JP2009051971A - Composition for interlayer insulating film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は膜形成用組成物に関し、更に詳しくは電子デバイスなどに用いられる誘電率、機械強度、耐熱性等の膜特性が良好であり、更に経時安定性が良好な層間絶縁膜形成用組成物に関し、更には該組成物を用いて得られる絶縁膜及び前記絶縁膜を有する電子デバイスに関する。 The present invention relates to a film-forming composition, and more particularly, a composition for forming an interlayer insulating film having good film properties such as dielectric constant, mechanical strength, heat resistance, etc. used in electronic devices, and having good temporal stability. Further, the present invention relates to an insulating film obtained using the composition and an electronic device having the insulating film.
近年、電子材料分野においては、高集積化、多機能化、高性能化の進行に伴い、回路抵抗や配線間のコンデンサー容量が増大し、消費電力や遅延時間の増大を招いている。中でも、遅延時間の増大は、デバイスの信号スピードの低下やクロストークの発生の大きな要因となるため、この遅延時間を減少させてデバイスの高速化を図るべく、寄生抵抗や寄生容量の低減が求められている。この寄生容量を低減するための具体策の一つとして、配線の周辺を低誘電性の層間絶縁膜で被覆することが試みられている。また、層間絶縁膜には、実装基板製造時の薄膜形成工程やチップ接続、ピン付け等の後工程に耐え得る、優れた耐熱性やウェットプロセスに耐え得る耐薬品性が求められている。更に、近年は、Al配線から低抵抗のCu配線が導入されつつあり、これに伴い、CMP(ケミカルメカニカルポリッシング)による平坦化が一般的となっており、このプロセスに耐え得る高い機械的強度が求められている。 In recent years, in the field of electronic materials, with the progress of higher integration, more functions, and higher performance, circuit resistance and capacitor capacity between wirings have increased, leading to an increase in power consumption and delay time. In particular, an increase in delay time is a major factor in reducing the signal speed of the device and the occurrence of crosstalk. Therefore, in order to reduce the delay time and speed up the device, it is necessary to reduce parasitic resistance and parasitic capacitance. It has been. As a specific measure for reducing this parasitic capacitance, an attempt has been made to cover the periphery of the wiring with a low dielectric interlayer insulating film. In addition, the interlayer insulating film is required to have excellent heat resistance and chemical resistance that can withstand a subsequent process such as a thin film formation process, chip connection, and pinning during manufacturing of a mounting substrate. Furthermore, in recent years, low resistance Cu wiring is being introduced from Al wiring, and along with this, planarization by CMP (Chemical Mechanical Polishing) has become common, and high mechanical strength that can withstand this process is high. It has been demanded.
高耐熱性の層間絶縁膜としては古くからポリベンゾオキサゾール、ポリイミド、ポリアリーレン(エーテル)等が開示されているが、高速デバイスを実現するためには更に誘電率の低い材料が要望されている。該材料のようにポリマー分子内に酸素、窒素、硫黄等のヘテロ原子や芳香族炭化水素ユニットを導入すると、高モル分極に起因して誘電率が高くなったり、吸湿に起因して経時で誘電率が上昇したり、更には電子デバイスの信頼性を損なう問題が生じるため改良が必要であった。
一方、飽和炭化水素で構成されるポリマーは含ヘテロ原子ユニットや芳香族炭化水素ユニットで構成されるポリマーと比べてモル分極が小さくなるため、より低い誘電率を示すという利点がある。しかし例えばポリエチレン等のフレキシビリティーの高い炭化水素は耐熱性が不十分であり、電子デバイス用途に利用することは困難であった。
Polybenzoxazole, polyimide, polyarylene (ether), and the like have been disclosed for a long time as a high heat-resistant interlayer insulating film, but a material having a lower dielectric constant is desired to realize a high-speed device. When a heteroatom such as oxygen, nitrogen or sulfur or an aromatic hydrocarbon unit is introduced into the polymer molecule as in this material, the dielectric constant increases due to high molar polarization, or the dielectric constant over time due to moisture absorption. Improvements are necessary because of the increase in the rate and problems that impair the reliability of the electronic device.
On the other hand, a polymer composed of saturated hydrocarbons has an advantage that it exhibits a lower dielectric constant because it has a smaller molar polarization than a polymer composed of heteroatom-containing units or aromatic hydrocarbon units. However, for example, highly flexible hydrocarbons such as polyethylene have insufficient heat resistance and have been difficult to use for electronic device applications.
このような状況下、低誘電性、絶縁性、耐熱性、及び耐久性に優れた絶縁膜材料として、カゴ型構造を有する多環炭素環化合物を含有する低誘電率材料が提案されている。中でも、炭素−炭素不飽和結合を有する化合物を重合して得られる重合体が、優れた材料として開示されている(特許文献1)。これらの絶縁膜は、有機化合物の膜としては、極めて高い耐熱性と低誘電率を両立するという優れた結果を示すものの、基板との密着性の観点で改良が求められていた。
層間絶縁膜の密着剤としては、シラン化合物の検討が開示されている(特許文献2、3)。これらは、確かに密着性改良効果を示すものの、十分な密着性を得るためには他性能に弊害が出る程度の大量添加を必要としたり、また、例えば400℃程度の加熱処理を繰り返すと密着性が失われる、などの問題があり、さらなる改良が求められていた。
Under such circumstances, a low dielectric constant material containing a polycyclic carbocyclic compound having a cage structure has been proposed as an insulating film material having excellent low dielectric properties, insulating properties, heat resistance, and durability. Among them, a polymer obtained by polymerizing a compound having a carbon-carbon unsaturated bond is disclosed as an excellent material (Patent Document 1). These insulating films, as organic compound films, show excellent results of achieving both extremely high heat resistance and low dielectric constant, but have been required to be improved in terms of adhesion to the substrate.
As an adhesive for an interlayer insulating film, studies on silane compounds have been disclosed (Patent Documents 2 and 3). Although these certainly show the effect of improving adhesion, in order to obtain sufficient adhesion, it is necessary to add a large amount so as to adversely affect other performances. There was a problem such as loss of sex, and further improvement was demanded.
本発明は上記問題点を解決するための層間絶縁膜用組成物に関し、更に詳しくは電子デバイスなどに用いられる誘電率、機械強度等の膜特性が良好であり、かつ基板との密着性や塗布液の安定性に優れる層間絶縁膜用組成物に関し、更には該組成物を用いて得られる絶縁膜およびそれを有する電子デバイスに関する。 The present invention relates to a composition for an interlayer insulating film for solving the above-mentioned problems, and more specifically, film characteristics such as dielectric constant and mechanical strength used for electronic devices and the like, and adhesion to a substrate and coating. The present invention relates to a composition for an interlayer insulating film having excellent liquid stability, and further relates to an insulating film obtained using the composition and an electronic device having the same.
上記課題が下記の<1>〜<5>の構成により解決されることを見出した。
<1>以下の成分を含む層間絶縁膜用組成物。
(A)一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを加水分解して得られる加水分解物、
(B)炭素−炭素三重結合を分子内に少なくとも2つ有する化合物、及び
(C)溶媒。
<2>(B)の化合物が分子内に更にカゴ型構造を有することを特徴とする上記<1>に記載の組成物。
<3>該カゴ型構造がアダマンタン、ビアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、及びテトラマンタンからなる群より選択されることを特徴とする上記<2>に記載の組成物。
<4>上記<1>〜<3>のいずれか一に記載の組成物を用いて形成された絶縁膜。
<5>上記<4>に記載の絶縁膜を有する電子デバイス。
It has been found that the above problems are solved by the following <1> to <5> configurations.
<1> A composition for an interlayer insulating film containing the following components.
(A) a hydrolyzate obtained by hydrolyzing an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule;
(B) a compound having at least two carbon-carbon triple bonds in the molecule, and (C) a solvent.
<2> The composition according to <1>, wherein the compound (B) further has a cage structure in the molecule.
<3> The composition according to <2>, wherein the cage structure is selected from the group consisting of adamantane, biadamantane, diamantane, triamantane, and tetramantane.
<4> An insulating film formed using the composition according to any one of <1> to <3>.
<5> An electronic device having the insulating film according to <4>.
本発明の層間絶縁膜用組成物により、密着性および機械強度に優れる層間絶縁膜を形成することができる。
また、本発明の層間絶縁膜用組成物により、耐熱性および低誘電率という特性を維持しつつ、密着性と機械強度が改良された層間絶縁膜を形成することができる。
また、本発明の層間絶縁膜用組成物により、他性能を維持しつつ、400℃程度の加熱処理を繰り返しても密着性が失われない良好な層間絶縁膜用組成物を得ることができる。
With the interlayer insulating film composition of the present invention, an interlayer insulating film having excellent adhesion and mechanical strength can be formed.
In addition, the interlayer insulating film composition of the present invention can form an interlayer insulating film with improved adhesion and mechanical strength while maintaining the properties of heat resistance and low dielectric constant.
In addition, with the interlayer insulating film composition of the present invention, it is possible to obtain a good interlayer insulating film composition in which adhesion is not lost even when heat treatment at about 400 ° C. is repeated while maintaining other performances.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の層間絶縁膜用組成物は、以下の成分を含む。
(A)一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを加水分解して得られる加水分解物、
(B)炭素−炭素三重結合を分子内に少なくとも2つ有する化合物、及び
(C)溶媒。
各成分について以下説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The composition for interlayer insulation films of this invention contains the following components.
(A) a hydrolyzate obtained by hydrolyzing an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule;
(B) a compound having at least two carbon-carbon triple bonds in the molecule, and (C) a solvent.
Each component will be described below.
(A)一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを加水分解して得られる加水分解物
化合物(A)は、分子内に、一または複数の置換基を任意に有するスチリル基、すなわち、スチレン(ビニルベンゼン)から水素原子を一つ除いた基、好ましくはスチレン(ビニルベンゼン)のベンゼン環上の水素原子を一つ除いた形の基であって、ベンゼン環上に任意に一または複数の置換基を有する基、を少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを加水分解して得られる化合物である。前記置換基としては、後述する式(1)におけるR2が表す基が挙げられる。置換基が複数存在する場合、置換基同士は互いに同一であっても異なっていても良く、互いに結合してベンゼン環の炭素原子と共に環構造を形成しても良い。
(A) A hydrolyzate obtained by hydrolyzing an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule. Or a styryl group optionally having a plurality of substituents, that is, a group obtained by removing one hydrogen atom from styrene (vinylbenzene), preferably a form obtained by removing one hydrogen atom on the benzene ring of styrene (vinylbenzene). It is a compound obtained by hydrolyzing an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one group which is a group and optionally has one or more substituents on the benzene ring. Examples of the substituent include a group represented by R 2 in formula (1) described later. When a plurality of substituents are present, the substituents may be the same as or different from each other, and may be bonded to each other to form a ring structure together with the carbon atoms of the benzene ring.
加水分解は、アルコキシシラン又はアシロキシシランに水を添加するか、もしくは、水にアルコキシシラン又はアシロキシシランを添加するか、いずれの方法でも良いが、溶媒で希釈して行うのが好ましい。
加水分解を行う際の主溶媒は、本発明の層間絶縁膜組成物(塗布液)中の塗布溶媒としても機能するものであるから、塗布液への溶解性及び塗布面状の観点で、有機溶媒であることが好ましく、アルコール、ケトン、エステル、エーテルであることが好ましく、ケトン、エーテルであることが更に好ましく、ケトンであることが最も好ましい。
また、塗布面状と塗布時の乾燥しやすさの観点で、加水分解を行う際の主溶媒は、常圧における沸点として、90℃〜210℃であることが好ましく、110℃〜190℃であることが更に好ましく、130℃〜170℃であることが最も好ましい。沸点が低すぎると乾燥速度が速すぎるため面状にムラが生じやすい。沸点が高すぎると、膜中への残留量が多くなりすぎる傾向が見られる。
Hydrolysis may be performed by adding water to alkoxysilane or acyloxysilane, or adding alkoxysilane or acyloxysilane to water, but is preferably diluted with a solvent.
Since the main solvent used for the hydrolysis also functions as a coating solvent in the interlayer insulating film composition (coating liquid) of the present invention, it is organic from the viewpoints of solubility in the coating liquid and coated surface. It is preferably a solvent, preferably an alcohol, a ketone, an ester or an ether, more preferably a ketone or an ether, and most preferably a ketone.
