(57)【要約】  本発明は、ａ）有機シロキサン重合体；ｂ）Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、及びこれらの混合物からなる群から選択された第１金属イオン；及びｃ）有機溶媒を含み、前記第１金属イオンの含有量は、組成物全重量に対して１乃至２００ｐｐｍである絶縁膜用コーティング組成物、これより製造される絶縁膜、及びこれを含む電気または電子素子に関するものである。本発明の絶縁膜用コーティング組成物を利用して膜を製造すれば、低い誘電率と共に、優れた機械的強度と電気的特性を有する絶縁膜を製造することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）有機シロキサン重合体；
ｂ）Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、及びこれらの混合物からなる群から選択された第１金属イオン；及び
ｃ）有機溶媒
を含む組成物であって、前記第１金属イオンの含有量が、前記組成物重量に対して１乃至２００ｐｐｍである、絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項２】
前記有機シロキサン重合体は、
ａ）下記の化学式１及び化学式２：
SiR1pR24-p                    （化学式１）
［前記化学式１で、
Ｒ１は、水素、アリール、ビニル、アリル、フッ素で置換された直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキル、またはフッ素で置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキルであり、
Ｒ２は、直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルコキシ、アセトキシ、または塩素であり、
ｐは１乃至２の整数である］
R3qR43-qSi-M-SiR5rR63-r                    （化学式２）
[前記化学式２で、
Ｒ３及びＲ５は、各々独立に、水素、フッ素、アリール、ビニル、アリル、フッ素で置換された直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキル、またはフッ素で置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキルであり、
Ｒ４及びＲ６は、各々独立に、直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルコキシ、アセトキシ、または塩素であり、
Ｍは、炭素数１乃至６のアルキレンまたはフェニレンであり、
ｑ及びｒは各々０乃至２の整数である]
に示される化合物からなる群より選択される１種以上のモノマー、
ｂ）前記モノマーから製造されるダイマー、及び
ｃ）前記モノマー、ダイマー、またはこれらの混合物から製造されるオリゴマー
からなる群より選択される１種以上のシラン化合物から重合されるものである、請求項１に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項３】
ＲｂイオンとＣｓイオン以外の金属イオンである第２金属イオンの総含有量が０.５ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項４】
Ｎａイオン及びＫイオンの総含有量が０.１ｐｐｍ以下である、請求項３に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項５】
前記有機溶媒は、
ａ）ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｉ−ヘキサン、２,２,４−トリメチルペンタン、シクロヘキサン、及びメチルシクロヘキサンからなる群より選択される１種以上の脂肪族炭化水素系溶媒；
ｂ）ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、及びメチルエチルベンゼンからなる群より選択される１種以上の芳香族炭化水素系溶媒；
ｃ）メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、４−メチル２−ペンタノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、及びグリセロールからなる群より選択される１種以上のアルコール系溶媒；
ｄ）メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、メチルｎ−プロピルケトン、メチルｎ−ブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、及びアセチルアセトンからなる群より選択される１種以上のケトン系溶媒；
ｅ）テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、エチルエーテル、ｎ−プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ジグライム、ダイオキシン、ジメチルダイオキシン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、及びプロピレングリコールジメチルエーテルからなる群より選択される１種以上のエーテル系溶媒；
