JPH11209624A - Composite of fluororesin with inorganic/organic hybrid and its production - Google Patents

Composite of fluororesin with inorganic/organic hybrid and its production

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JPH11209624A
JPH11209624A JP844198A JP844198A JPH11209624A JP H11209624 A JPH11209624 A JP H11209624A JP 844198 A JP844198 A JP 844198A JP 844198 A JP844198 A JP 844198A JP H11209624 A JPH11209624 A JP H11209624A
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fluororesin
organic
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composite
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Shingo Katayama
真吾 片山
Noriko Yamada
紀子 山田
Ikuko Shiina
郁子 椎名
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-hardness low-permittivity material as an insulation material used in electronic devices by uniformly compositing a fluororesin with an inorganic/organic hybrid. SOLUTION: There is provided a composite material prepared by compositing a fluororesin with an inorganic/organic hybrid formed by replacing 50-95 mol.% of Ms in an inorganic polymer skeleton having M-O-M bonds (wherein M is a metal or a semi-metal atom) by Si(R)n (O-)4-n groups (wherein R is an organic group; and n is an integer of 1, 2 or 3, provided that the hydrogen atoms of the organic group have been replaced by fluorine atoms and/or chlorine atoms). In the inorganic/organic hybrid, the organic group has an atomic ratio X/(X+H) of 0.01-1 (wherein X=F+Cl). The volume ratio of the inorganic/organic hybrid to the fluoro resin is in the range of 10:90 to 80:20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、LSI素子、電子
回路、半導体回路等の電子機器に使用される絶縁材料に
適したフッ素樹脂と無機・有機ハイブリッドの複合体お
よびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite of a fluorine resin and an inorganic / organic hybrid suitable for an insulating material used in electronic devices such as LSI elements, electronic circuits, and semiconductor circuits, and to a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI素子の高速化、高集積化および移
動体通信などにおける電気回路の高周波化につれて、こ
れらに使用されている絶縁材料の誘電率と配線導体の電
気抵抗による信号遅延の問題が深刻になりつつある。信
号遅延は、配線の抵抗Rと配線間の容量Cの積で表され
るものである。この遅延を最小に抑えるためには、配線
抵抗を低下させることと並んで、絶縁材料の誘電率を下
げることが有効な手段である。
2. Description of the Related Art As the speed of LSI elements becomes higher, the degree of integration becomes higher, and the frequency of electric circuits becomes higher in mobile communications, the problem of signal delay due to the dielectric constant of insulating materials used therein and the electric resistance of wiring conductors arises. It is getting serious. The signal delay is represented by the product of the resistance R of the wiring and the capacitance C between the wirings. In order to minimize the delay, it is effective to reduce the dielectric constant of the insulating material, in addition to reducing the wiring resistance.

【0003】例えば、LSI素子の絶縁膜においては、
テトラアルコキシシランを加水分解して作製したゾルを
スピンオングラス(SOG)法によって成膜したシリカ
材料が使用されている。しかし、このようにして作製し
た材料の分子構造は、≡Si−O−Si≡の密な三次元
網目構造であり、比誘電率は4.0と高い。比誘電率を
下げるための方法として、CVDなどによるSiOFの
成膜、有機材料の成膜、多孔質膜などが提案されてい
る。SiOFはFの含有量の増大とともに誘電率が3.
3程度まで低下するが、F量とともに吸湿性が高くなる
という問題がある。フッ素樹脂などの有機材料は、誘電
率2.2程度までの低誘電率材料が得られているが、耐
熱性および基板との密着性という課題がある。多孔質材
料は孔の量に応じて誘電率は4.7から2.3まで下げ
られる[青井、第43回応用物理学会講演予稿集、26
p−N−5(1996)]。しかし吸湿性などに問題が
あるため、通常の半導体素子や電気回路部品に使うこと
が難しい。
For example, in an insulating film of an LSI element,
A silica material obtained by forming a sol formed by hydrolyzing tetraalkoxysilane by a spin-on-glass (SOG) method is used. However, the molecular structure of the material thus manufactured is a dense three-dimensional network structure of {Si-O-Si}, and the relative dielectric constant is as high as 4.0. As a method for lowering the relative dielectric constant, a film formation of SiOF by CVD or the like, a film formation of an organic material, a porous film, and the like have been proposed. SiOF has a dielectric constant of 3. with increasing F content.
Although it is reduced to about 3, there is a problem that the hygroscopicity increases with the amount of F. As the organic material such as a fluororesin, a low dielectric constant material having a dielectric constant of up to about 2.2 has been obtained, but has problems of heat resistance and adhesion to a substrate. The dielectric constant of porous materials can be reduced from 4.7 to 2.3 depending on the amount of pores [Aoi, Proceedings of the 43rd JSAP, 26
pN-5 (1996)]. However, it is difficult to use it for ordinary semiconductor devices and electric circuit components because of its problem of hygroscopicity.