Moreover, from the viewpoint of the coating surface shape and ease of drying during coating, the main solvent used for the hydrolysis is preferably 90 ° C. to 210 ° C. as the boiling point at normal pressure, and 110 ° C. to 190 ° C. More preferably, it is most preferably 130 ° C to 170 ° C. If the boiling point is too low, the drying rate is too high and unevenness in the surface is likely to occur. If the boiling point is too high, the residual amount in the film tends to be too large.
具体的には、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン等の、低分子量(炭素数4〜10程度)の環状、分岐状あるいは直鎖状アルキルケトンを最も好ましい例として挙げることが出来る。 Specifically, low-molecular weight (about 4 to 10 carbon atoms) cyclic, branched or linear alkyl ketones such as cyclohexanone and 2-heptanone can be mentioned as the most preferred examples.
加水分解は、通常、一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを上記溶媒に希釈した後、希釈液に水を滴下してもよく、あるいは溶媒と水の混合液に、分子内にスチリル基を少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシラン(またはその溶液)を滴下してもよい。好ましくは、溶媒と水の混合液に、一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを滴下することにより行う。
水の添加量は、シラン化合物に対して、通常、1等量以上用いるが、3等量以上用いることが好ましく、5当量以上用いることがより好ましく、8等量以上用いることが更に好ましい。
水には、金属元素が入っていないことが好ましく、各金属元素の含有量は、300ppb以下であることが好ましく、100ppb以下であることがより好ましく、10ppb以下であることが更に好ましい。従って、蒸留水、超純水等を用いることが好ましい。
Hydrolysis is usually performed by diluting an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule with the above solvent, and then adding water dropwise to the diluted solution. Alternatively, alkoxysilane or acyloxysilane (or a solution thereof) having at least one styryl group in the molecule may be dropped into a mixed solution of a solvent and water. Preferably, an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group having one or more substituents in the molecule is dropped into a mixed solution of a solvent and water.
The amount of water added is usually 1 equivalent or more, preferably 3 equivalents or more, more preferably 5 equivalents or more, and still more preferably 8 equivalents or more, relative to the silane compound.
The water preferably contains no metal elements, and the content of each metal element is preferably 300 ppb or less, more preferably 100 ppb or less, and even more preferably 10 ppb or less. Therefore, it is preferable to use distilled water, ultrapure water, or the like.
加水分解において、加水分解反応速度を向上するために、酸触媒を添加しても良い。酸触媒としては、−1<pKa<11のブレンステッド酸が好ましく、0<pKa<9がより好ましく、1<pKa<7が最も好ましい。酸性が弱すぎると、加水分解速度向上効果が小さく、酸性が強すぎると、加水分解後のシラノールの縮合反応が促進され、経時安定性に問題が生じる場合がある。
具体的にはカルボン酸が好ましく、塗布乾燥時の揮発性を考慮すると、炭素数1〜10が好ましく、1〜8がより好ましく、2〜6が最も好ましい。
酸触媒の添加量は、目的や温度等の加水分解条件に応じて適宜決定することができる。例えば、加水分解反応溶液の全質量に対して20ppm〜80%である。
In the hydrolysis, an acid catalyst may be added in order to improve the hydrolysis reaction rate. As the acid catalyst, a Bronsted acid of -1 <pKa <11 is preferable, 0 <pKa <9 is more preferable, and 1 <pKa <7 is most preferable. If the acidity is too weak, the effect of improving the hydrolysis rate is small, and if the acidity is too strong, the condensation reaction of silanol after hydrolysis is promoted, which may cause a problem in stability over time.
Specifically, carboxylic acid is preferable, and considering the volatility at the time of coating and drying, 1 to 10 carbon atoms are preferable, 1 to 8 are more preferable, and 2 to 6 are most preferable.
The addition amount of the acid catalyst can be appropriately determined according to the hydrolysis conditions such as the purpose and temperature. For example, it is 20 ppm to 80% with respect to the total mass of the hydrolysis reaction solution.
加水分解反応の温度、時間等の条件は基質によって異なり、加水分解反応の速度に応じて適宜設定すればよい。加水分解反応の進行状況は、例えば、アシルオキシシランの場合は、加水分解の結果生じるカルボン酸を1H−NMRで定量することにより確認でき、また、アルコキシシランの場合は、加水分解の結果生じるアルコールを定量することにより確認できる。
一般的な加水分解反応の温度及び時間は、アシルオキシシランの場合は、−30℃〜50℃で1分〜6時間程度であり、アルコキシシランの場合は、0℃〜120℃で1分〜24時間程度である。
反応終了後、通常、反応液をそのまま層間絶縁膜用組成物の(A)成分及び(C)成分として使用することが好ましい。ただし、後述するように(C)成分として更に他の溶媒を添加してもよい。
Conditions such as the temperature and time of the hydrolysis reaction vary depending on the substrate, and may be appropriately set according to the rate of the hydrolysis reaction. For example, in the case of acyloxysilane, the progress of the hydrolysis reaction can be confirmed by quantifying the carboxylic acid resulting from the hydrolysis by 1 H-NMR, and in the case of alkoxysilane, the alcohol resulting from the hydrolysis. Can be confirmed by quantitative determination.
In the case of acyloxysilane, the temperature and time of a general hydrolysis reaction are from -30 ° C to 50 ° C for about 1 minute to 6 hours, and in the case of alkoxysilane, from 0 ° C to 120 ° C for 1 minute to 24 hours. It is about time.
After completion of the reaction, it is usually preferable to use the reaction solution as it is as the component (A) and the component (C) of the interlayer insulating film composition. However, as described later, another solvent may be further added as the component (C).
本発明で好適に用いられるアルコキシシラン、アシロキシシランとしては、一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に有することが必須である。
本明細書において、一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランは、好ましくは下記一般式(1)で表されるトリアルコキシシランまたはトリアシロキシシラン化合物である。
式中、R1はアルキル基若しくはアシル基であり、Lは、2価の連結基である。
n=1〜5の整数である。
R2は、水素原子、又は、任意の置換基を表し、R2が複数存在する場合、R2同士は互いに同一であっても異なっていても良く、互いに結合してベンゼン環の炭素原子と共に環構造を形成しても良い。
As an alkoxysilane and an acyloxysilane suitably used in the present invention, it is essential to have a styryl group optionally having one or more substituents in the molecule.
In the present specification, the alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule is preferably a trialkoxysilane or trialumina represented by the following general formula (1). It is a siloxysilane compound.
In the formula, R 1 is an alkyl group or an acyl group, and L is a divalent linking group.
n is an integer of 1 to 5.
R 2 is a hydrogen atom, or represents an optional substituent, if R 2 there are a plurality, R 2 to each other may be the being the same or different, together with the carbon atoms of the benzene ring bonded to each other A ring structure may be formed.
一般式(1)におけるアルキル基は、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり、更に好ましくはメチル、エチル及びプロピル基が挙げられる。
一般式(1)におけるアシル基は、好ましくは炭素数1〜7のアルカノイル基(R’C=O:R’は水素、炭素数1〜6のアルキル基)であり、更に好ましくはホルミル、アセチル及びプロパノイル基である。
一般式(1)におけるLが表す2価の連結基としては、単結合または−L1−L2−L3−で表される基が挙げられる。L1、L2、L3は独立に、単結合、−(CH2)n−(nは1〜5の整数)、NH、S、O、C(=O)、フェニレンからなる群より選択される基を表す。
Lとして好ましくは、単結合、炭素数1〜4のアルキレン基、炭素数5〜12のアリーレン基が挙げられ、最も好ましくは、単結合である。
R2として好ましくは、水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルケニル基、炭素原子数1〜10のアルキニル基、炭素原子数6〜12のアリール基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、炭素原子数6〜12のアリールオキシ基、炭素原子数1〜10のアシル基、炭素原子数1〜10のアシルオキシ基、炭素原子数6〜12のアリールカルボニル基、炭素原子数6〜12のアリールカルボニルオキシ基、である。また、複数のR2が結合してベンゼン環の炭素原子と共に形成する環構造としては、シクロペンチル、シクロヘキシル等のシクロアルキル環、あるいはフェニル等の芳香環等が挙げられる。
より好ましくは、水素原子、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルケニル基、炭素原子数1〜10のアルキニル基であり、最も好ましくは、水素原子である。
The alkyl group in the general formula (1) is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably methyl, ethyl and propyl groups.
The acyl group in the general formula (1) is preferably an alkanoyl group having 1 to 7 carbon atoms (R′C═O: R ′ is hydrogen, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), more preferably formyl or acetyl. And a propanoyl group.
Examples of the divalent linking group represented by L in the general formula (1) include a single bond or a group represented by -L1-L2-L3-. L 1, L 2 and L 3 are independently a group selected from the group consisting of a single bond, — (CH 2 ) n — (n is an integer of 1 to 5), NH, S, O, C (═O), and phenylene. Represents.
L is preferably a single bond, an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or an arylene group having 5 to 12 carbon atoms, and most preferably a single bond.
R 2 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, carbon An alkoxy group having 1 to 10 atoms, an aryloxy group having 6 to 12 carbon atoms, an acyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyloxy group having 1 to 10 carbon atoms, and an arylcarbonyl group having 6 to 12 carbon atoms , An arylcarbonyloxy group having 6 to 12 carbon atoms. Examples of the ring structure formed by combining a plurality of R 2 together with the carbon atoms of the benzene ring include cycloalkyl rings such as cyclopentyl and cyclohexyl, and aromatic rings such as phenyl.
More preferred are a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms, and most preferred is a hydrogen atom.
(A)成分は、典型的には、一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを反応溶媒で希釈し、水を添加して、加水分解反応を行うことにより製造できる。
加水分解反応を行う際の反応基質濃度(希釈率)としては、50質量%以下が好ましく、より好ましくは30質量%以下であり、更に好ましくは20質量%以下であり、最も好ましくは10質量%以下である。また、反応基質濃度は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることが最も好ましい。濃度が薄すぎると、塗布液作成の際、溶媒量が多すぎて目標の添加量に調整できない場合がある。
The component (A) is typically prepared by diluting an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule with a reaction solvent, adding water, It can manufacture by performing a hydrolysis reaction.
The reaction substrate concentration (dilution ratio) in carrying out the hydrolysis reaction is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, still more preferably 20% by mass or less, and most preferably 10% by mass. It is as follows. The reaction substrate concentration is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and most preferably 0.5% by mass or more. If the concentration is too low, the amount of solvent may be too large to adjust the target addition amount when preparing the coating solution.
一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランの具体例として、下記化合物を例示することが出来る。
As specific examples of alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule, the following compounds can be exemplified.
(B)炭素−炭素三重結合を分子内に少なくとも2つ有する化合物
(B)成分としては、分子内に、炭素−炭素三重結合を少なくとも2つ有する化合物であれば特に限定無く使用することが出来るが、成膜性の観点で、重合体であることが好ましく、重量平均分子量500以上のものが好ましく、1000以上がより好ましく、2000以上が最も好ましい。
(B) Compound having at least two carbon-carbon triple bonds in the molecule (B) The component (B) can be used without particular limitation as long as it is a compound having at least two carbon-carbon triple bonds in the molecule. However, from the viewpoint of film formability, a polymer is preferable, a polymer having a weight average molecular weight of 500 or more is preferable, 1000 or more is more preferable, and 2000 or more is most preferable.
(B)成分が重合体である場合には、下記一般式(2)で表されるモノマーを後述するような方法で重合した化合物であってもよい。
When the component (B) is a polymer, it may be a compound obtained by polymerizing a monomer represented by the following general formula (2) by a method described later.
式中、R3は、置換基を有していてもよい、炭素数1〜30の、直鎖、分岐鎖あるいは環状のm価の炭化水素基である。炭化水素基の具体例としては、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルケニル基、炭素数1〜10のアルキニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数10〜20のカゴ型構造基が挙げられる。より好ましくは炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数10〜20のカゴ型構造基が挙げられる。カゴ型構造基については後述する。
mは1以上であり、R3の価数以下である。すなわち、一般式(2)において、mはR3に直接結合する三重結合の数を意味するため、R3の表す価数がmのとりえる最大値である。mは好ましくは2以上である。
In the formula, R 3 is a linear, branched or cyclic m-valent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent. Specific examples of the hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and 10 to 20 carbon atoms. The cage-type structural group of More preferably, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and a cage structure group having 10 to 20 carbon atoms can be used. The cage structure group will be described later.
m is 1 or more and is less than the valence of R 3 . That is, in the general formula (2), m means the number of triple bonds directly bonded to R 3, and therefore the valence represented by R 3 is the maximum value m can take. m is preferably 2 or more.
