JP2002212502A - Composition for forming film, method for forming porous film, and porous film - Google Patents
Composition for forming film, method for forming porous film, and porous filmInfo
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 (A)下記一般式(1)
R1−SiZ3 (1)
で表される構造単位(T単位)を30〜100モル%含
有し、かつこのT単位のうち、下記一般式(2)
R1−Si(OH)Z’2 (2)
で表されるシラノール基を1個含有する構造単位(T−
2単位)を30〜80モル%含有し(但し、上記式中R
1は置換又は非置換の一価炭化水素基を示し、ZはOH
基、加水分解性基及びシロキサン残基から選ばれ、少な
くとも1つはシロキサン残基を示し、Z’はシロキサン
残基を示す。)、数平均分子量が100以上であるシラ
ノール基含有シリコーン樹脂と、(B)ポリアルキレン
オキサイド構造を有する化合物とを含有することを特徴
とする膜形成用組成物。
【効果】 本発明の組成物を用いることによって、多孔
質で低誘電率でありながら、平坦で均一であると共に、
誘電率が小さく、しかも機械的な強度も大きい、半導体
デバイス製造に用いるとき層間絶縁膜として最適な膜を
形成することが可能になる。(A) A (A) containing 30 to 100 mol% of a structural unit (T unit) represented by the following general formula (1): R 1 —SiZ 3 (1), and the T unit Among them, a structural unit containing one silanol group represented by the following general formula (2) R 1 —Si (OH) Z ′ 2 (2) (T-
2 units) in an amount of 30 to 80 mol% (provided that R
1 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, and Z is OH
Groups, hydrolyzable groups and siloxane residues, at least one of which represents a siloxane residue and Z 'represents a siloxane residue. ), A film-forming composition comprising: a silanol group-containing silicone resin having a number average molecular weight of 100 or more; and (B) a compound having a polyalkylene oxide structure. EFFECTS By using the composition of the present invention, the composition is flat and uniform while being porous and having a low dielectric constant.
It is possible to form an optimum film as an interlayer insulating film when used for manufacturing a semiconductor device having a small dielectric constant and a large mechanical strength.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電特性、密着
性、塗膜の均一性、機械的強度に優れた多孔質膜を形成
し得る膜形成用組成物、並びに多孔質膜の形成方法及び
形成された多孔質膜に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film-forming composition capable of forming a porous film excellent in dielectric properties, adhesion, uniformity of coating film and mechanical strength, a method for forming a porous film, and a method for forming the same. It relates to the formed porous membrane.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
集積回路の高集積化の進展に伴い、金属配線間の寄生容
量である配線間容量の増加に起因する配線遅延時間の増
大が半導体集積回路の高性能化の妨げになっている。配
線遅延時間は金属配線の抵抗と配線間容量の積に比例す
るいわゆるRC遅延と呼ばれるものである。2. Description of the Related Art With the progress of high integration of semiconductor integrated circuits, an increase in wiring delay time due to an increase in wiring capacitance, which is a parasitic capacitance between metal wirings, has been increasing. Hinders the high performance of The wiring delay time is a so-called RC delay which is proportional to the product of the resistance of the metal wiring and the capacitance between the wirings.
【0003】従って配線遅延時間を小さくするために
は、金属配線の抵抗を小さくするか又は配線間容量を小
さくすることが必要である。Therefore, in order to reduce the wiring delay time, it is necessary to reduce the resistance of the metal wiring or reduce the capacitance between the wirings.
【0004】配線間容量を低下させることで半導体デバ
イスはより高集積化しても配線遅延を引き起こさないた
め、高速化が可能になり、更に消費電力も小さく抑える
ことが可能になる。[0004] By lowering the capacitance between wirings, even if the semiconductor device is more highly integrated, wiring delay is not caused. Therefore, it is possible to increase the speed and to reduce the power consumption.
【0005】配線間容量を小さくする方法としては、金
属配線同士の間に形成される層間絶縁膜の比誘電率を低
くすることが考えられ、比誘電率の低い絶縁膜として
は、従来のシリコン酸化膜に代えて多孔質膜が検討され
ている。比誘電率2.0以下を達成可能な膜で実用的な
ものとしては多孔質膜がほとんど唯一の膜といえ、そこ
で種々の多孔質膜の形成方法が提案されている。As a method of reducing the capacitance between wirings, it is conceivable to lower the relative dielectric constant of an interlayer insulating film formed between metal wirings. A porous film has been studied in place of the oxide film. As a practical film that can achieve a relative dielectric constant of 2.0 or less, a porous film can be said to be almost the only film, and various methods for forming a porous film have been proposed.
【0006】第一の多孔質膜の形成方法としては、熱的
に不安定な有機成分を含むシロキサンポリマーの前駆体
溶液を合成した後、その前駆体溶液を基板上に塗布して
塗布膜を形成し、その後熱処理を行って有機成分を分
解、揮発させることによって、揮発した成分の後に多数
の細孔を形成させるという方法がある。As a first method for forming a porous film, a precursor solution of a siloxane polymer containing a thermally unstable organic component is synthesized, and the precursor solution is applied on a substrate to form a coating film. There is a method in which a large number of pores are formed after the volatile component by decomposing and volatilizing the organic component by performing heat treatment after the formation.
【0007】第二の多孔質の形成方法としては、シリカ
ゾル溶液を基板上に塗布するかCVD法を行うことによ
ってウェットゲルを形成した後、このウェットゲルから
の溶媒の蒸発速度を制御することにより、体積収縮を抑
制しながらシリカゾルの縮合反応を行わせ、多孔質を形
成する方法が知られている。As a second method for forming a porous material, a wet gel is formed by applying a silica sol solution on a substrate or performing a CVD method, and then controlling the evaporation rate of a solvent from the wet gel. A method of forming a porous material by performing a condensation reaction of silica sol while suppressing volume shrinkage is known.
【0008】第三の多孔質膜の形成方法としては、シリ
カ微粒子の溶液を基板上に塗布して塗布膜を形成した
後、塗布膜を焼き固めることによって、シリカ微粒子同
士の間に多数の細孔を形成する方法が知られている。As a third method for forming a porous film, a solution of fine silica particles is applied on a substrate to form a coating film, and then the coating film is baked and hardened to form a large number of fine particles between the fine silica particles. Methods for forming holes are known.
【0009】更に第四の方法として、特開2000−4
4875号公報には、(A)R1 nSi(OR2)4-n(R
1は一価の有機基で、nは0〜2の整数)で表される成
分、(B)金属キレート化合物、及び(C)ポリアルキ
レンオキサイド構造を有する化合物を含有することを特
徴とする多孔質膜形成用組成物に関する提案がなされて
いる。As a fourth method, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-4
No. 4875 discloses that (A) R 1 n Si (OR 2 ) 4-n (R
1 is a monovalent organic group, wherein n is an integer of 0 to 2), (B) a metal chelate compound, and (C) a compound having a polyalkylene oxide structure. There has been proposed a composition for forming a porous film.
【0010】しかしながら、これらの方法にはそれぞれ
大きな欠点がある。即ち、第一の多孔質の形成方法は、
シロキサンポリマーの前駆体溶液を合成する必要がある
のでコストが高くなるという問題があると共に、前駆体
溶液を塗布して塗布膜を形成するため、塗布膜中に残留
するシラノール基の量が多くなるので、後に行われる熱
処理工程において水分などが蒸発する脱ガス現象及び多
孔質膜の吸湿に起因する膜質の劣化などの問題がある。[0010] However, each of these methods has significant disadvantages. That is, the first porous forming method is as follows:
It is necessary to synthesize a precursor solution of a siloxane polymer, so that there is a problem that the cost is high.In addition, since the precursor solution is applied to form a coating film, the amount of silanol groups remaining in the coating film increases. Therefore, there are problems such as a degassing phenomenon in which moisture and the like evaporate in a heat treatment step performed later and deterioration of film quality due to moisture absorption of the porous film.
