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KR100572801B1 - 기계적 특성이 우수한 절연막 코팅 조성물 - Google Patents

기계적 특성이 우수한 절연막 코팅 조성물 Download PDF

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KR100572801B1
KR100572801B1 KR1020030095793A KR20030095793A KR100572801B1 KR 100572801 B1 KR100572801 B1 KR 100572801B1 KR 1020030095793 A KR1020030095793 A KR 1020030095793A KR 20030095793 A KR20030095793 A KR 20030095793A KR 100572801 B1 KR100572801 B1 KR 100572801B1
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ketone
insulating film
polymer
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이지훈
박대출
선종백
이광희
정현담
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삼성코닝 주식회사
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Abstract

본 발명은 실리카 졸 및 유기실록산 고분자를 포함하는 절연막 코팅 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 코팅 조성물로부터 유도된 박막은 우수한 기계적 물성 및 절연성을 가지며, 탄소 함량이 낮고 SiO2 함량이 높아 반도체 층간 저유전 절연막으로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

기계적 특성이 우수한 절연막 코팅 조성물 {INSULATING FILM COATING COMPOSITION HAVING IMPROVED MECHANICAL PROPERTY}
도 1은 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 코팅 조성물로부터 절연막을 제조하는 공정을 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 코팅 조성물로부터 유도된 절연막의 전자투과현미경(TEM) 사진이다.
본 발명은 반도체용 절연막으로서 유용한 절연막 코팅 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 공정에서는 집적도가 증가함에 따라 배선 구조의 저항-전류 지연시간(RC delay time) 증가에 의해 신호 전달속도의 감소문제가 심각해지고 있어, 반도체 소자의 층간 절연막의 축전용량을 낮추는 것이 중요하게 인식되고 있으며, 이를 위해 절연막을 구성하는 매트릭스의 종류 및 형태를 변화시키는 방법이 크게 2가지 측면에서 활발히 연구되고 있다. 그 중 하나는 절연막 구성 매트릭스로서 유기실록산 고분자(유전율 2.5 내지 3.1)를 사용하고 여기에 기공형성 물질을 첨가하여 미세기공(micropore)를 유발하는, 유기 재료를 이용한 방법이고, 또다른 하나는 다공성 실리카, 또는 실리카 나노클러스터 등과 같이 내부 기공을 갖는 물질을 매트릭스로 사용하는, 무기 재료를 이용한 방법이다.
유기실록산 고분자와 기공형성 물질을 이용한 방법의 예로서, 미국 특허 제5,853,808호는 박막의 SiO2의 함량을 높이기 위하여 유기실란의 β위치 반응기가 치환된 화합물을 이용하여 제조한 실록산과 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 중합체를 포함하는 조성물을; 유럽 특허 제0 997 497 A1호는 모노알콕시실란, 디알콕시실란, 트리알콕시실란, 테트라알콕시실란 및 트리알콕시실란 이량체와 같은 다양한 알콕시실란 화합물들의 혼합물을 가수분해 및 축합반응시켜 수득한 조성물을; 한국 특허 제343938호는 환형 실록산 단량체를 가수분해 및 축합반응시켜 제조한 실록산계 조성물 및 이를 이용하여 제조한 저유전 박막을 개시하고 있다.
한편, 다공성 실리카를 매트릭스로 한 종래 기술로는 일본 특허공개 제1997-315812호, 미국 특허 제6,261,357호, 일본 특허공개 제1997-313812호, 일본 특허공개 제2003-249495호 및 유럽 특허 제0 992 556 A1호가 있으며, 이들 특허 문헌에서는 다공성 실리카 미립자를 알콕시 실란 또는 할로겐화 실란 등의 표면개질제로 표면개질시킨 후 이를 이용하여 절연막을 제조하고 있다. 또한, 실리카 나노클러스터 전구체로부터 실리카 나노클러스터를 합성하고, 이의 중합을 통해 저유전 박막 을 제조하는 방법이 일본 특허공개 제1999-50007호에 개시되어 있다.
그러나, 다공성 실리카 미립자 또는 실리카 나노클러스터를 이용한 방법은 기계적 물성이 우수한 세라믹 입자인 실리카를 이용한다는 점에서 박막의 기계적 물성은 개선시킬 수 있으나 다공성을 조절하기가 어렵기 때문에 박막의 유전율을 낮추기 어려운 문제점이 있다.
