JP5341944B2 - Method of forming insulating film for trench filling using polysiloxane condensation reaction product - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solution of a condensation reaction product which: is particularly suitable for filling up trench that is formed in a substrate and has a narrow opening and a high aspect ratio; has a long pot life; has good trench filling property; has a small curing shrinkage when burned and converted to a silicon oxide; and is excellent in crack resistance and HF resistance. <P>SOLUTION: The solution of a condensation reaction product comprises (I) the condensation reaction product and (II) a solvent, wherein the condensation reaction product is obtained by the condensation reaction of a condensation ingredient that contains at least (i) a polysiloxane compound of 40 mass% or more and 99 mass% or less in terms of condensation weight and (ii) a silica particle of 1 mass% or more and 60 mass% or less; and the polysiloxane compound is derived from silane compounds represented by formula (1): R<SP>1</SP><SB>n</SB>SiX<SP>1</SP><SB>4-n</SB>which are two or more kinds of silane compounds containing at least a four-functional silane compound and a three-functional silane compound. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、ポリシロキサン縮合反応物溶液に関し、より詳しくは、半導体素子に形成されたトレンチの埋め込み用途に好適なポリシロキサン縮合反応物溶液に関し、更に詳しくは、絶縁保護膜用に好適なトレンチ埋め込み用のポリシロキサン縮合反応物溶液に関する。本発明はまた、上記のポリシロキサン縮合反応物溶液の製造方法、及び該ポリシロキサン縮合反応物溶液の用途、より詳しくはトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法に関する。   The present invention relates to a polysiloxane condensation reaction solution, and more particularly to a polysiloxane condensation reaction solution suitable for filling a trench formed in a semiconductor device, and more particularly to a trench filling suitable for an insulating protective film. Relates to a polysiloxane condensation reaction product solution. The present invention also relates to a method for producing the above polysiloxane condensation reaction product solution, a use of the polysiloxane condensation reaction solution, and more particularly, a method for forming an insulating film for trench filling.

近年、メモリの集積度を高めるために、メモリセルを3次元的に配置した半導体記憶装置が多数提案されている。このような半導体装置において、メモリセル及び回路素子等の間隙にあたる箇所にトレンチを形成し、トレンチ内に絶縁材料を埋め込むことにより、メモリセル間及び回路素子間等の電気的分離を行う必要がある。メモリの集積度が高まるにつれて、トレンチの開口幅が狭く、トレンチのアスペクト比(すなわち、トレンチの深さを、トレンチの開口幅で除した値)が大きくなる傾向にある。更に、3次元構造の半導体記憶装置においては、700℃以上の高温で焼成したときに、より厚膜でのクラック耐性を有することが求められる。   In recent years, in order to increase the degree of memory integration, many semiconductor memory devices in which memory cells are arranged three-dimensionally have been proposed. In such a semiconductor device, it is necessary to perform electrical isolation between the memory cells and between the circuit elements by forming a trench in a portion corresponding to the gap between the memory cell and the circuit element and embedding an insulating material in the trench. . As the degree of integration of the memory increases, the opening width of the trench is narrowed, and the aspect ratio of the trench (that is, the value obtained by dividing the depth of the trench by the opening width of the trench) tends to increase. Furthermore, a three-dimensional semiconductor memory device is required to have a thicker crack resistance when fired at a high temperature of 700 ° C. or higher.

このようなトレンチ埋め込みのための材料としては、高い電気絶縁性が求められるという理由でシリコン酸化物が広く好適に用いられている。   As a material for filling the trench, silicon oxide is widely and preferably used because it requires high electrical insulation.

トレンチ内にシリコン酸化物を埋め込むための手段としては、従来、CVD法により、トレンチを有するシリコン基材上にシリコン酸化物膜を形成している。しかしながら、近年半導体素子の微細化に伴い、開口幅が狭くなり、アスペクト比が大きくなる傾向がある。そのため、開口幅が0.2μm以下であり、かつアスペクト比が2以上のトレンチにCVD法によりシリコン酸化物を埋めると、トレンチの中にボイド(未充填部分)やシーム(継ぎ目状の未充填部分)が発生し易い問題があった。   As means for embedding silicon oxide in the trench, a silicon oxide film is conventionally formed on a silicon substrate having a trench by a CVD method. However, with the recent miniaturization of semiconductor elements, the opening width tends to become narrower and the aspect ratio tends to increase. Therefore, when silicon oxide is buried in a trench having an opening width of 0.2 μm or less and an aspect ratio of 2 or more by CVD, voids (unfilled portions) or seams (seam-like unfilled portions) are formed in the trenches. ) Is likely to occur.

CVD法以外の方法として、塗布法により微細溝を埋設し、酸化雰囲気下の焼成によりシリカ膜を形成する方法が知られている。この方法で用いる材料としてはポリシラザン材料、ポリシラン材料、及びシリコーン材料が知られている。   As a method other than the CVD method, a method of embedding a fine groove by a coating method and forming a silica film by baking in an oxidizing atmosphere is known. As materials used in this method, polysilazane materials, polysilane materials, and silicone materials are known.

ポリシラザン材料の中で、水素化ポリシラザンは、トレンチ埋め込み性が良く、シリコン酸化物膜への転化時の硬化収縮が少ない特長が報告されている(例えば特許文献1)。しかしながら、水素化ポリシラザンは水蒸気酸化による焼成を必要とするため、基板が酸化されやすいという問題がある。更に近年、トレンチ幅がより狭く、トレンチの深さがより深くなる傾向にあるため、埋め込み性不足の問題、及び厚膜ではクラックが生じる問題、また焼成時にアンモニアガスが発生するため危険であるといった問題があった。   Among the polysilazane materials, hydrogenated polysilazane has been reported to have good trench embedding properties and low curing shrinkage during conversion to a silicon oxide film (for example, Patent Document 1). However, since hydrogenated polysilazane requires firing by steam oxidation, there is a problem that the substrate is easily oxidized. Furthermore, in recent years, the trench width is narrower and the trench depth tends to be deeper, so that there is a problem of insufficient embedding property, a problem of cracking in a thick film, and a danger of ammonia gas being generated during firing. There was a problem.

また、ポリシラン材料は、塗布したポリシラン化合物が蒸発し易く、また厚膜ではクラックが生じる問題を有していた(例えば特許文献2)。   In addition, the polysilane material has a problem that the applied polysilane compound easily evaporates and cracks occur in a thick film (for example, Patent Document 2).

シリコーン材料は、塗膜焼成時に脱水、及び脱アルコール縮合反応を伴うため、得られたシリコン酸化物膜中にボイド及びクラックが発生する問題があった。また、シリコーン材料からシリコン酸化物に転化する際に大きな硬化収縮を伴うため、膜表面からトレンチの底部に向かって密度が不均一になるといった問題があった。   Since the silicone material is accompanied by dehydration and dealcoholization condensation reactions when the coating film is baked, there is a problem that voids and cracks are generated in the obtained silicon oxide film. In addition, there is a problem that the density becomes non-uniform from the film surface toward the bottom of the trench because of the large shrinkage during conversion from the silicone material to the silicon oxide.

シリコーン材料を用いてボイド及びクラックの発生を回避する方法として、シリカ粒子とポリシロキサン化合物とによる組成物が提案されている(例えば特許文献3)。
しかしながら、特許文献3で酸化シリコン粒子と定義されるシリカ粒子とシリコン原子バインダーと定義されるポリシロキサン化合物とは混合されているだけであるため、溶液のポットライフ(室温での保存安定性)が悪いという問題があり、また開口幅30nm以下であり、かつアスペクト比が15以上のトレンチへの埋め込み性が悪く、ボイドが発生するといった問題があった。
As a method for avoiding the occurrence of voids and cracks using a silicone material, a composition comprising silica particles and a polysiloxane compound has been proposed (for example, Patent Document 3).
However, since the silica particles defined as the silicon oxide particles in Patent Document 3 and the polysiloxane compound defined as the silicon atom binder are only mixed, the pot life (storage stability at room temperature) of the solution is increased. There is a problem that it is bad, and there is a problem that voids are generated due to poor embedding in trenches having an opening width of 30 nm or less and an aspect ratio of 15 or more.

シリカ粒子とポリシロキサン化合物とを縮合反応させた材料については、例えば特許文献4〜6に記載されている。しかしながら特許文献4〜6に記載される材料は層間絶縁膜用途等のために設計された材料である。トレンチへの埋め込み性は層間絶縁膜用途では求められていないため、これらの文献にトレンチへの埋め込み性についての記載はない。   For example, Patent Documents 4 to 6 describe materials obtained by condensation reaction of silica particles and a polysiloxane compound. However, the materials described in Patent Documents 4 to 6 are materials designed for use as an interlayer insulating film. Since the embedding property in the trench is not required for the interlayer insulating film, these documents do not describe the embedding property in the trench.

特開2001−308090号公報JP 2001-308090 A 特開2003−31568号公報JP 2003-31568 A 特開2006−310448号公報JP 2006-310448 A 特許第3320440号公報Japanese Patent No. 3320440 特許第2851915号公報Japanese Patent No. 2851915 特許第3163579号公報Japanese Patent No. 3163579

更に、本発明者らが追試実験を行ったところ、特許文献4〜6で加水分解物と定義されるポリシロキサン化合物中の4官能シラン化合物に由来する成分の割合が100mol%の場合、クラック耐性が悪く厚み1μm以上の厚膜が形成されないといった問題、及びHF耐性が悪いといった問題があることを見出した。また、ポリシロキサン化合物中の3官能シラン化合物に由来する成分の割合が100mol%の場合、成膜性、基板への密着性、及びトレンチへの埋め込み性が悪いといった問題があることを見出した。更に、4官能シラン化合物と3官能シラン化合物とから成るポリシロキサン化合物に関し、特許文献4〜6では、シリカゾルと定義されるシリカ粒子比率70質量%以上の化合物の例があるが、この例ではシリカ粒子比率が高いため、クラック耐性及びトレンチへの埋め込み性が悪いといった問題があることを見出した。   Furthermore, when the present inventors conducted a follow-up experiment, when the ratio of the component derived from the tetrafunctional silane compound in the polysiloxane compound defined as a hydrolyzate in Patent Documents 4 to 6 is 100 mol%, crack resistance It has been found that there is a problem that a thick film having a thickness of 1 μm or more is not formed and a problem that HF resistance is poor. Moreover, when the ratio of the component originating in the trifunctional silane compound in a polysiloxane compound is 100 mol%, it discovered that there existed a problem that film-forming property, the adhesiveness to a board | substrate, and the embedding property to a trench were bad. Furthermore, regarding the polysiloxane compound composed of a tetrafunctional silane compound and a trifunctional silane compound, in Patent Documents 4 to 6, there is an example of a compound having a silica particle ratio of 70% by mass or more defined as silica sol. Since the particle ratio is high, it has been found that there is a problem that crack resistance and embedding in a trench are poor.

本発明は、ポットライフが長く、焼成して酸化シリコンとしたときの硬化収縮率が小さく、クラック耐性及びHF耐性に優れる縮合反応物の提供を目的とする。本発明は更に、基板に形成された開口幅が狭く高アスペクトなトレンチ内に埋め込むために好適に使用できる縮合反応物であって、ポットライフが長く、基板への成膜性及び密着性が良好で、トレンチ埋め込み用として使用した場合のトレンチ内への埋め込み性が良好で、焼成して酸化シリコンとしたときの硬化収縮率が小さく、クラック耐性及びHF耐性に優れる縮合反応物を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a condensation reaction product having a long pot life, a low curing shrinkage when fired to form silicon oxide, and excellent crack resistance and HF resistance. The present invention further provides a condensation reaction product that can be suitably used for embedding in a trench having a narrow opening width and a high aspect formed in the substrate, and has a long pot life and good film formability and adhesion to the substrate. Therefore, it is possible to provide a condensation reaction product that has good embedding property in a trench when used for trench embedding, has a small shrinkage in curing when fired into silicon oxide, and is excellent in crack resistance and HF resistance. Objective.

本発明者らは上記目的を達成する方法を開発すべく鋭意研究を行った結果、以下に示す縮合反応物溶液が、ポットライフが長く、焼成して酸化シリコンとしたときの硬化収縮率が小さく、クラック耐性及びHF耐性に優れることを見出し、特に、トレンチ内への良好な埋め込み性によってトレンチ埋め込み用組成物として有用であることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は以下の通りである。   As a result of intensive studies to develop a method for achieving the above object, the present inventors have found that the condensation reaction product solution shown below has a long pot life and a small shrinkage in curing when baked into silicon oxide. The present inventors have found out that they are excellent in crack resistance and HF resistance, and in particular, found that they are useful as a composition for filling a trench due to good filling properties in the trench. That is, the present invention is as follows.

[1] 半導体素子に形成されたトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法であって、
(I)(i)下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表されるシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、(ii)シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させて得られる縮合反応物、及び
(II)溶媒
を含み、
該一般式(1)で表されるシラン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である、縮合反応物溶液を、基板上に塗布して塗布基板を得る塗布工程と、
該塗布工程で得た塗布基板を加熱する焼成工程と、
を含む、トレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
[2] 該縮合成分が、該ポリシロキサン化合物の縮合換算量50質量%以上90質量%以下と該シリカ粒子10質量%以上50質量%以下とを含有し、
該ポリシロキサン化合物中の、下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物に由来する成分の割合が5mol%以上40mol%以下である、上記[1]に記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
[3] 該ポリシロキサン化合物中の、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物に由来する成分の割合が60mol%以上95mol%以下である、上記[1]又は[2]に記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
[4] 29SiNMR分析における、該縮合反応物中の全4官能シロキサン成分のピーク強度(A)と、該縮合反応物中のシロキサン結合数4つに相当する成分のピーク強度(B)とが
{(B)/(A)}≧0.50
の関係を満たす、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
[5] 該縮合反応物の重量平均分子量が、1,000以上20,000以下である、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
[6] 半導体素子に形成されたトレンチ埋め込み用絶縁膜を形成するための縮合反応物溶液であって、
(I)(i)下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表されるシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、(ii)シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させて得られる縮合反応物、及び
(II)溶媒
を含み、
該一般式(1)で表されるシラン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である、トレンチ埋め込み用絶縁膜形成用縮合反応物溶液。
[1] A method of forming an insulating film for trench embedding formed in a semiconductor element,
(I) (i) The following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. }
Condensation reaction of a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass of a polysiloxane compound derived from the silane compound represented by formula (ii) and 1% by mass to 60% by mass of silica particles. And (II) a solvent,
The silane compound represented by the general formula (1) contains at least a tetrafunctional silane compound in which n is 0 in the general formula (1) and a trifunctional silane compound in which n is 1 in the general formula (1). An application step of applying a condensation reaction product solution, which is two or more types of silane compounds, onto a substrate to obtain a coated substrate;
A baking step of heating the coated substrate obtained in the coating step;
A method for forming an insulating film for filling a trench, comprising:
[2] The condensation component contains a condensation conversion amount of the polysiloxane compound of 50% by mass to 90% by mass and 10% by mass to 50% by mass of the silica particles,
The following general formula (2) in the polysiloxane compound:
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
The method for forming an insulating film for filling a trench according to the above [1], wherein the ratio of the component derived from the tetrafunctional silane compound represented by the formula is 5 mol% or more and 40 mol% or less.
[3] The following general formula (3) in the polysiloxane compound:
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
The method for forming an insulating film for filling a trench according to the above [1] or [2], wherein the ratio of the component derived from the trifunctional silane compound represented by the formula is 60 mol% or more and 95 mol% or less.
[4] In 29 Si NMR analysis, the peak intensity (A) of all tetrafunctional siloxane components in the condensation reaction product and the peak intensity (B) of the component corresponding to the number of siloxane bonds in the condensation reaction product are 4 {(B) / (A)} ≧ 0.50
The method for forming an insulating film for filling a trench according to any one of the above [1] to [3], which satisfies the above relationship.
[5] The method for forming an insulating film for filling a trench according to any one of [1] to [4], wherein the condensation reaction product has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 20,000 or less.
[6] A condensation reaction product solution for forming an insulating film for filling a trench formed in a semiconductor element,
(I) (i) The following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. }
Condensation reaction of a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass of a polysiloxane compound derived from the silane compound represented by formula (ii) and 1% by mass to 60% by mass of silica particles. And (II) a solvent,
The silane compound represented by the general formula (1) contains at least a tetrafunctional silane compound in which n is 0 in the general formula (1) and a trifunctional silane compound in which n is 1 in the general formula (1). A condensation reaction product solution for forming an insulating film for trench embedding, which is two or more kinds of silane compounds.

本発明の縮合反応物溶液は、ポットライフが長く、焼成して酸化シリコンとしたときの硬化収縮率が小さく、クラック耐性及びHF耐性に優れ、更にトレンチ埋め込み用として使用した場合にはトレンチ内への埋め込み性に優れる。よって、本発明の縮合反応物溶液は、基板に形成された開口幅が狭く高アスペクト比なトレンチ内に埋め込むために特に好適である。   The condensation reaction product solution of the present invention has a long pot life, a small shrinkage in curing when fired into silicon oxide, excellent crack resistance and HF resistance, and when used for trench filling, into the trench. Excellent embeddability. Therefore, the condensation reaction product solution of the present invention is particularly suitable for embedding in a trench having a narrow opening width and a high aspect ratio formed in the substrate.