ｆ）ジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びエチレングリコールジアセテートからなる群より選択される１種以上のエステル系溶媒；及び
ｇ）Ｎ−メチルピロリドン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミド、及びＮ,Ｎ−ジエチルアセトアミドからなる群より選択される１種以上のアミド系溶媒；
からなる群より選択される１種以上である、請求項１に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項６】
ｄ）気孔形成物質
をさらに含む、請求項１に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項７】
前記気孔形成物質が、１５０乃至４５０℃の温度範囲で熱分解が可能である、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル系化合物、エステル系化合物、無水物系化合物、カーボネート系化合物、アクリル系化合物、チオエーテル系化合物、イソシアネート系化合物、イソシアヌレート系化合物、スルホン系化合物、及びスルホキシド系化合物からなる群より選択される１種以上の有機分子またはこれより重合された高分子である、請求項６に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項８】
前記気孔形成物質が、３００乃至１００,０００の重量平均分子量を有する線状高分子、ブロック型共重合体、放射型高分子、または架橋型高分子である、請求項７に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項９】
２乃至６０重量％の固形分を有する、請求項１に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項１０】
ｅ）水
をさらに含む、請求項１に記載の絶縁膜用コーティング組成物。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載の絶縁膜用コーティング組成物から製造され、Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、またはこれらの混合物からなる群から選択された第１金属イオンを絶縁膜重量に対して５乃至１５００ｐｐｍ含む絶縁膜。
【請求項１２】
請求項１１に記載の絶縁膜を含む電気または電子素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜用コーティング組成物、これより製造される絶縁膜、及びこれを含む電気または電子素子に係り、特に、低い誘電率と共に、優れた機械的強度および電気的特性を有する絶縁膜用コーティング組成物、これより製造される絶縁膜、及びこれを含む電気または電子素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子の高集積化による金属配線ピッチの減少傾向に伴い、電波遅延、相互干渉ノイズ、電力損失のような問題点が発生することがある。
【０００３】
これを解決するために、ＲＣ遅延を小さくする方法をまず考慮することができるが、金属配線材料の抵抗を低くし、各金属配線の間のコンダクタンス（conductance）を低くする方法が使用されている。このために、電気伝導度の良い銅（Cu）を金属配線の材料に利用したり、金属配線間に絶縁性の良い材料を使うのが一般的な方法として知られている。
【０００４】
現在用いられている絶縁物質は、大部分、誘電率が４.０であるＳｉＯ２系を使っており、最近では誘電率３.０である物質が商用化され、長期的には２.２または２.０以下に下げるのが目標となっている。
【０００５】
誘電率を２.５以下に下げるための従来の方法は、低誘電マトリックス樹脂に気孔形成物質を導入して硬化させた後、これを除去して多孔性絶縁膜を形成する方法と、シラン化合物を塩基性触媒の存在下で加水分解及び重合した後、これを利用して多孔性膜を製造する方法などが知られている。しかし、このような方法で製造された低誘電絶縁膜は、２.５以下の低誘電率を有するが、気孔の導入によって機械的強度が著しく落ち、電気的特性などが低下して、半導体工程に使用するためにはこれら物性の改善努力が必要である。
【０００６】
半導体用絶縁膜の製造に使用される絶縁膜用コーティング組成物は、誘電特性、機械的特性の以外に、組成物内に存在する粒子や金属不純物の量を一定の水準以下に制御することが要求される。絶縁膜組成物内に粒子や金属イオンが存在すると、工程中の色々な不良が発生するために工程の収率が落ちる恐れがある。
【０００７】
また、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＭｇまたはＺｎなどのような一般金属またはこれらのイオンが絶縁膜組成物内に含まれる場合、これより製造される絶縁膜の電気的特性の低下を招く恐れがある。特に、Ｎａ＋とＫ＋金属イオンは拡散速度が速く、ゲートの素子性能に致命的な悪影響を誘発する恐れがあるため、これらの含有量を一定量の以下に制限することが要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、特定の金属イオンを含有して、絶縁膜形成時、低い誘電率と共に優れた機械的強度と電気的特性を有する絶縁膜用コーティング組成物を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、前記絶縁膜形成物から製造され、低誘電性及び優れた機械的強度と電気的特性を有する絶縁膜を提供することにある。