【0011】また、第二の多孔質膜の形成方法は、ウェ
ットゲルからの溶媒の蒸発速度を制御するために特殊な
塗布装置が必要になるので、コストが高くなるという問
題があると共に、細孔の表面に多数のシラノールが残留
し、そのままでは吸湿性が高く膜質の著しい劣化が生じ
るため、表面のシラノールをシリル化する必要があるの
で、工程が複雑になるという問題もある。なお、ウェッ
トゲルをCVD法により形成する場合には、半導体プロ
セスで通常用いられているプラズマCVD装置とは異な
る特殊なCVD装置が必要になるので、やはりコストが
高くなる。In addition, the second method for forming a porous film requires a special coating device to control the evaporation rate of the solvent from the wet gel, so that there is a problem that the cost is increased and the method is fine. A large number of silanols remain on the surface of the pores, and as they are, they have high hygroscopicity and cause significant deterioration of the film quality. Therefore, it is necessary to silylize the silanol on the surface, which causes a problem that the process becomes complicated. In addition, when the wet gel is formed by the CVD method, a special CVD device different from a plasma CVD device usually used in a semiconductor process is required, so that the cost is also increased.
【0012】第三の多孔質膜の形成方法は、シリカ微粒
子同士の間に形成される細孔の径は、幾何学的に堆積さ
れるシリカ微粒子の堆積構造により決定されるため、細
孔の径が非常に大きくなってしまうので、多孔質膜の比
誘電率を2以下にすることが困難であるという問題があ
る。In the third method for forming a porous film, the diameter of the pores formed between the silica fine particles is determined by the deposited structure of the silica fine particles deposited geometrically. Since the diameter becomes very large, there is a problem that it is difficult to reduce the relative dielectric constant of the porous film to 2 or less.
【0013】第四の方法の場合、(A)、(B)、
(C)の三成分中(B)成分の金属キレート化合物は、
(A)、(C)成分の相溶性を向上させ、硬化後の塗膜
の厚さを均一にするために必要な成分であり必須である
が、成分を複雑化し、製造プロセスを複雑化し、コスト
も上昇させる要因となり好ましくない。即ち、キレート
成分無しで均一な溶液が形成でき、その硬化後の塗膜も
平坦であるような材料の開発が望まれている。In the case of the fourth method, (A), (B),
The metal chelate compound of the component (B) in the three components of (C)
It is a necessary component for improving the compatibility of the components (A) and (C) and making the thickness of the coating film after curing uniform, which is essential, but complicates the components and complicates the production process. This is also a factor that increases costs, which is not preferable. That is, there is a demand for the development of a material that can form a uniform solution without a chelate component and that has a flat coating film after curing.
【0014】本発明は、前記の諸問題を一挙に解決し、
簡単な工程かつ低コストで、比誘電率が2.0以下であ
る多孔質膜を形成できる膜形成用組成物、多孔質膜の形
成方法及び多孔質膜を提供することを目的とする。The present invention solves the above problems at once,
It is an object of the present invention to provide a film-forming composition, a method for forming a porous film, and a porous film capable of forming a porous film having a relative dielectric constant of 2.0 or less in a simple process and at low cost.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、従来の検討からシリコーン成分は通常、ポ
リアルキレンオキサイド構造を有する化合物との相溶性
が低く、そのままでは均一に混合することは困難である
という知見を有していた。しかし、この問題はシリコー
ン成分の構造を制御すること、具体的には、下記一般式
(1) R1−SiZ3 (1) で表される構造単位(T単位)を30〜100モル%含
有し、かつこのT単位のうち、下記一般式(2) R1−Si(OH)Z’2 (2) で表されるシラノール基を1個含有する構造単位(T−
2単位)を30〜80モル%含有し(但し、上記式中R
1は置換又は非置換の一価炭化水素基を示し、ZはOH
基、加水分解性基及びシロキサン残基から選ばれ、少な
くとも1つはシロキサン残基を示し、Z’はシロキサン
残基を示す。)、数平均分子量が100以上であるシラ
ノール基含有シリコーン樹脂を使用することができ、こ
のようなシリコーン樹脂を用いることで、均一な溶液で
あり、かつこの溶液を塗布し硬化した後も均一な被膜を
形成できることを見出した。Means for Solving the Problems and Embodiments of the Invention From the conventional studies, the present inventors have found that a silicone component usually has low compatibility with a compound having a polyalkylene oxide structure, and is mixed uniformly as it is. Had the knowledge that it was difficult. However, this problem involves controlling the structure of the silicone component, specifically, containing 30 to 100 mol% of a structural unit (T unit) represented by the following general formula (1) R 1 —SiZ 3 (1). And a structural unit containing one silanol group represented by the following general formula (2) R 1 —Si (OH) Z ′ 2 (2) (T-
2 units) in an amount of 30 to 80 mol% (provided that R
1 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, and Z is OH
Groups, hydrolyzable groups and siloxane residues, at least one of which represents a siloxane residue and Z 'represents a siloxane residue. ), A silanol group-containing silicone resin having a number average molecular weight of 100 or more can be used. By using such a silicone resin, a uniform solution is obtained, and even after the solution is applied and cured, the solution is uniform. It has been found that a coating can be formed.
【0016】そして、このようなシリコーン樹脂とポリ
アルキレンオキサイド構造を有する化合物の混合物を塗
布し硬化したところ、均一で平坦な被膜が形成でき、更
にこのようにして形成された膜をポリアルキレンオキサ
イド構造を有する化合物成分が分解する温度で加熱した
場合、シリコーン樹脂成分の硬化が進行すると同時にポ
リアルキレンオキサイド構造を有する化合物成分は分解
し、その分解生成物が蒸発し、膜内に空隙が生じ結局多
孔質膜となることを見出すと共に、その比誘電率を測定
した結果、このような膜はシリコーン樹脂本来の比誘電
率よりも遥かに小さな値を示し、ポリアルキレンオキサ
イド構造を有する化合物成分の含有量の異なる組成物を
調整することによって1.2〜2.7程度の任意の値の
誘電率を持つ被膜を形成できることを見出し、本発明を
完成した。When a mixture of such a silicone resin and a compound having a polyalkylene oxide structure is applied and cured, a uniform and flat film can be formed. When heated at a temperature at which the compound component having the above is decomposed, the curing of the silicone resin component proceeds, and at the same time, the compound component having a polyalkylene oxide structure is decomposed, and the decomposition products are evaporated, and voids are formed in the film, and eventually the porous material As a result of measuring the relative dielectric constant of such a film, the film showed a value much smaller than the intrinsic dielectric constant of the silicone resin, and the content of the compound component having a polyalkylene oxide structure Film having an arbitrary dielectric constant of about 1.2 to 2.7 by adjusting different compositions of It found that can be formed, and completed the present invention.
【0017】従って、本発明は、(A)上記シリコーン
樹脂と、(B)ポリアルキレンオキサイド構造を有する
化合物とを含有することを特徴とする膜形成用組成物、
この組成物を基板に塗布し、形成された膜を(B)成分
の分解温度以上の温度で加熱することを特徴とする多孔
質膜の形成方法、及びこの方法によって得られた多孔質
膜を提供する。Accordingly, the present invention provides a film-forming composition comprising (A) the above silicone resin and (B) a compound having a polyalkylene oxide structure.