【0004】一方、SOGでは、これまでクラックのな
い厚膜を塗布することが最大の課題であった。シリカガ
ラスの膜は厚膜にすると溶剤の蒸発や熱収縮の際にクラ
ックが入りやすいため、Hを導入した膜や、有機成分を
導入した膜(有機SOG膜)が開発されてきている。有
機SOG膜は、分極が比較的小さく嵩高い有機基を含む
ために、無機成分のみのSOGより誘電率が低く、3.
4程度のものが市販されている。しかしながら、更なる
高速化や高周波比の要求から比誘電率3以下の絶縁膜が
必要と考えられている。
[0004] On the other hand, in the case of SOG, it has hitherto been the biggest problem to apply a thick film without cracks. If the silica glass film is made thick, cracks are likely to be formed during evaporation or thermal shrinkage of the solvent. Therefore, a film into which H is introduced and a film into which an organic component is introduced (organic SOG film) have been developed. 2. Since the organic SOG film has a relatively small polarization and contains a bulky organic group, the organic SOG film has a lower dielectric constant than SOG containing only an inorganic component.
About four are commercially available. However, it is considered that an insulating film having a relative dielectric constant of 3 or less is required from the demand for higher speed and a higher frequency ratio.

【0005】また、IC絶縁基板においては、アルミナ
などのセラミックス基板が使用されてきた。絶縁体の誘
電率による信号遅延が問題となる高周波回路などでは、
セラミックスでは低誘電率化に限界があり、フッ素樹脂
等の誘電率の低い有機材料が使用されている。フッ素樹
脂は誘電率の最も低い材料であるが、硬度が低く、傷が
つきやすい。
Further, ceramic substrates such as alumina have been used as IC insulating substrates. In high-frequency circuits where signal delay due to the dielectric constant of the insulator is a problem,
There is a limit in reducing the dielectric constant of ceramics, and an organic material having a low dielectric constant such as a fluororesin is used. Fluororesin is the material with the lowest dielectric constant, but has low hardness and is easily scratched.

【0006】最近の材料研究では、無機質と有機質を分
子レベルで組み合わせた無機・有機ハイブリッドが注目
されている。その例としては、有機修飾シリケート(A.
Kaiser et al., J. Membrance Soc. 22, 257-268(198
5) )やセラマー(G. L. Wilkes et al., Polym. Prep.
26, 300-302(1985), H.-H. Huang et al., Polymer.Bu
ll. 14, 557-564(1985) )と呼ばれるものがある。これ
らは、Si−Oガラス網目の中に有機基を導入した構造
であり、アルキルアルコキシシラン等の加水分解・重縮
合反応によって合成されている。これらの無機・有機ハ
イブリッドは均質体であるが、無機・有機ハイブリッド
の各種の無機粒子を分散させた複合構造にすることによ
って、特性を改善したり、新規機能を付与することがで
きる。例えば、硬度と柔軟性の両立(特開平7−278
311号公報)、潤滑性の付与(特開平8−13448
5号公報)などが行われている。
In recent material research, attention has been focused on an inorganic / organic hybrid in which an inorganic substance and an organic substance are combined at a molecular level. Examples include organically modified silicates (A.
Kaiser et al., J. Membrance Soc. 22 , 257-268 (198
5)) and ceramers (GL Wilkes et al., Polym. Prep.
26 , 300-302 (1985), H.-H. Huang et al., Polymer.Bu
ll. 14 , 557-564 (1985)). These have a structure in which an organic group is introduced into a Si—O glass network, and are synthesized by a hydrolysis / polycondensation reaction of an alkylalkoxysilane or the like. These inorganic / organic hybrids are homogeneous, but by forming a composite structure in which various inorganic particles of the inorganic / organic hybrid are dispersed, the characteristics can be improved or a new function can be imparted. For example, compatibility between hardness and flexibility (JP-A-7-278)
No. 311), imparting lubricity (JP-A-8-13448)
No. 5 gazette).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】硬度の高い低誘電率材
料として、誘電率の低いフッ素樹脂とシリカ等の無機材
料との複合化が考えられるが、フッ素樹脂とシリカ粒子
の単純な混合では均一な分散が困難であったり、これら
の界面が弱く複合体の強度が不十分であったりする。ま
た、ゾル・ゲル法によるシリカや無機・有機ハイブリッ
ドの作製過程でフッ素樹脂粉末を添加する方法も考えら
れるが、フッ素樹脂粉末を均一に分散することが困難で
ある。
As a material having a low dielectric constant having a high hardness, a composite of a fluororesin having a low dielectric constant and an inorganic material such as silica may be considered. In some cases, such dispersion is difficult, or the interface is weak and the strength of the composite is insufficient. Further, a method of adding a fluororesin powder in the process of producing silica or an inorganic / organic hybrid by a sol-gel method is also conceivable, but it is difficult to uniformly disperse the fluororesin powder.