【００１０】
本発明のまた他の目的は、前記絶縁膜を含む電気または電子素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前記目的を達成するために、ａ）有機シロキサン重合体；ｂ）Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、及びこれらの混合物からなる群から選択された第１金属イオン；及びｃ）有機溶媒を含み、前記第１金属イオンの含有量は、組成物全重量に対して１乃至２００ｐｐｍである絶縁膜用コーティング組成物を提供する。
【００１２】
本発明はまた、前記絶縁膜用コーティング組成物から製造され、Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、及びこれらの混合物からなる群から選択された金属イオンを含む絶縁膜を提供する。
本発明はまた、前記絶縁膜を含む電気または電子素子を提供する。
【００１３】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明者は、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、及びＺｎなどのような一般金属、及びこれらのイオン含有量が少ないと共に、低誘電性及び優れた機械的特性と電気的特性を有する絶縁膜に関して研究した。このような研究の結果で、絶縁膜用コーティング組成物内にＲｂイオン、Ｃｓイオン、またはこれらの混合物を一定量含有する場合、これら特定の金属イオンが絶縁膜の硬化反応を促進させ、最終的に形成される絶縁膜の架橋密度を高めて、絶縁膜の機械的強度と低誘電性、電気的特性などを改善することができることを発見し、これに基づいて本発明を完成するに至った。
【００１４】
以下、本発明で、Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、またはこれらの混合物を第１金属イオンといい、前記Ｒｂイオン、またはＣｓイオンを除いたＮａ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｇ、またはＺｎなどのような一般金属イオンを第２金属イオンという。
【００１５】
一般的に、半導体素子の製造工程中で、銅配線工程、バリア膜工程、及び絶縁膜製造工程を通じて、前記第２金属イオンが一定量含有されうる。また、絶縁膜用コーティング組成物の製造工程中にも、有機シロキサン重合体原料、溶媒、または反応器などの色々な要因によって、前記第２金属イオンが一定量含有されうる。
【００１６】
しかし、前記第２金属イオンを含む絶縁膜用コーティング組成物で絶縁膜を製造すると、絶縁膜の電気的特性などが低下する恐れがある。特に、Ｎａ＋イオンとＫ＋イオンは分子量が少なく、その拡散速度が非常に速いため、ゲート素子の特性にも致命的な影響を与える恐れがあり、通常の半導体製造工程ではその量が厳しく制限されている。
【００１７】
しかし、前記第２金属イオンを含有しない絶縁膜用コーティング組成物を利用して絶縁膜を製造すると、絶縁膜の誘電特性、機械的強度、及び電気的特性がむしろ悪くなる。
【００１８】
本発明の絶縁膜用コーティング組成物は、ａ）有機シロキサン重合体、ｂ）Ｒｂイオン、Ｃｓイオン、及びこれらの混合物からなる群から選択された第１金属イオン、及びｃ）有機溶媒を含む。
【００１９】
前記有機シロキサン重合体は、シラン化合物、またはシランオリゴマーから重合されたものであればよいが、ａ）下記の化学式１及び化学式２によって示される化合物からなる群より選択される１種以上のモノマー、ｂ）前記モノマーから製造されるダイマー、及びｃ）前記モノマー、ダイマー、またはこれらの混合物から製造されるオリゴマーからなる群より選択される１種以上のシラン化合物から重合される有機シロキサン重合体であるものが、誘電特性及び機械的強度の側面から一層好ましい。
【００２０】
SiR1pR24-p                    （化学式１）
前記化学式１で、
Ｒ１は、水素、アリール、ビニル、アリル、フッ素で置換された直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキル、またはフッ素で置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキルであり、
Ｒ２は、直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルコキシ、アセトキシ、または塩素であり、
ｐは１乃至２の整数である。
【００２１】
R3qR43-qSi-M-SiR5rR63-r                    （化学式２）
前記化学式２で、
Ｒ３及びＲ５は、各々独立に、水素、フッ素、アリール、ビニル、アリル、フッ素で置換された直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキル、またはフッ素で置換されていない直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルキルであり、