R3の置換基としては、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素等)、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数10〜20のカゴ型構造基、または炭素数0〜20のシリル基が挙げられる。より好ましくは炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基であり、特に好ましくは炭素数1〜10のアルキル基である。 Examples of the substituent for R 3 include a halogen atom (fluorine, chlorine, bromine, etc.), an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, a cage structure group having 10 to 20 carbon atoms, or carbon. A silyl group of several 0-20 is mentioned. More preferred are an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and particularly preferred is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
Xはそれぞれ独立に、水素原子、あるいは炭素数1〜20程度の炭化水素基である。前記炭化水素基としては、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルキニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数0〜20のシリル基、炭素数2〜10のアシル基、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル、炭素数1〜20のカルバモイル基等を表す。このうち、好ましくは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数0〜20のシリル基、炭素数2〜10のアシル基、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜20のカルバモイル基が挙げられ、より好ましくは水素原子及び炭素数6〜20のアリール基であり、特に好ましくは水素原子である。 X is each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group having about 1 to 20 carbon atoms. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and a silyl group having 0 to 20 carbon atoms. Group, an acyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 2 to 10 carbon atoms, a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms, and the like. Among these, Preferably a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, a C0-C20 silyl group, a C2-C10 acyl group, C2-C10 Examples thereof include an alkoxycarbonyl group and a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom and an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and particularly preferably a hydrogen atom.
本明細書においてモノマーとは、互いに重合して2量体以上の重合体になるものを指す。この重合体は、ホモポリマーでもコポリマーでも良い。 In the present specification, the term “monomer” refers to a monomer that is polymerized to be a dimer or higher polymer. This polymer may be a homopolymer or a copolymer.
モノマーの重合反応はモノマーに置換した重合性基によって起こる。ここで重合性基とは、モノマーを重合せしめる反応性の置換基を指す。該重合反応としてはどのような重合反応でも良いが、例えばラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、開環重合、重縮合、重付加、付加縮合、遷移金属触媒重合等が挙げられる。 The polymerization reaction of the monomer is caused by the polymerizable group substituted for the monomer. Here, the polymerizable group refers to a reactive substituent that polymerizes the monomer. The polymerization reaction may be any polymerization reaction, and examples thereof include radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization, ring-opening polymerization, polycondensation, polyaddition, addition condensation, and transition metal catalyst polymerization.
本発明においてモノマーの重合反応は非金属の重合開始剤の存在下で行うことが好ましい。例えば、重合可能な炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合を有するモノマーを、加熱によって炭素ラジカルや酸素ラジカル等の遊離ラジカルを発生して活性を示す重合開始剤存在下で重合することが出来る。
重合開始剤としては有機過酸化物または有機アゾ系化合物が好ましく用いられるが、特に有機過酸化物が好ましい。
In the present invention, the monomer polymerization reaction is preferably performed in the presence of a nonmetallic polymerization initiator. For example, a monomer having a polymerizable carbon-carbon double bond or carbon-carbon triple bond may be polymerized in the presence of a polymerization initiator that exhibits activity by generating free radicals such as carbon radicals and oxygen radicals by heating. I can do it.
As the polymerization initiator, an organic peroxide or an organic azo compound is preferably used, and an organic peroxide is particularly preferable.
有機過酸化物としては、日本油脂株式会社より市販されているパーヘキサH等のケトンパーオキサイド類、パーヘキサTMH等のパーオキシケタール類、パーブチルH−69等のハイドロパーオキサイド類、パークミルD、パーブチルC、パーブチルD等のジアルキルパーオキサイド類、ナイパーBW等のジアシルパーオキサイド類、パーブチルZ、パーブチルL等のパーオキシエステル類、パーロイルTCP等のパーオキシジカーボネート等が好ましく用いられる。
有機アゾ系化合物としては和光純薬工業株式会社で市販されているV−30、V−40、V−59、V−60、V−65、V−70等のアゾニトリル化合物類、VA−080、VA−085、VA−086、VF−096、VAm−110、VAm−111等のアゾアミド化合物類、VA−044、VA−061等の環状アゾアミジン化合物類、V−50、VA−057等のアゾアミジン化合物類等が好ましく用いられる。
Examples of the organic peroxide include ketone peroxides such as perhexa H, peroxyketals such as perhexa TMH, hydroperoxides such as perbutyl H-69, park mill D, and perbutyl C, which are commercially available from Nippon Oil & Fats Co., Ltd. Dialkyl peroxides such as perbutyl D, diacyl peroxides such as niper BW, peroxyesters such as perbutyl Z and perbutyl L, and peroxydicarbonates such as peroyl TCP are preferably used.
As organic azo compounds, azonitrile compounds such as V-30, V-40, V-59, V-60, V-65, and V-70, which are commercially available from Wako Pure Chemical Industries, Ltd., VA-080, Azoamide compounds such as VA-085, VA-086, VF-096, VAm-110 and VAm-111, cyclic azoamidine compounds such as VA-044 and VA-061, and azoamidine compounds such as V-50 and VA-057 Etc. are preferably used.
本発明において重合開始剤は1種のみ、または2種以上を混合して用いてもよい。本発明において、重合開始剤の使用量はモノマー1モルに対して、好ましくは0.001〜2モル、より好ましくは0.01〜1モル、特に好ましくは0.05〜0.5モルである。 In the present invention, the polymerization initiator may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, the amount of the polymerization initiator used is preferably 0.001 to 2 mol, more preferably 0.01 to 1 mol, and particularly preferably 0.05 to 0.5 mol, relative to 1 mol of the monomer. .
本発明においてモノマーの重合反応は遷移金属触媒存在下で行うことも好ましい。例えば、重合可能な炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合を有するモノマーを例えばPd(PPh3)4、Pd(OAc)2等のPd系触媒、Ziegler−Natta触媒、ニッケルアセチルアセトネート等のNi系触媒、WCl6等のW系触媒、MoCl5等のMo系触媒、TaCl5等のTa系触媒、NbCl5等のNb系触媒、Rh系触媒、Pt系触媒等を用いて重合することが好ましい。 In the present invention, the monomer polymerization reaction is also preferably performed in the presence of a transition metal catalyst. For example, a monomer having a polymerizable carbon-carbon double bond or carbon-carbon triple bond may be a Pd-based catalyst such as Pd (PPh 3 ) 4 , Pd (OAc) 2 , Ziegler-Natta catalyst, nickel acetylacetonate, etc. polymerized using a Ni-based catalyst, W-based catalyst such as WCl 6, Mo-based catalysts such as MoCl 5, Ta catalysts such as TaCl 5, Nb-based catalyst such as NbCl 5, Rh-based catalyst, a Pt-based catalyst and the like It is preferable.
本発明において遷移金属触媒は1種のみ、または2種以上を混合して用いてもよい。本発明において遷移金属触媒の使用量はモノマー1モルに対して、好ましくは0.001〜2モル、より好ましくは0.01〜1モル、特に好ましくは0.05〜0.5モルである。 In the present invention, only one transition metal catalyst or a mixture of two or more transition metal catalysts may be used. In the present invention, the amount of the transition metal catalyst used is preferably 0.001 to 2 mol, more preferably 0.01 to 1 mol, and particularly preferably 0.05 to 0.5 mol with respect to 1 mol of the monomer.
一般式(2)におけるR3として、耐熱性と低誘電率の両立の観点から、カゴ型構造基(カゴ型構造から水素原子あるいは他の基を除くことにより誘導される基)であることが特に好ましい。
なお、以下において、一般式(2)におけるR3がカゴ型構造基である化合物を“カゴ型構造基を有するモノマー”とも呼ぶ。
また、本発明の(B)成分の化合物として、更に、カゴ型構造基を分子内に含む他の化合物を用いてもよい。以下において“カゴ型構造を有する化合物”という場合には、前記モノマーの重合体においてR3がカゴ型構造基である化合物に加えて、カゴ型構造基を分子内に含むその他の化合物も意味する。
R 3 in the general formula (2) is a cage structure group (a group derived by removing a hydrogen atom or other group from the cage structure) from the viewpoint of achieving both heat resistance and a low dielectric constant. Particularly preferred.
Hereinafter, a compound in which R 3 in the general formula (2) is a cage structure group is also referred to as a “monomer having a cage structure group”.
Further, as the compound of the component (B) of the present invention, another compound containing a cage structure group in the molecule may be used. In the following, the term “compound having a cage structure” means not only a compound in which R 3 is a cage structure group in the polymer of the monomer, but also other compounds containing a cage structure group in the molecule. .
本発明で述べる「カゴ型構造」とは、共有結合した原子で形成された複数の環によって容積が定まり、容積内に位置する点は環を通過せずには容積から離れることができないような分子を指す。例えば、アダマンタン構造はカゴ型構造と考えられる。対照的にノルボルナン(ビシクロ[2,2,1]ヘプタン)などの単一架橋を有する環状構造は、単一架橋した環状化合物の環が容積を定めないことから、カゴ型構造とは考えられない。 The “cage structure” described in the present invention is such that the volume is determined by a plurality of rings formed of covalently bonded atoms, and a point located within the volume cannot be separated from the volume without passing through the ring. Refers to a molecule. For example, an adamantane structure is considered a cage structure. In contrast, a cyclic structure having a single bridge such as norbornane (bicyclo [2,2,1] heptane) is not considered a cage structure because the ring of a single bridged cyclic compound does not define volume. .
本発明においてカゴ型構造は飽和、不飽和結合のいずれを含んでいても良く、酸素、窒素、硫黄等のヘテロ原子を含んでも良いが、低誘電率の見地から飽和炭化水素が好ましい。
本発明におけるカゴ型構造は、好ましくはアダマンタン、ビアダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ドデカヘドランであり、より好ましくはアダマンタン、ビアダマンタン、ジアマンタンであり、低誘電率である点で特にビアダマンタン、ジアマンタンが好ましい。
In the present invention, the cage structure may contain either a saturated or unsaturated bond and may contain a heteroatom such as oxygen, nitrogen or sulfur, but a saturated hydrocarbon is preferred from the viewpoint of a low dielectric constant.
The cage structure in the present invention is preferably adamantane, biadamantane, diamantane, triamantane, tetramantane, dodecahedran, more preferably adamantane, biadamantane, diamantane, and particularly in terms of low dielectric constant, biadamantane, Diamantane is preferred.
本発明におけるカゴ型構造は1つ以上の置換基を有していても良く、置換基の例としては、ハロゲン原子(フッ素原子、クロル原子、臭素原子、または沃素原子)、炭素数1〜10の直鎖、分岐、環状のアルキル基(メチル、t−ブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等)、炭素数2〜10のアルケニル基(ビニル、プロペニル等)、炭素数2〜10のアルキニル基(エチニル、フェニルエチニル等)、炭素数6〜20のアリール基(フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル等)、炭素数2〜10のアシル基(ベンゾイル等)、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル等)、炭素数1〜10のカルバモイル基(N,N−ジエチルカルバモイル等)、炭素数6〜20のアリールオキシ基(フェノキシ等)、炭素数6〜20のアリールスルホニル基(フェニルスルホニル等)、ニトロ基、シアノ基、シリル基(トリエトキシシリル、メチルジエトキシシリル、トリビニルシリル等)等である。 The cage structure in the present invention may have one or more substituents. Examples of the substituent include a halogen atom (a fluorine atom, a chloro atom, a bromine atom, or an iodine atom), a carbon number of 1 to 10. Linear, branched and cyclic alkyl groups (methyl, t-butyl, cyclopentyl, cyclohexyl, etc.), alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms (vinyl, propenyl, etc.), alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms (ethynyl, phenyl) Ethynyl, etc.), C6-C20 aryl groups (phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, etc.), C2-C10 acyl groups (benzoyl, etc.), C2-C10 alkoxycarbonyl groups (methoxycarbonyl) Etc.), a carbamoyl group having 1 to 10 carbon atoms (N, N-diethylcarbamoyl etc.), an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms (phenoxy etc.), 6 carbon atoms 20 arylsulfonyl group (phenylsulfonyl, etc.), nitro groups, cyano group, a silyl group (triethoxysilyl, methyldiethoxysilyl, trivinylsilyl or the like) and the like.