This composition is applied to a substrate, and the formed film is heated at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the component (B), and a porous film obtained by the method is provided. provide.
【0018】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
用いられる(A)のシリコーン樹脂成分は以下のように
定義される。Hereinafter, the present invention will be described in detail. The silicone resin component (A) used in the present invention is defined as follows.
【0019】下記一般式(1) R1−SiZ3 (1) で表される構造単位(T単位)を30〜100モル%、
好ましくは60〜100モル%含有し、かつこのT単位
のうち、下記一般式(2) R1−Si(OH)Z’2 (2) で表されるシラノール基を1個含有する構造単位(T−
2単位)を30〜80モル%、好ましくは40〜70モ
ル%含有し(但し、上記式中R1は置換又は非置換の一
価炭化水素基を示し、ZはOH基、加水分解性基及びシ
ロキサン残基から選ばれ、少なくとも1つはシロキサン
残基を示す。)、数平均分子量が100以上であるシラ
ノール基含有シリコーン樹脂である。The structural unit (T unit) represented by the following general formula (1) R 1 —SiZ 3 (1) is 30 to 100 mol%,
Preferably, the structural unit contains 60 to 100 mol% and contains one silanol group represented by the following general formula (2) R 1 —Si (OH) Z ′ 2 (2) among the T units ( T-
2 units) in an amount of 30 to 80 mol%, preferably 40 to 70 mol% (wherein R 1 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, Z represents an OH group, a hydrolyzable group) And at least one is a siloxane residue.) And a silanol group-containing silicone resin having a number average molecular weight of 100 or more.
【0020】ここにおいて、下記一般式(1) R1−SiZ3 (1) で表される本シリコーン樹脂を構成する構造単位中、R
1の一価炭化水素基としては、炭素数1〜12のものが
好ましく、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ア
ルケニル基等や、これらの水素原子の一部又は全部がフ
ッ素原子等のハロゲン原子、グリシジル基やグリシジル
オキシ基等のエポキシ含有基で置換された基を挙げるこ
とができる。具体的にアルキル基、アリール基、グリシ
ジル基を挙げることができ、ここでアルキル基としては
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げ
られ、好ましくは炭素数1〜5であり、これらのアルキ
ル基は鎖状でも分岐していてもよく、更に水素原子がフ
ッ素原子で置換されてもよい。アリール基としてはフェ
ニル基、ナフチル基などを挙げることができる。Here, in the structural unit constituting the silicone resin represented by the following general formula (1) R 1 —SiZ 3 (1), R
As the monovalent hydrocarbon group, one having 1 to 12 carbon atoms is preferable, and an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, an alkenyl group or the like, or a part or all of these hydrogen atoms is a halogen atom such as a fluorine atom. And groups substituted with an epoxy-containing group such as a glycidyl group or a glycidyloxy group. Specific examples include an alkyl group, an aryl group, and a glycidyl group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group, and preferably have 1 to 5 carbon atoms. May be linear or branched, and a hydrogen atom may be substituted with a fluorine atom. Examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.
【0021】更に、Zは、OH基、加水分解性基又はシ
ロキサン残基を表し、加水分解性基の具体例としては、
メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキ
シ基、ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ
基等のアルコキシ基、ビニロキシ基、2−プロペノキシ
基等のアルケノキシ基、フェノキシ基、アセトキシ基等
のアシロキシ基、ブタノキシム基等のオキシム基、アミ
ノ基などを挙げることができる。これらの中でアルコキ
シ基が好ましく、特に加水分解・縮合時の制御のし易さ
から、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ブ
トキシ基を用いるのが好ましい。また、シロキサン残基
は、酸素原子を介して隣接する珪素原子に結合し、シロ
キサン結合を形成している置換基のことを意味し、−O
−(Si≡)となっているが、酸素原子が隣接する珪素
原子と共有するためO1/2と表すこともできる。Further, Z represents an OH group, a hydrolyzable group or a siloxane residue. Specific examples of the hydrolyzable group include:
Alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, butoxy group, sec-butoxy group, t-butoxy group, vinyloxy group, 2-propenoxy group, etc., acyloxy groups such as phenoxy group, acetoxy group and the like. Groups, oxime groups such as butanoxime groups, and amino groups. Among these, an alkoxy group is preferable, and particularly, a methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, and a butoxy group are preferably used because of easy control during hydrolysis and condensation. Further, a siloxane residue means a substituent bonded to an adjacent silicon atom via an oxygen atom to form a siloxane bond;
Although-(Si≡), it can be expressed as O 1/2 because an oxygen atom is shared with an adjacent silicon atom.
【0022】更にこのシリコーン樹脂中には下記一般式
(2) R1−Si(OH)Z’2 (2) で表されるシラノール基を1個含有する構造単位(T−
2単位)を30〜80モル%含有する。ここにおいて、
R1は上記と同様に定義され、Z’はシロキサン残基で
ある。Further, in the silicone resin, a structural unit (T-) having one silanol group represented by the following general formula (2) R 1 —Si (OH) Z ′ 2 (2)
2 units) in an amount of 30 to 80 mol%. put it here,
R 1 is defined as above, and Z ′ is a siloxane residue.
【0023】なお、上記シリコーン樹脂は、上記式
(1)のR1−SiZ3以外の基として、R1 3−SiZ
(M単位)、R1 2−SiZ2(D単位)、SiZ4(Q単
位)を含んでもよい。この場合、M単位は0〜30モル
%、特に0〜10モル%、D単位は0〜50モル%、特
に0〜20モル%、Q単位は0〜30モル%、特に0〜
10モル%の含有量とすることができる。但し、M単
位、D単位、Q単位のZの少なくとも1つはシロキサン
残基である。[0023] Incidentally, the silicone resin, as a group other than R 1 -SiZ 3 in the formula (1), R 1 3 -SiZ
(M units), R 1 2 -SiZ 2 ( D units), may include SiZ 4 a (Q units). In this case, the M unit is 0 to 30 mol%, particularly 0 to 10 mol%, the D unit is 0 to 50 mol%, particularly 0 to 20 mol%, and the Q unit is 0 to 30 mol%, particularly 0 to 0 mol%.
The content can be 10 mol%. However, at least one of Z of the M unit, D unit, and Q unit is a siloxane residue.
【0024】次に、本発明で適用されるシラノール基含
有シリコーン樹脂の分子量について述べると、塗布し、
均一な膜を形成しようとした場合、シリコーン樹脂は一
定以上の分子量を有していることが均一な膜を形成する
上で望ましい。この点から、本発明においては数平均分
子量が100以上のシリコーン樹脂を使用することが必
要である。100未満では適度な構造性が確保できない
ため均一な膜の形成が困難であり、また保存安定性も劣
る。好ましくは、数平均分子量は500〜10000
0、特に好ましくは1000〜5000である。Next, the molecular weight of the silanol group-containing silicone resin used in the present invention will be described.
When trying to form a uniform film, it is desirable that the silicone resin has a certain molecular weight or more in order to form a uniform film. From this point, in the present invention, it is necessary to use a silicone resin having a number average molecular weight of 100 or more. If it is less than 100, it is difficult to form a uniform film because an appropriate structure cannot be secured, and storage stability is also poor. Preferably, the number average molecular weight is between 500 and 10,000
0, particularly preferably from 1,000 to 5,000.
