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JP2012251119A - Porous silica precursor composition and method for preparing the same, porous silica film and method for preparing the same, and semiconductor element - Google Patents

Porous silica precursor composition and method for preparing the same, porous silica film and method for preparing the same, and semiconductor element Download PDF

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JP2012251119A
JP2012251119A JP2011127234A JP2011127234A JP2012251119A JP 2012251119 A JP2012251119 A JP 2012251119A JP 2011127234 A JP2011127234 A JP 2011127234A JP 2011127234 A JP2011127234 A JP 2011127234A JP 2012251119 A JP2012251119 A JP 2012251119A
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JP
Japan
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porous silica
precursor composition
silica precursor
acid
film
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Application number
JP2011127234A
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Masaaki Hirakawa
正明 平川
Go Kagami
剛 加賀美
Takahisa Yamazaki
貴久 山崎
Hirohiko Murakami
村上  裕彦
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Ulvac Inc
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Ulvac Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a porous silica precursor composition for obtaining a porous silica film increased in film strength and improved in chemical liquid resistance and preparation method thereof; a porous silica film prepared by using the precursor composition and preparation method thereof; and a semiconductor element obtained by using the porous silica film.SOLUTION: This preparation method of the porous silica precursor composition using a surfactant as a template comprises: conducting polycondensation reaction of trialkoxysilane in the presence of an organic alkali catalyst; then adding a skeleton-forming material of the porous silica precursor and further conducting polycondensation reaction in the presence of an acid catalyst; or adding a skeleton-forming material of the porous silica precursor and further trialkoxysilane, and further conducting polycondensation reaction in the presence of an acid catalyst. The porous silica film prepared by using the obtained precursor composition and a semiconductor element obtained by using the porous silica film are also disclosed.

Description

本発明は、ポーラスシリカ前駆体組成物及びその作製方法、ポーラスシリカ膜及びその作製方法、並びに半導体素子に関し、特にケージ(Cage)構造の成分割合の多いポーラスシリカ膜を得るためのポーラスシリカ前駆体組成物及びその作製方法、このポーラスシリカ前駆体組成物を用いて得られるポーラスシリカ膜及びその作製方法、並びにこのポーラスシリカ膜を利用した半導体素子に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a porous silica precursor composition and a method for producing the same, a porous silica film and a method for producing the same, and a semiconductor device, and in particular, a porous silica precursor for obtaining a porous silica film having a large component ratio of a cage structure. The present invention relates to a composition and a method for producing the same, a porous silica film obtained using the porous silica precursor composition, a method for producing the porous silica film, and a semiconductor device using the porous silica film.

半導体素子の層間絶縁膜等として、ポーラスシリカ膜が使用されており、このポーラスシリカ膜の作製方法には、大きく分けてCVD法と塗布法とがある。CVD法は、CVDによるシリカ成膜時に有機物であるポロジェンを加えて成膜し、熱、電子線、UV等により、ポロジェンを除去し、ポーラスシリカ膜を得る方法である。一方、塗布法は、界面活性剤等の有機物であるテンプレートが加えられた前駆体組成物(塗布液)をスピンコートして成膜し、焼成し、電子線、UV等により、テンプレートを除去し、ポーラスシリカ膜を得る方法である(例えば、特許文献1参照)。これらの場合、得られるポーラスシリカ膜は、空孔量を増加させるに従い膜強度が低下するという問題があり、また、比表面が増加するため、膜の欠陥があらわになる確立が高まり、薬液耐性も低下するという問題がある。そのため、膜強度が高く、薬液耐性に優れたポーラスシリカ膜が求められている。   A porous silica film is used as an interlayer insulating film or the like of a semiconductor element, and a method for producing the porous silica film is roughly divided into a CVD method and a coating method. The CVD method is a method of forming a porous silica film by adding a porogen which is an organic substance when forming a silica film by CVD and removing the porogen by heat, electron beam, UV or the like. On the other hand, in the coating method, a precursor composition (coating solution) to which a template which is an organic substance such as a surfactant is added is spin-coated to form a film, baked, and the template is removed by electron beam, UV, or the like. This is a method for obtaining a porous silica film (see, for example, Patent Document 1). In these cases, the resulting porous silica film has a problem that the film strength decreases as the amount of pores increases, and since the specific surface increases, there is an increased probability that defects in the film will appear, and chemical resistance There is also a problem of lowering. Therefore, a porous silica film having high film strength and excellent chemical solution resistance is required.

特開平07−133350号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-133350

本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、ポーラスシリカ膜中のSi−Oケージ構造の成分割合を多くすることで、膜強度を高くし、また、薬液耐性を向上させたポーラスシリカ膜を得るための、ポーラスシリカ前駆体組成物及びその作製方法、この前駆体組成物を用いて作製したポーラスシリカ膜及びその作製方法、並びにこのポーラスシリカ膜を用いて得られた半導体素子を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and by increasing the component ratio of the Si-O cage structure in the porous silica film, the film strength is increased, and chemical resistance is increased. Porous silica precursor composition and method for producing the same for obtaining an improved porous silica film, porous silica film produced using the precursor composition and method for producing the same, and obtained using the porous silica film Another object is to provide a semiconductor device.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、触媒を用いてトリアルコキシシラン系原料の加水分解・重縮合反応を進めた後、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料を添加する手法を用いて作製されたポーラスシリカ前駆体組成物を用いることで、ポーラスシリカ膜中のケージ構造の成分割合が多くなり、膜強度を高くできると共に、薬液耐性を向上できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors added a porous silica precursor skeleton-forming material after a hydrolysis / polycondensation reaction of a trialkoxysilane-based material using a catalyst. By using a porous silica precursor composition produced using a technique, the proportion of components of the cage structure in the porous silica film is increased, the film strength can be increased, and chemical resistance can be improved. It came to complete.

本発明のポーラスシリカ前駆体組成物は、界面活性剤をテンプレートとして含むポーラスシリカ前駆体組成物であって、有機アルカリ触媒の存在下で得られたトリアルコキシシランの重縮合生成物とポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料との酸触媒の存在下での重縮合生成物、又は該有機アルカリ触媒の存在下で得られたトリアルコキシシランの重縮合生成物とポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料とトリアルコキシシランとの酸触媒の存在下での重縮合生成物を含有することを特徴とする。   The porous silica precursor composition of the present invention is a porous silica precursor composition containing a surfactant as a template, and a polycondensation product of trialkoxysilane and porous silica precursor obtained in the presence of an organic alkali catalyst. A polycondensation product with an acid catalyst in the presence of an acid catalyst, or a polycondensation product of a trialkoxysilane obtained in the presence of the organic alkali catalyst and a porous silica precursor skeleton formation material and It is characterized by containing a polycondensation product in the presence of an acid catalyst with alkoxysilane.

