JPWO2011052657A1 - Precursor composition of porous film and method for forming porous film - Google Patents

Precursor composition of porous film and method for forming porous film Download PDF

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一誠 東條
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剛 加賀美
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貴久 山崎
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Abstract

多孔質膜の前駆体組成物は、第一のアルコキシシラン化合物と、第二のアルコキシシラン化合物と、前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上で破壊する非イオン性界面活性剤ミセルとを含んで構成される。このうち、第一のアルコキシシラン化合物は、テトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの重合体、モノアルキルトリアルコキシシランの重合体、及びジアルキルジアルコキシシランの重合体からなる群から選択された少なくとも1つであり、第二のアルコキシシラン化合物は、トリアルコキシフェニルシランである。The precursor composition of the porous film is destroyed at a temperature higher than the temperature at which the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized. And a nonionic surfactant micelle. Of these, the first alkoxysilane compound is tetraalkoxysilane, monoalkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane, tetraalkoxysilane polymer, monoalkyltrialkoxysilane polymer, and dialkyldialkoxysilane polymer. The second alkoxysilane compound is at least one selected from the group consisting of trialkoxyphenylsilanes.

Description

この発明は、多孔質膜を形成するためにスピンコート法によって塗布される多孔質膜の前駆体組成物、特に有機ケイ素酸化物からなる多孔質膜の前駆体組成物及び該前駆体組成物を用いる多孔質膜の成膜方法に関する。   The present invention relates to a precursor composition for a porous film applied by a spin coating method to form a porous film, in particular, a precursor composition for a porous film made of an organosilicon oxide, and the precursor composition. The present invention relates to a method for forming a porous film to be used.

近年、半導体装置を搭載した機器の縮小化が進行するに従い、半導体装置を構成する素子や配線に対して微細化や緻密化の要求が高まっている。また素子及び配線の微細化が進行すると配線遅延が顕在化するため、配線遅延による処理速度の低下を抑えるように配線間の低容量化も要求されている。そこで従来から、この配線間の低容量化を図るために、例えば特許文献1に記載のように、配線間の絶縁膜を多孔質の有機ケイ素酸化物膜、すなわち多孔質シリカ膜で構成することが鋭意研究されている。   In recent years, as devices equipped with semiconductor devices have been reduced in size, there has been an increasing demand for miniaturization and densification of elements and wirings constituting the semiconductor devices. Further, as the miniaturization of elements and wirings progresses, wiring delays become obvious. Therefore, a reduction in capacitance between wirings is also required in order to suppress a decrease in processing speed due to wiring delays. Therefore, conventionally, in order to reduce the capacitance between the wirings, for example, as described in Patent Document 1, the insulating film between the wirings is made of a porous organic silicon oxide film, that is, a porous silica film. Has been intensively studied.

上記多孔質シリカ膜をスピンコート法により形成する方法においてはまず、多孔質膜の前駆体組成物が基板上に塗布される。次いで、前駆体組成物に含まれる熱分解性有機化合物が基板の加熱により分解されて、熱分解性有機化合物の占有していた空間が空孔となった状態の有機ケイ素酸化物膜、つまり多孔質シリカ膜が形成される。そして多孔質シリカ膜の表面の全体に対して疎水性の官能基が導入される。疎水性の官能基は、多孔質シリカ膜の表面に露出した空孔の内表面にも導入される。こうして形成された多孔質シリカ膜によれば、親水性の化合物が空孔内へ進入することが抑制されるため、親水性の化合物による誘電率の上昇が抑えられて多孔質シリカ膜の本来有する低い比誘電率が維持されるようになる。   In the method of forming the porous silica film by spin coating, first, a precursor composition of the porous film is applied on the substrate. Next, the thermally decomposable organic compound contained in the precursor composition is decomposed by heating the substrate, and the space occupied by the thermally decomposable organic compound becomes a void, that is, a porous silicon A porous silica film is formed. And a hydrophobic functional group is introduce | transduced with respect to the whole surface of a porous silica membrane. The hydrophobic functional group is also introduced into the inner surface of the pores exposed on the surface of the porous silica film. According to the porous silica film thus formed, since the hydrophilic compound is suppressed from entering the pores, the increase in the dielectric constant by the hydrophilic compound is suppressed, and the porous silica film originally has the porous silica film. A low dielectric constant is maintained.

特開2006−265350号公報JP 2006-265350 A

ところで、配線間の絶縁膜として上記多孔質シリカ膜が用いられるとなれば、配線や電極等を形成するための溝や貫通孔が同多孔質シリカ膜に形成されることになる。そして微細な溝や貫通孔を形成する方法としてドライエッチング処理が一般に用いられるため、上記多孔質シリカ膜に対してもドライエッチング処理が施されることになる。   By the way, if the porous silica film is used as an insulating film between wirings, grooves and through holes for forming wirings, electrodes and the like are formed in the porous silica film. Since a dry etching process is generally used as a method for forming fine grooves and through-holes, the dry etching process is also performed on the porous silica film.

一方、ドライエッチング処理が実施される反応容器内の気相中には、エッチングガスを用いたプラズマが誘起されて、エッチャントとしての正イオンやラジカルが生成される。そして正イオンやラジカルを含むエッチャントが上記多孔質シリカ膜を物理的あるいは化学的にエッチングすることにより上記溝や貫通孔が形成される。この際、多孔質シリカ膜の内部に形成された空孔、すなわち上記疎水性の官能基が導入されていない空孔が貫通孔の内表面に露出することになる。その結果、貫通孔を通して外部に露出した空孔の内表面には、親水性の化合物、例えば大気中の水分子が吸着するようになってしまう。   On the other hand, plasma using an etching gas is induced in a gas phase in a reaction vessel in which dry etching is performed, and positive ions and radicals as etchants are generated. Then, the groove and the through hole are formed by etching the porous silica film physically or chemically with an etchant containing positive ions and radicals. At this time, vacancies formed inside the porous silica film, that is, vacancies into which the hydrophobic functional group is not introduced, are exposed on the inner surface of the through-hole. As a result, hydrophilic compounds such as water molecules in the atmosphere are adsorbed on the inner surface of the pores exposed to the outside through the through holes.

つまり、上記特許文献1に記載の前駆体組成物から多孔質シリカ膜を形成した場合、その形成時には多孔質シリカ膜の低誘電率化が実現されているものの、ドライエッチング処理を用いた加工を経た後には、多孔質シリカ膜は低誘電率特性を失う虞がある。   That is, when a porous silica film is formed from the precursor composition described in Patent Document 1, the porous silica film has a low dielectric constant at the time of formation, but processing using a dry etching process is performed. After this time, the porous silica film may lose its low dielectric constant characteristics.

この発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多孔質膜の比誘電率がそのエッチング加工後に増大することを抑制可能な多孔質シリカ膜の前駆体組成物、及びそれを用いた多孔質シリカ膜の成膜方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and the purpose thereof is a precursor composition of a porous silica film capable of suppressing an increase in the relative dielectric constant of the porous film after the etching process, Another object of the present invention is to provide a method for forming a porous silica film using the same.

本開示の第1の側面は、第一のアルコキシシラン化合物と、第二のアルコキシシラン化合物と、前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上で破壊する非イオン性界面活性剤ミセルとを含む多孔質膜の前駆体組成物を提供する。前記第一のアルコキシシラン化合物が、テトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの重合体、モノアルキルトリアルコキシシランの重合体、及びジアルキルジアルコキシシランの重合体からなる群から選択された少なくとも1つであり、前記第二のアルコキシシラン化合物が、トリアルコキシフェニルシランである。   The first aspect of the present disclosure is such that the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, the first alkoxysilane compound, and the second alkoxysilane compound are destroyed at or above the temperature at which they are copolymerized. Provided is a porous membrane precursor composition comprising nonionic surfactant micelles. The first alkoxysilane compound comprises a tetraalkoxysilane, a monoalkyltrialkoxysilane, a dialkyldialkoxysilane, a tetraalkoxysilane polymer, a monoalkyltrialkoxysilane polymer, and a dialkyldialkoxysilane polymer. At least one selected from the group, and the second alkoxysilane compound is trialkoxyphenylsilane.

上記構成によれば、第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する条件下において、ポリシロキサン骨格を主骨格とする有機シリコン酸化物膜が形成されて、該有機シリコン酸化膜中に非イオン性界面活性剤ミセルが含まれるようになる。そして第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上において、有機シリコン酸化物膜に含まれる非イオン性界面活性剤ミセルが破壊されて、同ミセルの占有した空間に空孔が形成されるようになる。そのためポリシロキサン骨格を主骨格とする多孔質膜の空孔率、つまり比誘電率が非イオン性界面活性剤ミセルの含有量によって規定されるようになる。   According to the above configuration, an organic silicon oxide film having a polysiloxane skeleton as a main skeleton is formed under a condition in which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized, and the organic silicon oxide Nonionic surfactant micelles are contained in the membrane. Then, above the temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized, the nonionic surfactant micelles contained in the organic silicon oxide film are destroyed, and the space occupied by the micelles is destroyed. Holes are formed. Therefore, the porosity of the porous film having a polysiloxane skeleton as the main skeleton, that is, the relative dielectric constant, is defined by the content of the nonionic surfactant micelle.

この際、第二のアルコキシシラン化合物がトリアルコキシフェニルシシランであるため、多孔質膜の表層は当然のことながら、三次元的なポリシロキサン骨格内にもフェニル基が含まれることになる。つまり、多孔質膜の外表面にフェニル基が付与されるかたちに限らず、多孔質膜を構成するポリシロキサン骨格に囲まれるようなかたちでもフェニル基が付与されることになり、多孔質膜の全体に渡り疎水性の高いフェニル基が付与されることとなる。その結果、多孔質膜に対してドライエッチング処理が適用される場合であっても、エッチング後の凹部を通して露出する空孔の内表面が疎水性の高いフェニル基を有することとなる。またポリシロキサン骨格に囲まれるようなフェニル基にはエッチャントが到達し難くなるため、エッチング後の形状如何に関わらず、上記のようなフェニル基を空孔の内表面が保持できることになる。   At this time, since the second alkoxysilane compound is trialkoxyphenylsilane, the surface layer of the porous film naturally includes a phenyl group in the three-dimensional polysiloxane skeleton. In other words, not only is the phenyl group added to the outer surface of the porous film, but the phenyl group is also added in a form surrounded by the polysiloxane skeleton constituting the porous film. A highly hydrophobic phenyl group is imparted throughout. As a result, even when dry etching is applied to the porous film, the inner surface of the void exposed through the recessed portion after etching has a highly hydrophobic phenyl group. In addition, since it is difficult for the etchant to reach the phenyl group surrounded by the polysiloxane skeleton, the above-described phenyl group can be held on the inner surface of the hole regardless of the shape after the etching.