本発明の実施例1の29SiNMRスペクトルである。It is a 29 SiNMR spectrum of Example 1 of the present invention. 本発明の比較例3の29SiNMRスペクトルである。It is a 29 SiNMR spectrum of Comparative Example 3 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

[縮合反応物溶液]
本発明は、(i)下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}で表されるシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、(ii)シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させて得られる縮合反応物、及び(II)溶媒を含み、該一般式(1)で表されるシラン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である、縮合反応物溶液を提供する。なお本明細書で記載する縮合成分中の含有量は、縮合成分における全成分合計質量(但し、ポリシロキサン化合物及び任意のシラン化合物の量については縮合換算量に置き換える)を100質量%としたときの量である。
[Condensation reaction product solution]
The present invention relates to (i) the following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. } The condensation component of the polysiloxane compound derived from the silane compound represented by the formula (ii) is condensed with a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass and (ii) 1% by mass to 60% by mass of silica particles. A silane compound represented by the general formula (1) containing a condensation reaction product obtained by reaction and (II) a solvent, a tetrafunctional silane compound in which n in the general formula (1) is 0, and the general formula (1) Provided is a condensation reaction product solution that is two or more types of silane compounds containing at least a trifunctional silane compound in which n is 1. In addition, content in the condensation component described in this specification is when the total mass of all components in the condensation component (however, the amount of the polysiloxane compound and any silane compound is replaced with a condensation conversion amount) is 100% by mass. Is the amount.

本発明は、上記のように、シリカ粒子と、上記2種類以上のシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物との割合が最適化された縮合成分を縮合反応させることにより、厚膜化と、開口幅が狭く高アスペクト比なトレンチへの埋め込みとの両立を可能にする。本発明では、トレンチへボイド及びシームを発生させずに縮合反応物を埋め込むためには、該縮合反応物の組成の最適化が有効であることを見出し、更に好ましくは、縮合反応物の粘度の低減が有効であることを見出した。そして、該粘度は、縮合反応物の分子量とQ構造のシラノール基割合とを最適化することによって下げることが可能であることを見出した。   In the present invention, as described above, a condensation reaction in which a ratio of silica particles and a polysiloxane compound derived from two or more kinds of silane compounds is optimized is allowed to cause a thickening and an opening width. Narrow and high aspect ratio trench filling is possible. In the present invention, it has been found that optimization of the composition of the condensation reaction product is effective for embedding the condensation reaction product without generating voids and seams in the trench, and more preferably, the viscosity of the condensation reaction product is reduced. We found that the reduction was effective. It was found that the viscosity can be lowered by optimizing the molecular weight of the condensation reaction product and the silanol group ratio of the Q structure.

<縮合反応物>
縮合反応物は、上記一般式(1)で表され、4官能シラン化合物及び3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物と、シリカ粒子と、を所定の組成で含有する縮合成分を縮合反応させて得られる。
<Condensation product>
The condensation reaction product is represented by the above general formula (1), and a polysiloxane compound derived from two or more kinds of silane compounds containing at least a tetrafunctional silane compound and a trifunctional silane compound, and silica particles, have a predetermined composition. It is obtained by subjecting a condensation component contained in

(ポリシロキサン化合物)
本発明において使用されるポリシロキサン化合物は、上記一般式(1)で表されるシラン化合物に由来する。より具体的には、該ポリシロキサン化合物は、上記一般式(1)で表されるシラン化合物の重縮合物である。更に、本発明で用いる、一般式(1)で表されるシラン化合物は、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である。
(Polysiloxane compound)
The polysiloxane compound used in the present invention is derived from the silane compound represented by the general formula (1). More specifically, the polysiloxane compound is a polycondensate of a silane compound represented by the general formula (1). Furthermore, the silane compound represented by the general formula (1) used in the present invention is a tetrafunctional silane compound in which n in the general formula (1) is 0 and n in the general formula (1) is 1. Two or more silane compounds containing at least a functional silane compound.

上記一般式(1)中のR1の具体例としては:メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、iso−ペンチル、ネオペンチル、シクロペンチル、n−ヘキシル、iso−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、iso−ヘプチル、n−オクチル、iso−オクチル、t―オクチル、n−ノニル、iso−ノニル、n−デシル、iso−デシル等の非環式又は環式の脂肪族炭化水素基;ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、シクロヘキセニルエチル、ノルボルネニルエチル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、スチレニル等の非環式及び環式のアルケニル基;ベンジル、フェネチル、2−メチルベンジル、3−メチルベンジル、4−メチルベンジル等のアラルキル基;PhCH=CH−基等のアラアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;等が挙げられる。更に、R1の具体例としては水素原子が挙げられる。この中でも、焼成時のシリコン酸化物への転換の際に重量減少が少なく、収縮率が小さい縮合反応物を与えることができる点で、R1は、好ましくは水素原子、メチル基又はエチル基であり、より好ましくはメチル基である。 Specific examples of R 1 in the general formula (1) include: methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, t-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neopentyl, cyclopentyl, Acyclic such as n-hexyl, iso-hexyl, cyclohexyl, n-heptyl, iso-heptyl, n-octyl, iso-octyl, t-octyl, n-nonyl, iso-nonyl, n-decyl, iso-decyl Or a cyclic aliphatic hydrocarbon group; acyclic and cyclic such as vinyl, propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, cyclohexenyl, cyclohexenylethyl, norbornenylethyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, styryl Alkenyl group; benzyl, phenethyl, 2-methylbenzyl, 3-methylbenzene Jill, aralkyl groups such as 4-methylbenzyl; PhCH = CH- Araarukeniru group such group; and the like are; phenyl, tolyl, xylyl, or similar aryl groups. Further, a specific example of R 1 includes a hydrogen atom. Among these, R 1 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group in that a condensation reaction product having a small weight loss and a small shrinkage rate can be provided upon conversion to silicon oxide during firing. More preferably a methyl group.

上記一般式(1)中のX1の具体例としては、例えば:塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、iso−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、t−ブチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のアルコキシ基;アセトキシ基;等が挙げられる。この中でも、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、及びアセトキシ基が、縮合反応の反応性が高いため好ましい。 Specific examples of X 1 in the general formula (1) include, for example: halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine; methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, iso-propyloxy group, n-butyloxy group , T-butyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group and other alkoxy groups; acetoxy group; and the like. Among these, halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine, alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group, and acetoxy group are preferable because of high reactivity of the condensation reaction.

上記ポリシロキサン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物に由来する成分を含むことにより、成膜性及び基板への密着性が良好になり、一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物に由来する成分を含むことにより、クラック耐性及びHF耐性が良好になり、更に埋め込み性が良好になる。本発明においては、上記特定組成の2種類以上のシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物を用いることにより、成膜性、基板への密着性、クラック耐性及びHF耐性、更には埋め込み性を併せ持つ縮合反応物溶液が得られる。以下に4官能シラン化合物と3官能シラン化合物とのより好ましい態様について説明する。   When the polysiloxane compound contains a component derived from a tetrafunctional silane compound in which n in the general formula (1) is 0, film formability and adhesion to the substrate are improved, and the general formula (1) By including a component derived from a trifunctional silane compound in which n is 1, crack resistance and HF resistance are improved, and embedding is further improved. In the present invention, by using a polysiloxane compound derived from two or more kinds of silane compounds having the above specific composition, a condensation reaction having both film formability, adhesion to a substrate, crack resistance and HF resistance, and embedding properties. A product solution is obtained. Below, the more preferable aspect of a tetrafunctional silane compound and a trifunctional silane compound is demonstrated.

本発明において使用するポリシロキサン化合物中の、下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物に由来する成分の割合は、5mol%以上40mol%以下であることが好ましい。なお上記一般式(2)中のX2の構造は上記一般式(1)中のX1の構造に対応しており、一般式(2)の構造は一般式(1)の構造の一部を表している。ポリシロキサン化合物中の、一般式(2)で表される4官能シラン化合物に由来する成分の割合が5mol%以上である場合、成膜性及び基板への密着性が良好であるため好ましく、該割合はより好ましくは10mol%以上である。一方、該割合が40mol%以下である場合、HF耐性が良好であるため好ましく、該割合はより好ましくは35mol%以下、更に好ましくは30mol%以下である。
In the polysiloxane compound used in the present invention, the following general formula (2):
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
It is preferable that the ratio of the component originating in the tetrafunctional silane compound represented by these is 5 mol% or more and 40 mol% or less. The structure of X 2 in the general formula (2) corresponds to the structure of X 1 in the general formula (1), and the structure of the general formula (2) is a part of the structure of the general formula (1). Represents. When the proportion of the component derived from the tetrafunctional silane compound represented by the general formula (2) in the polysiloxane compound is 5 mol% or more, it is preferable because the film formability and the adhesion to the substrate are good, The ratio is more preferably 10 mol% or more. On the other hand, when the ratio is 40 mol% or less, it is preferable because HF resistance is good, and the ratio is more preferably 35 mol% or less, and still more preferably 30 mol% or less.

上記一般式(2)中のX2の具体例としては、例えば:塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、iso−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、t−ブチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のアルコキシ基;アセトキシ基等が挙げられる。この中でも、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、及びアセトキシ基が、縮合反応の反応性が高いため好ましい。 Specific examples of X 2 in the general formula (2) include: halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine; methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, iso-propyloxy group, n-butyloxy group , T-butyloxy group, n-hexyloxy group, alkoxy group such as cyclohexyloxy group; acetoxy group and the like. Among these, halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine, alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group, and acetoxy group are preferable because of high reactivity of the condensation reaction.

中でも、本発明において使用する縮合成分が、一般式(1)で表されるポリシロキサン化合物の縮合換算量50質量%以上90質量%以下とシリカ粒子10質量%以上50質量%以下とを含有し、かつ該ポリシロキサン化合物中の上記一般式(2)で表される4官能シラン化合物に由来する成分の割合が5mol%以上40mol%以下である態様は特に好ましい。   Among them, the condensation component used in the present invention contains a condensation conversion amount of the polysiloxane compound represented by the general formula (1) of 50% by mass to 90% by mass and 10% by mass to 50% by mass of silica particles. And the aspect whose ratio of the component originating in the tetrafunctional silane compound represented by the said General formula (2) in this polysiloxane compound is 5 mol% or more and 40 mol% or less is especially preferable.

本発明において使用するポリシロキサン化合物中の、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物に由来する成分の割合は、60mol%以上95mol%以下であることが好ましい。なお上記一般式(3)中のX3の構造は上記一般式(1)中のX1に対応しており、上記一般式(3)中のR2の構造は上記一般式(1)中のR1の一部の態様を表している。すなわち一般式(3)の構造は一般式(1)の構造の一部を表している。ポリシロキサン化合物中の、一般式(3)で表される3官能シラン化合物に由来する成分の割合が60mol%以上である場合、HF耐性及びクラック耐性が良好であるとともに埋め込み性が良好であるため好ましく、該割合はより好ましくは65mol%以上、更に好ましくは70mol%以上である。一方、該割合が95mol%以下である場合、成膜性及び基板への密着性が良好であるため好ましく、該割合はより好ましくは90mol%以下である。
In the polysiloxane compound used in the present invention, the following general formula (3):
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
It is preferable that the ratio of the component originating in the trifunctional silane compound represented by these is 60 mol% or more and 95 mol% or less. The structure of X 3 in the general formula (3) corresponds to X 1 in the general formula (1), and the structure of R 2 in the general formula (3) is the same as that in the general formula (1). 2 represents a part of R 1 . That is, the structure of the general formula (3) represents a part of the structure of the general formula (1). When the proportion of the component derived from the trifunctional silane compound represented by the general formula (3) in the polysiloxane compound is 60 mol% or more, the HF resistance and crack resistance are good and the embedding property is good. Preferably, the ratio is more preferably 65 mol% or more, still more preferably 70 mol% or more. On the other hand, when the ratio is 95 mol% or less, it is preferable because the film formability and the adhesion to the substrate are good, and the ratio is more preferably 90 mol% or less.

なお、ポリシロキサン化合物の構造、特に、上記一般式(1)、(2)及び(3)でそれぞれ表される構造の存在及び含有量は、29SiNMR分析により確認できる。 The presence and content of the structure of the polysiloxane compound, particularly the structures represented by the above general formulas (1), (2) and (3), can be confirmed by 29 Si NMR analysis.

上記一般式(3)中のR2の具体例としては:メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、iso−ペンチル、ネオペンチル、シクロペンチル、n−ヘキシル、iso−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、iso−ヘプチル、n−オクチル、iso−オクチル、t―オクチル、n−ノニル、iso−ノニル、n−デシル、iso−デシル等の非環式又は環式の脂肪族炭化水素基;ビニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、シクロヘキセニルエチル、ノルボルネニルエチル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、スチレニル等の非環式及び環式のアルケニル基;ベンジル、フェネチル、2−メチルベンジル、3−メチルベンジル、4−メチルベンジル等のアラルキル基;PhCH=CH−基等のアラアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基;等が挙げられる。この中でも、焼成時のシリコン酸化物への転換の際に重量減少が少なく、収縮率が小さい縮合反応物を与えることができる点で、R2は、好ましくはメチル基又はエチル基であり、より好ましくはメチル基である。 Specific examples of R 2 in the general formula (3) include: methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, t-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neopentyl, cyclopentyl, Acyclic such as n-hexyl, iso-hexyl, cyclohexyl, n-heptyl, iso-heptyl, n-octyl, iso-octyl, t-octyl, n-nonyl, iso-nonyl, n-decyl, iso-decyl Or a cyclic aliphatic hydrocarbon group; acyclic and cyclic such as vinyl, propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, cyclohexenyl, cyclohexenylethyl, norbornenylethyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, styryl Alkenyl group; benzyl, phenethyl, 2-methylbenzyl, 3-methylbenzene Jill, aralkyl groups such as 4-methylbenzyl; PhCH = CH- Araarukeniru group such group; and the like are; phenyl, tolyl, xylyl, or similar aryl groups. Among these, R 2 is preferably a methyl group or an ethyl group in that a condensation reaction product having a small weight loss and a small shrinkage rate can be provided upon conversion to silicon oxide during firing. A methyl group is preferred.

上記一般式(3)中のX3の具体例としては、例えば:塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、iso−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、t−ブチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のアルコキシ基;アセトキシ基;等が挙げられる。この中でも、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、及びアセトキシ基が、縮合反応の反応性が高いため好ましい。 Specific examples of X 3 in the general formula (3) include, for example: halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine; methoxy group, ethoxy group, n-propyloxy group, iso-propyloxy group, n-butyloxy group , T-butyloxy group, n-hexyloxy group, cyclohexyloxy group and other alkoxy groups; acetoxy group; and the like. Among these, halogen atoms such as chlorine, bromine and iodine, alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group, and acetoxy group are preferable because of high reactivity of the condensation reaction.

(ポリシロキサン化合物の製造)
ポリシロキサン化合物は、例えば上記したシラン化合物を水の存在下で重縮合させる方法により製造できる。このとき、酸性雰囲気下、上記一般式(1)で表されるシラン化合物に含有されるX1の数に対して、好ましくは0.1当量以上10当量以下、より好ましくは0.4当量以上8当量以下の範囲で水を存在させて重縮合を行う。水の存在量が上記の範囲内である場合、縮合反応物溶液のポットライフを長くし、成膜後のクラック耐性を向上させることができるため好ましい。
(Manufacture of polysiloxane compounds)
The polysiloxane compound can be produced, for example, by a method of polycondensing the above silane compound in the presence of water. At this time, it is preferably 0.1 equivalents or more and 10 equivalents or less, more preferably 0.4 equivalents or more, based on the number of X 1 contained in the silane compound represented by the general formula (1) in an acidic atmosphere. Polycondensation is carried out in the presence of water in the range of 8 equivalents or less. When the amount of water is within the above range, it is preferable because the pot life of the condensation reaction product solution can be lengthened and the crack resistance after film formation can be improved.

ポリシロキサン化合物を製造するために用いるシラン化合物が、上記一般式(1)中のX1としてハロゲン原子又はアセトキシ基を含有する場合は、縮合反応のために水を加えることによって、反応系が酸性を示すため、シラン化合物の他に酸触媒を用いても用いなくても、いずれでも構わない。一方、上記一般式(1)中のX1がアルコキシ基である場合は、酸触媒を加えることが好ましい。 When the silane compound used for producing the polysiloxane compound contains a halogen atom or an acetoxy group as X 1 in the general formula (1), the reaction system is acidic by adding water for the condensation reaction. In order to show this, it does not matter whether or not an acid catalyst is used in addition to the silane compound. On the other hand, when X 1 in the general formula (1) is an alkoxy group, it is preferable to add an acid catalyst.

