JPH03263476A - 被膜形成用塗布液 - Google Patents

被膜形成用塗布液

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JPH03263476A
JPH03263476A JP6225590A JP6225590A JPH03263476A JP H03263476 A JPH03263476 A JP H03263476A JP 6225590 A JP6225590 A JP 6225590A JP 6225590 A JP6225590 A JP 6225590A JP H03263476 A JPH03263476 A JP H03263476A
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昭 中島
Takashi Harada
孝 原田
Michio Komatsu
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Catalysts and Chemicals Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、被膜形成用塗布液に関し、さらに詳しくは、
ボイドの少ない緻密な被膜が得られるような被膜形成用
塗布液に関する。
発明の技術的背景 シリカゾルと、アルコキシシランの部分加水分解物とが
含まれた塗布液は、従来より知られている(特開昭83
−11.7.074号公報、特開平1−170,888
号公報、特開昭63−278,977号公報、特開昭5
1−2,738号公報、特開昭62−105,987号
公報参照)。
しかしながら、これらの塗布液に含まれているシリカゾ
ルは、いずれも、アルカリ金属ケイ酸塩を脱アルカリし
てなる液状のケイ酸化合物を重合させることにより得ら
れており、このような方法で得られたシリカゾルには微
量のアルカリが含有されてしまう。
従って、このような方法で得られたシリカゾルを、半導
体用絶縁膜などの用途に適用しようとすると、塗布液中
に含まれた微量のアルカリのために、半導体の機能が低
下する虞があり、従って、このような用途には、上記の
方法で得られた塗布液を用いることはできない。
発明の目的 本発明は、上記のような従来技術に鑑みて完成されたも
のであって、ピンホールあるいはボイドなどが発生する
ことがなく、緻密であって、密着性、機械的強度、耐薬
品性、耐湿性、絶縁性なとに優れ、さらに比誘電率の低
いシリカ系被膜を形成することかできるよ・うなシリカ
系被膜形成用塗布液を提供することをL−1的と1゛C
いる。
発明の概要 本発明に係る被膜形成用* rrI液には、−形成R8
1(OR”)   (式中、+1はOn       
  4−n 〜3の整数、R,R,’ は炭素数1〜8のアル−ギル
基、アリール、!!またはビニル基を表わ(2、R,R
’は同一・であっても異ム′っていても良い)で示され
るアル:1ギシシー)ンを加水分解jn縮、AI、 し
て得られるシリカゾルと、 前記のアル二■キンンランの部分加水分解物との反応物
が含まれこ〜いる。
本発明に係る被膜形成用塗布液の好ましい製造法は、−
形成R81(OR′)4−n    (式中、11n 
       4−n はO〜・3の整数、RSR’ は炭素数1〜・8のアル
キル基、アリール基またはビニル基を表わし、RとR“
 とは同一であツーζも異なっ′Cいてもよい)で示さ
れるアルコキンシランを、水、a機溶媒およびアルカリ
触媒のIT (+−下−C加水分解重縮合さ(4で、平
均粒径150へ5500人のシリカ粒子がり〕散したシ
リカゾルを得る[、程と、110記の)′ル“Jキシシ
ランまたはこのアルT1キシシランの部分加水分解物と
、L記シリカゾルさを混合17.3 (′)4−n ℃
以」−4の温度で反応させる才程 とからなる。
本発明に係る被膜形成用塗布液は、好ま1.<は]−記
のような製造法を採用することにより得られ、例えば゛
1′、導体用絶縁膜、プラスデック、ノIラスの表面保
護膜などの用途に適用すると、ピン;1、−ルあるいは