前記ポーラスシリカ前駆体組成物において、有機アルカリ触媒が、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミンから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする。   In the porous silica precursor composition, the organic alkali catalyst is at least one selected from ammonia, choline, tetramethylammonium hydroxide, and monoethanolamine.

前記ポーラスシリカ前駆体組成物において、酸触媒が、硝酸、塩酸、硫酸、及びフッ酸から選ばれた無機酸であることを特徴とする。   In the porous silica precursor composition, the acid catalyst is an inorganic acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrofluoric acid.

前記ポーラスシリカ前駆体組成物において、骨格形成材料が、アルコキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする。   In the porous silica precursor composition, the skeleton-forming material is at least one selected from alkoxysilanes.

本発明のポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法は、界面活性剤をテンプレートとして用いるポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法において、有機アルカリ触媒の存在下トリアルコキシシランの重縮合反応を行った後、酸触媒の存在下、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料を添加してさらに重縮合反応を行うか、又は該酸触媒の存在下、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料及びさらにトリアルコキシシランを添加してさらに重縮合反応を行うことを特徴とする。   The method for producing a porous silica precursor composition of the present invention is a method for producing a porous silica precursor composition using a surfactant as a template, and after performing a polycondensation reaction of trialkoxysilane in the presence of an organic alkali catalyst, In the presence of an acid catalyst, a porous silica precursor skeleton-forming material is added to perform a polycondensation reaction, or in the presence of the acid catalyst, a porous silica precursor skeleton-forming material and further a trialkoxysilane are added. And further performing a polycondensation reaction.

前記ポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法において、有機アルカリ触媒が、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミンから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする。   In the method for producing the porous silica precursor composition, the organic alkali catalyst is at least one selected from ammonia, choline, tetramethylammonium hydroxide, and monoethanolamine.

前記ポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法において、酸触媒が、硝酸、塩酸、硫酸、及びフッ酸から選ばれた無機酸であることを特徴とする。   In the method for producing the porous silica precursor composition, the acid catalyst is an inorganic acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrofluoric acid.

前記ポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法において、骨格形成材料が、アルコキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする。   In the method for producing the porous silica precursor composition, the skeleton-forming material is at least one selected from alkoxysilanes.

本発明のポーラスシリカ膜は、上記ポーラスシリカ前駆体組成物又は上記ポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法に従って作製された前駆体組成物を用いて作製されたものであることを特徴とする。   The porous silica film of the present invention is produced using the porous silica precursor composition or a precursor composition produced according to the production method of the porous silica precursor composition.

本発明のポーラスシリカ膜において、その膜のFT−IRスペクトルのSi−Oケージ構造のピークである1150cm−1近傍とSi−Oラダー構造のピークである1050cm−1近傍とのピーク高さの比が、1.0以上であることを特徴とする。 In the porous silica film of the present invention, the ratio of the peak height between the vicinity of 1150 cm −1 which is the peak of the Si—O cage structure and the vicinity of 1050 cm −1 which is the peak of the Si—O ladder structure in the FT-IR spectrum of the film. Is 1.0 or more.

上記Si−Oケージ構造のピークである1150cm−1近傍とSi−Oラダー構造のピークである1050cm−1近傍とのピーク高さの比が、1.0未満であると、目的とする膜強度、薬液耐性の向上を達成することができない傾向がある。 When the ratio of the peak height between the vicinity of 1150 cm −1 that is the peak of the Si—O cage structure and the vicinity of 1050 cm −1 that is the peak of the Si—O ladder structure is less than 1.0, the desired film strength , Tend to be unable to achieve improved chemical resistance.

本発明のポーラスシリカ膜の作製方法は、上記ポーラスシリカ前駆体組成物又は上記ポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法に従って作製されたポーラスシリカ前駆体組成物を基板表面に塗布し、真空雰囲気下焼成処理し、界面活性剤を除去してポーラスシリカ膜を作製することを特徴とする。   The method for producing a porous silica film of the present invention is obtained by applying the porous silica precursor composition or the porous silica precursor composition produced according to the method for producing the porous silica precursor composition onto a substrate surface and firing in a vacuum atmosphere. It is characterized in that a porous silica film is produced by treating and removing the surfactant.

本発明の半導体素子は、上記ポーラスシリカ膜又は上記ポーラスシリカ膜の作製方法に従って作製したポーラスシリカ膜を用いて得られたものであることを特徴とする。   The semiconductor element of the present invention is obtained by using the porous silica film produced according to the porous silica film or the method for producing the porous silica film.

本発明によれば、有機アルカリ触媒を用いてトリアルコキシシラン系原料の重縮合を進めた後に、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料を添加する手法を用いて作製されたポーラスシリカ前駆体組成物を用いることで、ポーラスシリカ膜中のケージ構造の成分割合がラダー構造の成分割合と同等又はより多くなり、膜強度を高くできると共に、薬液耐性を向上させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, a porous silica precursor composition prepared by using a technique of adding a skeleton-forming material of a porous silica precursor after proceeding polycondensation of a trialkoxysilane-based raw material using an organic alkali catalyst. By using it, the component ratio of the cage structure in the porous silica film becomes equal to or greater than the component ratio of the ladder structure, and the film strength can be increased and the chemical resistance can be improved.

実施例1において得られたポーラスシリカ膜のFT−IRスペクトルを示すスペクトル図。2 is a spectrum diagram showing an FT-IR spectrum of the porous silica film obtained in Example 1. FIG. 比較例1において得られたポーラスシリカ膜のFT−IRスペクトルを示すスペクトル図。The spectrum figure which shows the FT-IR spectrum of the porous silica film | membrane obtained in the comparative example 1. FIG.