【0008】本発明は、これらの点に鑑みなされたもの
で、フッ素樹脂と無機・有機ハイブリッドを均一に複合
化し、誘電率が低く、かつ硬度の高い材料を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and has as its object to provide a material having a low dielectric constant and a high hardness by uniformly compounding a fluorine resin and an inorganic / organic hybrid.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、(1)M−O−M結合(ここでMは金属
または半金属原子)を有する無機ポリマー骨格中のMを
50〜95モル%の割合でSi(R)n (O−)4-n
(ここでRは有機基で、nは1、2または3の整数)で
置換され、かつ有機基の水素原子の一部または全部がフ
ッ素原子および/または塩素原子で置換された無機・有
機ハイブリッドとフッ素樹脂を複合させた複合体であ
る。また、(2)無機・有機ハイブリッドの有機基にお
いて、原子比X/(X+H)(ここでX=F+Cl)が
0.01〜1である上記(1)記載の複合体である。ま
た、(3)無機・有機ハイブリッドとフッ素樹脂の体積
比が10:90〜80:20の範囲である上記(1)ま
たは(2)記載の複合体である。また、(4)フッ素樹
脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テト
ラフルオロエチレン−ベルフルオロビニルエーテル共重
合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体(FEP)、エチレン−テトラ
フルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロト
リフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロ
トリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフ
ッ化ビニリデン(PVDF)の1種あるいは2種以上で
ある上記(1)、(2)または(3)記載の複合体であ
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides (1) a method in which M in an inorganic polymer skeleton having an MOM bond (M is a metal or metalloid atom) is 50 or more. Is substituted with a Si (R) n (O—) 4-n group (where R is an organic group and n is an integer of 1, 2 or 3) at a ratio of up to 95 mol%, and A composite in which an inorganic / organic hybrid partially or entirely substituted with a fluorine atom and / or a chlorine atom is combined with a fluororesin. (2) The composite according to (1), wherein the organic group of the inorganic / organic hybrid has an atomic ratio X / (X + H) (where X = F + Cl) of 0.01 to 1. (3) The composite according to the above (1) or (2), wherein the volume ratio between the inorganic / organic hybrid and the fluororesin is in the range of 10:90 to 80:20. (4) the fluororesin is polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluorovinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene (1) which is one or more of copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF) A composite according to 2) or 3).

【0010】上記(1)、(2)、(3)または(4)
記載の複合体は以下のようにして製造する。金属アルコ
キシドおよびオルガノアルコキシシランとポリジメチル
シロキサンの中の1種あるいは2種をを有機溶媒に溶解
し、さらにフルオロアルキルアルコキシシランとクロロ
アルキルアルコキシシランの中の1種あるいは2種を溶
解し、次いで水を加えて加水分解した溶液にフッ素樹脂
粉末を加えて混合した後、熟成・ゲル化して製造する。
または、金属アルコキシドおよびオルガノアルコキシシ
ランとポリジメチルシロキサンの中の1種あるいは2種
を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキルアルコキ
シシランとクロロアルキルアルコキシシランの中の1種
あるいは2種を溶解し、次いでフッ素樹脂粉末を加えて
混合した後、水を加えて加水分解し、熟成・ゲル化して
製造する。または、金属アルコキシドおよびオルガノア
ルコキシシランとポリジオルガノシロキサンの中の1種
あるいは2種を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアル
キルアルコキシシランとクロロアルキルアルコキシシラ
ンの中の1種あるいは2種を溶解し、次いで水を加えて
加水分解した溶液にフッ素樹脂粉末を加えて混合した溶
液を基板にコーティングした後、乾燥、熱処理して製造
する。または、金属アルコキシドおよびオルガノアルコ
キシシランとポリジオルガノシロキサンの中の1種ある
いは2種を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキル
アルコキシシランとクロロアルキルアルコキシシランの
中の1種あるいは2種を溶解し、次いでフッ素樹脂粉末
を加えて混合した後、水を加えて加水分解した溶液を基
板にコーティングした後、乾燥、熱処理して製造する。
The above (1), (2), (3) or (4)
The described conjugate is prepared as follows. Dissolve one or two of metal alkoxide and organoalkoxysilane and polydimethylsiloxane in an organic solvent, further dissolve one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane, and then dissolve in water. Is added and mixed with the hydrolyzed solution, followed by aging and gelling to produce a solution.
Alternatively, one or two of metal alkoxide and organoalkoxysilane and polydimethylsiloxane are dissolved in an organic solvent, and one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane are dissolved. After adding and mixing a fluororesin powder, water is added to hydrolyze, aged and gelled to produce. Alternatively, one or two of metal alkoxide and organoalkoxysilane and polydiorganosiloxane are dissolved in an organic solvent, and one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane are dissolved. A solution obtained by adding a fluororesin powder to a solution hydrolyzed by adding water is coated on a substrate, and then dried and heat-treated to manufacture. Alternatively, one or two of metal alkoxide and organoalkoxysilane and polydiorganosiloxane are dissolved in an organic solvent, and one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane are dissolved. After adding and mixing a fluororesin powder, a solution hydrolyzed by adding water is coated on a substrate, and then dried and heat-treated.