ボイドなどが発418することがなく、緻密Cあって、
密着性、機械的強度、耐薬品性、耐湿性、絶縁性なとに
優れ、さらに比誘電率の低いシリカ系被膜を形成するこ
とかできる。
発明の詳細な説明 以下、本発明に係る被膜形成用塗布液およびその製造法
についで具体的に説明4″る。
被膜形成用塗布液 本発明に係る被膜形成用塗布液には、 −・形成 RS i (OR’ ) 4□(式中、+1
は0〜3の整数、RSR’ は炭素数1〜8のアルキル
基、アリール基またはビニル基)て示されるアルコキシ
シランを加水分解重縮合1.。
て得られるシリカゾルと、 前記[、たアル:1キシシランの部分加水分解物との反
応物が含まれている。
本発明に係る被膜形成用塗布液には、」−記のような成
分が含まれているため、ピンホールあるいはボ・イドな
どが発ルすることがなく、緻密てあっ°C1密着性、機
械的強度、耐薬品性、耐ん1性、絶縁性なとに優れ、さ
らに比誘電率の低いシリカ系被膜を形成することができ
る。
被膜形成用塗布液の製法 上記のような本発明に係る被膜形成用塗布液は、好まし
くは以ドのような方法で得られる。
まず、シリカゾルは、ド記−・形成で示されるアルコキ
シシランを1.水、rf機溶媒およびアルカリ触媒の存
r1.下に加水分解重縮合させることにより得られ、こ
の、J二うなシリカゾルの1凋製a、とし、では、従来
より公知の方法を採用することかできる。
【3 RS ](OR) 4−n 口 式中、「〕は(−〕〜3の整数を表わ+7、Iで、R′
は炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはビニル
基を表わし°ζいる。
アル:1キシシランの具体例と(2ては、テトラメトキ
シシラン、テI・ラエトキシシラン、テトライソプロポ
キシシラン、テトラブトキシシラントラオクチルシラン
、メチルトリメl− Vジシラン、メチルトリエトキシ
シラン、エチルトリエlーキシシラン、メチルトリイソ
プロポ片ジシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチル
i・リブトキシシラン、オクチルI・リエトキシシラン
、フゴニル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。
本発明においては、これらのアルコキシシランを111
独で用いてもよく、2種以上組合せて用いてもよい。
有機溶媒としては、アルコール類、ケトン類、エーテル
類、エステル類等が挙げられ、より具体的には、例えば
メタノール、エタノール、ブロバノール、ブタノールな
どのアルコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソル
ブなどのエチレングリコールエーテル類、エチレングリ
コール、プロピレングリコールなどのグリコール類、酢
酸メチル、酢酸エチル、乳酸メチルなどのエステル類等
が用いられる。
アルカリ触媒としては、アンモニア、アミン、アルカリ
金属水酸化物、第4級アンモニウム化合物、アミン系カ
ップリング剤など、水溶液中でアルカリ性を示す化合物
が用いられ、反応混合物のpHが7〜]、2、好ましく
は8〜11となるような量で用いられる。
シリカゾルの調製法をさらに詳細に説明すると、例えば
、水−アルコール混合溶媒を攪拌しながら、この混合溶
媒にアルコキシシランおよび、例えばアンモニア水のよ
うなアルカリ触媒を添加し、反応させる。
この際、水は、アルコキシシランを構成する5t−OR
基1モル当り5〜50モル、好ましくは5〜25モルと
なるような量で用いられ、アンモニアは、前記のpH範
囲となる量で、例えば屹 01〜1.0モル/ S L
 02モル、好ましくは0.05〜0.8モル/ S 
i 02モルとなるような量で配合される。
反応は、通常、常圧下における用いられる溶媒の沸点以
下の温度で、好ましくは沸点より5〜10℃程度低い温
度で行なわれるが、オートクレーブ等の耐熱耐圧容器を
用いる場合には、この温度よりもさらに高い温度で行な
うこともできる。
