高分子材料的合成方法、高分子薄膜的形成方法以及层间绝缘膜的形成方法技术

通过在溶液中使作为路易斯酸的第１单体和作为路易斯碱的第２单体进行路易斯酸碱反应，生成由第１单体和第２单体通过弱电相互作用相结合而成的单体加成物。然后，将含有单体加成物的溶液涂敷在基板上，形成由单体加成物组成的超分子固体薄膜后，加热该超分子固体薄膜，在超分子固体薄膜的内部使第１单体和第２单体进行聚合反应，由此形成高分子薄膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种形成电容率低且机械强度大的高分子材料、高分子薄膜以及层间绝缘膜的方法。
技术介绍
以往，作为被用作超LSI层间绝缘膜的有机高分子膜已知的有，为了提高耐热性使含芳香族的分子进行聚合而形成的有机高分子膜，例如，由聚酰亚胺衍生物、聚芳基醚衍生物、聚喹啉衍生物或者聚对二甲苯衍生物等组成的有机高分子膜。由于这些有机高分子膜以碳作为主要成分，因此与一直以来使用的以SiO2作为主要成分的层间绝缘膜相比，结构分子的极化率小，因而电容率低。因此，有机高分子膜作为电容率低的层间绝缘膜而正受到关注。以碳作为主要成分的有机高分子膜的电容率为约2.4-3.0，低于以SiO2作为主要成分的普通的层间绝缘膜的电容率(约3.3-4.5)。但是，众所周知，即使是以SiO2作为主要成分的层间绝缘膜，在引入了有机成分的有机SOG中也有具有约2.9的电容率的绝缘膜。在以往的有机高分子膜中，因有机分子的极化率比SiO2的极化率还小，所以实现了低电容率，但是为了更加降低电容率，研究了有机高分子膜的多孔质化。然而，如果使有机高分子膜多孔质化，则虽可以大幅度地降低电容率，而另一方面，将导致密合性以及机械强度的降低。这起因于通过有机高分子膜的交联密度的降低来实现由多孔质化带来的电容率的降低的原理缺陷。有机高分子膜的机械强度随着交联密度越高而越大，所以由多孔质化产生的交联密度的下降可导致有机高分子膜的硬度下降，同时也造成了玻璃化转变温度的下降。在为了使层间绝缘膜平坦化而进行化学机械研磨(CMP)时，层间绝缘膜的密合性以及机械强度的下降，会引发破坏布线结构的问题。另外，玻璃化转变温度的下降，在之后对层间绝缘膜进行的热处理工序中会引发软化现象，所以存在所谓引起多层布线结构变形或者破坏的问题。因此，为了在不引起密合性以及机械强度的下降的同时，实现有机高分子膜的低电容率化，在特开平2001-332543号公报中，提出了具有三维空位的三维聚合高分子结构的低电容率有机高分子膜。这是由例如含四个官能团的三维交联分子、和与该三维交联分子的官能团形成化学键的具有两个官能团的直链状分子(二维交联分子)形成共聚物，或者使内部具有空位的分子进行聚合，从而形成具有分子水平大小的三维空位的高分子结构体的方法。根据该方法，则能够在有机高分子膜中形成具有分子水平大小的空位，所以能够使随着交联密度的提高而形成的耐热性的提高(玻璃化转变温度的提高)以及机械强度的提高和低电容率化同时出现。但是，具有高交联密度的有机高分子膜因具有高度的三维网格，所以凝胶化的倾向较强。所谓凝胶是指随着聚合反应而发生交联并由此以大量溶剂被含在网格的状态存在而不溶化的润湿固体。因此，由凝胶化的润湿固体形成成形体或者调制适于薄膜化的原料是非常困难的，同时将凝胶化的润湿固体涂敷在基板上是也不可能的。因此，形成膜中具有分子水平大小的空位且具有高交联密度的有机高分子膜是非常困难的。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供在膜中形成有具有分子水平大小的空位且具有高交联密度的有机高分子膜。为了达到上述目的，本专利技术的第1高分子材料的合成方法具有使溶液状态的路易斯酸和路易斯碱通过酸碱相互作用进行自组织化而形成超分子结构的工序；和通过把超分子结构作为聚合反应场所而使构成超分子结构的路易斯酸和路易斯碱进行聚合，从而生成聚合物的立体结构的工序。