【0025】本発明に適用可能なシリコーン樹脂は、上
記条件を満たしていると同時に、シラノール基を一定量
以上含有していることが好ましく、シリコーン樹脂中5
重量%以上、特に6〜20重量%含有しているのが好ま
しい。シラノール基含有量が少なすぎると架橋に寄与す
るシラノール基の絶対量が不足するため、硬化被膜の硬
度が低下する場合がある。It is preferable that the silicone resin applicable to the present invention satisfies the above conditions and, at the same time, contains a certain amount or more of a silanol group.
It is preferred that the content be at least 10% by weight, especially 6 to 20% by weight. If the content of the silanol group is too small, the absolute amount of the silanol group contributing to crosslinking becomes insufficient, so that the hardness of the cured film may decrease.
【0026】上記条件を満たしていれば、シリコーン樹
脂はいかなる方法で製造してもよい。具体的製造方法を
以下に述べる。As long as the above conditions are satisfied, the silicone resin may be produced by any method. A specific manufacturing method will be described below.
【0027】製造するための原料としては、加水分解性
基としてアルコキシ基、アルケニルオキシ基、アシルオ
キシ基、ハロゲン原子、アミノ基、オキシム基等の官能
基を有するシラン化合物、或いはその部分加水分解・縮
合物を使用することができる。加水分解反応の制御のし
易さ、或いは加水分解副生成物の処理のし易さ、及び経
済的観点から、加水分解性基としては、アルコキシ基或
いはクロル原子、特にアルコキシ基を採用するのがよ
い。クロル原子を用いる場合は、クロル原子を完全に加
水分解させ、シリコーン樹脂中に塩素原子を残さないよ
うにすることが好ましい。また、加水分解性基の数は、
珪素原子1個あたり1個、2個、3個又は4個含有し、
上記条件を満たす有機置換基R1を有するシラン化合物
であればいかなるものも使用可能であるが、加水分解性
基Xの数が3、即ちR1SiX3で示される加水分解性シ
ラン化合物を全加水分解性シラン化合物中の30〜10
0モル%、特に50〜100モル%を使用する。なお、
他の加水分解性シラン化合物としては、SiX4,R1 2
SiX2,R1 3SiXを用いることができる。As a raw material for the production, a silane compound having a functional group such as an alkoxy group, an alkenyloxy group, an acyloxy group, a halogen atom, an amino group or an oxime group as a hydrolyzable group, or a partial hydrolysis / condensation thereof Things can be used. From the viewpoint of easy control of the hydrolysis reaction or easy treatment of the hydrolysis by-product, and from an economic viewpoint, as the hydrolyzable group, it is preferable to employ an alkoxy group or a chloro atom, particularly an alkoxy group. Good. When a chloro atom is used, it is preferable to completely hydrolyze the chloro atom so as not to leave a chlorine atom in the silicone resin. In addition, the number of hydrolyzable groups,
Containing one, two, three or four per silicon atom,
Any silane compound having an organic substituent R 1 that satisfies the above conditions can be used. However, when the number of hydrolyzable groups X is 3, that is, the hydrolyzable silane compound represented by R 1 SiX 3 30 to 10 in the hydrolyzable silane compound
0 mol%, especially 50-100 mol%, is used. In addition,
Other hydrolyzable silane compounds, SiX 4, R 1 2
It can be used SiX 2, R 1 3 SiX.
【0028】具体的には、テトラクロルシラン、テトラ
メトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキ
シシラン等の4官能シラン(加水分解性基4個):Si
X4、メチルトリクロルシラン、メチルトリメトキシシ
ラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロ
ポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリ
イソプロペノキシシラン、エチルトリクロルシラン、エ
チルトリメトキシシラン、プロピルトリクロルシラン、
ブチルトリクロルシラン、ブチルトリメトキシシラン、
ヘキシルトリクロルシラン、ヘキシルトリメトキシシラ
ン、デシルトリクロルシラン、デシルトリメトキシシラ
ン、フェニルトリクロルシラン、フェニルトリメトキシ
シラン、シクロヘキシルトリクロルシラン、シクロヘキ
シルトリメトキシシラン等の3官能シラン(加水分解性
基3個):R1SiX3、ジメチルジクロルシラン、ジメ
チルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジ
メチルジイソプロポキシシラン、ジメチルジブトキシシ
ラン、ジメチルジイソプロペノキシシラン、プロピルメ
チルジクロルシラン、プロピルメチルジメトキシシラ
ン、ヘキシルメチルジクロルシラン、ヘキシルメチルジ
メトキシシラン、フェニルメチルジクロルシラン、フェ
ニルメチルジメトキシシラン、ジフェニルジクロルシラ
ン、ジフェニルジメトキシシラン等の2官能シラン(加
水分解性基2個):R1 2SiX2、トリメチルクロルシ
ラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシ
シラン、トリメチルイソプロペノキシシラン、ジメチル
フェニルクロルシラン等の1官能シラン(加水分解性基
1個):R1 3SiX、及び有機官能基を有するいわゆる
シランカップリング剤、例えばビニルトリクロルシラ
ン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシ
ラン、5−ヘキセニルトリメトキシシラン、3−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシ
プロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキ
シプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロ
キシプロピルトリエトキシシラン、4−ビニルフェニル
トリメトキシシラン、3−(4−ビニルフェニル)プロ
ピルトリメトキシシラン、4−ビニルフェニルメチルト
リメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−
(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラ
ン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−
メルカプトプロピルトリエトキシシラン、ビニルメチル
ジクロルシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニ
ルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピル
メチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロ
ピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキ
シプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピ
ルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチル
ジエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメ
トキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジエトキ
シシラン、及びこれらの部分加水分解物などが使用可能
なシラン化合物の例として挙げられる。Specifically, tetrafunctional silanes (four hydrolyzable groups) such as tetrachlorosilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane and tetrabutoxysilane: Si
X 4 , methyltrichlorosilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltriisopropoxysilane, methyltributoxysilane, methyltriisopropenoxysilane, ethyltrichlorosilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrichlorosilane,
Butyltrichlorosilane, butyltrimethoxysilane,
Trifunctional silanes (three hydrolyzable groups) such as hexyltrichlorosilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrichlorosilane, decyltrimethoxysilane, phenyltrichlorosilane, phenyltrimethoxysilane, cyclohexyltrichlorosilane, and cyclohexyltrimethoxysilane: R 1 SiX 3 , dimethyldichlorosilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldiisopropoxysilane, dimethyldibutoxysilane, dimethyldiisopropenoxysilane, propylmethyldichlorosilane, propylmethyldimethoxysilane, hexylmethyldisilane Chlorosilane, hexylmethyldimethoxysilane, phenylmethyldichlorosilane, phenylmethyldimethoxysilane, diphenyldichlorosilane, diphenyldichlorosilane Difunctional silanes such as Tokishishiran (two hydrolyzable groups): R 1 2 SiX 2, trimethylchlorosilane, trimethyl methoxy silane, trimethyl ethoxy silane, trimethyl isopropenoxysilane silane, monofunctional silanes such as dimethylphenyl chlorosilane (hydrolysis one decomposable group): R 1 3 SiX, and so-called silane coupling agent having an organic functional group, such as vinyl trichlorosilane, vinyl trimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 5-hexenyltrimethoxysilane, 3-glycidol Xypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltriethoxysilane, 4-vinylphenyltrimethoxysilane, 3- (4-bi Butylphenyl) propyl trimethoxysilane, 4-vinylphenyl methyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-
(2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-
Mercaptopropyltriethoxysilane, vinylmethyldichlorosilane, vinylmethyldimethoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3- (meth) acrylic Roxypropylmethyldimethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldi Ethoxysilanes and their partial hydrolysates are examples of silane compounds that can be used.