Ｒ４及びＲ６は、各々独立に、直鎖または分枝鎖状の炭素数１乃至４のアルコキシ、アセトキシ、または塩素であり、
Ｍは、炭素数１乃至６のアルキレンまたはフェニレンであり、
ｑ及びｒは各々０乃至２の整数である。
【００２２】
前記有機シロキサン重合体の重量平均分子量は、ポリスチレン換算分子量で５００以上であるのが好ましく、５００乃至１,０００,０００であるのがさらに好ましい。前記有機シロキサン重合体の重量平均分子量が５００未満であると、絶縁膜コーティング性が低下する恐れがある。
【００２３】
前記有機シロキサン重合体は、ｉ）前記化学式１及び化学式２に示される化合物からなる群より選択される１種以上のモノマー、ｉｉ）前記モノマーから製造されるダイマー、及びｉｉｉ）前記モノマー、ダイマー、またはこれらの混合物から製造されるオリゴマーからなる群より選択される１種以上のシラン化合物から選択される１種以上のシラン化合物、触媒、及び水を混合し、前記シラン化合物を加水分解及び縮合反応する工程により製造できる。
【００２４】
前記加水分解及び縮合反応は、必要に応じて有機溶媒をさらに添加して行うことができ、重合される有機シロキサン重合体の分子量調節を容易にするためには、有機溶媒の存在下で加水分解及び縮合反応するのがさらに好ましい。
【００２５】
前記有機シロキサン重合体の製造に用いられる有機溶媒は、前記シラン化合物の加水分解及び縮合反応に大きな差し支えを与えないものであればいずれのものでも使用できるが、脂肪族炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、及びアミド系溶媒からなる群より選択される１種以上であるものが好ましい。
【００２６】
前記有機溶媒の具体的な例を見てみれば、ａ）ｎ−ペンタン、ｉ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｉ−ヘキサン、２,２,４−トリメチルペンタン、シクロヘキサン、及びメチルシクロヘキサンからなる群より選択される１種以上の脂肪族炭化水素系溶媒、ｂ）ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、及びメチルエチルベンゼンからなる群より選択される１種以上の芳香族炭化水素系溶媒、ｃ）メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、４−メチル２−ペンタノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、及びグリセロールからなる群より選択される１種以上のアルコール系溶媒、ｄ）メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、メチルｎ−プロピルケトン、メチルｎ−ブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、及びアセチルアセトンからなる群より選択される１種以上のケトン系溶媒、ｅ）テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、エチルエーテル、ｎ−プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、ジグライム、ダイオキシン、ジメチルダイオキシン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、及びプロピレングリコールジメチルエーテルからなる群より選択される１種以上のエーテル系溶媒、ｆ）ジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びエチレングリコールジアセテートからなる群より選択される１種以上のエステル系溶媒、並びにｇ）Ｎ−メチルピロリドン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミド、及びＮ,Ｎ−ジエチルアセトアミドからなる群より選択される１種以上のアミド系溶媒などがあり、これらの中で選択される１種以上の有機溶媒であるのが好ましい。
【００２７】
前記加水分解及び縮合反応に用いられる触媒としては、酸触媒または塩基触媒が用いられ、一般的に有機分子または有機高分子を処理する場合には、酸触媒を使用するのが好ましい。
【００２８】
前記酸触媒の種類は特に制限されないが、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸、フッ酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸（吉草酸）、ヘキサン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、シュウ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、マレイン酸、オレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、ｐ−アミノ安息香酸、及びｐ−トルエンスルホン酸からなる群より選択される１種以上であるのが好ましい。
【００２９】
また、前記塩基触媒の種類も特に制限されず、アルカリ金属化合物、アンモニア水、有機アミン、及び第４級アンモニウム化合物からなる群より選択される１種以上であるのが好ましい。
【００３０】
