の整数を示し、ｂは前記に同じ。ｐは０〜８の整数、ｑは０〜８の整数、ｒは０〜８の整数を示し、かつ３≦ｐ＋ｑ＋ｒ≦８である。）
で表される環状シロキサン（以後「環状シロキサン（２）」と称す）、一般式
Ｙ−ＳｉＲ１０Ｒ１１−Ｚ−ＳｉＲ１２Ｒ１３−Ｙ …（３）
（式中、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２およびＲ１３は同一または異なって、それぞれ水素原子、フェニル基、炭素数１〜３のアルキル基、ＣＦ３（ＣＦ２）ｃ（ＣＨ２）ｂまたはハロゲン原子を示す。ＺはＯ、炭素数１〜６のアルキレン基、フェニレン基、（ＯＳｉＲ１４Ｒ１５）ｃＯ、Ｏ−ＳｉＲ１６Ｒ１７−Ｗ−ＳｉＲ１８Ｒ１９−ＯまたはＮＲ２０を示す。Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９およびＲ２０は同一または異なって、それぞれ水素原子、水酸基、フェニル基、炭素数１〜３のアルキル基、ＣＦ３（ＣＦ２）ｃ（ＣＨ２）ｂ、ハロゲン原子またはＯＳｉＲ２１Ｒ２２Ｒ２３を示す。Ｗは炭素数１〜６のアルキレン基またはフェニレン基を示す。Ｒ２１、Ｒ２２およびＲ２３は同一または異なって、それぞれ水素原子またはメチル基を示す。２つのＹは同一または異なって、水素原子、水酸基、フェニル基、炭素数１〜３のアルキル基、ＣＦ３（ＣＦ２）ｃ（ＣＨ２）ｂまたはハロゲン原子を示す。ｂおよびｃは前記に同じ。ただし、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３および２つのＸのうち、少なくとも２つは水素原子、水酸基またはハロゲン原子である。）
で表されるシロキサン化合物（以後「シロキサン化合物（３）」と称す）、一般式
(Wherein R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same or different and are each a hydrogen atom, a hydroxyl group, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, CF 3 (CF 2 ) C (CH 2 ) b, an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms or a halogen atom, provided that p R 3 , R 4 , q R 5 , R 6 and r R 7 , R 8 At least two of them represent a hydrogen atom, a hydroxyl group or a halogen atom, c represents an integer of 0 to 10, b represents the same as above, p represents an integer of 0 to 8, q represents an integer of 0 to 8, and r represents 0. Represents an integer of ˜8, and 3 ≦ p + q + r ≦ 8.)
A cyclic siloxane represented by the general formula (hereinafter referred to as "cyclic siloxane (2)"), a general formula
Y-SiR 10 R 11 -Z- SiR 12 R 13 -Y ... (3)
(Wherein R 10 , R 11 , R 12 and R 13 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, CF 3 (CF 2 ) c (CH 2 ) b or Z represents O, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, (OSiR 14 R 15 ) cO, O—SiR 16 R 17 —W—SiR 18 R 19 —O or NR 20 . R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , R 18 , R 19 and R 20 are the same or different and are each a hydrogen atom, a hydroxyl group, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or CF 3 (CF 2 ). c (CH 2 ) b, a halogen atom or OSiR 21 R 22 R 23 , W represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a phenylene group, R 21 , R 22 and R 23 are The same or different and each represents a hydrogen atom or a methyl group, and two Ys are the same or different and represent a hydrogen atom, a hydroxyl group, a phenyl group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, CF 3 (CF 2 ) c (CH 2 B) represents a halogen atom, b and c are the same as above, provided that at least two of R 10 , R 11 , R 12 , R 13 and two X are a hydrogen atom, a hydroxyl group or a halogen atom. )
Represented by the general formula (hereinafter referred to as “siloxane compound (3)”), a general formula
（式中、ｐ、ｑおよびｒは前記に同じ。Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ２８、Ｒ３０およびＲ３１は同一または異なって、それぞれ水素原子、水酸基、フェニル基、炭素数１〜３のアルキル基、ＣＦ３（ＣＦ２）ｃ（ＣＨ２）ｂまたはハロゲン原子を示す。ｐ個のＲ２４、Ｒ２５、ｑ個のＲ２７、Ｒ２８およびｒ個のＲ３０、Ｒ３１のうち少なくとも２つは水素原子、水酸基またはハロゲン原子を示す。Ｒ２６、Ｒ２９およびＲ３２は同一または異なって、それぞれフェニル基、炭素数１〜３のアルキル基またはＣＦ３（ＣＦ２）ｂ（ＣＨ２）ｃを示す。ｂおよびｃは前記に同じ。）
で表される環状シラザン（以後「環状シラザン（４）」と称す）などが挙げられる。
(In the formula, p, q and r are the same as above. R 24 , R 25 , R 27 , R 28 , R 30 and R 31 are the same or different, and each represents a hydrogen atom, a hydroxyl group, a phenyl group, 3 represents an alkyl group, CF 3 (CF 2 ) c (CH 2 ) b, or a halogen atom, p R 24 , R 25 , q R 27 , R 28 and r R 30 , R 31 . At least two of them represent a hydrogen atom, a hydroxyl group, or a halogen atom, and R 26 , R 29, and R 32 are the same or different and are each a phenyl group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or CF 3 (CF 2 ) b ( CH 2 ) c, where b and c are the same as above.)
And the like (hereinafter referred to as “cyclic silazane (4)”).
環状シロキサン（２）の具体例としては、たとえば、（３，３，３−トリフルオロプロピル）メチルシクロトリシロキサン、トリフェニルトリメチルシクロトリシロキサン、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラフェニルシクロテトラシロキサン、テトラエチルシクロテトラシロキサン、ペンタメチルシクロペンタシロキサンなどが挙げられる。これらの中でも、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサンが好ましい。 Specific examples of the cyclic siloxane (2) include, for example, (3,3,3-trifluoropropyl) methylcyclotrisiloxane, triphenyltrimethylcyclotrisiloxane, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, Examples include octamethylcyclotetrasiloxane, 1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetraphenylcyclotetrasiloxane, tetraethylcyclotetrasiloxane, and pentamethylcyclopentasiloxane. Among these, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane is preferable.
シロキサン化合物（３）の具体例としては、たとえば、１，２−ビス（テトラメチルジシロキサニル）エタン、１，３−ビス（トリメチルシロキシ）−１，３−ジメチルジシロキサン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチルトリシロキサン、１，１，３，３−テトライソプロピルジシロキサン、１，１，４，４−テトラメチルジシルエチレン、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンなどが挙げられる。 Specific examples of the siloxane compound (3) include 1,2-bis (tetramethyldisiloxanyl) ethane, 1,3-bis (trimethylsiloxy) -1,3-dimethyldisiloxane, 1,1, 3,3,5,5-hexamethyltrisiloxane, 1,1,3,3-tetraisopropyldisiloxane, 1,1,4,4-tetramethyldisylethylene, 1,1,3,3-tetramethyl Examples include disiloxane.
環状シラザン（４）の具体例としては、たとえば、１，２，３，４，５，６−ヘキサメチルシクロトリシラザン、１，３，５，７−テトラエチル−２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシラザン、１，２，３−トリエチル−２，４，６−トリエチルシクロトリシラザンなどが挙げられる。 Specific examples of the cyclic silazane (4) include, for example, 1,2,3,4,5,6-hexamethylcyclotrisilazane, 1,3,5,7-tetraethyl-2,4,6,8-tetra Examples thereof include methylcyclotetrasilazane and 1,2,3-triethyl-2,4,6-triethylcyclotrisilazane.