本発明に係るポーラスシリカ前駆体組成物(塗布液)の実施の形態によれば、この前駆体組成物は、界面活性剤をテンプレートとして含む前駆体組成物であって、有機アルカリ触媒(例えば、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミン等から選ばれた少なくとも1種)の存在下で得られたトリアルコキシシラン(以下列挙するメチルトリメトキシシラン(MTMS)等から選ばれた少なくとも1種)の重縮合生成物と、酸触媒(例えば、硝酸、塩酸、硫酸、及びフッ酸等から選ばれた少なくとも1種の無機酸)の存在下、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料(以下列挙するアルコキシシランから選ばれた少なくとも1種)との重縮合生成物、又は上記有機アルカリ触媒の存在下に得られたトリアルコキシシランの重縮合生成物と上記ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料とさらに上記トリアルコキシシランとの酸触媒の存在下での重縮合生成物を含有することからなる。   According to the embodiment of the porous silica precursor composition (coating liquid) according to the present invention, the precursor composition is a precursor composition containing a surfactant as a template, and an organic alkali catalyst (for example, Trialkoxysilane (at least selected from methyltrimethoxysilane (MTMS) listed below) obtained in the presence of ammonia, choline, tetramethylammonium hydroxide, and monoethanolamine. 1 type polycondensation product and an acid catalyst (for example, at least one inorganic acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, etc.), a skeleton-forming material for porous silica precursor A polycondensation product with at least one selected from the alkoxysilanes listed) or obtained in the presence of the organic alkali catalyst. It consists further contain polycondensation product in the presence of an acid catalyst with the trialkoxysilane a skeleton forming material of the polycondensation products and the porous silica precursor trialkoxysilane.

本発明に係るポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法の実施の形態によれば、この作製方法は、界面活性剤をテンプレートとして用いるポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法において、有機アルカリ触媒(例えば、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミンから選ばれた少なくとも1種)の存在下、トリアルコキシシラン(以下列挙するメチルトリメトキシシラン(MTMS)等から選ばれた少なくとも1種)の重縮合反応を行った後、この重縮合生成物に、酸触媒(例えば、硝酸、塩酸、硫酸、及びフッ酸等から選ばれた少なくとも1種の無機酸)の存在下、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料(以下列挙するアルコキシシランから選ばれた少なくとも1種)を添加してさらに重縮合反応を行うか、又は上記酸触媒の存在下、上記ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料及びさらに上記トリアルコキシシランを添加してさらに重縮合反応を行うことからなる。   According to the embodiment of the method for producing a porous silica precursor composition according to the present invention, this production method includes an organic alkali catalyst (for example, in a method for producing a porous silica precursor composition using a surfactant as a template). Of trialkoxysilane (at least one selected from methyltrimethoxysilane (MTMS) listed below) in the presence of ammonia, choline, tetramethylammonium hydroxide, and monoethanolamine) After performing the polycondensation reaction, the polycondensation product is subjected to the porous silica precursor in the presence of an acid catalyst (for example, at least one inorganic acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, etc.). Addition of skeleton forming material (at least one selected from alkoxysilanes listed below) and further polycondensation Whether to respond, or the presence of the acid catalyst consists of performing polycondensation reaction was further added scaffolding material and further the trialkoxysilane of the porous silica precursor.

本発明に係るポーラスシリカ膜の実施の形態によれば、このポーラスシリカ膜は、上記ポーラスシリカ前駆体組成物又は上記ポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法に従って作製された前駆体組成物を用いて作製されたものであり、そのポーラスシリカ膜のFT−IRスペクトルのSi−Oケージ構造のピークである1150cm−1近傍とSi−Oラダー構造のピークである1050cm−1近傍とのピーク高さの比が、1.0以上であることからなる。このピーク高さの比は、ポーラスシリカ膜中のケージ構造の成分割合をAとし、ラダー構造の成分割合をBとした場合、50%≦A/(A+B)≦100%を満足することと同義である。以下記載する実施例及び比較例によれば、ケージ構造のピーク高さとラダー構造のピーク高さとの比が1.0以上であると、すなわち、ケージ構造の成分割合が増加するに従って、膜強度及び薬液耐性が向上することが分かる。 According to the embodiment of the porous silica film of the present invention, the porous silica film is obtained by using the porous silica precursor composition or the precursor composition prepared according to the method for producing the porous silica precursor composition. The peak height between the vicinity of 1150 cm −1 that is the peak of the Si—O cage structure of the FT-IR spectrum of the porous silica film and the vicinity of 1050 cm −1 that is the peak of the Si—O ladder structure. The ratio is 1.0 or more. This peak height ratio is synonymous with satisfying 50% ≦ A / (A + B) ≦ 100%, where A is the component ratio of the cage structure in the porous silica film and B is the component ratio of the ladder structure. It is. According to the examples and comparative examples described below, when the ratio between the peak height of the cage structure and the peak height of the ladder structure is 1.0 or more, that is, as the component ratio of the cage structure increases, the film strength and It can be seen that chemical resistance is improved.

本発明では、有機アルカリ触媒を用いてトリアルコキシシラン系原料の加水分解・重縮合反応を進めた後、この重縮合生成物にポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料を添加するか、又はこの重縮合生成物にポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料及びトリアルコキシシラン系原料を添加する手法を用いて作製されたポーラスシリカ前駆体組成物を用いることで、ポーラスシリカ膜中のケージ構造の成分割合が多くなり、膜強度を高くできると共に、薬液耐性を向上させることができる。   In the present invention, after proceeding hydrolysis / polycondensation reaction of trialkoxysilane-based raw material using an organic alkali catalyst, a skeleton-forming material of porous silica precursor is added to this polycondensation product, or this polycondensation By using a porous silica precursor composition prepared by adding a porous silica precursor skeleton-forming material and trialkoxysilane-based raw material to the product, the component ratio of the cage structure in the porous silica film is large. Thus, the film strength can be increased and the chemical resistance can be improved.

本発明で使用し得るトリアルコキシシランとしては、特に制限はないが、例えばメチルトリメトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン(ETES)、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、ペンタトリエトキシシラン、トリエトキシエチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリエトキシフェニルシラン、トリエトキシシラン、3−(トリエトキシシリル)プロピルメタクリレート、トリエトキシビニルシラン、トリメトキシ(メチル)シラン、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシ(プロピル)シラン、トリメトキシ(p−トリル)シラン、トリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。また、これらを2種類以上用いてもよい。   The trialkoxysilane that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, methyltrimethoxysilane (MTMS), methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane (ETES), allyltrimethoxysilane, Allyltriethoxysilane, benzyltrimethoxysilane, benzyltriethoxysilane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, cyclohexyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, octadecyltriethoxy Silane, octadecyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, pentatriethoxysilane, triethoxyethylsilane, triethoxymethylsilane, triethoxyphenylsila , Triethoxysilane, 3- (triethoxysilyl) propyl methacrylate, triethoxyvinylsilane, trimethoxy (methyl) silane, trimethoxyphenylsilane, trimethoxy (propyl) silane, trimethoxy (p-tolyl) silane, trimethoxysilane, vinyltri And methoxysilane. Two or more of these may be used.