또한, 유기실록산 고분자와 기공형성물질을 이용하는 방법은 미세기공의 변형이 용이하여 비교적 낮은 유전율을 갖는 박막을 제조할 수는 있으나, 제조된 박막의 기계적 물성이 낮다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기계적 물성과 절연성이 모두 우수한 박막을 형성할 수 있는 절연막 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 실리카 졸, 유기실록산 고분자 및 소수성 유기용매를 포함하며, 2 내지 50 중량%의 실리카 입자 및 50 내지 98 중량%의 유기실록산 고분자로 이루어진 고형분의 함량이 2 내지 40 중량%인 절연막 코팅 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 절연막 코팅 조성물은 실리카 입자를 표면개질시키거나 첨가제를 사용하지 않고 실리카 입자와 소수성 유기용매만을 사용하여 얻은 분산 안정성이 우수한 실리카 졸을 유기실록산 고분자와 함께 적정량 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 총량을 기준으로 2 내지 40 중량%의 고형분을 가지며, 고형분의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 조성물의 보존 안정성이 저하되고, 코팅시 목적하는 막 두께를 달성할 수 없다.
본 발명에 사용되는 실리카 졸은 실리카를 알코올에 분산시킨 후에 소수성 유기용매를 첨가하여 혼합하고 진공증류하여 알코올을 제거함으로써 수득된, 실리카 입자 및 소수성 유기용매로 이루어지며 분산성이 우수한 실리카 졸이다. 이때, 상기 소수성 유기용매로는 하나 이상의 카르보닐기(C=O)를 포함하고 탄소수가 5 내지 20개이며 비점이 100 내지 200℃인 유기용매, 예를 들어 프로필렌 글리콜 모노에테르 아세테이트(PGMEA), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디에틸케톤, 메틸프로필케톤, 에틸프로필케톤, 디프로필케톤, 부틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 부틸이소프로필케톤 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 실리카 졸은 평균 1차 입경이 5 내지 15nm 이고, 평균 2차 입경이 70 내지 100nm 이며, 잔류 유기물 및 금속이온의 양이 각각 0.01 내지 2 중량% 및 13 ppm 이하로 극히 제어된 것이어서 박막의 균일성 및 기계적 특성을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 실리카 졸은 실리카 입자의 양이 코팅 조성물중의 고형분 함량의 2 내지 50 중량%, 바람직하게는 8 내지 20 중량%가 되도록 사용한다. 실리카 입자의 양이 고형분 함량의 50 중량%를 초과하는 경우에는 실록산 고분자의 양 이 상대적으로 감소되어 박막중의 유전율 값이 증가함으로써 저유전 층간 절연막에의 적용이 어려우며, 2 중량% 미만인 경우에는 박막의 만족스런 기계적 물성을 얻을 수 없다.
본 발명에 사용되는 유기실록산 고분자로는 절연막 형성에 사용되는 모든 공지된 유기실록산 고분자가 가능하며, 바람직하게는 말단기가 히드록실기 또는 아세테이트기인 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 유기실록산 고분자가 실록산 단량체 단독으로 이루어진 중합체, 실록산 단량체와 임의의 다른 단량체와의 공중합체, 또는 메틸실세스퀴녹산(methylsilsesquinoxane, MSQ), 하이드로실세스퀴녹산(hydrosilsesquinoxane, HSQ) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 단독 또는 둘 이상을 조합하여 이루어진 중합체가 유기실록산 고분자로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 유기실록산 고분자의 무게평균 분자량은 1,000 내지 300,000의 범위이고, 전체 중합체의 말단기 중 히드록실기 또는 아세테이트기 함량은 5% 이상일 때 바람직한 박막의 밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기실록산고분자는 코팅 조성물중 고형분 함량을 기준으로 50 내지 98 중량%, 바람직하게는 80 내지 92 중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 50 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 박막중의 유전율 값이 증가하여 저유전 층간 절연막에의 적용이 어려워지고, 98 중량%를 초과하는 경우에는 박막의 기계적 물성이 낮아진다.