【0011】また、本発明は、半導体装置用の層間絶縁
膜、電気回路基板、またはIC封止材として、前記
(1)、(2)、(3)または(4)記載の複合体を使
用することを主旨とする。
Further, the present invention uses the composite described in (1), (2), (3) or (4) as an interlayer insulating film for a semiconductor device, an electric circuit board, or an IC sealing material. The main purpose is to do.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】無機・有機ハイブリッドは、金属
アルコキシドとポリジメチルシロキサンや加水分解した
オルガノアルコキシシランのシラノール基とが反応し
て、M−O−M結合(ここでMは金属または半金属原
子)から成る無機ポリマーの骨格をSi(R)m (O
−)(4-m)/2 基や−O−[−Si(R)2 −O−]n
(ここでRは有機基)で置換した構造を形成して製造さ
れる。このような構造では、炭素、水素、酸素、窒素等
からなる有機物に、金属、半金属が化学結合して重合す
ることにより、原子・分子レベルで融合している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In an inorganic / organic hybrid, a metal alkoxide reacts with polydimethylsiloxane or a silanol group of a hydrolyzed organoalkoxysilane to form an MOM bond (where M is a metal or semimetal). Atom) as the skeleton of the inorganic polymer composed of Si (R) m (O
−) It is manufactured by forming a structure substituted with a (4-m) / 2 group or a —O-[— Si (R) 2 —O—] n group (where R is an organic group). In such a structure, a metal or metalloid is chemically bonded to an organic substance composed of carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, or the like and polymerized, thereby being fused at an atomic / molecular level.

【0013】本発明では、無機・有機ハイブリッドに分
子レベルでフッ素基や塩素基を含むので、フッ素樹脂と
の親和性がよく、均一に分散した複合体となり、フッ素
樹脂と無機・有機ハイブリッドの比率において広い範囲
の複合体が得られる。
In the present invention, since the inorganic / organic hybrid contains a fluorine group or a chlorine group at the molecular level, it has a good affinity with the fluororesin, and becomes a uniformly dispersed complex. A wide range of complexes can be obtained.

【0014】本発明におけるフッ素樹脂は、ポリテトラ
フルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレ
ン−ベルフルオロビニルエーテル共重合体(PFA)、
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体(FEP)、エチレン−テトラフルオロエチレン
共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレ
ン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチ
レン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVDF)である。より好ましいのは、PTFE、P
FA、ETFE、PCTFEである。
In the present invention, the fluororesin includes polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluorovinyl ether copolymer (PFA),
Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyfluorinated Vinylidene (PVDF). More preferred is PTFE, P
FA, ETFE, and PCTFE.

【0015】無機ポリマーとは、M−O−M結合を骨格
として鎖状、平面状あるいは3次元状に重合した高分子
である。M−O−M結合が無機成分を表すものである。
ここでMは、金属アルコキシドを形成することができる
ものに限定される。本発明の金属アルコキシドとは、化
学式M(OR)n で表されるものである。ここで、Mは
金属あるいは半金属であり、例えばB,Si,Al,T
i,Zr,Ta,Nb,Y,Co等である。また、Rは
有機基であり、nは金属あるいは半金属Mの価数であ
る。これらの金属アルコキシドは、1種または2種以上
使用できる。
The inorganic polymer is a macromolecule polymerized in a chain, planar or three-dimensional form with an MOM bond as a skeleton. The MOM bond represents an inorganic component.
Here, M is limited to those capable of forming a metal alkoxide. The metal alkoxide of the present invention is represented by the chemical formula M (OR) n . Here, M is a metal or metalloid, for example, B, Si, Al, T
i, Zr, Ta, Nb, Y, Co, etc. R is an organic group, and n is a valence of a metal or metalloid M. One or more of these metal alkoxides can be used.

【0016】Si(R)m (O−)(4-m)/2 基および−
O−[−Si(R)2 −O−]n 基における有機基Rと
は、例えば、−CH3 、−C2 5 、−C3 7 、−C
4 9 、−CH=CH2 、−C6 5 、−CF3 、−C
2 5 、−C3 7 、−C49 、−CH2 CH2 CF
3 、−CH2 CH2 6 13、−CH2 CH2 8 17
等であり、有機成分を表すものである。
Si (R) m (O-) (4-m) / 2 group and-
The organic group R in the O-[-Si (R) 2 -O-] n group includes, for example, -CH 3 , -C 2 H 5 , -C 3 H 7 , -C
4 H 9, -CH = CH 2 , -C 6 H 5, -CF 3, -C
2 F 5, -C 3 F 7 , -C 4 F 9, -CH 2 CH 2 CF
3, -CH 2 CH 2 C 6 F 13, -CH 2 CH 2 C 8 F 17
Etc., which represents an organic component.

