JPH0797448A - セラミックコーティング用の前駆体及びその製造方法 - Google Patents
セラミックコーティング用の前駆体及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子回路等に平滑なアモルファスシリカをコ
ーティングし、保護絶縁層を形成するに好適なセラミッ
ク前駆体を製造する方法を提供する。 【構成】 共加水分解性のシランより可溶性の共加水分
解物を製造する方法であって、HSi(OR)3 とSi
(OR)4 の式で表されるシランの混合物であり、HS
i(OR)3 対Si(OR)4 のモル比が3:1未満で
あり、各々のRは酸素原子によって珪素と結合したとき
に加水分解性の置換基を形成する独立した有機基である
シラン混合物と、さらに酸素含有極性有機溶媒、水、及
び酸を含む混合物を形成し、次いで共加水分解物が生成
するに充分な時間まで該混合物中のシランの加水分解を
促進する。好ましくは、水は化学量論量の同等以下の量
で存在し、酸はハロゲン化水素、カルボン酸、硝酸、硫
酸から選択し、加水分解性置換基が1〜6の炭素原子を
含むアルコキシである。
ーティングし、保護絶縁層を形成するに好適なセラミッ
ク前駆体を製造する方法を提供する。 【構成】 共加水分解性のシランより可溶性の共加水分
解物を製造する方法であって、HSi(OR)3 とSi
(OR)4 の式で表されるシランの混合物であり、HS
i(OR)3 対Si(OR)4 のモル比が3:1未満で
あり、各々のRは酸素原子によって珪素と結合したとき
に加水分解性の置換基を形成する独立した有機基である
シラン混合物と、さらに酸素含有極性有機溶媒、水、及
び酸を含む混合物を形成し、次いで共加水分解物が生成
するに充分な時間まで該混合物中のシランの加水分解を
促進する。好ましくは、水は化学量論量の同等以下の量
で存在し、酸はハロゲン化水素、カルボン酸、硝酸、硫
酸から選択し、加水分解性置換基が1〜6の炭素原子を
含むアルコキシである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、HSi(OR)3 とS
i(OR)4 の式で表されるシランを共加水分解して可
溶性の樹脂状共加水分解物を生成する方法に関する。ま
た、本発明はこの方法によって得られた共加水分解物(c
o-hydrolysate)、及び該共加水分解物を用いて電子デバ
イスを含む種々の基材の上にコーティングを形成する方
法に関する。
i(OR)4 の式で表されるシランを共加水分解して可
溶性の樹脂状共加水分解物を生成する方法に関する。ま
た、本発明はこの方法によって得られた共加水分解物(c
o-hydrolysate)、及び該共加水分解物を用いて電子デバ
イスを含む種々の基材の上にコーティングを形成する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来技
術において、溶媒に溶けたオルガノトリアルコキシシラ
ンは、酸性条件において水によって加水分解されること
が知られている。Eabornの「オルガノシリコン化合物(B
utterworthの技術系出版物、ロンドン、1960年、301
頁)」を参照されたい。しかし、得られる加水分解産物
は不安定なことがあり、生成した後にしばしば縮合し、
不溶性のオルガノポリシロキサンのゲルを生成すること
がある。
術において、溶媒に溶けたオルガノトリアルコキシシラ
ンは、酸性条件において水によって加水分解されること
が知られている。Eabornの「オルガノシリコン化合物(B
utterworthの技術系出版物、ロンドン、1960年、301
頁)」を参照されたい。しかし、得られる加水分解産物
は不安定なことがあり、生成した後にしばしば縮合し、
不溶性のオルガノポリシロキサンのゲルを生成すること
がある。
【0003】同様な加水分解と縮合反応が有機官能基を
有するヒドリドシラン(Si−H結合を有するシラン)
で生じることが知られている。ここで、これらのSi−
H結合は開裂を生じ易く、不溶性のゲルの生成となる。
例えば、Mullerは「Chem Tech 2(1950) 、頁7〜13及び
41〜49」において、アルコール中でのトリエトキシシラ
ンのシラントリオールへの加水分解は不溶性のゲルの生
成に結びつくことを開示している。
有するヒドリドシラン(Si−H結合を有するシラン)
で生じることが知られている。ここで、これらのSi−
H結合は開裂を生じ易く、不溶性のゲルの生成となる。
例えば、Mullerは「Chem Tech 2(1950) 、頁7〜13及び
41〜49」において、アルコール中でのトリエトキシシラ
ンのシラントリオールへの加水分解は不溶性のゲルの生
成に結びつくことを開示している。
【0004】Leveneの米国特許第3811918 号は、加熱し
て保護ガラスコーティングを形成することができる耐ゲ
ル化性のガラス前駆体組成物の形成を開示している。コ
ーティング組成物は、溶媒中での珪素アルコキシドの部
分的加水分解、部分的加水分解産物と金属酸化物生成用
化合物水溶液との反応、付加的水を用いたこの溶液の加
水分解、次いで酸を添加して安定なゲルの無い溶液の形
成により作成される。
て保護ガラスコーティングを形成することができる耐ゲ
ル化性のガラス前駆体組成物の形成を開示している。コ
ーティング組成物は、溶媒中での珪素アルコキシドの部
分的加水分解、部分的加水分解産物と金属酸化物生成用
化合物水溶液との反応、付加的水を用いたこの溶液の加
水分解、次いで酸を添加して安定なゲルの無い溶液の形
成により作成される。
【0005】Hayes の米国特許第4395563 号は、アルコ
キシシランに化学量論的に過剰な水と酸触媒を混合する
ことによるアルコキシシランの加水分解法を開示してい
る。次いで得られた加水分解混合物を中和し、加水分解