上記のような条件で加水分解すると、アルコキシシラン
の重縮合が三次元的に進行し、シリカ粒子が生成、成長
する。
また、上記のように、例えば攪拌下の水−アルコール混
合溶媒に、アルコキシシランとアンモニアとを添加し、
水−アルコール混合溶媒の沸点以下の温度、すなわち約
100℃以下の温度で反応を進行させて、シリカ粒子を
生成・成長させ、その後、上記温度を溶媒の沸点以上の
温度、すなわち約100℃以上の温度に昇温し、一定時
間保持する加熱処理を行なっても良い。
このような加熱処理を行なうと、アルコキシシランの重
縮合が一層促進され、密度の大きいシリカ粒子が分散し
たシリカゾルが得られる。
このようにして得られたシリカゾルのうち、本発明にお
いて用いられるシリカゾルは、その平均粒径が約50〜
500人、好ましくは100〜300人の範囲内の均一
なシリカ粒子が分散したゾルである。この粒径が50人
未満では、得られる被膜形成用塗布液を用いた膜成形時
に、膜面にクラックが発生する傾向があり、一方、50
0人を越えると膜にボイドが多発し、緻密な膜が得られ
ない。
シリカ粒子は、シリカゾル中に、S 102として約5
0重量%以下、好ましくは40重量%以下となるような
量で含まれていることが望ましい。
シリカ含量が50重量%を越えるとゲル化し易い傾向が
ある。
本発明においては、後述するようにシリカゾルとアルコ
キシシランとを反応させるが、その際に、前述の方法で
得られた未精製のシリカゾルをそのまま用いてもよいが
、このように両者を反応させるに先立ち、予めシリカゾ
ルから、限外濾過等の手段により分散媒の水−有機溶媒
系を水系に溶媒置換させておくことが好ましい。
この溶媒置換操作は、前述のシリカゾルの加熱処理前に
行なっても良い。
本発明においては、上記のようにして、まずシリカゾル
を調製したのち、さらにこのシリカゾルと新たなアルコ
キシシランまたはその部分加水分解物とを反応させる。
シリカゾルと反応させるアルコキシシランは、シリカゾ
ルの調製に用いられたものと同一のものでも良く、また
は前述のシリカゾル調製に用いられるアルコキシシラン
であれば必ずしも同一のものでなくても良い。この反応
においては、シリカゾル中のシリカ粒子の成長あるいは
新たなシリカ粒子の生成は起らず、シリカ粒子の表面で
、このシリカ粒子と新たなアルコキシシランとの結合反
応が起り、その結果、本発明の目的にかなった塗布液が
得られる。
本発明においては、シリカゾルと反応させるア0 ルコキシシランはそのJ、ま用いても良いが、常法IJ
従って予め部分加水分解さゼた後、得られた部分加水分
解物とシリカゾルとを混合することが好ましく、このよ
うにすると、ゾルの凝集、ゲル化が起こり難くなる傾向
がある。
このようにアル−1キシシランの部分加水分解を行なう
際には、通常、水、イj機溶媒、酸またはアルカリ触媒
が用いられる。有機溶媒およびアルカリ触媒としては、
前述j、たちのが挙げられる。酸触媒とし、では、具体
的には、塩酸、硝酸、硫酸などの無機酸、i′)酸、ン
コウ酸などの有機酸または金属石ケンなと水溶ll&中
で酸性を示す化合物が用いられる。
水は、アルコキシシランを構成するS i −OR基1
モル当り、通常、0.1〜2モル、好ましくは0.5〜
2モルの量で用いられる。酸触媒が用いられる場合には
、反応液のp Hが、通常、0〜6、好ま[7,<は1
〜−3となるような量で、また、アルカリ触媒か用いら
れる場合には、反応液の1〕I(が、通常、7〜10、
好ま【、<は7〜8とな1す るような量で用いられる。
」−記のような条件C得られる1ルコフ1−ジシラン部
分加水分解物のり〕重量は、約100−・1.0.00
0、好ま1.<は500〜・5000 (ボリスチ1ノ
ン換算分子量)であることが望ま+7い。
本発明においては、このような方法でアルコ1′−ジシ
ランの部分加水分解物が得られるが、さらに、先に出願
した特願平1−189,048号あるいは特願平1−2
53.580号記載の方法により得られる塗イ[I液を
本発明の部分加水分解物として用いることもてきる。す
なわち、特願平1i、89.0413月に記載されCC