酸触媒としては、無機酸及び有機酸が挙げられる。上記無機酸としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。上記有機酸としては、例えば酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、安息香酸、p−アミノ安息香酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、シトラコン酸、リンゴ酸、グルタル酸等が挙げられる。   Examples of the acid catalyst include inorganic acids and organic acids. Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid, and boric acid. Examples of the organic acid include acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, oxalic acid, maleic acid, methylmalonic acid, benzoic acid, and p-aminobenzoic acid. Examples include acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, formic acid, malonic acid, sulfonic acid, phthalic acid, fumaric acid, citric acid, tartaric acid, citraconic acid, malic acid, glutaric acid and the like.

上記の無機酸及び有機酸は、1種又は2種以上を混合して用いることができる。また使用される酸触媒の量は、ポリシロキサン化合物を製造する際の反応系のpHを0.01〜7.0、好ましくは5.0〜7.0の範囲に調整する量であることが好ましい。この場合、ポリシロキサン化合物の重量平均分子量を良好に制御できる。   Said inorganic acid and organic acid can be used 1 type or in mixture of 2 or more types. The amount of the acid catalyst used is an amount that adjusts the pH of the reaction system when producing the polysiloxane compound to a range of 0.01 to 7.0, preferably 5.0 to 7.0. preferable. In this case, the weight average molecular weight of the polysiloxane compound can be controlled well.

ポリシロキサン化合物は、有機溶媒中又は水と有機溶媒との混合溶媒中で製造することができる。上記有機溶媒としては、例えばアルコール類、エステル類、ケトン類、エーテル類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素化合物類、アミド化合物類等が挙げられる。   The polysiloxane compound can be produced in an organic solvent or a mixed solvent of water and an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols, esters, ketones, ethers, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbon compounds, amide compounds, and the like.

上記アルコール類としては、例えば:メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等の一価アルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等の多価アルコール;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールのモノエーテル類;等が挙げられる。   Examples of the alcohols include: monohydric alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, and butyl alcohol; polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, and hexanetriol; ethylene glycol monomethyl Ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene Glycol monopropyl ether, mono ethers of polyhydric alcohols such as propylene glycol monobutyl ether; and the like.

上記エステル類としては例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。   Examples of the esters include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate and the like.

上記ケトン類としては例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソアミルケトン等が挙げられる。   Examples of the ketones include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isoamyl ketone.

上記エーテル類としては、上記の多価アルコールのモノエーテル類の他に、例えば:エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、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ジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、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メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の多価アルコールの水酸基の全てをアルキルエーテル化した多価アルコールエーテル類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、アニソール等が挙げられる。   As the ethers, in addition to the monoethers of the above polyhydric alcohols, for example: ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, Polyhydric alcohol ethers obtained by alkyl etherifying all hydroxyl groups of polyhydric alcohols such as propylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, and diethylene glycol diethyl ether; tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, anisole and the like.

上記脂肪族炭化水素類としては例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等が挙げられる。   Examples of the aliphatic hydrocarbons include hexane, heptane, octane, nonane, decane and the like.

上記芳香族炭化水素類としては例えばベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。   Examples of the aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene and the like.

上記アミド化合物類としては例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。   Examples of the amide compounds include dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like.

以上の溶媒の中でも、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶媒、及びジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド化合物系溶媒が、水と混合しやすく、シリカ粒子を分散させやすい点で好ましい。   Among these solvents, alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl Ether solvents such as ether and amide compound solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone are preferred because they are easy to mix with water and disperse silica particles.

好ましい態様において、ポリシロキサン化合物は、アルコール水溶液中、pH5以上7未満の弱酸性条件での加水分解重縮合により製造できる。   In a preferred embodiment, the polysiloxane compound can be produced by hydrolysis polycondensation in an aqueous alcohol solution under weakly acidic conditions of pH 5 or more and less than 7.

これらの溶媒は、単独で使用してもよいし、複数種の溶媒を組み合わせて使用しても構わない。また上記溶媒を用いずにバルク中で反応を行ってもよい。   These solvents may be used alone or in combination of a plurality of solvents. Moreover, you may react in a bulk, without using the said solvent.

ポリシロキサン化合物を製造する際の反応温度は特に制限は無いが、好ましくは−50℃以上200℃以下、より好ましくは0℃以上150℃以下の範囲で行う。上記の温度範囲で反応を行うことにより、ポリシロキサン化合物の分子量を容易に制御することができる。   The reaction temperature for producing the polysiloxane compound is not particularly limited, but it is preferably -50 ° C or higher and 200 ° C or lower, more preferably 0 ° C or higher and 150 ° C or lower. By performing the reaction in the above temperature range, the molecular weight of the polysiloxane compound can be easily controlled.

縮合成分中のポリシロキサン化合物の含有量は、ポリシロキサン化合物の縮合換算量で40質量%以上99質量%以下であるように設定する。本明細書において、ポリシロキサン化合物の縮合換算量とは、ポリシロキサン化合物中に残存するX1(X1は、一般式(1)に関して先に定義した通りである)を、1/2個の酸素原子に置き換えて得られる量を意味する。該縮合換算量が40質量%以上であることは、成膜性及びトレンチへの埋め込み性が良好である点で好ましい。該縮合換算量はより好ましくは50質量%以上、更に好ましくは55質量%以上である。一方、該縮合換算量が99質量%以下であることは、低収縮率及び良好なクラック耐性が得られる点で好ましい。該縮合換算量はより好ましくは90質量%以下、更に好ましくは85質量%以下である。 The content of the polysiloxane compound in the condensation component is set to be 40% by mass or more and 99% by mass or less in terms of the condensation conversion amount of the polysiloxane compound. In the present specification, the polycondensation amount of the polysiloxane compound means that X 1 remaining in the polysiloxane compound (X 1 is as defined above for the general formula (1)) is ½ It means the amount obtained by replacing with oxygen atoms. The condensation conversion amount of 40% by mass or more is preferable from the viewpoint of good film formability and trench embeddability. The condensation conversion amount is more preferably 50% by mass or more, and still more preferably 55% by mass or more. On the other hand, it is preferable that the amount in terms of condensation is 99% by mass or less because a low shrinkage rate and good crack resistance can be obtained. The condensation conversion amount is more preferably 90% by mass or less, and still more preferably 85% by mass or less.

(シリカ粒子)
本発明において使用されるシリカ粒子としては、例えばヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。
(Silica particles)
Examples of the silica particles used in the present invention include fumed silica and colloidal silica.

上記ヒュームドシリカは、ケイ素原子を含む化合物を気相中で酸素及び水素と反応させることによって得ることができる。原料となるケイ素化合物としては、例えばハロゲン化ケイ素(例えば塩化ケイ素等)等が挙げられる。   The fumed silica can be obtained by reacting a compound containing a silicon atom with oxygen and hydrogen in a gas phase. Examples of the silicon compound used as a raw material include silicon halide (for example, silicon chloride).

上記コロイダルシリカは、原料化合物を加水分解・縮合するゾルゲル法により合成することができる。コロイダルシリカの原料化合物としては、例えば、アルコキシケイ素(例えばテトラエトキシシラン等)、ハロゲン化シラン化合物(例えばジフェニルジクロロシラン等)等が挙げられる。中でも、金属、ハロゲン等の不純物は少ないことが好ましいため、アルコキシケイ素から得られたコロイダルシリカがより好ましい。   The colloidal silica can be synthesized by a sol-gel method in which a raw material compound is hydrolyzed and condensed. Examples of the raw material compound for colloidal silica include alkoxy silicon (for example, tetraethoxysilane) and halogenated silane compounds (for example, diphenyldichlorosilane). Especially, since it is preferable that there are few impurities, such as a metal and a halogen, the colloidal silica obtained from the alkoxy silicon is more preferable.

シリカ粒子の平均一次粒子径は、1nm以上120nm以下であることが好ましく、より好ましくは40nm以下、更に好ましくは20nm以下、最も好ましくは15nm以下である。上記平均一次粒子径が1nm以上である場合、クラック耐性が良好であり好ましく、120nm以下である場合、トレンチへの埋め込み性が良好であり好ましい。   The average primary particle diameter of the silica particles is preferably 1 nm or more and 120 nm or less, more preferably 40 nm or less, still more preferably 20 nm or less, and most preferably 15 nm or less. When the average primary particle size is 1 nm or more, the crack resistance is good, and when it is 120 nm or less, the embedding property in the trench is good.

シリカ粒子の平均二次粒子径は、2nm以上250nm以下であることが好ましく、より好ましくは80nm以下、更に好ましくは40nm以下、最も好ましくは30nm以下である。上記平均二次粒子径が2nm以上である場合、クラック耐性が良好であり好ましく、250nm以下である場合、トレンチへの埋め込み性が良好であり好ましい。   The average secondary particle diameter of the silica particles is preferably 2 nm or more and 250 nm or less, more preferably 80 nm or less, still more preferably 40 nm or less, and most preferably 30 nm or less. When the average secondary particle size is 2 nm or more, the crack resistance is good, and when the average secondary particle size is 250 nm or less, the embedding property in the trench is good.

また、シリカ粒子の平均二次粒子径は、上記の範囲内で、かつ基板に形成されたトレンチのうち、最小の開口幅の0.1〜3倍であることが、トレンチへの埋め込み性が良好である点で好ましく、上記最小の開口幅の0.1〜2倍であることが更に好ましい。   In addition, the average secondary particle diameter of the silica particles is within the above range and 0.1 to 3 times the minimum opening width among the trenches formed in the substrate, the embedding property in the trenches is It is preferable in terms of goodness, and more preferably 0.1 to 2 times the minimum opening width.

上記平均一次粒子径は、BETの比表面積から計算で求められる値であり、上記平均二次粒子径は、動的光散乱光度計で測定される値である。   The average primary particle diameter is a value obtained by calculation from the specific surface area of BET, and the average secondary particle diameter is a value measured with a dynamic light scattering photometer.

シリカ粒子の形状は、球状、棒状、板状若しくは繊維状又はこれらの2種類以上が合体した形状であることができるが、好ましくは球状である。なお、ここでいう球状とは、真球状の他、回転楕円体、卵形等の略球状である場合も含むものである。   The shape of the silica particles can be spherical, rod-shaped, plate-shaped, fibrous, or a shape in which two or more of these are combined, but is preferably spherical. The term “spherical” as used herein includes not only true spheres, but also spheres such as spheroids and ovals.

シリカ粒子の比表面積は、HF耐性が良好である点で、BET比表面積が25m2/g以上であることが好ましく、より好ましくは70m2/g以上、更に好ましくは140m2/g以上、最も好ましくは180m2/g以上である。上記BET比表面積は、N2分子の圧力とガス吸着量とから計算される方法で測定される値である。 The specific surface area of the silica particles is preferably a BET specific surface area of 25 m 2 / g or more, more preferably 70 m 2 / g or more, still more preferably 140 m 2 / g or more, in view of good HF resistance. Preferably it is 180 m 2 / g or more. The BET specific surface area is a value measured by a method calculated from the pressure of N 2 molecules and the gas adsorption amount.

シリカ粒子としては、上記の要件に適合する限りで、制限は無く、市販品を使用することもできる。   The silica particles are not limited as long as they meet the above requirements, and commercially available products can also be used.

市販品としては、コロイダルシリカとして、例えばLEVASILシリーズ(H.C.Starck(株)製)、メタノールシリカゾル、IPA−ST、MEK−ST、NBA−ST、XBA−ST、DMAC−ST、ST−UP、ST−OUP、ST−20、ST−40、ST−C、ST−N、ST−O、ST−50、ST−OL(以上、日産化学工業(株)製)、クオートロンP Lシリーズ(扶桑化学(株)製)、OSCALシリーズ(触媒化成工業(株)製)等;粉体状のシリカ粒子として、例えばアエロジル130、同300、同380、同TT600、同OX50(以上、日本アエロジル(株)製)、シルデックスH31、同H32、同H51、同H52、同H121、同H122(以上、旭硝子(株)製)、E220A、E220(以上、日本シリカ工業(株)製)、SYLYSIA470(富士シリシア(株)製)、SGフレーク(日本板硝子(株)製)等がそれぞれ挙げられる。シリカ粒子は、分散媒に分散させた形で用いることもできる。その場合の含有量は、正味のシリカ粒子の質量、すなわち分散液の質量にシリカ粒子の濃度を乗じた値を用いて算出する。   Commercially available products include colloidal silica such as LEVASIL series (manufactured by HC Starck Co., Ltd.), methanol silica sol, IPA-ST, MEK-ST, NBA-ST, XBA-ST, DMAC-ST, ST-UP. , ST-OUP, ST-20, ST-40, ST-C, ST-N, ST-O, ST-50, ST-OL (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.), Quatlon PL series (Fuso Chemical Co., Ltd.), OSCAL series (Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd.), etc .; As powdered silica particles, for example, Aerosil 130, 300, 380, TT600, OX50 (above, Nippon Aerosil Co., Ltd.) ), Sildex H31, H32, H51, H52, H121, H122 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), E220A, E2 0 (manufactured by Nippon Silica Industrial (Ltd.)), SYLYSIA470 (manufactured by Fuji Silysia Chemical (Co., Ltd.)), SG Flake (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), and the like, respectively. Silica particles can also be used in a form dispersed in a dispersion medium. The content in that case is calculated using a value obtained by multiplying the mass of the net silica particles, that is, the mass of the dispersion by the concentration of the silica particles.

縮合成分中のシリカ粒子の含有量は、1質量%以上60質量%以下である。該含有量が1質量%以上であることは、低収縮率及び良好なクラック耐性が得られる点で好ましい。該含有量はより好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。一方、該含有量が60質量%以下であることは、成膜性及びトレンチへの埋め込み性が良好である点で好ましい。該含有量はより好ましくは50質量%以下、更に好ましくは45質量%以下である。   Content of the silica particle in a condensation component is 1 mass% or more and 60 mass% or less. The content of 1% by mass or more is preferable in that a low shrinkage rate and good crack resistance can be obtained. The content is more preferably 10% by mass or more, and still more preferably 15% by mass or more. On the other hand, the content of 60% by mass or less is preferable from the viewpoint of good film formability and trench embeddability. The content is more preferably 50% by mass or less, and still more preferably 45% by mass or less.

(シラン化合物)
本発明において用いる縮合反応物の製造の際に用いる縮合成分は、上記のポリシロキサン化合物及びシリカ粒子からなることもできるし、他の成分を含むこともできる。他の成分としては、例えば上記一般式(1)で表されるシラン化合物を使用できる。この場合、例えば以下の2段階の縮合反応を採用できる。すなわち、シリカ粒子を溶媒中に分散させた分散体にポリシロキサン化合物溶液を加えて縮合反応させる方法等によって、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子とをまず縮合反応させる(第1段階)。次いで、得られた反応液に、上記一般式(1)で表されるシラン化合物を更に反応させる(第2段階)。縮合成分として使用される上記一般式(1)で表されるシラン化合物は1種類でもよいし複数種でもよい。複数種のシラン化合物を使用する場合には、例えば上記の第2段階において、1種類ずつ順次反応系中に加えてもよいし、複数種のシラン化合物を混合させてから反応系中に加えてもよい。
(Silane compound)
The condensation component used in the production of the condensation reaction product used in the present invention can be composed of the above polysiloxane compound and silica particles, or can contain other components. As the other component, for example, a silane compound represented by the general formula (1) can be used. In this case, for example, the following two-stage condensation reaction can be employed. That is, a polysiloxane compound and silica particles are first subjected to a condensation reaction by a method of adding a polysiloxane compound solution to a dispersion in which silica particles are dispersed in a solvent to cause a condensation reaction (first step). Next, the silane compound represented by the general formula (1) is further reacted with the obtained reaction solution (second stage). The silane compound represented by the general formula (1) used as the condensation component may be one kind or plural kinds. When using a plurality of types of silane compounds, for example, in the second stage, they may be added to the reaction system one by one sequentially, or after mixing a plurality of types of silane compounds into the reaction system. Also good.

縮合成分としての上記一般式(1)で表されるシラン化合物を用いる場合、縮合成分中の該シラン化合物の含有量は、該シラン化合物の縮合換算量で0質量%超過40質量%以下であるように設定することが好ましい。ここで、上記シラン化合物の縮合換算量とは、一般式(1)中のX1を1/2個の酸素原子に置き換えて得られる量を意味する。該縮合換算量が0質量%超過であることは、縮合反応物溶液のポットライフが長い点で好ましい。該縮合換算量は、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.03質量%以上である。一方、該縮合換算量が40質量%以下であることは、クラック耐性が良好である点で好ましい。該縮合換算量は、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。 When the silane compound represented by the general formula (1) is used as the condensation component, the content of the silane compound in the condensation component is more than 0% by mass and 40% by mass or less in terms of the condensation conversion amount of the silane compound. It is preferable to set so. Here, the condensation conversion amount of the silane compound means an amount obtained by substituting X 1 in the general formula (1) with 1/2 oxygen atom. It is preferable that the condensation conversion amount exceeds 0% by mass because the pot life of the condensation reaction product solution is long. The condensation conversion amount is more preferably 0.01% by mass or more, and still more preferably 0.03% by mass or more. On the other hand, it is preferable that the condensation conversion amount is 40% by mass or less from the viewpoint of good crack resistance. The condensation conversion amount is more preferably 30% by mass or less, and still more preferably 20% by mass or less.