物を分離する。LeveneとHayes はいずれもシランの共加
水分解(co-hydrolysis) を開示、暗示、提案していな
い。
キシシランに化学量論的に過剰な水と酸触媒を混合する
ことによるアルコキシシランの加水分解法を開示してい
る。次いで得られた加水分解混合物を中和し、加水分解
物を分離する。LeveneとHayes はいずれもシランの共加
水分解(co-hydrolysis) を開示、暗示、提案していな
い。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明者ら
は、本発明のプロセスが、コーティングを作成するため
に使用することができる可溶性樹脂を作成するシラン共
加水分解法を提供することを新たに見出した。本発明の
方法は、可溶性の樹脂状の共加水分解産物を形成するた
めの、式:HSi(OR)3 とSi(OR)4 のシラン
共加水分解法に関係する。これらの式におけるRは、酸
素原子によってシリコンに結合した場合に加水分解性置
換基を形成する独立した有機基である。この方法は最初
にシラン、酸素含有極性有機溶媒、水、酸を混合する。
次いでこの混合物の加水分解を、シランを加水分解する
又は部分的に加水分解するに充分な時間まで促進する。
は、本発明のプロセスが、コーティングを作成するため
に使用することができる可溶性樹脂を作成するシラン共
加水分解法を提供することを新たに見出した。本発明の
方法は、可溶性の樹脂状の共加水分解産物を形成するた
めの、式:HSi(OR)3 とSi(OR)4 のシラン
共加水分解法に関係する。これらの式におけるRは、酸
素原子によってシリコンに結合した場合に加水分解性置
換基を形成する独立した有機基である。この方法は最初
にシラン、酸素含有極性有機溶媒、水、酸を混合する。
次いでこの混合物の加水分解を、シランを加水分解する
又は部分的に加水分解するに充分な時間まで促進する。
【0007】また、本発明は式:HSi(OH)x (O
R)y Oz/2 とSi(OH)a (OR)b Oc/2 の単位
を有する可溶性樹脂の共加水分解生成物ポリマーに関係
し、ここでRは酸素原子によって珪素に結合したときに
加水分解性置換基を形成する独立した有機基であり、x
=0〜2、y=0〜2、z=1〜3、x+y+z=3、
a=0〜3、b=0〜3、c=1〜4、a+b+c=4
である。
R)y Oz/2 とSi(OH)a (OR)b Oc/2 の単位
を有する可溶性樹脂の共加水分解生成物ポリマーに関係
し、ここでRは酸素原子によって珪素に結合したときに
加水分解性置換基を形成する独立した有機基であり、x
=0〜2、y=0〜2、z=1〜3、x+y+z=3、
a=0〜3、b=0〜3、c=1〜4、a+b+c=4
である。
【0008】また、本発明は基材上にコーティングを形
成する方法に関係し、基材を上記の水解物でコーティン
グし、次いで約50〜約1000℃の温度に加熱する。
本発明の方法によって共加水分解されるシランは、HS
i(OR)3 とSi(OR)4 の式を有する。Rは酸素
原子によって珪素に結合したときに加水分解性置換基を
形成する任意の有機基でよい。一般にこれらの有機基は
1〜20の炭素原子を含む。加水分解性置換基の例に
は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ヘキ
ソキシのようなアルコキシ;エテノキシ、プロペノキシ
のようなアルケノキシ;シクロペントキシ、シクロヘキ
ソシキのようなシクロアルコキシ;フェノキシのような
アリールオキシ;シクロペントキシのようなシクロアル
ケニロキン;アセトキシのようなアシロキシがある。好
ましいシランは1〜6の炭素原子を有するアルコキシ置
換基を含み、最も好ましいシランはメトキシ及び/又は
エトキシ置換基を有する。
成する方法に関係し、基材を上記の水解物でコーティン
グし、次いで約50〜約1000℃の温度に加熱する。
本発明の方法によって共加水分解されるシランは、HS
i(OR)3 とSi(OR)4 の式を有する。Rは酸素
原子によって珪素に結合したときに加水分解性置換基を
形成する任意の有機基でよい。一般にこれらの有機基は
1〜20の炭素原子を含む。加水分解性置換基の例に
は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ヘキ
ソキシのようなアルコキシ;エテノキシ、プロペノキシ
のようなアルケノキシ;シクロペントキシ、シクロヘキ
ソシキのようなシクロアルコキシ;フェノキシのような
アリールオキシ;シクロペントキシのようなシクロアル
ケニロキン;アセトキシのようなアシロキシがある。好
ましいシランは1〜6の炭素原子を有するアルコキシ置
換基を含み、最も好ましいシランはメトキシ及び/又は
エトキシ置換基を有する。
【0009】各々のシランの割合は所望とする生成物に
よって広い範囲で変わることができる。例えば、HSi
(OR)3 対Si(OR)4 のモル%は1/1000〜
1000/1の範囲で変わることができ、1/100〜
100/1の範囲が最も好ましい。ここで、この比が3
/1未満のときに得られた物質の寿命が概して長いこと
が見出されている。
よって広い範囲で変わることができる。例えば、HSi
(OR)3 対Si(OR)4 のモル%は1/1000〜
1000/1の範囲で変わることができ、1/100〜
100/1の範囲が最も好ましい。ここで、この比が3
/1未満のときに得られた物質の寿命が概して長いこと
が見出されている。
【0010】上記のシランを特許請求の範囲に記載の共
加水分解条件に供した場合、加水分解性の置換基は少な
くとも部分的に、ヒドロキシル基及び/又はSi−O−
Si結合と置換する。本発明の新規性は、この加水分解
がSi−H結合の開裂なしに生じ、したがって可溶性生
成物が得られることである。上記のシランは酸素含有極