前記触媒の添加量は特に限定されず、触媒の種類及びシラン化合物の種類によって適切な量を選択して用いることができるので、これに対する詳細な説明は省略する。
【００３１】
前記触媒と共に、有機シロキサン重合体の製造のために含まれる水は、シラン化合物の加水分解のために添加される。前記有機シロキサン重合体の製造工程で含まれる水の量は、重合に使用されるシラン化合物の加水分解性官能基１モル当り１乃至３０モルであるのが好ましく、２乃至２０モルであるのがさらに好ましい。水の含有量が、重合に使用されるシラン化合物の加水分解性官能基１モル当り１モル未満であると、充分な加水分解及び縮合反応が起こらず、絶縁膜形成時にも誘電特性と機械的物性が良くない。また、水の含有量が、シラン化合物の加水分解性官能基１モル当り３０モルを超えると、加水分解縮合反応時、相が分離して不均一な反応が起こる恐れがあり、コーティング性が低下する傾向がある。
【００３２】
前記有機シロキサン重合体の製造工程中で水を添加する方法は、断続的に添加する方法と連続的に添加する方法とがある。この時、前記触媒は、有機溶媒中に予め混合されてあっても良く、水に溶解または分散した水溶液状態で添加しても良い。
【００３３】
前記有機シロキサン重合体の加水分解及び縮合反応は、０乃至１００℃で実施するのが好ましい。
【００３４】
本発明の絶縁膜用コーティング組成物に含まれる前記第１金属イオンは、有機シロキサン重合体、及び有機溶媒と共にＲｂイオン、Ｃｓイオン、またはこれらの混合物を含む金属塩を混合する方法で、添加することができる。
【００３５】
前記絶縁膜用コーティング組成物内に存在する第１金属イオンの含有量は、全体絶縁膜用コーティング組成物重量に対して１乃至２００ｐｐｍであるのが好ましく、５乃至１００ｐｐｍであるのがさらに好ましい。前記第１金属イオンの含有量が１ｐｐｍ未満であると、マトリックス樹脂である有機シロキサン重合体の硬化反応を促進する効果が微々たるものとなって、絶縁膜の機械的強度及び電気的特性が低下し、低誘電絶縁膜は得られなくなる。また、その含有量が２００ｐｐｍを超えると、それ以上の物性向上を示さず、保存安定性が悪くなり、これより製造される絶縁膜の誘電特性及び電気的特性が低下する恐れがある。
【００３６】
また、本発明の絶縁膜用コーティング組成物に含まれる第２金属イオンの総含有量は少ないほど好ましいが、全体組成物に対して０.５ｐｐｍ以下であるのが好ましい。また、Ｎａ＋イオン及びＫ＋イオンの総含有量は０.１ｐｐｍ以下であるのが好ましく、０.０２ｐｐｍ以下であるのがさらに好ましい。第２金属イオンの総合が０.５ｐｐｍを超えたり、Ｎａ＋イオン及びＫ＋イオンの総含有量が０.１ｐｐｍを超えると、絶縁膜の電気的特性に影響を与え、ゲート素子の特性にも致命的な影響を与えられる。
【００３７】
前記第２金属イオンは、絶縁膜用コーティング組成物の製造段階の中、前記第１金属イオンを添加する前段階で、一般的な金属イオンの除去方法によって除去できる。より具体的に、前記第２金属イオンの除去方法は、水で洗い落とす方法、イオン交換樹脂フィルターを使用する方法、またはゼータ電位フィルターを使用する方法などがある。ただし、前記第２金属イオンの除去方法が前記方法にのみ限定されるわけではない。
【００３８】
本発明の絶縁膜用コーティング組成物に含まれる前記有機溶媒の種類は特に制限されず、前記有機シロキサン重合体の製造に使用された有機溶媒か、前記有機シロキサン重合体の製造後に新しく添加された有機溶媒か、前記有機シロキサン重合体の製造に使用された有機溶媒と新しく添加された有機溶媒の混合溶媒が使用可能である。
【００３９】
前記有機溶媒の好ましい例は、有機シロキサン重合体の製造に使用された有機溶媒の例と同一であるので、以下では詳細な説明を省略する。ただし、前記記載された有機溶媒の中でも、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、及びプロピレングリコールジメチルエーテルからなる群より選択される１種以上のエーテル系溶媒、並びにジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びエチレングリコールジアセテートからなる群より選択される１種以上のエステル系溶媒を主溶媒に使用するのが、絶縁膜用コーティング組成物のコーティング性の面からさらに好ましい。
【００４０】
ただし、有機シロキサン重合体の製造に使用された有機溶媒を含む場合には、絶縁膜用コーティング組成物のコーティング性を阻害する特定の有機溶媒、有機シロキサン重合体の製造工程中で生じた反応副産物、及び水を一定量除去するのが好ましい。
【００４１】
本発明の絶縁膜用コーティング組成物は、これより製造される絶縁膜の密度を低くするために、ｄ）気孔形成物質をさらに含むことができる。前記気孔形成物質は、４５０℃以下で熱分解可能である有機分子または有機高分子であるのが好ましく、有機分子または有機高分子の種類は特に限られない。
【００４２】
ただし、具体的には、１５０乃至４５０℃で熱分解が可能な脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル系化合物、エステル系化合物、酸無水物系化合物、カーボネート系化合物、アクリル系化合物、チオエーテル系化合物、イソシアネート系化合物、イソシアヌレート系化合物、スルホン系化合物、及びスルホキシド系化合物からなる群より選択される１種以上の有機分子またはこれより重合された高分子であるのが好ましく、１５０乃至４５０℃で熱分解が可能であるアルキレンオキシド重合体、及びアクリレート重合体からなる群より選択される１種以上であるのがさらに好ましい。