本発明におけるカゴ型構造基は2〜4価であることが好ましい。このとき、カゴ型構造に結合する基は1価以上の置換基でも2価以上の連結基でも良い。カゴ型構造基は好ましくは、2または3価であり、特に好ましくは2価である。 The cage structure group in the present invention is preferably divalent to tetravalent. At this time, the group bonded to the cage structure may be a monovalent or higher valent substituent or a divalent or higher linking group. The cage structure group is preferably divalent or trivalent, and particularly preferably divalent.
カゴ型構造基を有するモノマーの重合反応はモノマーに置換した重合性基によって起こる。ここで重合性基とは、モノマーを重合せしめる反応性の置換基を指す。該重合反応としてはどのような重合反応でも良いが、例えばラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、開環重合、重縮合、重付加、付加縮合、遷移金属触媒重合等が挙げられる。
重合方法については一般式(2)の化合物の重合方法について述べた方法を適用することができる。
The polymerization reaction of the monomer having a cage structure group is caused by the polymerizable group substituted for the monomer. Here, the polymerizable group refers to a reactive substituent that polymerizes the monomer. The polymerization reaction may be any polymerization reaction, and examples thereof include radical polymerization, cationic polymerization, anionic polymerization, ring-opening polymerization, polycondensation, polyaddition, addition condensation, and transition metal catalyst polymerization.
As the polymerization method, the method described for the polymerization method of the compound of the general formula (2) can be applied.
本発明における「カゴ型構造を有する化合物」において、カゴ型構造基はポリマー中にペンダント基として置換していても良く、ポリマー主鎖の一部となっていても良いが、ポリマー主鎖の一部となっている形態がより好ましい。ここで、ポリマー主鎖の一部になっている形態とは、本ポリマーからカゴ型構造基を除去するとポリマー鎖が切断されることを意味する。この形態においては、カゴ型構造基は直接単結合するかまたは適当な2価の連結基によって連結される。連結基の例としては例えば、−C(R11)(R12)−、−C(R13)=C(R14)−、−C≡C−、アリーレン基、−CO−、−O−、−SO2−、−N(R15)−、−Si(R16)(R17)−またはこれらを組み合わせた基が挙げられる。ここで、R11〜R17はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基またはアリール基を表す。これらの連結基は置換基で置換されていてもよく、例えば前述の置換基が好ましい例として挙げられる。
この中でより好ましい連結基は、−C(R11)(R12)−、−CH=CH−、−C≡C−、アリーレン基、−O−、−Si(R16)(R17)−またはこれらを組み合わせた基であり、特に好ましいものは、低誘電率である見地から−C(R11)(R12)−、−CH=CH−である。
In the “compound having a cage structure” in the present invention, the cage structure group may be substituted as a pendant group in the polymer and may be a part of the polymer main chain. The form which is a part is more preferable. Here, the form which is a part of the polymer main chain means that the polymer chain is cleaved when the cage structure group is removed from the polymer. In this form, the cage structure group is directly single-bonded or linked by an appropriate divalent linking group. Examples of the linking group include, for example, —C (R 11 ) (R 12 ) —, —C (R 13 ) ═C (R 14 ) —, —C≡C—, arylene group, —CO—, —O—. , —SO 2 —, —N (R 15 ) —, —Si (R 16 ) (R 17 ) —, or a combination thereof. Here, R 11 to R 17 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group or an aryl group. These linking groups may be substituted with a substituent, and for example, the above-described substituents are preferable examples.
Among these, more preferred linking groups are —C (R 11 ) (R 12 ) —, —CH═CH—, —C≡C—, arylene group, —O—, —Si (R 16 ) (R 17 ). — Or a combination thereof, and particularly preferred are —C (R 11 ) (R 12 ) — and —CH═CH— from the viewpoint of low dielectric constant.
本発明において、カゴ型構造を有する化合物は、低分子化合物であっても高分子化合物(たとえばポリマー)であっても良いが、好ましいものはポリマーである。カゴ型構造を有する化合物がポリマーである場合、その質量平均分子量は好ましくは1000〜500000、より好ましくは5000〜200000、特に好ましくは10000〜100000である。カゴ型構造を有するポリマーは分子量分布を有する樹脂組成物として層間絶縁膜用塗布液に含まれていても良い。カゴ型構造を有する化合物が低分子化合物である場合、その分子量は好ましくは150〜3000、より好ましくは200〜2000、特に好ましくは220〜1000である。 In the present invention, the compound having a cage structure may be a low molecular compound or a high molecular compound (for example, a polymer), but a preferable one is a polymer. When the compound having a cage structure is a polymer, the mass average molecular weight is preferably 1,000 to 500,000, more preferably 5,000 to 200,000, and particularly preferably 10,000 to 100,000. The polymer having a cage structure may be included in the interlayer insulating film coating solution as a resin composition having a molecular weight distribution. When the compound having a cage structure is a low molecular compound, the molecular weight is preferably 150 to 3000, more preferably 200 to 2000, and particularly preferably 220 to 1000.
本発明において、カゴ型構造を有する化合物は、更に、下記式(I)〜(VI)で表される化合物の重合体であることがより好ましい。
ただし、本発明において(B)成分は分子内に、炭素−炭素三重結合から選択される結合を少なくとも2つ有する化合物であるから、重合して得られる化合物が、分子内に、炭素−炭素三重結合から選択される結合を少なくとも2つ有する化合物となるように、式(I)〜(VI)のモノマーを適宜選択して組み合わせて共重合することができる。例えば、式(I)のモノマーは単独で用いることができるが、式(IV)のモノマーは、他の炭素-炭素三重結合を与えるモノマーとの共重合体用モノマーとして用いることができる。
In the present invention, the compound having a cage structure is more preferably a polymer of compounds represented by the following formulas (I) to (VI).
However, in the present invention, since the component (B) is a compound having at least two bonds selected from carbon-carbon triple bonds in the molecule, the compound obtained by polymerization has a carbon-carbon triplet in the molecule. The monomers of the formulas (I) to (VI) can be appropriately selected and combined for copolymerization so that the compound has at least two bonds selected from the bonds. For example, the monomer of formula (I) can be used alone, but the monomer of formula (IV) can be used as a monomer for a copolymer with another monomer that provides a carbon-carbon triple bond.
式(I)〜(VI)中、
X1〜X8はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルキニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数0〜20のシリル基、炭素数2〜10のアシル基、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル、炭素数1〜20のカルバモイル基等を表す。このうち、好ましくは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数0〜20のシリル基、炭素数2〜10のアシル基、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜20のカルバモイル基であり、より好ましくは水素原子、炭素数6〜20のアリール基であり、特に好ましくは水素原子である。
Y1〜Y8はそれぞれ独立にハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素等)、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基または炭素数0〜20のシリル基を表し、より好ましくは置換基を有していても良い炭素数1〜10のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基であり、特に好ましくはアルキル基(メチル基等)である。
X1〜X8、Y1〜Y8は更に別の置換基で置換されていてもよい。
In formulas (I) to (VI),
X 1 to X 8 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a carbon number. A silyl group having 0 to 20 carbon atoms, an acyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkoxycarbonyl group having 2 to 10 carbon atoms, a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms and the like are represented. Among these, Preferably a hydrogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C6-C20 aryl group, a C0-C20 silyl group, a C2-C10 acyl group, C2-C10 An alkoxycarbonyl group and a carbamoyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom and an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and particularly preferably a hydrogen atom.
Y 1 to Y 8 each independently represents a halogen atom (fluorine, chlorine, bromine, etc.), an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a silyl group having 0 to 20 carbon atoms; Preferably they are a C1-C10 alkyl group and C6-C20 aryl group which may have a substituent, Especially preferably, they are an alkyl group (methyl group etc.).
X 1 to X 8 and Y 1 to Y 8 may be further substituted with another substituent.
m1、m5はそれぞれ独立に1〜16の整数を表し、好ましくは1〜4であり、より好ましくは1〜3であり、特に好ましくは2である。
n1、n5はそれぞれ独立に0〜15の整数を表し、好ましくは0〜4であり、より好ましくは0または1であり、特に好ましくは0である。
m2、m3、m6、m7はそれぞれ独立に1〜15の整数を表し、好ましくは1〜4であり、より好ましくは1〜3であり、特に好ましくは1である。
n2、n3、n6、n7はそれぞれ独立に0〜14の整数を表し、好ましくは0〜4であり、より好ましくは0または1であり、特に好ましくは0である。
m4、m8はそれぞれ独立に1〜20の整数を表し、好ましくは1〜4であり、より好ましくは1〜3であり、特に好ましくは2である。
n4、n8はそれぞれ独立に0〜19の整数を表し、好ましくは0〜4であり、より好ましくは0または1であり、特に好ましくは0である。
m 1 and m 5 each independently represents an integer of 1 to 16, preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3, and particularly preferably 2.
n 1 and n 5 each independently represents an integer of 0 to 15, preferably 0 to 4, more preferably 0 or 1, and particularly preferably 0.
m 2 , m 3 , m 6 and m 7 each independently represents an integer of 1 to 15, preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3, particularly preferably 1.
n 2 , n 3 , n 6 and n 7 each independently represents an integer of 0 to 14, preferably 0 to 4, more preferably 0 or 1, and particularly preferably 0.
m 4 and m 8 each independently represents an integer of 1 to 20, preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3, and particularly preferably 2.
n 4 and n 8 each independently represents an integer of 0 to 19, preferably 0 to 4, more preferably 0 or 1, and particularly preferably 0.
本発明においてカゴ型構造を有する化合物として、好ましくは上記式(II)、(III)、(V)、(VI)の重合体であり、より好ましくは上記式(II)、(III)の重合体であり、特に好ましくは上記式(III)の重合体である。 In the present invention, the compound having a cage structure is preferably a polymer of the above formulas (II), (III), (V), (VI), more preferably a polymer of the above formulas (II), (III). Particularly preferred is a polymer of the above formula (III).
本発明においてカゴ型構造を有する化合物は2つ以上を併用しても良い。また、カゴ型構造基を有するモノマーを2種以上共重合したものを用いても良い。 In the present invention, two or more compounds having a cage structure may be used in combination. Moreover, you may use what copolymerized 2 or more types of monomers which have a cage structure group.
本発明においてカゴ型構造を有する化合物は有機溶剤へ十分な溶解性を有することが好ましい。好ましい溶解度は25℃でシクロヘキサノンまたはアニソールに3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、特に好ましくは10質量%以上である。 In the present invention, the compound having a cage structure preferably has sufficient solubility in an organic solvent. The solubility is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and particularly preferably 10% by mass or more in cyclohexanone or anisole at 25 ° C.
本発明におけるカゴ型構造を有する化合物としては、例えば特開平11−322929号、特開2003−12802号、特開2004−18593号記載のポリベンゾオキサゾール、特開2001−2899号に記載のキノリン樹脂、特表2003−530464号、特表2004−535497号、特表2004−504424号、特表2004−504455号、特表2005−501131号、特表2005−516382号、特表2005−514479号、特表2005−522528号、特開2000−100808号、米国特許6509415号に記載のポリアリール樹脂、特開平11−214382号、特開2001−332542号、特開2003−252982号、特開2003−292878号、特開2004−2787号、特開2004−67877号、特開2004−59444号に記載のポリアダマンタン、特開2003−252992号、特開2004−26850号に記載のポリイミド等が挙げられる。 Examples of the compound having a cage structure in the present invention include polybenzoxazole described in JP-A-11-322929, JP-A-2003-12802, JP-A-2004-18593, and quinoline resin described in JP-A-2001-2899. Special table 2003-530464, Special table 2004-535497, Special table 2004-504424, Special table 2004-504455, Special table 2005-501131, Special table 2005-516382, Special table 2005-514479, JP-A-2005-522528, JP-A-2000-100808, US Pat. No. 6,509,415, polyaryl resins, JP-A-11-214382, JP-A-2001-332542, JP-A-2003-252882, JP-A-2003-292878 No., JP2004-2 No. 87, JP 2004-67877, poly adamantane described in JP 2004-59444, JP 2003-252992, polyimides and the like described in JP 2004-26850.