性有機溶媒、水、及び酸を含む混合物の中で加水分解さ
れる。使用する酸素含有極性有機溶媒は、シランを溶解
することができて加水分解を助長する溶媒である。一般
に、溶媒は安定のために得られた共加水分解物と水素結
合することができる塩基である。適切な溶媒の例として
は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタ
ノールのようなアルコール;グリコールのようなポリオ
ール;エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサ
ンのようなエーテル;アセトン、メチルエチルケトンの
ようなケトン;メチルアセテートのようなエステル、エ
チレングリコールのモノメチルエーテルのようなグリコ
ールエーテル、プロピレングリコールのモノメチルエー
テルがある。また、このような溶媒にトルエンやキシレ
ンのような他の相溶性の種々の溶媒を混合してもよい。
ここで、好ましい溶媒はアルコール、例えばエタノー
ル、イソプロパノール、ブタノール、又はこれらの混合
物である。
加水分解条件に供した場合、加水分解性の置換基は少な
くとも部分的に、ヒドロキシル基及び/又はSi−O−
Si結合と置換する。本発明の新規性は、この加水分解
がSi−H結合の開裂なしに生じ、したがって可溶性生
成物が得られることである。上記のシランは酸素含有極
性有機溶媒、水、及び酸を含む混合物の中で加水分解さ
れる。使用する酸素含有極性有機溶媒は、シランを溶解
することができて加水分解を助長する溶媒である。一般
に、溶媒は安定のために得られた共加水分解物と水素結
合することができる塩基である。適切な溶媒の例として
は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタ
ノールのようなアルコール;グリコールのようなポリオ
ール;エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサ
ンのようなエーテル;アセトン、メチルエチルケトンの
ようなケトン;メチルアセテートのようなエステル、エ
チレングリコールのモノメチルエーテルのようなグリコ
ールエーテル、プロピレングリコールのモノメチルエー
テルがある。また、このような溶媒にトルエンやキシレ
ンのような他の相溶性の種々の溶媒を混合してもよい。
ここで、好ましい溶媒はアルコール、例えばエタノー
ル、イソプロパノール、ブタノール、又はこれらの混合
物である。
【0011】溶媒(複数でもよい)は、一般に、シラン
を1〜50重量%、好ましくは5〜25重量%の固形分
で希釈する量で使用する。溶媒の全量を加水分解混合物
の中に含めることができ、或いは、加水分解のためにシ
ランを希釈し、次いで得られた加水分解物を安定性を付
加するためにさらに希釈してもよい。また、シランを加
水分解又は部分的に加水分解するに有効な量で、水を加
水分解混合物の中に含ませる。完全な加水分解に必要な
水の化学量論量は次のようにして計算できる。次の反応
によって1モルの水が2/3モルのHSi(OR)3又
は1/2モルのSi(OR)4 を加水分解する。
を1〜50重量%、好ましくは5〜25重量%の固形分
で希釈する量で使用する。溶媒の全量を加水分解混合物
の中に含めることができ、或いは、加水分解のためにシ
ランを希釈し、次いで得られた加水分解物を安定性を付
加するためにさらに希釈してもよい。また、シランを加
水分解又は部分的に加水分解するに有効な量で、水を加
水分解混合物の中に含ませる。完全な加水分解に必要な
水の化学量論量は次のようにして計算できる。次の反応
によって1モルの水が2/3モルのHSi(OR)3又
は1/2モルのSi(OR)4 を加水分解する。
【0012】
【化1】
【0013】したがって、1モルのHSi(OR)3 を
完全に加水分解するには1.5モルの水が必要であり、
1モルのSi(OR)4 を完全に加水分解するには2モ
ルの水が必要である。一般に、水の量が限られていると
きに加水分解物の安定性が増す(即ち、部分的な加水分
解物が生成)。したがって、一般に化学量論の水より少
ない水を使用することが好ましい(即ち、完全な加水分
解に必要な水よりも少ない量の水)。
完全に加水分解するには1.5モルの水が必要であり、
1モルのSi(OR)4 を完全に加水分解するには2モ
ルの水が必要である。一般に、水の量が限られていると
きに加水分解物の安定性が増す(即ち、部分的な加水分
解物が生成)。したがって、一般に化学量論の水より少
ない水を使用することが好ましい(即ち、完全な加水分
解に必要な水よりも少ない量の水)。
【0014】また、加水分解反応を触媒するため、及び
生成後の加水分解物の安定のために本発明の加水分解混
合物の中に酸又は酸の混合物を含ませる。一般に、殆ど
の無機酸といくつかの有機酸がこの役割をすることがで
きる。適切な薬剤の例にはハロゲン化水素、例えばHC
l、HF、硝酸、硫酸、又は酢酸のようなカルボン酸が
ある。これらは反応媒体を酸性化することができる量
で、濃縮又は希釈の形態で使用することができる。一般
に、5%酸水溶液を混合物の重さを基準に0.1重量%
以上添加すると有効であることができ、より好ましく
は、該希釈溶液の0.4重量%以上の添加である。
生成後の加水分解物の安定のために本発明の加水分解混
合物の中に酸又は酸の混合物を含ませる。一般に、殆ど
の無機酸といくつかの有機酸がこの役割をすることがで
きる。適切な薬剤の例にはハロゲン化水素、例えばHC
l、HF、硝酸、硫酸、又は酢酸のようなカルボン酸が
ある。これらは反応媒体を酸性化することができる量
で、濃縮又は希釈の形態で使用することができる。一般
に、5%酸水溶液を混合物の重さを基準に0.1重量%
以上添加すると有効であることができ、より好ましく