(縮合反応物の特性)
シリカ粒子、及び上記一般式(1)で表されるシラン化合物のうちn=0の(すなわち上記一般式(2)で表される)4官能シラン化合物に由来する4官能シロキサン成分をQ成分とすると、溶液又は固体の29SiNMR分析より、シロキサン結合数が0〜4にそれぞれ相当するQ0〜Q4成分量を求めることができる。本発明においては、29SiNMR分析における、縮合反応物中の全4官能シロキサン成分(すなわち、シロキサン結合数が0に相当する成分(Q0成分)、シロキサン結合数が1つに相当する成分(Q1成分)、シロキサン結合数が2つに相当する成分(Q2成分)、シロキサン結合数が3つに相当する成分(Q3成分)、及びシロキサン結合数が4つに相当する成分(Q4成分)の合計)のピーク強度(A)と、該縮合反応物中のシロキサン結合数4つに相当する成分(すなわちQ4成分)のピーク強度(B)との比が、{(B)/(A)}≧0.50の関係を満たすことが好ましい。上記比は、より好ましくは{(B)/(A)}≧0.6であり、更に好ましくは{(B)/(A)}≧0.7である。上記比が上記範囲内である場合、縮合反応物中の、シラノール基、アルコキシ基等の末端基が少ないため、硬化収縮率が小さく、トレンチ埋め込み性が良好で、縮合反応物溶液のポットライフが長く好ましい。なお、各Q成分のピーク強度はピーク面積から算出する。
(Characteristics of condensation reaction product)
Among the silane compounds represented by the silica particles and the general formula (1), a tetrafunctional siloxane component derived from a tetrafunctional silane compound with n = 0 (that is, represented by the general formula (2)) is defined as a Q component. Then, Q0 to Q4 component amounts corresponding to 0 to 4 siloxane bonds can be obtained from a solution or solid 29 Si NMR analysis. In the present invention, in the 29 Si NMR analysis, all tetrafunctional siloxane components in the condensation reaction product (that is, a component having a siloxane bond number of 0 (Q0 component), a component having a siloxane bond number of 1 (Q1 component) ), A component corresponding to two siloxane bonds (Q2 component), a component corresponding to three siloxane bonds (Q3 component), and a component corresponding to four siloxane bonds (Q4 component)) The ratio of the peak intensity (A) to the peak intensity (B) of the component corresponding to four siloxane bonds in the condensation reaction product (ie, Q4 component) is {(B) / (A)} ≧ 0 It is preferable to satisfy the relationship of .50. The ratio is more preferably {(B) / (A)} ≧ 0.6, and further preferably {(B) / (A)} ≧ 0.7. When the ratio is within the above range, the condensation reaction product has few terminal groups such as silanol groups and alkoxy groups, so that the curing shrinkage ratio is small, the trench embedding property is good, and the pot life of the condensation reaction product solution is Long preferred. The peak intensity of each Q component is calculated from the peak area.

縮合反応物の重量平均分子量は、1,000以上20,000以下であることが好ましく、更に好ましくは1,000以上10,000以下である。該縮合反応物の重量平均分子量が1,000以上である場合、成膜性及びクラック耐性が良好であり、重量平均分子量が20,000以下である場合、トレンチ埋め込み性が良好で、縮合反応物溶液のポットライフが長く好ましい。なお上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定され、標準ポリメチルメタクリレート換算で算出される値である。分子量の測定は、例えば東ソー製のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)、HLC−8220、TSKgelGMHHR−Mカラムを使用し、アセトン溶媒中、縮合反応物を1質量%溶液にして測定でき、示差屈折率計(RI)により標準ポリメチルメタクリレート換算の重量平均分子量(Mw)を求めることができる。 The weight average molecular weight of the condensation reaction product is preferably 1,000 or more and 20,000 or less, and more preferably 1,000 or more and 10,000 or less. When the condensation reaction product has a weight average molecular weight of 1,000 or more, the film formability and crack resistance are good, and when the weight average molecular weight is 20,000 or less, the trench embedding property is good, and the condensation reaction product. The pot life of the solution is long and preferable. The weight average molecular weight is a value calculated using gel permeation chromatography and calculated in terms of standard polymethyl methacrylate. The molecular weight can be measured, for example, by using a gel permeation chromatography (GPC), HLC-8220, TSKgelGMH HR- M column manufactured by Tosoh, and using a 1% by mass solution of the condensation reaction product in an acetone solvent. Differential refraction A weight average molecular weight (Mw) in terms of standard polymethyl methacrylate can be determined by a rate meter (RI).

(溶媒)
本発明の縮合反応物溶液は溶媒を含有する。溶媒としては、例えば、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒から選ばれる少なくとも1種類の溶媒が挙げられ、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒がより好ましい。また、これらの溶媒の沸点は100℃以上200℃以下であることが好ましい。本発明の縮合反応物溶液中の溶媒の含有量は、縮合反応物100質量部に対して、好ましくは100質量部以上1900質量部以下、より好ましくは150質量部以上900質量部以下である。溶媒の上記含有量が100質量部以上である場合、縮合反応物溶液のポットライフが長く、1900質量部以下である場合、トレンチ埋め込み性が良好であるため好ましい。
(solvent)
The condensation reaction product solution of the present invention contains a solvent. Examples of the solvent include at least one solvent selected from alcohols, ketones, esters, ethers, and hydrocarbon solvents, and esters, ethers, and hydrocarbon solvents are more preferable. Moreover, it is preferable that the boiling point of these solvents is 100 degreeC or more and 200 degrees C or less. The content of the solvent in the condensation reaction product solution of the present invention is preferably 100 parts by mass or more and 1900 parts by mass or less, more preferably 150 parts by mass or more and 900 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the condensation reaction product. When the content of the solvent is 100 parts by mass or more, the pot life of the condensation reaction product solution is long, and when it is 1900 parts by mass or less, the trench embedding property is favorable, which is preferable.

上記のアルコール、ケトン、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒の具体例としては、例えばブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロピレングリコールモノメトキシエーテル、プロピレングリコールモノエトキシエーテル等のアルコール系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソアミルケトン、エチルヘキシルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、γ―ブチロラクトン等のケトン系溶媒、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸ヘキシル、プロピルプロピオネート、ブチルプロピオネート、ペンチルプロピオネート、ヘキシルプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル等のエステル系溶媒、ブチルエチルエーテル、ブチルプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒等が挙げられる。   Specific examples of the alcohol, ketone, ester, ether, and hydrocarbon solvent include butanol, pentanol, hexanol, octanol, methoxyethanol, ethoxyethanol, propylene glycol monomethoxy ether, propylene glycol monoethoxy ether, and the like. Alcohol solvents, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, isoamyl ketone, ethyl hexyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, γ-butyrolactone and other ketone solvents, butyl acetate, pentyl acetate, hexyl acetate, propyl propionate, butyl propionate, Ester solvents such as pentyl propionate, hexyl propionate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, butyl ethyl Ether solvents such as ether, butyl propyl ether, dibutyl ether, anisole, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol diethyl ether, hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, etc. Can be mentioned.

本発明においては、沸点100℃以上200℃以下の、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒から選ばれる1種類以上の溶媒が、縮合反応物溶液に含有される溶媒全体の50質量%以上を構成することが好ましい。この場合、縮合反応物溶液中に、沸点100℃以下の溶媒が混合されていても構わない。沸点が100℃以上200℃以下の、アルコール、ケトン、エステル、エーテル及び炭化水素系溶媒から選ばれる1種類以上の溶媒が溶媒全体の50質量%以上を構成する場合、縮合反応物溶液のポットライフが長く、また成膜性が良好であるため好ましい。   In the present invention, at least one solvent selected from alcohols, ketones, esters, ethers and hydrocarbon solvents having a boiling point of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less is 50 mass of the total solvent contained in the condensation reaction product solution. % Or more is preferable. In this case, a solvent having a boiling point of 100 ° C. or lower may be mixed in the condensation reaction product solution. When one or more solvents selected from alcohols, ketones, esters, ethers and hydrocarbon solvents having a boiling point of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower constitute 50% by mass or more of the total solvent, the pot life of the condensation reaction product solution Is preferable because the film thickness is long and the film formability is good.

(縮合反応物溶液の製造)
上述した本発明の縮合反応物溶液の好ましい製造方法について以下に説明する。
本発明の別の態様は、上述した本発明の縮合反応物溶液を製造する方法であって、
下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表されるシラン化合物であって、該一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物、を加水分解重縮合して、ポリシロキサン化合物を得る第1の工程と、
該第1の工程で得たポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させる、第2の工程と、
を含む方法を提供する。
(Production of condensation reaction product solution)
A preferred method for producing the above-described condensation reaction product solution of the present invention will be described below.
Another aspect of the present invention is a method for producing the condensation reaction product solution of the present invention described above,
The following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. }
Two types of silane compounds represented by general formula (1) containing at least a tetrafunctional silane compound in which n is 0 and a trifunctional silane compound in which n is 1 in general formula (1) A first step of hydrolyzing and polycondensing the above silane compound to obtain a polysiloxane compound;
A condensation reaction of at least a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass of the polysiloxane compound obtained in the first step and 1% by mass to 60% by mass of silica particles; And the process of
A method comprising:

溶媒は、上記第1の工程及び上記第2の工程のいずれか又は両者において、任意のタイミングで反応系中に添加でき、又は存在させることができる。また、第2の工程の後に、溶媒を更に添加する第3の工程を任意に含むことができる。第3の工程においては、溶媒添加後、例えば沸点100℃以下の溶媒及び水を除去する溶媒置換処理を行ってもよい。   The solvent can be added or present in the reaction system at any timing in either or both of the first step and the second step. Further, after the second step, a third step of further adding a solvent can be optionally included. In the third step, after the addition of the solvent, for example, a solvent replacement treatment for removing a solvent having a boiling point of 100 ° C. or lower and water may be performed.

好ましい態様において、上記第1の工程において、一般式(1)で表されるシラン化合物として、
下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物5mol%以上40mol%以下と、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物60mol%以上95mol%以下との組合せのシラン化合物を使用できる。
In a preferred embodiment, in the first step, as the silane compound represented by the general formula (1),
The following general formula (2):
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
5 mol% or more and 40 mol% or less of a tetrafunctional silane compound represented by the following general formula (3):
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
A silane compound in combination with 60 to 95 mol% of the trifunctional silane compound represented by the formula can be used.

第1の工程は、ポリシロキサン化合物の製造の項において詳述したような手法で行うことができる。   The first step can be carried out by the method described in detail in the section on the production of the polysiloxane compound.

上記第2の工程において、上記ポリシロキサン化合物に上記シリカ粒子を縮合反応させる際には、溶媒中に分散した状態のシリカ粒子を用いて反応を進行させることができる。この溶媒は、水若しくは有機溶媒又はこれらの混合溶媒であることができる。上記縮合反応時に反応系中に存在させる有機溶媒の種類は、使用されるシリカ粒子が分散されている分散媒によって変わる。使用されるシリカ粒子の分散媒が水系の場合は、水及び/又はアルコール系溶媒をシリカ粒子に加えて得た水系分散液をポリシロキサン化合物と反応させてもよいし、シリカ粒子の水分散液に含まれる水を一度アルコール系溶媒に置換してから、このシリカ粒子のアルコール系分散液をポリシロキサン化合物と反応させてもよい。使用できるアルコール系溶媒としては、炭素数1〜4のアルコール系溶媒が好ましく、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、メトキシエタノール、エトキシエタノール等が挙げられる。これらは、水と容易に混合できるため好ましい。   In the second step, when the silica particles are subjected to a condensation reaction with the polysiloxane compound, the reaction can be advanced using silica particles dispersed in a solvent. This solvent can be water or an organic solvent or a mixed solvent thereof. The type of organic solvent present in the reaction system during the condensation reaction varies depending on the dispersion medium in which the silica particles used are dispersed. When the dispersion medium of silica particles used is aqueous, the aqueous dispersion obtained by adding water and / or alcohol solvent to the silica particles may be reacted with the polysiloxane compound, or the aqueous dispersion of silica particles The alcohol-based dispersion of the silica particles may be reacted with the polysiloxane compound after the water contained in is once substituted with an alcohol-based solvent. The alcohol solvent that can be used is preferably an alcohol solvent having 1 to 4 carbon atoms, and examples thereof include methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, methoxyethanol, and ethoxyethanol. These are preferable because they can be easily mixed with water.

使用されるシリカ粒子の分散媒がアルコール、ケトン、エステル、炭化水素等の溶媒である場合は、水又はアルコール、エーテル、ケトン、エステル等の溶媒を、縮合反応時に反応系中に存在させる溶媒として使用することができる。アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール等が挙げられる。エーテルとしては、例えばジメトキシエタンが挙げられる。ケトンとしては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。エステルとしては、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル等が挙げられる。   When the silica particle dispersion medium used is a solvent such as alcohol, ketone, ester, or hydrocarbon, water or a solvent such as alcohol, ether, ketone, or ester is used as a solvent to be present in the reaction system during the condensation reaction. Can be used. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, and n-butanol. Examples of the ether include dimethoxyethane. Examples of the ketone include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone. Examples of the ester include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, ethyl formate, propyl formate and the like.

好ましい態様において、第2の工程を炭素数1〜4のアルコール水溶液中で行うことができる。   In a preferred embodiment, the second step can be performed in an aqueous alcohol solution having 1 to 4 carbon atoms.

ポリシロキサン化合物とシリカ粒子とを縮合反応させる際の反応系のpHは、好ましくはpH=4〜9の範囲、より好ましくはpH=5〜8、特に好ましくはpH=6〜8の範囲に調整する。pHが上記範囲である場合、縮合反応物の重量平均分子量とQ成分のシラノール基割合とを容易に制御できるため好ましい。   The pH of the reaction system when the polysiloxane compound and the silica particles are subjected to a condensation reaction is preferably adjusted in the range of pH = 4 to 9, more preferably pH = 5 to 8, particularly preferably pH = 6 to 8. To do. The pH within the above range is preferable because the weight average molecular weight of the condensation reaction product and the silanol group ratio of the Q component can be easily controlled.

ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との縮合反応は、通常酸触媒の存在下で行う。酸触媒としては、ポリシロキサン化合物の製造に用いるものとして前述したのと同じ酸触媒を挙げることができる。ポリシロキサン化合物の製造後に酸触媒を取り除く場合には、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子とを反応させる際に酸触媒を再度加えることが通常必要であるが、ポリシロキサン化合物の製造後に酸触媒を取り除かずそのままシリカ粒子を反応させる場合は、酸触媒を再度加えなくても、ポリシロキサン化合物を反応させる際に使用した酸触媒でポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応を行うことができる。しかし、この場合、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応時に改めて酸触媒を加えても構わない。   The condensation reaction between the polysiloxane compound and the silica particles is usually performed in the presence of an acid catalyst. As an acid catalyst, the same acid catalyst as mentioned above as what is used for manufacture of a polysiloxane compound can be mentioned. When removing the acid catalyst after the production of the polysiloxane compound, it is usually necessary to add the acid catalyst again when reacting the polysiloxane compound and the silica particles, but the acid catalyst is not removed after the production of the polysiloxane compound. When the silica particles are reacted as they are, the polysiloxane compound and the silica particles can be reacted with the acid catalyst used when the polysiloxane compound is reacted without adding the acid catalyst again. However, in this case, an acid catalyst may be added again during the reaction between the polysiloxane compound and the silica particles.

ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応温度は、好ましくは0℃以上200℃以下、より好ましくは50℃以上150℃以下である。反応温度が上記範囲である場合、縮合反応物の重量平均分子量とQ成分のシラノール基割合とを容易に制御できるため好ましい。   The reaction temperature between the polysiloxane compound and the silica particles is preferably 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. When the reaction temperature is within the above range, it is preferable because the weight average molecular weight of the condensation reaction product and the silanol group ratio of the Q component can be easily controlled.

特に好ましい態様において、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との縮合反応は、炭素数1〜4のアルコール水溶液中、pH6〜8の条件下、50℃以上の温度で行う。   In a particularly preferred embodiment, the condensation reaction between the polysiloxane compound and the silica particles is carried out in an aqueous alcohol solution having 1 to 4 carbon atoms at a temperature of 50 ° C. or higher under conditions of pH 6 to 8.