ここで、ポリシロキサン骨格に含まれる疎水性の官能基がアルキル基である場合、ケイ素と炭化水素基との間の結合が切断されることはもとより、炭化水素基内の炭素間の単結が切断された場合であっても、該アルキル基が多孔質膜から脱離する。これに対し、フェニル基は、単結合と二重結合とを含むアレーン構造を有していることから、フェニル基内の炭素結合が切断されたとしても、この切断された結合が修復される可能性が高い。   Here, when the hydrophobic functional group contained in the polysiloxane skeleton is an alkyl group, not only the bond between silicon and the hydrocarbon group is broken, but also the single bond between the carbons in the hydrocarbon group. Even when cleaved, the alkyl group is detached from the porous membrane. On the other hand, since the phenyl group has an arene structure including a single bond and a double bond, even if the carbon bond in the phenyl group is broken, the broken bond can be repaired. High nature.

さらに、フェニル基は、ケイ素原子に対して1つ付加されるのみで、多孔質膜に結合する炭素原子数を該フェニル基の数の6倍も増加させることができる。ここで、プラズマ耐性を向上させるためには、疎水性を向上させることが有効であることが明らかであり、そのためには上記炭化水素基のような有機基を増やす必要がある。しかしながら、こうした有機基の付加は多孔質膜の機械的な強度の低下を招くことから、多孔質膜に付加される有機基の数はより少ない方が好ましい。   Furthermore, only one phenyl group is added to the silicon atom, and the number of carbon atoms bonded to the porous film can be increased by 6 times the number of the phenyl group. Here, in order to improve the plasma resistance, it is clear that improving the hydrophobicity is effective. For this purpose, it is necessary to increase the number of organic groups such as the hydrocarbon group. However, since such addition of organic groups causes a decrease in mechanical strength of the porous membrane, it is preferable that the number of organic groups added to the porous membrane is smaller.

つまり、上記フェニルトリメトキシシランは、多孔質膜の疎水性と機械的強度との両方を満足するアルコキシシラン化合物であり、ひいては多孔質膜の誘電率がそのエッチング加工後に増大することを抑制することができる。   That is, the above-mentioned phenyltrimethoxysilane is an alkoxysilane compound that satisfies both the hydrophobicity and mechanical strength of the porous film, and consequently suppresses the increase in the dielectric constant of the porous film after the etching process. Can do.

加えて、上記構成によれば、多孔質膜の前駆体組成物を第一のアルコキシシラン化合物、第二のアルコキシシラン化合物、及び非イオン性界面活性剤を含んだものとしていることから、多孔質膜の成膜対象となる基板等に当該多孔質膜の前駆体組成物を塗布するのみで多孔質膜の骨格をなすポリシロキサン骨格と、該ポリシロキサン骨格に付加された疎水性の官能基とを有する多孔質膜を形成することができる。つまり、上記従来の技術のように、多孔質膜を形成した後に疎水性の官能基を別途付加する場合と比較して、こうした多孔質膜の形成にかかる工程数を削減することができるようにもなる。   In addition, according to the above configuration, the porous membrane precursor composition contains the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the nonionic surfactant. A polysiloxane skeleton that forms a skeleton of a porous film only by applying the precursor composition of the porous film to a substrate or the like that is a film formation target, and a hydrophobic functional group that is added to the polysiloxane skeleton; A porous film having the following can be formed. That is, as compared with the case where a hydrophobic functional group is added separately after forming the porous film as in the conventional technique, the number of steps required to form such a porous film can be reduced. Also become.

アルコキシシラン化合物の有するアルコキシ基やアルキル基の炭素数が多くなると、アルコキシシラン化合物の重合時においてアルコキシシラン化合物間の分子間の距離が一般に長くなる。そのため多孔質膜における重合度が低く、上記空孔を除いた部分においては膜の緻密化が促進され難くなる。上述するような多孔質膜にあっては、多孔質膜の空孔率、つまり多孔質膜の誘電率が非イオン性界面活性剤ミセルの含有量によって担保されるため、空孔を除いた部分に対しては更なる空孔が必要とされない。むしろ多孔質膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基を保護したりするという観点からすれば、膜の緻密化の促進される構成が好ましい。   When the number of carbon atoms of the alkoxy group or alkyl group of the alkoxysilane compound increases, the distance between the molecules of the alkoxysilane compound generally increases during the polymerization of the alkoxysilane compound. Therefore, the degree of polymerization in the porous film is low, and the densification of the film is difficult to be promoted in the portion excluding the pores. In the porous film as described above, since the porosity of the porous film, that is, the dielectric constant of the porous film is secured by the content of the nonionic surfactant micelle, the portion excluding the pores No additional holes are required for. Rather, from the viewpoint of securing the mechanical strength of the porous membrane or protecting the hydrophobic group in the membrane, a configuration that promotes densification of the membrane is preferable.

そこで、一例では、第一のアルコキシシラン化合物はメチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプルピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランの重合体であるメチルシリケート、ジメチルジメトキシシラン、及びジメチルジエトキシシランからなる群から選択された少なくとも1つである。この場合、第一のアルコキシシラン化合物は、炭素数が1あるいは2のアルコキシ基を有するアルコキシシラン化合物であるから、空孔を除いた部分において膜の緻密化が促進されることから、多孔質膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基をより確実に保護したりすることが可能にもなる。   Therefore, in one example, the first alkoxysilane compound is methyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane. Methyl silicate, dimethyldimethoxysilane, and dimethyldiethoxysilane which are polymers of ethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane At least one selected from the group consisting of: In this case, since the first alkoxysilane compound is an alkoxysilane compound having an alkoxy group having 1 or 2 carbon atoms, the densification of the film is promoted in a portion excluding the vacancies. It is also possible to ensure the mechanical strength of the film and to more reliably protect the hydrophobic group in the film.

上述するようにアルコキシシラン化合物の有するアルコキシ基の炭素数が多くなると、アルコキシシラン化合物の重合時においてアルコキシシラン化合物間の分子間の距離が一般に長くなり、上記空孔を除いた部分においては膜の緻密化が促進され難くなる。多孔質膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基を保護したりするという観点からすれば、膜の緻密化が促進される構成が好ましい。そこで、一例では、トリアルコキシフェニルシランの各アルコキシ基が、炭素原子数が1〜4のアルコキシ基である。この場合、空孔を除いた部分において膜の緻密化が促進されることから、多孔質膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基をより確実に保護したりすることが可能にもなる。   As described above, when the number of carbon atoms of the alkoxy group of the alkoxysilane compound increases, the distance between the molecules of the alkoxysilane compound generally increases during the polymerization of the alkoxysilane compound, and in the portion excluding the vacancies, Densification is difficult to promote. From the viewpoint of securing the mechanical strength of the porous membrane or protecting the hydrophobic group in the membrane, a configuration that promotes densification of the membrane is preferable. Therefore, in one example, each alkoxy group of trialkoxyphenylsilane is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. In this case, since the densification of the membrane is promoted in the portion excluding the pores, it is possible to ensure the mechanical strength of the porous membrane and to more reliably protect the hydrophobic groups in the membrane. Also become.

多孔質膜が有する誘電率の上昇を抑えるためには、雰囲気中に存在する水分子と多孔質膜が親和性を有しないようにする、すなわち該多孔質膜の疎水性を高めることが効果的である。上記第二のアルコキシシラン化合物が有するフェニル基は疎水性であることから、これが多孔質膜に導入されることにより、該多孔質膜に疎水性が付与されることになる。また、こうして多孔質膜に導入されるフェニル基の数が多い程、該多孔質膜の疎水性の度合いが増すことにもなる。   In order to suppress the increase in the dielectric constant of the porous film, it is effective to prevent the water film present in the atmosphere from having an affinity, that is, to increase the hydrophobicity of the porous film. It is. Since the phenyl group of the second alkoxysilane compound is hydrophobic, when it is introduced into the porous membrane, the porous membrane is imparted with hydrophobicity. In addition, as the number of phenyl groups introduced into the porous membrane increases, the degree of hydrophobicity of the porous membrane increases.

他方、経験的に、多孔質膜に対して導入されるフェニル基の数の増大に伴って、その機械的強度が低下することも知られている。これは、多孔質膜の骨格となる例えばポリシロキサン骨格に炭化水素基が側鎖として多数付加されることにより、ポリシロキサン骨格の単位当たりの大きさが大きくなる、すなわち骨格がより疎らな状態になるためと考えられる。つまり、多孔質膜が有する疎水性と機械的強度との間には、いわゆるトレードオフの関係が成立する。   On the other hand, it has been empirically known that the mechanical strength of the porous film decreases as the number of phenyl groups introduced into the porous film increases. This is because, for example, by adding a large number of hydrocarbon groups as side chains to the polysiloxane skeleton that becomes the skeleton of the porous film, the size per unit of the polysiloxane skeleton increases, that is, the skeleton becomes more sparse. It is thought to be. That is, a so-called trade-off relationship is established between the hydrophobicity of the porous film and the mechanical strength.

そこで、一例では、第二のアルコキシシラン化合物の物質量は、多孔質膜の疎水性を向上させ、且つ、該多孔質膜の機械的強度を低下させない範囲、つまり、第一のアルコキシシラン化合物に含まれるケイ素の物質量の10at%より大きく且つ100at%未満の範囲に調整されている。これにより、第二のアルコキシシラン化合物によって多孔質膜に付与される疎水性を担保することと、該多孔質膜の機械的な強度の低下を抑制することとの両立を図ることができる。   Therefore, in one example, the substance amount of the second alkoxysilane compound is within a range that improves the hydrophobicity of the porous film and does not decrease the mechanical strength of the porous film, that is, the first alkoxysilane compound. It is adjusted to be in the range of more than 10 at% and less than 100 at% of the amount of silicon contained. Thereby, coexistence with ensuring the hydrophobicity provided to a porous membrane by a 2nd alkoxysilane compound and suppressing the fall of the mechanical strength of this porous membrane can be aimed at.

上記第一のアルコキシシラン化合物としてジアルキルジアルコキシシランとテトラアルコキシシランとの混合物を用いた場合、該ジアルキルアルコキシシランが有する2つのアルキル基により、当該多孔質膜の前駆体組成物を用いて形成した多孔質膜には疎水性が付与されることになる。しかしながら、ジアルキルジアルコキシシランが有するケイ素原子は、それが可能な4つの共有結合のうちの2つがアルキル基との結合に用いられていることから、上記共有結合の全てがアルコキシル基との結合に用いられているものと比較して、直鎖状のポリシロキサン骨格を形成しやすくなる。つまり、該ジアルキルジアルコキシシランを用いた場合、多孔質膜としての機械的強度が担保され難くなる。   When a mixture of a dialkyl dialkoxysilane and a tetraalkoxysilane was used as the first alkoxysilane compound, the porous film precursor composition was formed by two alkyl groups of the dialkylalkoxysilane. Hydrophobicity is imparted to the porous membrane. However, since the silicon atom of dialkyl dialkoxysilane has two of the four covalent bonds that can be used for bonding to the alkyl group, all of the above covalent bonds are bonded to the alkoxyl group. Compared to those used, it becomes easier to form a linear polysiloxane skeleton. That is, when the dialkyl dialkoxysilane is used, it is difficult to ensure the mechanical strength as the porous film.