は、該希釈溶液の0.4重量%以上の添加である。
【0015】反応体の適切な量を計算し、それらを混合
して加水分解混合物を形成する。任意の反応体の混合順
序を使用することができるが、シランを溶媒に溶かし、
次いで酸と水を溶液に添加することが一般に好ましい。
一般に、上記の成分を混合したときに若干の加水分解が
生じる。ここで、反応速度を高めるため、温度制御及び
/又は攪拌のような各種の促進手段を使用する。例え
ば、40〜100℃の若干の加熱をしながら0.1〜2
4時間混合物を攪拌すると、一般に所望の加水分解物が
生成することができる。
して加水分解混合物を形成する。任意の反応体の混合順
序を使用することができるが、シランを溶媒に溶かし、
次いで酸と水を溶液に添加することが一般に好ましい。
一般に、上記の成分を混合したときに若干の加水分解が
生じる。ここで、反応速度を高めるため、温度制御及び
/又は攪拌のような各種の促進手段を使用する。例え
ば、40〜100℃の若干の加熱をしながら0.1〜2
4時間混合物を攪拌すると、一般に所望の加水分解物が
生成することができる。
【0016】シランの他に、上記の混合物中に改質用酸
化物セラミック前駆体を含ませ、共加水分解して加水分
解物を生成することができる。このような酸化物セラミ
ック前駆体の例には、溶液に溶け、加水分解され、次い
で比較的低い温度と比較的速い反応速度で熱分解して酸
化物セラミックコーティングを形成することができる種
々の金属、例えばアルミニウム、チタン、ジルコニウ
ム、タンタル、ニオブ、及び/又はバナジウムの化合
物、及び種々の非金属、例えばホウ素、燐の化合物があ
る。
化物セラミック前駆体を含ませ、共加水分解して加水分
解物を生成することができる。このような酸化物セラミ
ック前駆体の例には、溶液に溶け、加水分解され、次い
で比較的低い温度と比較的速い反応速度で熱分解して酸
化物セラミックコーティングを形成することができる種
々の金属、例えばアルミニウム、チタン、ジルコニウ
ム、タンタル、ニオブ、及び/又はバナジウムの化合
物、及び種々の非金属、例えばホウ素、燐の化合物があ
る。
【0017】上記の酸化物セラミック前駆体化合物は、
一般に、上記の金属又は非金属に結合した1以上の(金
属等の原子価にもよる)加水分解性の基を有する。これ
らの化合物中の加水分解性の基の数は、化合物が溶媒中
で可溶性であれば重要ではない。同様に、置換基は系の
外に加水分解又は熱分解されるため、正確な加水分解性
置換基の選択は重要ではない。典型的な加水分解性の基
にはアルコキシ、例えばメトキシ、プロポキシ、ブトキ
シ、及びヘトキシ、アシロキシ、例えばアセトキシ、又
は該金属又は非金属に酸素によって結合したこの他の有
機基、例えばアセチルアセテートがある。具体的な化合
物としては、ジルコニウムテトラセチルアセトネート、
チタンジブトキシジアセチルアセトネート、アルミニウ
ムトリアセチルアセトネート、テトライソブトキシチタ
ンがある。改質用酸化物セラミック前駆体は、一般に、
最終的なセラミックコーティングが0.1〜30重量%
の改質酸化物セラミックを含むような量で存在させる。
一般に、上記の金属又は非金属に結合した1以上の(金
属等の原子価にもよる)加水分解性の基を有する。これ
らの化合物中の加水分解性の基の数は、化合物が溶媒中
で可溶性であれば重要ではない。同様に、置換基は系の
外に加水分解又は熱分解されるため、正確な加水分解性
置換基の選択は重要ではない。典型的な加水分解性の基
にはアルコキシ、例えばメトキシ、プロポキシ、ブトキ
シ、及びヘトキシ、アシロキシ、例えばアセトキシ、又
は該金属又は非金属に酸素によって結合したこの他の有
機基、例えばアセチルアセテートがある。具体的な化合
物としては、ジルコニウムテトラセチルアセトネート、
チタンジブトキシジアセチルアセトネート、アルミニウ
ムトリアセチルアセトネート、テトライソブトキシチタ
ンがある。改質用酸化物セラミック前駆体は、一般に、
最終的なセラミックコーティングが0.1〜30重量%
の改質酸化物セラミックを含むような量で存在させる。
【0018】プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキ
シド、イソブトキシド、又はアセチルアセトネートのよ
うな置換基を含む反応性が高い改質用酸化物セラミック
前駆体の場合、改質用酸化物セラミック前駆体とシラン
とを予備混合し、例えばエタノール中で加熱して還流し
て、調節された速度で均一に加水分解することができる
均一な反応混合物を提供することができる。ここで、縮
合反応なしに上記の高反応性改質用酸化物セラミック前
駆体とシランの混合物を加水分解しようとすると、シラ
ンよりも優先して速い改質用酸化物セラミック前駆体の
加水分解が生じ、反応混合物の早期で不均一なゲル化と
なることがある。
シド、イソブトキシド、又はアセチルアセトネートのよ
うな置換基を含む反応性が高い改質用酸化物セラミック
前駆体の場合、改質用酸化物セラミック前駆体とシラン
とを予備混合し、例えばエタノール中で加熱して還流し
て、調節された速度で均一に加水分解することができる
均一な反応混合物を提供することができる。ここで、縮
合反応なしに上記の高反応性改質用酸化物セラミック前
駆体とシランの混合物を加水分解しようとすると、シラ
ンよりも優先して速い改質用酸化物セラミック前駆体の
加水分解が生じ、反応混合物の早期で不均一なゲル化と
なることがある。
【0019】反応性改質用酸化物セラミック前駆体を共
加水分解する別な方法として、前記のようにしてシラン
を加水分解し、次いで改質用酸化物セラミック前駆体、
及び該改質用酸化物セラミック前駆体を加水分解する化
学量論の水の量と同等以下の水を加水分解物の溶液に添
加する。この混合物の加水分解を前記のようにして促進
すると、均一で可溶性の加水分解物が生じる。
