(57)【要約】【課題】  優れた機械的物性及び低い誘電率を有するシロキサン系樹脂を提供し、これを半導体層間絶縁膜の形成に適用して低誘電率半導体層間絶縁膜を提供する。【解決手段】  本発明は、下記化学式１で表わされるモノマーおよび下記化学式２で表わされるモノマーを有機溶媒の下で、酸又は塩基触媒と水とを用いて、加水分解及び縮合重合されてなるシロキサン系樹脂に関する。    【化１】2004359953.tif 000020（式中、Ｒ１は水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はそれぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、又はハロゲン原子を示し、かつ少なくとも一つが加水分解可能な作用基であり、ｍは０〜１０の整数を示し、ｐは３〜８の整数を示す。）    【化２】2004359953.tif 000021（式中、Ｒ２はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ４は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、Ｙ１は炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、ｎは０〜１０の整数を示す。）【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式（１）で表わされるモノマー及び下記化学式（２）で表わされるモノマーを有機溶媒の下で、酸又は塩基触媒と水とを用いて、加水分解及び縮合重合されてなるシロキサン系樹脂。
【化１】
2004359953.tif 000018
（式中、Ｒ１は水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はそれぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、又はハロゲン原子を示し、かつ少なくとも一つが加水分解可能な作用基であり、ｍは０〜１０の整数を示し、ｐは３〜８の整数を示す。）
【化２】
2004359953.tif 000019
（式中、Ｒ２はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ４は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、Ｙ１は炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、ｎは０〜１０の整数を示す。）
【請求項２】
前記化学式（１）で表わされるモノマーと前記化学式（２）で表わされるモノマーとのモル比が、１：９９〜９９：１であることを特徴とする請求項１記載のシロキサン系樹脂。
【請求項３】
前記酸触媒が、塩酸、硝酸、ベンゼンスルホン酸、シュウ酸、および蟻酸からなる群から選択される少なくとも１種であり、前記塩基触媒が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、重炭酸ナトリウム、およびピリジンからなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載のシロキサン系樹脂。
【請求項４】
前記化学式（１）で表される前記モノマーおよび前記化学式（２）で表わされる前記モノマーの合計量と前記酸又は塩基触媒とのモル比が、１：０.０００００１〜１：１０の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシロキサン系樹脂。
【請求項５】
前記化学式（１）前記モノマーおよび前記化学式（２）で表わされる前記モノマーの合計量と前記水とのモル比が、１：１〜１：１，０００の範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシロキサン系樹脂。
【請求項６】
前記加水分解および前記縮合重合が、０〜２００℃で、０.１〜１００時間行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシロキサン系樹脂。
【請求項７】
前記有機溶媒が、脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒、アルコール系溶媒、アミド系溶媒、シリコン系溶媒、およびこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシロキサン系樹脂。
【請求項８】
前記シロキサン系樹脂の重量平均分子量が、３，０００〜３００，０００の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のシロキサン系樹脂。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のシロキサン系樹脂を有機溶媒に溶かしてシリコン基板上にコートした後、熱硬化させる段階を含むことを特徴とする半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１０】