縮合成分として上記一般式(1)で表されるシラン化合物を用いる場合には、第2の工程において、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との縮合反応(第1段階)の後、該縮合反応の生成物にシラン化合物を更に反応させる(第2段階)ことができる。該シラン化合物はニートで加えてもよいし、一度溶媒で希釈してから加えてもよい。希釈用の溶媒としては、例えばアルコール系、エーテル系、ケトン系、エステル系、炭化水素系、ハロゲン化溶媒等が用いられる。   When the silane compound represented by the general formula (1) is used as the condensation component, in the second step, after the condensation reaction (first stage) between the polysiloxane compound and the silica particles, the condensation reaction is generated. The product can be further reacted with a silane compound (second stage). The silane compound may be added neat or once diluted with a solvent. As the solvent for dilution, for example, alcohol-based, ether-based, ketone-based, ester-based, hydrocarbon-based, halogenated solvent and the like are used.

上記第2段階において、上記一般式(1)で表されるシラン化合物は、濃度1質量%以上100質量%以下(ニートの場合100質量%)の範囲で反応系中に添加することが好ましく、該濃度はより好ましくは3質量%以上50質量%以下である。該濃度が上記の範囲内である場合、縮合反応物製造時の溶媒使用量が少ないため好ましい。   In the second step, the silane compound represented by the general formula (1) is preferably added to the reaction system in a concentration range of 1% by mass to 100% by mass (100% by mass in the case of neat), The concentration is more preferably 3% by mass or more and 50% by mass or less. When the concentration is within the above range, it is preferable because the amount of solvent used in the production of the condensation reaction product is small.

典型的な態様においては、第1段階で、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応生成物を形成し、続いて第2段階で、一般式(1)で表されるシラン化合物を反応系中に添加し、−50℃以上200℃以下の範囲で、1分以上100時間以下の範囲で反応させることが好ましい。反応温度と反応時間とを制御することで、縮合反応物を成膜する際の縮合反応物溶液の粘度を制御することができ、反応温度と反応時間とが上記の範囲である場合には上記粘度を成膜のために特に好適な範囲に制御できる。   In a typical embodiment, a reaction product of a polysiloxane compound and silica particles is formed in the first stage, and subsequently, in the second stage, the silane compound represented by the general formula (1) is introduced into the reaction system. It is preferably added and reacted in the range of −50 ° C. to 200 ° C. for 1 minute to 100 hours. By controlling the reaction temperature and the reaction time, it is possible to control the viscosity of the condensation reaction product solution when forming the condensation reaction product, and when the reaction temperature and the reaction time are within the above ranges, The viscosity can be controlled within a particularly suitable range for film formation.

縮合反応(ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応、又は、ポリシロキサン化合物、シリカ粒子及びシラン化合物の反応)後の反応液のpHは、6以上8以下に調整することが好ましい。pHは、例えば縮合反応後に蒸留によって酸を取り除くことによって調整できる。上記反応液のpHが上記範囲内である場合、縮合反応物溶液のポットライフが長く好ましい。   The pH of the reaction solution after the condensation reaction (reaction of polysiloxane compound and silica particles, or reaction of polysiloxane compound, silica particles and silane compound) is preferably adjusted to 6 or more and 8 or less. The pH can be adjusted, for example, by removing the acid by distillation after the condensation reaction. When the pH of the reaction solution is within the above range, the pot life of the condensation reaction product solution is preferably long.

アルコール、ケトン、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒から選ばれる溶媒(好ましくは沸点100℃以上200℃以下のもの)を、縮合反応(ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応、又は、ポリシロキサン化合物とシリカ粒子及びシラン化合物との反応)の際にあらかじめ添加してもよいし、上記縮合反応を行った後に、第3の工程を設けて添加してもよいし、上記両者のタイミングで添加してもよい。   A solvent selected from alcohols, ketones, esters, ethers and hydrocarbon solvents (preferably having a boiling point of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower) is subjected to a condensation reaction (reaction between a polysiloxane compound and silica particles, or a polysiloxane compound. Or the silica particles and the silane compound) may be added in advance, or after the condensation reaction, the third step may be provided or added at the timing of the both. May be.

縮合反応物を形成した後に第3の工程を設ける場合には、縮合反応の際に使用した溶媒を蒸留等の方法により除去して得た濃縮物に、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒から選ばれる沸点100℃以上200℃以下の溶媒を更に加えても構わない。   In the case of providing the third step after forming the condensation reaction product, alcohol, ketone, ester, ether, and carbonization are added to the concentrate obtained by removing the solvent used in the condensation reaction by a method such as distillation. A solvent having a boiling point of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower selected from hydrogen-based solvents may be further added.

第2の工程における縮合反応(ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応、又は、ポリシロキサン化合物、シリカ粒子及びシラン化合物の反応)の際に使用される溶媒(特に有機溶媒)、及び該縮合反応の際に生成するアルコールが、アルコール、ケトン、エステル、エーテル及び炭化水素系溶媒からなる群から選ばれる沸点100℃以上200℃以下の溶媒よりも沸点が低い場合は、縮合反応の際又は縮合反応後に、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、及び炭化水素系溶媒から選ばれる沸点100℃以上200℃以下の溶媒を添加し、その後蒸留等の方法によって低沸点の溶媒を取り除くことが好ましい。この場合、縮合反応物溶液のポットライフが長くできる点で好ましい。   Solvent (especially organic solvent) used in the condensation reaction in the second step (reaction of polysiloxane compound and silica particles, or reaction of polysiloxane compound, silica particles and silane compound), and When the alcohol produced at this time has a boiling point lower than a solvent having a boiling point of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less selected from the group consisting of alcohol, ketone, ester, ether and hydrocarbon solvent, during the condensation reaction or after the condensation reaction It is preferable to add a solvent having a boiling point of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower selected from alcohols, ketones, esters, ethers and hydrocarbon solvents, and then remove the low boiling point solvent by a method such as distillation. In this case, it is preferable in that the pot life of the condensation reaction product solution can be increased.

特に好ましい態様においては、第3の工程において、縮合反応後の反応液に、アルコール、ケトン、エステル、エーテル及び炭化水素系溶媒からなる群から選ばれる少なくとも1種類の沸点100℃以上200℃以下の溶媒を加えた後、沸点100℃以下の成分を留去する。これによって高沸点溶媒への溶媒置換を行うことができる。沸点100℃以下の成分としては、例えば、第1の工程及び/又は第2の工程を、水アルコール水溶液中、又は沸点100℃以下のアルコール中等で行った場合における、水、又は沸点100℃以下のアルコール等が挙げられる。   In a particularly preferred embodiment, in the third step, the reaction solution after the condensation reaction has at least one boiling point of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less selected from the group consisting of alcohols, ketones, esters, ethers and hydrocarbon solvents. After adding the solvent, components having a boiling point of 100 ° C. or lower are distilled off. As a result, solvent replacement with a high boiling point solvent can be performed. As a component having a boiling point of 100 ° C. or lower, for example, when the first step and / or the second step are performed in a hydroalcoholic aqueous solution or in an alcohol having a boiling point of 100 ° C. or lower, water, or a boiling point of 100 ° C. or lower And alcohol.

より具体的には、縮合反応(ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との反応、又は、ポリシロキサン化合物、シリカ粒子及びシラン化合物の反応)の際に水及びアルコールを使用する場合には、縮合反応後に前述のような態様で溶媒を加えた後に、蒸留等の方法によって水及び沸点100℃以下のアルコールを取り除き、縮合反応物溶液中の沸点100℃以下の成分(すなわち水及び沸点100℃以下のアルコール)の含有量を1質量%以下にすることが好ましい。該含有量が上記範囲内である場合、縮合反応物溶液のポットライフが長く好ましい。   More specifically, when water and alcohol are used in the condensation reaction (reaction between polysiloxane compound and silica particles, or reaction between polysiloxane compound, silica particles and silane compound), the above-mentioned after the condensation reaction. After adding the solvent in the manner as described above, water and alcohol having a boiling point of 100 ° C. or lower are removed by a method such as distillation, and components having a boiling point of 100 ° C. or lower in the condensation reaction product solution (that is, water and alcohol having a boiling point of 100 ° C. or lower) The content of is preferably 1% by mass or less. When the content is in the above range, the pot life of the condensation reaction product solution is preferably long.

上記のような手順によって縮合反応物溶液を得た後に、イオンを除去するために精製を行ってもよい。イオンを除去する方法としては、例えばイオン交換樹脂によるイオン交換、限外ろ過、蒸留等が挙げられる。   After obtaining the condensation reaction product solution by the procedure as described above, purification may be performed to remove ions. Examples of the method for removing ions include ion exchange with an ion exchange resin, ultrafiltration, and distillation.

本発明の好ましい態様は、本発明の縮合反応物溶液を製造する方法であって:
下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物5mol%以上40mol%以下と、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物60mol%以上95mol%以下とからなるシラン化合物を、アルコール水溶液中、pH5以上7未満の弱酸性条件で加水分解重縮合して、ポリシロキサン化合物を得る第1の工程と、
該第1の工程で得たポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、からなる縮合成分を、炭素数1〜4のアルコール水溶液中、pH6〜8の条件下、50℃以上の温度で縮合反応させて、反応液を得る第2の工程と、
該第2の工程で得た反応液に、アルコール、ケトン、エステル、エーテル及び炭化水素系溶媒からなる群から選ばれる少なくとも1種類の沸点100℃以上200℃以下の溶媒を加えた後、蒸留により沸点100℃以下の成分を留去することによって、縮合反応物溶液を得る第3の工程と
を含む方法を提供する。
A preferred embodiment of the present invention is a method for producing the condensation reaction product solution of the present invention, comprising:
The following general formula (2):
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
5 mol% or more and 40 mol% or less of a tetrafunctional silane compound represented by the following general formula (3):
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
A first step of obtaining a polysiloxane compound by hydrolytic polycondensation of a trifunctional silane compound represented by the formula: 60 mol% or more and 95 mol% or less in an aqueous alcohol solution under weakly acidic conditions of pH 5 or more and less than 7. When,
A condensation component consisting of 40% by mass to 99% by mass of the polysiloxane compound obtained in the first step and 1% by mass to 60% by mass of silica particles is obtained by using a C 1-4 alcohol. A second step of carrying out a condensation reaction at a temperature of 50 ° C. or higher in an aqueous solution at a pH of 6 to 8, and obtaining a reaction solution;
After adding at least one solvent having a boiling point of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less selected from the group consisting of alcohol, ketone, ester, ether and hydrocarbon solvent to the reaction solution obtained in the second step, distillation is performed. And a third step of obtaining a condensation reaction product solution by distilling off components having a boiling point of 100 ° C. or lower.

(縮合反応物溶液の特性)
縮合反応物溶液を、開口幅が狭く高アスペクト比なトレンチ内に埋め込むためには、縮合反応物溶液の流動性が低いことが好ましい。本発明では、該流動性の低さを、縮合反応物溶液の固形分濃度50質量%における25℃での粘度で評価する。
(Characteristics of condensation reaction product solution)
In order to embed the condensation reaction product solution in a trench having a narrow opening width and a high aspect ratio, it is preferable that the fluidity of the condensation reaction solution is low. In the present invention, the low fluidity is evaluated by the viscosity at 25 ° C. at a solid content concentration of 50 mass% of the condensation reaction product solution.

本明細書において、縮合反応物溶液の固形分濃度とは、該溶液中に存在する、Si原子を有する化合物の濃度を意味する。該固形分濃度は、縮合反応物溶液を窒素雰囲気中、600℃で焼成した前後の重量を測定する方法で測定できる。また、25℃における粘度の値とは、E型粘度計を用い、粘度の値が安定したとき(ばらつきが2%以下)の値を意味する。本発明においては、上記縮合反応物溶液の固形分濃度が50質量%のときの25℃における粘度が500mPa・s以下であることが好ましい。該粘度は、より好ましくは200mPa・s以下であり、更に好ましくは100mPa・s以下であり、特に好ましくは70mPa・s以下である。該粘度が上記の範囲である場合、トレンチへの埋め込み性が良好であり好ましい。例えば、開口幅25nm以下、アスペクト比40以上のトレンチの場合は、上記粘度が70mPa・s以下であることが好ましい。   In the present specification, the solid content concentration of the condensation reaction product solution means the concentration of the compound having Si atoms present in the solution. The solid content concentration can be measured by a method of measuring the weight before and after baking the condensation reaction product solution at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere. The viscosity value at 25 ° C. means a value when the viscosity value is stabilized (variation is 2% or less) using an E-type viscometer. In the present invention, the viscosity at 25 ° C. when the solid content concentration of the condensation reaction product solution is 50% by mass is preferably 500 mPa · s or less. The viscosity is more preferably 200 mPa · s or less, still more preferably 100 mPa · s or less, and particularly preferably 70 mPa · s or less. When the viscosity is in the above range, the filling property into the trench is good, which is preferable. For example, in the case of a trench having an opening width of 25 nm or less and an aspect ratio of 40 or more, the viscosity is preferably 70 mPa · s or less.

本発明の縮合反応物溶液は、例えば、半導体素子に形成されたトレンチの埋め込み用途に好適に使用される。   The condensation reaction product solution of the present invention is suitably used for, for example, filling a trench formed in a semiconductor element.

<絶縁膜の形成方法>
本発明の別の態様は、上述した本発明の縮合反応物溶液を基板上に塗布して塗布基板を得る塗布工程と、該塗布工程で得た塗布基板を加熱する焼成工程とを含む、絶縁膜の形成方法を提供する。前述したような方法により製造された縮合反応物溶液は、通常の方法で基板上に塗布することができる。塗布方法としては例えばスピンコート法、ディップコート法、ローラーブレード塗布法、スプレー塗布法等が挙げられる。中でも成膜時の塗布厚みが均一である点でスピンコート法が好ましい。
<Method for forming insulating film>
Another aspect of the present invention includes an application step of applying the above-described condensation reaction product solution of the present invention onto a substrate to obtain a coated substrate, and a baking step of heating the coated substrate obtained in the coating step. A method for forming a film is provided. The condensation reaction product solution produced by the method as described above can be applied on the substrate by a usual method. Examples of the coating method include spin coating, dip coating, roller blade coating, and spray coating. Among them, the spin coating method is preferable in that the coating thickness during film formation is uniform.

上記基板としては例えばシリコン(Si)基板が挙げられる。また上記基板はトレンチ構造を有することができる。塗布工程において、トレンチ構造を有する基板に例えばスピンコーティング法によって縮合反応物溶液を塗布する場合、1段階の回転数で塗布しても、複数段階の回転数を組み合わせて塗布しても構わない。特に、少なくとも1段階目の回転数を低速にし、2段階目以降を高速にすることが好ましい。これは、1段階目に低速で回転させることによって縮合反応物を基板(例えばシリコン基板)全面に広げることができるため、及び埋め込み性が良好になるためである。また、縮合反応物の塗布回数は1回でも複数回でも構わないが、成膜性が良好であるという観点及び製造コストの観点から、1回で塗布することがより好ましい。例えば上記のような手順で塗布基板を得ることができる。   An example of the substrate is a silicon (Si) substrate. The substrate may have a trench structure. In the coating process, when the condensation reaction product solution is applied to a substrate having a trench structure by, for example, a spin coating method, it may be applied at a single rotational speed or a combination of multiple rotational speeds. In particular, it is preferable to set the rotational speed of at least the first stage to a low speed and to increase the speed of the second and subsequent stages. This is because the condensation reaction product can be spread over the entire surface of the substrate (for example, a silicon substrate) by rotating at a low speed in the first stage, and the embedding property is improved. The number of times of application of the condensation reaction product may be one or more, but it is more preferable to apply it once from the viewpoint of good film formability and manufacturing cost. For example, a coated substrate can be obtained by the procedure as described above.

次いで、焼成工程において上記塗布基板を加熱する。塗布工程において基板に上記の方法で縮合反応物溶液を塗布した後、塗布膜中の残留溶媒を除くために50℃〜200℃の範囲で予備硬化させることが好ましい。そのとき、段階的に温度を上げても、連続的に温度を上げてもよい。予備硬化の雰囲気としては、酸化性雰囲気であっても非酸化性雰囲気であっても構わない。   Next, the coated substrate is heated in the firing step. In the coating step, it is preferable that after the condensation reaction product solution is applied to the substrate by the above method, pre-curing is performed in the range of 50 ° C. to 200 ° C. in order to remove the residual solvent in the coating film. At that time, the temperature may be raised stepwise or continuously. The pre-curing atmosphere may be an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere.

予備硬化させて得られた膜を次いで加熱焼成することによって絶縁膜を得ることができる。上記の加熱焼成の方法としては、ホットプレート、オーブン、ファーネス等の一般的な加熱手段を適用することができる。加熱焼成は非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。また好ましい加熱温度は好ましくは200℃超過850℃以下であり、より好ましくは300℃超過800℃以下であり、更に好ましくは350℃超過750℃以下である。加熱温度が200℃超過である場合、得られる膜質が良好であるため好ましく、850℃以下である場合、耐クラック性が良好であるため好ましい。   An insulating film can be obtained by heating and baking the film obtained by pre-curing. As the heating and baking method, general heating means such as a hot plate, an oven, and a furnace can be applied. Heating and baking are preferably performed in a non-oxidizing atmosphere. The preferable heating temperature is preferably more than 200 ° C. and 850 ° C. or less, more preferably more than 300 ° C. and 800 ° C. or less, still more preferably more than 350 ° C. and 750 ° C. or less. When the heating temperature is over 200 ° C., the resulting film quality is good, which is preferable, and when it is 850 ° C. or lower, the crack resistance is good, which is preferable.