加水分解する別な方法として、前記のようにしてシラン
を加水分解し、次いで改質用酸化物セラミック前駆体、
及び該改質用酸化物セラミック前駆体を加水分解する化
学量論の水の量と同等以下の水を加水分解物の溶液に添
加する。この混合物の加水分解を前記のようにして促進
すると、均一で可溶性の加水分解物が生じる。
【0020】上記の共加水分解物に、熱分解時のセラミ
ック化の速度と割合を増加することを助長する白金又は
ロジウム触媒を添加し、触媒することができる。この混
合物中に可溶化する任意の白金又はロジウムの化合物又
は錯体を使用することができる。例えば、白金アセチル
アセトネートのような有機白金化合物、RhCl3 〔S
(CH2 CH2 CH2 CH3)2 〕3 のようなロジウム触
媒がある(ダウコーニング社、ミッドランド、ミシガン
州)。一般に上記の触媒は、溶液中の樹脂の重さを基準
に1〜1000ppmの白金又はロジウムの量で溶液に
添加する。
ック化の速度と割合を増加することを助長する白金又は
ロジウム触媒を添加し、触媒することができる。この混
合物中に可溶化する任意の白金又はロジウムの化合物又
は錯体を使用することができる。例えば、白金アセチル
アセトネートのような有機白金化合物、RhCl3 〔S
(CH2 CH2 CH2 CH3)2 〕3 のようなロジウム触
媒がある(ダウコーニング社、ミッドランド、ミシガン
州)。一般に上記の触媒は、溶液中の樹脂の重さを基準
に1〜1000ppmの白金又はロジウムの量で溶液に
添加する。
【0021】加水分解物の生成の間に部分的な縮合が自
発的に生じることがある。したがって、得られた樹脂状
加水分解は次の式: HSi(OX)x (OR)y Oz/2 とSi(OH)
a (OR)b Oc/2 の単位を含むポリマーである。ここで、Rはそのシラン
について限定され、x=0〜2、y=0〜2、z=1〜
3、x+y+z=3、a=0〜3、b=0〜3、c=1
〜4、a+b+c=4である。樹脂はここで開示の酸性
化した溶媒に可溶であり、その安定性は主として加水分
解と縮合の程度に依存する。
発的に生じることがある。したがって、得られた樹脂状
加水分解は次の式: HSi(OX)x (OR)y Oz/2 とSi(OH)
a (OR)b Oc/2 の単位を含むポリマーである。ここで、Rはそのシラン
について限定され、x=0〜2、y=0〜2、z=1〜
3、x+y+z=3、a=0〜3、b=0〜3、c=1
〜4、a+b+c=4である。樹脂はここで開示の酸性
化した溶媒に可溶であり、その安定性は主として加水分
解と縮合の程度に依存する。
【0022】上記の樹脂は基材上のコーティングを形成
するために使用できる。一般にこのようなコーティング
の形成方法は、基材の表面上に樹脂の溶液を適用し、次
いでコーティングした基材を熱分解することを含む。基
材のコーティング法はスピンコーティング、浸漬コーテ
ィング、スプレーコーティング、フローコーティング等
でよい。ここで、他の同等な方法もまた本発明に含まれ
る。
するために使用できる。一般にこのようなコーティング
の形成方法は、基材の表面上に樹脂の溶液を適用し、次
いでコーティングした基材を熱分解することを含む。基
材のコーティング法はスピンコーティング、浸漬コーテ
ィング、スプレーコーティング、フローコーティング等
でよい。ここで、他の同等な方法もまた本発明に含まれ
る。
【0023】次いでコーティングした基材からコーティ
ング溶液中の溶媒を蒸発させ、プレセラミックの樹脂コ
ーティングの堆積が生成する。周囲雰囲気に接触させる
ことによる単なる空気乾燥、真空や若干の加熱(50℃
未満)、早期の加温処理のような任意の適切な蒸発手段
を使用することができる。スピンコーティングを使用し
た場合、回転により溶媒が飛散するため追加の乾燥時間
は短くなることに留意すべきである。
ング溶液中の溶媒を蒸発させ、プレセラミックの樹脂コ
ーティングの堆積が生成する。周囲雰囲気に接触させる
ことによる単なる空気乾燥、真空や若干の加熱(50℃
未満)、早期の加温処理のような任意の適切な蒸発手段
を使用することができる。スピンコーティングを使用し
た場合、回転により溶媒が飛散するため追加の乾燥時間
は短くなることに留意すべきである。
【0024】コーティングを適用した後、熱分解雰囲気
により、50℃〜約1000℃の温度る加熱する。この
ような雰囲気には空気、酸素、酸素プラズマ、不活性ガ
ス、水蒸気(例、スチーム)、アンモニア、アミン、及
びこの他の酸化性ガス、例えば酸化窒素がある。一般
に、加熱は樹脂がシリカに完全に添加する時間まで継続
する。加熱時間は温度にも依存するが、一般に非常に薄
い皮膜についての数分間から非常に熱い皮膜についての
数時間まである。特に好ましくは、コーティングした基
材を100〜600℃の温度で6時間まで加熱する。
により、50℃〜約1000℃の温度る加熱する。この
ような雰囲気には空気、酸素、酸素プラズマ、不活性ガ
ス、水蒸気(例、スチーム)、アンモニア、アミン、及
びこの他の酸化性ガス、例えば酸化窒素がある。一般
に、加熱は樹脂がシリカに完全に添加する時間まで継続
する。加熱時間は温度にも依存するが、一般に非常に薄
い皮膜についての数分間から非常に熱い皮膜についての
数時間まである。特に好ましくは、コーティングした基
材を100〜600℃の温度で6時間まで加熱する。
【0025】一般に、石英管状炉、熱対流炉、又は放射
エネルギー、マイクロ波エネルギーのような任意の加熱
方法が有用である。同様に昇温速度は一般に極めて重要
な因子ではなく、殆どの場合、できるだけ速く基材を加
熱することが現実的であり好ましい。加熱により、これ
らの加水分解物はアモルファスシリカの平滑な層に変わ
る。これらの層は電子回路のコーティングに特に有用で
あることが見出されており、環境の負荷から回路の保全