アルキル基を有する有機ケイ素化合物は、１種または２種以上を組み合わせて使用できる。 The organosilicon compound which has an alkyl group can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
多孔質シリカとアルキル基を有する有機ケイ素化合物との反応（以下、「疎水化反応」ともいう）は、従来から公知の反応方法と同様にして、液相中または気相雰囲気下で実施できる。 The reaction between the porous silica and the organosilicon compound having an alkyl group (hereinafter also referred to as “hydrophobization reaction”) can be carried out in a liquid phase or in a gas phase atmosphere in the same manner as a conventionally known reaction method.
疎水化反応を液相で実施する場合は、有機溶媒を用いても良い。使用し得る有機溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、ジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどのアリールアルカン類などが挙げられる。有機溶媒中で疎水化反応する場合には、アルキル基を有する有機ケイ素化合物の濃度は特に制限はなく、該有機ケイ素化合物の種類、有機溶媒の種類、反応温度などの各種反応条件に応じて、広範囲から適宜選択できる。 When the hydrophobization reaction is performed in the liquid phase, an organic solvent may be used. Organic solvents that can be used include alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol and isopropyl alcohol, ethers such as diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane and tetrahydrofuran, and aryls such as benzene, toluene and xylene. Examples include alkanes. In the case of hydrophobizing reaction in an organic solvent, the concentration of the organosilicon compound having an alkyl group is not particularly limited, and depending on various reaction conditions such as the type of the organosilicon compound, the type of the organic solvent, and the reaction temperature, It can be appropriately selected from a wide range.
疎水化反応を気相雰囲気下で実施する場合は、アルキル基を有する有機ケイ素化合物をガスで希釈してもよい。使用し得る希釈用ガスとしては、窒素、アルゴン、水素などが挙げられる。また、ガスで希釈する代わりに減圧下で実施することも可能である。特に、気相雰囲気下で実施する場合、溶媒回収や、乾燥工程が不要となるため好ましい。アルキル基を有する有機ケイ素化合物を希釈する場合、有機ケイ素化合物の濃度は０．１ｖｏｌ％以上あれば特に制限されない。また、任意に希釈された反応ガスは流通で接触させても、リサイクルで接触させても、あるいは密閉容器中に封じ込めた状態で接触させてもいずれの方法でも実施できる。反応温度には特に制限はなく、疎水化剤であるアルキル基を有する有機ケイ素化合物が多孔質シリカと反応できる温度以上で、疎水化剤が分解および目的とする反応以外の副反応を起こさない温度以下の範囲で実施できるが、好ましくは１０℃〜４００℃、プロセス上の上限、及び反応性を考慮すれば、さらに好ましくは２００℃〜３５０℃、特に好ましくは、反応温度は３００℃〜３５０℃の範囲が好ましい。反応温度がこれらの範囲内であれば、副反応を伴うことなく、反応が円滑に効率良く進行する。加熱方法は特に制限されず、多孔質シリカが形成されている基板を均一に加熱できる方法であればよい。たとえば、ホットプレート式、電気炉式などが挙げられる。反応温度への昇温方法は特に制限されず、所定の割合で徐々に加熱してもよく、また反応温度がシリカの焼成温度よりも低い場合には、反応温度に達した反応容器内に一気に挿入しても問題はない。多孔質シリカとアルキル基を有する有機ケイ素化合物との反応時間は、反応温度に応じて適宜選択できるが、通常は数分〜４０時間、好ましくは１時間〜４時間である。 When the hydrophobization reaction is carried out in a gas phase atmosphere, an organosilicon compound having an alkyl group may be diluted with a gas. Dilution gases that can be used include nitrogen, argon, hydrogen, and the like. Moreover, it is also possible to carry out under reduced pressure instead of diluting with gas. In particular, when it is carried out in a gas phase atmosphere, solvent recovery and a drying step are unnecessary, which is preferable. When diluting the organosilicon compound having an alkyl group, the concentration of the organosilicon compound is not particularly limited as long as it is 0.1 vol% or more. Further, the reaction gas arbitrarily diluted can be carried out by any method, whether it is brought into contact in circulation, brought into contact by recycling, or brought into contact in a sealed container. The reaction temperature is not particularly limited, and is a temperature at which the organosilicon compound having an alkyl group as a hydrophobizing agent is at or above a temperature at which the hydrophobizing agent does not decompose and cause side reactions other than the intended reaction. Although it can be carried out in the following range, preferably 10 ° C. to 400 ° C., considering the upper limit of the process and reactivity, more preferably 200 ° C. to 350 ° C., and particularly preferably the reaction temperature is 300 ° C. to 350 ° C. The range of is preferable. When the reaction temperature is within these ranges, the reaction proceeds smoothly and efficiently without accompanying side reactions. The heating method is not particularly limited as long as it can uniformly heat the substrate on which the porous silica is formed. Examples thereof include a hot plate type and an electric furnace type. The method for raising the temperature to the reaction temperature is not particularly limited, and may be gradually heated at a predetermined rate. If the reaction temperature is lower than the firing temperature of silica, the reaction vessel that has reached the reaction temperature may be heated at once. There is no problem even if it is inserted. The reaction time between the porous silica and the organosilicon compound having an alkyl group can be appropriately selected depending on the reaction temperature, but is usually from several minutes to 40 hours, preferably from 1 hour to 4 hours.
また、多孔質シリカとアルキル基を有する有機ケイ素化合物（Ａ）との反応系に、水を存在させても良い。水が存在すると、多孔質シリカとアルキル基を有する有機ケイ素化合物（Ａ）との反応が促進される。水の使用量はアルキル基を有する有機ケイ素化合物（Ａ）の種類に応じて適宜選択されるが、好ましくは反応系における水の分圧が０．０５ｋＰａ〜２５ｋＰａになるように水を使用するのがよい。この範囲内であれば、水の反応促進効果が充分に発揮され、さらに多孔質シリカの細孔構造が水によって崩壊することもない。また、水の反応系への添加温度は、反応温度以下であれば特に制限はない。添加方法についても特に制限はなく、多孔質シリカとアルキル基を有する有機ケイ素化合物（Ａ）とが接触前に添加してもよく、また、アルキル基を有する有機ケイ素化合物（Ａ）とともに反応系に添加してもよい。 Moreover, you may make water exist in the reaction system of porous silica and the organosilicon compound (A) which has an alkyl group. When water is present, the reaction between the porous silica and the organosilicon compound (A) having an alkyl group is promoted. The amount of water used is appropriately selected according to the type of the organosilicon compound (A) having an alkyl group. Preferably, water is used so that the partial pressure of water in the reaction system is 0.05 kPa to 25 kPa. Is good. Within this range, the water reaction promoting effect is sufficiently exerted, and the porous structure of the porous silica is not destroyed by water. Moreover, there is no restriction | limiting in particular if the addition temperature to the reaction system of water will be below reaction temperature. The addition method is not particularly limited, and the porous silica and the organosilicon compound having an alkyl group (A) may be added before contact, and together with the organosilicon compound having an alkyl group (A), the reaction system It may be added.