そこで、一例では、第二のアルコキシシラン化合物は、ジアルキルジアルコキシシランの物質量の3〜5倍に調整されている。アルコキシ基をより多く有する第二のアルコキシシラン化合物の分、直鎖状のポリシロキサン骨格が形成され難くなり、ひいては、多孔質膜としての機械的強度も担保されるようになる。   Therefore, in one example, the second alkoxysilane compound is adjusted to 3 to 5 times the amount of dialkyldialkoxysilane. As the second alkoxysilane compound having more alkoxy groups, a linear polysiloxane skeleton is hardly formed, and as a result, the mechanical strength as a porous film is ensured.

本開示の別の側面は、第一のアルコキシシラン化合物と、第二のアルコキシシラン化合物と、前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上で破壊する非イオン性界面活性剤ミセルとを含む多孔質膜の前駆体組成物を用いた多孔質膜の成膜方法であって、前記多孔質膜の前駆体組成物をスピンコート法によって基板に塗布する工程と、前記多孔質膜の前駆体組成物が塗布された基板を前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度にまで昇温させる工程と、前記非イオン性界面活性剤ミセルを破壊して前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物との共重合体から除去する工程とを含む多孔質膜の成膜方法を提供する。前記第一のアルコキシシラン化合物がテトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの重合体、モノアルキルトリアルコキシシランの重合体、及びジアルキルジアルコキシシランの重合体からなる群から選択された少なくとも1つであり、前記第二のアルコキシシラン化合物がトリアルコキシフェニルシランである。   Another aspect of the present disclosure is that the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, the first alkoxysilane compound, and the second alkoxysilane compound are destroyed at a temperature higher than the copolymerization temperature. A method for forming a porous film using a porous film precursor composition containing ionic surfactant micelles, wherein the porous film precursor composition is applied to a substrate by spin coating And heating the substrate coated with the porous membrane precursor composition to a temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized, and the nonionic property Disclosed is a method for forming a porous film, which includes a step of destroying a surfactant micelle and removing it from a copolymer of the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound. . The first alkoxysilane compound is composed of tetraalkoxysilane, monoalkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane, tetraalkoxysilane polymer, monoalkyltrialkoxysilane polymer, and dialkyldialkoxysilane polymer. And the second alkoxysilane compound is trialkoxyphenylsilane.

この方法によれば、上記第1の側面と同様の作用効果が得られる。本発明の他の態様及び利点は以下の説明から明らかとなるであろう。   According to this method, the same effect as that of the first aspect can be obtained. Other aspects and advantages of the invention will become apparent from the following description.

以下、本発明に係る多孔質膜の前駆体組成物、及び該前駆体組成物を用いた多孔質膜の成膜方法を具現化した一実施の形態について説明する。
本実施の形態に係る前駆体組成物を用いて形成される多孔質膜は、多孔質の有機ケイ素酸化物膜、つまり多孔質シリカ膜であって、この多孔質シリカ膜の構造単位は、下記化学式(1)により表される(添え字a、b及びcは整数)。こうした多孔質シリカ膜は、(a)第一のアルコキシシラン化合物と、(b)第二のアルコキシシラン化合物と、(c)非イオン性界面活性剤ミセルとを含む前駆体組成物から形成される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying a porous membrane precursor composition and a porous membrane forming method using the precursor composition according to the invention will be described.
The porous film formed using the precursor composition according to the present embodiment is a porous organosilicon oxide film, that is, a porous silica film, and the structural unit of this porous silica film is as follows. It is represented by chemical formula (1) (subscripts a, b and c are integers). Such a porous silica membrane is formed from a precursor composition comprising (a) a first alkoxysilane compound, (b) a second alkoxysilane compound, and (c) a nonionic surfactant micelle. .

(a)第一のアルコキシシラン化合物
第一のアルコキシシラン化合物としては、テトラアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの重合体、及びジアルキルジアルコキシシランの重合体からなる群から選択された少なくとも1つが含まれる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、及びプロポキシ基を採用することが好ましく、これらの組み合わせも任意である。アルキル基としては、メチル基、エチル基、及びプロピル基を採用することが好ましく、これらの組み合わせも任意である。こうした第一のアルコキシシラン化合物には、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルシリケート、ジメチルジメトキシシラン、及びジメチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプルピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランが挙げられる。なお、上記メチルシリケートとはテトラメトキシシランの多量体であって、例えばテトラメトキシシランの4量体のことである(化学式(2)参照)。
(A) First alkoxysilane compound The first alkoxysilane compound is at least selected from the group consisting of tetraalkoxysilane, dialkyldialkoxysilane, tetraalkoxysilane polymer, and dialkyldialkoxysilane polymer. One is included. As an alkoxy group, it is preferable to employ | adopt a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group, and these combinations are also arbitrary. As the alkyl group, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group are preferably employed, and combinations thereof are also arbitrary. Such first alkoxysilane compounds include, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyl silicate, dimethyldimethoxysilane, and dimethyldiethoxysilane, methyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyl. Examples include trimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane. The methyl silicate is a tetramethoxysilane multimer, for example, a tetramethoxysilane tetramer (see chemical formula (2)).

第一のアルコキシシラン化合物では、それを構成する単量体、あるいは重合体の2以上の分子間にてシラノール縮重合反応が起こることにより、上記化学式(1)の一部分として示されるポリシロキサン骨格(下記化学式(3)参照)が形成される。   In the first alkoxysilane compound, a polysiloxane skeleton represented as a part of the above chemical formula (1) is obtained by causing a silanol condensation polymerization reaction between two or more molecules of the monomer or polymer constituting the compound. The chemical formula (3) below is formed.

(b)第二のアルコキシシラン化合物
第二のアルコキシシラン化合物は、3つのアルコキシ基(OR-)と1つのフェニル基(C-)とがケイ素に結合したトリアルコキシフェニルシランであり、下記化学式(4)により表される。
(B) a second alkoxysilane compound second alkoxysilane compound has three alkoxy groups (OR-) with one phenyl group (C 6 H 5 -) and are trialkoxy phenylsilane bonded to silicon, It is represented by the following chemical formula (4).

各アルコキシ基が有する炭素原子数は1〜4が好ましく、この範囲であれば上記3つのアルコキシ基の組み合わせも任意である。また、第二のアルコキシシラン化合物は単独で用いられる他、二種類以上が併用されてもよい。こうした第二のアルコキシシラン化合物としては、例えばトリメトキシフェニルシラン、トリエトキシフェニルシラン、トリプロポキシフェニルシラン、トリブトキシフェニルシラン等が挙げられる。   As for the number of carbon atoms which each alkoxy group has, 1-4 are preferable, and if it is this range, the combination of the said 3 alkoxy group is also arbitrary. Moreover, the 2nd alkoxysilane compound is used independently, and 2 or more types may be used together. Examples of such a second alkoxysilane compound include trimethoxyphenylsilane, triethoxyphenylsilane, tripropoxyphenylsilane, and tributoxyphenylsilane.

第二のアルコキシシラン化合物では、二以上の分子間にて脱アルコール縮重合反応が起こることにより、上記化学式(1)の一部分として示される骨格、つまりケイ素とフェニル基とを構造単位に含む骨格(下記化学式(5)を参照)が形成される。そして、第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物との間において、2以上の分子間にて脱アルコールアルコール縮重合反応が起こることにより、上記化学式(1)を構造単位とする骨格が形成される。   In the second alkoxysilane compound, a dealcoholization polycondensation reaction occurs between two or more molecules, whereby a skeleton represented as a part of the chemical formula (1), that is, a skeleton containing a silicon and a phenyl group as a structural unit ( (See chemical formula (5) below). Then, a dealcohol alcohol condensation polymerization reaction occurs between two or more molecules between the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound, so that a skeleton having the chemical formula (1) as a structural unit is formed. It is formed.

(c)非イオン性界面活性剤ミセル
非イオン性界面活性剤、つまり非イオン性の親水基を持つ界面活性剤としては、例えば、一般にポリエチレングリコール型と呼ばれる、アルキルポリオキシエチレンエーテル、脂肪酸ポリオキシエチレンエステル、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタンエステル、ポリプロピレングリコールポリオキシエチレン付加体等が用いられる。また、一般に多価アルコール型と呼ばれる、脂肪酸ソルビタンエステル、脂肪酸ショ糖エステル、脂肪酸ポリグリセリンエステル等も用いることが可能である。
(C) Nonionic surfactant micelle Nonionic surfactant, that is, a surfactant having a nonionic hydrophilic group, includes, for example, an alkyl polyoxyethylene ether, a fatty acid polyoxy, generally called polyethylene glycol type Ethylene ester, fatty acid polyoxyethylene sorbitan ester, polypropylene glycol polyoxyethylene adduct and the like are used. In addition, fatty acid sorbitan esters, fatty acid sucrose esters, fatty acid polyglycerol esters, and the like, which are generally called polyhydric alcohol types, can also be used.

こうした非イオン性界面活性剤は、(a)第一のアルコキシシラン化合物や(b)第二のアルコキシシラン化合物等が溶解した非水系溶媒中において、分子間での疎水性相互作用により会合し、該分子の疎水基側の末端を中心として且つ、親水基によって外表面を形成する球状の構造体であるミセルを形成している。なお、非イオン性界面活性剤ミセルは、第一のアルコキシシラン化合物や第二のアルコキシシラン化合物が共重合する温度以上になると構造的に破壊されるといった温度特性を有する。   These nonionic surfactants are associated by hydrophobic interaction between molecules in a non-aqueous solvent in which (a) the first alkoxysilane compound, (b) the second alkoxysilane compound, etc. are dissolved, A micelle, which is a spherical structure that forms an outer surface with a hydrophilic group, is formed around the end of the molecule on the hydrophobic group side. The nonionic surfactant micelle has a temperature characteristic that it is structurally destroyed when the temperature exceeds the temperature at which the first alkoxysilane compound or the second alkoxysilane compound is copolymerized.