【0017】無機・有機ハイブリッドは、M−O−M結
合を有する無機ポリマー骨格中のMが50〜95モル%
の割合でSi(R)n (O−)4-n 基で置換されている
のが好ましい。Si(R)n (O−)4-n 基が50モル
%未満では、有機成分が少なくなり、フッ素樹脂との親
和性が低下したり、フッ素樹脂と複合させても無機成分
が多いので誘電率が高くなったりして好ましくない。ま
た、Si(R)n (O−)4-n 基が95モル%を越える
と、有機成分が多く柔軟性が高くなりすぎるために硬度
が低くなる。より好ましくは、70〜90モル%の範囲
である。
In the inorganic / organic hybrid, M in the inorganic polymer skeleton having an MOM bond is 50 to 95 mol%.
Is preferably substituted with Si (R) n (O—) 4-n group. When the content of the Si (R) n (O—) 4-n group is less than 50 mol%, the amount of the organic component is reduced, and the affinity with the fluororesin is reduced. The rate is undesirably high. On the other hand, when the content of the Si (R) n (O—) 4-n group exceeds 95% by mole, the organic component is increased and the flexibility becomes too high, so that the hardness becomes low. More preferably, it is in the range of 70 to 90 mol%.

【0018】無機・有機ハイブリッドの有機基におい
て、原子比X/(X+H)(ここでX=F+Cl)が
0.01〜1の範囲が好ましい。原子比X/(X+H)
が0.01未満では、フッ素基や塩素基の含有量が少な
くなり、フッ素樹脂との親和性が低くなり、均一な複合
体が得られない。より好ましくは、0.1〜1の範囲で
ある。
In the organic group of the inorganic / organic hybrid, the atomic ratio X / (X + H) (where X = F + Cl) is preferably in the range of 0.01 to 1. Atomic ratio X / (X + H)
Is less than 0.01, the content of a fluorine group or a chlorine group decreases, the affinity with the fluororesin decreases, and a uniform composite cannot be obtained. More preferably, it is in the range of 0.1 to 1.

【0019】無機・有機ハイブリッドとフッ素樹脂の体
積比は、10:90〜80:20の範囲が好ましい。フ
ッ素樹脂の割合が少なく、80:20の比率未満では、
誘電率の低下が小さく、実用的でない。フッ素樹脂の割
合が多く、10:90の比率を越えると、硬度が低くな
り、実用的でない。より好ましくは、40:60〜6
0:40の範囲である。
The volume ratio between the inorganic / organic hybrid and the fluororesin is preferably in the range of 10:90 to 80:20. If the ratio of the fluororesin is small and less than the ratio of 80:20,
The decrease in the dielectric constant is small and not practical. If the ratio of the fluororesin is large and exceeds the ratio of 10:90, the hardness becomes low, which is not practical. More preferably, from 40:60 to 6
The range is 0:40.

【0020】本発明の複合体は、金属アルコキシドおよ
びオルガノアルコキシシランを有機溶媒に溶解し、さら
にフルオロアルキルアルコキシシランとクロロアルキル
アルコキシシランの中の1種あるいは2種を溶解し、次
いで水を加えて加水分解した溶液にフッ素樹脂粉末を加
えて混合した後、熟成・ゲル化して製造する。あるい
は、金属アルコキシドおよびオルガノアルコキシシラン
を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキルアルコキ
シシランとクロロアルキルアルコキシシランの中の1種
あるいは2種を溶解し、次いでフッ素樹脂粉末を加えて
混合した後、水を加えて加水分解し、熟成・ゲル化して
製造する。
The composite of the present invention is prepared by dissolving a metal alkoxide and an organoalkoxysilane in an organic solvent, further dissolving one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane, and then adding water. Fluororesin powder is added to the hydrolyzed solution, mixed, and then aged and gelled to produce. Alternatively, a metal alkoxide and an organoalkoxysilane are dissolved in an organic solvent, one or two of a fluoroalkylalkoxysilane and a chloroalkylalkoxysilane are further dissolved, and then a fluororesin powder is added and mixed. In addition, it is hydrolyzed, aged and gelled to produce.

【0021】本発明の複合体薄膜は、金属アルコキシド
およびオルガノアルコキシシランを有機溶媒に溶解し、
さらにフルオロアルキルアルコキシシランとクロロアル
キルアルコキシシランの中の1種あるいは2種を溶解
し、次いで水を加えて加水分解した溶液にフッ素樹脂粉
末を加えて混合した溶液を基板にコーティングした後、
乾燥、熱処理して製造する。あるいは、金属アルコキシ
ドおよびオルガノアルコキシシランを有機溶媒に溶解
し、さらにフルオロアルキルアルコキシシランとクロロ
アルキルアルコキシシランの中の1種あるいは2種を溶
解し、次いでフッ素樹脂粉末を加えて混合した後、水を
加えて加水分解した溶液を基板にコーティングした後、
乾燥、熱処理して製造する。
The composite thin film of the present invention is obtained by dissolving a metal alkoxide and an organoalkoxysilane in an organic solvent,
Further, one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane are dissolved, and then a solution obtained by adding water and then hydrolyzing the solution and adding a fluororesin powder to the mixture is coated on a substrate.
It is manufactured by drying and heat treatment. Alternatively, a metal alkoxide and an organoalkoxysilane are dissolved in an organic solvent, one or two of a fluoroalkylalkoxysilane and a chloroalkylalkoxysilane are further dissolved, and then a fluororesin powder is added and mixed. After coating the substrate with the hydrolyzed solution,
It is manufactured by drying and heat treatment.

