高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備えた電子部品
【課題】高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備える電子部品、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、該高誘電率被膜の製造に用いる高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、および該高誘電率被膜備えた電子部品を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の高誘電率被膜形成用組成物を、（Ａ）少なくとも、
（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化１】
（式中、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）チタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解反応による生成物と、
（Ｂ）溶剤とから構成する。
【解決手段】本発明の高誘電率被膜形成用組成物を、（Ａ）少なくとも、
（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化１】
（式中、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）チタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解反応による生成物と、
（Ｂ）溶剤とから構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備える電子部品に関し、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、該高誘電率被膜の製造に用いる高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、および該高誘電率被膜備えた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲート絶縁膜などとして使用されている高誘電率被膜は、例えば、熱硬化性樹脂からなる有機溶剤に高誘電率の無機粉末を添加したものを繊維強化材に含浸させ、次に溶剤を揮発除去して硬化させる方法、高誘電率の無機粉末を高温で加熱焼成して誘電体を形成する方法などにより製造されていた。しかしながら、前者においては、高誘電率を有する誘電体層を得ることが難しく、後者においては、焼成温度が高いため汎用性が低い、という問題があった。
【０００３】
そこで、これらの問題点を考慮し、特定の無機粒子または無機粒子表面の一部に誘電性金属等を付着させた誘電体用複合粒子と、特定のシラン化合物とを含有した誘電体形成用組成物が開示されていた（下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上のような誘電体形成用組成物に用いられるＴｉ−Ｓｉ系の材料では、テトラアルコキシシランを使用しているため、クラック限界が低く０．２μｍ程度のクラックが発生し、ゲート絶縁膜に求められるクラック耐性という点で問題があった。また、ゲート絶縁膜として必要な耐電圧性においても問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備える電子部品、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、該高誘電率被膜の製造に用いる高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、および該高誘電率被膜備えた電子部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために高誘電率被膜形成用組成物の有機シラン成分およびチタンテトラアルコキシド成分などについて鋭意研究を進めたところ、特定の有機シラン成分およびチタンテトラアルコキシド成分を含む組成物を用いて形成した高誘電率被膜が優れたクラック耐性を有することを見いだし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の高誘電率被膜形成用組成物は、（Ａ）少なくとも、
（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化１】
（式中、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）下記一般式（３）
Ｔｉ（ＯＲ4）4 ・・・（３）
（式中、Ｒ4は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解反応による生成物と、
（Ｂ）溶剤とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ａ）成分の加水分解反応による生成物は、前記トリアルコキシシラン化合物とチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の縮合重合物および／または加水分解物、または前記トリアルコキシシラン化合物と前記チタンテトラアルコキシドとを含む混合物の縮合重合物および／または加水分解物との混合物を含有することを特徴とする。
【００１０】
前記（Ａ）成分のトリアルコキシシラン化合物としては、上記一般式（１）で示される化合物が好ましい。
【００１１】
前記（Ａ）成分は、さらに（ａ−３）下記一般式（４）
Ｒ5Ｓｉ（ＯＲ6）3 ・・・（４）
（Ｒ5は水素または炭素数１〜２のアルキル基を表し、Ｒ6は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示される化合物を含む混合物の加水分解反応による生成物であることを特徴とする。
【００１２】
前記（Ａ）成分において、前記（ａ−１）成分と（ａ−３）成分との割合が重量比で１：９〜１０：０であることが好ましく、前記（ａ−１）成分および（ａ−３）成分の合計と、（ａ−２）成分との割合が重量比で１：１〜９：１であることが好ましい。
【００１３】
前記（Ａ）成分における加水分解反応を、水と硝酸とを含有する溶媒中で行うことが好ましい。