非酸化性雰囲気とは、真空下、又はN2、Ar、Xe等の不活性雰囲気である。これらの不活性雰囲気中の酸素、水蒸気等の酸化性ガスの濃度は1000ppm以下であることが好ましく、より好ましくは100ppm以下、更に好ましくは10ppm以下である。非酸化性雰囲気の全圧力に特に制限は無く加圧、常圧、減圧のいずれでもよい。 The non-oxidizing atmosphere is an inert atmosphere such as N 2 , Ar, or Xe under vacuum. The concentration of an oxidizing gas such as oxygen or water vapor in the inert atmosphere is preferably 1000 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and still more preferably 10 ppm or less. There is no restriction | limiting in particular in the total pressure of non-oxidizing atmosphere, Any of pressurization, a normal pressure, and pressure reduction may be sufficient.

700℃以上900℃以下の高温領域では水素を含む気体中で上記焼成工程を行うことがより好ましい。焼成工程で使用する水素を含む気体は、焼成工程の最初から、すなわち基板がまだ700℃以下の温度である時点から導入してもよいし、700℃に到達してから導入してもよい。さらに一旦700℃以上900℃以下の温度で水素を含まない気体で第一の加熱を行った後に、水素を含む気体を導入して第二の加熱を行うという二段階で行ってもよい。いずれの方法で行う場合も、焼成を終えた後基板が400℃以下の温度、好ましくは室温程度まで冷却されるまで、水素を含む気体を導入したままにしておくのが好ましい。   In the high temperature region of 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, it is more preferable to perform the baking step in a gas containing hydrogen. The gas containing hydrogen used in the firing process may be introduced from the beginning of the firing process, that is, from the time when the substrate is still at a temperature of 700 ° C. or lower, or may be introduced after reaching 700 ° C. Further, the first heating may be performed once at a temperature of 700 ° C. or more and 900 ° C. or less without using hydrogen, and then the second heating may be performed by introducing a gas containing hydrogen. In any case, it is preferable to keep introducing a gas containing hydrogen until the substrate is cooled to a temperature of 400 ° C. or lower, preferably about room temperature, after firing.

上述の通り、焼成工程を水素を含む気体中で行えば、シリコン原子と有機基との間の化学結合が700℃を超える高温で切断されても、発生するダングリングボンドを水素で終端することができるため、シラノール基の形成を防止することが可能となる。   As described above, if the firing step is performed in a gas containing hydrogen, dangling bonds that are generated are terminated with hydrogen even if the chemical bond between the silicon atom and the organic group is cut at a high temperature exceeding 700 ° C. Therefore, the formation of silanol groups can be prevented.

焼成工程における熱処理時間は好ましくは1分以上24時間以下であり、より好ましくは30分以上2時間以下である。   The heat treatment time in the firing step is preferably 1 minute to 24 hours, more preferably 30 minutes to 2 hours.

焼成工程においては、酸化性雰囲気での加熱焼成と光処理とを併用しても構わない。加熱と光処理とを同時に行う場合の温度は、好ましくは20℃以上600℃以下であり、処理時間は、好ましくは0.1分以上120分以下である。光処理には、可視光線、紫外線、遠紫外線等を使用できる。光処理にはまた、低圧若しくは高圧の水銀ランプ;重水素ランプ;アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスの放電光;YAGレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArCl等のエキシマレーザー;等を光源として使用することができる。これらの光源は、好ましくは10〜5,000Wの出力のものである。これらの光源による光の波長は、基板に塗布した膜中の縮合反応物に少しでも吸収があれば構わないが、好ましくは170nm〜600nmの波長の光である。照射量は、好ましくは0.1〜1,000J/cm2であり、より好ましくは1〜100J/cm2である。光処理時に同時にオゾンを発生させても構わない。例えば上記の条件で光処理することによって、基板に塗布した膜中の縮合反応物の酸化反応が進行し、焼成後の膜質を向上させることができる。 In the firing step, heat firing in an oxidizing atmosphere and light treatment may be used in combination. The temperature when heating and light treatment are simultaneously performed is preferably 20 ° C. or more and 600 ° C. or less, and the treatment time is preferably 0.1 minutes or more and 120 minutes or less. For light treatment, visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, or the like can be used. For the light treatment, low pressure or high pressure mercury lamp; deuterium lamp; discharge light of rare gas such as argon, krypton, xenon; YAG laser, argon laser, carbon dioxide laser, XeF, XeCl, XeBr, KrF, KrCl, An excimer laser such as ArF or ArCl; or the like can be used as a light source. These light sources preferably have an output of 10 to 5,000 W. The light emitted from these light sources may be light having a wavelength of 170 nm to 600 nm, although the condensation reaction product in the film applied to the substrate may absorb even a little. The irradiation amount is preferably 0.1 to 1,000 J / cm 2 , more preferably 1 to 100 J / cm 2 . Ozone may be generated simultaneously with the light treatment. For example, by performing the light treatment under the above conditions, the oxidation reaction of the condensation reaction product in the film applied to the substrate proceeds, and the film quality after baking can be improved.

上記焼成工程の後に、絶縁膜の表面を疎水化処理剤にさらしても構わない。疎水化処理剤にさらすことで、上記焼成工程で形成された絶縁膜中のシラノール基と疎水化処理剤とが反応し、絶縁膜の表面を疎水化することができる。   After the baking step, the surface of the insulating film may be exposed to a hydrophobizing agent. By exposing to the hydrophobizing agent, the silanol group in the insulating film formed in the baking step reacts with the hydrophobizing agent, and the surface of the insulating film can be hydrophobized.

疎水化処理剤は公知のものを使用でき、例えばヘキサメチルジシラザン、ジアセトキシジシラザン、ジヒドロキシジメチルシラン、ハロゲン化有機シラン等を利用することができる。また、環状シロキサン、有機ケイ素化合物、及び環状シラザンも利用できる。   As the hydrophobizing agent, known ones can be used. For example, hexamethyldisilazane, diacetoxydisilazane, dihydroxydimethylsilane, halogenated organic silane and the like can be used. Cyclic siloxanes, organosilicon compounds, and cyclic silazanes can also be used.

環状シロキサンの具体例としては、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等が挙げられる。   Specific examples of the cyclic siloxane include, for example, (3,3,3-trifluoropropyl) methylcyclotrisiloxane, triphenyltrimethylcyclotrisiloxane, 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, octamethylcyclo Examples include tetrasiloxane, 1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetraphenylcyclotetrasiloxane, tetraethylcyclotetrasiloxane, and pentamethylcyclopentasiloxane.

有機ケイ素化合物の具体例としては、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−テトライソプロピルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラエチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサン、1,1,4,4−テトラメチルジシルエチレン、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサエチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサイソプロピルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタメチルテトラシロキサン、1,1,1,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサン、1,1,1,3,3,5,7,7−オクタメチルテトラシロキサン、1,3−ジメチルテトラメトキシジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジエトキシジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルジエトキシトリシロキサン、テトラメチル−1,3−ジメトキシジシロキサン等のシロキサン化合物が挙げられる。   Specific examples of the organosilicon compound include, for example, 1,2-bis (tetramethyldisiloxanyl) ethane, 1,3-bis (trimethylsiloxy) -1,3-dimethyldisiloxane, 1,1,3, 3-tetraisopropyldisiloxane, 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, 1,1,3,3-tetraethyldisiloxane, 1,1,3,3-tetraphenyldisiloxane, 1,1,4 , 4-tetramethyldisylethylene, 1,1,3,3,5,5-hexamethyltrisiloxane, 1,1,3,3,5,5-hexaethyltrisiloxane, 1,1,3,3 , 5,5-hexaisopropyltrisiloxane, 1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane, 1,1,1,3,5,5-hexamethyltrisiloxane, 1,1 3,3,5,7,7-octamethyltetrasiloxane, 1,3-dimethyltetramethoxydisiloxane, 1,1,3,3-tetramethyl-1,3-diethoxydisiloxane, 1,1,3 , 3,5,5-hexamethyldiethoxytrisiloxane, and siloxane compounds such as tetramethyl-1,3-dimethoxydisiloxane.

環状シラザンの具体例としては、例えば、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等の環状シラザン化合物が挙げられる。   Specific examples of the cyclic silazane include 1,2,3,4,5,6-hexamethylcyclotrisilazane, 1,3,5,7-tetraethyl-2,4,6,8-tetramethylcyclotetra. Examples thereof include cyclic silazane compounds such as silazane and 1,2,3-triethyl-2,4,6-triethylcyclotrisilazane.

これらの疎水化処理剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
絶縁膜の表面を疎水化処理剤にさらす方法としては、疎水化処理剤を絶縁膜表面に液相で塗布する方法、疎水化処理剤を気相にして絶縁膜表面に接触させる方法等を適用することができる。
These hydrophobizing agents can be used alone or in combination of two or more.
As a method for exposing the surface of the insulating film to the hydrophobizing agent, a method of applying the hydrophobizing agent to the surface of the insulating film in a liquid phase, a method of bringing the hydrophobizing agent into a gas phase and contacting the surface of the insulating film, etc. are applied. can do.

疎水化処理剤を液相で絶縁膜表面に塗布する場合は、疎水化処理剤と有機溶媒とを組合せて用いてもよい。好ましい態様としては、有機ケイ素化合物を有機溶媒と組合せて絶縁膜表面に液相で塗布することが挙げられる。   When applying the hydrophobizing agent to the surface of the insulating film in a liquid phase, the hydrophobizing agent and an organic solvent may be used in combination. In a preferred embodiment, an organic silicon compound is combined with an organic solvent and applied to the surface of the insulating film in a liquid phase.

有機ケイ素化合物と有機溶媒との組合せを用いる場合には、有機ケイ素化合物の濃度は特に制限はなく任意の濃度で実施できる。液相で塗布する場合の温度及び時間に特に制限はないが、好ましくは0℃以上100℃以下、より好ましくは20℃以上80℃以下であり、好ましくは0.1分以上30分以下、より好ましくは0.2分以上10分以下である。   When a combination of an organosilicon compound and an organic solvent is used, the concentration of the organosilicon compound is not particularly limited and can be carried out at an arbitrary concentration. There are no particular restrictions on the temperature and time for application in the liquid phase, but preferably 0 ° C. or more and 100 ° C. or less, more preferably 20 ° C. or more and 80 ° C. or less, preferably 0.1 minutes or more and 30 minutes or less, more Preferably it is 0.2 minutes or more and 10 minutes or less.

疎水化処理剤を気相で絶縁膜表面に接触させる場合は、好ましくは、疎水化処理剤はガスにより希釈して用いられる。希釈用のガスとしては、空気、窒素、アルゴン、水素等が挙げられる。また、ガスで希釈する代わりに、減圧下での接触も可能である。疎水化処理剤を気相で絶縁膜表面に接触させる場合の温度及び時間に特に制限はないが、好ましくは0℃以上500℃以下、より好ましくは20℃以上400℃以下であり、好ましくは0.1分以上30分以下、より好ましくは0.2分以上10分以下である。   When the hydrophobizing agent is brought into contact with the surface of the insulating film in a gas phase, the hydrophobizing agent is preferably diluted with a gas and used. Examples of the gas for dilution include air, nitrogen, argon, hydrogen and the like. Further, instead of diluting with gas, contact under reduced pressure is also possible. The temperature and time when the hydrophobizing agent is brought into contact with the insulating film surface in the gas phase are not particularly limited, but are preferably 0 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, preferably 0 .1 minutes to 30 minutes, more preferably 0.2 minutes to 10 minutes.

絶縁膜の表面を疎水化処理剤にさらす前に、絶縁膜の脱水処理を行うことが好ましい。乾燥した空気中又は不活性雰囲気下で絶縁膜を熱処理することで脱水処理を行うことができる。熱処理の温度は、好ましくは250℃以上850℃以下、より好ましくは300℃以上850℃以下である。熱処理の時間は、好ましくは0.1分以上2時間以下、より好ましくは0.2分以上1時間以下である。上記温度が250℃以上である場合絶縁膜に吸着した水分を良好に除去することができる。   Before exposing the surface of the insulating film to the hydrophobizing agent, it is preferable to perform a dehydration treatment of the insulating film. Dehydration can be performed by heat-treating the insulating film in dry air or in an inert atmosphere. The temperature of the heat treatment is preferably 250 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. The heat treatment time is preferably from 0.1 minute to 2 hours, more preferably from 0.2 minute to 1 hour. When the temperature is 250 ° C. or higher, moisture adsorbed on the insulating film can be removed well.

以上説明したように、本発明者らは、シリカ粒子とポリシロキサン化合物との割合、及びポリシロキサン化合物の成分の割合を最適化することにより、ポットライフが長く、トレンチ埋め込み用に使用した場合のトレンチ内への埋め込み性が良好で、焼成して酸化シリコンとしたときの硬化収縮率が小さく、クラック耐性及びHF耐性に優れる縮合反応物溶液を発明した。すなわち、特に好ましい態様において、本発明において使用する縮合成分が、ポリシロキサン化合物の縮合換算量50質量%以上90質量%以下とシリカ粒子10質量%以上50質量%以下とを含有することが好ましい。上記割合が10質量%以上であることは、低収縮率及び良好なクラック耐性の点で好ましく、50質量%以下であることは、成膜性及びトレンチへの埋め込み性が良好である点で好ましい。また、ポリシロキサン化合物は、上記一般式(2)で表される4官能シラン化合物に由来する成分10mol%以上40mol%以下と、上記一般式(3)で表される3官能シラン化合物に由来する成分60mol%以上90mol%以下とからなることが特に好ましい。3官能シラン化合物に由来する成分の割合が60mol%以上であることは、HF耐性、クラック耐性、及び埋め込み性が良好である点で好ましく、90mol%以下であることは成膜性及び基板への密着性が良好である点で好ましい。   As described above, the present inventors have optimized the ratio of the silica particles and the polysiloxane compound and the ratio of the components of the polysiloxane compound, thereby increasing the pot life and The inventors have invented a condensation reaction product solution that has good embeddability in the trench, has a low cure shrinkage when fired into silicon oxide, and is excellent in crack resistance and HF resistance. That is, in a particularly preferred embodiment, it is preferable that the condensation component used in the present invention contains a condensation conversion amount of the polysiloxane compound of 50% by mass to 90% by mass and 10% by mass to 50% by mass of silica particles. The above ratio is preferably 10% by mass or more from the viewpoint of low shrinkage rate and good crack resistance, and 50% by mass or less is preferable from the viewpoint of good film formability and trench embedding. . Further, the polysiloxane compound is derived from the component 10 mol% or more and 40 mol% or less derived from the tetrafunctional silane compound represented by the general formula (2) and the trifunctional silane compound represented by the general formula (3). It is particularly preferable that the component consists of 60 mol% or more and 90 mol% or less. It is preferable that the ratio of the component derived from the trifunctional silane compound is 60 mol% or more from the viewpoint of good HF resistance, crack resistance, and embedding property, and that it is 90 mol% or less is the film forming property and the substrate. It is preferable in terms of good adhesion.