【0022】本発明で使用する金属アルコキシドは特に
限定しないが、例えば、メトキシド、エトキシド、プロ
ポキシド、ブトキシド等が挙げられる。また、金属アル
コキシドは、そのアルコキシ基の一部をβ−ジケトン、
β−ケトエステル、アルカノールアミン、アルキルアル
カノールアミン、有機酸等で置換して使用してもよい。
The metal alkoxide used in the present invention is not particularly restricted but includes, for example, methoxide, ethoxide, propoxide, butoxide and the like. The metal alkoxide has a part of the alkoxy group, β-diketone,
It may be used after substituting with β-ketoester, alkanolamine, alkylalkanolamine, organic acid and the like.

【0023】本発明で使用するオルガノアルコキシシラ
ンとは、化学式Si(R)m (OR″)(4-m)/2 で表さ
れ、有機基Rが−CH3 、−C2 5 、−C3 7 、−
49 、−CH=CH2 、−C6 5 、−CF3 、−
2 5 、−C3 7 、−C4 9 、−CH2 CH2
3 、−CH2 CH2 6 13、−CH2 CH2 8
17等であり、アルコキシ基−OR″がメトキシ基、エト
キシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等で構成されるもの
である。オルガノアルコキシシランはアルコキシ基に対
して等モル以下の水で予め加水分解(部分加水分解)し
て使用しても良い。
The organoalkoxysilane used in the present invention is represented by the chemical formula Si (R) m (OR ″) (4-m) / 2 , and the organic group R is represented by —CH 3 , —C 2 H 5 , C 3 H 7, -
C 4 H 9, -CH = CH 2, -C 6 H 5, -CF 3, -
C 2 F 5, -C 3 F 7, -C 4 F 9, -CH 2 CH 2 C
F 3, -CH 2 CH 2 C 6 F 13, -CH 2 CH 2 C 8 F
17, etc., in which the alkoxy group —OR ″ is composed of a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, etc. The organoalkoxysilane is hydrolyzed in advance with an equimolar amount or less of water relative to the alkoxy group ( (Partial hydrolysis).

【0024】本発明で使用するポリジオルガノシロキサ
ンとは、化学式HO−[−Si(R)2 −O−]n −H
で表される直鎖状重合体であり、有機基Rが−CH3
−C2 5 、−C3 7 、−C4 9 、−CH=C
2 、−C6 5 等で構成されるものである。例えば、
ポリジメチルシロキサン、ポリジエチルシロキサン、ポ
リジプロピルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、
ポリメチルフェニルシロキサン等が挙げられる。ただ
し、nが500を越えると溶媒に溶解しなかったり、反
応点である水酸基の占める割合が少なくなって無機・有
機ハイブリッドが合成できないために好ましくない。
The polydiorganosiloxane used in the present invention has the chemical formula HO — [— Si (R) 2 —O—] n —H
In a linear polymer represented, the organic group R is -CH 3,
-C 2 H 5, -C 3 H 7, -C 4 H 9, -CH = C
H 2, are those composed of -C 6 H 5 and the like. For example,
Polydimethylsiloxane, polydiethylsiloxane, polydipropylsiloxane, polydiphenylsiloxane,
And polymethylphenylsiloxane. However, when n exceeds 500, it does not dissolve in the solvent, or the proportion of the hydroxyl group, which is a reaction point, occupies a small amount, so that an inorganic / organic hybrid cannot be synthesized.

【0025】本発明の加水分解では、アルコキシ基に対
して0.5〜10モル倍の水を添加する。この際、無機
酸、有機酸あるはそれらの両方を触媒として使用する。
添加する水は、アルコール等の有機溶媒で希釈してもよ
い。
In the hydrolysis of the present invention, water is added in an amount of 0.5 to 10 times the mole of the alkoxy group. At this time, an inorganic acid, an organic acid or both of them are used as a catalyst.
The water to be added may be diluted with an organic solvent such as alcohol.