これらの疎水化処理によって多孔質シリカフィルムは疎水性が著しく向上する。しかし、疎水化処理の条件によっては、処理直後に示していた良好な疎水性が、時間経過によって次第に低下していくことを見いだした。そこで、フィルムの安定性を向上させること、すなわち、疎水性が長期間安定させることが求められていた。 By these hydrophobization treatments, the hydrophobicity of the porous silica film is remarkably improved. However, depending on the conditions of the hydrophobization treatment, it was found that the good hydrophobicity shown immediately after the treatment gradually decreases with time. Therefore, it has been required to improve the stability of the film, that is, to stabilize the hydrophobic property for a long time.
この問題に対し、本研究者らは、鋭意検討を重ねた結果、多孔質シリカフィルム内の原子の結合状態が異なれば、同じ疎水基濃度でも、疎水安定性には大きな違いがあることを見出した。本発明者らは、この疎水基をシリカフィルム表面に結合固定化し、好ましい原子の結合状態に維持させるために、熱処理だけではなく紫外線処理を併用することが、フィルムの安定性向上に好ましいことを見出した。ここで、併用するとは紫外線照射と、アルキル基を有する有機ケイ素化合物による疎水化処理を同時に行うことではなく、別々に少なくともいずれの処理も１回以上、赤外吸収ピークが特定の範囲内になるまで行うことを意味する。両処理を同時に行うことは、アルキル基を有する有機ケイ素化合物の重合が気相中で進行して、パーティクルとなる場合があるため、好ましくない。 As a result of intensive investigations, the present inventors have found that the stability of the hydrophobicity varies greatly even if the bonding state of atoms in the porous silica film is different even at the same concentration of hydrophobic groups. It was. In order to improve the stability of the film, the inventors of the present invention preferably use not only heat treatment but also UV treatment in order to bond and fix the hydrophobic group to the surface of the silica film and to maintain a preferable bonded state of atoms. I found it. Here, the combined use does not mean simultaneously performing ultraviolet irradiation and hydrophobizing treatment with an organosilicon compound having an alkyl group, but at least any of the treatments is performed once or more, and the infrared absorption peak falls within a specific range. Means to do. Performing both treatments at the same time is not preferable because the polymerization of the organosilicon compound having an alkyl group may proceed in the gas phase to form particles.
本発明においては、紫外線照射と、アルキル基を有する有機ケイ素化合物による疎水化処理を繰り返し行っても何ら問題は無いが、最後はアルキル基を有する有機ケイ素化合物による疎水化処理を行うことが、より疎水性を付与できるため、赤外吸収（ＩＲ）スペクトルでシリカフィルム表面に起因する特定の吸収ピークの波数を規定する範囲にあわせる処理として望ましい。 In the present invention, there is no problem even if the ultraviolet irradiation and the hydrophobic treatment with the organosilicon compound having an alkyl group are repeated, but the hydrophobic treatment with the organosilicon compound having an alkyl group is finally performed. Since hydrophobicity can be imparted, it is desirable as a treatment for adjusting the wave number of a specific absorption peak due to the silica film surface in the infrared absorption (IR) spectrum.
紫外線処理の条件としては以下が例示できる。 Examples of the ultraviolet treatment conditions include the following.
例えば、紫外線の波長は、好ましくは１００ｎｍ〜３５０ｎｍ、さらに好ましくは１７０ｎｍ〜２５０ｎｍである。紫外線強度は、界面活性剤の除去時間などに影響を及ぼし、紫外線強度が高いほど、界面活性剤の除去時間が短縮されるので、少なくとも５ｍＷ／ｃｍ２以上であることが望ましい。紫外線照射時の雰囲気は、酸化性雰囲気でなければ特に限定されず、窒素などの不活性雰囲気、真空中での紫外線照射などが好ましい。酸素が大量に存在すると、紫外線を吸収してオゾンとなり、紫外線強度が減少するため好ましくない。好ましくは酸素濃度を１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは５０ｐｐｍ以下とするのが良い。 For example, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 100 nm to 350 nm, more preferably 170 nm to 250 nm. The ultraviolet intensity affects the removal time of the surfactant, and the higher the ultraviolet intensity, the shorter the removal time of the surfactant. Therefore, it is desirable that the ultraviolet intensity is at least 5 mW / cm 2 or more. The atmosphere during the ultraviolet irradiation is not particularly limited as long as it is not an oxidizing atmosphere, and an inert atmosphere such as nitrogen, ultraviolet irradiation in a vacuum, or the like is preferable. If oxygen is present in a large amount, it absorbs ultraviolet rays to become ozone, which is not preferable because the intensity of ultraviolet rays decreases. The oxygen concentration is preferably 100 ppm or less, particularly preferably 50 ppm or less.
紫外線照射光源と複合体との距離は、該光源から発せられる紫外線が複合体に到達し、かつ紫外線が複合体に均一に照射できる距離であれば問題ないが、好ましくは１ｃｍ〜１０ｃｍである。 The distance between the ultraviolet light source and the composite is not a problem as long as the ultraviolet light emitted from the light source reaches the composite and the composite can be uniformly irradiated with ultraviolet light, but is preferably 1 cm to 10 cm.
紫外線照射温度は、得られる多孔質シリカの強度に影響する。温度が高いほど、シリカ骨格を強化するための結合の再配列が起こりやすくなると推察される。但し、温度が高すぎると半導体製造においては、他の構成要素に影響が出て性能低下が懸念される。このため、紫外線照射温度も、好ましくは１０℃〜４００℃、さらに好ましくは１５０℃〜３５０℃、特に好ましくは２００℃〜３５０℃である。高温にすれば紫外線照射時間は短くできるため、基本的には数分で処理できる温度にすることが好ましい。紫外線照射時間を長くすることは特に問題ないが、経済性を考慮すれば、照射時間が２０分以内でできるように、好ましくは１０分以内でできるように紫外線照射温度を設定するのが好ましい。 The ultraviolet irradiation temperature affects the strength of the obtained porous silica. It is presumed that the higher the temperature, the easier the rearrangement of bonds to strengthen the silica skeleton. However, if the temperature is too high, in the semiconductor manufacturing, other components are affected and there is a concern about performance degradation. For this reason, the ultraviolet irradiation temperature is also preferably 10 ° C to 400 ° C, more preferably 150 ° C to 350 ° C, and particularly preferably 200 ° C to 350 ° C. Since the ultraviolet irradiation time can be shortened by increasing the temperature, it is basically preferable to set the temperature so that it can be processed in a few minutes. Increasing the ultraviolet irradiation time is not particularly problematic, but considering the economy, it is preferable to set the ultraviolet irradiation temperature so that the irradiation time can be within 20 minutes, preferably within 10 minutes.
ＣＶＤにより形成されるフィルムにおいては、紫外線照射時間を長くすると収縮が進み、細孔が小さくなりすぎてフィルム内の切断された官能基などがフィルムの外に出られなくなるためか、k値は逆に増加してくるが、界面活性剤を用いて形成された多孔質フィルムについては細孔が大きいため、そのような現象は見られない。
これらの処理を併用することによって多孔質シリカフィルムはその疎水性を著しく改善する。この改善は、赤外吸収（ＩＲ）スペクトルでシリカフィルム表面に起因する特定の吸収ピークの波数が移動することと関係しており、シリカフィルム表面の原子の結合状態による寄与が大きいことが本発明によりわかった。
In a film formed by CVD, if the ultraviolet irradiation time is lengthened, the shrinkage progresses, and the pores become too small, so that the cut functional groups in the film cannot come out of the film, or the k value is reversed. However, since the pores are large in the porous film formed using the surfactant, such a phenomenon is not observed.