【0029】操作性、副生物の留去のし易さから、アル
コキシシラン、特にメトキシシラン或いはエトキシシラ
ンを使用するのがより好ましい。なお、使用可能な有機
珪素化合物は上記のものに限定されるものではない。更
にこれらのシラン化合物の1種又は2種以上の混合物を
使用してもよい。From the viewpoint of operability and easy removal of by-products, it is more preferable to use alkoxysilane, especially methoxysilane or ethoxysilane. The usable organosilicon compound is not limited to the above. Further, one or a mixture of two or more of these silane compounds may be used.
【0030】本発明に係るシラノール基含有シリコーン
樹脂は、上記加水分解性シラン化合物を水溶液中で加水
分解することにより得られる点に最大の特徴がある。実
質的に有機溶剤をほとんど含有しない親水性条件で加水
分解を実施すると、本発明を特徴付けるT−2単位を多
量に含有する構造性を有する特異なシリコーン樹脂が得
られる。このシリコーン樹脂は、以下の各工程を経て調
製される。The most characteristic feature of the silanol group-containing silicone resin according to the present invention is that it is obtained by hydrolyzing the hydrolyzable silane compound in an aqueous solution. When the hydrolysis is carried out under hydrophilic conditions containing substantially no organic solvent, a unique silicone resin having a structure containing a large amount of T-2 units, which characterizes the present invention, is obtained. This silicone resin is prepared through the following steps.
【0031】まず、第一段階は、前述した各種加水分解
性有機シラン化合物をpH1〜7の水溶液中で加水分解
・縮合する過程である。加水分解に使用する水の量は、
上記の諸条件を満足する組成に配合したシラン化合物或
いはその混合物100重量部に対して50〜5000重
量部使用するのがよい。50重量部未満では反応系内の
水量が少ないため、前述したシラノール基の反応性の制
御が難しく、構造性の付与が不可能な場合が生じる。ま
た、5000重量部を超過すると原料のシラン濃度が低
すぎ、縮合反応が遅くなってしまう場合がある。First, the first stage is a process of hydrolyzing and condensing the above-mentioned various hydrolyzable organic silane compounds in an aqueous solution having a pH of 1 to 7. The amount of water used for hydrolysis is
It is preferable to use 50 to 5000 parts by weight based on 100 parts by weight of the silane compound or the mixture thereof which is blended to have a composition satisfying the above conditions. When the amount is less than 50 parts by weight, the amount of water in the reaction system is small, so that it is difficult to control the reactivity of the silanol group described above, and it may not be possible to impart structure. If it exceeds 5000 parts by weight, the silane concentration of the raw material may be too low, and the condensation reaction may be slowed down.
【0032】加水分解は、水溶液にシラン化合物を加
え、撹拌することにより行う。加水分解、特に初期の加
水分解を促進させるために、加水分解用触媒を添加して
もよい。加水分解用触媒は、シラン化合物を添加する前
に水溶液に添加してもよいし、シラン化合物を分散させ
た後の分散液に添加してもよい。加水分解用触媒として
は、従来公知の触媒を使用することができ、添加した水
溶液がpH1〜7の酸性を示すものを適用するのがよ
い。特に、酸性のハロゲン化水素、カルボン酸、スルフ
ォン酸、酸性或いは弱酸性の無機塩、イオン交換樹脂等
の固体酸などが好ましい。具体例としては、フッ化水素
酸、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸、酢酸、マレイン酸、
トリフルオロ酢酸に代表される有機酸、メタンスルフォ
ン酸、パラトルエンスルフォン酸、トリフルオロメタン
スルフォン酸などのスルフォン酸類及び表面にスルフォ
ン酸基又はカルボン酸基を有するカチオン交換樹脂等が
挙げられる。The hydrolysis is carried out by adding a silane compound to an aqueous solution and stirring. A hydrolysis catalyst may be added to promote the hydrolysis, particularly the initial hydrolysis. The hydrolysis catalyst may be added to the aqueous solution before adding the silane compound, or may be added to the dispersion after dispersing the silane compound. As the hydrolysis catalyst, conventionally known catalysts can be used, and those in which the added aqueous solution exhibits acidity of pH 1 to 7 are preferably used. Particularly preferred are acidic hydrogen halides, carboxylic acids, sulfonic acids, acidic or weakly acidic inorganic salts, and solid acids such as ion exchange resins. Specific examples include hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, inorganic acids such as sulfuric acid, acetic acid, maleic acid,
Examples include organic acids represented by trifluoroacetic acid, sulfonic acids such as methanesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid, and cation exchange resins having a sulfonic acid group or a carboxylic acid group on the surface.
【0033】加水分解用触媒を使用する場合、その添加
量は珪素原子上の加水分解性基1モルに対して0.00
1〜10モル%の範囲であることが好ましい。pH1未
満の強酸性条件下、或いはpH7を超えるアルカリ性条
件下では、シラノール基が極めて不安定になりやすい。
より好ましくは、使用する水溶液のpHが2〜6であ
る。水量は加水分解性基の量に対して大過剰であるた
め、加水分解は完全に進行する。この条件下で室温乃至
加熱下撹拌することにより、容易にシラノール基同士の
縮合が進行する。When a hydrolysis catalyst is used, the amount of the catalyst added is 0.00 to 1 mol of the hydrolyzable group on the silicon atom.
It is preferably in the range of 1 to 10 mol%. Under a strongly acidic condition of less than pH 1 or an alkaline condition of more than pH 7, the silanol group tends to be extremely unstable.
More preferably, the pH of the aqueous solution used is 2-6. Since the amount of water is in a large excess with respect to the amount of the hydrolyzable group, the hydrolysis proceeds completely. By stirring at room temperature or under heating under these conditions, condensation between silanol groups easily proceeds.
【0034】この段階では、系内には加水分解副生成物
が存在するため、シラノール基含有シリコーン樹脂の前
駆体であるシラン反応混合物は、溶液中に溶解して存在
する。At this stage, since a hydrolysis by-product is present in the system, the silane reaction mixture, which is a precursor of the silanol group-containing silicone resin, is dissolved in the solution.
【0035】第二段階は、この反応混合物を含む溶液か
ら加水分解副生成物を系外に除去し、主としてシラノー
ル基含有シリコーン樹脂と水を含有する系にする過程で
ある。The second step is a step of removing hydrolysis by-products from the solution containing the reaction mixture outside the system to obtain a system mainly containing a silanol group-containing silicone resin and water.
【0036】即ち、第一の過程で得られたシラン反応混
合物を含有する溶液を、常圧下80℃以下、好ましくは
30〜70℃程度の温度条件下で加熱するか、或いは室
温〜80℃、好ましくは室温〜70℃の温度下、20m
mHg〜常圧に減圧することにより、アルコール等の加
水分解副生成物を留去し、実質的にシラノール基含有シ
リコーン樹脂と水からなる系に変換する。この過程にお
いて、シリコーン樹脂の縮合度は更に進行する。That is, the solution containing the silane reaction mixture obtained in the first step is heated under normal pressure at a temperature of 80 ° C. or lower, preferably about 30 to 70 ° C., or at room temperature to 80 ° C. 20 m, preferably at room temperature to 70 ° C
By reducing the pressure to from mHg to normal pressure, hydrolysis by-products such as alcohol are distilled off, and the system is substantially converted to a system comprising a silanol group-containing silicone resin and water. In this process, the condensation degree of the silicone resin further advances.