前記硝酸濃度は、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2の換算量に対して１〜１０重量％であることが好ましい。また、トリアルコキシシラン及びテトラアルコキシチタンのアルコキシシラン基総数に対して５０％〜１００％加水分解する水の量が好ましい。
【００１４】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ｂ）成分としては、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１５】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物の製造方法は、少なくとも前記（ａ−１）成分のトリアルコキシシラン化合物と、（ａ−２）成分のチタンテトラアルコキシドとの混合物を加水分解反応に付す工程と、
前記加水分解反応による生成物をプロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含む溶剤に溶剤置換し安定化させる工程とを含むことを特徴とする。
前記混合物は、さらに前記（ａ−３）成分を含有することもできる。
【００１６】
本発明は、上記高誘電率被膜形成用組成物を基板に塗布し、前記塗布後の高誘電率被膜形成用組成物膜を加熱乾燥（焼成）して形成される高誘電率被膜、および前記高誘電率被膜を備える電子部品にも関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物により、クラック耐性に優れた高誘電率被膜を形成することができ、該高誘電率被膜を備えた電子部品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
本発明の高誘電率被膜形成用組成物は、（Ａ）少なくとも、（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化２】
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）下記一般式（３）
Ｔｉ（ＯＲ4）4 ・・・（３）
（上記式中、Ｒ4は炭素数１〜５のアルキル基を表す。なお、Ｔｉに結合している（ＯＲ4）基は、同じでも異なっていてもよい。）のチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解反応による生成物と、（Ｂ）溶剤とを含むことを特徴とする。
特定のトリアルコキシシラン化合物である上記一般式（１）〜（３）で示される成分を用いることにより、クラックの発生を防止することができる。これらの化合物の中でも、クラック耐性に加えて、さらに耐電圧特性を向上させることができる点から、上記一般式（１）で示される化合物が好ましい。なお、チタンに代えてジルコニウムあるいはタンタルを用いた場合には、製造された高誘電率被膜形成用組成物において沈殿物が発生してしまう。
なお、本発明における高誘電率被膜とは、１０以上の高誘電率を有する被膜のことをいう。
【００１９】
前記（Ａ）成分における（ａ−１）成分の一般式（１）において、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。上記一般式（１）で示される成分を用いていると、クラック耐性に加えて、さらに耐電圧特性を向上させることができる。なお、Ｓｉに結合している３つの（ＯＲ1）基は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２０】
前記アルキル基Ｒ1としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基などを挙げることができる。また、前記ｎとしては、３個であることが好ましい。
【００２１】
前記（Ａ）成分における前記（ａ−１）成分の上記一般式（２）において、Ｒ2としては炭素数３以上のアルキル基を表す。上記Ｒ2は、炭素数３〜２０のアルキル基が好ましく、炭素数３〜１８のアルキル基がさらに好ましい。上記一般式（２）で示される成分を用いていると、クラック耐性を向上させることができる。
また、上記一般式（２）において、Ｒ3としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基を挙げることができる。これらの中でも、加水分解速度の点からメチル基またはエチル基が好ましい。なお、Ｓｉに結合している３つの（ＯＲ3）基は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２２】
上記一般式（１）の化合物としては、例えば、信越化学株式会社製のＬＳ−３３８０等を挙げることができる。また、上記一般式（２）の化合物としては、例えば信越化学株式会社製のＬＳ−４２３０、ＬＳ−３１２０等を挙げることができる。
【００２３】
前記（Ａ）成分における前記（ａ−２）成分の上記一般式（３）において、前記アルキル基Ｒ2としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基などを挙げることができる。
【００２４】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ａ）成分の加水分解反応による生成物は、前記トリアルコキシシラン化合物およびチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の縮合重合物および／または加水分解物を含有することを特徴とする。
前記トリアルコキシシラン化合物およびチタンテトラアルコキシドとを含む混合物を加水分解により処理すると、前記トリアルコキシシラン化合物の加水分解反応および部分縮合反応がチタンテトラアルコキシドも関与して起こり、本発明の高誘電率被膜形成用組成物に好適なシラン化合物の部分縮合物および／または加水分解物が生成されるものと考えられる。
【００２５】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ａ）成分は、さらに（ａ−３）成分である下記一般式（４）
Ｒ5Ｓｉ（ＯＲ6）3 ・・・（４）
で示される化合物を含む混合物の加水分解反応による生成物であることが好ましい。上記一般式（４）中、Ｒ5は水素または炭素数１〜２のアルキル基を表し、Ｒ6は炭素数１〜５のアルキル基を表す。さらに（ａ−３）成分を含有する混合物を用いることにより、本発明の高誘電率被膜形成用組成物により形成される高誘電率被膜中の水分を少なくすることができる。これにより、この高誘電率被膜を用いた電子部品の腐食を抑制することができる。