【００４３】
また、気孔形成物質は、有機分子またはこれより重合された高分子の末端、または分子内部に有機シロキサン重合体と反応できるアルコキシシラン官能基を含有することもできる。
前記気孔形成物質は、３００乃至１００,０００の重量平均分子量を有するのが好ましく、３００乃至２０,０００の重量平均分子量を有するのがさらに好ましい。気孔形成物質の分子量が３００未満であると効果的な気孔形成ができず、１００,０００を超えると、マトリックス樹脂との相溶性が低下し、非常にサイズの小さな微細気孔は形成され難い。
【００４４】
また、前記気孔形成物質は、線状、ブロック型、放射型（radial）、または架橋型の分子構造を有する高分子または共重合体の中で１種以上選択されるのが好ましく、ブロック型、放射型、または架橋型の分子構造を有する高分子または共重合体の中で１種以上選択されるのがさらに好ましい。
【００４５】
前記絶縁膜用コーティング組成物のコーティング性は、組成物内に含まれる固形分の濃度により調節され、前記絶縁膜用コーティング組成物の固形分の濃度は２乃至６０重量％であるのが好ましく、５乃至４０重量％であるのがさらに好ましい。固形分の濃度が２重量％未満であると充分な厚さの膜が形成できず、６０重量％を超えると、コーティング性能及び保存安定性が低下する。
【００４６】
前記絶縁膜用コーティング組成物は、また、機械的強度及び誘電特性の改善のために水をさらに含むすることができる。この時に含まれる水の含有量は、全体組成物含有量に対して１乃至１０重量％であるのが好ましく、２乃至７重量％であるのがさらに好ましい。水の含有量が１重量％未満であると機械的強度及び誘電特性の改善効果が微々たるものとなり、１０重量％を超えると、絶縁膜形成の時にコーティング性が低下するため、均一な絶縁膜は得難くなる。
【００４７】
本発明の絶縁膜は前記絶縁膜用コーティング組成物から製造され、前記絶縁膜用コーティング組成物を基材の上にコーティングし、前記コーティングされた絶縁膜を乾燥及び焼成して硬化させる方法で製造されることができる。
【００４８】
前記基材は特に限定されないが、シリコンウエハー、ＳｉＯ２ウエハー、ＳｉＮウエハー、化合物半導体、ガラス基板、または高分子基板であるのが好ましい。
【００４９】
前記絶縁膜用コーティング組成物を基材の上にコーティングする方法は、通常の液状コーティング方法を用いることができ、好ましくは、スピンコート法、浸漬法、ロールコート法、またはスプレー法などを使用することができ、この中でも、半導体装置の多層回路の層間絶縁膜の製造のためには、スピンコート法を利用するのが好ましい。
【００５０】
前記コーティング方法でコーティングされるコーティング膜の厚さは、組成物の粘度を調節することができ、スピンコート法を利用する場合には、スピンコーターの回転速度を調節してコーティング膜の厚さを調節することもできる。
【００５１】
前記絶縁膜用コーティング組成物のコーティング後には、乾燥工程と焼成工程を経て、３次元構造の有機シロキサン重合体絶縁膜を形成することができる。
【００５２】
乾燥工程は、通常、絶縁膜用コーティング組成物に含まれている有機溶媒が蒸発しうる温度範囲内で実施するのが好ましく、３０乃至３００℃で実施するのがさらに好ましい。前記乾燥工程は、プリ−ベイク（pre-bake）工程とソフト−ベイク（soft-bake）工程とに分けられ、プリ−ベイク工程は、絶縁膜に含まれている有機溶媒を徐々に蒸発させる段階に相当し、ソフト−ベイク工程は、有機シロキサン重合体の官能基の中の一定量を架橋させる段階に相当する。
【００５３】
また、前記乾燥工程の後に実施される焼成工程は、残留している有機シロキサン重合体の官能基を最終的に反応させる段階であって、前記焼成工程の温度は、本発明の有機シロキサン重合体絶縁膜の熱的安定性と、これを利用して製造された半導体素子の特性とによって決定されることができ、３００℃以上の温度で実施するのが好ましく、３５０乃至５００℃の温度で実施するのがさらに好ましい。
【００５４】
前記乾燥工程と焼成工程は、一定の速度で温度を上げながら連続的に行うこともでき、また、特定の温度で断続的に実施することもできる。ただし、断続的に実施する場合には、乾燥及び焼成工程を各々１分乃至５時間の間遂行するのが好ましい。
【００５５】
前記乾燥工程と焼成工程のための加熱方法は特に限定されず、熱板、オーブン、または加熱炉などを使用することができる。この時、加熱雰囲気は、窒素、アルゴン、またはヘリウムなどのような不活性気体雰囲気であったり、酸素雰囲気、酸素を含む気体（例えば、空気など）雰囲気、真空状態、またはアンモニア、及び水素を含有する気体雰囲気であることができる。
【００５６】
前記加熱方法は、乾燥工程と焼成工程に対して同一の加熱方法を適用したり、または各々異なる方法を適用することもできる。
【００５７】
前記絶縁膜用コーティング組成物から製造される絶縁膜は、有機シロキサン重合体の硬化反応を促進するために添加されたＲｂイオン、Ｃｓイオン、またはこれらの混合物からなる群から選択された第１金属イオン、またはこれらの塩を含むことができる。
【００５８】