본 발명에 사용되는 소수성 유기용매로는 상기 실리카 졸에 사용된 소수성 유기용매와 동일하거나 상이한 것이 사용될 수 있으며, 구체적으로 하나 이상의 카 르보닐기(C=O)를 포함하고 탄소수가 5 내지 20개이며 비점이 100 내지 200℃인 소수성 유기용매, 예를 들어 프로필렌 글리콜 모노에테르 아세테이트(PGMEA), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디에틸케톤, 메틸프로필케톤, 에틸프로필케톤, 디프로필케톤, 부틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 부틸이소프로필케톤 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 소수성 유기용매는 코팅 조성물중 고형분 함량의 0.3 내지 30배의 양으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 기공형성물질을 추가로 포함할 수 있다. 기공형성물질로는 절연막 형성에 사용되는 모든 공지된 기공형성물질이 가능하며, 바람직하게는 시클로덱스트린, 폴리카프로락톤 및 이들의 유도체 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기공 형성물질은 코팅 조성물중 고형분 함량을 기준으로 0.1 내지 50 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅 조성물은 필요에 따라 기타 첨가제를 임의로 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명에서는 상기 실리카 졸, 유기실록산 고분자, 임의 성분으로서의 기공형성물질 및 유기용매를 혼합하여 얻은 코팅 조성물을 기판에 코팅한 후 이를 열경화 및 소성시킴으로써 기계적 특성 및 절연성이 우수한 박막을 제조한다.
본 발명에 사용되는 기판으로는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), SiO2 웨이 퍼, SiN 웨이퍼, 게르마늄 웨이퍼 등의 반도체 기판, 갈륨-비소, 인듐-안티몬 등의 금속화합물로 구성된 반도체 기판 등이 포함되며, 이들 기판으로 그 자체로 사용하거나 표면에 다른 물질의 얇은 막을 형성한 다음 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 코팅 조성물의 코팅 방법으로는 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 분무 코팅(spray coating), 흐름 코팅(flow coating), 및 스크린 인쇄(screen printing)가 포함될 수 있으며, 그 중 편의성 및 균일성의 측면을 고려하여 반도체 소자 등과 같은 다층 배선 구조체용 절연층 제조에 있어서 가장 바람직한 코팅 방법은 스핀 코팅이다. 스핀 코팅을 수행하는 경우, 스핀 속도는 800 내지 5,000 rpm의 범위내에서 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 코팅된 조성물의 열경화 및 소성 공정은 통상적인 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 열경화는 150 내지 300℃에서 1 내지 150분, 바람직하게는 1 내지 30분, 소성은 300 내지 600℃에서 30 내지 120분, 바람직하게는 1시간 동안 수행되며, 이때 코팅 조성물 중의 기공형성물질 및 유기용매의 기화, 실리카 졸과 유기실록산 고분자 간의 축합반응, 소위 경화반응이 진행된다. 열경화 및 소성이 각각 상기 온도 미만에서 수행되는 경우에는 반응이 충분히 일어나지 않아 박막의 강도 및 흡습성이 낮은 막이 되고, 상기 온도를 초과하여 수행되는 경우에는 박막 제조시 추후 반도체 제조공정상의 문제를 야기할 수 있다. 또한, 열경화 및 소성은 대기, 질소 분위기, 아르곤 분위기, 진공 또는 산소 농도를 조절한 감압하에서 수행할 수 있으며, 그 중에서 질소 분위기 또는 진공하에서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시양태에 따른 코팅 조성물로부터 절연막을 제조하는 공정을 도 1에 나타내었는데, 유기실록산 고분자와 실리카 졸 및 기공형성물질을 포함하는 코팅 조성물을 열경화 및 소성하여 이용하는 경우 미세 기공을 갖는 절연막이 형성됨을 보여준다. 이와 같은 공정에 의해 제조된 절연막은 0.05 내지 10㎛, 바람직하게는 0.1 내지 5㎛의 두께, 직경 2nm 이하의 기공, 5 내지 10nm의 입자 간격을 갖는다. 이러한 입자 간격에 의해 절연막의 밀도가 감소됨으로써 낮은 유전율이 값이 수득될 수 있으며, 이러한 절연막의 밀도는 0.3 내지 1.3 g/㎤, 바람직하게는 0.2 내지 1.2 g/㎤ 이다.
본 발명에 따른 절연막은 우수한 기계적 물성 및 절연성을 가지며, 탄소 함량이 낮고, SiO2 함량이 높아 반도체 층간 저유전 절연막으로서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.