By using these treatments in combination, the porous silica film significantly improves its hydrophobicity. This improvement is related to the fact that the wave number of a specific absorption peak due to the surface of the silica film moves in the infrared absorption (IR) spectrum, and the contribution of the bonded state of atoms on the surface of the silica film is large. I understood.
多孔質シリカフィルム内原子の結合状態を見るための赤外吸収の測定解析には、例えば、赤外吸収分析装置（ＤＩＧＩＬＡＢ Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ（ＤＩＧＩＬＡＢ社製））を用いることができる。 For example, an infrared absorption analyzer (DIGILAB Excalibur (manufactured by DIGILAB)) can be used for the measurement and analysis of infrared absorption to see the bonding state of atoms in the porous silica film.
なお、本明細書において、「アルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因するピーク」を「アルキル基由来のピーク」、「ＳｉＯＨ基のＳｉ−Ｏ伸縮運動に起因するピーク」を「ＳｉＯＨ基由来のピーク」、「ＨＳｉＯ３基のＳｉ−Ｈ伸縮運動に起因するピーク」を「ＨＳｉＯ３基由来のピーク」ということもある。 In this specification, “peaks derived from C—H stretching motion of alkyl groups” are referred to as “peaks derived from alkyl groups”, and “peaks attributable to Si—O stretching motions of SiOH groups” are referred to as “derived from SiOH groups”. peak ", sometimes referred to as" peak derived from HSiO 3 group, "a" peak attributable to Si-H stretching movement of HSiO 3 group. "
本発明では、フーリエ変換赤外吸収スペクトル（ＦＴＩＲ）測定での検討を重ねた結果、Ｓｉ−Ｏ基由来の吸収よりは、シリカフィルム表面にある、特に、アルキル基由来の吸収、Ｓｉ−ＯＨ基由来の吸収、Ｓｉ−Ｈ基由来の３つの吸収に着目することにより、優れた特性をもつフィルムの赤外吸収での特徴を見出すに至った。そこで、本発明においては、対象とするピークは２２００ｃｍ−１以上とした。具体的には、このフィルムから得られる４０００ｃｍ−１から２２００ｃｍ−１の範囲の赤外吸収スペクトルである。これは、Ｓｉ−Ｏ結合由来の吸収ピークに比較して、前記の対象とする３つのピーク強度は非常に小さく、そのピーク比はおおむね０．０５以下だからである。シリカ骨格の場合、１１００ｃｍ−１付近に見られるＳｉ−Ｏフォノンの散乱、並びにその倍音である２２００ｃｍ−１の吸収が強く、また、このピーク値は製造方法や膜中の応力によってシフトし、特定できないため、これらのピークを対象に入れると判断を誤る恐れがあるからである。 In the present invention, as a result of repeated studies in Fourier transform infrared absorption spectrum (FTIR) measurement, the absorption on the surface of the silica film rather than the absorption derived from the Si—O group, particularly the absorption derived from the alkyl group, the Si—OH group. By paying attention to the absorption derived from the origin and the three absorptions derived from the Si—H group, the inventors have found a feature in the infrared absorption of a film having excellent characteristics. Therefore, in the present invention, the target peak is set to 2200 cm −1 or more. Specifically, an infrared absorption spectrum in the range of 2200 cm -1 from 4000 cm -1 resulting from the film. This is because the above three target peak intensities are very small compared to the absorption peak derived from the Si—O bond, and the peak ratio is generally 0.05 or less. For silica skeleton, scattering Si-O phonon observed around 1100 cm -1, as well as strong absorption at 2200 cm -1 which is a harmonic, also, the peak value is shifted by the stress of the production process or film, particular This is because there is a risk of misjudgment if these peaks are included.
したがって、従来の報告に見られるような、シリカフィルム内に多数存在するＳｉ−Ｏ結合由来の吸収ピークと、Ｓｉ−ＯＨやＳｉ−Ｈ由来の吸収ピークとの比較をするものとは異なる。 Therefore, it differs from what is compared with the absorption peak derived from the Si-O bond which exists many in a silica film, and the absorption peak derived from Si-OH and Si-H as seen in the conventional report.
本発明の多孔質シリカフィルムの赤外吸収スペクトルは、アルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因する明確な１つの吸収ピークを有する。このピークが存在することによって、疎水基であるアルキル基が存在することを確認できる。従って、ピークがないということは疎水化されていないことを意味する。赤外吸収スペクトルによって、細孔内表面に存在するアルキル基も確認することができる。細孔内表面の面積は非常に大きいが、シリカ骨格に比べれば、その量は非常に小さいため、先に述べたように、たとえ細孔内の全表面をアルキル基で疎水化したとしても、１０００ｃｍ−１から１２００ｃｍ−１の範囲に存在するＳｉ−Ｏ結合に起因する吸収ピークに対するアルキル基由来のピーク強度は０．０５以下となる。なお、本発明においては、アルキル基がメチル基であるのが好ましく、この場合には３０００ｃｍ−１付近に吸収ピークを有する。 The infrared absorption spectrum of the porous silica film of the present invention has one clear absorption peak due to the C—H stretching motion of the alkyl group. The presence of this peak confirms the presence of an alkyl group that is a hydrophobic group. Therefore, the absence of a peak means that it has not been hydrophobized. From the infrared absorption spectrum, alkyl groups present on the pore inner surface can also be confirmed. The surface area of the pores is very large, but the amount is very small compared to the silica skeleton, so as described above, even if the entire surface of the pores is hydrophobized with alkyl groups, The peak intensity derived from the alkyl group with respect to the absorption peak due to the Si—O bond existing in the range of 1000 cm −1 to 1200 cm −1 is 0.05 or less. In the present invention, the alkyl group is preferably a methyl group, and in this case, it has an absorption peak around 3000 cm −1 .
本発明の多孔質シリカフィルムの赤外吸収スペクトルは、Ｓｉ−ＯＨ基のＳｉ−Ｏ伸縮運動に起因するピーク強度が、アルキル基由来のピーク強度の０．２倍以下である。更には、ＳｉＯＨ基由来の明確な吸収ピークを有さないことが好ましい。これは、具体的には、３３００ｃｍ−１から３８００ｃｍ−１の間でベースラインに対しての赤外吸収によると思われるスペクトル高さが、前述のアルキル基由来の吸収ピークの高さに対して０．２倍以下の高さであることを意味する。このなかで、３６００ｃｍ−１付近の吸収を示す孤立Ｓｉ−ＯＨ基はその反応性が高いために特に水分子を吸着しやすく、その存在は極力避けなければならない。特に、３７５０ｃｍ−１付近に孤立Ｓｉ−ＯＨ基に由来する吸収ピークがないことが望ましい。 In the infrared absorption spectrum of the porous silica film of the present invention, the peak intensity resulting from the Si—O stretching movement of the Si—OH group is 0.2 times or less of the peak intensity derived from the alkyl group. Furthermore, it is preferable not to have a clear absorption peak derived from the SiOH group. This is specifically the spectral height seems to be due to infrared absorption of the base line between the 3300 cm -1 in 3800 cm -1 is the height of the absorption peak derived from an alkyl group above It means that the height is 0.2 times or less. Among them, the isolated Si—OH group exhibiting absorption near 3600 cm −1 is highly reactive, so that it is particularly easy to adsorb water molecules, and its presence should be avoided as much as possible. In particular, it is desirable that there is no absorption peak derived from an isolated Si—OH group in the vicinity of 3750 cm −1 .