根据本专利技术第1高分子材料的合成方法，则由于在聚合物中分布着分子大小的空位，所以能够使空位的大小均匀，同时能够使空位均匀分散。由于没有切断构成聚合物的网格，所以能够提高交联密度。本专利技术第1高分子材料的合成方法中，聚合物的立体结构优选为在内部以高的规律性具有多个微小空位的薄膜。通过以上方法确实能够使由聚合物组成的薄膜的电容率降低，同时由于构成由聚合物组成的薄膜的网格没有被切断，所以交联密度变高且薄膜的机械强度也变大。本专利技术第2高分子材料的合成方法具有在溶液中使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，由此生成由第1单体和第2单体通过弱电相互作用而相结合的单体加成物的工序；通过从含有单体加成物的溶液中挥发溶剂，生成由单体加成物形成的超分子固体的工序；和通过在超分子固体的内部使第1单体和第2单体进行聚合反应，生成高分子固体的工序。根据本专利技术的第2高分子材料的合成方法，则由于在高分子固体中分布着分子大小的空位，所以空位大小变得均匀，同时可使空位均匀分散，从而确实能够使高分子固体的电容率下降。另外，由于构成高分子固体的网格没有被切断，所以交联密度变高，进而提高了机械强度。本专利技术的第2高分子材料的合成方法中，优选路易斯酸为羧酸衍生物、醇衍生物、酮衍生物、醛衍生物或者酸酐衍生物，路易斯碱为胺衍生物。由此，在溶液中确实能够使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，所以在溶液中确实能够生成单体加成物。本专利技术的第2高分子材料的合成方法中，优选路易斯酸为含羧基的金刚烷衍生物，路易斯碱为含氨基的四氨基联苯胺衍生物、含氨基的四氨基苯衍生物、或者含氨基的二氨基二羟基苯衍生物。由此，在溶液中能够更加确实地使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，所以在溶液中能够更加确实地生成单体加成物。此时，含羧基的金刚烷衍生物优选为1-羧基金刚烷衍生物、1，3-二羧基金刚烷衍生物、1，3，5-三羧基金刚烷衍生物或者1，3，5，7-四羧基金刚烷衍生物、或者这些衍生物的混合物。由此能够合成具有柔软性以及缓冲性的高分子材料。本专利技术第2高分子材料的合成方法中，优选路易斯酸为含羧基的苯衍生物、含羧基的联苯胺衍生物、含羧基的萘衍生物、含羧基的蒽衍生物、或者含羧基的并四苯衍生物，路易斯碱为含氨基的金刚烷衍生物。由此，在溶液中能够更加确实地使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，所以在溶液中能够更加确实地生成单体加成物。这时，含氨基的金刚烷衍生物优选为1-氨基金刚烷衍生物、1，3-二氨基金刚烷衍生物、1，3，5-三氨基金刚烷衍生物或者1，3，5，7-四胺衍生物、或者这些衍生物的混合物。由此能够合成具有柔软性以及缓冲性的高分子材料。本专利技术第2高分子材料的合成方法中，最好第1单体以及第1单体中的至少一个含柔性键。此时，柔性键可以由亚甲基形成。本专利技术高分子薄膜的形成方法具有在溶液中使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，由此生成由第1单体和第2单体通过弱电相互作用相结合而成的单体加成物的工序；将含有单体加成物的溶液涂敷在基板上，从而形成由单体加成物组成的超分子固体薄膜的工序；通过加热超分子固体薄膜，在超分子固体薄膜的内部使第1单体和第2单体进行聚合反应，形成高分子薄膜的工序。根据本专利技术高分子薄膜的形成方法，由于在高分子薄膜中分布着分子大小的空位，所以空位大小变得均匀，同时可使空位均匀分散，从而确实能够使高分子膜的电容率下降。另外，由于没有切断构成高分子薄膜的网格，所以交联密度变高，进而提高了高分子薄膜的机械强度。