なお、Ｓｉに結合している（ＯＲ6）基は、同じでも異なっていてもよい。
【００２６】
前記アルキル基Ｒ6としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基などを挙げることができる。これらのアルキル基の中でも、加水分解速度の点からメチル基またはエチル基が好ましい。
【００２７】
前記（Ａ）成分における、前記（ａ−１）成分と（ａ−３）成分との割合が重量比で１：９〜１０：０であることが好ましく、前記（ａ−１）成分および（ａ−３）成分の合計と、（ａ−２）成分との割合が重量比で１：１〜９：１であることが好ましい。高誘電率被膜形成用組成物中におけるチタンの含有率が少なすぎると高誘電率を達成することができなくなる。
【００２８】
前記（Ａ）成分における加水分解反応は、水と硝酸等の酸触媒とを含有する溶媒中で行うことを特徴とする。一般に、前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分、または前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分と（ａ−３）成分の混合物をエタノールなどの有機溶媒中で混合し、水および硝酸などの酸を加えて、例えば２０〜２５℃の室温で１〜３日撹拌する。上記酸触媒としては、従来より一般的に使用されている有機酸、無機酸いずれも使用できる。有機酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機カルボン酸が挙げられる。無機酸の具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸等が挙げられる。酸触媒の添加量は、添加後のアルコキシシラン化合物溶液における酸の濃度が、１〜１０００ｐｐｍ、好ましくは、５〜５００ｐｐｍの範囲内となるように設定することが好ましい。酸触媒の使用量が少なすぎると加水分解反応が十分に進行せず、逆に多すぎると反応液の経時変化が大きくなりやすく、やはり好ましくない。
【００２９】
特に、酸触媒として硝酸を用いる場合には、前記硝酸濃度は、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2の換算量に対して１〜１０重量％であることが製造された高誘電率被膜形成用組成物の経時安定性の点から好ましい。硝酸濃度が最適でない場合には、析出・経時変化の悪化等が起こる。
また、ここでの加水分解処理は、溶液中のアルコキシシラン化合物を完全に加水分解させてもよく、部分的に加水分解させてもよい。加水分解の程度、すなわち加水分解度は水の添加量により調整することができる。水の添加量は、反応系中の原料のアルコキシ基（Ｓｉ（Ｔｉ）−ＯＲ基）の総モル数に対して、水が０．５〜１．５倍モルの範囲になるようにすることが好ましい。水の量が少なすぎると最終的に製造された高誘電率被膜形成用組成物の経時での保存安定性は高いが、加水分解度が低く、加水分解物中に多くの有機基が残存することになる。このため、この組成物を用いて被膜を形成すると、分解した有機成分に起因するガス発生が顕著になり好ましくない。逆に、製造時の水の使用量が多量であると製造された組成物の保存安定性が低下し、やはり好ましくない。
【００３０】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ｂ）成分としては、従来より一般的に使用されている有機溶剤が使用できる。具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、３−メトキシ−１−ブタノールのような一価アルコール；メチル−３−メトキシプロピオネート、エチル−３−エトキシプロピオネートのようなアルキルカルボン酸エステル；エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールのような多価アルコール；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートのような多価アルコール誘導体；酢酸、プロピオン酸のような脂肪酸；アセトン、メチルエチルケトン、２−ヘプタノンのようなケトンなどを挙げることができる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよいし２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、保存安定性の点から、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含むことが、高誘電率被膜形成用組成物の安定性が向上するため好ましい。
【００３１】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物の製造方法は、少なくとも前記（ａ−１）成分のトリアルコキシシラン化合物と、（ａ−２）成分のチタンテトラアルコキシドとの混合物を加水分解反応に付す工程と、前記加水分解反応による生成物をプロピレングリコールモノプロピルエーテル（以下、「ＰＧＰ」ともいう。）、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含む溶剤に溶剤置換し安定化させる工程とを含むことを特徴とする。
前記混合物は、さらに前記（ａ−３）成分を含有することもできる。
【００３２】
この製造方法としては、一般に、前述のように、前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分、または前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分と（ａ−３）成分の混合物をエタノールなどの有機溶媒中で混合し、水および硝酸などの酸を加えて、例えば２０〜２５℃の室温で１〜３日撹拌することにより、前記シラン化合物の部分縮合物および／または加水分解物が生成する。次に、ＰＧＰなどの溶媒を用いて溶剤置換を行うことにより、本発明の高誘電率被膜形成用組成物を製造することができる。
【００３３】