前記シロキサン系樹脂固形分の質量に対し１〜７０質量％の含量で気孔形成物質を添加することを特徴とする請求項９記載の半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１１】
前記気孔形成物質が、シクロデキストリン、ポリカプロラクトン、又はこれらの誘導体であることを特徴とする請求項９または１０記載の半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１２】
前記有機溶媒が、脂肪族炭化水素溶媒、芳香族炭化水素溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、アセテート系溶媒、アルコール系溶媒、アミド系溶媒、シリコン系溶媒、およびこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１３】
前記有機溶媒が、前記シロキサン系樹脂固形分と前記気孔形成物質固形分との合計量の質量に対し２０〜９９.９質量％の範囲で添加されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１４】
前記シロキサン系樹脂が、スピンコーティングによってコートされることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１５】
前記熱硬化が、１５０〜６００℃で、１〜１５０分間行われることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の半導体層間絶縁膜の形成方法。
【請求項１６】
請求項１〜８のいずれかに記載のシロキサン系樹脂からなることを特徴とする半導体層間絶縁膜。
【請求項１７】
微細気孔を有することを特徴とする請求項１６記載の半導体層間絶縁膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シロキサン系樹脂及びこれを用いた半導体層間絶縁膜に関し、より詳しくは、新規構造を有するシロキサン系樹脂と、これを用いた半導体層間絶縁膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の集積度が増加するにつれて、素子の性能は配線速度に左右され、配線における抵抗とキャパシティーを少なくするために層間絶縁膜の蓄積容量を低めることが要求される。このため、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４では、既存のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた誘電率４．００のＳｉＯ２に代えて、ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法におる誘電率２．５〜３．１程度のポリシルセスキオキサン（Ｐｏｌｙｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）を使用する方法が開示されている。
【０００３】
前記ポリシルセスキオキサン及びその製造方法は、本技術分野において公知になっている。例えば、特許文献１には、ベンゼンスルホン酸含有水溶液中でトリクロロシランを加水分解した後、得られたベンゼン溶液を水および水性硫酸で洗浄する段階を含む工程によって、根本的に完全に縮合されたハイドロジェンシルセスキオキサン樹脂の製造方法が開示されている。また、特許文献５には、加水分解媒体を含むアリールスルホン酸水和物中でヒドロシランを加水分解して樹脂を形成した後、この樹脂を中和剤と接触させる段階を含む方法が開示されている。特許文献６には、モノマーとしてテトラアルコキシシラン、有機シラン及びオルガノトリアルコキシシランを水と触媒とを用いて加水分解、縮合重合させることによって得た溶液安定性及び溶解度に優れたシリコン樹脂及びその製造方法が開示されている。特許文献７には、酸素プラズマに対する抵抗性及び物性の改善、厚い薄膜形成を目的として、アルコキシシラン、フッ素含有アルコキシシラン及びアルキルアルコキシシランの中から選ばれたモノマーと、チタニウム又はジルコニウムアルコキシド化合物とを水及び触媒を用いて反応させたシリカ系化合物が開示されている。特許文献８には、有機シランのβ位置に、他の元素又は反応性基が置換された化合物を用いて生成したシロキサン、シルセスキオキサン系ポリマー及びこれを用いた薄膜組成物が開示されている。特許文献９には、種々のモノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン及びトリアルコキシシラン２量体などのアルコキシシラン化合物の組み合わせによる加水分解及び縮合重合の組成物を薄膜絶縁膜として使用することが開示されている。
【特許文献１】米国特許第３，６１５，２７２号明細書
【特許文献２】米国特許第４，３９９，２６６号明細書