そして第一のアルコキシシラン化合物や第二のアルコキシシラン化合物等が溶解した非水系溶媒内にミセルが形成されていると、これとの静電的な相互作用により、第一のアルコキシシラン化合物や第二のアルコキシシラン化合物が該ミセルの周囲に集合する。このように第一のアルコキシシラン化合物や第二のアルコキシシラン化合物がミセルの周囲に集合した状態で上述のような縮重合反応が進行すると、第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物との共重合体がミセルを囲うように形成される。そして第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物との共重合体からミセルが取り除かれると、ミセルの存在した領域に空孔が形成されることになる。そのため、こうして形成される空孔の直径は非イオン性界面活性剤の分子量に比例するものであることから、空孔径をより大きくしたい場合にはより大きい分子量の界面活性剤を選択すればよく、他方空孔径をより小さくしたい場合にはより小さい分子量の界面活性剤を選択すればよい。   If micelles are formed in the non-aqueous solvent in which the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, etc. are dissolved, the first alkoxysilane compound and the second Two alkoxysilane compounds collect around the micelles. When the polycondensation reaction as described above proceeds with the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound gathered around the micelle in this way, the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound Is formed so as to surround the micelle. When micelles are removed from the copolymer of the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound, voids are formed in the region where the micelles are present. Therefore, since the diameter of the vacancies thus formed is proportional to the molecular weight of the nonionic surfactant, it is sufficient to select a surfactant having a higher molecular weight when it is desired to increase the vacancy diameter. On the other hand, when it is desired to reduce the pore diameter, a surfactant having a smaller molecular weight may be selected.

(d)非水系溶媒
上記前駆体組成物には、上述の第一のアルコキシシラン化合物、第二のアルコキシシラン化合物、及び非イオン性界面活性剤ミセルの他、これらを溶解するための非水系溶媒が用いられている。非水系溶媒としては、アルコール系、アセトン系、エーテル系、及びエステル系であって、上述の重合反応が進行する前に、あるいは進行するときに非水系溶媒が前駆体組成物から除去されるべく、その沸点が75℃より大きく130℃未満である溶媒を用いることができる。こうした溶媒としては、例えば、アルコール系に属するエタノール(沸点:78.4℃)、アセトン系に属するメチルエチルケトン(沸点:79.6℃)とメチルイソブチルケトン(沸点:116.8℃)とメチル−ノルマルブチルケトン(沸点:127℃)、エーテル系に属する1,4−ジオキサン(沸点:101.1℃)、及びエステル系に属する酢酸イソブチル(沸点:118℃)と酢酸ノルマル−プロピル(沸点:102℃)、酢酸ノルマル−ブチル(沸点:125−126℃)を用いることができる。
(D) Non-aqueous solvent In the precursor composition, in addition to the above-mentioned first alkoxysilane compound, second alkoxysilane compound, and nonionic surfactant micelle, a non-aqueous solvent for dissolving them Is used. Examples of the non-aqueous solvent include alcohol-based, acetone-based, ether-based, and ester-based solvents, and the non-aqueous solvent should be removed from the precursor composition before or when the above polymerization reaction proceeds. A solvent having a boiling point higher than 75 ° C. and lower than 130 ° C. can be used. Examples of such a solvent include ethanol (boiling point: 78.4 ° C.) belonging to alcohol, methyl ethyl ketone (boiling point: 79.6 ° C.), methyl isobutyl ketone (boiling point: 116.8 ° C.), and methyl-normal belonging to acetone. Butyl ketone (boiling point: 127 ° C.), 1,4-dioxane (boiling point: 101.1 ° C.) belonging to ether type, and isobutyl acetate (boiling point: 118 ° C.) and normal-propyl acetate (boiling point: 102 ° C.) belonging to ester type ), Normal-butyl acetate (boiling point: 125-126 ° C.).

(e)反応触媒
上記前駆体組成物には、これら各種化合物に加えて、上記第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物との縮重合反応を促進させる触媒や重合開始温度を調整するための触媒を反応触媒として用いることが可能である。反応触媒としては、酸触媒あるいは塩基触媒を用いることができ、その例として希硝酸あるいは水酸化トリエチルアンモニウムが挙げられる。なお、反応触媒として希硝酸を加えたことに起因する前駆体組成物の酸性化は、水酸化トリメチルアンモニウム等のアルカリを添加することにより中和するようにしてもよい。また、反応触媒として水酸化トリエチルアンモニウムを加えたことに起因する前駆体組成物の塩基性化は、希硝酸等の酸を添加することにより中和するようにしてもよい。
(E) Reaction catalyst In the precursor composition, in addition to these various compounds, a catalyst for promoting a polycondensation reaction between the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound and a polymerization start temperature are adjusted. It is possible to use a catalyst for this as a reaction catalyst. As the reaction catalyst, an acid catalyst or a base catalyst can be used, and examples thereof include dilute nitric acid or triethylammonium hydroxide. In addition, you may make it neutralize the acidification of the precursor composition resulting from adding dilute nitric acid as a reaction catalyst by adding alkalis, such as a trimethyl ammonium hydroxide. The basification of the precursor composition resulting from the addition of triethylammonium hydroxide as a reaction catalyst may be neutralized by adding an acid such as dilute nitric acid.

上記構成からなる前駆体組成物であれば、非水系溶媒の沸点付近に前駆体組成物が加熱されると、前駆体組成物に含まれる非水系溶媒の蒸発が促進されて、第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが非イオン性界面活性剤ミセルの周囲に集合するようになる。さらに第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合を開始する温度にまで前駆体組成物が加熱されると、ポリシロキサン骨格を主骨格とする有機シリコン酸化物膜が形成されて、該有機シリコン酸化膜中に非イオン性界面活性剤ミセルが含まれるようになる。そして第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上に前駆体組成物が加熱されると、有機シリコン酸化物膜に含まれる非イオン性界面活性剤ミセルが破壊されて、同ミセルの占有した空間に空孔が形成されるようになる。そのためポリシロキサン骨格を主骨格とする多孔質シリカ膜の空孔率、つまり比誘電率が非界面活性剤ミセルの含有量によって規定されるようになる。   In the case of the precursor composition having the above structure, when the precursor composition is heated near the boiling point of the non-aqueous solvent, evaporation of the non-aqueous solvent contained in the precursor composition is promoted, and the first alkoxy The silane compound and the second alkoxysilane compound gather around the nonionic surfactant micelle. Further, when the precursor composition is heated to a temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound start copolymerization, an organic silicon oxide film having a polysiloxane skeleton as a main skeleton is formed. Accordingly, nonionic surfactant micelles are included in the organic silicon oxide film. When the precursor composition is heated above the temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized, the nonionic surfactant micelles contained in the organic silicon oxide film are destroyed. Thus, holes are formed in the space occupied by the micelle. Therefore, the porosity of the porous silica film having a polysiloxane skeleton as the main skeleton, that is, the relative dielectric constant, is defined by the content of the non-surfactant micelle.

この際、フェニル基を有した有機二ケイ素化合物を第二のアルコキシシラン化合物として用いるようにしているため、多孔質シリカ膜の表層は当然のことながら、三次元的な主骨格であるポリシロキサン骨格中にもフェニル基が含まれることになる。つまり、多孔質シリカ膜を構成するポリシロキサン骨格に含まれるようなかたちでフェニル基が付与されることになる。そして多孔質シリカ膜の全体に渡り疎水性の高いフェニル基が付与されることとなる。その結果、多孔質シリカ膜に対してドライエッチング処理が適用される場合であっても、エッチング後の凹部を通して露出する空孔の内表面が疎水性の高いフェニル基を有することとなる。またポリシロキサン骨格に囲まれるようなフェニル基にはエッチャントが到達し難くなるため、エッチング後の形状如何に関わらず、上記のようなフェニル基を空孔の内表面が保持できることになる。さらにまたエッチャントによるフェニル基の解離が仮に進行するとしても、フェニル基の有する疎水性がアルキル基の有する疎水性よりもそもそも高いため、同フェニル基の解離がアルキル基の解離と同程度進行するのであれば、アルキル基を疎水基とする構成と比較して多孔質膜の疎水性を保持し易くもなる。よって、多孔質シリカ膜における疎水性の低下が抑制でき、多孔質シリカ膜の誘電率がその加工後に増大することを抑制できる。   At this time, since an organic disilicon compound having a phenyl group is used as the second alkoxysilane compound, the surface layer of the porous silica film is naturally a polysiloxane skeleton which is a three-dimensional main skeleton. A phenyl group is also contained inside. That is, the phenyl group is added in such a manner as to be included in the polysiloxane skeleton constituting the porous silica film. And the highly hydrophobic phenyl group will be provided over the whole porous silica film. As a result, even when dry etching is applied to the porous silica film, the inner surface of the void exposed through the recessed portion after etching has a highly hydrophobic phenyl group. In addition, since it is difficult for the etchant to reach the phenyl group surrounded by the polysiloxane skeleton, the above-described phenyl group can be held on the inner surface of the hole regardless of the shape after the etching. Furthermore, even if the dissociation of the phenyl group by the etchant proceeds, since the hydrophobicity of the phenyl group is higher than the hydrophobicity of the alkyl group, the dissociation of the phenyl group proceeds to the same extent as the dissociation of the alkyl group. If it exists, it becomes easy to maintain the hydrophobicity of a porous membrane compared with the structure which uses an alkyl group as a hydrophobic group. Therefore, a decrease in hydrophobicity in the porous silica film can be suppressed, and an increase in the dielectric constant of the porous silica film after the processing can be suppressed.

ちなみに、多孔質シリカ膜の骨格となるポリシロキサン骨格の末端に結合したアルコキシ基を修飾するために、上記前駆体組成物にヘキサメチルジシロキサンを添加してもよい。また、該多孔質シリカ膜が有する疎水性を調整するために、例えばテトラメチルシクロテトラシロキサンやオクタメチルシクロテトラシロキサン等の環状分子を添加してもよい。これら分子は、開環重合してポリシロキサン骨格中に含まれることで、1分子につき4つあるいは8つの炭化水素基を該ポリシロキサン骨格に付加可能であることから、多孔質シリカ膜の疎水性を向上させることができる。   Incidentally, hexamethyldisiloxane may be added to the precursor composition in order to modify the alkoxy group bonded to the terminal of the polysiloxane skeleton that becomes the skeleton of the porous silica film. Further, in order to adjust the hydrophobicity of the porous silica film, for example, a cyclic molecule such as tetramethylcyclotetrasiloxane or octamethylcyclotetrasiloxane may be added. Since these molecules are included in the polysiloxane skeleton by ring-opening polymerization, it is possible to add 4 or 8 hydrocarbon groups per molecule to the polysiloxane skeleton. Can be improved.