以下に本発明で使用できる式(I)〜(VI)で表される化合物の具体例を記載するが、本発明はこれらに限定はされない。 Specific examples of the compounds represented by formulas (I) to (VI) that can be used in the present invention are described below, but the present invention is not limited thereto.
上記モノマーを重合する際に、重合反応で使用する溶媒は、原料モノマーが必要な濃度で溶解可能であり、かつ得られる重合体から形成する膜の特性に悪影響を与えないものであればどのようなものを使用しても良い。例えば水やメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶剤、アルコールアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、メチルベンゾエート等のエステル系溶剤、ジブチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶剤、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,4,5−テトラメチルベンゼン、ペンタメチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン、1,4−ジ−t−ブチルベンゼン、1,3,5−トリエチルベンゼン、1,3,5−トリ−t−ブチルベンゼン、4−t−ブチル−オルトキシレン、1−メチルナフタレン、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、N−メチルピロリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン等のハロゲン系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤などが利用できる。これらの中でより好ましい溶剤はアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、アニソール、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,4,5−テトラメチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン、1,4−ジ−t−ブチルベンゼン、1,3,5−トリ−t−ブチルベンゼン、4−t−ブチル−オルトキシレン、1−メチルナフタレン、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼンであり、より好ましくはテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、アニソール、トルエン、キシレン、メシチレン、イソプロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン、1,3,5−トリ−t−ブチルベンゼン、1−メチルナフタレン、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼンであり、特に好ましくはγ−ブチロラクトン、アニソール、メシチレン、t−ブチルベンゼン、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼンである。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
反応液中のモノマーの濃度は好ましくは1〜50質量%、より好ましくは5〜30質量%、特に好ましくは10〜20質量%である。
When the above monomers are polymerized, any solvent can be used in the polymerization reaction as long as the raw material monomer can be dissolved at a necessary concentration and does not adversely affect the characteristics of the film formed from the resulting polymer. You may use anything. For example, alcohol solvents such as water, methanol, ethanol, propanol, alcohol solvents such as alcohol acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, acetophenone, ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, γ-butyrolactone, methyl benzoate Ester solvents such as dibutyl ether and anisole, toluene, xylene, mesitylene, 1,2,4,5-tetramethylbenzene, pentamethylbenzene, isopropylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene, t- Butylbenzene, 1,4-di-t-butylbenzene, 1,3,5-triethylbenzene, 1,3,5-tri-t-butylbenzene, 4-t-butyl-orthoxylene, 1- Aromatic hydrocarbon solvents such as tilnaphthalene and 1,3,5-triisopropylbenzene, amide solvents such as N-methylpyrrolidinone and dimethylacetamide, carbon tetrachloride, dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, Halogen solvents such as 1,2-dichlorobenzene and 1,2,4-trichlorobenzene and aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, octane and cyclohexane can be used. Among these, more preferred solvents are acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, acetophenone, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, γ-butyrolactone, anisole, tetrahydrofuran, toluene, xylene, mesitylene, 1, 2, 4, 5 -Tetramethylbenzene, isopropylbenzene, t-butylbenzene, 1,4-di-t-butylbenzene, 1,3,5-tri-t-butylbenzene, 4-t-butyl-orthoxylene, 1-methylnaphthalene 1,3,5-triisopropylbenzene, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, more preferably tetrahydrofuran, γ-butyrolactone, Sole, toluene, xylene, mesitylene, isopropylbenzene, t-butylbenzene, 1,3,5-tri-t-butylbenzene, 1-methylnaphthalene, 1,3,5-triisopropylbenzene, 1,2-dichloroethane, Chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, particularly preferably γ-butyrolactone, anisole, mesitylene, t-butylbenzene, 1,3,5-triisopropylbenzene, 1,2- Dichlorobenzene and 1,2,4-trichlorobenzene. These may be used alone or in admixture of two or more.
The concentration of the monomer in the reaction solution is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 5 to 30% by mass, and particularly preferably 10 to 20% by mass.
本発明における重合反応の最適な条件は、重合開始剤、モノマー、溶媒の種類、濃度等によって異なるが、好ましくは内温0℃〜200℃、より好ましくは50℃〜170℃、特に好ましくは100℃〜150℃で、好ましくは1〜50時間、より好ましくは2〜20時間、特に好ましくは3〜10時間の範囲である。
また、酸素による重合開始剤の不活性化を抑制するために不活性ガス雰囲気下(例えば窒素、アルゴン等)で反応させることが好ましい。反応時の酸素濃度は好ましくは100ppm以下、より好ましくは50ppm以下、特に好ましくは20ppm以下である。
重合して得られるポリマーの質量平均分子量の好ましい範囲は1000〜500000、より好ましくは5000〜300000、特に好ましくは10000〜200000である。
Optimum conditions for the polymerization reaction in the present invention vary depending on the polymerization initiator, monomer, solvent type, concentration, and the like, but preferably the internal temperature is 0 ° C to 200 ° C, more preferably 50 ° C to 170 ° C, and particularly preferably 100. C. to 150.degree. C., preferably 1 to 50 hours, more preferably 2 to 20 hours, and particularly preferably 3 to 10 hours.
Moreover, in order to suppress the inactivation of the polymerization initiator by oxygen, it is preferable to make it react under inert gas atmosphere (for example, nitrogen, argon, etc.). The oxygen concentration during the reaction is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and particularly preferably 20 ppm or less.
The preferable range of the weight average molecular weight of the polymer obtained by polymerization is 1000 to 500000, more preferably 5000 to 300000, and particularly preferably 10000 to 200000.
本発明におけるカゴ型構造を有する化合物は、例えば市販のジアマンタンを原料として、臭化アルミニウム触媒存在下または非存在下で臭素と反応させて臭素原子を所望の位置に導入、続けて臭化アルミニウム、塩化アルミニウム、塩化鉄等のルイス酸の存在下で臭化ビニルとフリーデルクラフツ反応させて2,2−ジブロモエチル基を導入、続けて強塩基で脱HBr化してエチニル基に変換することで合成することができる。具体的にはMacromolecules.,1991年24巻5266〜5268頁、1995年28巻5554〜5560、JournalofOrganicChemistry.,39,2995−3003(1974)等に記載された方法に準じて合成することが出来る。
また、末端アセチレン基の水素原子をブチルリチウム等でアニオン化して、これにハロゲン化アルキルやハロゲン化シリルを反応させることによって、アルキル基やシリル基を導入することが出来る。
本発明において重合体は単独で使用しても2種以上を混合して使用してもよい。
The compound having a cage structure in the present invention is prepared, for example, by using commercially available diamantane as a raw material and reacting with bromine in the presence or absence of an aluminum bromide catalyst to introduce a bromine atom at a desired position, followed by aluminum bromide, Synthesis by introducing 2,2-dibromoethyl group by reaction with vinyl bromide and Friedel-Crafts in the presence of Lewis acids such as aluminum chloride and iron chloride, followed by dehydrobration with strong base and conversion to ethynyl group can do. Specifically, Macromolecules. 1991, 24, 5266-5268, 1995, 28, 5554-5560, Journalof Organic Chemistry. , 39, 2995-3003 (1974) and the like.
Moreover, an alkyl group or a silyl group can be introduced by anionizing a hydrogen atom of a terminal acetylene group with butyllithium or the like and reacting this with an alkyl halide or a silyl halide.
In the present invention, the polymers may be used alone or in admixture of two or more.
(C)溶媒
本発明の層間絶縁膜用組成物に用いられる溶媒は、主として、成分(A)の加水分解時に用いた溶媒をそのまま用いる。従って、加水分解時の主溶媒が、塗布液の塗布溶媒としても機能する。ただし、前記主溶媒に下記塗布溶剤を更に用いてもよい。
本発明に用いられる塗布溶剤は特に限定はされないが、例えばメタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−エトキシメタノール、3−メトキシプロパノール、1−メトキシー2−プロパノール等のアルコール系溶剤、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系溶剤、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、エチルプロピルエーテル、アニソール、フェネトール、ベラトロール等のエーテル系溶剤、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤、N−メチルピロリジノン、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤などが挙げられ、これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
(C) Solvent As the solvent used in the composition for an interlayer insulating film of the present invention, the solvent used at the time of hydrolysis of the component (A) is mainly used as it is. Therefore, the main solvent at the time of hydrolysis also functions as a coating solvent for the coating solution. However, the following coating solvent may be further used as the main solvent.
The coating solvent used in the present invention is not particularly limited. For example, alcohol solvents such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-ethoxymethanol, 3-methoxypropanol and 1-methoxy-2-propanol, acetone , Ketone solvents such as acetylacetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-heptanone, 3-heptanone, cyclopentanone, cyclohexanone, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate Ester solvents such as ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, isobutyl propionate, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, γ-butyrolactone , Ether solvents such as diisopropyl ether, dibutyl ether, ethyl propyl ether, anisole, phenetol, veratrol, aromatic hydrocarbon solvents such as mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, propylbenzene, t-butylbenzene, N-methylpyrrolidinone, dimethyl Examples include amide solvents such as acetamide, and these may be used alone or in admixture of two or more.
より好ましい塗布溶剤は、1−メトキシー2−プロパノール、プロパノール、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、アニソール、メシチレン、t−ブチルベンゼンであり、特に好ましくは1−メトキシー2−プロパノール、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、γ−ブチロラクトン、t−ブチルベンゼン、アニソールである。
本発明の層間絶縁膜用組成物の固形分濃度は、好ましくは1〜50質量%であり、より好ましくは2〜15質量%であり、特に好ましくは3〜10質量%である。
More preferred coating solvents are 1-methoxy-2-propanol, propanol, acetylacetone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, anisole, mesitylene, t-butylbenzene, especially Preferred are 1-methoxy-2-propanol, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, γ-butyrolactone, t-butylbenzene and anisole.
The solid content concentration of the composition for interlayer insulating films of the present invention is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 2 to 15% by mass, and particularly preferably 3 to 10% by mass.
(D)他の成分
本発明の層間絶縁膜用組成物には不純物としての金属含量が充分に少ないことが好ましい。層間絶縁膜用組成物の金属濃度はICP−MS法にて高感度に測定可能であり、その場合の遷移金属以外の金属含有量は好ましくは30ppm以下、より好ましくは3ppm以下、特に好ましくは300ppb以下である。また、遷移金属に関しては酸化を促進する触媒能が高く、プリベーク、熱硬化プロセスにおいて酸化反応によって本発明で得られた膜の誘電率を上げてしまうという観点から、含有量がより少ないほうがよく、好ましくは10ppm以下、より好ましくは1ppm以下、特に好ましくは100ppb以下である。
層間絶縁膜用組成物の金属濃度は本発明の層間絶縁膜用組成物を用いて得た膜に対して全反射蛍光X線測定を行うことによっても評価できる。X線源としてW線を用いた場合、金属元素としてK、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pdが観測可能であり、それぞれ100×1010cm-2以下が好ましく、より好ましくは50×1010cm-2以下、特に好ましくは10×1010cm-2以下である。また、ハロゲンであるBrも観測可能であり、残存量は10000×1010cm-2以下が好ましく、より好ましくは1000×1010cm-2以下、特に好ましくは400×1010cm-2以下である。また、ハロゲンとしてClも観測可能であるが、CVD装置、エッチング装置等へダメージを与えるという観点から残存量は100×1010cm-2以下が好ましく、より好ましくは50×1010cm-2以下、特に好ましくは10×1010cm-2以下である。
(D) Other components The composition for an interlayer insulating film of the present invention preferably has a sufficiently low metal content as an impurity. The metal concentration of the composition for interlayer insulating film can be measured with high sensitivity by ICP-MS method, and the metal content other than transition metal in that case is preferably 30 ppm or less, more preferably 3 ppm or less, particularly preferably 300 ppb. It is as follows. In addition, the transition metal has a high catalytic ability to promote oxidation, and from the viewpoint of increasing the dielectric constant of the film obtained in the present invention by an oxidation reaction in the prebaking and thermosetting processes, the content is preferably smaller. Preferably it is 10 ppm or less, More preferably, it is 1 ppm or less, Most preferably, it is 100 ppb or less.
