[发明专利]多孔质二氧化硅前体组合物及其制备方法、多孔质二氧化硅膜及其形成方法、半导体元件、图像显示装置及液晶显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及多孔质二氧化硅前体组合物及其制备方法、多孔质二氧化硅膜及其形成方法、半导体元件、图像显示装置及液晶显示装置。

背景技术

近年来，在LSI制造领域中，元件的微小型化正在发展。由于此微小型化，布线结构中布线间距离变得狭小，因此，若设置在布线间的绝缘层材料介电常数高，则布线间电容升高，结果导致通过布线传达的电信号产生延迟。因此，将低介电常数的多孔质二氧化硅作为绝缘层材料使用的情况很多，尤其是具有疏水性的疏水性多孔质二氧化硅适于作为绝缘层材料已广为知晓(例如，参见专利文献1)。

专利文献1：特开2003-115486号公报(权利要求1等)。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，前述疏水性多孔质二氧化硅，在其前体组合物的制备工序中，为了有机硅烷的水解添加酸性催化剂，因而所得前体组合物为酸性。因此，当将该酸性前体组合物涂布形成疏水性多孔质二氧化硅时，存在着不能使用不耐酸性的旋转涂布装置的问题。

因此，本发明的目的在于解决前述现有技术中存在的问题，提供一种不含作为催化剂的酸及碱的中性多孔质二氧化硅前体组合物及其制备方法。此外，还提供使用多孔质二氧化硅前体组合物的中性多孔质二氧化硅膜及其制备方法。另外，还提供使用所述中性多孔质二氧化硅膜的半导体元件、图像显示装置及液晶显示装置。

解决问题的手段

本发明的多孔质二氧化硅前体组合物，其特征在于，含有下述物质：

化学式1：R¹_m(R²-O)_4-mSi表示的有机硅烷，式中R¹和R²为烷基，可以相同或不相同，m为0～3中的任意整数；

水；

醇；以及

化学式2：R³N(R⁴)₃X表示的季铵化合物，式中R³和R⁴为烷基，可以相同或不相同，X表示卤素原子。

在本发明的多孔质二氧化硅前体组合物中，有机硅烷用于提供构成多孔质二氧化硅的Si，水用于水解有机硅烷而形成-Si-O-Si-键，醇用于调节多孔质二氧化硅前体组合物的粘度同时防止前体组合物凝胶化。季铵化合物具有表面活性剂的作用，同时作为水解催化剂。由于含有这些成分，本发明的多孔质二氧化硅前体组合物为中性，若烧制则表面活性剂蒸发而形成多个空隙，可形成低介电常数膜。

前述烷基，优选碳原子数为7或7以下的烷基。这是因为若碳原子数大于7，则由于烧制时发生的缩聚反应(R-O-Si+Si-OH→Si-O-Si+ROH)的影响，膜的收缩比例变大，产生裂缝，膜易从基板上剥离。

前述季铵化合物中的卤素原子，优选为氯或溴。

优选前述有机硅烷与水的摩尔比为1∶1～1∶30，且前述有机硅烷与醇的摩尔比为1∶10～1∶300。

若水相对有机硅烷1摩尔少于1倍，则不发生水解，因此，不能形成多孔质二氧化硅。另一方面，若水相对有机硅烷1摩尔多于30倍，则水解过度进行短时间内凝胶化。此外，若醇相对有机硅烷1摩尔少于10倍，则所得组合物短时间内易凝胶化，另一方面，若醇相对有机硅烷1摩尔多于300倍，则粘度过低，所得组合物难以涂布。

前述有机硅烷与季铵化合物的摩尔比优选为1∶0.05～1∶0.40。这是因为若季铵化合物相对有机硅烷1摩尔少于0.05倍，则作为表面活性剂的季铵化合物过少而对于有机硅烷不能形成胶束；另一方面，若季铵化合物相对有机硅烷1摩尔多于0.40倍，则涂布后膜为层状，不能形成多孔质膜。

前述多孔质二氧化硅前体组合物优选包含疏水性物质。由于包含疏水性物质，因此所形成的膜具有耐吸湿性，同时可以抑制前体组合物随着时间的变化而变化。

本发明的多孔质二氧化硅前体组合物的制备方法，其特征在于包含混合工序，所述混合工序将下述物质进行混合：

化学式1：R¹_m(R²-O)_4-mSi表示的有机硅烷，式中R¹和R²为烷基，可以相同或不相同，m为0～3中的任意整数；

水；

醇；以及

化学式2：R³N(R⁴)³X表示的季铵化合物，式中R³和R⁴为烷基，可以相同或不相同，X表示卤素原子。