【特許文献３】米国特許第４，７５６，９７７号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９９９，３９７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，０１０，１５９号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２３２，４２４号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０００，３３９号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８５３，８０８号明細書
【特許文献９】欧州特許第０９９７４９７Ａｌ号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来のポリシルセスキオキサンでは、高集積度半導体層間絶縁膜の誘電率を低めるには不十分である。
【０００５】
従って、本発明は、上述した従来の技術をより発展させたものであり、優れた機械的物性及び低い誘電率を有するシロキサン系樹脂を提供し、これを半導体層間絶縁膜の形成に適用して低誘電率半導体層間絶縁膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、下記化学式（１）で表わされるモノマーおよび下記化学式（２）で表わされるモノマーを有機溶媒の下で、酸又は塩基触媒と水とを用いて、加水分解及び縮合重合されてなるシロキサン系樹脂に関する。
【０００７】
【化１】
2004359953.tif 000002
【０００８】
（式中、Ｒ１は水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はそれぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、又はハロゲン原子を示し、かつ少なくとも一つが加水分解可能な作用基であり、ｍは０〜１０の整数を示し、ｐは３〜８の整数を示す。）
【０００９】
【化２】
2004359953.tif 000003
【００１０】
（式中、Ｒ２はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ４は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、Ｙ１は炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、ｎは０〜１０の整数を示す。）
本発明の他の側面は、前記シロキサン系樹脂を有機溶媒に溶かしてシリコン基板上にコートした後、熱硬化させる段階を含む半導体層間絶縁膜の形成方法に関する。
【００１１】
本発明のさらに他の側面は、前記シロキサン系樹脂からなる半導体層間絶縁膜に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、機械的物性、熱安定性及び亀裂に対する抵抗性に優れかつ低い誘電率を有するシロキサン系樹脂を半導体層間絶縁膜の形成に適用し、これにより低誘電率半導体層間絶縁膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００１４】
本発明では、下記化学式（１）で表わされる環状構造を有するシロキサン系モノマーと下記化学式（２）で表わされる線形シロキサン系モノマーとを縮合重合させて、誘電率３.０以下のシロキサン系樹脂を提供する。
【００１５】
【化３】
2004359953.tif 000004
【００１６】
（式中、Ｒ１は水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はそれぞれ独立して炭素数１〜３のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、又はハロゲン原子を示し、かつ少なくとも一つが加水分解可能な作用基であり、ｍは０〜１０の整数を示し、ｐは３〜８の整数を示す。）
【００１７】
【化４】
2004359953.tif 000005
【００１８】
（式中、Ｒ２はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数６〜１５のアリール基を示し、Ｘ４は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、Ｙ１は炭素数１〜３のアルキル基又は炭素数１〜１０のアルコキシ基を示し、ｎは０〜１０の整数を示す。）
前記化学式（１）のＲ１における炭素数１〜３のアルキル基としては、特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが好ましく挙げられる。前記化学式（１）のＲ１における炭素数６〜１５のアリール基としては、特に限定されないが、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基などが好ましく挙げられる。なかでも、前記Ｒ１としては、メチル基が特に好ましく挙げられる。