性を保つための平滑な保護コーティングとして役立ち、
多層デバイスに使用する誘電体として機能する。これら
は回路表面に直接適用することができ、又は結合パッ
ド、一次パッシベーションのピンホールやクラックをシ
ールするための一次不活性化回路表面に適用することが
できる。また、これらのコーティングは次に適用するコ
ーティングの接着面を提供する。この次のコーティング
には、米国特許第4753855 号に開示のような追加の不活
性化及び/又はバリヤ層がある。
エネルギー、マイクロ波エネルギーのような任意の加熱
方法が有用である。同様に昇温速度は一般に極めて重要
な因子ではなく、殆どの場合、できるだけ速く基材を加
熱することが現実的であり好ましい。加熱により、これ
らの加水分解物はアモルファスシリカの平滑な層に変わ
る。これらの層は電子回路のコーティングに特に有用で
あることが見出されており、環境の負荷から回路の保全
性を保つための平滑な保護コーティングとして役立ち、
多層デバイスに使用する誘電体として機能する。これら
は回路表面に直接適用することができ、又は結合パッ
ド、一次パッシベーションのピンホールやクラックをシ
ールするための一次不活性化回路表面に適用することが
できる。また、これらのコーティングは次に適用するコ
ーティングの接着面を提供する。この次のコーティング
には、米国特許第4753855 号に開示のような追加の不活
性化及び/又はバリヤ層がある。
【0026】当該技術の関係者が本発明をさらに充分に
理解できるように、次の例を用意した。
理解できるように、次の例を用意した。
【0027】
【実施例】例1 2.738gのHSi(OEt)3 、3.471gのS
i(OEt)4 、8.951gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.840gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
i(OEt)4 、8.951gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.840gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
【0028】上記の混合物を2.54cm(1インチ)
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
アンモニアと水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で
3時間加熱した。シリコンウェハーのFTIRスペクト
ルは、1062cm-1の典型的なSi−O−Siバンド
を示し、2245cm-1でのSi−Hバンドと3200
〜3700cm-1でのSiOHバンドは存在しないこと
を示した。コーティングは厚さが0.6483ミクロン
であり、屈折率は1.427(8300ガンマ)であっ
た。
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
アンモニアと水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で
3時間加熱した。シリコンウェハーのFTIRスペクト
ルは、1062cm-1の典型的なSi−O−Siバンド
を示し、2245cm-1でのSi−Hバンドと3200
〜3700cm-1でのSiOHバンドは存在しないこと
を示した。コーティングは厚さが0.6483ミクロン
であり、屈折率は1.427(8300ガンマ)であっ
た。
【0029】例2 4.105gのHSi(OEt)3 、1.735gのS
i(OEt)4 、9.321gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.840gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
i(OEt)4 、9.321gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.840gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
【0030】上記の混合物を2.54cm(1インチ)
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
アンモニアと水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で
3時間加熱した。シリコンウェハーのFTIRスペクト
ルは、1062cm-1の典型的なSi−O−Siバンド
を示し、2245cm-1でのSi−Hバンドは存在せ
ず、また微量のSiOHの存在を示した。コーティング
は厚さが0.6801ミクロンであり、屈折率は1.4
05(8300ガンマ)であった。
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
アンモニアと水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で
3時間加熱した。シリコンウェハーのFTIRスペクト
ルは、1062cm-1の典型的なSi−O−Siバンド
を示し、2245cm-1でのSi−Hバンドは存在せ
ず、また微量のSiOHの存在を示した。コーティング
は厚さが0.6801ミクロンであり、屈折率は1.4
05(8300ガンマ)であった。
【0031】例3 4.927gのHSi(OEt)3 、0.695gのS
i(OEt)4 、9.539gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.840gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