JIE中、Rは炭化水素基であり、R2は炭化数1−・
4のアルキル基であり、r]は0〜3°Cある)で示さ
れるアルコキシシランの1種または2種以」、を、有機
溶媒、水およびアルカリ触媒のイj−(+’、ドて部分
加水分解し、 次いで得られた部分加水分解液を、水および酸触媒の存
在FCさらに部分加水分解しζ゛なる、アルコキシシラ
ン部分加水分解物の縮重合物を含む2 シリカ系被膜形成用塗布液を本発明における部分加水分
解物と12で用いることができる。あるいは、特願平1
−258.58f1号に記載されているように、一般式
R,5i(OR)    (式中、R1は2 n               4−口炭化水素基で
あり、R2は炭化数1〜4の゛ア月l−ルh(であり、
+1は0〜3である> =C示されるアルコキシ:/ラ
ンの1種または2種以」−を、有機溶媒、水および酸の
存(E ”1’で部分加水分解し、次いで得られた部分
加水分解液をアルカリと接触させ、得られた塗布液にさ
らに必要に応じて酸を加えて酸性にし−Cなる、アルコ
キシシラン部分加水分解物の縮重合物を含むシリカ系被
膜形成用塗布液を、本発明における部分加水分解物と(
、、て用いることもできる。
本発明においては、シリカゾルと、アルコキシシランあ
るいはその部分加水分解物とを、シリカゾル中のS i
 02  (A )の重量/アルコキシシランあるいは
その部分加水分解物中の8102  (B)の重量−(
,1,1〜10 、 (、)、好ましくは0.25〜4
.、Oとなるような重量比で混 3 合させることが望まし5い。
成分(A)の瓜か多くなると、得られるシリカ系被膜は
、耐熱性、耐湿性には優れるが、1vい膜厚を有するシ
リカ系被膜を形成するとクラックが発生しやすくなる傾
向が生じ、−力成分(B)の瓜が多くなると、得られる
シリカ系被膜は耐熱性、耐湿性に劣る傾向が生ずる。
本発明においては、上記のようにシリカゾルとアルコキ
シシラン部分加水分解物とを混合した後、約100℃以
下、好ましくは80℃以下の温度で、また温度条件等に
より変動するが、通常、0.5〜5時間、好ましくは1
〜・3時間加熱処理を行なう。このような処理を行なう
と、本発明に係る被膜形成用塗布液が得られる。なお、
処理温度の下限には特に制限はないが、低温になる程反
応時間が長くなり、生産性に劣る。−)j 、 1.、
 OO’Cを越えると、′アルコキシシランの加水分解
反応が進行し過ぎるため好ましくない。
なお、被膜を形成するには、」上記のように+2て得ら
れた被膜形成用塗布液を基板Ll、:塗布(2、次4 いで乾燥、焼成すれば基板上に被膜が形成される。
なお、該塗布液を基板上に塗布するには、スプレー法、
スピンコード法、ディップコ−1・法、ロールコート法
、スクリーン印刷法、転写印刷法など通常の方法を採用
することができる。
上記の焼成温度は、通常、150〜800℃、好ましく
は200〜800℃程度である。
このようにして得られた被膜は、用途によっても異なる
が、通常、膜厚0.05〜2μm1好ましくは0.1〜
1μm程度であり、膜形成時にはクラックの発生が見ら
れず、密着性に優れ、耐アルカリ性、耐湿性に優れ、特
に比誘電率が著しく低い。従って、本発明に係る塗布液
は各種保護膜、半導体用絶縁膜等の形成用として広く用
いられる。
なお、ガラス基板にITO膜等の電極膜が形成された液
晶素子において、ガラス基板中のアルカリ成分(Na)
によるITO膜アシアタツク止するため、ガラス基板と
ITO膜との間に、本発明に係る塗布液により被膜を設
けると、ITO膜のアルカリアタックを防止することが
できるので、い5 わゆるアルカリパッシベーション用膜としても有用であ
る。
発明の効果 本発明によれば、ピンホールあるいはボイドなどが発生
することがなく、緻密であって、密着性、機械的強度、
耐薬品性、耐湿性、絶縁性などに優れ、さらに比誘電率
の低いシリカ系被膜を形成することができるようなシリ
カ系被膜形成用塗布液が提供される。
[実施例] 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが
、本発明はこれらの実施例に何ら制約されるものではな
い。
1、(シリカゾルの調製) (1)純水101..5gとメタノール406.1gの
混合溶液にエチルシリケー1−28(多摩化学工業型)
11.0.4+rを加えたのち、65℃に加熱し、この
温度を保持しながら5%アンモニア水89.5gを3時
間かけて添加した。添加終了後、さらにこの温度で1時
間熟成した。熟成後、この6 反応液を限外濾過で未反応エチルンリケ−1・、メタノ
ール、アンモニアを除去すると同時に純水を加えた。そ
の結果S iO2濃度5重量%、平均粒径約100人の
8102粒子が分散したシリカゾル(A)を得た。
(2)純水203.Ogとメタノール81.2.2gの
混合溶液にメチルシリケート−51,(多摩化学工業型
)1.21.6+rを加えたのち、45℃に加熱し、こ
の温度を保持しながら5%アンモニア水150gを5時
間かけて添加した。添加終了後、さらにこの温度で1時
間熟成した。その後、未反応メチルシリケート、メタノ
ール、アンモニアを除去すると同時に純水を加え、81
02濃度5重量%、平均粒径約110人の5lO3粒子
が分散したシリカゾル(B)を得た。
(3)純水]、39.1gとメタノール1..69.9
gの混合溶液を60℃に保持し、これに、エチルシリケ
ー1−28の水−メタノール溶液(重量比2/8の水/
メタノール混合液2450gにエチルシリケート−28
を532.5に加えたもの)2982.57 gおよび0.25%アンモニア水596.4gを同時に
52時間かけて添加した。添加終了後、さらにこの温度
で3時間熟成した。その後、限外濾過法で同様の操作を
行ない、S L 026度10重量%、平均粒径約25
0人のSiO□粒子が分散したシリカゾル(C)を得た
(4)エチルシリケー1−28の代わりにエチルシリケ
ー1−40(多摩化学工業型)を372.8gJTIい
た以外は、シリカゾル(C)と同様の条件で水分散ゾル
を得た。この水分散ゾルをオートクレーブで150℃、
12時間処理し、S s O2濃度10重量%、平均粒
径約270人のS 五〇 2粒子が分散したシリカゾル
(D)を得た。
(5)エチルシリケート−40の代わりに、メチルトリ
メトキシシラン ケート−28  266、3gの混合液を用いた以外は
、シリカゾル(D)と同様の条件で調製し、S 1 0
 2濃度10重量96、乎均粒径約250人のS iO
 2粒子が分散したシリカゾル(E)を得た。
(6)シリカゾル(A)をオートクレーブで8 150℃、12時間処理し7、で、S/リカゾル(F)
を得た。(S +、 02 /a、痕、粒子の甲均拉径
はシリカゾル(A)と同じ。) 2゜(アルコ1ギシシラン部分加水分解物の調製)(1
)エチルシラン1゛−1・−28(多摩化学1−梨型)
35 ”?、  1. g、エタノール4C,)2.9
gおよび純水240.0gの混合溶液に濃硝酸を添加(
,5、pHを1.5に調整し1.た。この溶l(kを5
0℃、1時間反応させることによって部分加水分解物(
A)を (+3  )こ 。
(2)メチルシラン1y−1−51(多摩化学−14業
製)196 、 1.、 g % ”−タノール083
、C′)gおよび純水120、□ gの混合溶液に10
6アンモニア水を添加し1、p Hを8 、  (11
) 1m調整(また。これを50 ”C11時間加水分
解させ、その後、濃硝酸でp Hを2.5に調整し1、
さらに50°C,30分間処伸した(部分加水分解物(
B))。
(3)メチルトリメトキシシラン454.5g。
エタノール1.85.5gおよび純水360.Ogの混
合溶液を濃硝酸でpH1、()に1規整1.だの1(9 ち、50℃、2時間加水分解させた。その後、1%アン
モニア水を添加I5、■)丁■逢’1.0ζ4−調整]
またのち、さらに50℃で2時間処理り戸、=。 (部
分加水分解物(C))。
(4)メチルトリーl−キシシラン22’7.3g。
ゴヂルシリノト l・ 28′357.1g、エタノル
1−75.0gおよび純水240.Ogの?I1.合溶
液を1%アンT:二T水で¥)H8,5に調整し5.5
0℃、2時間加水分解させた。次いで、915%酢酸水