The metal concentration of the interlayer insulating film composition can also be evaluated by performing total reflection X-ray fluorescence measurement on a film obtained using the interlayer insulating film composition of the present invention. When W line is used as the X-ray source, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and Pd can be observed as metal elements, and each is 100 × 10 10 cm −2 or less. Is more preferably 50 × 10 10 cm −2 or less, and particularly preferably 10 × 10 10 cm −2 or less. Further, Br which is halogen can be observed, and the residual amount is preferably 10000 × 10 10 cm −2 or less, more preferably 1000 × 10 10 cm −2 or less, particularly preferably 400 × 10 10 cm −2 or less. is there. Further, although Cl can be observed as halogen, the remaining amount is preferably 100 × 10 10 cm −2 or less, more preferably 50 × 10 10 cm −2 or less from the viewpoint of damaging a CVD apparatus, an etching apparatus, or the like. Particularly preferably, it is 10 × 10 10 cm −2 or less.
更に、本発明の層間絶縁膜用組成物には、得られる絶縁膜の特性(耐熱性、誘電率、機械強度、塗布性、密着性等)を損なわない範囲で、ラジカル発生剤、コロイド状シリカ、界面活性剤、シランカップリング剤、密着剤などの添加剤を添加してもよい。 Furthermore, the composition for an interlayer insulating film of the present invention includes a radical generator and colloidal silica as long as the properties of the obtained insulating film (heat resistance, dielectric constant, mechanical strength, coatability, adhesion, etc.) are not impaired. Further, additives such as a surfactant, a silane coupling agent, and an adhesive may be added.
本発明にいかなるコロイド状シリカを使用してもよい。例えば、高純度の無水ケイ酸を親水性有機溶媒もしくは水に分散した分散液であり、通常、平均粒径5〜30nm、好ましくは10〜20nm、固形分濃度が5〜40重量%程度のものである。 Any colloidal silica may be used in the present invention. For example, a dispersion in which high-purity silicic acid is dispersed in a hydrophilic organic solvent or water, usually having an average particle size of 5 to 30 nm, preferably 10 to 20 nm, and a solid content concentration of about 5 to 40% by weight It is.
本発明にいかなる界面活性剤を使用してもよいが、例えば、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤などが挙げられ、更にシリコン系界面活性剤、含フッ素系界面活性剤、ポリアルキレンオキシド系界面活性剤、アクリル系界面活性剤が挙げられる。本発明で使用する界面活性剤は、一種類でも良いし、二種類以上でも良い。界面活性剤としては、シリコン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、含フッ素系界面活性剤、アクリル系界面活性剤が好ましく、特にシリコン系界面活性剤が好ましい。 Any surfactant may be used in the present invention, and examples thereof include nonionic surfactants, anionic surfactants, and cationic surfactants, and also include silicon surfactants and fluorine-containing interfaces. Activators, polyalkylene oxide surfactants, and acrylic surfactants can be mentioned. The surfactant used in the present invention may be one type or two or more types. As the surfactant, a silicon-based surfactant, a nonionic surfactant, a fluorine-containing surfactant, and an acrylic surfactant are preferable, and a silicon-based surfactant is particularly preferable.
本発明で使用する界面活性剤の添加量は、膜形成塗布液の全量に対して0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上0.5質量%以下であることが更に好ましい。 The addition amount of the surfactant used in the present invention is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total amount of the film-forming coating solution. More preferably.
本発明において、シリコン系界面活性剤とは、少なくとも1原子のSi原子を含む界面活性剤である。本発明に使用するシリコン系界面活性剤としては、いかなるシリコン系界面活性剤でもよく、アルキレンオキシド及びジメチルシロキサンを含む構造であることが好ましい。下記化学式を含む構造であることが更に好ましい。 In the present invention, the silicon-based surfactant is a surfactant containing at least one Si atom. The silicon-based surfactant used in the present invention may be any silicon-based surfactant, and preferably has a structure containing alkylene oxide and dimethylsiloxane. A structure including the following chemical formula is more preferable.
式中Rは水素原子または炭素原子数1〜5のアルキル基であり、xは1〜20の整数であり、m、nはそれぞれ独立に2〜100の整数である。複数のRは同じでも異なっていてもよい。 In the formula, R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, x is an integer of 1 to 20, and m and n are each independently an integer of 2 to 100. A plurality of R may be the same or different.
本発明に使用するシリコン系界面活性剤としては、例えばBYK306、BYK307(ビックケミー社製)、SH7PA、SH21PA、SH28PA、SH30PA(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、TroysolS366(トロイケミカル社製)等を挙げることができる。 Examples of the silicon surfactant used in the present invention include BYK306, BYK307 (manufactured by BYK Chemie), SH7PA, SH21PA, SH28PA, SH30PA (manufactured by Toray Dow Corning Silicone), Troysol S366 (manufactured by Troy Chemical). Can be mentioned.
本発明に使用するノニオン系界面活性剤としては、いかなるノニオン系界面活性剤でもよい。例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアリールエーテル類、ポリオキシエチレンジアルキルエステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリオキシエチレン類、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体等を挙げることができる。 Any nonionic surfactant may be used as the nonionic surfactant used in the present invention. For example, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene aryl ethers, polyoxyethylene dialkyl esters, sorbitan fatty acid esters, fatty acid-modified polyoxyethylenes, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymers, etc. Can do.
本発明に使用する含フッ素系界面活性剤としては、いかなる含フッ素系界面活性剤でもよい。例えば、パーフルオルオクチルポリエチレンオキシド、パーフルオルデシルポリエチレンオキシド、パーフルオルドデシルポリエチレンオキシド等が挙げられる。 As the fluorine-containing surfactant used in the present invention, any fluorine-containing surfactant may be used. For example, perfluorooctyl polyethylene oxide, perfluorodecyl polyethylene oxide, perfluorodecyl polyethylene oxide and the like can be mentioned.
本発明に使用するアクリル系界面活性剤としては、いかなるアクリル系界面活性剤でもよい。例えば、(メタ)アクリル酸系共重合体等が挙げられる。 The acrylic surfactant used in the present invention may be any acrylic surfactant. For example, a (meth) acrylic acid type copolymer etc. are mentioned.
本発明の組成物には、更にシランカップリング剤を使用してもよい。例えば、3−グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アミノグリシジロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジロキシプロピルメチルジメトキシシラン、1−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、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、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−エトキシカルボニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、N−トリエトキシシリルプロピルトリエチレントリアミン、10−トリメトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、10−トリエトキシシリル−1,4,7−トリアザデカン、9−トリメトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、9−トリエトキシシリル−3,6−ジアザノニルアセテート、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ベンジル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−ビス(オキシエチレン)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。本発明で使用するシランカップリング剤は、一種類でも良いし、二種類以上でも良い。 A silane coupling agent may be further used in the composition of the present invention. For example, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-aminoglycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropylmethyldimethoxysilane, 1-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 2-aminopropyltrimethoxysilane, 2-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltrimeth Sisilane, N-ethoxycarbonyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, N-triethoxysilylpropyltriethylenetriamine, 10-trimethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 10 -Triethoxysilyl-1,4,7-triazadecane, 9-trimethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, 9-triethoxysilyl-3,6-diazanonyl acetate, N-benzyl-3-amino Propyltrimethoxysilane, N-benzyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltriethoxysilane, N-bis (oxyethylene) -3 -Aminopropyltrimethoxy Silane, N- bis (oxyethylene) -3-aminopropyltriethoxysilane and the like. The silane coupling agent used in the present invention may be one type or two or more types.
本発明の組成物には、更に密着促進剤を使用してもよい。例えば、トリメトキシシリル安息香酸、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシ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)エチルトリメトキシシラン、トリメトキシビニルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、アルミニウムモノエチルアセトアセテートジイソプロピレート、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシ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、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフエニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール、ビニルトリクロロシラン、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、チオ尿素化合物等を挙げることができる。官能性シランカップリング剤が密着促進剤として好ましい。密着促進剤の好ましい使用量は、全固形分100重量部に対して10重量部以下、特に0.05〜5重量部であることが好ましい。 An adhesion promoter may be further used in the composition of the present invention. For example, trimethoxysilylbenzoic acid, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, vinyltrimethoxysilane, γ-isocyanatopropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β- (3, 4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, trimethoxyvinylsilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, aluminum monoethylacetoacetate diisopropylate, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, N- (2-aminoethyl) -3 -Aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3 -Methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, trimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane , Diphenyldimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, vinyltrichlorosilane, benzotriazole, benzimidazole, indazole, imidazole, 2-mercapto Benzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobe Zookisazoru can urazole, thiouracil, mercaptoimidazole, mercaptopyrimidine, 1,1-dimethylurea, 1,3-dimethylurea, be mentioned thiourea compounds. Functional silane coupling agents are preferred as adhesion promoters. The preferred use amount of the adhesion promoter is preferably 10 parts by weight or less, particularly 0.05 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total solid content.
本発明の層間絶縁膜用組成物には膜の機械強度の許す範囲内で、空孔形成因子を使用して、膜を多孔質化し、低誘電率化を図ることができる。
空孔形成剤となる添加剤としての空孔形成因子としては特に限定はされないが、非金属化合物が好適に用いられ、層間絶縁膜用組形成用塗布液で使用される溶剤との溶解性、本発明重合体との相溶性を同時に満たすことが必要である。またこの空孔形成剤の沸点若しくは分解温度は、好ましくは100〜500℃、より好ましくは200〜450℃、特に好ましくは250〜400℃である。分子量としては、200〜50000であることが好ましく、より好ましくは300〜10000、特に好ましくは400〜5000である。添加量は膜を形成する重合体に対して、質量%で好ましくは0.5〜75%、より好ましくは0.5〜30%、特に好ましくは1%〜20%である。また、空孔形成因子として、重合体の中に分解性基を含んでいても良く、その分解温度は好ましくは100〜500℃、より好ましくは200〜450℃、特に好ましくは250〜400℃であると良い。分解性基の含有率は膜を形成する重合体に対して、モル%で0.5〜75%、より好ましくは0.5〜30%、特に好ましくは1〜20%である。
In the composition for an interlayer insulating film of the present invention, a pore forming factor can be used within the range allowed by the mechanical strength of the film to make the film porous and reduce the dielectric constant.
There is no particular limitation as a pore-forming factor as an additive that serves as a pore-forming agent, but a nonmetallic compound is preferably used, and solubility in a solvent used in a coating solution for forming an interlayer insulating film, It is necessary to satisfy the compatibility with the polymer of the present invention at the same time. Moreover, the boiling point or decomposition temperature of the pore-forming agent is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 200 to 450 ° C, and particularly preferably 250 to 400 ° C. As molecular weight, it is preferable that it is 200-50000, More preferably, it is 300-10000, Most preferably, it is 400-5000. The addition amount is preferably 0.5 to 75%, more preferably 0.5 to 30%, and particularly preferably 1% to 20% by mass% with respect to the polymer forming the film. The polymer may contain a decomposable group as a pore-forming factor, and the decomposition temperature is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 200 to 450 ° C, and particularly preferably 250 to 400 ° C. Good to have. The content of the decomposable group is 0.5 to 75%, more preferably 0.5 to 30%, and particularly preferably 1 to 20% in terms of mol% with respect to the polymer forming the film.