【0026】本発明による複合体は、半導体装置用の層
間絶縁膜、電気回路基板、IC封止材などの絶縁材料と
して各種電子部品に応用することができる。
The composite according to the present invention can be applied to various electronic parts as an insulating material such as an interlayer insulating film for a semiconductor device, an electric circuit board, and an IC sealing material.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を説明するが、
本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではな
い。表1に示した原料をエタノール溶媒で混合し、塩酸
触媒下で水を加えて加水分解した。この加水分解溶液に
フッ素樹脂粒子を加え、分散溶液を調製した。分散溶液
を70℃でゲル化させた後、300℃で熱処理して、無
機・有機ハイブリッドとPTFEの複合体を作製した。
硬度はJIS K 7202に従ってロックウェル硬度
で測定した。比誘電率は、板状試料の両面にAl電極を
つけ、インピーダンスアナライザで測定した。実施例1
〜6は、フルオロアルキルアルコキシシラン、クロロア
ルキルアルコキシシランを用いて無機・有機ハイブリッ
ド構造中にフッ素基、塩素基を導入してフッ素樹脂粒子
と複合させた。すべての場合において均一な複合体が得
られ、添加したフッ素樹脂(PCTFE:R110、P
TFE:D65(ショワー硬さ。柔軟であるためにロッ
クウェル硬度では測定できない))より高い硬度であ
り、かつ比誘電率が2.2〜2.5と低い。これらの比
誘電率の値は、比較例9に示しているようにフッ素樹脂
と複合していない無機・有機ハイブリッドの値(3.
2)や比較例8に示しているようなフッ素樹脂の複合割
合が少なすぎる場合の値(3.0)に比べて顕著に低
い。また、比較例7に示しているように、無機・有機ハ
イブリッド構造中にフッ素基を導入しなかった場合は、
フッ素樹脂粒子を均一に分散することが困難であり、複
合体が得られなかった。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
The present invention is not limited to only these examples. The raw materials shown in Table 1 were mixed with an ethanol solvent, and hydrolyzed by adding water under a hydrochloric acid catalyst. Fluororesin particles were added to the hydrolysis solution to prepare a dispersion solution. The dispersion solution was gelled at 70 ° C. and then heat-treated at 300 ° C. to produce a composite of inorganic / organic hybrid and PTFE.
The hardness was measured by Rockwell hardness according to JIS K7202. The relative permittivity was measured with an impedance analyzer by attaching Al electrodes to both surfaces of the plate-like sample. Example 1
In Nos. 6 to 6, a fluoro group and a chlorine group were introduced into an inorganic / organic hybrid structure using fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane to be combined with fluororesin particles. In all cases, a uniform composite was obtained, and the added fluororesin (PCTFE: R110, P110
Hardness is higher than TFE: D65 (Shore hardness; cannot be measured by Rockwell hardness because of softness) and the relative dielectric constant is as low as 2.2 to 2.5. As shown in Comparative Example 9, the values of these relative dielectric constants are the values of inorganic-organic hybrids not combined with a fluororesin (3.
This is significantly lower than the value (3.0) when the composite ratio of the fluororesin is too small as shown in 2) and Comparative Example 8. Further, as shown in Comparative Example 7, when no fluorine group was introduced into the inorganic / organic hybrid structure,
It was difficult to uniformly disperse the fluororesin particles, and a composite was not obtained.