i(OEt)4 、9.539gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.840gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
【0032】上記の混合物を2.54cm(1インチ)
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
アンモニアと水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で
3時間加熱した。シリコンウェハーのFTIRスペクト
ルは、1062cm-1の典型的なSi−O−Siバンド
を示し、2245cm-1でのSi−Hバンドは存在せ
ず、また微量のSiOHの存在を示した。コーティング
は厚さが0.6269ミクロンであり、屈折率は1.4
18(8300ガンマ)であった。
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
アンモニアと水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で
3時間加熱した。シリコンウェハーのFTIRスペクト
ルは、1062cm-1の典型的なSi−O−Siバンド
を示し、2245cm-1でのSi−Hバンドは存在せ
ず、また微量のSiOHの存在を示した。コーティング
は厚さが0.6269ミクロンであり、屈折率は1.4
18(8300ガンマ)であった。
【0033】例4 1.368gのHSi(OEt)3 、5.206gのS
i(OEt)4 、8.587gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.898gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
i(OEt)4 、8.587gのイソプロピルアルコー
ル、及び3滴の5%HClを含む0.898gの水を混
合して混合物を調製した。混合物を攪拌しながら60〜
70℃に45分間加熱し、次いで放冷した。得られた混
合物に4.0gのブタノールを添加した。
【0034】上記の混合物を2.54cm(1インチ)
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で3時間加熱し
た。シリコンウェハーのFTIRスペクトルは、106
2cm-1の典型的なSi−O−Siバンドを示し、22
45cm-1でのSi−Hバンドは存在せず、また微量の
SiOHの存在を示した。コーティングは厚さが0.6
443ミクロンであり、屈折率は1.418(8300
ガンマ)であった。
のシリコンウェハー上に3000RPMの35秒間の条
件でスピンコートした。コーティングしたウェハーを、
水酸化アンモニウム蒸気中にて450℃で3時間加熱し
た。シリコンウェハーのFTIRスペクトルは、106
2cm-1の典型的なSi−O−Siバンドを示し、22
45cm-1でのSi−Hバンドは存在せず、また微量の
SiOHの存在を示した。コーティングは厚さが0.6
443ミクロンであり、屈折率は1.418(8300
ガンマ)であった。
【0035】 表1.保存寿命 ──────────────────────────────── 例No. モル比1) 加水分解% 保存寿命 ─────────────────────────────── 2 3/1 86 2週間 3 9/1 90 1週間 4 1/3 80 7ヵ月 C* 1/0 90 1週間 ─────────────────────────────── 1)HSi(OEt)3 /Si(OEt)4 のモル比 C*:比較例、トリエトキシシランのみを加水分解
Claims (14)
- 【請求項1】 共加水分解性のシランより可溶性の共加
水分解物を製造する方法であって、 HSi(OR)3 とSi(OR)4 の式で表されるシラ
ンの混合物であり、HSi(OR)3 対Si(OR)4
のモル比が3:1未満であって、各々のRは酸素原子に
よって珪素と結合したときに加水分解性の置換基を形成
する独立した有機基であるシラン混合物と、酸素含有極
性有機溶媒、水、及び酸を含む混合物を形成し、 次いで共加水分解物が生成するに充分な時間まで該混合
物中のシランの加水分解を促進する共加水分解物の製造
方法。 - 【請求項2】 水が化学量論量の同等以下の量で存在す
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 酸がハロゲン化水素、カルボン酸、硝
酸、硫酸から選択された請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 加水分解性置換基が1〜6の炭素原子を
含むアルコキシである請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 シランがトリエトキシシランとテトラエ
トキシシランを含んでなる請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 溶媒がアルコール又は混合アルコールで
あり、シランを1〜50重量%の固形分で希釈するに充
分な量で存在する請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 混合物がさらに、チタン、ジルコニウ
ム、アルミニウム、タンタル、バナジウム、ニオブ、ホ
ウ素、燐から選択された元素を含む化合物を含んでなる
改質用酸化物セラミック前駆体を含み、該化合物がアル
コキシ又はアシロキシから選択された少なくとも1種の
加水分解性置換基を含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 40〜100℃の温度で0.1〜24時