本発明の層間絶縁膜用組成物を使用して得られる膜は、層間絶縁膜用組成物をスピンコーティング法、ローラーコーティング法、ディップコーティング法、スキャン法等の任意の方法により基板に塗布した後、溶剤を加熱処理で除去することにより形成することができる。基板に塗布する方法としては、スピンコーティング法、スキャン法によるものが好ましい。特に好ましくは、スピンコーティング法によるものである。スピンコーティングについては、市販の装置を使用できる。例えば、クリーントラックシリーズ(東京エレクトロン製)、D−スピンシリーズ(大日本スクリーン製)、SSシリーズあるいはCSシリーズ(東京応化工業製)等が好ましく使用できる。スピンコート条件としては、いずれの回転速度でもよいが、膜の面内均一性の観点より、300mmシリコン基板においては1300rpm程度の回転速度が好ましい。また組成物溶液の吐出方法においては、回転する基板上に組成物溶液を吐出する動的吐出、静止した基板上へ組成物溶液を吐出する静的吐出のいずれでもよいが、膜の面内均一性の観点より、動的吐出が好ましい。また、組成物の消費量を抑制する観点より、予備的に組成物の主溶剤のみを基板上に吐出して液膜を形成した後、その上から組成物を吐出するという方法を用いることもできる。スピンコート時間については特に制限はないが、スループットの観点から180秒以内が好ましい。また、基板の搬送の観点より、基板エッジ部の膜を残存させないための処理(エッジリンス、バックリンス)をすることも好ましい。熱処理の方法は、特に限定されないが、一般的に使用されているホットプレート加熱、ファーネス炉を使用した加熱方法、RTP(Rapid Thermal Processor)等によるキセノンランプを使用した光照射加熱等を適用することができる。好ましくは、ホットプレート加熱、ファーネスを使用した加熱方法である。ホットプレートとしては市販の装置を好ましく使用でき、クリーントラックシリーズ(東京エレクトロン製)、D−スピンシリーズ(大日本スクリーン製)、SSシリーズあるいはCSシリーズ(東京応化工業製)等が好ましく使用できる。ファーネスとしては、αシリーズ(東京エレクトロン製)等が好ましく使用できる。 A film obtained using the composition for interlayer insulating film of the present invention is obtained by applying the composition for interlayer insulating film to a substrate by any method such as spin coating, roller coating, dip coating, or scanning. It can be formed by removing the solvent by heat treatment. As a method of applying to the substrate, a spin coating method or a scanning method is preferable. Particularly preferred is the spin coating method. For spin coating, commercially available equipment can be used. For example, a clean track series (manufactured by Tokyo Electron), a D-spin series (manufactured by Dainippon Screen), an SS series or a CS series (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) can be preferably used. The spin coating conditions may be any rotational speed, but a rotational speed of about 1300 rpm is preferable for a 300 mm silicon substrate from the viewpoint of in-plane uniformity of the film. In addition, the method for discharging the composition solution may be either dynamic discharge for discharging the composition solution onto a rotating substrate or static discharge for discharging the composition solution onto a stationary substrate. From the viewpoint of performance, dynamic ejection is preferable. In addition, from the viewpoint of suppressing the consumption of the composition, it is also possible to use a method in which only the main solvent of the composition is preliminarily discharged onto the substrate to form a liquid film, and then the composition is discharged from there. it can. The spin coating time is not particularly limited, but is preferably within 180 seconds from the viewpoint of throughput. Further, from the viewpoint of transporting the substrate, it is also preferable to perform processing (edge rinse, back rinse) so as not to leave the film at the edge portion of the substrate. The heat treatment method is not particularly limited, but generally used hot plate heating, heating method using a furnace, light irradiation heating using a xenon lamp by RTP (Rapid Thermal Processor), etc. are applied. Can do. A heating method using hot plate heating or furnace is preferable. A commercially available apparatus can be preferably used as the hot plate, and a clean track series (manufactured by Tokyo Electron), D-spin series (manufactured by Dainippon Screen), SS series or CS series (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) can be preferably used. As the furnace, α series (manufactured by Tokyo Electron) and the like can be preferably used.
本発明において重合体は基盤上に塗布した後に加熱処理することによって硬化させることが特に好ましい。例えば重合体中に残存する炭素三重結合の後加熱時の重合反応が利用できる。この後加熱処理の条件は、好ましくは100〜450℃、より好ましくは200〜420℃、特に好ましくは350℃〜400℃で、好ましくは1分〜2時間、より好ましくは10分〜1.5時間、特に好ましくは30分〜1時間の範囲である。後加熱処理は数回に分けて行っても良い。また、この後加熱は酸素による熱酸化を防ぐために窒素雰囲気下で行うことが特に好ましい。
また、本発明では加熱処理ではなく高エネルギー線を照射することで重合体中に残存する炭素三重結合の重合反応を起こして硬化させても良い。高エネルギー線とは、電子線、紫外線、X線などが挙げられるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。
In the present invention, it is particularly preferable that the polymer is cured by heat treatment after coating on the substrate. For example, a polymerization reaction during post-heating of the carbon triple bond remaining in the polymer can be used. The conditions for this post-heat treatment are preferably 100 to 450 ° C., more preferably 200 to 420 ° C., particularly preferably 350 to 400 ° C., preferably 1 minute to 2 hours, more preferably 10 minutes to 1.5 ° C. Time, particularly preferably in the range of 30 minutes to 1 hour. The post-heating treatment may be performed in several times. Further, this post-heating is particularly preferably performed in a nitrogen atmosphere in order to prevent thermal oxidation by oxygen.
Moreover, in this invention, you may make it harden | cure by raise | generating the polymerization reaction of the carbon triple bond which remains in a polymer by irradiating a high energy ray instead of heat processing. Examples of high energy rays include electron beams, ultraviolet rays, and X-rays, but are not particularly limited to these methods.
高エネルギー線として、電子線を使用した場合のエネルギーは0〜50keVが好ましく、より好ましくは0〜30keV、特に好ましくは0〜20keVである。電子線の総ドーズ量は好ましくは0〜5μC/cm2、より好ましくは0〜2μC/cm2、特に好ましくは0〜1μC/cm2である。電子線を照射する際の基板温度は0〜450℃が好ましく、より好ましくは0〜400℃、特に好ましくは0〜350℃である。圧力は好ましくは0〜133kPa、より好ましくは0〜60kPa、特に好ましくは0〜20kPaである。本発明の重合物の酸化を防止するという観点から、基盤周囲の雰囲気はAr、He、窒素などの不活性雰囲気を用いることが好ましい。また、電子線との相互作用で発生するプラズマ、電磁波、化学種との反応を目的に酸素、炭化水素、アンモニアなどのガスを添加してもよい。本発明における電子線照射は複数回行ってもよく、この場合は電子線照射条件を毎回同じにする必要はなく、毎回異なる条件で行ってもよい。 The energy when an electron beam is used as the high energy beam is preferably 0 to 50 keV, more preferably 0 to 30 keV, and particularly preferably 0 to 20 keV. The total dose of the electron beam is preferably 0 to 5 μC / cm 2 , more preferably 0 to 2 μC / cm 2 , and particularly preferably 0 to 1 μC / cm 2 . The substrate temperature at the time of irradiation with an electron beam is preferably 0 to 450 ° C, more preferably 0 to 400 ° C, and particularly preferably 0 to 350 ° C. The pressure is preferably 0 to 133 kPa, more preferably 0 to 60 kPa, and particularly preferably 0 to 20 kPa. From the viewpoint of preventing oxidation of the polymer of the present invention, the atmosphere around the substrate is preferably an inert atmosphere such as Ar, He, or nitrogen. Further, a gas such as oxygen, hydrocarbon, or ammonia may be added for the purpose of reaction with plasma, electromagnetic waves, or chemical species generated by interaction with an electron beam. The electron beam irradiation in the present invention may be performed a plurality of times. In this case, the electron beam irradiation conditions need not be the same each time, and may be performed under different conditions each time.
高エネルギー線として紫外線を用いてもよい。紫外線を用いる際の照射波長領域は190〜400nmが好ましく、その出力は基板直上において0.1〜2000mWcm-2が好ましい。紫外線照射時の基板温度は250〜450℃が好ましく、より好ましくは250〜400℃、特に好ましくは250〜350℃である。本発明において重合物の酸化を防止するという観点から、基盤周囲の雰囲気はAr、He、窒素などの不活性雰囲気を用いることが好ましい。また、その際の圧力は0〜133kPaが好ましい。 Ultraviolet rays may be used as the high energy rays. The irradiation wavelength region when using ultraviolet rays is preferably 190 to 400 nm, and the output is preferably 0.1 to 2000 mWcm −2 immediately above the substrate. The substrate temperature at the time of ultraviolet irradiation is preferably 250 to 450 ° C., more preferably 250 to 400 ° C., and particularly preferably 250 to 350 ° C. In the present invention, from the viewpoint of preventing oxidation of the polymer, it is preferable to use an inert atmosphere such as Ar, He, or nitrogen as the atmosphere around the substrate. Further, the pressure at that time is preferably 0 to 133 kPa.
本発明の層間絶縁膜用組成物を使用して得られる膜は、半導体用層間絶縁膜として使用する際、その配線構造において、配線側面にはメタルマイグレーションを防ぐためのバリア層があっても良く、また、配線や層間絶縁膜の上面底面にはCMPでの剥離を防ぐキャップ層、層間密着層の他、エッチングストッパー層等があってもよく、更には層間絶縁膜の層を必要に応じて他種材料で複数層に分けても良い。 When the film obtained by using the composition for an interlayer insulating film of the present invention is used as an interlayer insulating film for a semiconductor, the wiring structure may have a barrier layer for preventing metal migration on the wiring side surface. In addition, there may be an etching stopper layer, etc. in addition to a cap layer and an interlayer adhesion layer for preventing separation by CMP on the bottom surface of the upper surface of the wiring and the interlayer insulating film. You may divide into multiple layers with other kinds of materials.
本発明の層間絶縁膜用組成物を使用して得られる膜は、銅配線あるいはその他の目的でエッチング加工をすることができる。エッチングとしてはウエットエッチング、ドライエッチングのいずれでもよいが、ドライエッチングが好ましい。ドライエッチングは、アンモニア系プラズマ、フルオロカーボン系プラズマのいずれもが適宜使用できる。これらプラズマにはArだけでなく、酸素、あるいは窒素、水素、ヘリウム等のガスを用いることができる。また、エッチング加工後に、加工に使用したフォトレジスト等を除く目的でアッシングすることもでき、更にはアッシング時の残渣を除くため、洗浄することもできる。 The film obtained by using the composition for interlayer insulating film of the present invention can be etched for copper wiring or other purposes. Etching may be either wet etching or dry etching, but dry etching is preferred. For dry etching, either ammonia-based plasma or fluorocarbon-based plasma can be used as appropriate. These plasmas can use not only Ar but also oxygen, or gases such as nitrogen, hydrogen, and helium. Further, after the etching process, ashing can be performed for the purpose of removing the photoresist or the like used in the process, and further, cleaning can be performed to remove a residue at the time of ashing.
本発明の層間絶縁膜用組成物を使用して得られる膜は、銅配線加工後に、銅めっき部を平坦化するためCMP(化学的機械的研磨)をすることができる。CMPスラリー(薬液)としては、市販のスラリー(例えば、フジミ製、ロデールニッタ製、JSR製、日立化成製等)を適宜使用できる。また、CMP装置としては市販の装置(アプライドマテリアル社製、荏原製作所製等)を適宜使用することができる。更にCMP後のスラリー残渣除去のため、洗浄することができる。 The film obtained using the composition for an interlayer insulating film of the present invention can be subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) in order to planarize the copper plating portion after the copper wiring processing. As the CMP slurry (chemical solution), a commercially available slurry (for example, manufactured by Fujimi, manufactured by Rodel Nitta, manufactured by JSR, manufactured by Hitachi Chemical, etc.) can be used as appropriate. Moreover, as a CMP apparatus, a commercially available apparatus (Applied Materials Co., Ltd., Ebara Corporation, etc.) can be used as appropriate. Further, cleaning can be performed to remove slurry residues after CMP.
本発明の層間絶縁膜用組成物を使用して得られる膜は、多様の目的に使用することが出来る。例えばLSI、システムLSI、DRAM、SDRAM、RDRAM、D−RDRAM等の半導体装置、マルチチップモジュール多層配線板等の電子部品における絶縁皮膜として好適であり、半導体用層間絶縁膜、エッチングストッパー膜、表面保護膜、バッファーコート膜の他、LSIにおけるパッシベーション膜、α線遮断膜、フレキソ印刷版のカバーレイフィルム、オーバーコート膜、フレキシブル銅張板のカバーコート、ソルダーレジスト膜、液晶配向膜等として使用することが出来る。
更に、別の用途として本発明の膜に電子ドナーまたはアクセプターをドープすることによって導電性を付与し、導電性膜として使用することも出来る。
The film obtained by using the composition for interlayer insulating film of the present invention can be used for various purposes. For example, it is suitable as an insulating film for semiconductor devices such as LSI, system LSI, DRAM, SDRAM, RDRAM, and D-RDRAM, and electronic parts such as multichip module multilayer wiring boards, interlayer insulating film for semiconductor, etching stopper film, surface protection In addition to films, buffer coat films, LSI passivation films, alpha ray blocking films, flexographic printing plate cover lay films, overcoat films, flexible copper clad cover coats, solder resist films, liquid crystal alignment films, etc. I can do it.
Furthermore, as another application, the film of the present invention can be provided with conductivity by doping with an electron donor or acceptor, and used as a conductive film.