前記絶縁膜内に存在する第１金属イオンまたはこれらの塩は、有機シロキサン重合体の硬化反応を促進させて最終絶縁膜の未反応官能基を減少させ、最終絶縁膜の機械的強度を向上させ、誘電特性と電気的特性を改善させる役割を果たす。前記絶縁膜内に含まれる第１金属イオン、またはこれらの塩の含有量は、絶縁膜用コーティング組成物内に含まれる第１金属イオンの量によって決定される。絶縁膜の重量に対して、好ましくは５乃至１５００ｐｐｍ、さらに好ましくは１５乃至８００ｐｐｍである。前記第１金属イオンの含有量が５ｐｐｍ未満であると、絶縁膜の機械的強度及び電気的特性が悪化する恐れがある。また、その含有量が１５００ｐｐｍを超えると、絶縁膜の誘電特性及び電気的特性が悪化する恐れがある。
【００５９】
前記絶縁膜は良好な誘電特性と、優れた機械的特性及び電気的特性を持っているので、半導体素子用層間絶縁膜、電子装置用層間絶縁膜、電子装置の保護膜、多層配線基板の層間絶縁膜、液晶表示素子の保護膜や絶縁防止膜（anti-inslating film）、またはガスバリア膜などに用いられる。
前記絶縁膜の厚さは、用途によって変えられるので特に限定はしないが、半導体素子用層間絶縁膜として使用される場合には、０.０５乃至２μｍの厚さが好ましい。
【実施例】
【００６０】
以下の諸例は、本発明を一層詳しく描写するが、本発明の範囲が下記の例によって限定されると解釈されるわけではない。
実施例１
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
有機溶媒のテトラヒドロフラン４２９ｇに、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）１００.０ｇとテトラメトキシシラン（ＴＭＳ）８３.８ｇを加えた後、０.０１Ｎ濃度の硝酸水溶液８１.０ｇをゆっくり添加した。３０分間室温（２５℃）で反応させた後、８０℃まで温度を徐々に上げて加熱、還流しながら夜通し（２４時間）反応させた。
前記反応の完了後、反応溶液をエーテルで希釈し、ｐＨが中性になるまで水で洗浄した。硫酸マグネシウムを添加して、反応液から残留水を完全に除去し、残留溶媒を真空オーブンで完全に除去して、有機シロキサン重合体を得た。得られた有機シロキサン重合体の重量平均分子量は３,５００であった。
前記有機シロキサン重合体をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶媒に２０重量％溶液になるように溶解させた後、この溶液を金属イオン除去用フィルターに通して、残存する総金属イオンの含量を溶液重量に対して０.０５ｐｐｍ以下にした。金属イオンの含量は誘導結合型プラズマ質量分析器（ＩＣＰ−ＭＳ）で測定し、その結果を下記表１に記載した。
【００６１】
【表１】
2007520624.tif 000002
【００６２】
前記精製された有機シロキサン重合体溶液に、ＲｂＣｌ塩を、溶液重量に対して３０ｐｐｍ添加して、絶縁膜用コーティング組成物を得た。
【００６３】
（絶縁膜の製造）
得られた絶縁膜用コーティング組成物を、シリコンウエハーの上にスピンコーティングしてコーティング膜を形成し、熱板上で１分間８０℃プリベイクした後、１分間１５０℃ソフトベイクして乾燥した。
前記乾燥させたシリコンウエハーを炉内で４３０℃まで加熱させ、１時間硬化させて絶縁膜を製造した。
【００６４】
実施例２
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
実施例１と同一な方法で得られた有機シロキサン重合体を、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶媒に２０重量％の濃度で溶解させて、有機シロキサン重合体溶液を製造した。
また、重量平均分子量が５,０００であり、ポリエチレンオキサイドの含有量が３０％であるポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）−ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）−ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）共重合体を、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶媒に２０重量％の濃度で溶解させて、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ溶液を製造した。
前記製造された有機シロキサン重合体溶液２０ｇに、水１.１ｇと、前記製造されたＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯ溶液７.６ｇを添加して混合した後、前記混合溶液を金属イオン除去用フィルターに通過させて、残存する総金属イオンの量が０.０５ｐｐｍ以下になるように精製した。
前記精製された溶液に、ＲｂＣｌ塩を溶液重量に対して３０ｐｐｍで添加して、絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
【００６５】
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００６６】
実施例３
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００６７】
実施例４
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＣｓＣｌ塩を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００６８】