本発明で使用しうる有機アルカリ触媒としては、トリアルコキシシランを重縮合(加水分解及び重縮合)することができる触媒であれば特に限定されず、例えば、上記したように、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミンから選ばれた少なくとも1種を用いることができる。   The organic alkali catalyst that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a catalyst capable of polycondensation (hydrolysis and polycondensation) of trialkoxysilane. For example, as described above, ammonia, choline, tetra At least one selected from methylammonium hydroxide and monoethanolamine can be used.

本発明で使用しうるポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料であるアルコキシシランとしては特に制限されず、例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシランなどの4級アルコキシシラン;トリメトキシフルオロシラン、トリエトキシフルオロシラン、トリイソプロポキシフルオロシラン、トリブトキシフルオロシランなどの3級アルコキシフルオロシラン;トリメトキシメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリメトキシエチルシラン、トリエトキシエチルシラン、トリメトキシプロピルシラン、トリエトキシプロピルシランなどの3級アルコキシアルキルシラン;トリメトキシフェニルシラン、トリエトキシフェニルシラン、トリメトキシクロロフェニルシラン、トリエトキシクロロフェニルシランなどの3級アルコキシアリールシラン;トリメトキシフェネチルシラン、トリエトキシフェネチルシランなどの3級アルコキシフェネチルシラン;ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシランなどの2級アルコキシアルキルシラン;アルコキシシランの2量体等のオリゴマーなどが挙げられる。また、2種類以上用いてもよい。   The alkoxysilane that is a skeleton forming material of the porous silica precursor that can be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, and the like. Quaternary alkoxysilanes; tertiary alkoxyfluorosilanes such as trimethoxyfluorosilane, triethoxyfluorosilane, triisopropoxyfluorosilane, tributoxyfluorosilane; trimethoxymethylsilane, triethoxymethylsilane, trimethoxyethylsilane, tri Tertiary alkoxyalkylsilanes such as ethoxyethylsilane, trimethoxypropylsilane, triethoxypropylsilane; trimethoxyphenylsilane, triethoxyphenylsilane, trimethoxychlorosilane Tertiary alkoxy aryl silanes such as phenyl silane and triethoxy chlorophenyl silane; Tertiary alkoxy phenethyl silanes such as trimethoxy phenethyl silane and triethoxy phenethyl silane; Secondary alkoxy alkyl silanes such as dimethoxy dimethyl silane and diethoxy dimethyl silane; Examples include oligomers such as dimers. Two or more types may be used.

本発明で使用しうる酸触媒は、トリアルコキシシランの重縮合生成物とアルコキシシランとの重縮合反応を行うことができる触媒であれば特に限定されず、例えば、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸や、酢酸等の有機酸からなる酸触媒を挙げることができ、また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。但し、有機酸を用いると、有機酸の残渣が、得られるシリカ膜中に残存してしまうことや、無機酸に比べて酸素プラズマ耐性に優れたシリカ膜を形成することができるという効果が低くなるため、無機酸を用いることが好ましい。   The acid catalyst that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a catalyst capable of performing a polycondensation reaction between a polycondensation product of trialkoxysilane and alkoxysilane. For example, inorganic catalysts such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, etc. The acid catalyst which consists of acids and organic acids, such as an acetic acid, can be mentioned, You may use it in combination of 2 or more types. However, when an organic acid is used, the effect that the residue of the organic acid remains in the obtained silica film and a silica film excellent in oxygen plasma resistance as compared with the inorganic acid can be formed is low. Therefore, it is preferable to use an inorganic acid.

上記反応系で使用できる溶媒としては、トリアルコキシシラン及びアルコキシシランを溶解又は分散させることができるものであれば特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノールなどの一級アルコール;2−プロパノール、2−ブタノールなどの二級アルコール;ターシャリーブチルアルコールなどの三級アルコール;アセトン、アセトニトリル等が挙げられる。また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   The solvent that can be used in the reaction system is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse trialkoxysilane and alkoxysilane. For example, primary alcohol such as methanol, ethanol, 1-propanol; 2-propanol Secondary alcohols such as 2-butanol; tertiary alcohols such as tertiary butyl alcohol; acetone, acetonitrile and the like. Two or more types may be used in combination.

本発明で使用できる界面活性剤としては、ポリアルキレンオキサイド構造を有する非イオン界面活性剤を使用することが好ましい。ポリアルキレンオキサイド構造としては、ポリエチレンオキシド構造、ポリプロピレンオキシド構造、ポリメチレンキシド構造、ポリブチレンオキシド構造等が挙げられる。このようなポリアルキレンオキサイド構造を有する化合物としては、例えば、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のエーテル型化合物、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル等のエーテルエステル型化合物等を挙げることができる。また、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。界面活性剤の状態は問われず、固体状態でも、溶媒に溶解した状態でもよい。   As the surfactant that can be used in the present invention, a nonionic surfactant having a polyalkylene oxide structure is preferably used. Examples of the polyalkylene oxide structure include a polyethylene oxide structure, a polypropylene oxide structure, a polymethylene oxide structure, and a polybutylene oxide structure. Examples of the compound having such a polyalkylene oxide structure include polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymer, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, polyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyethylene alkyl ether, polyoxy Ether type compounds such as ethylene alkylphenyl ether, ether ester type compounds such as polyoxyethylene glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyethylene sorbitol fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, propylene glycol fatty acid ester, sucrose fatty acid ester, etc. Can be mentioned. Two or more types may be used in combination. The state of the surfactant is not limited, and it may be solid or dissolved in a solvent.

上記界面活性剤は、溶液中でミセルを形成し、規則的に配列する。このミセルをテンプレートとして複合体をつくり、後段の工程でテンプレートを除去すると、均一で規則的な細孔を有するポーラスシリカ膜を製造することができる。そして、ポーラスの膜とすることにより、例えば、低誘電率(k)、低屈折率を有する膜となる。   The surfactant forms micelles in the solution and is regularly arranged. By forming a composite using these micelles as a template and removing the template in a subsequent step, a porous silica film having uniform and regular pores can be produced. By forming a porous film, for example, a film having a low dielectric constant (k) and a low refractive index is obtained.