なお、アルコキシシラン化合物の有するアルコキシ基やアルキル基の炭素原子数が多くなると、アルコキシルシラン化合物間の分子間の距離が一般に長くなって、上記空孔を除いた部分においては膜の緻密化が促進され難くなる。上述するような多孔質シリカ膜にあっては、多孔質シリカ膜の空孔率、つまり多孔質シリカ膜の誘電率が非界面活性剤ミセルの含有量によって担保されるため、空孔を除いた部分に対しては更なる空孔が必要とされない。むしろ多孔質シリカ膜の硬さを確保したり膜中の疎水基を保護したりするという観点からすれば、膜の緻密化が促進される構成が好ましい。このような点から、第一のアルコキシシラン化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランの重合体であるメチルシリケート、ジメチルジメトキシシラン、及びジメチルジエトキシシランが好ましい。また第二のアルコキシシラン化合物におけるアルコキシル基も、炭素数が1〜4のアルコキシル基が好ましい。これらの構成によれば、空孔を除いた部分において膜の緻密化が促進されることから、多孔質シリカ膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基をより確実に保護したりすることが可能にもなる。   In addition, when the number of carbon atoms in the alkoxy group or alkyl group of the alkoxysilane compound increases, the intermolecular distance between the alkoxylsilane compounds generally becomes longer, and the densification of the film is promoted in the portion excluding the vacancies. It becomes difficult to be done. In the porous silica film as described above, since the porosity of the porous silica film, that is, the dielectric constant of the porous silica film is secured by the content of the non-surfactant micelles, the pores were excluded. No additional holes are required for the part. Rather, from the viewpoint of securing the hardness of the porous silica film or protecting the hydrophobic group in the film, a configuration in which the densification of the film is promoted is preferable. From this point, the first alkoxysilane compound is preferably tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, or a polymer of tetramethoxysilane, methyl silicate, dimethyldimethoxysilane, or dimethyldiethoxysilane. The alkoxyl group in the second alkoxysilane compound is also preferably an alkoxyl group having 1 to 4 carbon atoms. According to these structures, since the densification of the film is promoted in the portion excluding the pores, the mechanical strength of the porous silica film can be ensured or the hydrophobic groups in the film can be more reliably protected. It becomes possible to do.

また前駆体組成物における第一のアルコキシシラン化合物のSi原子組成比百分率は、主骨格であるポリシロキサン骨格の三次元的な広がりが大きく、多孔質シリカ膜の機械的な硬さの指標となるヤング率が高くなる観点から、30at%以上、92at%以下が好ましく、特に44at%以上、87at%以下がより好ましい。   In addition, the Si atom composition ratio percentage of the first alkoxysilane compound in the precursor composition has a large three-dimensional spread of the polysiloxane skeleton, which is the main skeleton, and is an indicator of the mechanical hardness of the porous silica film. From the viewpoint of increasing the Young's modulus, it is preferably 30 at% or more and 92 at% or less, and more preferably 44 at% or more and 87 at% or less.

また前駆体組成物における第二のアルコキシシラン化合物のSi原子組成百分率も、上記の観点から、5at%以上、50at%以下が好ましく、特に8at%以上、46at%以下がより好ましい。   In addition, the Si atom composition percentage of the second alkoxysilane compound in the precursor composition is preferably 5 at% or more and 50 at% or less from the above viewpoint, and more preferably 8 at% or more and 46 at% or less.

さらに第一のアルコキシシラン化合物としてテトラメトキシシランを用い且つ、第二のアルコキシシラン化合物としてトリエトキシフェニルシランを用いる場合であれば、テトラメトキシシランのSi原子組成百分率が44at%以上、87at%以下であって、トリエトキシフェニルシランのSi原子組成百分率が13at%以上、46at%以下であることが好ましい。これは、テトラメトキシシラン間の重合開始温度と、トリエトキシフェニルシラン間の重合開始温度と、テトラメトキシシランとトリエトキシフェニルシランとの共重合開始温度との差が大きく、ポリシロキサン骨格の構造を温度によって調整できる観点において極めて好ましい。   Further, when tetramethoxysilane is used as the first alkoxysilane compound and triethoxyphenylsilane is used as the second alkoxysilane compound, the Si atom composition percentage of tetramethoxysilane is 44 at% or more and 87 at% or less. And it is preferable that the Si atom composition percentage of triethoxyphenylsilane is 13 at% or more and 46 at% or less. This is because the difference between the polymerization initiation temperature between tetramethoxysilane, the polymerization initiation temperature between triethoxyphenylsilane, and the copolymerization initiation temperature between tetramethoxysilane and triethoxyphenylsilane is large, and the structure of the polysiloxane skeleton is This is extremely preferable from the viewpoint of adjustment by temperature.

次に、上記多孔質シリカ膜の前駆体組成物の作製方法、及びこの前駆体組成物を用いた多孔質シリカ膜の成膜方法について説明する。
上記(d)非水系溶媒のいずれかに、(a)第一のアルコキシシラン化合物、(b)第二のアルコキシシラン化合物、及び(c)非イオン性界面活性剤ミセルとの比を上述した至適の割合となるように混合し、例えば25℃で30分間攪拌する。次いで、(e)反応触媒である酸触媒若しくは塩基触媒を加え、例えば25℃で3時間攪拌する。その後、この酸触媒を中和するアルカリ、若しくは塩基触媒を中和する酸を加えて例えば24時間攪拌することにより、上記多孔質膜の前駆体組成物を得ることができる。前駆体組成物は常温において液体であることが好ましい。
Next, a method for producing a precursor composition of the porous silica film and a method for forming a porous silica film using the precursor composition will be described.
The ratio of (a) the first alkoxysilane compound, (b) the second alkoxysilane compound, and (c) the nonionic surfactant micelle is described above in any of the above (d) non-aqueous solvents. Mix in an appropriate ratio and stir at 25 ° C. for 30 minutes, for example. Next, (e) an acid catalyst or a base catalyst, which is a reaction catalyst, is added and, for example, stirred at 25 ° C. for 3 hours. Then, the precursor composition of the said porous membrane can be obtained by adding the alkali which neutralizes this acid catalyst, or the acid which neutralizes a base catalyst, and stirring for 24 hours, for example. The precursor composition is preferably liquid at room temperature.

次に、こうして作製した前駆体組成物を成膜対象に塗布する。例えば成膜対象であるシリコン基板等に例えば1200rpmの条件でスピンコート法により前駆体組成物を塗布する。この基板に塗布された前駆体組成物からなる膜内では、非イオン性界面活性剤ミセルが形成されており、各ミセル粒子の周囲には、第一のアルコキシシラン化合物や第二のアルコキシシラン化合物が集合している。   Next, the precursor composition thus prepared is applied to a film formation target. For example, the precursor composition is applied to a silicon substrate, which is a film formation target, by a spin coat method under the condition of 1200 rpm, for example. Nonionic surfactant micelles are formed in the film made of the precursor composition applied to the substrate, and the first alkoxysilane compound or the second alkoxysilane compound is formed around each micelle particle. Are gathering.

次いで、基板に塗布された前駆体組成物から非水系溶媒を除去する。例えば前駆体組成物が塗布された基板を真空雰囲気にて加熱し、例えば35秒間で350℃にまで昇温して前駆体組成物の非水系溶媒を揮発させる。基板を加熱する時間としては、前駆体組成物が含有する非水系溶媒を揮発可能な時間に設定すればよい。   Next, the non-aqueous solvent is removed from the precursor composition applied to the substrate. For example, the substrate coated with the precursor composition is heated in a vacuum atmosphere, and the temperature is raised to 350 ° C., for example, for 35 seconds to volatilize the non-aqueous solvent of the precursor composition. The time for heating the substrate may be set to a time during which the non-aqueous solvent contained in the precursor composition can be volatilized.

続いて、非水系溶媒の蒸発とともに、あるいは非水系溶媒の蒸発後に、第一のアルコキシシラン化合物の重合、第二のアルコキシシラン化合物の重合、及び第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物との共重合を開始する。例えば基板に対し外部から熱が与えられ、その温度が350℃程度にまで達するとき、前駆体組成物内の第一のアルコキシシラン化合物及び第二のアルコキシシラン化合物にも熱のエネルギーが付与され、第一のアルコキシシラン化合物の重合、第二のアルコキシシラン化合物の重合、及び第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物との共重合が進行するようになる。ちなみに、これらの反応においては上記反応触媒がこうした反応を促進させる。また、加熱により非水系溶媒が完全に蒸発すると、ポリシロキサン骨格からなる有機ケイ素酸化物によって囲まれたミセルはその位置に残存する。   Subsequently, with the evaporation of the non-aqueous solvent or after the evaporation of the non-aqueous solvent, the polymerization of the first alkoxysilane compound, the polymerization of the second alkoxysilane compound, and the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound Copolymerization with is started. For example, when heat is applied to the substrate from the outside and the temperature reaches about 350 ° C., heat energy is also given to the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound in the precursor composition, Polymerization of the first alkoxysilane compound, polymerization of the second alkoxysilane compound, and copolymerization of the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound proceed. Incidentally, in these reactions, the reaction catalyst promotes such reactions. When the non-aqueous solvent is completely evaporated by heating, the micelle surrounded by the organosilicon oxide composed of the polysiloxane skeleton remains at that position.

そして、アルコキシシラン化合物の重合開始とともに、あるいはアルコキシシラン化合物の重合後に、非イオン性界面活性剤ミセルの除去を開始する。例えば重合条件と同一の温度下且つ真空雰囲気下で、照度が40mW/cm等の条件にて例えば172nmの紫外線を20秒間照射し、基板上に塗布された非イオン性界面活性剤を除去する。つまり、紫外線の照射時間としては、基板上の非イオン性界面活性剤を除去可能な時間を設定することができる。このように基板に紫外線照射が実施されると、非イオン性界面活性剤の会合状態、あるいは非イオン性界面活性剤そのものが紫外線によって破壊され、これにより非イオン性界面活性剤ミセルが基板上から除去される。なお、これら加熱処理及び紫外線照射処理は、真空雰囲気に限らず、窒素雰囲気あるいは酸素含有雰囲気等にて実施することも可能である。また、紫外線照射処理の完了によって多孔質シリカ膜が形成された後に、該多孔質シリカ膜の表面をヘキサメチルジシラザンの蒸気に曝すことで、多孔質シリカ膜の表面をシリル化する処理を更に実施するようにしてもよい。Then, with the start of polymerization of the alkoxysilane compound or after the polymerization of the alkoxysilane compound, removal of the nonionic surfactant micelles is started. For example, under the same temperature as the polymerization conditions and in a vacuum atmosphere, irradiation with, for example, 172 nm ultraviolet rays for 20 seconds is performed under conditions such as illuminance of 40 mW / cm 2 to remove the nonionic surfactant applied on the substrate. . That is, as the ultraviolet irradiation time, a time during which the nonionic surfactant on the substrate can be removed can be set. When the substrate is irradiated with ultraviolet rays in this way, the association state of the nonionic surfactant or the nonionic surfactant itself is destroyed by the ultraviolet rays, so that the nonionic surfactant micelles are removed from the substrate. Removed. Note that these heat treatment and ultraviolet irradiation treatment are not limited to a vacuum atmosphere, and can be performed in a nitrogen atmosphere or an oxygen-containing atmosphere. In addition, after the porous silica film is formed by the completion of the ultraviolet irradiation treatment, the surface of the porous silica film is further silylated by exposing the surface of the porous silica film to vapor of hexamethyldisilazane. You may make it implement.