【0037】第一段階である程度加水分解縮合したシリ
コーン樹脂は、縮合の更なる進行に伴い高分子化し、徐
々に親水性を失う。同時に、シリコーン樹脂が溶存する
外部環境も大部分が水となってくる。The silicone resin which has been hydrolyzed and condensed to some extent in the first stage becomes polymerized with further progress of condensation and gradually loses hydrophilicity. At the same time, most of the external environment in which the silicone resin is dissolved becomes water.
【0038】加水分解副生成物を、その生成量の30〜
100%を除去することによりシラノール基含有シリコ
ーン樹脂は溶液中にもはや溶解できなくなり、溶液は微
濁乃至白濁した状態となる。副生成物の50〜100%
が除去されると、シリコーン樹脂は水層に不溶となり、
静置することにより沈降する。The hydrolysis by-product is produced in an amount of 30 to
By removing 100%, the silanol group-containing silicone resin can no longer be dissolved in the solution, and the solution becomes slightly turbid or turbid. 50-100% of by-product
Is removed, the silicone resin becomes insoluble in the aqueous layer,
Settle by standing.
【0039】このようにして水層から分離したシリコー
ン樹脂は、それ自体を取り出すことも可能であるが、水
と均一に相溶しない有機溶媒を添加し、溶液として水層
から分離することも可能である。このような有機溶媒と
してはジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メ
チルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、
酢酸イソブチル、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが
挙げられる。The silicone resin separated from the aqueous layer in this manner can be taken out itself, but it is also possible to add an organic solvent that is not uniformly compatible with water and separate it from the aqueous layer as a solution. It is. Such organic solvents include diethyl ether, diisopropyl ether, methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, n-butyl acetate,
Isobutyl acetate, benzene, toluene, xylene and the like.
【0040】本発明に用いられるシリコーン樹脂はこの
ようにして製造することが可能であるが、先に定義した
範囲であればいかなる製造法によるものであっても用い
ることができ、製造法によって限定されるものではな
い。The silicone resin used in the present invention can be produced in this manner, but any method can be used as long as it is in the range defined above. It is not something to be done.
【0041】次に、(B)成分であるポリアルキレンオ
キサイド構造を有する化合物について説明する。Next, the compound having a polyalkylene oxide structure as the component (B) will be described.
【0042】本発明におけるポリアルキレンオキサイド
構造を有する化合物としては、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリプロピレンオキサイド又は両者を共重合した化
合物が挙げられる。また、その末端に関しては特に限定
されず、通常水酸基、アルキル基、アシル基のものが知
られている。アルキル基としてはメチル基、エチル基、
プロピル基、ブチル基、2−エチルヘキシル基などが実
例として挙げられ、アシル基としてはアセトキシ基、プ
ロピオニルオキシ基が実例として挙げられる。The compound having a polyalkylene oxide structure in the present invention includes polyethylene oxide, polypropylene oxide or a compound obtained by copolymerizing both. The terminal is not particularly limited, and those having a hydroxyl group, an alkyl group, or an acyl group are generally known. As the alkyl group, a methyl group, an ethyl group,
Examples include a propyl group, a butyl group and a 2-ethylhexyl group, and examples of the acyl group include an acetoxy group and a propionyloxy group.
【0043】更にこのポリオキシアルキレンオキシド構
造を有する化合物として、ポリエーテルシリコーンも用
いることができる。これはポリアルキレンオキシド構造
の末端にシリコーン鎖の結合した構造を有する化合物の
総称であり、塗料用のレベリング剤やウレタン発泡の整
泡剤として広範に工業的に用いられている材料である。As the compound having a polyoxyalkylene oxide structure, polyether silicone can also be used. This is a general term for compounds having a structure in which a silicone chain is bonded to the end of a polyalkylene oxide structure, and is a material widely used industrially as a leveling agent for paint and a foam stabilizer for urethane foaming.
【0044】ポリエーテルシリコーン化合物としてはシ
リコーン鎖の一方の末端にポリアルキレンオキシド鎖が
結合した片末端変性ポリエーテルシリコーン、シリコー
ン鎖の両方の末端にポリアルキレンオキシド鎖の結合し
た両末端変性ポリエーテルシリコーン、シリコーン鎖の
主鎖部分にポリアルキレンオキシド鎖の結合した側鎖変
性ポリエーテルシリコーンが例示されるが、これらのい
ずれも用いることができる。Examples of the polyether silicone compound include one-terminal modified polyether silicone having a polyalkylene oxide chain bonded to one end of a silicone chain, and polyether silicone modified at both ends having a polyalkylene oxide chain bonded to both ends of a silicone chain. And a side chain-modified polyether silicone in which a polyalkylene oxide chain is bonded to the main chain portion of the silicone chain, and any of these can be used.
【0045】本発明にかかるシリコーン樹脂を用いた場
合、通常、これらのポリアルキレンオキサイド構造を有
する化合物は、通常のシラノール基の結合した珪素原子
の割合が小さな樹脂の場合に比べ、大きな溶解性を示
す。そのため、均一な膜形成が可能となる。When the silicone resin according to the present invention is used, these compounds having a polyalkylene oxide structure usually have higher solubility than a resin having a small proportion of silicon atoms bonded to silanol groups. Show. Therefore, a uniform film can be formed.
【0046】本発明において、ポリアルキレンオキサイ
ド構造を有する化合物のポリスチレン換算数平均分子量
は好ましくは100〜100000、特に好ましくは1
000〜20000である。(A)成分と(B)成分の
配合割合は、重量比で5:95〜95:5が好ましく、
特に好ましくは10:90〜80:20である。In the present invention, the compound having a polyalkylene oxide structure has a number average molecular weight in terms of polystyrene of preferably 100 to 100,000, particularly preferably 1 to 100,000.
000 to 20,000. The mixing ratio of the component (A) and the component (B) is preferably 5:95 to 95: 5 by weight,
Particularly preferably, the ratio is 10:90 to 80:20.
【0047】また、これら二成分の相溶性を更に大きく
するためにエポキシ基を含有する置換基を有するアルコ
キシシランを添加することが有効である。このようなア
ルコキシシランの実例としては、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、(γ−グリシドキシプロピ
ル)トリエトキシシラン、(γ−グリシドキシプロピ
ル)メチルジメトキシシラン、(γ−グリシドキシプロ
ピル)メチルジエトキシシラン、(γ−グリシドキシプ
ロピル)ジメチルメトキシシラン、(β−3,4−エポ
キシシクロヘキシルプロピル)トリメトキシシラン、
(β−3,4−エポキシシクロヘキシルプロピル)メチ
ルジメトキシシラン、(β−3,4−エポキシシクロヘ
キシルプロピル)トリエトキシシラン、(β−3,4−
エポキシシクロヘキシルプロピル)メチルジエトキシシ
ランなどが実例として挙げられ、これらは(A)成分と
(B)成分の合計量に対して0.5〜10重量%、特に
1〜7重量%の割合で添加することが好ましい。In order to further increase the compatibility of these two components, it is effective to add an alkoxysilane having an epoxy group-containing substituent. Examples of such alkoxysilanes are γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, (γ-glycidoxypropyl) triethoxysilane, (γ-glycidoxypropyl) methyldimethoxysilane, (γ-glycidoxypropyl) Propyl) methyldiethoxysilane, (γ-glycidoxypropyl) dimethylmethoxysilane, (β-3,4-epoxycyclohexylpropyl) trimethoxysilane,
(Β-3,4-epoxycyclohexylpropyl) methyldimethoxysilane, (β-3,4-epoxycyclohexylpropyl) triethoxysilane, (β-3,4-
Examples thereof include epoxycyclohexylpropyl) methyldiethoxysilane, which are added in an amount of 0.5 to 10% by weight, particularly 1 to 7% by weight, based on the total amount of the components (A) and (B). Is preferred.