실리카 졸의 제조
제조예 1
실리카 입자를 이소프로필알코올(IPA)에 분산시켜 고체 함량 10.3 중량%의 실리카 알코올 분산액을 제조한 후 이온교환수지에 통과시켜 분산액으로부터 잔류 금속 양이온을 제거하였다. 이 실리카 알코올 분산액 200 ㎖를 습식해쇄기에 넣고 0℃에서 10분 동안 해쇄시킨 후 0.2㎛ 시린지 필터(Syringe Filter)를 이용하여 여 과하였다. 여과된 실리카 졸(고체 함량: 10.1 중량%)을 N2 퍼징(purging) 상태에서 저온진공증류장치에 넣은 후, 여기에 -20℃의 프로필렌 글리콜 모노에테르 아세테이트(PGMEA) 200 ㎖를 첨가하였다. 반응물을 0℃에서 서서히 교반시키면서 저온진공증류장치를 100rpm 이하로 약 3시간 동안 작동시켰다. 진공증류에 이어, PGMEA에 분산된 실리카 졸을 습식해쇄기에 넣고 0℃에서 10분 동안 해쇄시킨 후, 0.2 ㎛ 시린지 필터를 이용하여 다시 여과시켜 약 10 중량%의 실리카 졸을 수득하였다.
제조예 2
13.5 중량%의 실리카 알코올 분산액을 제조한 후 상기 제조예 1과 동일한 공정을 수행하여, 12.3 중량%의 실리카 졸을 수득하였다.
코팅 조성물의 제조
실시예 1
제조예 1에서 얻은 10 중량%의 실리카 졸, MSQ계 유기실록산 고분자 및 소수성 유기용매 PGMEA에 용해시켜 고형분 함량이 22 중량%인 코팅 조성물 10g을 표 1에 제시된 조성비로 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하되, 코팅 조성물의 고형분 함량을 26 중량%로 조절하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하되, 코팅 조성물의 고형분 함량을 30 중량%로 조절하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하되, 유기실록산 고분자와 실리카 입자로 이루어진 고형분 함량의 30 중량%의 양으로 기공형성물질로서 헵타키스[2,3,6-트리-메톡시]-베타-사이크로덱스트린을 첨가하였다. 이때, PGMEA의 양을 조절하여 최종 코팅 조성물의 양을 10g으로 하였다.
실시예 5
상기 실시예 2와 동일한 공정을 수행하되, 유기실록산 고분자와 실리카 입자로 이루어진 고형분 함량의 30 중량%의 양으로 기공형성물질로서 헵타키스[2,3,6-트리-메톡시]-베타-사이크로덱스트린을 첨가하였다. 이때, PGMEA의 양을 조절하여 최종 코팅 조성물의 양을 10g으로 하였다.
실시예 6
상기 실시예 3과 동일한 공정을 수행하되, 유기실록산 고분자와 실리카 입자로 이루어진 고형분 함량의 30 중량%의 양으로 기공형성물질로서의 헵타키스[2,3,6-트리-메톡시]-베타-사이크로덱스트린을 첨가하였다. 이때, PGMEA의 양을 조절하여 최종 코팅 조성물의 양을 10g으로 하였다.
실시예 7
상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하되, 고형분 함량에 대한 실리카 입자의 양이 0, 5.5, 11, 21 및 31 중량%가 되도록 실리카 졸 및 유기실록산 고분자의 사용량을 변화시켰다. 이때, PGMEA의 양을 조절하여 최종 코팅 조성물의 양을 10g으로 하였다.
실시예 8
상기 실시예 7과 동일한 공정을 수행하되, 유기실록산 고분자와 실리카 입자로 이루어진 고형분 함량의 30 중량%의 양으로 기공형성물질로서의 헵타키스[2,3,6-트리-메톡시]-베타-사이크로덱스트린을 첨가하였다. 이때, PGMEA의 양을 조절하여 최종 코팅 조성물의 양을 10.78g으로 하였다.
코팅 조성물로부터 절연막의 제조 및 성능 평가
실시예 1 내지 8에서 얻은 코팅 조성물을 실리콘 웨이퍼 위에 30초 동안 3000 rpm으로 스핀 코팅시키고, 질소 분위기하에 핫플레이트(hot plate)상에서 150℃로 1분 동안 및 250℃로 1분 동안 열경화시킨 다음, 진공 분위기에서 400℃(승온속도: 3℃/min)에서 1시간 동안 소성시켜 절연막을 제조하였다.
제조된 절연막 성능 평가를 다음과 같이 실시한 후 각각의 실시예에 대한 결과를 하기 표 1 내지 4에 제시하였다.