上記したようにトリアルコキシシラン及び有機アルカリ触媒、アルコキシシラン及び酸触媒、並びにアルコキシシランとトリアルコキシシラン及び酸触媒や、必要に応じて含有させる界面活性剤等の添加剤を溶媒に溶解または分散させて、トリアルコキシシランの加水分解反応及び重縮合反応を生じさせ、次いで得られた重縮合生成物とアルコキシシランとの加水分解反応及び重縮合反応、又は上記得られた重縮合生成物とアルコキシシランとトリアルコキシシランとの加水分解反応及び重縮合反応を生じさせて、ポーラスシリカ前駆体組成物を形成する。これらの加水分解反応や重縮合反応は、水を添加することにより生じるが、必要に応じて加熱や撹拌等してもよい。   As described above, trialkoxysilane and organic alkali catalyst, alkoxysilane and acid catalyst, and alkoxysilane and trialkoxysilane and acid catalyst, and additives such as surfactant to be contained as necessary are dissolved or dispersed in a solvent. Then, the hydrolysis reaction and polycondensation reaction of trialkoxysilane are caused, and then the hydrolysis reaction and polycondensation reaction of the obtained polycondensation product and alkoxysilane, or the polycondensation product obtained above and alkoxysilane A porous silica precursor composition is formed by causing a hydrolysis reaction and a polycondensation reaction between silane and trialkoxysilane. These hydrolysis reactions and polycondensation reactions occur by adding water, but may be heated or stirred as necessary.

本発明によれば、上記したように、トリアルコキシシランの重縮合を行い、次いでこの重縮合生成物とアルコキシシランとの重縮合を行うか、又はこの重縮合生成物とアルコキシシランとトリアルコキシシランとの重縮合を行うことにより、目的とするポーラスシリカ前駆体組成物を作製している。このように、最初にトリアルコキシシランの重縮合を行い、次の重縮合の際にアルコキシシランとトリアルコキシシランとを用いて酸触媒の存在下に重縮合を行っても、目的とするポーラスシリカ前駆体組成物を作製することができる。しかし、最初にトリアルコキシシラン及びアルコキシシランを同時に使用して有機アルカリ触媒又は酸触媒の存在下に重縮合反応を行っても、目的とする所望のポーラスシリカ前駆体組成物を作製することはできない。   According to the present invention, as described above, polycondensation of trialkoxysilane is carried out, and then polycondensation of this polycondensation product and alkoxysilane is carried out, or this polycondensation product, alkoxysilane and trialkoxysilane are carried out. The target porous silica precursor composition is produced by performing polycondensation with. Thus, even if polycondensation of trialkoxysilane is first carried out and polycondensation is carried out in the presence of an acid catalyst using alkoxysilane and trialkoxysilane in the next polycondensation, the target porous silica can be obtained. A precursor composition can be made. However, even if trialkoxysilane and alkoxysilane are used at the same time and a polycondensation reaction is carried out in the presence of an organic alkali catalyst or an acid catalyst, the desired desired porous silica precursor composition cannot be produced. .

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるわけではない。本発明では、既知の加水分解反応・重縮合反応を利用するため、用いるトリアルコキシシラン、有機アルカリ触媒、アルコキシシラン、及び酸触媒等は、以下の実施例で使用したもの以外に、上記したものであれば、適宜、使用可能であることは当業者の理解するところである。   Examples of the present invention and comparative examples will be described below. The present invention is not limited to these examples. In the present invention, since the known hydrolysis reaction / polycondensation reaction is used, the trialkoxysilane, the organic alkali catalyst, the alkoxysilane, the acid catalyst, and the like to be used are those described above in addition to those used in the following examples. Those skilled in the art will understand that the present invention can be used as appropriate.

メチルトリメトキシシラン(MTMS)0.1モル及び10wt%アンモニア水溶液0.01モル(アンモニア換算)を、エタノール中25℃で3時間撹拌し、透明で均一な溶液を得た。この溶液に、テトラエトキシシラン(TEOS)0.05モル、HO4.25モル、非イオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、商品名:P450、平均分子量:2300、OH(CHCHO)13(CH(CH)CHO)20(CHCHO)13H)0.01モル、硝酸0.01モル、及びエタノールを加え、再度3時間撹拌し、目的とするポーラスシリカ前駆体組成物(塗布液)を得た。 Methyltrimethoxysilane (MTMS) 0.1 mol and 10 wt% aqueous ammonia solution 0.01 mol (as ammonia) were stirred in ethanol at 25 ° C. for 3 hours to obtain a transparent and uniform solution. In this solution, tetraethoxysilane (TEOS) 0.05 mol, H 2 O 4.25 mol, nonionic surfactant (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name: P450, average molecular weight: 2300, OH ( CH 2 CH 2 O) 13 (CH (CH 3 ) CH 2 O) 20 (CH 2 CH 2 O) 13 H) 0.01 mol, nitric acid 0.01 mol, and ethanol were added and stirred again for 3 hours, The intended porous silica precursor composition (coating solution) was obtained.

この塗布液を用いて、半導体Si基板上に1200rpmの条件でスピンコートした後、基板を真空雰囲気下、350℃で1時間焼成処理した。350℃までの昇温時間は15分であった。   Using this coating solution, a semiconductor Si substrate was spin-coated at 1200 rpm, and then the substrate was baked at 350 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. The temperature raising time up to 350 ° C. was 15 minutes.

上記のようにして得られたポーラスシリカ膜の膜厚は193nmで、比誘電率kは2.1で、屈折率は1.23で、弾性率は5.0GPaであった。   The film thickness of the porous silica film obtained as described above was 193 nm, the relative dielectric constant k was 2.1, the refractive index was 1.23, and the elastic modulus was 5.0 GPa.

得られたポーラスシリカ膜のFT−IRを測定し、このスペクトルを図1に示す。図1から明らかなように、Si−Oケージ構造のピークである1165cm−1とSi−Oラダー構造のピークである1060cm−1とのピーク高さの比は、Si−Oケージ構造/Si−Oラダー構造=1.21であり、Si−Oケージ構造のピークの方が大きかった。このピーク高さの比から、ケージ構造の成分割合は、1.21/(1.21+1.00)=54.8%である。 FT-IR of the obtained porous silica film was measured, and this spectrum is shown in FIG. As apparent from FIG. 1, the ratio of the peak heights of the 1060 cm -1 is a peak of 1165 cm -1 and Si-O ladder structure which is the peak of the Si-O cage structures, Si-O cage structure / Si- The O ladder structure = 1.21, and the peak of the Si—O cage structure was larger. From this peak height ratio, the component ratio of the cage structure is 1.21 / (1.21 + 1.00) = 54.8%.

得られたポーラスシリカ膜を30mm角にカットし、50℃加熱の1wt%KOH水溶液に3分間浸す処理を行った。処理前後の膜厚変動は8nmであり、薬液耐性に優れていることが分かる。   The obtained porous silica film was cut into 30 mm square, and immersed in a 1 wt% KOH aqueous solution heated at 50 ° C. for 3 minutes. The film thickness variation before and after the treatment is 8 nm, which indicates that the chemical solution resistance is excellent.