进而，通过将含有由作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体通过弱电相互作用相结合而形成的单体加成物的溶液涂敷在基板上，形成由单体加成物组成的超分子固体薄膜，之后使第1单体和第2单体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子材料的合成方法，具有：使溶液状态的路易斯酸和路易斯碱通过酸碱相互作用进行自组织化而形成超分子结构的工序；和通过把所述超分子结构作为聚合反应场所而使构成所述超分子结构的所述路易斯酸和所述路易斯碱进行聚合，生成聚合物的立体结构的工序。

【技术特征摘要】
JP 2002-4-8 105114/20021.一种高分子材料的合成方法，具有使溶液状态的路易斯酸和路易斯碱通过酸碱相互作用进行自组织化而形成超分子结构的工序；和通过把所述超分子结构作为聚合反应场所而使构成所述超分子结构的所述路易斯酸和所述路易斯碱进行聚合，生成聚合物的立体结构的工序。2.如权利要求1所述的高分子材料的合成方法，其中，所述聚合物的立体结构是在内部以高的规律性具有多个微小空位的薄膜。3.一种高分子材料的合成方法，具有在溶液中使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，由此生成由所述第1单体和所述第2单体通过弱电相互作用相结合而成的单体加成物的工序；通过从含有所述单体加成物的所述溶液中挥发溶剂，生成由所述单体加成物形成的超分子固体的工序；和通过在所述超分子固体的内部使所述第1单体和所述第2单体进行聚合反应，生成高分子固体的工序。4.如权利要求3所述的高分子材料的合成方法，其中，所述路易斯酸是羧酸衍生物、醇衍生物、酮衍生物、醛衍生物或者酸酐衍生物，所述路易斯碱是胺衍生物。5.如权利要求3所述的高分子材料的合成方法，其中，所述路易斯酸是含羧基的金刚烷衍生物，所述路易斯碱是含氨基的四氨基联苯胺衍生物、含氨基的四氨基苯衍生物、或者含氨基的二氨基二羟基苯衍生物。6.如权利要求5所述的高分子材料的合成方法，其中，所述含羧基的金刚烷衍生物是1-羧基金刚烷衍生物、1，3-二羧基金刚烷衍生物、1，3，5-三羧基金刚烷衍生物或者1，3，5，7-四羧基金刚烷衍生物、或者这些衍生物的混合物。7.如权利要求3所述的高分子材料的合成方法，其中，所述路易斯酸是含羧基的苯衍生物、含羧基的联苯胺衍生物、含羧基的萘衍生物、含羧基的蒽衍生物、或者含羧基的并四苯衍生物，所述路易斯碱是含氨基的金刚烷衍生物。8.如权利要求7所述的高分子材料的合成方法，其中，所述含氨基的金刚烷衍生物是1-氨基金刚烷衍生物、1，3-二氨基金刚烷衍生物、1，3，5-三氨基金刚烷衍生物或者1，3，5，7-四胺衍生物、或者这些衍生物的混合物。9.如权利要求3所述的高分子材料的合成方法，其中，所述第1单体以及所述第1单体中的至少一个含柔性键。10.如权利要求9所述的高分子材料的合成方法，其中，所述柔性键由亚甲基形成。11.一种高分子薄膜的形成方法，具有在溶液中使作为路易斯酸的第1单体和作为路易斯碱的第2单体进行路易斯酸碱反应，由此生成由所述第1单体和所述第2单体通过弱电相互作用相结合而成的单体加成物的工序；将含有所述单体加成物的所述溶液涂敷在基板上，形成由所述单体加成物组成的超分子固体薄膜的工序；通过加热所述超分子固体薄膜，在所述超分子固体薄膜的内部使所述第1单体和所述第2单体进行聚合反应，形成高分子薄膜的工序。12.如权利要求11所述的高分子薄膜的形成方法，其中，所述路易斯酸是羧酸衍生物、醇衍生物、酮衍生物、醛衍生物或者酸酐衍生物，所述路易斯碱是胺衍生物。13.如权利要求11所述的高分子薄膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：青井信雄，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]