間加熱することによって加水分解を促進する請求項1に
記載の方法。 - 【請求項9】 酸素含有極性有機溶媒に付加的な相溶性
溶媒をさらに混合する請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 HSi(OX)x (OR)y Oz/2 と
Si(OH)a (OR)b Oc/2 で表される式の単位を
有するポリマーであって、各々のRは酸素原子によって
珪素と結合したときに加水分解性の置換基を形成する独
立した有機基であり、x=0〜2、y=0〜2、z=1
〜3、x+y+z=3、a=0〜3、b=0〜3、c=
1〜4、a+b+c=4であり、HSi(OX)x (O
R)yOz/2 の単位とSi(OH)a (OR)b Oc/2
の単位の比が3:1未満であるポリマーを含んでなる安
定な可溶性の樹脂状の共加水分解物。 - 【請求項11】 白金又はロジウムの触媒が付加的に存
在する請求項10に記載の共加水分解物。 - 【請求項12】 HSi(OX)x (OR)y Oz/2 と
Si(OH)a (OR)b Oc/2 で表される式の単位と
改質用酸化物セラミック単位を有するポリマーであっ
て、各々のRは酸素原子によって珪素と結合したときに
加水分解性の置換基を形成する独立した有機基であり、
x=0〜2、y=0〜2、z=1〜3、x+y+z=
3、a=0〜3、b=0〜3、c=1〜4、a+b+c
=4であり、該改質用酸化物セラミック単位は、チタ
ン、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、バナジウ
ム、ニオブ、ホウ素、燐から選択された元素、及びアル
コキン又はアシロキシから選択された少なくとも1種の
加水分解性置換基を含む改質用酸化物セラミック前駆体
の加水分解物の縮合生成物(condensed hydrolysate) で
あり、HSi(OX)x (OR)y Oz/2 の単位とSi
(OH)a (OR)b O c/2 の単位の比が3:1未満で
あるポリマーを含んでなる安定な可溶性の樹脂状の共加
水分解物。 - 【請求項13】 請求項10に記載の共加水分解物で基
材をコーティングし、該コーティングした基材を50〜
1000℃の温度に加熱することを含んでなる基材上に
コーティングを形成する方法。 - 【請求項14】 基材が電子デバイスである請求項13
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US6262193A | 1993-05-17 | 1993-05-17 | |
| US062621 | 1993-05-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797448A true JPH0797448A (ja) | 1995-04-11 |
Family
ID=22043698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6102391A Pending JPH0797448A (ja) | 1993-05-17 | 1994-05-17 | セラミックコーティング用の前駆体及びその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5446088A (ja) |
| EP (1) | EP0625532B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0797448A (ja) |
| DE (1) | DE69406585T2 (ja) |
| TW (1) | TW257785B (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09142825A (ja) * | 1995-09-21 | 1997-06-03 | Toagosei Co Ltd | 固体状シリカ誘導体およびその製造方法 |
| JP2002179794A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-26 | Fuji Kagaku Kk | 無機高分子化合物の製造方法、無機高分子化合物、および無機高分子化合物膜 |
| JP2002544388A (ja) * | 1999-05-17 | 2002-12-24 | ユニバーシティー オブ マサチューセッツ | 単層を調製するためにヒドリドシランを用いた表面改変 |
| JP2009545649A (ja) * | 2006-08-04 | 2009-12-24 | ダウ・コーニング・コーポレイション | シリコーン樹脂およびシリコーン組成物 |
| CN111033688A (zh) * | 2017-08-24 | 2020-04-17 | 株式会社Lg化学 | 二氧化硅膜的制造方法 |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2739902B2 (ja) * | 1993-09-30 | 1998-04-15 | 東京応化工業株式会社 | 酸化ケイ素系被膜形成用塗布液 |
| US6423651B1 (en) | 1993-12-27 | 2002-07-23 | Kawasaki Steel Corporation | Insulating film of semiconductor device and coating solution for forming insulating film and method of manufacturing insulating film |
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