【００１９】
前記化学式（１）におけるＸ１〜Ｘ３のうち少なくとも一つは、加水分解可能な作用基である。前記Ｘ１〜Ｘ３における炭素数１〜３のアルキル基としては、特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが好ましく挙げられる。前記Ｘ１〜Ｘ３における炭素数１〜１０のアルコキシ基としては、特に限定されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基などが好ましく挙げられる。また、前記Ｘ１〜Ｘ３におけるハロゲン原子としては、特に限定されないが、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが好ましく挙げられる。なかでも、前記Ｘ1〜Ｘ3として、より好ましくはメチル基、メトキシ基が挙げられ、特に好ましくはメトキシ基が挙げられる。
【００２０】
前記化学式（１）において、ｍは０〜１０、好ましくは１〜３の整数、ｐは３〜８、好ましくは３〜５の整数である。
【００２１】
前記化学式（１）で示されるモノマーは、特に限定されることなく、従来一般的な方法により製造することができる。例えば、白金、白金化合物、白金（０）−１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン錯化物などの白金錯体等の金属触媒を用いた加水分解反応により製造する方法などが挙げられる。前記モノマーのより詳細な製造方法としては、特開２００２−３６３２８５号公報（段落［００５８］）などに記載の方法などが用いられる。
【００２２】
前記化学式（２）のＲ２における炭素数１〜３のアルキル基としては、特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが好ましく挙げられる。また、前記Ｒ２における炭素数６〜１５のアリール基としては、特に限定されないが、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基などが好ましく挙げられる。なかでも、前記Ｒ２としては、メチル基が特に好ましく挙げられる。
【００２３】
前記化学式（２）のＸ４における炭素数１〜１０のアルコキシ基としては、特に限定されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基などが好ましく挙げられる。
【００２４】
前記化学式（２）のＹ１における炭素数１〜３のアルキル基としては、特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが好ましく挙げられる。前記Ｙ１における炭素数１〜１０のアルコキシ基としては、特に限定されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基などが好ましく挙げられる。なかでも、前記Ｙ１として、より好ましくはメチル基、メトキシ基が挙げられ、特に好ましくはメトキシ基が挙げられる。
【００２５】
前記化学式（２）にけるｎは、０〜１０、好ましくは１〜３の整数である。
【００２６】
前記シロキサン系樹脂の製造の際、化学式（１）で表わされるモノマーと化学式（２）で表わされるモノマーとの混合モル比は、１：９９〜９９：１とするのが好ましい。この範囲であれば、機械的特性、熱安定性、抵抗性などの特性が改善されたシロキサン系樹脂を得ることができる。
【００２７】
前記シロキサン系樹脂の製造時に使用される酸触媒としては、塩酸、硝酸、ベンゼンスルホン酸、シュウ酸、および蟻酸などからなる群から選択される少なくとも１種が好ましく挙げられ、また、塩基触媒としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、重炭酸ナトリウム、およびピリジンなどからなる群から選択される少なくとも１種が好ましく挙げられる。
【００２８】
前記酸又は塩基触媒は、前記前記化学式（１）で表される前記モノマーおよび前記化学式（２）で表されるモノマーの合計量に対する前記酸又は塩基触媒のモル比（モノマー：酸または塩基触媒）が、１：０.０００００１〜１：１０となる範囲で混合するのが好ましい。前記モノマー１モルに対する前記酸又は塩基触媒のモル比が、０.０００００１モル未満であると前記酸または塩基触媒による効果が所望するほど得られない恐れがあり、１０モルを越えると前記酸または塩基触媒の添加量に見合った効果が得られない恐れがある。
【００２９】
前記加水分解及び前記縮合重合に添加される水としては、脱イオン水などの不純物の少ない水を用いるのが好ましい。前記水は、前記化学式（１）で表される前記モノマーおよび前記化学式（２）で表わされる前記モノマーの合計量に対する水のモル比（モノマー：水）が１：１〜１：１，０００の範囲で添加されるのが好ましい。前記モノマー１モルに対する水のモル比が、１モル未満であると加水分解反応が不十分となる恐れがあり、１，０００モルを超えると重合されるモノマーの濃度が低くなりシロキサン系樹脂の生成量が減少する恐れがある。