本発明の多孔質シリカフィルムの赤外吸収スペクトルは、ＨＳｉＯ３基のＳｉ−Ｈ伸縮運動に起因する波数が２２７０ｃｍ−１より小さい明確な１つの吸収ピークを有する。ＨＳｉＯ３基は、疎水化処理と紫外線処理の併用によって形成されるものである。本発明者らは、多孔質シリカフィルムの比誘電率と赤外吸収スペクトルでのＨＳｉＯ３基由来ピークとの関係を詳細に調査した結果、フィルムの比誘電率が小さくなると、ＨＳｉＯ３基由来のピークの波数が小さい方へ動いていることを突き止めた。このような関係になる理由の詳細は不明であるが、この官能基がシリカ表面にあり、まわりの表面官能基の影響を受けやすいからではないかと推察される。 The infrared absorption spectrum of the porous silica film of the present invention has one clear absorption peak in which the wave number due to the Si—H stretching motion of the HSiO 3 group is smaller than 2270 cm −1 . The HSiO 3 group is formed by the combined use of a hydrophobic treatment and an ultraviolet treatment. As a result of investigating in detail the relationship between the relative dielectric constant of the porous silica film and the peak derived from the HSiO 3 group in the infrared absorption spectrum, the inventors have found that when the relative dielectric constant of the film is small, the film is derived from the HSiO 3 group. I found out that the wave number of the peak was moving to a smaller one. Although the details of the reason for this relationship are unknown, it is presumed that this functional group is on the silica surface and is easily affected by surrounding surface functional groups.
また、ＨＳｉＯ３基由来ピークはアルキル基由来の吸収ピークの０.５倍から３倍の強度を有することが必要である。アルキル基由来のピークに対して０．５倍より小さい場合はシリカ骨格が十分に強化されていないことが危惧される。あるいは、細孔形成剤が完全に除去できておらずに残留していることによってアルキル基由来のピーク強度が大きくなったことも疑われる。一方、ＨＳｉＯ３基由来のピーク強度が大きすぎることは、逆にアルキル基が充分に結合していない、つまり疎水化が不十分であることが危惧される。なお、２１８０ｃｍ−１付近のＨＳｉ（Ｒ）Ｏ２基に由来するピークはあっても無くても良く、また、両者のピーク比は特に制限されない。 The HSiO 3 group-derived peak needs to have an intensity 0.5 to 3 times that of the absorption peak derived from the alkyl group. When it is smaller than 0.5 times the peak derived from the alkyl group, there is a concern that the silica skeleton is not sufficiently strengthened. Alternatively, it is also suspected that the peak intensity derived from the alkyl group has increased due to the pore-forming agent remaining without being completely removed. On the other hand, if the peak intensity derived from the HSiO 3 group is too large, there is a concern that the alkyl group is not sufficiently bonded, that is, the hydrophobicity is insufficient. Note that there may or may not be a peak derived from the HSi (R) O 2 group near 2180 cm −1 , and the peak ratio of both is not particularly limited.
従来の報告（例えば、非特許文献２）にあるようなＴＭＣＴＳだけをＣＶＤにより成膜したフィルムは成膜するときに重合しながら３次元ネットワークを形成するため、初めから、ピークが２２５０ｃｍ−１付近にあり、多孔質シリカフィルムに見られるような未重合状態からのピークの移動はなく、また、このような移動に注目した検討も見当たらない。 A film in which only TMCTS as in the conventional report (for example, Non-Patent Document 2) is formed by CVD forms a three-dimensional network while being polymerized when it is formed, so the peak is around 2250 cm-1 from the beginning. Thus, there is no shift of the peak from the unpolymerized state as seen in the porous silica film, and no examination focusing on such movement is found.
以上のことから、本発明での多孔質シリカフィルムの性能、特に表面疎水化した多孔質シリカフィルムの性能評価においては、ＨＳｉＯ３基由来のピークの波数を調べることによっても吸湿性を判断することは可能であり、多孔質シリカ骨格が同様のものであっても、この吸収ピークの波数に違いがあれば、その疎水性、あるいは経時的吸湿安定性には差が出てくる。 From the above, in the performance evaluation of the porous silica film in the present invention, particularly in the performance evaluation of the surface-hydrophobized porous silica film, the hygroscopicity is also judged by examining the wave number of the peak derived from the HSiO 3 group. Even if the porous silica skeleton is the same, if the wave number of the absorption peak is different, the hydrophobicity or the hygroscopic stability over time will be different.
疎水化処理等は、処理条件を同じにして行ったつもりでも、処理装置が異なると微妙に条件が変化するため、再現性が取れない場合がある。紫外線処理装置では、その光路上に石英ガラス等をいれる、あるいは雰囲気が少し違うなどによって、微妙に波長が変わることが懸念される。それによって、フィルムの性能に再現がとれなくなることも考えられるが、その変化は、赤外吸収スペクトルを測定し、フィルムそのものの状態を把握することによって、条件のずれを確認することができ、目的とする赤外吸収スペクトルが得られるまで処理を行うことで、フィルムの性能再現性を高めることが可能となる。 Even if the hydrophobizing treatment is performed under the same processing conditions, reproducibility may not be obtained because the conditions slightly change if the processing apparatus is different. In the ultraviolet processing apparatus, there is a concern that the wavelength may be changed slightly due to quartz glass or the like being put in the optical path or a slightly different atmosphere. As a result, the performance of the film may not be reproduced, but the change can be confirmed by measuring the infrared absorption spectrum and grasping the state of the film itself. By performing the processing until an infrared absorption spectrum is obtained, it becomes possible to improve the performance reproducibility of the film.
本発明による、紫外線照射とアルキル基を有する有機ケイ素化合物による接触反応処理とを併用することで疎水性が長期安定化する理由としては次のようなことが推察される。 The reason why the hydrophobicity is stabilized for a long time by using ultraviolet irradiation and contact reaction treatment with an organosilicon compound having an alkyl group according to the present invention is presumed as follows.
例えば、アルキル基を有する有機ケイ素化合物を１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）として、疎水化処理を行った場合、熱的処理だけではＳｉ−Ｈ基の一部はＨ２Ｏとの反応によって、Ｓｉ−ＯＨ基を生成し、これが、フィルム中のＳｉ−ＯＨ基と脱水縮合して架橋するが、Ｓｉ−ＣＨ３基はほとんど反応しない。この疎水化処理ではＴＭＣＴＳの反応量が多いほど疎水性は増すが、加熱だけで、しかも上限が４００℃では充分な時間と水の存在条件下でないとＳｉ−ＯＨ基が残留する恐れがある。 For example, when an organosilicon compound having an alkyl group is used as 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) and subjected to a hydrophobization treatment, a part of the Si—H group is H only by thermal treatment. The reaction with 2 O generates Si—OH groups, which are dehydrated and condensed with the Si—OH groups in the film to crosslink, but Si—CH 3 groups hardly react. In this hydrophobization treatment, the hydrophobicity increases as the reaction amount of TMCTS increases. However, Si—OH groups may remain if the heating is only performed and the upper limit is 400 ° C. and sufficient time and water are not present.
一方、フィルムに紫外線を照射すると、その高いエネルギーのためにＴＭＣＴＳで処理したフィルムの場合にはＳｉ−Ｈ基に加えて、Ｓｉ−ＣＨ３基も切断される。また、そうではなくてもＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の弱い部分の結合が切れて、新たにＳｉ−ＯＨ基、あるいはＳｉ−Ｈ基を生成する。これらは他のＳｉ−ＯＨ基と脱水縮合し、架橋性が増すとともに欠陥が減少するため、疎水安定性が増すと推察される。 On the other hand, when the film is irradiated with ultraviolet rays, the Si—CH 3 group is also cut in addition to the Si—H group in the case of a film treated with TMCTS because of its high energy. Even if this is not the case, the weak portion of the Si—O—Si bond is broken and a new Si—OH group or Si—H group is generated. It is presumed that these are dehydrated and condensed with other Si—OH groups, and the crosslinkability is increased and defects are decreased, so that the hydrophobic stability is increased.