MTMS0.05モル及び10wt%アンモニア水溶液0.005モル(アンモニア換算)を、エタノール中25℃で3時間撹拌し、透明で均一な溶液を得た。この溶液に、TEOS0.05モル、MTMS0.05モル、HO4.25モル、非イオン性界面活性剤(第一工業製薬製(株)製、商品名:P450、平均分子量:2300、OH(CHCHO)13(CH(CH)CHO)20(CHCHO)13H)0.01モル、硝酸0.01モル、及びエタノールを加え、再度3時間撹拌し、目的とするポーラスシリカ前駆体組成物(塗布液)を得た。 MTMS 0.05 mol and 10 wt% aqueous ammonia solution 0.005 mol (as ammonia) were stirred in ethanol at 25 ° C. for 3 hours to obtain a transparent and uniform solution. To this solution, TEOS 0.05 mol, MTMS 0.05 mol, H 2 O 4.25 mol, nonionic surfactant (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name: P450, average molecular weight: 2300, OH ( CH 2 CH 2 O) 13 (CH (CH 3 ) CH 2 O) 20 (CH 2 CH 2 O) 13 H) 0.01 mol, nitric acid 0.01 mol, and ethanol were added and stirred again for 3 hours, The intended porous silica precursor composition (coating solution) was obtained.

この塗布液を用いて、半導体Si基板上に1200rpmの条件でスピンコートした後、基板を真空雰囲気下、350℃で1時間焼成処理した。350℃までの昇温時間は15分であった。   Using this coating solution, a semiconductor Si substrate was spin-coated at 1200 rpm, and then the substrate was baked at 350 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. The temperature raising time up to 350 ° C. was 15 minutes.

上記のようにして得られたポーラスシリカ膜の膜厚は201nmで、比誘電率kは2.1で、屈折率は1.22で、弾性率は4.8GPaであった。   The film thickness of the porous silica film obtained as described above was 201 nm, the relative dielectric constant k was 2.1, the refractive index was 1.22, and the elastic modulus was 4.8 GPa.

得られたポーラスシリカ膜のFT−IRを測定した。このスペクトルから、Si−Oケージ構造のピークとSi−Oラダー構造のピークとのピーク高さの比は、Si−Oケージ構造/Si−Oラダー構造=1.17であり、Si−Oケージ構造のピークの方が大きかった。このピーク高さの比から、ケージ構造の成分割合は、1.17/(1.17+1.00)=53.9%である。   FT-IR of the obtained porous silica film was measured. From this spectrum, the ratio of the peak height between the peak of the Si—O cage structure and the peak of the Si—O ladder structure is Si—O cage structure / Si—O ladder structure = 1.17. The structure peak was larger. From this peak height ratio, the component ratio of the cage structure is 1.17 / (1.17 + 1.00) = 53.9%.

得られたポーラスシリカ膜を30mm角にカットし、50℃加熱の1wt%KOH水溶液に3分浸す処理を行った。処理前後の膜厚変動は9nmであり、薬液耐性に優れていることが分かる。   The obtained porous silica film was cut into 30 mm square, and immersed in a 1 wt% KOH aqueous solution heated at 50 ° C. for 3 minutes. The film thickness variation before and after the treatment is 9 nm, which shows that the chemical solution resistance is excellent.

エチルトリエトキシシラン(ETES)0.1モル及び15wt%コリン水溶液0.01モル(コリン換算)を、エタノール中25℃で3時間撹拌し、透明で均一な溶液を得た。この溶液に、TEOS0.05モル、HO4.25モル、非イオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、商品名:P450、平均分子量:2300、OH(CHCHO)13(CH(CH)CHO)20(CHCHO)13H)0.01モル、硝酸0.01モル、及びエタノールを加え、再度3時間撹拌し、目的とするポーラスシリカ前駆体組成物(塗布液)を得た。 Ethyltriethoxysilane (ETES) 0.1 mol and 15 wt% choline aqueous solution 0.01 mol (choline conversion) were stirred in ethanol at 25 ° C. for 3 hours to obtain a transparent and uniform solution. To this solution, TEOS 0.05 mol, H 2 O 4.25 mol, nonionic surfactant (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name: P450, average molecular weight: 2300, OH (CH 2 CH 2 O) 13 (CH (CH 3 ) CH 2 O) 20 (CH 2 CH 2 O) 13 H) 0.01 mol, nitric acid 0.01 mol, and ethanol were added, and the mixture was stirred again for 3 hours to obtain the desired porous silica precursor. A body composition (coating solution) was obtained.

この塗布液を用いて、半導体Si基板上に1200rpmの条件でスピンコートした後、基板を真空雰囲気下、350℃で1時間焼成処理した。350℃までの昇温時間は15分であった。   Using this coating solution, a semiconductor Si substrate was spin-coated at 1200 rpm, and then the substrate was baked at 350 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. The temperature raising time up to 350 ° C. was 15 minutes.

上記のようにして得られたポーラスシリカ膜の膜厚は197nmで、比誘電率kは2.1で、屈折率は1.23で、弾性率は5.0GPaであった。   The thickness of the porous silica film obtained as described above was 197 nm, the relative dielectric constant k was 2.1, the refractive index was 1.23, and the elastic modulus was 5.0 GPa.

得られたポーラスシリカ膜のFT−IRを測定した。このスペクトルから、Si−Oケージ構造のピークとSi−Oラダー構造のピークとの高さの比は、Si−Oケージ構造/Si−Oラダー構造=1.20であり、Si−Oケージ構造のピークの方が大きかった。このピーク高さの比から、ケージ構造の成分割合は、1.20/(1.20+1.00)=54.5%である。   FT-IR of the obtained porous silica film was measured. From this spectrum, the height ratio between the peak of the Si—O cage structure and the peak of the Si—O ladder structure is Si—O cage structure / Si—O ladder structure = 1.20. The peak of was larger. From this peak height ratio, the component ratio of the cage structure is 1.20 / (1.20 + 1.00) = 54.5%.

得られたポーラスシリカ膜を30mm角にカットし、50℃加熱の1wt%KOH水溶液に3分浸す処理を行った。処理前後の膜厚変動は9nmであり、薬液耐性に優れていることが分かる。   The obtained porous silica film was cut into 30 mm square, and immersed in a 1 wt% KOH aqueous solution heated at 50 ° C. for 3 minutes. The film thickness variation before and after the treatment is 9 nm, which shows that the chemical solution resistance is excellent.

