[发明专利]硅氧烷树脂的合成

说明书

相关申请的相互参考

本申请要求下列美国专利申请的权益：1997年4月21日提交的美国临时申请60/044,481；1998年3月20日提交的美国临时申请09/044,831和1998年3月20日提交的美国临时申请09/044,798，在此引入这些专利的全部公开内容作为参考。

发明背景

发明领域

本发明涉及用于集成电路制造的基底的制备方法。具体而言本发明提供了制备硅氧烷树脂的新型改进方法，所述硅氧烷基树脂包括氢化硅氧烷和有机氢化硅氧烷，并且没有从前制备这类材料所伴随的许多缺点。更具体而言本发明涉及利用可避免从前使用的要求危险的催化试剂的催化剂体系缺点的相转移催化剂的合成方法。本发明还涉及可避免迄今一直认为是生产这类树脂所要求的另外的洗涤并纯化步骤的合成方法。

现有技术描述

硅氧烷基树脂在电子和半导体领域用于涂敷硅片和其它类似的元件在该领域是已知的。这种涂敷保护了基底表面并在集成电路的电导体之间形成绝缘层。这种涂敷可用作保护涂层、中间绝缘层、上漆绝缘层以生产晶体管型设备、含硅的负载颜料粘合剂体系以生产电容器和电容器型设备、多层设备、三维设备、绝缘设备上的硅、超导体涂层、超晶格设备等。这些树脂包括氢化硅氧烷和含有一定比例的有机部分的有机氢化硅氧烷。

硅氧烷树脂，如倍半硅氧烷树脂的生产方法是本领域所熟知的。例如，美国专利5,486,564描述了用于电子涂敷的聚氢化倍半硅氧烷熟知的生产方法。但是，该方法使用了危险的发烟硫酸/硫酸作为生产聚氢化倍半硅氧烷的催化剂。尽管在多个步骤中用含有低百分含量硫酸的水清洗，随后通过共沸蒸馏除去所有痕量的水，产物还是被相当量的痕量金属污染。在改正这些缺点的尝试中，美国专利5,416,190描述了使用极性和非极性溶剂对倍半硅氧烷产物进行分级的方法。其它修正这些在生产倍半硅氧烷化合物中的缺陷的尝试在纯化过程中使用了超临界液体提取方法，如美国专利5,063,267所述以及使用了发烟/浓硫酸并用CaCO₃中和的方法，如美国专利5,010,159所述。

也已知这类绝缘薄膜的介电常数是要求集成电路或IC具有低能耗、串音和信号延迟的重要因素。随着IC尺寸持续缩小，这一因素的重要性在增加。因此，能够提供介电常数低于3.0的绝缘薄膜的硅氧烷基树脂材料以及制备这类材料的方法是非常需要的。此外，需要可提供这类还具有高抗裂性的低介电常数的薄膜的硅氧烷基树脂材料以及制备这类材料的方法。也要求这种薄膜在形成约1.0微米(μm)或更厚的厚度时具有低应力。也要求这种硅氧烷基树脂及其制备方法通过标准加工技术提供低介电常数薄膜。以这种方式就避免了要求氨或氨衍生型气氛(参见美国专利5,145,723，1992年9月8日，Ballance等人)、臭氧气氛(参见美国专利5,336,532，Haluska等人)的处理方法或其它非标准型半导体方法。

因此需要通过既有效又不使用有毒催化试剂的方法生产有用的硅氧烷涂敷组合物，如氢化硅氧烷和有机氢化硅氧烷树脂。现在已经令人惊讶地发现使用相转移催化剂的反应可生产所要求的硅氧烷树脂并避免了从前方法中的所有上述缺点。

发明概述

本发明方法提供了通过催化水解并缩合具有通式R¹SiX₃的单体前体高产率生产硅氧烷树脂，例如氢化硅氧烷和氢化倍半硅氧烷以及有机氢化倍半硅氧烷和有机氢化硅氧烷的方法。在所述通式中，X为卤素或OR²，并且R¹和R²独立地为H或烷基或芳基官能团。当R¹和/或R²不为H时，其一或两者均独立地为取代或未取代的直链或支链烷基、环烷基和/或芳基、或其组合物。因此在上述起始化合物或单体前体的水解和缩合中使用一种，或任选一种以上的相转移催化剂来形成所要求的硅氧烷树脂。

因此本发明方法包括下列步骤：在包括非极性溶剂如烃、极性溶剂如醇和水的反应混合物存在下，于可有效将硅烷单体催化转化为氢化硅氧烷和有机氢化硅氧烷的条件下，使硅烷单体与相转移催化剂接触；并随后回收所生产的氢化硅氧烷和有机氢化硅氧烷。