ＨＳｉＯ３基由来の赤外吸収ピークがシフトするのは明確に解析できていないが、上に述べたように、疎水化に加えて架橋が充分に進んだ構造を反映してのものと推察される。同じ処理を行った場合でも、その処理が充分できているかいないかは安定性に密接に関係する。したがって、結合状態を解析できる赤外吸収スペクトルによって、フィルム性能の安定性を判断できるのである。 Although it has not been clearly analyzed that the infrared absorption peak derived from the HSiO 3 group is shifted, as described above, it is assumed that it reflects the structure in which the crosslinking is sufficiently advanced in addition to the hydrophobization. The Even when the same processing is performed, whether or not the processing is sufficient is closely related to stability. Therefore, the stability of the film performance can be determined by the infrared absorption spectrum that can analyze the bonding state.
これらの処理によって、多孔質シリカフィルムの高い空隙率（すなわち低い比誘電率）と高い機械的強度とを維持したまま、経時的な吸湿による比誘電率の上昇が非常に少なく、層間絶縁膜などとして有用な多孔質シリカフィルムが得られる。特に、層間絶縁膜としては、比誘電率は２．４以下であり、フィルムの弾性率は４ＧＰａ以上を有する。 By these treatments, while maintaining the high porosity (that is, low relative dielectric constant) and high mechanical strength of the porous silica film, the increase in the relative dielectric constant due to moisture absorption over time is very small, and the interlayer insulation film, etc. A porous silica film useful as the above is obtained. In particular, as the interlayer insulating film, the relative dielectric constant is 2.4 or less, and the elastic modulus of the film is 4 GPa or more.
なお、比誘電率の測定は、水銀プローブ装置（ＳＳＭ５１３０）を用い、２５℃、相対湿度３０％の雰囲気下、周波数１ＭＨｚにて常法により測定した。 The relative dielectric constant was measured by a conventional method using a mercury probe apparatus (SSM5130) in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 30% at a frequency of 1 MHz.
多孔質フィルムの弾性率は、ナノインデンタ測定によりフィルムの弾性率を測定することで確認した。 The elastic modulus of the porous film was confirmed by measuring the elastic modulus of the film by nanoindenter measurement.
本発明の多孔質シリカフィルムは、疎水性と機械的強度の両方に優れるため、層間絶縁膜、分子記録媒体、透明導電性フィルム、固体電解質、光導波路、ＬＣＤ用カラー部材などの光機能材料、電子機能材料として用いることができる。特に、半導体用材料としての層間絶縁膜には、強度、耐熱性、低比誘電率が求められており、このような疎水性と機械的強度に優れる多孔質フィルムが好ましく適用される。 Since the porous silica film of the present invention is excellent in both hydrophobicity and mechanical strength, optical functional materials such as interlayer insulating films, molecular recording media, transparent conductive films, solid electrolytes, optical waveguides, LCD color members, It can be used as an electronic functional material. In particular, an interlayer insulating film as a semiconductor material is required to have strength, heat resistance and low relative dielectric constant, and such a porous film excellent in hydrophobicity and mechanical strength is preferably applied.
次に、本発明の多孔質シリカフィルムを層間絶縁膜として用いた半導体装置の例について具体的に説明する。 Next, an example of a semiconductor device using the porous silica film of the present invention as an interlayer insulating film will be specifically described.
まず、上述のようにして、シリコンウエハ表面上に、多孔質シリカフィルムを形成する。次いで、該多孔質シリカフィルムをフォトレジストのパターン通りにエッチングする。該多孔質シリカフィルムのエッチング後に、気相成長法により該多孔質シリカフィルム表面およびエッチングされた部分に窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）などからなるバリア膜を形成する。その後、メタルＣＶＤ法、スパッタリング法、電解メッキ法などにより銅膜を形成し、さらにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により不要の銅膜を除去して回路配線を作成する。さらに、キャップ膜（たとえば炭化ケイ素からなる膜）を表面に作成し、必要であれば、ハードマスク（たとえば窒化ケイ素からなる膜）を形成する。これらの各工程を繰り返すことで多層化して、本発明に係る半導体装置を製造することができる。 First, a porous silica film is formed on the silicon wafer surface as described above. Next, the porous silica film is etched according to the pattern of the photoresist. After the porous silica film is etched, a barrier film made of titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), or the like is formed on the surface of the porous silica film and the etched portion by vapor phase growth. Thereafter, a copper film is formed by a metal CVD method, a sputtering method, an electrolytic plating method, or the like, and an unnecessary copper film is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to form a circuit wiring. Further, a cap film (for example, a film made of silicon carbide) is formed on the surface, and if necessary, a hard mask (for example, a film made of silicon nitride) is formed. By repeating these steps, the semiconductor device according to the present invention can be manufactured in multiple layers.
本発明の製造方法により得られる多孔質シリカフィルムの平均細孔径は０．５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることが好ましい。この範囲であれば、十分な機械的強度と低比誘電率とを併せ持つことが可能である。 The average pore diameter of the porous silica film obtained by the production method of the present invention is preferably in the range of 0.5 nm to 10 nm. Within this range, it is possible to have both a sufficient mechanical strength and a low relative dielectric constant.
なお、多孔質フィルム中に存在する細孔の平均径、形状、及び割合は、一般的には、小角Ｘ線散乱測定装置（例えば理学電機社製）を使用して測定することができる。 In addition, the average diameter, shape, and ratio of the pores present in the porous film can be generally measured using a small angle X-ray scattering measuring device (for example, manufactured by Rigaku Corporation).
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
＜赤外吸収スペクトルの測定＞
本実施例において、赤外吸収スペクトルの測定解析には、赤外吸収分析装置（ＤＩＧＩＬＡＢ Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ（ＤＩＧＩＬＡＢ社製）を用いた。その測定条件は以下のとおりである。
ＩＲ光源：空冷セラミック
ビームスプリッター:ワイドレンジＫＢｒ
検出器：ペルチェ冷却ＤＴＧＳ
測定波数範囲：７５００〜４００ｃｍ−１
分解能：４ｃｍ−１
積算回数：２５６
バックグラウンド：Ｓｉベアウエハー使用
測定雰囲気：Ｎ２（１０Ｌ／ｍｉｎ）
本発明においては、疎水基と多孔質シリカフィルム表面との結合状態を測定するが、その結合数は、多孔質シリカフィルム全体に比べて、その表面の結合数が非常に少ない。従って、一般的に行われる透過や全反射の測定方法では検出が困難となる。そこで、本実施例では、多孔質シリカフィルムを塗布した基板を赤外線入射に対して７２°傾けて測定した。
<Measurement of infrared absorption spectrum>
In this example, an infrared absorption analyzer (DIGILAB Excalibur (manufactured by DIGILAB)) was used for the measurement and analysis of the infrared absorption spectrum, and the measurement conditions were as follows.