(比較例1)
TEOS0.05モル、MTMS0.1モル、HO4.25モル、非イオン性界面活性剤(商品名:P450、平均分子量:2300、OH(CHCHO)13(CH(CH)CHO)20(CHCHO)13H)0.01モル、硝酸0.01モルをエタノール中25℃で3時間撹拌し、透明で均一なポーラスシリカ前駆体組成物(塗布液)を得た。
(Comparative Example 1)
TEOS 0.05 mol, MTMS 0.1 mol, H 2 O 4.25 mol, nonionic surfactant (trade name: P450, average molecular weight: 2300, OH (CH 2 CH 2 O) 13 (CH (CH 3 ) CH 2 O) 20 (CH 2 CH 2 O) 13 H) 0.01 mol and nitric acid 0.01 mol were stirred in ethanol at 25 ° C. for 3 hours to obtain a transparent and uniform porous silica precursor composition (coating solution). Obtained.

この塗布液を用いて、半導体Si基板上に1200rpmの条件でスピンコートした後、基板を真空雰囲気下、350℃で1時間焼成処理した。350℃までの昇温時間は15分であった。   Using this coating solution, a semiconductor Si substrate was spin-coated at 1200 rpm, and then the substrate was baked at 350 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. The temperature raising time up to 350 ° C. was 15 minutes.

上記のようにして得られたポーラスシリカ膜の膜厚は190nmで、比誘電率kは2.1で、屈折率は1.21で、弾性率は3.6GPaであった。   The thickness of the porous silica film obtained as described above was 190 nm, the relative dielectric constant k was 2.1, the refractive index was 1.21, and the elastic modulus was 3.6 GPa.

得られたポーラスシリカ膜のFT−IRを測定し、このスペクトルを図2に示す。図2から明らかなように、Si−Oケージ構造のピークとSi−Oラダー構造のピークとの高さの比は、Si−Oケージ構造/Si−Oラダー構造=0.90であり、Si−Oラダー構造のピークの方が大きかった。このピーク高さの比から、ケージ構造の成分割合は、0.90/(0.90+1.00)=47.4%である。   FT-IR of the obtained porous silica film was measured, and this spectrum is shown in FIG. As apparent from FIG. 2, the height ratio between the peak of the Si—O cage structure and the peak of the Si—O ladder structure is Si—O cage structure / Si—O ladder structure = 0.90. The peak of the -O ladder structure was larger. From this peak height ratio, the component ratio of the cage structure is 0.90 / (0.90 + 1.00) = 47.4%.

得られたポーラスシリカ膜を30mm角にカットし、50℃加熱の1wt%KOH水溶液に3分浸す処理を行ったところ、膜が無くなった。そのため、処理時間を1分としたところ、処理前後の膜厚変動は130nmであった。   When the obtained porous silica film was cut into 30 mm square and immersed in a 1 wt% KOH aqueous solution heated at 50 ° C. for 3 minutes, the film disappeared. Therefore, when the treatment time was 1 minute, the film thickness fluctuation before and after the treatment was 130 nm.

上記結果から、最初にMTMS及びTEOSを同時に使用し、触媒として酸触媒を使用した場合には、ケージ構造の成分割合がラダー構造の成分割合より少ないポーラスシリカ膜が得られ、この膜は弾性率が低く、薬液耐性に乏しかったことが分かる。   From the above results, when MTMS and TEOS were used at the same time and an acid catalyst was used as a catalyst, a porous silica film having a cage structure component ratio less than a ladder structure component ratio was obtained. Is low and it can be seen that the chemical resistance was poor.

(比較例2)
TEOS0.05モル、MTMS0.1モル、HO4.25モル、非イオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、商品名:P450、平均分子量:2300、OH(CHCHO)13(CH(CH)CHO)20(CHCHO)13H)0.01モル、及び15wt%コリン水溶液0.01モル(コリン換算)をエタノール中25℃で3時間撹拌し、透明で均一なポーラスシリカ前駆体組成物(塗布液)を得た。
(Comparative Example 2)
TEOS 0.05 mol, MTMS 0.1 mol, H 2 O 4.25 mol, nonionic surfactant (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name: P450, average molecular weight: 2300, OH (CH 2 CH 2 O ) 13 (CH (CH 3 ) CH 2 O) 20 (CH 2 CH 2 O) 13 H) 0.01 mol and 15 wt% choline aqueous solution 0.01 mol (choline conversion) were stirred in ethanol at 25 ° C. for 3 hours. Thus, a transparent and uniform porous silica precursor composition (coating solution) was obtained.

この塗布液を用いて、半導体Si基板上に1200rpmの条件でスピンコートした後、基板を真空雰囲気下、350℃で1時間焼成処理した。350℃までの昇温時間は15分であった。   Using this coating solution, a semiconductor Si substrate was spin-coated at 1200 rpm, and then the substrate was baked at 350 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere. The temperature raising time up to 350 ° C. was 15 minutes.

上記のようにして得られたポーラスシリカ膜の膜厚は182nmで、比誘電率kは2.1で、屈折率は1.21で、弾性率は3.5GPaであった。   The film thickness of the porous silica film obtained as described above was 182 nm, the relative dielectric constant k was 2.1, the refractive index was 1.21, and the elastic modulus was 3.5 GPa.

得られたポーラスシリカ膜のFT−IRを測定した。このスペクトルから、Si−Oケージ構造のピークとSi−Oラダー構造のピークとの高さの比は、Si−Oケージ/Si−Oラダー=0.85であり、Si−Oラダー構造のピークの方が大きかった。このピーク高さの比から、ケージ構造の成分割合は、0.85/(0.85+1.00)=45.9%である。   FT-IR of the obtained porous silica film was measured. From this spectrum, the height ratio between the peak of the Si—O cage structure and the peak of the Si—O ladder structure is Si—O cage / Si—O ladder = 0.85, and the peak of the Si—O ladder structure Was bigger. From this peak height ratio, the component ratio of the cage structure is 0.85 / (0.85 + 1.00) = 45.9%.

得られたポーラスシリカ膜を30mm角にカットし、50℃加熱の1wt%KOH水溶液に3分浸す処理を行ったところ、膜が無くなった。そのため、処理時間を1分としたところ、処理前後の膜厚変動は145nmであった。   When the obtained porous silica film was cut into 30 mm square and immersed in a 1 wt% KOH aqueous solution heated at 50 ° C. for 3 minutes, the film disappeared. Therefore, when the treatment time was 1 minute, the film thickness fluctuation before and after the treatment was 145 nm.