[実施例]
上記各種化合物を用いて多孔質シリカ膜の前駆体組成物を作製し、これを基板の表面に塗布して実施例の多孔質シリカ膜を形成した。その後、該実施例の多孔質シリカ膜の誘電率、及び機械的強度の指標となるヤング率を測定するとともに、多孔質シリカ膜に反応性ドライエッチング処理を施した後の誘電率も測定した。
[Example]
A porous silica film precursor composition was prepared using the various compounds described above, and applied to the surface of the substrate to form the porous silica film of the example. Thereafter, the dielectric constant of the porous silica film of the example and the Young's modulus, which is an index of mechanical strength, were measured, and the dielectric constant after the reactive dry etching treatment was performed on the porous silica film was also measured.

前駆体組成物の作製においてはまず、上記第一のアルコキシシラン化合物、第二のアルコキシシラン化合物、及び非イオン性界面活性剤を非水系溶媒に添加し、25℃で30分間攪拌した。次いで、酸触媒を加えて25℃で3時間攪拌した後、酸触媒を中和するアルカリを加えて24時間攪拌した。   In preparing the precursor composition, first, the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the nonionic surfactant were added to a non-aqueous solvent and stirred at 25 ° C. for 30 minutes. Next, an acid catalyst was added and stirred at 25 ° C. for 3 hours, and then an alkali neutralizing the acid catalyst was added and stirred for 24 hours.

このように作製した前駆体組成物により多孔質シリカ膜を成膜する際には、まず、1200rpmの条件で該前駆体組成物をシリコン基板表面にスピンコートした。この前駆体組成物が塗布された基板を真空雰囲気下に載置し、その温度を35秒間で350℃にまで昇温した。次いで、照度が40mW/cmであって且つ、172nmの波長を有する紫外線を350℃で20秒間照射した。When forming a porous silica film with the precursor composition thus prepared, first, the precursor composition was spin-coated on the surface of the silicon substrate under the condition of 1200 rpm. The substrate coated with this precursor composition was placed in a vacuum atmosphere, and the temperature was raised to 350 ° C. in 35 seconds. Next, ultraviolet rays having an illuminance of 40 mW / cm 2 and a wavelength of 172 nm were irradiated at 350 ° C. for 20 seconds.

こうして形成した多孔質シリカ膜の膜厚をエリプソメータで測定し、水銀プローブ法を用いて測定したC−V特性から比誘電率を算出した。他方、該多孔質シリカ膜のヤング率は、ナノインデンタ(ナノインスツルメント社製)により測定した。   The film thickness of the porous silica film thus formed was measured with an ellipsometer, and the relative dielectric constant was calculated from the CV characteristics measured using the mercury probe method. On the other hand, the Young's modulus of the porous silica film was measured with a nanoindenter (manufactured by Nanoinstrument).

そして、以下に示す条件にて上記多孔質シリカ膜にドライエッチング処理を施した。なお、該処理には、誘導結合プラズマによるプラズマエッチングを実施する装置を用いた。
・エッチングガス CF(90sccm)、Ar(10sccm)
・エッチングガスの全圧 1.0Pa
・アンテナパワー 800W
・バイアスパワー 500W
上記条件でのドライエッチング処理の後、多孔質シリカ膜の膜厚を測定するとともに、非誘電率を算出した。なお、多孔質シリカ膜の膜厚測定の方法と比誘電率の算出方法は、該多孔質シリカ膜の成膜後と同様とした。
And the said porous silica film | membrane was dry-etched on the conditions shown below. Note that an apparatus that performs plasma etching using inductively coupled plasma was used for the treatment.
Etching gas CF 4 (90 sccm), Ar (10 sccm)
・ Total pressure of etching gas 1.0Pa
・ Antenna power 800W
・ Bias power 500W
After the dry etching process under the above conditions, the thickness of the porous silica film was measured and the non-dielectric constant was calculated. The method for measuring the thickness of the porous silica film and the method for calculating the relative dielectric constant were the same as those after the formation of the porous silica film.

[実施例1]
上記(a)〜(e)に示される各種化合物、及び(f)pH調整剤を以下のように配合で混合して上記多孔質シリカ膜の前駆体組成物を作製した。
(a)第一のアルコキシシラン化合物:テトラエトキシシラン 0.024mol
(b)第二のアルコキシシラン化合物:トリメトキシフェニルシラン 0.0036mol
(c)非イオン性界面活性剤:エパン450(商品名:第一工業製薬株式会社製、化学式(6)参照) 0.0007mol
[Example 1]
Various compounds shown in the above (a) to (e) and (f) a pH adjuster were mixed by blending as follows to prepare the precursor composition of the porous silica film.
(A) First alkoxysilane compound: tetraethoxysilane 0.024 mol
(B) Second alkoxysilane compound: trimethoxyphenylsilane 0.0036 mol
(C) Nonionic surfactant: Epan 450 (trade name: manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., see chemical formula (6)) 0.0007 mol

(d)非水系溶媒:エタノール 22.0ml
(e)反応触媒:硝酸溶液(0.5%) 15.8g
(f)pH調整剤:水酸化トリメチルアンモニウム/プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液 0.00006mol/62.0ml
なお、上記前駆体組成物における上記テトラエトキシシランのSi原子組成比百分率は、87at%であるとともに、同前駆体組成物における上記トリメトキシフェニルシランのSi原子組成比百分率は13at%である。
(D) Non-aqueous solvent: ethanol 22.0 ml
(E) Reaction catalyst: nitric acid solution (0.5%) 15.8 g
(F) pH adjuster: trimethylammonium hydroxide / propylene glycol monomethyl ether solution 0.00006 mol / 62.0 ml
In addition, while the Si atom composition ratio percentage of the said tetraethoxysilane in the said precursor composition is 87 at%, Si atom composition ratio percentage of the said trimethoxyphenylsilane in the same precursor composition is 13 at%.

上記前駆体組成物を用いて多孔質シリカ膜を形成した後、その膜厚、比誘電率、及びヤング率を測定したところ、膜厚が151nm、比誘電率が2.1、ヤング率が6.0GPaであった。また、上述の条件にて該多孔質シリカ膜にドライエッチング処理を施した後に膜厚及び比誘電率を測定したところ、膜厚が103nm、比誘電率が2.7であった。つまり、ドライエッチング処理の実施により、多孔質シリカ膜の比誘電率が0.7上昇することが認められた。   After forming a porous silica film using the precursor composition, the film thickness, relative dielectric constant, and Young's modulus were measured. The film thickness was 151 nm, the relative dielectric constant was 2.1, and the Young's modulus was 6 0.0 GPa. Further, when the porous silica film was dry-etched under the above conditions and the film thickness and relative dielectric constant were measured, the film thickness was 103 nm and the relative dielectric constant was 2.7. That is, it was recognized that the dielectric constant of the porous silica film was increased by 0.7 by performing the dry etching process.

[実施例2]
上記(a)〜(e)に示される各種化合物、及び(f)pH調整剤を以下のように配合で混合して上記多孔質シリカ膜の前駆体組成物を作製した。
(a-1)第一のアルコキシシラン化合物:テトラエトキシシラン 0.0024mol
(a-2)第一のアルコキシシラン化合物:メチルシリケート 0.0084mol
(b)第二のアルコキシシラン化合物:トリエトキシフェニルシラン 0.0054mol
(c)非イオン性界面活性剤:エパン450(商品名:第一工業製薬株式会社製、化学式(6)参照) 0.0009mol
(d)非水系溶媒:エタノール 33.0ml
(e)反応触媒:硝酸溶液(0.5%) 8.31g
(f)pH調整剤:水酸化トリメチルアンモニウム/プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液 0.00009mol/93.0ml
なお、テトラエトキシシランのSi原子組成比百分率は、15at%であるメチルシリケートのSi原子組成比百分率は、52at%であるとともに、同前駆体組成物における上記トリエトキシフェニルシランのSi原子組成比百分率は33at%である。
[Example 2]
Various compounds shown in the above (a) to (e) and (f) a pH adjuster were mixed by blending as follows to prepare the precursor composition of the porous silica film.
(A-1) First alkoxysilane compound: tetraethoxysilane 0.0024 mol
(A-2) First alkoxysilane compound: methyl silicate 0.0084 mol
(B) Second alkoxysilane compound: triethoxyphenylsilane 0.0054 mol
(C) Nonionic surfactant: Epan 450 (trade name: manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., see chemical formula (6)) 0.0009 mol
(D) Non-aqueous solvent: ethanol 33.0 ml
(E) Reaction catalyst: nitric acid solution (0.5%) 8.31 g
(F) pH adjuster: trimethylammonium hydroxide / propylene glycol monomethyl ether solution 0.00009 mol / 93.0 ml
In addition, the Si atom composition ratio percentage of tetraethoxysilane is 15 at%, the Si atom composition ratio percentage of methyl silicate is 52 at%, and the Si atom composition ratio percentage of the triethoxyphenylsilane in the same precursor composition. Is 33 at%.

上記前駆体組成物を用いて多孔質シリカ膜を形成した後、その膜厚、比誘電率、及びヤング率を測定したところ、膜厚が202nm、比誘電率が2.0、ヤング率が5.5GPaであった。また、上述の条件にて該多孔質シリカ膜にドライエッチング処理を施した後に膜厚及び比誘電率を測定したところ、膜厚が110nm、比誘電率が3.0であった。つまり、ドライエッチング処理の実施により、多孔質シリカ膜の比誘電率は1.0上昇した。   After forming a porous silica film using the precursor composition, the film thickness, relative dielectric constant, and Young's modulus were measured. The film thickness was 202 nm, the relative dielectric constant was 2.0, and the Young's modulus was 5 It was 5 GPa. Further, when the porous silica film was dry-etched under the above conditions and the film thickness and relative dielectric constant were measured, the film thickness was 110 nm and the relative dielectric constant was 3.0. That is, the dielectric constant of the porous silica film increased by 1.0 due to the dry etching process.

[実施例3]
上記(a)〜(e)に示される各種化合物、及び(f)pH調整剤を以下のように配合で混合して上記多孔質シリカ膜の前駆体組成物を作製した。
(a-1)第一のアルコキシシラン化合物:テトラエトキシシラン 0.019mol
(a-2)第一のアルコキシシラン化合物:ジメチルジエトキシシラン 0.005mol(b)第二のアルコキシシラン化合物:トリメトキシフェニルシラン 0.015mol
(c)非イオン性界面活性剤:エパン450(商品名:第一工業製薬株式会社製、化学式(6)参照) 0.0010mol
(d)非水系溶媒:エタノール 30.8ml
(e)反応触媒:硝酸溶液(0.5%) 16.6g
(f)pH調整剤:水酸化トリメチルアンモニウム/プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液 0.00008mol/80.7ml
なお、テトラエトキシシランのSi原子組成比百分率は、49at%であり、ジメチルジエトキシシランのSi原子組成比百分率は、13at%であるとともに、同前駆体組成物における上記トリメトキシフェニルシランのSi原子組成比百分率は38at%である。
[Example 3]
Various compounds shown in the above (a) to (e) and (f) a pH adjuster were mixed by blending as follows to prepare the precursor composition of the porous silica film.
(A-1) First alkoxysilane compound: tetraethoxysilane 0.019 mol
(A-2) First alkoxysilane compound: dimethyldiethoxysilane 0.005 mol (b) Second alkoxysilane compound: trimethoxyphenylsilane 0.015 mol
(C) Nonionic surfactant: Epan 450 (trade name: manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., see chemical formula (6)) 0.0010 mol
(D) Non-aqueous solvent: ethanol 30.8 ml
(E) Reaction catalyst: nitric acid solution (0.5%) 16.6 g
(F) pH adjuster: trimethylammonium hydroxide / propylene glycol monomethyl ether solution 0.00008 mol / 80.7 ml
In addition, the Si atom composition percentage of tetraethoxysilane is 49 at%, the Si atom composition percentage of dimethyldiethoxysilane is 13 at%, and the Si atom of the trimethoxyphenylsilane in the precursor composition. The composition ratio percentage is 38 at%.