IR light source: Air-cooled ceramic Beam splitter: Wide range KBr
Detector: Peltier cooled DTGS
Measurement wavenumber range: 7500-400 cm −1
Resolution: 4cm -1
Integration count: 256
Background: Use of Si bare wafer Measurement atmosphere: N 2 (10 L / min)
In the present invention, the bonding state between the hydrophobic group and the surface of the porous silica film is measured. The bonding number of the surface is much smaller than that of the entire porous silica film. Therefore, it is difficult to detect with a generally used measurement method of transmission and total reflection. Therefore, in this example, the measurement was performed by tilting the substrate coated with the porous silica film by 72 ° with respect to the incidence of infrared rays.
＜比誘電率ｋの測定＞
本実施例では、水銀プローブ装置（ＳＳＭ５１３０）を用い、２５℃、相対湿度３０％の雰囲気下、周波数１ＭＨｚにて常法により比誘電率を測定した。
<Measurement of relative dielectric constant k>
In this example, the relative permittivity was measured by a conventional method at a frequency of 1 MHz in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 30% using a mercury probe apparatus (SSM5130).
＜機械的強度の測定＞
本実施例では、ナノインデンテーター（Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社、Ｔｒｉｂｏｓｃｏｐｅ）により、膜厚の１／１０以下の押し込み深さで常法により弾性率を測定した。
<Measuring mechanical strength>
In this example, the elastic modulus was measured by a conventional method using a nanoindenter (Hysitron, Triboscope) at an indentation depth of 1/10 or less of the film thickness.
＜比誘電率の安定性の評価＞
比誘電率を測定した多孔質シリカフィルムを２５℃、相対湿度３０％の雰囲気下で１週間放置した。その後、比誘電率を測定し、以下の式で変化率を求めた。
変化率＝｛（放置後の比誘電率）−（放置前の比誘電率）｝／（放置前の比誘電率）
変化率は以下の基準で評価した。
○：１０％以下
△：１０％より大きく２０％以下
×：２０％より大きい
<Evaluation of relative permittivity stability>
The porous silica film whose relative dielectric constant was measured was left for 1 week in an atmosphere of 25 ° C. and a relative humidity of 30%. Thereafter, the relative dielectric constant was measured, and the rate of change was determined by the following equation.
Rate of change = {(relative permittivity after standing) − (relative permittivity before standing)} / (relative permittivity before standing)
The rate of change was evaluated according to the following criteria.
○: 10% or less Δ: Greater than 10% and 20% or less ×: Greater than 20%
＜実施例１＞
（多孔質シリカフィルムの調整）
テトラエトキシシラン（日本高純度化学（株）製、ＥＬ，Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）１０．０ｇとエタノール（和光純薬工業（株）製ＥＬ，Ｃ２Ｈ５ＯＨ）１０ｍＬを室温下で混合攪拌した後、１規定塩酸（和光純薬工業（株）製、微量金属分析用）１．０ｍＬを添加し、５０℃で攪拌した。次に、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（シグマケミカル社製、Ｃ１８Ｈ３７（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）２ＯＨ）４．２ｇをエタノール４０ｍＬで溶解した後、添加混合した。この混合溶液に、水８．０ｍＬ（テトラエトキシシラン１モルに対して９．２モル）を添加し、３０℃で５０分攪拌後、２−ブタノール（関東化学（株）製、ＣＨ３（Ｃ２Ｈ５）ＣＨＯＨ）１０ｍＬを添加混合し、さらに３０℃で７０分攪拌した。
<Example 1>
(Adjustment of porous silica film)
10.0 g of tetraethoxysilane (manufactured by Nippon Kojun Kagaku Co., Ltd., EL, Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and 10 mL of ethanol (EL, C 2 H 5 OH manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at room temperature Then, 1N hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for trace metal analysis) 1.0 mL was added and stirred at 50 ° C. Next, 4.2 g of polyoxyethylene (20) stearyl ether (manufactured by Sigma Chemical Co., C 18 H 37 (CH 2 CH 2 O) 2 OH) was dissolved in 40 mL of ethanol, and then mixed. To this mixed solution, 8.0 mL of water (9.2 mol with respect to 1 mol of tetraethoxysilane) was added, and after stirring at 30 ° C. for 50 minutes, 2-butanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., CH 3 (C 2 H 5 ) CHOH) was added and mixed, and the mixture was further stirred at 30 ° C. for 70 minutes.
得られた溶液にＣｓを１５ｐｐｍとなるように硝酸セシウム水溶液を添加した後、シリコンウエハ表面上に滴下し、２０００ｒｐｍで６０秒間回転させて、シリコンウエハ表面に塗布した後、１５０℃で１分間乾燥し、更に３５０℃、窒素中で１時間焼成して、多孔質シリカフィルムを作製した。 Cesium nitrate aqueous solution was added to the obtained solution so that Cs was 15 ppm, then dropped on the silicon wafer surface, rotated at 2000 rpm for 60 seconds, applied to the silicon wafer surface, and dried at 150 ° C. for 1 minute. Further, it was baked in nitrogen at 350 ° C. for 1 hour to prepare a porous silica film.
（多孔質シリカフィルムの後処理）
上記の多孔質シリカフィルムを、加熱反応装置に挿入し、Ｎ2ガス３Ｌ／ｍｉｎ流通下、３５０℃で３０分間放置（乾燥）した。その後、反応器内にＮ２ガスとともに１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサン（アヅマックス(株)製）を１．５体積％で導入し、３５０℃で反応させた。１時間後、１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサンの導入を止めて、Ｎ2ガス雰囲気下で冷却後、多孔質シリカフィルムを紫外線照射装置に搬送し、装置内を＜１５Ｐａに減圧し該フィルムの上部６ｃｍの位置に設置した波長１７２ｎｍ、出力１４ｍＷ／ｃｍ２の紫外線照射ランプで、紫外線照射を３５０℃で１０分間行った。照射終了後、引き続き加熱反応装置に再び搬送し、系内にＮ2ガスとともに１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサンを導入して、３５０℃で１時間接触反応させて処理し、本発明の多孔質シリカフィルムを得た。この多孔質シリカフィルムのＦＴＩＲによる測定結果を図１、図６および図７に、比誘電率ｋとナノインデンタ測定で得られた膜強度Ｅ（ＧＰａ）、及び、比誘電率ｋの安定性評価結果について表１に示す。
(Post-treatment of porous silica film)
The above porous silica film was inserted into a heating reactor and allowed to stand (dry) at 350 ° C. for 30 minutes under a flow of 3 L / min of N 2 gas. Thereafter, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (manufactured by Amax Co., Ltd.) was introduced into the reactor at 1.5% by volume together with N 2 gas and reacted at 350 ° C. After 1 hour, the introduction of 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane was stopped, and after cooling in an N 2 gas atmosphere, the porous silica film was conveyed to an ultraviolet irradiation device, and the inside of the device was reduced to <15 Pa. Ultraviolet irradiation was performed at 350 ° C. for 10 minutes using an ultraviolet irradiation lamp having a wavelength of 172 nm and an output of 14 mW / cm 2 , which was evacuated and placed at a position 6 cm above the film. After completion of irradiation, it is again transported to the heating reactor, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane is introduced into the system together with N 2 gas, and contact reaction is carried out at 350 ° C. for 1 hour. A porous silica film of the present invention was obtained. The results of FTIR measurement of this porous silica film are shown in FIG. 1, FIG. 6 and FIG. 7, and the film strength E (GPa) obtained by the measurement of the relative dielectric constant k and the nanoindenter and the stability evaluation result of the relative dielectric constant k Is shown in Table 1.