【００３０】
シロキサン系樹脂の製造の際に用いられる有機溶媒としては、ヘキサン等の脂肪族炭化水素溶媒；アニソール、メシチレン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒；メチルイソブチルケトン、１−メチル−２−ピロリジノン、アセトンなどのケトン系溶媒；シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテルなどのエーテル系溶媒；エチルアセテート、ブチルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどのアセテート系溶媒；イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒；ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒；シリコン系溶媒；又はこれらの混合物などを好ましく使用することができる。
【００３１】
前記加水分解および前記縮合重合において、温度は０〜２００℃、好ましくは５０〜１１０℃の範囲に調節し、反応時間は０.１時間〜１００時間、好ましくは５〜４８時間に調節するのが好ましい。前記温度が、０℃未満であると反応が遅くなる恐れがあり、２００℃を超えると縮合重合反応の制御が困難となる恐れがある。また、前記時間が、０．１時間未満であると反応が不十分となる恐れがあり、１００時間を超えると反応時間が長過ぎてコスト面で不利益を生じる恐れがある。
【００３２】
前記で製造されたシロキサン系樹脂は、好ましくは重量平均分子量が３，０００〜３００，０００の範囲となる。前記重量平均分子量が、３，０００未満であると前記シロキサン系樹脂を用いてなる薄膜の機械的特性が十分に得られない恐れがあり、３００，０００を超えるものは合成しにくい。
【００３３】
本発明のシロキサン系樹脂は、その分子内に、Ｓｉ−ＯＲおよび／またはＳｉ−Ｒ（式中、Ｒは水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、または炭素数６〜１５のアリール基を示す。）で示される末端基を有する。製造された前記シロキサン系樹脂の全体末端基のうちＳｉ−ＯＲの含量が５モル％以上となることが好ましい。Ｓｉ−ＯＲの含量が５モル％以上とすると、反応基が増えることにより分子間で架橋結合が増加し、前記シロキサン系樹脂を用いてなる薄膜の密度をより高くすることができ、前記シロキサン系樹脂の機械的物性を向上させることができるのである。
【００３４】
なお、前記Ｓｉ−ＯＲの含有量（モル％）は、核磁気共鳴分析器での分析値をもとに構造に含まれるＳｉ−ＯＲおよびＳｉ−Ｒの合計含有量を求め、後記する実施例に記載の式に基づき算出することができる。なお、Ｓｉ−ＯＲおよびＳｉ−Ｒが複数種存在する場合は、まずそれぞれの含有量を求め、Ｓｉ−ＯＲで示されるものの含有量の合計値をＳｉ−ＯＲの含有量をとする。
【００３５】
本発明では、前記シロキサン系樹脂を有機溶媒に溶かして基板上にコートした後、熱硬化させて半導体層間絶縁膜を製造する方法を提供する。このように製造された薄膜は誘電率３.０以下の低誘電率特性を示し、機械的特性及び耐熱性に優れる。
【００３６】
これをより詳細に説明すると、例えば、有機溶媒に溶解されたシロキサン系樹脂を基板上にコートした後、周囲の環境に露出させる単純空気乾燥法、硬化工程の初期段階で真空を適用するか或いは２００℃以下でソフトベーキングする方法などの蒸発に適した手段を用いて基板から前記有機溶媒を蒸発させ、シロキサン系樹脂膜が基板上に沈着されるようにする。
【００３７】
本発明では、前記基板としてシリコン基板が用いられている。しかしながら、前記基板として、他に、ガラス基板、サファイア基板など、半導体層間絶縁膜の製造に用いられる基板であれば同様に用いることができる。
【００３８】
前記ソフトベーキングは、窒素などの不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。また、有機溶媒が完全に除去されるように、条件を変えて多段階で行ってもよい。
【００３９】
次いで、前記シロキサン系樹脂膜を、１〜１５０分間、１５０〜６００℃、好ましくは２００〜４５０℃の温度で、熱硬化させることにより亀裂のない不溶性皮膜を形成させることができる。亀裂のない皮膜とは、１，０００倍率の光学顕微鏡で観察した場合に、肉眼で見ることが可能な任意の亀裂が観察されない皮膜を意味し、不溶性皮膜とは、シロキサン系樹脂を沈着させて膜を形成させる有機溶媒又は樹脂の塗布に有用なもので、前記有機溶媒に本質的に溶解されない皮膜を意味する。
【００４０】
前記半導体層間絶縁膜の製造時に気孔形成物質を混合すれば、薄膜に微細気孔を形成することができ、これにより誘電率が２.５以下に調節された低誘電率薄膜を製造することができる。このような目的で気孔形成物質が混合される場合、気孔形成物質の分解温度以上に薄膜を加熱して気孔形成物質を分解させる過程を経る必要がある。