上記結果から、最初にMTMS及びTEOSを同時に使用し、触媒として有機アルカリ触媒を使用した場合には、ケージ構造の成分割合がラダー構造の成分割合より少ないポーラスシリカ膜が得られ、この膜は弾性率が低く、薬液耐性に乏しかったことが分かる。   From the above results, when MTMS and TEOS were used at the same time and an organic alkali catalyst was used as a catalyst, a porous silica film having a cage component ratio smaller than a ladder structure component ratio was obtained. It can be seen that the rate was low and the chemical resistance was poor.

本発明によれば、ポーラスシリカ膜は、膜中のケージ構造の方がラダー構造よりも高い割合を有することができるので、ポーラスシリカ膜の膜強度を高くできると共に、薬液耐性を向上させることができ、本発明は、半導体装置の産業分野で利用可能である。   According to the present invention, the porous silica film can have a higher proportion of the cage structure in the film than the ladder structure, so that the film strength of the porous silica film can be increased and the chemical resistance can be improved. The present invention can be used in the industrial field of semiconductor devices.

Claims (12)

界面活性剤をテンプレートとして含むポーラスシリカ前駆体組成物であって、有機アルカリ触媒の存在下で得られたトリアルコキシシランの重縮合生成物とポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料との酸触媒の存在下での重縮合生成物、又は該有機アルカリ触媒の存在下で得られたトリアルコキシシランの重縮合生成物とポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料とトリアルコキシシランとの酸触媒の存在下での重縮合生成物を含有することを特徴とするポーラスシリカ前駆体組成物。 Porous silica precursor composition containing a surfactant as a template, the presence of an acid catalyst of a polyalkoxysilane polycondensation product obtained in the presence of an organic alkali catalyst and a skeleton-forming material of the porous silica precursor In the presence of an acid catalyst of a backbone formation material of a trialkoxysilane, a porous silica precursor, and a trialkoxysilane. A porous silica precursor composition comprising a polycondensation product. 前記有機アルカリ触媒が、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミンから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載のポーラスシリカ前駆体組成物。 2. The porous silica precursor composition according to claim 1, wherein the organic alkali catalyst is at least one selected from ammonia, choline, tetramethylammonium hydroxide, and monoethanolamine. 前記酸触媒が、硝酸、塩酸、硫酸、及びフッ酸から選ばれた無機酸であることを特徴とする請求項1又は2記載のポーラスシリカ前駆体組成物。 The porous silica precursor composition according to claim 1 or 2, wherein the acid catalyst is an inorganic acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrofluoric acid. 前記骨格形成材料が、アルコキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポーラスシリカ前駆体組成物。 The porous silica precursor composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the skeleton forming material is at least one selected from alkoxysilanes. 界面活性剤をテンプレートとして用いるポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法において、有機アルカリ触媒の存在下トリアルコキシシランの重縮合反応を行った後、酸触媒の存在下、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料を添加してさらに重縮合反応を行うか、又は該酸触媒の存在下、ポーラスシリカ前駆体の骨格形成材料及びさらにトリアルコキシシランを添加してさらに重縮合反応を行うことを特徴とするポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法。 In a method for producing a porous silica precursor composition using a surfactant as a template, a polycondensation reaction of trialkoxysilane in the presence of an organic alkali catalyst and then a skeleton forming material of the porous silica precursor in the presence of an acid catalyst Or a polycondensation reaction in the presence of the acid catalyst, or a porous silica precursor skeleton-forming material and a trialkoxysilane, and a polycondensation reaction. A method for producing a precursor composition. 前記有機アルカリ触媒が、アンモニア、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロキシド、及びモノエタノールアミンから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項5記載のポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法。 6. The method for producing a porous silica precursor composition according to claim 5, wherein the organic alkali catalyst is at least one selected from ammonia, choline, tetramethylammonium hydroxide, and monoethanolamine. 前記酸触媒が、硝酸、塩酸、硫酸、及びフッ酸から選ばれた無機酸であることを特徴とする請求項5又は6記載のポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法。 The method for producing a porous silica precursor composition according to claim 5 or 6, wherein the acid catalyst is an inorganic acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and hydrofluoric acid. 前記骨格形成材料が、アルコキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載のポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法。 The method for producing a porous silica precursor composition according to any one of claims 5 to 7, wherein the skeleton-forming material is at least one selected from alkoxysilanes. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のポーラスシリカ前駆体組成物又は請求項5〜8のいずれか1項に記載のポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法に従って作製されたポーラスシリカ前駆体組成物を用いて作製されたものであることを特徴とするポーラスシリカ膜。 The porous silica precursor produced according to the method for producing the porous silica precursor composition according to any one of claims 1 to 4 or the porous silica precursor composition according to any one of claims 5 to 8. A porous silica film produced by using a composition. 前記ポーラスシリカ膜のFT−IRスペクトルのSi−Oケージ構造のピークである1150cm−1近傍とSi−Oラダー構造のピークである1050cm−1近傍とのピーク高さの比が、1.0以上であることを特徴とする請求項9記載のポーラスシリカ膜。 The ratio of the peak height between the vicinity of 1150 cm −1 which is the peak of the Si—O cage structure and the vicinity of 1050 cm −1 which is the peak of the Si—O ladder structure in the FT-IR spectrum of the porous silica film is 1.0 or more. The porous silica film according to claim 9, wherein: 請求項1〜4のいずれか1項に記載のポーラスシリカ前駆体組成物又は請求項5〜8のいずれか1項に記載のポーラスシリカ前駆体組成物の作製方法に従って作製されたポーラスシリカ前駆体組成物を基板表面に塗布し、真空雰囲気下焼成処理し、界面活性剤を除去してポーラスシリカ膜を作製することを特徴とするポーラスシリカ膜の作製方法。 The porous silica precursor produced according to the method for producing the porous silica precursor composition according to any one of claims 1 to 4 or the porous silica precursor composition according to any one of claims 5 to 8. A method for producing a porous silica film, which comprises applying the composition to a substrate surface, firing the composition in a vacuum atmosphere, and removing the surfactant to produce a porous silica film. 請求項9若しくは10記載のポーラスシリカ膜又は請求項11記載のポーラスシリカ膜の作製方法に従って作製したポーラスシリカ膜を用いて得られたものであることを特徴とする半導体素子。 A semiconductor element obtained by using the porous silica film according to claim 9 or 10 or the porous silica film produced according to the method for producing a porous silica film according to claim 11.
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