【0048】本発明の膜形成用組成物は、上記(A)、
(B)成分を含有するが、この場合、これら(A)、
(B)成分は溶媒に溶解して用いられる。かかる溶媒と
しては、上述したシリコーン樹脂を可溶とする有機溶媒
が例示される。この溶媒は、シリコーン樹脂100重量
部に対して100〜1000重量部、特に150〜50
0重量部の割合とすることが好ましい。The film-forming composition of the present invention comprises the above (A)
(B) component is contained, in this case, these (A),
The component (B) is used after being dissolved in a solvent. Examples of such a solvent include the above-mentioned organic solvents that make the silicone resin soluble. This solvent is used in an amount of 100 to 1000 parts by weight, especially 150 to 50 parts by weight, per 100 parts by weight of the silicone resin.
It is preferred that the proportion be 0 parts by weight.
【0049】本発明の膜形成用組成物を用いて膜を形成
するには、まず本発明の組成物を基板に塗布し、塗膜形
成する。ここで、本発明の組成物を塗布することができ
る基板としては半導体、ガラス、セラミックス、金属な
どが挙げられ、塗布方法としては通常の半導体デバイス
製造で用いられる方法であればどんな方法でも用いるこ
とができるが、例えばスピンコート、ディッピング、ロ
ーラーブレードなどが挙げられる。ここで、形成する塗
膜の厚さは、層間絶縁膜の場合で通常0.2〜20μm
である。次いで、形成された塗膜を加熱するが、これは
通常プリベークと呼ばれる工程で塗布液中の溶媒を蒸発
させ、塗布膜の形状を固定化することを目的とする。こ
のときの加熱温度は塗布液中の溶媒を蒸発させるのに十
分な温度が用いられる。To form a film using the film-forming composition of the present invention, first, the composition of the present invention is applied to a substrate to form a coating film. Here, examples of the substrate on which the composition of the present invention can be applied include semiconductors, glass, ceramics, and metals, and any application method can be used as long as it is a method commonly used in semiconductor device manufacturing. Examples thereof include spin coating, dipping, and roller blades. Here, the thickness of the coating film to be formed is typically 0.2 to 20 μm in the case of an interlayer insulating film.
It is. Next, the formed coating film is heated. The purpose of this method is to evaporate the solvent in the coating solution and fix the shape of the coating film in a step usually called prebaking. The heating temperature at this time is a temperature sufficient to evaporate the solvent in the coating solution.
【0050】このようにして形成した膜を、(A)成分
が硬化し、かつ(B)成分が分解蒸発するのに十分な温
度に加熱することによって細孔を有する硬化膜を形成す
ることができる。By heating the film thus formed to a temperature sufficient for curing the component (A) and decomposing and evaporating the component (B), a cured film having pores can be formed. it can.
【0051】この加熱方法としては、300〜500℃
の温度で加熱することが好ましく、これにより本組成物
の場合細孔を有する多孔質膜となる。加熱時間は1分〜
2時間程度であるが、より好ましくは5分〜1時間であ
る。加熱温度が低すぎると、(A)成分の硬化と(B)
成分の分解蒸発が進行せず、硬化不十分で機械的強度が
小さな膜しか形成できず、また高すぎる温度は(A)成
分の過剰な分解をもたらしやはり膜強度の低下をもたら
すと共に、半導体デバイス製造プロセスに適合しないこ
とがあり、350〜450℃の温度がより好ましい。As the heating method, 300 to 500 ° C.
It is preferable to heat at a temperature of the present composition, whereby a porous film having pores in the case of the present composition is obtained. Heating time is 1 minute ~
It is about 2 hours, more preferably 5 minutes to 1 hour. If the heating temperature is too low, curing of component (A) and (B)
The decomposition and evaporation of the components do not proceed, the film is insufficiently cured, and only a film having a small mechanical strength can be formed. A temperature that is too high results in excessive decomposition of the component (A), which also results in a decrease in the film strength, and a semiconductor device. It may not be compatible with the manufacturing process, and a temperature of 350 to 450C is more preferable.
【0052】この加熱の時の雰囲気としては大気中で行
った場合と不活性ガス雰囲気で行った場合、膜の細孔の
分布及び機械的強度に差異が生じるが、これを制御する
ことで膜物性の制御が可能であり、どのようなものであ
っても用いることができ、限定されない。When the heating is performed in the air or in an inert gas atmosphere, the distribution of the pores and the mechanical strength of the film are different. By controlling this, the film is controlled. Physical properties can be controlled, and any material can be used without limitation.
【0053】不活性ガスとしては窒素ガス、アルゴンガ
スなどを挙げることができる。本発明において、不活性
ガスは酸素濃度が例えば5ppm以下の値となるように
使用することが好ましく、このように不活性ガス中で加
熱することにより、酸素の影響を排して、得られる膜の
誘電率をより低い値とすることができる。Examples of the inert gas include a nitrogen gas and an argon gas. In the present invention, the inert gas is preferably used so that the oxygen concentration becomes, for example, a value of 5 ppm or less. By heating in the inert gas in this manner, the influence of oxygen is eliminated, and the film obtained is obtained. Can have a lower dielectric constant.
【0054】また、本発明の膜の製造方法において、減
圧状態で多孔質膜形成用組成物を加熱(反応)すること
により、酸素の影響を排して、得られる膜の誘電率をよ
り低い値とすることができる。Further, in the method for producing a film of the present invention, by heating (reacting) the composition for forming a porous film under reduced pressure, the influence of oxygen is eliminated and the dielectric constant of the obtained film is lowered. It can be a value.
【0055】本発明の組成物を本発明の方法によって加
熱して得られた膜は、通常100nm以下の細孔を有
し、空隙率は5〜70%である。また膜の誘電率は、通
常、2.7〜1.2、好ましくは2.5〜1.2、より
好ましくは2.2〜1.2である。従って、本発明の膜
は、絶縁膜として好適であり、特に高集積回路の層間絶
縁膜に適している。The film obtained by heating the composition of the present invention by the method of the present invention usually has pores of 100 nm or less, and has a porosity of 5 to 70%. The dielectric constant of the film is usually 2.7 to 1.2, preferably 2.5 to 1.2, and more preferably 2.2 to 1.2. Therefore, the film of the present invention is suitable as an insulating film, and is particularly suitable as an interlayer insulating film for highly integrated circuits.
【0056】[0056]
【実施例】以下、製造例と実施例及び比較例を示し、本
発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制
限されるものではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Production Examples, Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
【0057】[製造例1]2リットルのフラスコにメチ
ルトリメトキシシラン408g(3.0モル)を仕込
み、窒素雰囲気下、0℃で水800gを加えてよく混合
した。ここに、氷冷下、0.05Nの塩酸水溶液216
gを40分間かけて滴下し、加水分解反応を行った。滴
下終了後、10℃以下で1時間撹拌し、更に室温で3時
間撹拌して、加水分解反応を完結させた。[Production Example 1] A 2-liter flask was charged with 408 g (3.0 mol) of methyltrimethoxysilane, and 800 g of water was added at 0 ° C under a nitrogen atmosphere, followed by thorough mixing. Here, under ice cooling, 0.05N hydrochloric acid aqueous solution 216
g was added dropwise over 40 minutes to carry out a hydrolysis reaction. After the completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 10 ° C. or lower for 1 hour, and further stirred at room temperature for 3 hours to complete the hydrolysis reaction.