本発明の高誘電率被膜は、以上のような高誘電率被膜形成用組成物を基板に塗布し、前記塗布後の高誘電率被膜形成用組成物膜を加熱乾燥して形成することができる。例えば、まず、シリコンウェーハ等の基板上などに本発明の高誘電率被膜形成用組成物をスピンナー法などにより塗布し高誘電率被膜形成用組成物膜を形成した後、次いで加熱焼成処理し、高誘電率被膜を形成させる。上記基板上には、金属層、ＳｉＮ層が形成されていてもよい。
【００３４】
本発明の電子部品は前記高誘電率被膜を備えることを特徴とする。このような電子部品としては、薄層トランジスタ、半導体メモリ等の半導体装置などを挙げることができる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン６６．３ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１００ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３６】
＜実施例２＞
ペンチルトリエトキシシラン６２．６ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１０３．７ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３７】
＜実施例３＞
プロピルトリエトキシシラン５５．１ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１１１．２ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３８】
＜実施例４＞
オクタデシルトリエトキシシラン５５．１ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１１１．２ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３９】
＜比較例１＞
オルト珪酸エチル５５．５ｇ、イソプロポキシチタンを混合反応後、エタノール７１０ｇ添加混合した。そこに、水２２．２ｇ、硝酸１．２ｇを添加し撹拌を行った。５日後、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール３００ｇを加えて溶剤置換を行い、２４０ｇの被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、被膜を得た。
この形成された被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００４０】
＜比較例２＞
メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン２８．４ｇを混合反応後、エタノール７１０ｇ添加混合した。そこに、水１９．４ｇ、硝酸１．２ｇを添加し撹拌した。５日後にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以下、「ＰＧＭＥＡ」という。）３００ｇを加えて溶剤置換を行い、２４０ｇの塗布液を得た。
しかしながら、この塗布液は、白色沈殿が発生し、使用することができなかった。
【００４１】
＜比較例３＞
ＰＧＭＥＡを乳酸エチルに代えた以外は、比較例２と同様に被膜形成用組成物である塗布液を調製した。
しかしながら、この塗布液は、白色沈殿が発生し、使用することができなかった。
【００４２】
以下のように、１．誘電率測定、２．クラック耐性評価、および３．耐電圧性測定を行った。
【００４３】
＜１．誘電率測定＞
誘電率は、誘電率測定装置ＳＳＭ４９５（日本ＳＳＭ株式会社製）を用いて、被膜の膜厚方向の真空に対する比誘電率を測定した。
【００４４】
＜２．クラック耐性評価＞
形成した被膜をＳＥＭで観察し、クラックの有無を確認した。
【００４５】
＜３．耐電圧性測定＞
耐電圧性は、誘電率測定装置ＳＳＭ４９５（日本ＳＳＭ株式会社製）を用いて、膜が破壊された電圧値を測定した。この値は、１．０ＭＶ／ｃｍ以上が好ましく、１．５ＭＶ／ｃｍ以上がより好ましい。
【００４６】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる高誘電率被膜形成用組成物は、高誘電率被膜および該高誘電率被膜を、例えばゲート絶縁膜として備える電子部品に有用であり、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備えた電子部品に適している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備える電子部品に関し、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、該高誘電率被膜の製造に用いる高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、および該高誘電率被膜備えた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲート絶縁膜などとして使用されている高誘電率被膜は、例えば、熱硬化性樹脂からなる有機溶剤に高誘電率の無機粉末を添加したものを繊維強化材に含浸させ、次に溶剤を揮発除去して硬化させる方法、高誘電率の無機粉末を高温で加熱焼成して誘電体を形成する方法などにより製造されていた。しかしながら、前者においては、高誘電率を有する誘電体層を得ることが難しく、後者においては、焼成温度が高いため汎用性が低い、という問題があった。
【０００３】
そこで、これらの問題点を考慮し、特定の無機粒子または無機粒子表面の一部に誘電性金属等を付着させた誘電体用複合粒子と、特定のシラン化合物とを含有した誘電体形成用組成物が開示されていた（下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上のような誘電体形成用組成物に用いられるＴｉ−Ｓｉ系の材料では、テトラアルコキシシランを使用しているため、クラック限界が低く０．２μｍ程度のクラックが発生し、ゲート絶縁膜に求められるクラック耐性という点で問題があった。また、ゲート絶縁膜として必要な耐電圧性においても問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備える電子部品、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、該高誘電率被膜の製造に用いる高誘電率被膜形成用組成物、該高誘電率被膜形成用組成物の製造方法、および該高誘電率被膜備えた電子部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために高誘電率被膜形成用組成物の有機シラン成分およびチタンテトラアルコキシド成分などについて鋭意研究を進めたところ、特定の有機シラン成分およびチタンテトラアルコキシド成分を含む組成物を用いて形成した高誘電率被膜が優れたクラック耐性を有することを見いだし、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の高誘電率被膜形成用組成物は、（Ａ）少なくとも、