上記前駆体組成物を用いて多孔質シリカ膜を形成した後、その膜厚、比誘電率、及びヤング率を測定したところ、膜厚が213nm、比誘電率が2.0、ヤング率が5.7GPaであった。また、上述の条件にて該多孔質シリカ膜にドライエッチング処理を施した後に膜厚及び比誘電率を測定したところ、膜厚が100nm、比誘電率が2.7であった。つまり、ドライエッチング処理の実施により、多孔質シリカ膜の比誘電率は0.7上昇した。   After forming a porous silica film using the precursor composition, the film thickness, relative dielectric constant, and Young's modulus were measured. The film thickness was 213 nm, the relative dielectric constant was 2.0, and the Young's modulus was 5 0.7 GPa. Further, when the porous silica film was dry-etched under the above conditions and the film thickness and relative dielectric constant were measured, the film thickness was 100 nm and the relative dielectric constant was 2.7. That is, the dielectric constant of the porous silica film increased by 0.7 due to the dry etching process.

[実施例4]
上記(a)〜(e)に示される各種化合物、及び(f)pH調整剤を以下のように配合で混合して上記多孔質シリカ膜の前駆体組成物を作製した。
(a-1)第一のアルコキシシラン化合物:テトラエトキシシラン 0.0024mol
(a-2)第一のアルコキシシラン化合物:メチルシリケート 0.0134mol
(b)第二のアルコキシシラン化合物:トリメトキシフェニルシラン 0.0014mol
(添加物):ヘキサメチルジシロキサン 0.0014mol
(c)非イオン性界面活性剤:エパン450(商品名:第一工業製薬株式会社製、化学式(6)参照) 0.0015mol
(d)非水系溶媒:エタノール 47.0
(e)反応触媒:硝酸溶液(0.5%) 10.90g
(f)pH調整剤:水酸化トリメチルアンモニウム/プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液 0.00012mol/139.4ml
なお、テトラエトキシシランのSi原子組成比百分率は、13at%であり、メチルシリケートのSi原子組成比百分率は、71at%であるとともに、同前駆体組成物における上記トリメトキシフェニルシランのSi原子組成比百分率は8at%である。また添加物であるヘキサメチルジシロキサンのSi原子組成比百分率は8at%である。
[Example 4]
Various compounds shown in the above (a) to (e) and (f) a pH adjuster were mixed by blending as follows to prepare the precursor composition of the porous silica film.
(A-1) First alkoxysilane compound: tetraethoxysilane 0.0024 mol
(A-2) First alkoxysilane compound: methyl silicate 0.0134 mol
(B) Second alkoxysilane compound: trimethoxyphenylsilane 0.0014 mol
(Additive): Hexamethyldisiloxane 0.0014 mol
(C) Nonionic surfactant: Epan 450 (trade name: manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., see chemical formula (6)) 0.0015 mol
(D) Non-aqueous solvent: ethanol 47.0
(E) Reaction catalyst: nitric acid solution (0.5%) 10.90 g
(F) pH adjuster: trimethylammonium hydroxide / propylene glycol monomethyl ether solution 0.00012 mol / 139.4 ml
In addition, the Si atom composition ratio percentage of tetraethoxysilane is 13 at%, the Si atom composition ratio percentage of methyl silicate is 71 at%, and the Si atom composition ratio of the trimethoxyphenylsilane in the precursor composition. The percentage is 8 at%. Moreover, the Si atom composition ratio percentage of hexamethyldisiloxane as an additive is 8 at%.

[比較例1]
上記[実施例1]の(a)〜(f)に示される各種化合物のうち、(b)第二のアルコキシシラン化合物を添加せずに多孔質膜の前駆体組成物を作製した。
(a)第一のアルコキシシラン化合物:テトラエトキシシラン 0.024mol
(c)非イオン性界面活性剤:エパン450(商品名:第一工業製薬株式会社製) 0.006mol
(d)非水系溶媒:エタノール 34ml
(e)反応触媒:硝酸溶液(0.5%) 15g
(f)pH調整剤:水酸化トリメチルアンモニウム/プロピレングリコールモノメチルエーテル溶液 0.00005mol/54ml
上記前駆体組成物を用いて多孔質シリカ膜を形成した後、その膜厚、比誘電率、及びヤング率を測定したところ、膜厚が191nm、比誘電率が2.0、ヤング率が6.5GPaであった。また、上述の条件にて該多孔質シリカ膜にドライエッチング処理を施した後に膜厚及び比誘電率を測定したところ、膜厚が102nm、比誘電率が3.8であった。つまり、ドライエッチング処理の実施により、多孔質シリカ膜の比誘電率は1.8上昇した。
[Comparative Example 1]
Among the various compounds shown in (a) to (f) of [Example 1], a precursor composition of a porous film was prepared without adding (b) the second alkoxysilane compound.
(A) First alkoxysilane compound: tetraethoxysilane 0.024 mol
(C) Nonionic surfactant: Epan 450 (trade name: manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) 0.006 mol
(D) Non-aqueous solvent: ethanol 34 ml
(E) Reaction catalyst: nitric acid solution (0.5%) 15 g
(F) pH adjuster: trimethylammonium hydroxide / propylene glycol monomethyl ether solution 0.00005 mol / 54 ml
After forming a porous silica film using the precursor composition, its film thickness, relative dielectric constant, and Young's modulus were measured. The film thickness was 191 nm, the relative dielectric constant was 2.0, and the Young's modulus was 6 It was 5 GPa. In addition, when the porous silica film was dry-etched under the above conditions and the film thickness and relative dielectric constant were measured, the film thickness was 102 nm and the relative dielectric constant was 3.8. That is, the relative dielectric constant of the porous silica film increased by 1.8 due to the dry etching process.

このように、実施例におけるドライエッチング処理後の比誘電率の上昇は0.7であり、他方、比較例におけるドライエッチング処理後の比誘電率の上昇は1.8であった。つまり、上記実施例においては、多孔質シリカ膜を構成するポリシロキサン骨格に疎水性を有するフェニル基が含まれることにより、ドライエッチング処理を施した後でも炭化水素基の脱離が抑制され、比誘電率の上昇が抑制されたと言える。また実施例のヤング率は6.0GPaであり、比較例のヤング率とが略同じであることが認められた。そのため、ポリシロキサン骨格中にフェニル基が付与されるかたちであっても、トリアルコキシシラン基の各アルコキシ基の炭素原子数が1〜4であれば、多孔質膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基をより確実に保護したりすることができる。   Thus, the increase in relative dielectric constant after dry etching in the example was 0.7, while the increase in relative dielectric constant after dry etching in the comparative example was 1.8. That is, in the above example, the polysiloxane skeleton constituting the porous silica film contains a hydrophobic phenyl group, so that hydrocarbon group detachment is suppressed even after dry etching treatment, and the ratio is reduced. It can be said that the increase in dielectric constant was suppressed. In addition, the Young's modulus of the example was 6.0 GPa, and it was confirmed that the Young's modulus of the comparative example was substantially the same. Therefore, even if the phenyl group is added to the polysiloxane skeleton, the mechanical strength of the porous membrane is ensured if the number of carbon atoms of each alkoxy group of the trialkoxysilane group is 1 to 4. It is possible to protect the hydrophobic group in the film more reliably.

以上説明したように、上記実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
(1)多孔質シリカ膜の前駆体組成物が、第一のアルコキシシラン化合物と、第二のアルコキシシラン化合物と、第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上で破壊する非イオン性界面活性剤ミセルとを含むようにした。これにより、第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する条件下では、ポリシロキサン骨格を主骨格とする有機シリコン酸化物膜が形成されて、該有機シリコン酸化膜中に非イオン性界面活性剤ミセルが含まれるようになる。そして第一のアルコキシシラン化合物と第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上では、有機シリコン酸化物膜に含まれる非イオン性界面活性剤ミセルが破壊されて、同ミセルの占有した空間に空孔が形成されるようになる。そのためポリシロキサン骨格を主骨格とする多孔質シリカ膜の空孔率、つまり比誘電率が非イオン性界面活性剤ミセルの含有量によって規定されるようになる。
As described above, according to the above embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) The precursor composition of the porous silica film is equal to or higher than the temperature at which the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, the first alkoxysilane compound, and the second alkoxysilane compound are copolymerized. And nonionic surfactant micelles that break down. As a result, under the conditions where the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized, an organic silicon oxide film having a polysiloxane skeleton as a main skeleton is formed, and the organic silicon oxide film Nonionic surfactant micelles are included. Above the temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized, the nonionic surfactant micelles contained in the organic silicon oxide film are destroyed, and the spaces occupied by the micelles are destroyed. Holes are formed. Therefore, the porosity of the porous silica film having a polysiloxane skeleton as the main skeleton, that is, the relative dielectric constant, is defined by the content of the nonionic surfactant micelle.

(2)第二のアルコキシシラン化合物としてトリアルコキシフェニルシシランを用いるようにした。これにより、多孔質シリカ膜の表層は当然のことながら、三次元的なポリシロキサン骨格内にもフェニル基が含まれることになる。つまり、多孔質シリカ膜の外表面にフェニル基が付与されるかたちに限らず、多孔質シリカ膜を構成するポリシロキサン骨格に囲まれるようなかたちでもフェニル基が付与されることになり、多孔質シリカ膜の全体に渡り疎水性の高いフェニル基が付与されることとなる。その結果、多孔質シリカ膜に対してドライエッチング処理が適用される場合であっても、エッチング後の表面を通して露出する空孔の内表面が疎水性の高いフェニル基を有することとなる。またポリシロキサン骨格に囲まれるようなフェニル基にはエッチャントが到達し難くなるため、エッチング後の形状如何に関わらず、上記のようなフェニル基を空孔の内表面が保持できることになる。さらにまたエッチャントによるフェニル基の解離が仮に進行するとしても、フェニル基の有する疎水性がアルキル基の有する疎水性よりもそもそも高いため、同フェニル基の解離がアルキル基の解離と同程度進行するのであれば、アルキル基を疎水基とする構成と比較して多孔質膜の疎水性を保持し易くもなる。よって、多孔質シリカ膜の誘電率がその加工後に増大することを抑制することができる。   (2) Trialkoxyphenyl silane is used as the second alkoxysilane compound. Thereby, as a matter of course, the surface layer of the porous silica film includes phenyl groups in the three-dimensional polysiloxane skeleton. In other words, not only is the phenyl group added to the outer surface of the porous silica film, but the phenyl group is also added to the porous silica film surrounded by the polysiloxane skeleton. A highly hydrophobic phenyl group is imparted over the entire silica film. As a result, even when dry etching treatment is applied to the porous silica film, the inner surface of the void exposed through the etched surface has a highly hydrophobic phenyl group. In addition, since it is difficult for the etchant to reach the phenyl group surrounded by the polysiloxane skeleton, the above-described phenyl group can be held on the inner surface of the hole regardless of the shape after the etching. Furthermore, even if the dissociation of the phenyl group by the etchant proceeds, since the hydrophobicity of the phenyl group is higher than the hydrophobicity of the alkyl group, the dissociation of the phenyl group proceeds to the same extent as the dissociation of the alkyl group. If it exists, it becomes easy to maintain the hydrophobicity of a porous membrane compared with the structure which uses an alkyl group as a hydrophobic group. Therefore, it can suppress that the dielectric constant of a porous silica film increases after the process.