【0058】次いで、加水分解で生成したメタノール及
び水を70℃×60Torrの条件下で1時間減圧留去
し、1136gの溶液を得た。溶液は白濁しており、一
昼夜静置すると2層に分離し、水に不溶となったシリコ
ーン樹脂は沈降した。Next, methanol and water produced by the hydrolysis were distilled off under reduced pressure at 70 ° C. × 60 Torr for 1 hour to obtain 1136 g of a solution. The solution was cloudy and separated into two layers when allowed to stand for 24 hours. The silicone resin insoluble in water settled out.
【0059】この白濁溶液にメチルイソブチルケトン2
00gを加えよく撹拌した後、静置し水層から分離し
た。これによって溶液398gが得られた。To this cloudy solution was added methyl isobutyl ketone 2
After adding 00 g and stirring well, the mixture was allowed to stand and separated from the aqueous layer. This gave 398 g of solution.
【0060】このシラノール基含有シリコーン樹脂の29
NMR分析を行ったところ、T単位が100モル%であ
り、そのうちT−1単位を2モル%、T−2単位を42
モル%、T−3単位を56モル%含んでおり、このシリ
コーン樹脂の数平均分子量は1800であった。 但し、T−1単位:CH3Si(OH)2Z’ T−2単位:CH3Si(OH)Z’2 T−3単位:CH3SiZ’3 The silanol group-containing silicone resin 29
NMR analysis revealed that T units were 100 mol%, of which T-1 units were 2 mol% and T-2 units were 42 mol%.
The silicone resin contained 56 mol% of T-3 units and 56 mol% of T-3 units, and the number average molecular weight of this silicone resin was 1,800. However, T-1 Unit: CH 3 Si (OH) 2 Z 'T-2 units: CH 3 Si (OH) Z ' 2 T-3 units: CH 3 SiZ '3
【0061】[製造例2]2リットルのフラスコにメチ
ルトリメトキシシラン367g及びジメチルジメトキシ
シラン41gを仕込んだほかは製造例1と同様に反応を
行ったところ、メチルイソブチルケトン溶液として41
2gが得られた。GPCによるポリスチレン換算数平均
分子量は2100であった。得られたシリコーン樹脂
は、T単位が89モル%、D単位が11モル%であり、
T単位のうちT−1単位が4モル%、T−2単位が40
モル%、T−3単位が56モル%であった(なお、T−
1〜T−3単位は上記と同じ)。[Production Example 2] A reaction was carried out in the same manner as in Production Example 1 except that 367 g of methyltrimethoxysilane and 41 g of dimethyldimethoxysilane were charged into a 2 liter flask.
2 g were obtained. The number average molecular weight in terms of polystyrene by GPC was 2,100. The obtained silicone resin has 89 mol% of T units and 11 mol% of D units,
4 mol% of T-1 units and 40 of T-2 units among T units.
Mol% and T-3 units were 56 mol% (in addition, T-
1 to T-3 units are the same as above).
【0062】[実施例、比較例]表1に示す成分の塗布
膜溶液をスピンコートした膜を熱処理して多孔質膜と
し、その評価を行った。塗布溶液は、(A)、(B)成
分をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
トで溶解し、不揮発残分30〜40重量%の溶液とし、
スピン塗布した。このときの回転数は1500〜300
0回転で60秒間とした。塗布後、100℃,60秒間
のプリベークを行い、その後大気中で400℃,60分
間、オーブン中で加熱した。周波数100kHzで横河
・ヒューレットパッカード(株)製HP16451B電
極及びHP4284AプレシジョンLCRメータを用い
て当該塗膜の誘電率を測定した。結果を表1に示す。[Examples and Comparative Examples] A film obtained by spin-coating a coating film solution having the components shown in Table 1 was heat-treated to obtain a porous film, which was evaluated. The coating solution is obtained by dissolving the components (A) and (B) in propylene glycol monomethyl ether acetate to form a solution having a non-volatile residue of 30 to 40% by weight.
Spin-coated. The rotation speed at this time is 1500 to 300
Zero rotation was performed for 60 seconds. After the application, prebaking was performed at 100 ° C. for 60 seconds, and thereafter, the film was heated in the air at 400 ° C. for 60 minutes in an oven. The dielectric constant of the coating film was measured at a frequency of 100 kHz using an HP16451B electrode manufactured by Yokogawa Hewlett-Packard Co., Ltd. and an HP4284A Precision LCR meter. Table 1 shows the results.
【0063】[0063]
【表1】 (注)平坦性:○良好、×不良[Table 1] (Note) Flatness: good, bad
【0064】[0064]
【化1】 Embedded image
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明の組成物を用いることによって、
多孔質で低誘電率でありながら、平坦で均一であると共
に、誘電率が小さく、しかも機械的な強度も大きい、半
導体デバイス製造に用いるとき層間絶縁膜として最適な
膜を形成することが可能になる。By using the composition of the present invention,
Porous, low dielectric constant, flat and uniform, low dielectric constant, and high mechanical strength, making it possible to form an optimal film as an interlayer insulating film when used in semiconductor device manufacturing. Become.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 昭 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 Fターム(参考) 4J038 DF012 DL051 DL071 DL132 GA03 GA15 NA11 NA12 NA17 NA24 PA19 PB09 PC02 5F033 RR21 RR23 RR29 SS22 XX23 5F058 AA10 AC03 AF04 AG01 AH02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Akira Yamamoto 1-10 Hitomi, Matsuida-cho, Usui-gun, Gunma Prefecture F-term in the Silicon Electronics Research Laboratory, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 4J038 DF012 DL051 DL071 DL132 GA03 GA15 NA11 NA12 NA17 NA24 PA19 PB09 PC02 5F033 RR21 RR23 RR29 SS22 XX23 5F058 AA10 AC03 AF04 AG01 AH02
Claims (4)
有し、かつこのT単位のうち、下記一般式(2) R1−Si(OH)Z’2 (2) で表されるシラノール基を1個含有する構造単位(T−
2単位)を30〜80モル%含有し(但し、上記式中R
1は置換又は非置換の一価炭化水素基を示し、ZはOH
基、加水分解性基及びシロキサン残基から選ばれ、少な
くとも1つはシロキサン残基を示し、Z’はシロキサン
残基を示す。)、数平均分子量が100以上であるシラ
ノール基含有シリコーン樹脂と、(B)ポリアルキレン
オキサイド構造を有する化合物とを含有することを特徴
とする膜形成用組成物。(A) containing 30 to 100 mol% of a structural unit (T unit) represented by the following general formula (1) R 1 —SiZ 3 (1), and Structural unit containing one silanol group represented by the formula (2) R 1 —Si (OH) Z ′ 2 (2) (T-
2 units) in an amount of 30 to 80 mol% (provided that R
1 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, and Z is OH
Groups, hydrolyzable groups and siloxane residues, at least one of which represents a siloxane residue and Z 'represents a siloxane residue. ), A film-forming composition comprising: a silanol group-containing silicone resin having a number average molecular weight of 100 or more; and (B) a compound having a polyalkylene oxide structure.
構造を有する化合物が、ポリエーテルシリコーンである
ことを特徴とする請求項1記載の膜形成用組成物。2. The composition according to claim 1, wherein the compound having a polyalkylene oxide structure as the component (B) is polyether silicone.
布し、形成された膜を(B)成分の分解温度以上の温度
で加熱することを特徴とする多孔質膜の形成方法。3. A method for forming a porous film, comprising applying the composition according to claim 1 or 2 to a substrate, and heating the formed film at a temperature not lower than the decomposition temperature of the component (B).
孔質膜。4. A porous membrane obtained by the method according to claim 3.
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