本発明の縮合反応物溶液を使用して得られた絶縁膜は、液晶表示素子、集積回路素子、半導体記憶素子、固体撮像素子等の電子部品用の層間絶縁膜、素子分離膜、STI(Shallow Trench Isolation)用絶縁膜、PMD(Pre Metal Dielectric)膜、平坦化膜、表面保護膜、封止膜等に好適である。
本発明はまた以下の態様を有する。
[1] (I)(i)下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表されるシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、(ii)シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させて得られる縮合反応物、及び
(II)溶媒
を含み、
該一般式(1)で表されるシラン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である、縮合反応物溶液。
[2] 該縮合成分が、該ポリシロキサン化合物の縮合換算量50質量%以上90質量%以下と該シリカ粒子10質量%以上50質量%以下とを含有し、
該ポリシロキサン化合物中の、下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物に由来する成分の割合が、5mol%以上40mol%以下である、上記[1]に記載の縮合反応物溶液。
[3] 該ポリシロキサン化合物中の、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物に由来する成分の割合が、60mol%以上95mol%以下である、上記[1]又は[2]に記載の縮合反応物溶液。
[4] 29SiNMR分析における、該縮合反応物中の全4官能シロキサン成分のピーク強度(A)と、該縮合反応物中のシロキサン結合数4つに相当する成分のピーク強度(B)とが
{(B)/(A)}≧0.50
の関係を満たす、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の縮合反応物溶液。
[5] 該縮合反応物の重量平均分子量が、1,000以上20,000以下である、上記[1]〜[4]のいずれかに記載の縮合反応物溶液。
[6] 半導体素子に形成されたトレンチの埋め込み用途に使用される、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の縮合反応物溶液。
[7] 上記[1]〜[6]のいずれかに記載の縮合反応物溶液を製造する方法であって:
下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物5mol%以上40mol%以下と、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物60mol%以上95mol%以下とからなるシラン化合物を、アルコール水溶液中、pH5以上7未満の弱酸性条件で加水分解重縮合して、ポリシロキサン化合物を得る第1の工程と、
該第1の工程で得たポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、からなる縮合成分を、炭素数1〜4のアルコール水溶液中、pH6〜8の条件下、50℃以上の温度で縮合反応させて、反応液を得る第2の工程と、
該第2の工程で得た反応液に、アルコール、ケトン、エステル、エーテル及び炭化水素系溶媒からなる群から選ばれる少なくとも1種類の沸点100℃以上200℃以下の溶媒を加えた後、蒸留により沸点100℃以下の成分を留去することによって、縮合反応物溶液を得る第3の工程と
を含む、方法。
[8] 上記[1]〜[6]のいずれかに記載の縮合反応物溶液を基板上に塗布して塗布基板を得る塗布工程と、
該塗布工程で得た塗布基板を加熱する焼成工程と
を含む、絶縁膜の形成方法。
[9] 該基板がトレンチ構造を有する、上記[8]に記載の絶縁膜の形成方法。
The insulating film obtained by using the condensation reaction product solution of the present invention includes an interlayer insulating film for electronic parts such as a liquid crystal display element, an integrated circuit element, a semiconductor memory element, and a solid-state imaging element, an element isolation film, an STI (Shallow). It is suitable for an insulating film for trench isolation (PMD), a PMD (Pre Metal Dielectric) film, a planarizing film, a surface protective film, a sealing film, and the like.
The present invention also has the following aspects.
[1] (I) (i) The following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. }
Condensation reaction of a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass of a polysiloxane compound derived from the silane compound represented by formula (ii) and 1% by mass to 60% by mass of silica particles. And (II) a solvent,
The silane compound represented by the general formula (1) contains at least a tetrafunctional silane compound in which n is 0 in the general formula (1) and a trifunctional silane compound in which n is 1 in the general formula (1). A condensation reaction product solution, which is two or more types of silane compounds.
[2] The condensation component contains a condensation conversion amount of the polysiloxane compound of 50% by mass to 90% by mass and 10% by mass to 50% by mass of the silica particles,
The following general formula (2) in the polysiloxane compound:
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
The condensation reaction product solution according to the above [1], wherein the proportion of the component derived from the tetrafunctional silane compound represented by the formula is 5 mol% or more and 40 mol% or less.
[3] The following general formula (3) in the polysiloxane compound:
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
The condensation reaction product solution according to the above [1] or [2], wherein the proportion of the component derived from the trifunctional silane compound represented by the formula is 60 mol% or more and 95 mol% or less.
[4] In 29 Si NMR analysis, the peak intensity (A) of all tetrafunctional siloxane components in the condensation reaction product and the peak intensity (B) of the component corresponding to the number of siloxane bonds in the condensation reaction product are 4 {(B) / (A)} ≧ 0.50
The condensation reaction product solution according to any one of [1] to [3], which satisfies the relationship:
[5] The condensation reaction product solution according to any one of [1] to [4], wherein the condensation reaction product has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 20,000 or less.
[6] The condensation reaction product solution according to any one of [1] to [5], which is used for filling a trench formed in a semiconductor element.
[7] A method for producing the condensation reaction product solution according to any one of [1] to [6] above:
The following general formula (2):
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
5 mol% or more and 40 mol% or less of a tetrafunctional silane compound represented by the following general formula (3):
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
A first step of obtaining a polysiloxane compound by hydrolytic polycondensation of a trifunctional silane compound represented by the formula: 60 mol% or more and 95 mol% or less in an aqueous alcohol solution under weakly acidic conditions of pH 5 or more and less than 7. When,
A condensation component consisting of 40% by mass to 99% by mass of the polysiloxane compound obtained in the first step and 1% by mass to 60% by mass of silica particles is obtained by using a C 1-4 alcohol. A second step of carrying out a condensation reaction at a temperature of 50 ° C. or higher in an aqueous solution at a pH of 6 to 8, and obtaining a reaction solution;
After adding at least one solvent having a boiling point of 100 ° C. or more and 200 ° C. or less selected from the group consisting of alcohol, ketone, ester, ether and hydrocarbon solvent to the reaction solution obtained in the second step, distillation is performed. And a third step of obtaining a condensation reaction product solution by distilling off a component having a boiling point of 100 ° C. or less.
[8] An application step of applying the condensation reaction product solution according to any one of [1] to [6] onto a substrate to obtain a coated substrate;
And a baking step of heating the coated substrate obtained in the coating step.
[9] The method for forming an insulating film according to [8], wherein the substrate has a trench structure.

以下、実施例及び比較例により本発明の実施の形態をより詳細に説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. The present invention is not limited to these.

[ポリシロキサン化合物、縮合反応物及び縮合反応物溶液の評価項目]
(1) 縮合反応物のNMR測定(Q4成分量測定)
サンプル調製:縮合反応物濃度(実験上は固形分濃度とした)25質量%の重アセトン溶液にクロミニウムアセチルアセトネートを0.9質量%添加し、サンプル調製を行った。
測定条件:日本電子製の核磁気共鳴(NMR)装置:ECA700、プローブSI10を使用し、待ち時間を120秒、積算回数を512回で積算を行った。
ピーク解析:各Q成分のピーク面積を用い、縮合反応物中の全4官能シロキサン成分のピーク強度(A)と、該縮合反応物中のシロキサン結合数4つに相当する成分(すなわちQ4成分)のピーク強度(B)から、以下の式:Q4量={(B)/(A)}×100(%)、に従ってQ4量を算出した。
[Evaluation items of polysiloxane compound, condensation reaction product and condensation reaction product solution]
(1) NMR measurement of condensation reaction product (Q4 component amount measurement)
Sample preparation: Samples were prepared by adding 0.9% by weight of chromium acetylacetonate to a 25% by weight heavy acetone solution (concentration of solids in the experiment).
Measurement conditions: Nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus manufactured by JEOL Ltd .: ECA700 and probe SI10 were used, and the waiting time was 120 seconds and the number of integrations was 512.
Peak analysis: Using the peak area of each Q component, the peak intensity (A) of all tetrafunctional siloxane components in the condensation reaction product and the component corresponding to 4 siloxane bonds in the condensation reaction product (ie, Q4 component) From the peak intensity (B), the amount of Q4 was calculated according to the following formula: Q4 amount = {(B) / (A)} × 100 (%).

(2) ポリシロキサン化合物の重量平均分子量(Mw)測定
東ソー製のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)、HLC−8220、TSKgelGMHHR−Mカラムを使用した。アセトン溶媒中、縮合反応物を1質量%溶液にして測定し、示差屈折率計(RI)により標準ポリメチルメタクリレート換算の重量平均分子量(Mw)を求めた。
(2) Weight average molecular weight (Mw) measurement of polysiloxane compound The gel permeation chromatography (GPC), HLC-8220, TSKgelGMH HR- M column made from Tosoh were used. The condensation reaction product was measured as a 1% by mass solution in an acetone solvent, and the weight average molecular weight (Mw) in terms of standard polymethyl methacrylate was determined by a differential refractometer (RI).

(3) 縮合反応物溶液のpH測定
固形分濃度20質量%の縮合反応物溶液に等量(質量基準)の水を加え攪拌し、この混合溶液をpH試験紙につけてpHを測定した。
(3) Measurement of pH of condensation reaction product solution An equal amount (mass basis) of water was added to a condensation reaction solution having a solid content concentration of 20% by mass and stirred, and this mixed solution was placed on a pH test paper to measure pH.

(4) 縮合反応物溶液の水分量測定
固形分濃度20質量%の縮合反応物溶液の水分含有量を、島津製作所社製のガスクロマトグラフ(GC−14B)を使用し、TCD検出器を用いて内部検量線法により求めた。
(4) Measurement of water content of condensation reaction product solution Using a gas chromatograph (GC-14B) manufactured by Shimadzu Corporation, a TCD detector was used to determine the water content of the condensation reaction product solution with a solid content concentration of 20% by mass. It was determined by the internal calibration curve method.

(5) 縮合反応物溶液のアルコール量測定
固形分濃度20質量%の縮合反応物溶液のアルコール含有量を、島津製作所社製のガスクロマトグラフ(GC−14B)を使用し、TCD検出器を用いて内部検量線法により求めた。
(5) Measurement of the alcohol content of the condensation reaction product solution The alcohol content of the condensation reaction product solution with a solid content concentration of 20% by mass was measured using a gas chromatograph (GC-14B) manufactured by Shimadzu Corporation and using a TCD detector. It was determined by the internal calibration curve method.

(6) 固形分濃度50質量%の縮合反応物溶液の粘度測定
既知濃度の縮合反応物溶液を固形分濃度50質量%までエバポレーターで濃縮し、濃縮後の縮合反応物溶液の温度が25℃以下になってから5分以内に粘度測定を行った。固形分濃度50質量%のサンプルを粘度計(東機産業(株)製 E型粘度計(RE−85R型)、コーンローター:1°34′×R24)のサンプルカップに1.1ml入れ、適切な回転数でローターを回転させた。粘度の値が安定したとき(ばらつきが2%以下となったとき)の値を求めた。
(6) Viscosity measurement of a condensation reaction product solution with a solid content concentration of 50% by mass Condensation reaction product solution with a known concentration is concentrated with an evaporator to a solid content concentration of 50% by mass, and the temperature of the condensation reaction product solution after concentration is 25 ° C. or less. Viscosity was measured within 5 minutes. 1.1 ml of a sample having a solid content concentration of 50% by mass is placed in a sample cup of a viscometer (E-type viscometer (RE-85R type, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., cone rotor: 1 ° 34 ′ × R24)) The rotor was rotated at various rotation speeds. A value was obtained when the viscosity value was stable (when the variation was 2% or less).

(7) 縮合反応物溶液のポットライフ
縮合反応物溶液を室温で2週間放置した後目視でゲル化の有無を観察した。ゲル化が観察される場合をB、観察されない場合をAとした。
(7) Pot Life of Condensation Reaction Product Solution The condensation reaction product solution was allowed to stand at room temperature for 2 weeks and then visually observed for gelation. The case where gelation was observed was B, and the case where gelation was not observed was A.

[膜評価項目]
(8) 成膜性
Si基板に縮合反応物膜を成膜した後、100℃で2分間、続いて140℃で5分間、ホットプレート上で段階的にプリベークした。その後、膜の表面を光学顕微鏡にて観察し、ストライエーション又はコメットが観察される場合をB、観察されない場合をAとした。
[Film evaluation items]
(8) Film forming property After a condensation reaction product film was formed on a Si substrate, it was pre-baked stepwise on a hot plate at 100 ° C. for 2 minutes and then at 140 ° C. for 5 minutes. Thereafter, the surface of the film was observed with an optical microscope. The case where striations or comets were observed was B, and the case where it was not observed was A.

(9) 耐クラック性
Si基板に縮合反応物膜を種々の厚みで成膜した後、100℃で2分間、続いて140℃で5分間、ホットプレート上で段階的にプリベークした。その後700℃、N2雰囲気下で焼成し、焼成後の膜の表面を光学顕微鏡にて観察した。光学顕微鏡にて、膜にクラックが入っているか否かを判定した。クラック限界膜厚が0.8μm未満の場合をB、0.8μm以上1.0μm未満の場合をA、1.0μm以上1.5μm未満の場合をAA、1.5μm以上の場合をAAAとした。
(9) Crack resistance After the condensation reaction product films were formed on the Si substrate with various thicknesses, they were pre-baked stepwise on a hot plate at 100 ° C. for 2 minutes and then at 140 ° C. for 5 minutes. Thereafter, firing was performed at 700 ° C. in an N 2 atmosphere, and the surface of the fired film was observed with an optical microscope. It was determined with an optical microscope whether or not the film had cracks. The crack limit film thickness is less than 0.8 μm as B, 0.8 μm or more and less than 1.0 μm as A, 1.0 μm or more and less than 1.5 μm as AA, and 1.5 μm or more as AAA. .

(10) 収縮率
Si基板に縮合反応物膜を成膜した後、100℃で2分間、続いて140℃で5分間、ホットプレート上で段階的にプリベークした。このときの膜厚T1、及び、その後、700℃、酸素濃度10ppm以下の雰囲気下で焼成した焼成後の膜厚T2を、J.A.Woollam社製分光エリプソメーターM−2000U−Xeで測定した。焼成前後の膜厚から、以下の式:収縮率=(1−T2/T1)×100(%)、に従って収縮率を求めた。収縮率が15%以上の場合をB、12%以上15%未満の場合をA、8%以上12%未満の場合をAA、8%未満の場合をAAAとした。
(10) Shrinkage rate After a condensation reaction product film was formed on a Si substrate, it was pre-baked stepwise on a hot plate at 100 ° C. for 2 minutes and then at 140 ° C. for 5 minutes. The film thickness T1 at this time, and the film thickness T2 after firing fired in an atmosphere of 700 ° C. and an oxygen concentration of 10 ppm or less were then measured according to J. A. The measurement was performed with a spectroscopic ellipsometer M-2000U-Xe manufactured by Woollam. The shrinkage rate was determined from the film thickness before and after firing according to the following formula: shrinkage rate = (1−T2 / T1) × 100 (%). The case where the shrinkage rate is 15% or more is B, the case where it is 12% or more and less than 15% is A, the case where it is 8% or more and less than 12% is AA, and the case where it is less than 8% is AAA.

(11) HF耐性
上記(10)と同様の手順で700℃、酸素濃度10ppm以下の雰囲気下での焼成までを行った。焼成後の膜を、質量比がHF:水=1:299のHF水溶液に10分間浸し、HF試験前後の膜厚を分光エリプソメーターで測定した。Si基板上の膜が溶解するHFレートが50nm/min以上でかつHF浸漬後の屈折率変化が0.01以上であればB、上記HFレートが50nm/min未満でかつHF浸漬後の屈折率変化が0.01以上であればA、上記HFレートが10nm/min未満でかつHF浸漬後の屈折率変化が0.01未満であればAAとした。
(11) HF resistance In the same procedure as in (10) above, firing was performed in an atmosphere at 700 ° C. and an oxygen concentration of 10 ppm or less. The fired film was immersed in an aqueous HF solution having a mass ratio of HF: water = 1: 299 for 10 minutes, and the film thickness before and after the HF test was measured with a spectroscopic ellipsometer. If the HF rate at which the film on the Si substrate dissolves is 50 nm / min or more and the refractive index change after HF immersion is 0.01 or more, B, the HF rate is less than 50 nm / min and the refractive index after HF immersion. If the change is 0.01 or more, it is A, and if the HF rate is less than 10 nm / min and the refractive index change after HF immersion is less than 0.01, it is AA.

(12) 密着性
上記(10)と同様の手順で700℃、酸素濃度10ppm以下の雰囲気下での焼成までを行った。焼成後の膜に、カッターで格子パターンの各方向に1mm間隔で6本切り込みを入れて、1mm×1mmの25個の格子パターンを形成し、そこへ透明感圧付着テープを密着させ、テープを剥がした。その後の格子パターンを観察し、25個全て剥がれていない場合をAA、1〜4個剥がれている場合をA、5個以上剥がれている場合をBとした。
(12) Adhesiveness The same procedure as (10) above was followed up to firing in an atmosphere at 700 ° C. and an oxygen concentration of 10 ppm or less. The fired film is cut with 6 cutters at 1 mm intervals in each direction of the grid pattern by a cutter to form 25 grid patterns of 1 mm × 1 mm, and a transparent pressure-sensitive adhesive tape is adhered thereto, and the tape is attached. I peeled it off. The subsequent lattice pattern was observed, and AA was assigned when 25 pieces were not peeled off, A was assigned when 1 to 4 pieces were peeled off, and B was assigned when 5 or more pieces were peeled off.

(13) 埋め込み性
開口幅20nm、深さ1μm(すなわちアスペクト比50)のトレンチを有するSi基板に縮合反応物を成膜した後、100℃で2分間、続いて140℃で5分間、ホットプレート上で段階的にプリベークした。その後、700℃、酸素濃度10ppm以下の雰囲気下で焼成した。焼成後、トレンチを有するSi基板を割断し、FIB加工をした後、日立製作所製、走査型電子顕微鏡(SEM)S4800を使用し、加速電圧1kVで観察した。1つの割断した基板中、1000箇所のトレンチ部分を観察した。全ての箇所でボイド又はシームが無くトレンチ内が埋まっていればAAA、10個以下のトレンチにボイド又はシームがある場合をAA、10個より多く100個以下のトレンチにボイド又はシームがある場合をA、100個より多いトレンチにボイド又はシームがある場合をBとした。
(13) Embedding property After a condensation reaction product is formed on a Si substrate having a trench with an opening width of 20 nm and a depth of 1 μm (ie, an aspect ratio of 50), the hot plate is heated at 100 ° C. for 2 minutes and subsequently at 140 ° C. for 5 minutes. Pre-baked step by step above. Thereafter, firing was performed in an atmosphere of 700 ° C. and an oxygen concentration of 10 ppm or less. After firing, the Si substrate having a trench was cleaved and subjected to FIB processing, and then observed with an acceleration voltage of 1 kV using a scanning electron microscope (SEM) S4800 manufactured by Hitachi. 1000 trench portions were observed in one cleaved substrate. If there is no void or seam at all points and the trench is filled, AAA or 10 or less trenches have voids or seams. AA or more than 10 and 100 or less trenches or seams. A, B when voids or seams exist in more than 100 trenches.