以下の実施例は本発明を説明するものであり、その範囲を限定するものではない。
<合成例1>化合物A−1の合成
遮光された非ガラス製反応容器にシクロヘキサノン118g、超純水8.0g、酢酸26.8gを測り取り、25℃で攪拌しながら、p−スチリルトリメトキシシラン(信越化学製KBM−1403の蒸留精製物)10.0gを滴下後、80℃に昇温して12時間攪拌した。得られた反応液にシクロヘキサノン650gを添加し、化合物A−1を含む溶液として塗布液作成に用いた。
The following examples illustrate the invention and are not intended to limit its scope.
<Synthesis Example 1> Synthesis of Compound A-1 In a light-shielded non-glass reaction vessel, 118 g of cyclohexanone, 8.0 g of ultrapure water, and 26.8 g of acetic acid were weighed and stirred at 25 ° C. while stirring with p-styryltrimethoxy. After dripping 10.0 g of silane (distilled and purified product of KBM-1403 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 12 hours. To the obtained reaction liquid, 650 g of cyclohexanone was added and used for preparing a coating liquid as a solution containing Compound A-1.
<合成例2>比較例用:密着剤1の合成
遮光された非ガラス製反応容器にシクロヘキサノン118g、超純水8.0g、酢酸26.8gを測り取り、25℃で攪拌しながら、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10.0gを滴下後、80℃に昇温して12時間攪拌した。得られた反応液にシクロヘキサノン650gを添加し、密着剤1を含む溶液を作成し塗布液作成に用いた。
<Synthesis Example 2> Comparative Example: Synthesis of Adhesive 1 In a light-shielded non-glass reaction vessel, 118 g of cyclohexanone, 8.0 g of ultrapure water, and 26.8 g of acetic acid were weighed and stirred at 25 ° C. After dropwise adding 10.0 g of methacryloxypropyltrimethoxysilane, the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 12 hours. 650 g of cyclohexanone was added to the obtained reaction solution to prepare a solution containing the adhesive 1 and used for preparing a coating solution.
<実施例1>
Macromolecules.、5266頁(1991)に記載の合成法に従って、4、9−ジエチニルジアマンタンを合成した。
次に、4、9−ジエチニルジアマンタン100gと563gのジフェニルエーテルを反応容器内に入れ、窒素気流下で攪拌しながら内温155℃に加熱し、4、9−ジエチニルジアマンタンを完全に溶解した。次に、ジクミルパーオキサイド(パークミルD、日本油脂製)21.6gをジフェニルエーテル18.9gに溶解した溶液を、反応液の内温を150℃〜160℃に保ちながら、1時間かけて反応液へ滴下した。
反応後、反応液を50℃まで冷却後、2−プロパノール4Lに添加し、析出した固体を濾過して、2−プロパノールで洗浄した。得られた重合体をTHF400mlに溶解して、メタノール4Lへ添加し、再沈精製した。真空乾燥後、重量平均分子量約3.8万の重合体(1)を62g得た。
重合体(1)1.00gおよび合成例1で作成した化合物(A−1)を含む溶液3.00gをシクロヘキサノン6.00gに完全に溶解させて塗布液を調製した。この溶液を0.1μmのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で250℃で60秒間加熱した後、更に窒素置換した400℃のオーブン中で60分焼成した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
<Example 1>
Macromolecules. 4,9-diethynyldiamantane was synthesized according to the synthesis method described in pp. 5266 (1991).
Next, 100 g of 4,9-diethynyldiamantane and 563 g of diphenyl ether were placed in a reaction vessel and heated to an internal temperature of 155 ° C. with stirring under a nitrogen stream to completely dissolve 4,9-diethynyldiamantane. did. Next, a solution obtained by dissolving 21.6 g of dicumyl peroxide (Park Mill D, manufactured by NOF Corporation) in 18.9 g of diphenyl ether was added to the reaction solution over 1 hour while maintaining the internal temperature of the reaction solution at 150 ° C. to 160 ° C. It was dripped.
After the reaction, the reaction solution was cooled to 50 ° C., added to 4 L of 2-propanol, and the precipitated solid was filtered and washed with 2-propanol. The obtained polymer was dissolved in 400 ml of THF, added to 4 L of methanol, and purified by reprecipitation. After vacuum drying, 62 g of polymer (1) having a weight average molecular weight of about 38,000 was obtained.
A coating solution was prepared by completely dissolving 1.00 g of the polymer (1) and 3.00 g of the compound (A-1) prepared in Synthesis Example 1 in 6.00 g of cyclohexanone. This solution was filtered through a 0.1 μm tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating film was heated on a hot plate at 250 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further purged with nitrogen 400 As a result of baking in an oven at 60 ° C. for 60 minutes, a uniform film having a thickness of 0.5 μm and no defects was obtained.
得られた絶縁膜の外観をピーク社製ポケットマイクロルーペ(50倍)で観察したが、塗膜表面にクラックは認められなかった。
膜の比誘電率(測定温度:25℃、以降も同様)をフォーディメンジョンズ製水銀プローバおよび横川ヒューレットパッカード製のHP4285ALCRメーターを用いて1MHzにおける容量値から算出した。
また、膜の支持体に対する密着性を下記に記載する方法で評価した。
The appearance of the obtained insulating film was observed with a pocket micro loupe (50 times) manufactured by Peak Co., but no cracks were observed on the coating film surface.
The relative dielectric constant of the film (measurement temperature: 25 ° C., the same applies hereinafter) was calculated from the capacitance value at 1 MHz using a Four Dimensions mercury probe and Yokogawa Hewlett Packard HP4285ALCR meter.
Further, the adhesion of the membrane to the support was evaluated by the method described below.
膜の機械強度の指標として膜のヤング率を測定した。測定には、MTS社ナノインデンターSA2を使用した。
膜の支持体に対する密着性は、テープ剥離試験による剥離面積として評価した。すなわち、シリコンウェハの塗布面をJIS D0202-1988に準拠して碁盤目テープ剥離試験を行った。セロハンテープ(「CT24」,ニチバン(株)製)を用い、指の腹でフィルムに密着させた後剥離した。判定は、剥離面積率で、A:0%、B:<10%、C:10〜50%、D:>50%とした。
The Young's modulus of the film was measured as an index of the mechanical strength of the film. MTS Nanoindenter SA2 was used for the measurement.
The adhesion of the membrane to the support was evaluated as a peeled area by a tape peel test. That is, a cross-cut tape peeling test was performed on the coated surface of the silicon wafer in accordance with JIS D0202-1988. Using cellophane tape ("CT24", manufactured by Nichiban Co., Ltd.), the film was adhered to the film with the belly of the finger and then peeled off. Judgment was a peel area ratio, and A: 0%, B: <10%, C: 10-50%, D:> 50%.
<比較例1>
重合体(1)1.00gをシクロヘキサノン9.00gに完全に溶解させて塗布液を調製した。この溶液を0.1μmのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートした。得られた塗膜を窒素気流下ホットプレート上で250℃で60秒間加熱した後、更に窒素置換した400℃のオーブン中で60分焼成した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
得られた絶縁膜の外観をピーク社製ポケットマイクロルーペ(50倍)で観察したが、塗膜表面にクラックは認められなかった。
膜の比誘電率、膜の支持体に対する密着性を、実施例1と同様に評価した。
<Comparative Example 1>
A coating solution was prepared by completely dissolving 1.00 g of the polymer (1) in 9.00 g of cyclohexanone. The solution was filtered through a 0.1 μm tetrafluoroethylene filter and spin-coated on a silicon wafer. The obtained coating film was heated at 250 ° C. for 60 seconds on a hot plate under a nitrogen stream, and then baked in a 400 ° C. oven substituted with nitrogen for 60 minutes. was gotten.
The appearance of the obtained insulating film was observed with a pocket micro loupe (50 times) manufactured by Peak Co., but no cracks were observed on the coating film surface.
The relative dielectric constant of the film and the adhesion of the film to the support were evaluated in the same manner as in Example 1.
<比較例2>
重合体(1)1.00gおよび合成例2で作成した密着剤1を含む溶液3.00gをシクロヘキサノン6.00gに完全に溶解させて塗布液を調製した。この溶液を0.1μmのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で250℃で60秒間加熱した後、更に窒素置換した400℃のオーブン中で60分焼成した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
得られた絶縁膜の外観をピーク社製ポケットマイクロルーペ(50倍)で観察したが、塗膜表面にクラックは認められなかった。
膜の比誘電率、膜の支持体に対する密着性を、実施例1と同様に評価した。
<Comparative example 2>
A coating solution was prepared by completely dissolving 1.00 g of the polymer (1) and 3.00 g of the adhesive 1 prepared in Synthesis Example 2 in 6.00 g of cyclohexanone. This solution was filtered through a 0.1 μm tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating film was heated on a hot plate at 250 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further purged with nitrogen 400 As a result of baking in an oven at 60 ° C. for 60 minutes, a uniform film having a thickness of 0.5 μm and no defects was obtained.
The appearance of the obtained insulating film was observed with a pocket micro loupe (50 times) manufactured by Peak Co., but no cracks were observed on the coating film surface.
The relative dielectric constant of the film and the adhesion of the film to the support were evaluated in the same manner as in Example 1.
<比較例3>
重合体(1)1.00gおよび合成例2で作成した密着剤1を含む溶液6.00gをシクロヘキサノン3.00gに完全に溶解させて塗布液を調製した。この溶液を0.1μmのテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過した後、シリコンウェハー上にスピンコートし、この塗膜を窒素気流下ホットプレート上で250℃で60秒間加熱した後、更に窒素置換した400℃のオーブン中で60分焼成した結果、膜厚0.5μmのブツのない均一な膜が得られた。
得られた絶縁膜の外観をピーク社製ポケットマイクロルーペ(50倍)で観察したが、塗膜表面にクラックは認められなかった。
膜の比誘電率、膜の支持体に対する密着性を、実施例1と同様に評価した。
<Comparative Example 3>
A coating solution was prepared by completely dissolving 1.00 g of the polymer (1) and 6.00 g of the adhesive 1 prepared in Synthesis Example 2 in 3.00 g of cyclohexanone. This solution was filtered through a 0.1 μm tetrafluoroethylene filter, spin-coated on a silicon wafer, this coating film was heated on a hot plate at 250 ° C. for 60 seconds under a nitrogen stream, and further purged with nitrogen 400 As a result of baking in an oven at 60 ° C. for 60 minutes, a uniform film having a thickness of 0.5 μm and no defects was obtained.
The appearance of the obtained insulating film was observed with a pocket micro loupe (50 times) manufactured by Peak Co., but no cracks were observed on the coating film surface.
The relative dielectric constant of the film and the adhesion of the film to the support were evaluated in the same manner as in Example 1.
表1
Table 1
表1から明らかなように、本発明の絶縁膜(実施例1)は、比誘電率を低い水準に抑えながら、高い密着性を示した。また本発明の絶縁膜の密着性は、加熱処理を行っても失われない点で優れる膜であることが分かった。
これに対し、分子内にスチリル基を有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを加水分解して得られる加水分解物((A)成分)を含まない組成物から製造した絶縁膜(比較例1〜3)は密着性に劣り、特に加熱処理後において密着性が大きく低下することが分かった。
As is clear from Table 1, the insulating film of the present invention (Example 1) exhibited high adhesion while keeping the relative dielectric constant at a low level. Further, it was found that the adhesion of the insulating film of the present invention is an excellent film in that it is not lost even when heat treatment is performed.
On the other hand, the insulating film manufactured from the composition which does not contain the hydrolyzate (component (A)) obtained by hydrolyzing the alkoxysilane or acyloxysilane which has a styryl group in a molecule | numerator (Comparative Examples 1-3) Was inferior in adhesiveness, and it was found that the adhesiveness was greatly reduced particularly after heat treatment.
Claims (5)
(A)一または複数の置換基を任意に有するスチリル基を分子内に少なくとも一つ有するアルコキシシランまたはアシロキシシランを加水分解して得られる加水分解物、
(B)炭素−炭素三重結合を分子内に少なくとも2つ有する化合物、及び
(C)溶媒。 The composition for interlayer insulation films containing the following components.
(A) a hydrolyzate obtained by hydrolyzing an alkoxysilane or acyloxysilane having at least one styryl group optionally having one or more substituents in the molecule;
(B) a compound having at least two carbon-carbon triple bonds in the molecule, and (C) a solvent.
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