(1) 유전율
붕소 도핑된 p 타입의 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 열산화막을 3000Å을 도포하고 금속 증착기로 티타늄 100Å, 알루미늄 박막 2000Å, 티타늄 100Å 을 증착한 다음, 그 위에 측정 대상 박막을 형성하였다. 상기 박막 위에 전극 지름이 1mm로 설계된 하드 마스크를 이용하여 1㎜ 지름을 가지는 원형의 티타늄 100Å, 알루미늄 박막 5000Å을 증착하여 MIM(metal-insulator-metal)구조의 유전율 측정을 위한 박 막을 완성하였다. 완성된 박막을 마이크로매니퓰레이트(micromanipulatior) 6200 프로브 스테이션이 장착된 PRECISION LCR METER (HP4284A)를 이용하여 약 10kHz, 100kHz, 및 1MHz의 주파수에서 정전용량을 측정하고, 프리즘 커플러를 이용하여 박막 두께를 측정한 다음, 하기 식으로부터 유전율을 구하였다:
k = C ×d / ε。× A
상기 식에서, k는 유전율이고, C는 정전용량이고, d는 박막 두께이고, ε。는 진공상태에서의 유전상수이며, A는 전극의 접촉 단면적이다.
(2) 경도(hardness) 및 탄성계수(modulus):
경도 및 탄성계수는 엠티에스(MTS)사의 나노인덴터(nanoindenter) II를 이용하여 경도 및 탄성계수를 측정하였다.
코팅조성물의 조성비 (중량%) 고형분 구성 물질(g) 제조된 절연막에 대한 성능 평가
실록산 고분자 실리카 졸 PGMEA 실록산 고분자 실리카 입자 두께 (㎛) 유전율 경도 (GPa) 탄성계수 (Gpa)
실시예 1 (고형분 22 중량%) 22 0 78 2.2 0 0.6315 2.70 1.035 5.465
21.45 5.5 73.05 2.145 0.055 0.8266 2.78 1.064 5.926
실시예 2 (고형분 26 중량%) 26 0 74 2.6 0 0.8371 2.70 1.101 5.741
25.35 6.5 68.15 2.535 0.065 1.1544 2.77 1.160 6.251
실시예 3 (고형분 30 중량%) 30 0 70 3 0 1.1238 2.70 1.039 5.611
29.25 7.5 63.25 2.925 0.075 1.4097 2.80 1.073 6.300
코팅조성물의 조성비 (중량%) 고형분 구성 물질 (g) 제조된 절연막에 대한 성능 평가
실록산 고분자 실리카 졸 기공형성물질 PGMEA 실록산 고분자 실리카 입자 기공형성물질 두께 (㎛) 유전율 경도 (GPa) 탄성계수(Gpa)
실시예 4 (고형분 22 중량%) 20.64 0 6.2 73.16 2.2 0 0.66 0.4536 2.24 0.538 3.098
20.12 5.14 6.2 68.54 2.145 0.055 0.66 0.5328 2.40 0.694 4.018
실시예 5 (고형분 26 중량%) 24.12 0 7.24 68.64 2.6 0 0.78 0.6620 2.24 0.483 3.068
23.52 6.01 7.24 63.24 2.535 0.065 0.78 0.7303 2.37 0.758 4.370
실시예 6 (고형분 30 중량%) 27.52 0 12.86 64.22 3 0 0.9 0.8894 2.24 0.542 2.976
26.83 6.84 8.26 58.07 2.925 0.075 0.9 0.9722 2.43 0.641 4.087
실시예 7에 따른 코팅 조성물중에 함유된 구성성분 함유량(g) 제조된 절연막에 대한 성능 평가
실록산 고분자 실리카 졸 PGMEA 유전율 경도 (GPa) 탄성계수 (Gpa)
2.6 0 (0 중량%)* 7.4 2.70 1.101 5.741
2.457 1.43 (5.5 중량%)* 6.113 2.79 1.207 6.274
2.314 2.86 (11 중량%)* 4.826 2.84 1.220 6.730
2.054 5.46 (21 중량%)* 2.486 3.09 1.223 7.311
1.794 8.06 (31 중량%)* 0.146 3.14 1.365 8.882
* 괄호안의 중량%는 실록산 고분자 및 실리카 입자로 이루어진 고형분 함량에 대한 실리카 입자의 양을 나타낸 것이다.