ポリシロキサン化合物の製造例
[製造例1]
ナスフラスコに、メチルトリメトキシシラン(MTMS)11.6g、テトラエトキシシラン(TEOS)4.4g、及びエタノール20gを入れて攪拌し、ここへ水11.5gとpH調整のための適切量の濃硝酸との混合水溶液を室温で滴下してpHを6〜7に調整した。滴下終了後、30分間攪拌し、24時間静置した。
Production Example of Polysiloxane Compound [Production Example 1]
In an eggplant flask, 11.6 g of methyltrimethoxysilane (MTMS), 4.4 g of tetraethoxysilane (TEOS), and 20 g of ethanol were added and stirred, and 11.5 g of water and an appropriate amount for adjusting pH were added thereto. A mixed aqueous solution with nitric acid was added dropwise at room temperature to adjust the pH to 6-7. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and allowed to stand for 24 hours.

[製造例2]〜[製造例14]
表1記載の原料を用いた他は製造例1と同様にして合成を行った。
[Production Example 2] to [Production Example 14]
The synthesis was performed in the same manner as in Production Example 1 except that the raw materials listed in Table 1 were used.

ポリシロキサン化合物とシリカ粒子との縮合反応物の製造
以下に、製造例1〜14で作製したポリシロキサン化合物とシリカ粒子とを反応させて縮合反応物を得る例を示す。
各実施例及び各比較例においては、ポリシロキサン化合物の縮合換算量とシリカ粒子の仕込み量との比率を変化させることにより、様々な組成比の縮合反応物を得た。なお表2中のシリカ粒子量は、ポリシロキサン化合物の縮合換算量とシリカ粒子量との合計質量基準である。
Production of condensation reaction product of polysiloxane compound and silica particles An example in which the polysiloxane compound produced in Production Examples 1 to 14 is reacted with silica particles to obtain a condensation reaction product is shown below.
In each Example and each Comparative Example, condensation reaction products having various composition ratios were obtained by changing the ratio of the polysiloxane compound condensation conversion amount and the amount of silica particles charged. In addition, the amount of silica particles in Table 2 is based on the total mass of the condensation conversion amount of the polysiloxane compound and the amount of silica particles.

[実施例1]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)47.6g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例1で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。29SiNMRスペクトルを図1に示した。
[Example 1]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 47.6 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle size of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 1 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass. The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. The 29 Si NMR spectrum is shown in FIG.

生成した縮合反応物溶液を6インチのSi基板上に2mL滴下し、回転速度300rpmで10秒と、回転速度1000rpmで30秒間との2段階でスピンコートを行った。この基板を空気中、100℃で2分間、続いて140℃で5分間、ホットプレート上で段階的にプリベークし、溶媒を除去した。得られたSi基板を酸素濃度10ppm以下の雰囲気下、5℃/minで700℃まで昇温し、700℃で30分間焼成した後、2℃/minで室温まで降温した。   2 mL of the resulting condensation reaction product solution was dropped on a 6-inch Si substrate, and spin coating was performed in two stages of a rotation speed of 300 rpm for 10 seconds and a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds. The substrate was pre-baked stepwise on a hot plate in air at 100 ° C. for 2 minutes and then at 140 ° C. for 5 minutes to remove the solvent. The obtained Si substrate was heated to 700 ° C. at 5 ° C./min in an atmosphere having an oxygen concentration of 10 ppm or less, baked at 700 ° C. for 30 minutes, and then cooled to room temperature at 2 ° C./min.

焼成後のSi基板の、上記(8)〜(12)で示される評価を行い、評価結果を表4に示した。   The evaluation shown by said (8)-(12) of the Si substrate after baking was performed, and the evaluation result was shown in Table 4.

また生成した縮合反応物溶液を開口幅20nm、深さ1μmのトレンチ構造を有するSi基板に2mL滴下し、上記条件でスピンコート、プリベーク、焼成を行った。埋め込み結果を表4に示した。   Further, 2 mL of the resulting condensation reaction product solution was dropped on a Si substrate having a trench structure with an opening width of 20 nm and a depth of 1 μm, and spin coating, pre-baking, and baking were performed under the above conditions. The embedding results are shown in Table 4.

[実施例2]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)63.5g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例2で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 2]
Into a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol were placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 2 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例3]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)63.5g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例3で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 3]
Into a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol were placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 3 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例4]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−1(扶桑化学工業製の平均一次粒子径15nm、12質量%濃度の水分散シリカ粒子)33.3g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例4で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 4]
Into a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 33.3 g of PL-1 (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 15 nm and a concentration of 12% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 4 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例5]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)23.8g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例5で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 5]
Into a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 23.8 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle size of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 5 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例6]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−1(扶桑化学工業製の平均一次粒子径15nm、12質量%濃度の水分散シリカ粒子)41.7g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例6で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 6]
Into a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 41.7 g of PL-1 (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 15 nm and a concentration of 12% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 6 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例7]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)15.9g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例7で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 7]
Into a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 15.9 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass, manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 7 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例8]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)47.6g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例8で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 8]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 47.6 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle size of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 8 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[実施例9]
蒸留塔および滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)47.6g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例9で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Example 9]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 47.6 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle size of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 9 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[比較例1]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)47.6g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例10で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Comparative Example 1]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 47.6 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle size of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 10 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[比較例2]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)127g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例11で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Comparative Example 2]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 11 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[比較例3]
製造例12で合成したポリシロキサン化合物にプロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を50g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Comparative Example 3]
50 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) is added to the polysiloxane compound synthesized in Production Example 12, the temperature of the oil bath is increased, and methanol, ethanol, water, and nitric acid are distilled off from the distillation line, and a condensation reaction product is obtained. PGMEA solution was obtained. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。29SiNMRスペクトルを図2に示した。 The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4. The 29 Si NMR spectrum is shown in FIG.

[比較例4]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)47.6g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例13で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Comparative Example 4]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, 47.6 g of PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle size of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for 5 minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 13 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[比較例5]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)127g及びエタノール80gを入れ、5分間攪拌し、ここへ製造例14で合成したポリシロキサン化合物を室温で滴下した。滴下終了後30分間攪拌した後、4時間還流した。還流後、プロピレングリコールメチルエチルアセテート(PGMEA)を150g添加し、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりメタノール、エタノール、水、及び硝酸を留去し、縮合反応物のPGMEA溶液を得た。該縮合反応物のPGMEA溶液を濃縮し、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Comparative Example 5]
In a four-necked 500 mL flask having a distillation tower and a dropping funnel, PL-06L (water dispersion silica particles having an average primary particle diameter of 6 nm and a concentration of 6.3% by mass manufactured by Fuso Chemical Industries) and 80 g of ethanol are placed. The mixture was stirred for minutes, and the polysiloxane compound synthesized in Production Example 14 was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the mixture was stirred for 30 minutes and then refluxed for 4 hours. After refluxing, 150 g of propylene glycol methyl ethyl acetate (PGMEA) was added, the oil bath was heated, and methanol, ethanol, water and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of the condensation reaction product. The PGMEA solution of the condensation reaction product was concentrated to obtain a PGMEA solution having a solid concentration of 20% by mass.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[比較例6]
500mLナスフラスコに、メチルトリメトキシシラン11.6g、テトラエトキシシラン4.4g、及びエタノール20gを入れ、5分間攪拌した後、PL−06L(扶桑化学工業製の平均一次粒子径6nm、6.3質量%濃度の水分散シリカ粒子)47.6gを添加した。1分間攪拌し、ここへ濃硝酸10μlを滴下し、30分間攪拌した。濃縮及びエタノール添加によって濃度を調整し、縮合反応物の固形分濃度20質量%のエタノール溶液を得た。
[Comparative Example 6]
A 500 mL eggplant flask was charged with 11.6 g of methyltrimethoxysilane, 4.4 g of tetraethoxysilane, and 20 g of ethanol, and stirred for 5 minutes. 47.6 g of water-dispersed silica particles (mass% concentration) was added. The mixture was stirred for 1 minute, and 10 μl of concentrated nitric acid was added dropwise thereto and stirred for 30 minutes. The concentration was adjusted by concentration and ethanol addition to obtain an ethanol solution having a solid content concentration of 20% by mass of the condensation reaction product.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

[比較例7]
蒸留塔及び滴下ロートを有する4つ口の500mLフラスコに、メチルトリメトキシシラン11.6g、テトラエトキシシラン4.4g、及びPGMEA20gを入れ、5分間攪拌した後、溶液の温度を50℃に設定し、ここへ水11.5gと濃硝酸10μlとの混合水溶液を滴下した。次いで、50℃で3時間攪拌した後、PGMEAを50gを追加した。その後、オイルバスを昇温させて、蒸留ラインよりエタノール、水、及び硝酸を留去し、ポリシロキサン化合物のPGMEA溶液を得た。次いで、得られたポリシロキサン化合物のPGMEA溶液と、AD−1003(触媒化成工業製の平均一次粒子径7nm、20質量%濃度のイソプロパノール分散シリカ粒子)15gをPGMEAに置換したPGMEA分散シリカ粒子とを混合し、5分間攪拌して、固形分濃度20質量%のPGMEA溶液を得た。
[Comparative Example 7]
Methyltrimethoxysilane (11.6 g), tetraethoxysilane (4.4 g) and PGMEA (20 g) were placed in a four-necked 500 mL flask having a distillation column and a dropping funnel, and after stirring for 5 minutes, the temperature of the solution was set to 50 ° C. A mixed aqueous solution of 11.5 g of water and 10 μl of concentrated nitric acid was added dropwise thereto. Subsequently, after stirring at 50 degreeC for 3 hours, 50g of PGMEA was added. Thereafter, the temperature of the oil bath was raised and ethanol, water, and nitric acid were distilled off from the distillation line to obtain a PGMEA solution of a polysiloxane compound. Next, a PGMEA solution of the obtained polysiloxane compound and PGMEA-dispersed silica particles obtained by substituting 15 g of AD-1003 (isopropanol-dispersed silica particles having an average primary particle diameter of 7 nm and a concentration of 20% by mass made by Catalyst Chemical Industries) with PGMEA After mixing and stirring for 5 minutes, a PGMEA solution having a solid content concentration of 20% by mass was obtained.

生成した縮合反応物溶液の、上記(1)〜(7)で示される物性評価を行い、評価結果を表3に示した。また、実施例1と同じ条件で成膜、焼成、及びトレンチ埋め込みを行い、評価結果を表4に示した。   The physical property evaluation shown by said (1)-(7) of the produced | generated condensation reaction product solution was performed, and the evaluation result was shown in Table 3. In addition, film formation, baking, and trench embedding were performed under the same conditions as in Example 1, and the evaluation results are shown in Table 4.

Figure 0005341944
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本発明の縮合反応物溶液を使用して得られる絶縁膜は、液晶表示素子、集積回路素子、半導体記憶素子、固体撮像素子等の電子部品用の層間絶縁膜、素子分離膜、STI用絶縁膜、PMD(Pre Metal Dielectric)膜、平坦化膜、表面保護膜、封止膜等として好適である。   The insulating film obtained by using the condensation reaction product solution of the present invention includes an interlayer insulating film for an electronic component such as a liquid crystal display element, an integrated circuit element, a semiconductor memory element, a solid-state imaging element, an element isolation film, and an STI insulating film. , PMD (Pre Metal Dielectric) film, planarization film, surface protective film, sealing film and the like.

Claims (6)

半導体素子に形成されたトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法であって、
(I)(i)下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表されるシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、(ii)シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させて得られる縮合反応物、及び
(II)溶媒
を含み、
該一般式(1)で表されるシラン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である、縮合反応物溶液を、基板上に塗布して塗布基板を得る塗布工程と、
該塗布工程で得た塗布基板を加熱する焼成工程と、
を含む、トレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
A method of forming an insulating film for trench embedding formed in a semiconductor element,
(I) (i) The following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. }
Condensation reaction of a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass of a polysiloxane compound derived from the silane compound represented by formula (ii) and 1% by mass to 60% by mass of silica particles. And (II) a solvent,
The silane compound represented by the general formula (1) contains at least a tetrafunctional silane compound in which n is 0 in the general formula (1) and a trifunctional silane compound in which n is 1 in the general formula (1). An application step of applying a condensation reaction product solution, which is two or more types of silane compounds, onto a substrate to obtain a coated substrate;
A baking step of heating the coated substrate obtained in the coating step;
A method for forming an insulating film for filling a trench, comprising:
該縮合成分が、該ポリシロキサン化合物の縮合換算量50質量%以上90質量%以下と該シリカ粒子10質量%以上50質量%以下とを含有し、
該ポリシロキサン化合物中の、下記一般式(2):
SiX2 4 (2)
{式中、X2は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される4官能シラン化合物に由来する成分の割合が5mol%以上40mol%以下である、請求項1に記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
The condensation component contains a condensation conversion amount of the polysiloxane compound of 50% by mass to 90% by mass and the silica particles of 10% by mass to 50% by mass,
The following general formula (2) in the polysiloxane compound:
SiX 2 4 (2)
{In the formula, X 2 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an acetoxy group. }
The method for forming an insulating film for filling a trench according to claim 1, wherein the proportion of the component derived from the tetrafunctional silane compound represented by the formula is 5 mol% or more and 40 mol% or less.
該ポリシロキサン化合物中の、下記一般式(3):
2SiX3 3 (3)
{式中、R2は、炭素数1〜10の炭化水素基であり、X3は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表される3官能シラン化合物に由来する成分の割合が60mol%以上95mol%以下である、請求項1又は2に記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
The following general formula (3) in the polysiloxane compound:
R 2 SiX 3 3 (3)
{In the formula, R 2 represents a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 3 represents a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an acetoxy group. }
The method for forming an insulating film for filling a trench according to claim 1 or 2, wherein the proportion of the component derived from the trifunctional silane compound represented by the formula is 60 mol% or more and 95 mol% or less.
29SiNMR分析における、該縮合反応物中の全4官能シロキサン成分のピーク強度(A)と、該縮合反応物中のシロキサン結合数4つに相当する成分のピーク強度(B)とが
{(B)/(A)}≧0.50
の関係を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。
In 29 Si NMR analysis, the peak intensity (A) of all tetrafunctional siloxane components in the condensation reaction product and the peak intensity (B) of the component corresponding to 4 siloxane bonds in the condensation reaction product are represented by {(B ) / (A)} ≧ 0.50
The method for forming an insulating film for trench embedding according to any one of claims 1 to 3, satisfying the relationship:
該縮合反応物の重量平均分子量が、1,000以上20,000以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のトレンチ埋め込み用絶縁膜の形成方法。   5. The method for forming an insulating film for filling a trench according to claim 1, wherein the condensation reaction product has a weight average molecular weight of 1,000 or more and 20,000 or less. 半導体素子に形成されたトレンチ埋め込み用絶縁膜を形成するための縮合反応物溶液であって、
(I)(i)下記一般式(1):
1 nSiX1 4-n (1)
{式中、nは、0〜3の整数であり、R1は、水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基であり、X1は、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又はアセトキシ基である。}
で表されるシラン化合物に由来するポリシロキサン化合物の縮合換算量40質量%以上99質量%以下と、(ii)シリカ粒子1質量%以上60質量%以下と、を少なくとも含有する縮合成分を縮合反応させて得られる縮合反応物、及び
(II)溶媒
を含み、
該一般式(1)で表されるシラン化合物が、一般式(1)中のnが0である4官能シラン化合物及び一般式(1)中のnが1である3官能シラン化合物を少なくとも含有する2種類以上のシラン化合物である、トレンチ埋め込み用絶縁膜形成用縮合反応物溶液。
A condensation reaction product solution for forming an insulating film for filling a trench formed in a semiconductor element,
(I) (i) The following general formula (1):
R 1 n SiX 1 4-n (1)
{In the formula, n is an integer of 0 to 3, R 1 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and X 1 is a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or An acetoxy group. }
Condensation reaction of a condensation component containing at least 40% by mass to 99% by mass of a polysiloxane compound derived from the silane compound represented by formula (ii) and 1% by mass to 60% by mass of silica particles. And (II) a solvent,
The silane compound represented by the general formula (1) contains at least a tetrafunctional silane compound in which n is 0 in the general formula (1) and a trifunctional silane compound in which n is 1 in the general formula (1). A condensation reaction product solution for forming an insulating film for trench embedding, which is two or more kinds of silane compounds.
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