【００４１】
このような気孔形成物質としては、具体的に、シクロデキストリン、ポリカプロラクトンまたはこれらの誘導体などを挙げることができるが、これらに限定されず、従来から気孔形成物質として適用可能なものと知られているいずれの物質も使用することができる。気孔形成物質として具体的には、特開２００２−３６３２８５号公報（段落［０１２３］および［０１２４］）などに記載されているものが挙げられる。
【００４２】
気孔形成物質が添加される場合、その割合はシロキサン系樹脂の固形分の質量に対し１〜７０質量％として添加するのが好ましい。
【００４３】
前記絶縁膜製造工程において、有機溶媒としては、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素溶媒；アニソール、メシチレン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒；メチルイソブチルケトン、１−メチル−２−ピロリジノン、アセトンなどのケトン系溶媒；シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテルなどのエーテル系溶媒；エチルアセテート、ブチルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどのアセテート系溶媒；イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール系溶媒；ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒；シリコン系溶媒；又はこれらの混合物などを好ましく使用することができる。
【００４４】
前記有機溶媒は、シロキサン系樹脂を基板に塗布するために要求される濃度まで十分な量が存在しなければならないが、好ましくはコーティング用組成物の２０〜９９.９質量％、より好ましくは７０〜９５質量％の範囲となるようにする。前記有機溶媒の含量が、２０質量％未満の場合には、シロキサン系樹脂が前記有機溶媒に完全溶解されない恐れがあり、９９.９質量％超過の場合には薄膜を１，０００Å以下に薄く形成するのが困難となる恐れがある。なお、前記コーティング用組成物中に、例えば気孔形成物質など、前記シロキサン系樹脂以外の固形分を含む場合には、前記シロキサン系樹脂固形分と前記気孔形成物質固形分との合計量に対して、有機溶媒が上記範囲となるように混合されるのがよい。
【００４５】
基板にシロキサン系樹脂を塗布するための方法としては、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、フローコーティング、スクリーン印刷などを例として挙げることができ、最も好ましい塗布方法はスピンコーティングである。
【００４６】
上述した本発明の方法によって製造されるシロキサン系樹脂からなる樹脂膜は、３.０以下の誘電率、好ましくは１．５〜２．５の誘電率を有する。本発明において、誘電率は、ＨｇＣＶメーター（ＳＳＭ  ４９０ｉ  ＣＶ  ｓｙｓｔｅｍ、固相測定）など、汎用の誘電率測定器によって測定された値を、予め薄膜の厚さおよび誘電率がわかっている基準物質（例：熱酸化シリコンオキサイド）と比較することによって得られた値を用いることとする。
【００４７】
また、本発明のシロキサン系樹脂からなる樹脂膜は、気孔形成物質によって微細気孔が形成されることにより、誘電率を２．５以下に下げることが可能である。前記気孔形成物質は、上述した通りであるためここでは詳細な説明を省略する。
【００４８】
従って、本発明による低い誘電率を有する樹脂膜は、半導体層間絶縁膜として非常に有用である。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。しかしながら、これらの実施例は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を制限するものではない。
【００５０】
製造例１：モノマー合成
製造例１−１：環状シロキサン系モノマー（Ａ）の合成
【００５１】
【化５】
2004359953.tif 000006
【００５２】
２，４，６，８−テトラメチル−２，４，６，８−テトラビニルシクロテトラシロキサン２９.０１４ｍｍｏｌ（１０.０ｇ）およびキシレン溶液に溶解した白金（０）−１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン錯化物０.１６４ｇをフラスコに投入した後、ジエチルエーテル３００ｍｌを入れて希釈した。その後、温度を−７８℃に下げ、トリクロロシラン１２７.６６ｍｍｏｌ（１７.２９ｇ）を徐々に加えた後、反応温度を徐々に常温まで上昇させた。常温で２０時間反応を行った後、０.１ｔｏｒｒ程度の減圧下で揮発性物質を除去し、ペンタン１００ｍｌを加えた。次いで、１時間撹拌した後、セライトを介してフィルタリングし、澄んだ無色溶液を得た。再び０.