【0028】実施例1〜6の分散液を用いて、スピンコ
ーターで厚さ1000Åの白金をスパッタしたSi基板
上に塗布し、150℃のホットプレートで5分、300
℃のホットプレートで30分熱処理して、複合体の薄膜
を作製した。薄膜上に厚さ1000ÅのAlを直径1mm
の円形状につけ、インピーダンスアナライザで誘電率を
測定したところ、これら薄膜についても表1に示した値
と同じ比誘電率が得られた。
Using the dispersions of Examples 1 to 6, a platinum film having a thickness of 1000 ° was applied to a sputtered Si substrate by a spin coater, and then heated on a hot plate at 150 ° C. for 5 minutes for 300 minutes.
Heat treatment was performed on a hot plate at 30 ° C. for 30 minutes to produce a composite thin film. 1000mm thick Al on the thin film 1mm in diameter
When the dielectric constant was measured using an impedance analyzer, the relative dielectric constants of these thin films were the same as those shown in Table 1.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。無
機・有機ハイブリッドの構造中に製造過程からフッ素基
が導入されているためにフッ素樹脂と均一な複合化が可
能になる。その結果、誘電率が低く、かつ硬度の高い材
料が提供でき、これはLSI素子、電子回路、半導体回
路等の電子機器における絶縁材料として有用である。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. Since a fluorine group is introduced from the manufacturing process into the structure of the inorganic / organic hybrid, it can be uniformly compounded with the fluororesin. As a result, a material having a low dielectric constant and a high hardness can be provided, which is useful as an insulating material in electronic devices such as LSI elements, electronic circuits, and semiconductor circuits.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 M−O−M結合(ここでMは金属または
半金属原子)を有する無機ポリマー骨格中のMが50〜
95モル%の割合にてSi(R)n (O−)4-n 基(こ
こでRは有機基で、nは1、2または3の整数)で置換
され、かつ有機基の水素原子の一部または全部がフッ素
原子および/または塩素原子で置換された無機・有機ハ
イブリッドとフッ素樹脂が複合していることを特徴とす
る複合体。
1. The method according to claim 1, wherein M in the inorganic polymer skeleton having an MOM bond (where M is a metal or metalloid atom) is from 50 to 50.
95% by mole of Si (R) n (O-) 4-n group (where R is an organic group, n is an integer of 1, 2 or 3), and a hydrogen atom of the organic group A composite comprising an inorganic / organic hybrid partially or entirely substituted with a fluorine atom and / or a chlorine atom and a fluororesin.
【請求項2】 無機・有機ハイブリッドの有機基におい
て、原子比X/(X+H)(ここでX=F+Cl)が
0.01〜1であることを特徴とする請求項1記載の複
合体。
2. The composite according to claim 1, wherein an atomic ratio X / (X + H) (where X = F + Cl) in the organic group of the inorganic / organic hybrid is 0.01 to 1.
【請求項3】 無機・有機ハイブリッドとフッ素樹脂の
体積比が10:90〜80:20の範囲であることを特
徴とする請求項1または2記載の複合体。
3. The composite according to claim 1, wherein the volume ratio between the inorganic / organic hybrid and the fluororesin is in the range of 10:90 to 80:20.
【請求項4】 フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチ
レン、テトラフルオロエチレン−ベルフルオロビニルエ
ーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエ
チレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、エ
チレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフ
ッ化ビニリデンの1種または2種以上であることを特徴
とする請求項1、2または3記載の複合体。
4. The fluororesin is polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluorovinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene. 4. The composite according to claim 1, wherein the composite is one or more of ethylene, chlorotrifluoroethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride.
【請求項5】 金属アルコキシドおよびオルガノアルコ
キシシランとポリジメチルシロキサンの中の1種あるい
は2種をを有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキル
アルコキシシランとクロロアルキルアルコキシシランの
中の1種あるいは2種を溶解し、次いで水を加えて加水
分解した溶液にフッ素樹脂粉末を加えて混合した後、熟
成・ゲル化することを特徴とする請求項1、2、3また
は4記載の複合体の製造方法。
5. A metal alkoxide, an organoalkoxysilane and one or two of polydimethylsiloxane are dissolved in an organic solvent, and one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane are dissolved. The method for producing a composite according to any one of claims 1, 2, 3 and 4, wherein the fluororesin powder is added to a solution obtained by dissolving and then hydrolyzing by adding water, followed by mixing and then aging and gelling.
【請求項6】 金属アルコキシドおよびオルガノアルコ
キシシランとポリジメチルシロキサンの中の1種あるい
は2種を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキルア
ルコキシシランとクロロアルキルアルコキシシランの中
の1種あるいは2種を溶解し、次いでフッ素樹脂粉末を
加えて混合した後、水を加えて加水分解し、熟成・ゲル
化することを特徴とする請求項1、2、3または4記載
の複合体の製造方法。
6. A metal alkoxide, an organoalkoxysilane and one or two of polydimethylsiloxane are dissolved in an organic solvent, and a fluoroalkylalkoxysilane and a chloroalkylalkoxysilane are dissolved one or two of them. 5. The method for producing a composite according to claim 1, wherein the fluororesin powder is added and mixed, and then the mixture is hydrolyzed by adding water to ripen and gel.
【請求項7】 金属アルコキシドおよびオルガノアルコ
キシシランとポリジオルガノシロキサンの中の1種ある
いは2種を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキル
アルコキシシランとクロロアルキルアルコキシシランの
中の1種あるいは2種を溶解し、次いで水を加えて加水
分解した溶液にフッ素樹脂粉末を加えて混合した溶液を
基板にコーティングした後、乾燥、熱処理することを特
徴とする請求項1、2、3または4記載の複合体の製造
方法。
7. One or two kinds of metal alkoxide, organoalkoxysilane and polydiorganosiloxane are dissolved in an organic solvent, and one or two kinds of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane are dissolved. The composite according to any one of claims 1, 2, 3 and 4, wherein the substrate is coated with a solution obtained by adding a fluororesin powder to a solution hydrolyzed by adding water and then mixed, followed by drying and heat treatment. Manufacturing method.
【請求項8】 金属アルコキシドおよびオルガノアルコ
キシシランとポリジオルガノシロキサンの中の1種ある
いは2種を有機溶媒に溶解し、さらにフルオロアルキル
アルコキシシランとクロロアルキルアルコキシシランの
中の1種あるいは2種を溶解し、次いでフッ素樹脂粉末
を加えて混合した後、水を加えて加水分解した溶液を基
板にコーティングした後、乾燥、熱処理することを特徴
とする請求項1、2、3または4記載の複合体の製造方
法。
8. Dissolving one or two of metal alkoxide, organoalkoxysilane and polydiorganosiloxane in an organic solvent, and further dissolving one or two of fluoroalkylalkoxysilane and chloroalkylalkoxysilane The composite according to any one of claims 1, 2, 3, and 4, further comprising: adding and mixing a fluororesin powder; coating the substrate with a solution hydrolyzed by adding water; and drying and heat-treating the substrate. Manufacturing method.
【請求項9】 請求項1、2、3または4記載の複合体
からなる半導体装置用の層間絶縁膜。
9. An interlayer insulating film for a semiconductor device, comprising the composite according to claim 1. Description:
【請求項10】 請求項1、2、3または4記載の複合
体からなる電気回路基板。
10. An electric circuit board comprising the composite according to claim 1, 2, 3, or 4.
【請求項11】 請求項1、2、3または4記載の複合
体からなるIC封止材。
11. An IC encapsulant comprising the composite according to claim 1, 2, 3, or 4.
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