실시예 8에 따른 코팅 조성물 구성성분 사용량(g) 제조된 절연막에 대한 성능 평가
실록산 고분자 실리카 졸 기공형성 물질 PGMEA 유전율 경도 (GPa) 탄성계수 (Gpa)
2.6 0 (0 중량%)* 0.78 7.4 2.24 0.483 3.072
2.457 1.43 (5.5 중량%)* 0.78 6.113 2.35 0.723 4.616
2.314 2.86 (11 중량%)* 0.78 4.826 2.48 0.862 5.391
2.054 5.46 (21 중량%)* 0.78 2.486 2.59 1.064 6.123
1.794 8.06 (31 중량%)* 0.78 0.146 2.75 1.175 7.648
* 괄호안의 중량%는 실록산 고분자 및 실리카 입자로 이루어진 고형분 함량에 대한 실리카 입자의 양을 나타낸 것이다.
상기 표 1 및 2로부터, 실리카 졸을 포함하는 본 발명의 코팅 조성물로부터 얻은 절연막이 실리카 졸을 포함하지 않은 경우보다 더 높은 경도 및 탄성계수를 가짐을 알 수 있다. 또한, 실리카 졸을 포함하는 본 발명의 코팅 조성물로부터 얻은 절연막은 2.8 이하의 낮은 유전율을 유지하였다.
상기 표 3 및 4로부터 알 수 있듯이, 실리카 졸 입자의 사용량이 증가함에 따라 코팅 조성물로부터 얻은 절연막의 경도 및 탄성계수가 증가하였다. 참고로, 실리카 졸과 유기실록산고분자 중합체만으로 이루어진 조성물로부터 얻은 절연막은 3.15 이하의 유전율을 나타낸 반면, 기공형성물질이 추가된 조성물로부터 얻은 절연막은 2.8 이하의 유전율을 나타냈다. 또한, 실리카 졸의 양을 증가시킬수록 고가의 유기실록산 고분자는 적게 사용될 수 있어 원가를 절감할 수 있다.
추가로, 실시예 1의 코팅 조성물로부터 얻은 절연막의 미세기공을 전자투과현미경(TEM)으로 분석하였으며 그 결과를 도 2로 나타냈다. 도 2로부터, 유기실록 산 매트릭스에 실리카 졸 미립자가 5nm로 균질하게 분포되어 있음을 확인하였다.
본 발명에 따른 코팅 조성물로부터 얻은 박막은 우수한 기계적 물성, 절연성, 열 안정성 및 균열 저항성을 가지며, 탄소 함량이 낮고 SiO2 함량이 높아 반도체 층간 저유전 절연막으로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 5 내지 15nm의 평균 1차 입경, 70 내지 100nm의 평균 2차 입경, 0.01 내지 2 중량%의 잔류 유기물 함량 및 13ppm 이하의 잔류 금속이온 함량을 갖는 실리카졸; 유기실론산 고분자; 및 소수성 유기용매를 포함하며, 이때 조성물 중의 고형분이 실리카 입자 2 내지 50 중량% 및 유기실록산 고분자 50 내지 98 중량%로 이루어지고, 상기 고형분의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 2 내지 40 중량% 범위인 것을 특징으로 하는 절연막 코팅 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 실리카 졸이 실리카 입자를 알코올에 분산시킨 후 소수성 유기용매를 첨가하여 혼합하고 진공증류에 의해 알코올을 제거함으로써 수득된 것임을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 소수성 유기용매가 하나 이상의 카르보닐기(C=O)를 포함하고 탄소수가 5 내지 20개이며 비점이 100 내지 200℃인 것임을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, 유기용매가 프로필렌 글리콜 모노에테르 아세테이트(PGMEA), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디에틸케톤, 메틸프로필케톤, 에틸프로필케톤, 디프로필케톤, 부틸에틸케톤, 메틸이소아밀케톤, 부틸이소프로필케톤 및 이들의 혼합물로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 유기실록산 고분자가 실록산 단량체 단독으로 이루어진 중합체, 실록산 단량체와 임의의 다른 단량체와의 공중합체, 또는 메틸실세스퀴녹산(methylsilsesquinoxane, MSQ), 하이드로실세스퀴녹산(hydrosilsesquinoxane, HSQ) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 단독 또는 둘 이상을 조합하여 이루어진 중합체임을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 유기용매를 고형분 함량의 0.3 내지 30배로 포함함을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 기공형성물질을 고형분 함량의 0.1 내지 50 중량%의 양으로 추가로 포함함을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 기공형성물질이 시클로덱스트린, 폴리카프로락톤 및 이들의 유도체 중에서 선택된 하나 이상의 화합물임을 특징으로 하는 코팅 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 코팅 조성물을 기판에 코팅한 후 열경화 및 소성시켜 얻은 절연막.
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