＜実施例２＞
ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（シグマケミカル社製、Ｃ１８Ｈ３７（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）２ＯＨ）の添加量を４．２ｇから２．５ｇに変えた以外は実施例１と同様にして多孔質シリカフィルムを製造した。この多孔質シリカフィルムのＦＴＩＲによる測定結果、及び、該フィルムの比誘電率ｋおよび膜強度Ｅ、及び、比誘電率ｋの安定性評価結果について図２、図６、図７および表１に示す。
<Example 2>
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the amount of polyoxyethylene (20) stearyl ether (manufactured by Sigma Chemical Co., C 18 H 37 (CH 2 CH 2 O) 2 OH) was changed from 4.2 g to 2.5 g. Thus, a porous silica film was produced. FIG. 2, FIG. 6, FIG. 7 and Table 1 show the measurement results of this porous silica film by FTIR, and the relative dielectric constant k and film strength E of the film, and the stability evaluation results of the relative dielectric constant k. .
＜比較例１＞
（多孔質シリカフィルムの調整）
実施例１と同様にして、多孔質シリカフィルムを作製した。
<Comparative Example 1>
(Adjustment of porous silica film)
In the same manner as in Example 1, a porous silica film was produced.
（多孔質シリカフィルムの後処理）
上記の多孔質シリカフィルムを、加熱反応装置に挿入し、Ｎ2ガス５００ｍＬ／ｍｉｎ流通下、３５０℃で３０分間放置（乾燥）した。その後、Ｎ2ガスを１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサン（アヅマックス(株)製）を入れた２５℃の蒸発器内に通し、反応容器内にＮ2ガスとともに１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサンを導入し、３５０℃で反応させた。１時間後、１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサンの導入を止めて、Ｎ2ガス雰囲気下で冷却後、多孔質シリカフィルムを得た。この多孔質シリカフィルムのＦＴＩＲによる測定結果、及び比誘電率ｋとナノインデンタ測定で得られた膜強度Ｅ（ＧＰａ）、及び、比誘電率ｋの安定性評価結果について図３、図６、図７および表１に示す。
(Post-treatment of porous silica film)
The above porous silica film was inserted into a heating reactor and allowed to stand (dry) at 350 ° C. for 30 minutes under a flow of N 2 gas of 500 mL / min. Thereafter, N 2 gas of 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (manufactured by AZmax Co.) was passed through the 25 ° C. evaporators placed, N 2 gas with the
＜比較例２＞
（多孔質シリカフィルムの調整）
実施例１と同様にして、多孔質シリカフィルムを作製した。
<Comparative example 2>
(Adjustment of porous silica film)
In the same manner as in Example 1, a porous silica film was produced.
（多孔質シリカフィルムの後処理）
上記の多孔質シリカフィルムを、加熱反応装置に挿入し、Ｎ2ガス３Ｌ／ｍｉｎ流通下、３５０℃で３０分間放置（乾燥）した。その後、反応器内にＮ２ガスとともに１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサン（アヅマックス(株)製）を１．５体積％で導入し、３５０℃で反応させた。１時間後、１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサンの導入を止めて、Ｎ2ガス雰囲気下で冷却後、多孔質シリカフィルムを紫外線照射装置に搬送し、装置内を＜１５Ｐａに減圧し該フィルムの上部６ｃｍの位置に設置した波長１７２ｎｍ、出力１４ｍＷ／ｃｍ２の紫外線照射ランプで、紫外線照射を３５０℃で１０分間行い、多孔質シリカフィルムを得た。この多孔質シリカフィルムのＦＴＩＲによる測定結果、及び比誘電率ｋとナノインデンタ測定で得られた膜強度Ｅ（ＧＰａ）、及び、比誘電率ｋの安定性評価結果について図４、図６、図７および表１に示す。
(Post-treatment of porous silica film)
The above porous silica film was inserted into a heating reactor and allowed to stand (dry) at 350 ° C. for 30 minutes under a flow of 3 L / min of N 2 gas. Thereafter, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (manufactured by AMAX Co., Ltd.) was introduced at 1.5 vol% together with N 2 gas into the reactor, and reacted at 350 ° C. After 1 hour, the introduction of 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane was stopped, and after cooling in an N 2 gas atmosphere, the porous silica film was conveyed to an ultraviolet irradiation device, and the inside of the device was reduced to <15 Pa. The porous silica film was obtained by irradiating with ultraviolet rays at 350 ° C. for 10 minutes with an ultraviolet irradiation lamp having a wavelength of 172 nm and an output of 14 mW / cm 2 placed at a position 6 cm above the film under reduced pressure. FIG. 4, FIG. 6, FIG. 7 shows the measurement results of the porous silica film by FTIR, the film strength E (GPa) obtained by the relative dielectric constant k and the nanoindenter measurement, and the stability evaluation results of the relative dielectric constant k. And in Table 1.
＜比較例３＞
実施例１において、１,３,５,７-テトラメチルシクロテトラシロキサンの濃度を０．０９体積％に変更した以外は、同様の操作を行った。この多孔質シリカフィルムのＦＴＩＲによる測定結果、及び該フィルムの比誘電率ｋおよび膜強度Ｅ、及び、比誘電率ｋの安定性評価結果について図５、図６、図７および表１に示す。
<Comparative Example 3>
In Example 1, the same operation was performed except that the concentration of 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane was changed to 0.09% by volume. The measurement results of this porous silica film by FTIR, the relative dielectric constant k and film strength E of the film, and the stability evaluation results of the relative dielectric constant k are shown in FIG. 5, FIG. 6, FIG.
注2) （SiOH基由来のピーク強度）／（アルキル基由来のピーク強度）
注3) （HsiO3基由来のピーク強度）／（アルキル基由来のピーク強度）
Note 2) (peak intensity derived from SiOH group) / (peak intensity derived from alkyl group)
Note 3) (Peak intensity derived from 3 HsiO groups) / (Peak intensity derived from alkyl groups)
Claims (9)
(i)アルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因する明確な１つの吸収ピークを３０００ｃｍ −１ 付近に有し、かつ、その強度が、１０００ｃｍ −１ から１２００ｃｍ −１ の間に現れるＳｉ−Ｏ結合に起因する吸収ピークに対して、０．０５倍以下であり、かつ、
(ii)ＳｉＯＨ基のＳｉ−Ｏ伸縮運動に起因するピーク強度がアルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因するピーク強度の０．２倍以下であり、かつ、
(iii)ＨＳｉＯ３基のＳｉ−Ｈ伸縮運動に起因する明確な１つの吸収ピークを有し、その波数が２２７０ｃｍ−１より小さく、かつ、その強度が、アルキル基のＣ−Ｈ伸縮運動に起因する吸収ピークの０.５倍から３倍であること
を特徴とする多孔質シリカフィルム。 A porous silica film, in the range of 2200 cm -1 from 4000 cm -1 in the infrared absorption spectrum obtained from the film,
(i) Si—O bond having a clear absorption peak in the vicinity of 3000 cm −1 due to the C—H stretching movement of the alkyl group, and the strength of which is between 1000 cm −1 and 1200 cm −1. It is 0.05 times or less the absorption peak due to, and
(ii) the peak intensity resulting from the Si—O stretching movement of the SiOH group is 0.2 times or less of the peak intensity resulting from the C—H stretching movement of the alkyl group, and
(iii) It has one distinct absorption peak due to the Si—H stretching motion of the HSiO 3 group, its wave number is smaller than 2270 cm −1 , and its strength is due to the C—H stretching motion of the alkyl group. A porous silica film characterized by having an absorption peak of 0.5 to 3 times.
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