溶液でpH4に調整し7たのぢ、さらに50 ”Cて5
時間処理した。(部分加水分解物(D))。
(5)メチルトリメトキシシラン272.7g。
メチルシリゲ−1・〜51  156.9に、 丁、タ
ノール3′30.4gおよび純水24.0.0gの混合
溶液を濃硝酸でII)H2,Oに調整し1.50℃、1
時間加水分解させた。次いで、1%トリエタノール′ア
ミン水溶液−r p Hを7.0に調整1.たのち、さ
らに50℃で2時間処理した。(部分加水分解物(E)
)。
 0 3、 (塗布液の調製) 1 (シリカゾルの調製)で得られたシリカゾルと2(
アルコキシシラン部分加水分解物の調製)で得られたア
ルコキシシラン部分加水分解物を表1記載の所定の割合
で混合し、50℃で1時間加熱処理しまた。次いで、ロ
ータリー毛バボレー、−夕で、水、アルコールを留ノく
し、て−チルセルソルブまたはブr7ビ1ノングリコー
ルモノプロビル上・、チルと溶媒置換し2、SiO□濃
度1.、 OXn m 96のす重液1〜■を調製し5
た。
次いで、これらの塗布液をガラス基板にスピナー法で塗
布し7、乾燥後、350 ℃、3 (1分間焼成:、チ
ー膜厚2.C]/!mの被膜を形成]、た。得られた被
膜につい01次の如き評価を行な7.た。
(1)クラックのf」−無+ 1111:l ′f1.
J、観察。
(2)密着性・中成のb +::yハンチ ブを膜面に
はりイ・jけ、その端部を膜面に灼17で直角に保ち、
瞬間的に引き(、tが4゛。そのときの膜の剥離状態を
観察。
(3)−ノ“ルカリ性 0℃の5銀量%N a OH水
1 溶液に24時間浸したのちの膜面の状態を観察。
(4)絶縁性:絶縁抵抗1−1で測定。
(5)アルカリパッシベーション能:450℃で加熱処
理し、加熱前後の膜の抵抗変化を評価。
さらに、各塗布液をシリコンウェハに2 ft +])
の厚さになるように、スピナー法で塗布、乾燥(7,3
50℃、30分間、窒素気流中で焼成12て被膜を形成
1,5た。さらにこのS i 02膜の」−にAΩの蒸
着膜を形成り、 −C” 、比誘電率を測定した。それ
ぞれの結果を表1に示す。
(以F余白)  2 手続中ryy J−T二書 ]、事件の表示 平成 2年 特 許 願 第62,255号平成 2年
3月13日提出の特許願 2、発明の名称 被膜形成用塗布液 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所 東京都千代田区大手町2丁[16番2号名称 
触媒化成]二業株式会社 代表者 綱島 建吉 4、代 理 人 (郵便番号141) 住 所   東京部品用区西五反田二丁目19番2号荒
久ビル 3階 6゜ 7゜ 補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 補正の内容 別紙の通り(補正の対象の欄に記載した事項以外は内容
に変更なし) 補正の内容 1)明細書第8頁第19行において、 「約100℃以上の温度に昇温し」とあるのを、「約1
00℃以上の温度に加圧下で昇温し」と補正します。
2)明細書第21頁第20行において、[0℃の5重量
%Na0HJとあるのを、130℃の5重量%Na0H
Jと補正します。
3)明細書第22頁第3行において、 [アルカリパッシベーション能:45o℃で」とあるの
を、 「アルカリパッシベーション能・それぞれの被膜のうえ
にさらにNESA膜を、CVD法で設けたのち、450
℃で」と補正します。
以  上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)一般式R_nSi(OR′)_4_−_n(式中、
    R、R′は炭素数1〜8のアルキル基、アリール基また
    はビニル基を表わし、nは0〜3の整数である)で示さ
    れるアルコキシシランを加水分解重縮合して得られるシ
    リカゾルと、 前記アルコキシシランの部分加水分解物との反応物を含
    む被膜形成用塗布液。
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