１ｔｏｒｒ程度の減圧下でペンタンを除去して無色の液状化合物［−Ｓｉ（ＣＨ３）（ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＣｌ３）Ｏ−］４を９５％の収率で得た。この化合物１１.２８ｍｍｏｌ（１０.０ｇ）をテトラヒドロフラン５００ｍｌで希釈させ、トリエチルアミン１３６.７１ｍｍｏｌ（１３.８３ｇ）を添加した。その後、温度を−７８℃に下げた後、メチルアルコール１３６.７１ｍｍｏｌ（４.３８ｇ）を徐々に加え、反応温度を徐々に常温まで上昇させた。常温で１５時間反応を行った後、セライトを介してフィルタリングし、０.１ｔｏｒｒ程度の減圧下で揮発性物質を除去した。ここにヘキサン１００ｍｌを加え、１時間撹拌した後、セライトを介してフィルタリングし、その後活性炭５ｇを入れて１０時間撹拌してからフィルタリングした。この溶液を０.１ｔｏｒｒ程度の減圧下でヘキサンを除去し、無色液体の上記化学式（３）に示されるシロキサン系モノマー（Ａ）を製造した。合成されたモノマーをＣＤＣｌ３に溶かしてＮＭＲを測定した結果は、次の通りである。
【００５３】
１Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ）ｄａｔａ：δ０．０９（ｓ，１２Ｈ，４×ＣＨ３），０．５２〜０．６４（ｍ，１６Ｈ，４×ＣＨ２ＣＨ２−），３．５８（ｓ，３６Ｈ，４×［ＯＣＨ３］３）
製造例１−２：シロキサン系モノマー（Ｂ）の合成
【００５４】
【化６】
2004359953.tif 000007
【００５５】
１，３−ジクロロテトラメチルジシロキサン２４９.２０８ｍｍｏｌ（１０.０ｇ）をフラスコに投入した後、テトラヒドロフラン５００ｍｌを入れて希釈させた。その後、温度を−７８℃に下げ、トリエチルアミン１０８.２１２ｍｍｏｌ（１０.９５ｇ）を加えた後、メチルアルコール１０７.９９０ｍｍｏｌ（３.４６ｇ）を徐々に加え、反応温度を徐々に常温まで上昇させた。常温で１５時間反応を行わせた後、セライトを介してフィルタリングし、０.１ｔｏｒｒ程度の減圧下で揮発性物質を除去した。ここにヘキサン１００ｍｌを加え、１時間撹拌した後、セライトを介してフィルタリングし、０.１ｔｏｒｒ程度の減圧下でヘキサンを除去して得た無色の液体を単蒸留して無色液体の上記化学式（４）に示されるシロキサン系モノマー（Ｂ）を製造した。合成されたモノマーをＣＤＣｌ３に溶かしてＮＭＲを測定した結果は、次の通りである。
【００５６】
１Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ）ｄａｔａ：δ０．０６８（ｓ，１２Ｈ，４×ＣＨ３），３．４５（ｓ，６Ｈ，２×ＯＣＨ３）
製造例１−３：シロキサン系モノマー（Ｃ）の合成
【００５７】
【化７】
2004359953.tif 000008
【００５８】
１，３−ジクロロテトラメチルジシロキサンに代えて１，５−ジクロロヘキサメチルトリシロキサンを使用することを除いては、製造例１−２と同様の方法で上記化学式（５）に示されるシロキサン系モノマー（Ｃ）製造した。合成されたモノマーをＣＤＣｌ３に溶かしてＮＭＲを測定した結果は、次の通りである。
【００５９】
１Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ）ｄａｔａ：δ０．０６８（ｓ，１２Ｈ，４×ＣＨ３），０．０７７（ｓ，３Ｈ，−ＣＨ３），３．４４（ｓ，６Ｈ，２×ＯＣＨ３）
製造例１−４：シロキサン系モノマー（Ｄ）の合成
【００６０】
【化８】
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【００６１】
１，３−ジクロロテトラメチルジシロキサンに代えて１，７−ジクロロオクタメチルテトラシロキサンを使用することを除いては、前記製造例１−２と同様の方法で上記化学式（６）に示されるシロキサン系モノマー（Ｄ）製造した。合成されたモノマーをＣＤＣｌ３に溶かしてＮＭＲを測定した結果は、次の通りである。
【００６２】
１Ｈ  ＮＭＲ（３００ＭＨｚ）ｄａｔａ：δ０．０６８（ｓ，２４Ｈ，８×ＣＨ３），３．４５（ｓ，６Ｈ，２×ＯＣＨ３）
製造例１−５：シロキサン系モノマー（Ｅ）の合成
【００６３】
【化９】
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【００６４】
上記化学式（７）に示されるシロキサン系モノマー（Ｅ）をシグマアルドリッチ（株）から購入した。
【００６５】
実施例１：シロキサン系樹脂合成