実施例５
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩及びＣｓＣｌ塩を溶液重量に対して各々５０ｐｐｍずつ添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００６９】
比較例１
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した後、ＲｂＣｌ塩を添加しないことを除いては、実施例１と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７０】
比較例２
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した後、ＲｂＣｌ塩を添加しないことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７１】
比較例３
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩を溶液重量に対して０.２ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７２】
比較例４
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩の代わりにＺｎＣｌ２を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７３】
比較例５
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩の代わりにＳｎＣｌ２を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７４】
比較例６
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩の代わりにＰｔＣｌ２を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７５】
比較例７
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩の代わりにＦｅＣｌ３を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７６】
比較例８
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩の代わりにＮｉＣｌ２を溶液重量に対して１００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７７】
比較例９
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液に、ＲｂＣｌ塩を溶液重量に対して５００ｐｐｍで添加したことを除いては、実施例２と同一な方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。この場合、形成された絶縁膜の表面でＲｂＣｌ塩が析出され、均一なコーティング膜は得られなかった。
【００７８】
比較例１０
（絶縁膜用コーティング組成物の製造）
金属イオン除去用フィルターを利用して精製した混合溶液対比で１００ｐｐｍのテトラメチルアンモニウム硝酸塩を前記溶液に添加したことを除いては、実施例２と同じ方法で絶縁膜用コーティング組成物を製造した。この組成物を常温で１週間保管したが、溶液の粘度が急激に増加した。
（絶縁膜の製造）
実施例１と同一な方法で絶縁膜を製造した。
【００７９】
［絶縁膜の物性測定］
実施例１乃至５及び比較例１乃至１０で製造された絶縁膜に対し、誘電率、機械的強度、及び漏れ電流を測定した。測定は下記の通り行った。
【００８０】
誘電率
実施例１乃至５及び比較例１乃至１０で製造された各絶縁膜を備えたＭＩＳ（metal/insulator/semiconductor）素子を、燐ドープＳｉウエハーの上に製作し、ＨＰ社のＬＣＲメータを用いて１ＭＨｚで測定した。
【００８１】
機械的強度
ナノインデンターを用いて係数及び硬度を測定した。
【００８２】
絶縁破壊電圧及び漏れ電流
実施例１乃至５及び比較例１乃至10で製造された各絶縁膜を備えたＭＩＳ素子を、燐ドープＳｉウエハーの上に製作し、keithley  6517  エレクトロメーターを用いて絶縁破壊電圧及び漏れ電流を測定した。
前記測定結果を下記の表２に整理した。
【００８３】
【表２】
2007520624.tif 000003
【００８４】
前記表２のように、ＲｂイオンまたはＣＳイオン（第１金属イオン）を一定量含有する絶縁膜用コーティング組成物より製造された絶縁膜（実施例１乃至５）は、これら金属イオンを含まない他の絶縁膜に比べて低誘電性を有し、機械的強度が高く、また、電気的特性も向上することが分かる。
【００８５】
反面、ＲｂイオンでもＣＳイオンでない他の金属イオン（第２金属イオン）を含む比較例４乃至８の絶縁膜の場合には、低誘電性と機械的特性が改善されないことが分かり、硬化促進剤として知られたアミン（アンモニウム塩）を含む絶縁膜用コーティング組成物は、保存安定性が低下し、これより製造された比較例１０の絶縁膜は、機械的強度、電気的特性、及び誘電特性が優れていないことが分かる。
【国際調査報告】
2007520624.tif 000004
2007520624.tif 000005