(3)多孔質膜の前駆体組成物を第一のアルコキシシラン化合物、第2のアルコキシシラン化合物、及び非イオン性界面活性剤を含んだものとしていることから、多孔質膜の成膜対象となる基板等に当該多孔質膜の前駆体組成物を塗布するのみで多孔質膜の骨格をなすポリシロキサン骨格と、該ポリシロキサン骨格に付加された疎水性の官能基とを有する多孔質膜を形成することができる。つまり、上記従来の技術のように、多孔質膜を形成した後に疎水性の官能基を別途付加する場合と比較して、こうした多孔質膜の形成にかかる工程数を削減することができるようにもなる。   (3) Since the precursor composition of the porous film contains the first alkoxysilane compound, the second alkoxysilane compound, and the nonionic surfactant, A porous film having a polysiloxane skeleton that forms a skeleton of the porous film only by applying the precursor composition of the porous film to a substrate or the like, and a hydrophobic functional group added to the polysiloxane skeleton. Can be formed. That is, as compared with the case where a hydrophobic functional group is added separately after forming the porous film as in the conventional technique, the number of steps required to form such a porous film can be reduced. Also become.

(4)第一のアルコキシシラン化合物を、メチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプルピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランの重合体であるメチルシリケート、ジメチルジメトキシシラン、及びジメチルジエトキシシランからなる群から選択された少なくとも1つである。つまり、炭素数が1あるいは2のアルコキシ基を有するアルコキシシラン化合物によって多孔質膜が形成されるようにした。これにより、空孔を除いた部分において膜の緻密化が促進されることから、多孔質シリカ膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基をより確実に保護したりすることが可能にもなる。   (4) The first alkoxysilane compound is converted into methyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, vinyltriethoxy. From silane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, methyl silicate, dimethyldimethoxysilane, and dimethyldiethoxysilane At least one selected from the group consisting of: That is, the porous film is formed of an alkoxysilane compound having an alkoxy group having 1 or 2 carbon atoms. This promotes densification of the membrane in the area excluding the pores, so it is possible to ensure the mechanical strength of the porous silica membrane and to protect the hydrophobic groups in the membrane more reliably. It also becomes.

(5)トリアルコキシフェニルシランの各アルコキシ基が、炭素数が1〜4のアルコキシ基である。これにより、空孔を除いた部分において膜の緻密化が促進されることから、多孔質シリカ膜の機械的な強度を確保したり膜中の疎水基をより確実に保護したりすることが可能にもなる。   (5) Each alkoxy group of trialkoxyphenylsilane is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. This promotes densification of the membrane in the area excluding the pores, so it is possible to ensure the mechanical strength of the porous silica membrane and to protect the hydrophobic groups in the membrane more reliably. It also becomes.

(6)第二のアルコキシシラン化合物の物質量は、多孔質膜の疎水性を向上させ、且つ、該多孔質膜の機械的強度を低下させない範囲、つまり、第一のアルコキシシラン化合物に含まれるケイ素の物質量の10%より大きく且つ100%未満の範囲に調整されている。これにより、第二のアルコキシシラン化合物によって多孔質膜に付与される疎水性を担保することと、該多孔質膜の機械的な強度の低下を抑制することとの両立を図ることができる。   (6) The substance amount of the second alkoxysilane compound is included in the first alkoxysilane compound in a range that improves the hydrophobicity of the porous film and does not reduce the mechanical strength of the porous film. The amount is adjusted to be greater than 10% and less than 100% of the amount of silicon. Thereby, coexistence with ensuring the hydrophobicity provided to a porous membrane by a 2nd alkoxysilane compound and suppressing the fall of the mechanical strength of this porous membrane can be aimed at.

(7)第一のアルコキシシラン化合物をジアルキルジアルコキシシランとするとき、第二のアルコキシシラン化合物を該第一のアルコキシシラン化合物の物質量の3〜5倍とすることにより、ポリシロキサン骨格を形成可能なアルコキシル基をより多く有する第二のアルコキシシラン化合物によるポリシロキサン骨格が形成されることになり、ひいては、多孔質膜としての機械的強度も担保されるようになる。   (7) When the first alkoxysilane compound is a dialkyl dialkoxysilane, the polysiloxane skeleton is formed by setting the second alkoxysilane compound to 3 to 5 times the amount of the first alkoxysilane compound. A polysiloxane skeleton is formed by the second alkoxysilane compound having more possible alkoxyl groups, and as a result, the mechanical strength as a porous film is secured.

本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記に限定されず、添付した請求の範囲および等価物の範囲で変更されてもよい。   Although the embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above, and may be modified within the scope of the appended claims and equivalents.

Claims (6)

第一のアルコキシシラン化合物と、
第二のアルコキシシラン化合物と、
前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上で破壊する非イオン性界面活性剤ミセルと
を含む多孔質膜の前駆体組成物であって、
前記第一のアルコキシシラン化合物が、テトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの重合体、モノアルキルトリアルコキシシランの重合体、及びジアルキルジアルコキシシランの重合体からなる群から選択された少なくとも1つであり、
前記第二のアルコキシシラン化合物が、トリアルコキシフェニルシランである
ことを特徴とする多孔質膜の前駆体組成物。
A first alkoxysilane compound;
A second alkoxysilane compound;
A precursor composition of a porous membrane comprising: a nonionic surfactant micelle that breaks above a temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized;
The first alkoxysilane compound comprises a tetraalkoxysilane, a monoalkyltrialkoxysilane, a dialkyldialkoxysilane, a tetraalkoxysilane polymer, a monoalkyltrialkoxysilane polymer, and a dialkyldialkoxysilane polymer. At least one selected from the group;
The precursor composition of a porous film, wherein the second alkoxysilane compound is trialkoxyphenylsilane.
請求項1に記載の多孔質膜の前駆体組成物において、
前記第一のアルコキシシラン化合物が、
メチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプルピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルシリケート、ジメチルジメトキシシラン、及びジメチルジエトキシシランからなる群から選択された少なくとも1つである
ことを特徴とする多孔質膜の前駆体組成物。
In the precursor composition of the porous membrane according to claim 1,
The first alkoxysilane compound is
Methyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, A porous film characterized by being at least one selected from the group consisting of 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyl silicate, dimethyldimethoxysilane, and dimethyldiethoxysilane Precursor composition.
請求項1又は2に記載の多孔質膜の前駆体組成物において、
前記トリアルコキシフェニルシランにおける各アルコキシ基の炭素原子数が1〜4である
ことを特徴とする多孔質膜の前駆体組成物。
In the precursor composition of the porous membrane according to claim 1 or 2,
The precursor composition of the porous film, wherein the number of carbon atoms of each alkoxy group in the trialkoxyphenylsilane is 1 to 4.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の多孔質膜の前駆体組成物において、
前駆体組成物中の前記第二のアルコキシシラン化合物に含まれるケイ素原子数は、前駆体組成物中の前記第一のアルコキシシラン化合物に含まれるケイ素原子数の10at%より大きく且つ100at%未満である
ことを特徴とする多孔質膜の前駆体組成物。
In the precursor composition of the porous membrane according to any one of claims 1 to 3,
The number of silicon atoms contained in the second alkoxysilane compound in the precursor composition is greater than 10 at% and less than 100 at% of the number of silicon atoms contained in the first alkoxysilane compound in the precursor composition. A precursor composition of a porous membrane, characterized in that it exists.
前記第一のアルコキシシラン化合物がジアルキルジアルコキシシランを含む混合物であって、前記第二のアルコキシシラン化合物の物質量が前記ジアルキルジアルコキシシランの物質量の3〜5倍である
請求項1〜4のいずれか一項に記載の多孔質膜の前駆体組成物。
The first alkoxysilane compound is a mixture containing a dialkyldialkoxysilane, and the substance amount of the second alkoxysilane compound is 3 to 5 times the substance amount of the dialkyldialkoxysilane. The precursor composition of the porous membrane as described in any one of these.
第一のアルコキシシラン化合物と、第二のアルコキシシラン化合物と、前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度以上で破壊する非イオン性界面活性剤ミセルとを含む多孔質膜の前駆体組成物をスピンコート法によって基板に塗布する工程と、
前記多孔質膜の前駆体組成物が塗布された基板を前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物とが共重合する温度にまで昇温させる工程と、
前記非イオン性界面活性剤ミセルを破壊して前記第一のアルコキシシラン化合物と前記第二のアルコキシシラン化合物との共重合体から除去する工程と
を含む多孔質膜の成膜方法であって、
前記第一のアルコキシシラン化合物が、
テトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、テトラアルコキシシランの重合体、モノアルキルトリアルコキシシランの重合体、及びジアルキルジアルコキシシランの重合体からなる群から選択された少なくとも1つであり、
前記第二のアルコキシシラン化合物が、トリアルコキシフェニルシランである
ことを特徴とする多孔質膜の成膜方法。
A first alkoxysilane compound, a second alkoxysilane compound, and a nonionic surfactant micelle that breaks above the temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized. A step of applying a porous film precursor composition comprising a substrate to a substrate by a spin coating method;
Raising the temperature of the substrate coated with the porous membrane precursor composition to a temperature at which the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound are copolymerized;
Destroying the nonionic surfactant micelle and removing it from the copolymer of the first alkoxysilane compound and the second alkoxysilane compound, comprising the steps of:
The first alkoxysilane compound is
At least one selected from the group consisting of tetraalkoxysilane, monoalkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane, tetraalkoxysilane polymer, monoalkyltrialkoxysilane polymer, and dialkyldialkoxysilane polymer Yes,
The method for forming a porous film, wherein the second alkoxysilane compound is trialkoxyphenylsilane.
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