前記各製造例で得られた環状シロキサン系モノマー（Ａ）と、線形シロキサン系モノマー（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）のうちいずれか一つのモノマーとをフラスコに入れ、これらの総モノマーに対して１５モル倍程度のテトラヒドロフランを入れてモノマーを希釈させた後、フラスコの内部温度を−７８℃まで降温した。−７８℃で表１に示す量の塩酸と水とを入れ、反応器の温度を７０℃に徐々に昇温した後、反応を２０時間行わせた。反応溶液を分液漏斗に移した後、最初仕込んだテトラヒドロフランと同じ量のジエチルエーテルとテトラヒドロフランを添加し、総溶媒の約１／１０モル倍程度の水で３回洗浄した後、減圧下で揮発性物質を除去して白色粉末状の重合体を得た。前記方法で得た重合体を完全に澄んだ溶液になるまで少量のアセトンを入れて溶かし、この溶液から孔径０.２μｍのフィルタを用いて微細な粉末及びその他の異物を除去して澄んだ溶液部分のみを取った後、水を徐々に添加した。この際、生成された白色粉末と溶液部分（アセトンと水の混合溶液）を分離した後、０〜２０℃、０.１ｔｏｒｒ減圧の下で１０時間白色粉末を乾燥させ、シロキサン系樹脂（ａ）〜（ｍ）を得た。それぞれのシロキサン系樹脂（ａ）〜（ｍ）の合成に用いられたモノマー、酸触媒、水及びシロキサン系樹脂の量は表１の通りである。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
試験例１：シロキサン系樹脂の分析
実施例１で製造されたシロキサン系樹脂（ａ）〜（ｍ）のＳｉ−ＯＨ含量、Ｓｉ−ＯＣＨ３含量、Ｓｉ−ＣＨ３含量の測定値、ならびに重量平均分子量は表２の通りである。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
なお、Ｓｉ−ＯＨ含量、Ｓｉ−ＯＣＨ３含量、Ｓｉ−ＣＨ３含量は、核磁気共鳴分析器（ＮＭＲ，Ｂｒｕｋｅｒ社）を用いて次の式によって算出した。
【００７０】
【数１】
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【００７１】
試験例２：薄膜の厚さ及び屈折率の測定
実施例１で製造されたシロキサン系樹脂（ａ）〜（ｍ）、又は実施例１で製造されたシロキサン系樹脂に気孔形成物質としてヘプタキス［２，３，６−トリ−Ｏ−メトキシ］−β−シクロデキストリンを表３に示す質量比で混合したものに、溶媒としてプロピレングリコールメチルエーテルアセテートを混合し、全組成物中の固形分含量が２５質量％となるようにした。この組成物を３，０００ｒｐｍで３０秒間シリコン基板上にスピンコートした。その後、組成物がコートされた基板を窒素雰囲気のホットプレートで１００℃にて１分間、そして２５０℃で１分間加熱して溶媒を除去した。その後、真空雰囲気中で分当たり３℃ずつ４２０℃まで昇温した後、４２０℃で１時間焼成させて、得られた薄膜の厚さ及び屈折率を測定した。この際、薄膜の厚さは側面計で５回測定して平均値を取り、屈折率はプリズムカプラで５回測定して平均値を取った。また、厚さ及び屈折率の均一性は基板の５箇所を測定して、その差から算出した。その結果を表３に示した。
【００７２】
【表３】
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【００７３】
試験例３：誘電率の測定
製造された薄膜の誘電率を測定するために、硼素でドープされたＰ型のシリコン基板上にシリコン熱酸化膜を３０００Åの厚さに塗布した後、金属製蒸発器でチタニウム薄膜１００Å、アルミニウム薄膜２０００Å、チタニウム薄膜１００Åを蒸着し、試験例２と同様の方法で薄膜をコートした。その後、電極の直径が１ｍｍに設計されたハードマスクを用いて、１ｍｍの直径を有する円形のチタニウム薄膜１００Å、アルミニウム薄膜５０００Åを蒸着してＭＩＭ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｍｅｔａｌ）構造の誘電率測定用低誘電薄膜を完成した。このような薄膜を、プローブステーション（ｍｉｃｒｏｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ  ６２００  ｐｒｏｂｅ  ｓｔａｔｉｏｎ）が装着されたＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＬＣＲ  ＭＥＴＥＲ（ＨＰ４２８４Ａ）を用いて１００ＫＨｚの周波数で静電容量を測定した。誘電率を計算するために薄膜の厚さをプリズムカプラで測定して次の計算式によって誘電率ｋを計算した。その結果を表４に示した。
【００７４】
【数２】
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【００７５】
（ここで、ｋ：誘電率［−］、Ｃ：静電容量［Ｆ］、Ａ：電極の接触断面積［ｍ２］、εｏ：真空の誘電定数［Ｆ／ｍ］、ｄ：低誘電薄膜の厚さ［ｍ］）
【００７６】
【表４】
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【００７７】
試験例４：硬度と弾性係数の測定
試験例２で製造された薄膜においてＭＴＳ社のナノインデンタＩＩを用い、薄膜にナノインデンタの押込を開始した後、押込の深さが薄膜全厚の１０％になったときに薄膜の硬度と弾性係数を測定した。各サンプルに対して信頼度を確認するために、６ポイントに押込をして、その平均値を計算した。その結果を表５に示した。
【００７８】
【表５】
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