（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化１】
（式中、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）下記一般式（３）
Ｔｉ（ＯＲ4）4 ・・・（３）
（式中、Ｒ4は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解反応による生成物と、
（Ｂ）溶剤とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ａ）成分の加水分解反応による生成物は、前記トリアルコキシシラン化合物とチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の縮合重合物および／または加水分解物、または前記トリアルコキシシラン化合物と前記チタンテトラアルコキシドとを含む混合物の縮合重合物および／または加水分解物との混合物を含有することを特徴とする。
【００１０】
前記（Ａ）成分のトリアルコキシシラン化合物としては、上記一般式（１）で示される化合物が好ましい。
【００１１】
前記（Ａ）成分は、さらに（ａ−３）下記一般式（４）
Ｒ5Ｓｉ（ＯＲ6）3 ・・・（４）
（Ｒ5は水素または炭素数１〜２のアルキル基を表し、Ｒ6は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示される化合物を含む混合物の加水分解反応による生成物であることを特徴とする。
【００１２】
前記（Ａ）成分において、前記（ａ−１）成分と（ａ−３）成分との割合が重量比で１：９〜１０：０であることが好ましく、前記（ａ−１）成分および（ａ−３）成分の合計と、（ａ−２）成分との割合が重量比で１：１〜９：１であることが好ましい。
【００１３】
前記（Ａ）成分における加水分解反応を、水と硝酸とを含有する溶媒中で行うことが好ましい。
前記硝酸濃度は、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2の換算量に対して１〜１０重量％であることが好ましい。また、トリアルコキシシラン及びテトラアルコキシチタンのアルコキシシラン基総数に対して５０％〜１００％加水分解する水の量が好ましい。
【００１４】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ｂ）成分としては、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１５】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物の製造方法は、少なくとも前記（ａ−１）成分のトリアルコキシシラン化合物と、（ａ−２）成分のチタンテトラアルコキシドとの混合物を加水分解反応に付す工程と、
前記加水分解反応による生成物をプロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含む溶剤に溶剤置換し安定化させる工程とを含むことを特徴とする。
前記混合物は、さらに前記（ａ−３）成分を含有することもできる。
【００１６】
本発明は、上記高誘電率被膜形成用組成物を基板に塗布し、前記塗布後の高誘電率被膜形成用組成物膜を加熱乾燥（焼成）して形成される高誘電率被膜、および前記高誘電率被膜を備える電子部品にも関する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物により、クラック耐性に優れた高誘電率被膜を形成することができ、該高誘電率被膜を備えた電子部品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
本発明の高誘電率被膜形成用組成物は、（Ａ）少なくとも、（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化２】
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）下記一般式（３）
Ｔｉ（ＯＲ4）4 ・・・（３）
（上記式中、Ｒ4は炭素数１〜５のアルキル基を表す。なお、Ｔｉに結合している（ＯＲ4）基は、同じでも異なっていてもよい。）のチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解反応による生成物と、（Ｂ）溶剤とを含むことを特徴とする。
特定のトリアルコキシシラン化合物である上記一般式（１）〜（３）で示される成分を用いることにより、クラックの発生を防止することができる。これらの化合物の中でも、クラック耐性に加えて、さらに耐電圧特性を向上させることができる点から、上記一般式（１）で示される化合物が好ましい。なお、チタンに代えてジルコニウムあるいはタンタルを用いた場合には、製造された高誘電率被膜形成用組成物において沈殿物が発生してしまう。
なお、本発明における高誘電率被膜とは、１０以上の高誘電率を有する被膜のことをいう。
【００１９】
前記（Ａ）成分における（ａ−１）成分の一般式（１）において、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。上記一般式（１）で示される成分を用いていると、クラック耐性に加えて、さらに耐電圧特性を向上させることができる。なお、Ｓｉに結合している３つの（ＯＲ1）基は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２０】
前記アルキル基Ｒ1としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基などを挙げることができる。また、前記ｎとしては、３個であることが好ましい。
【００２１】
前記（Ａ）成分における前記（ａ−１）成分の上記一般式（２）において、Ｒ2としては炭素数３以上のアルキル基を表す。上記Ｒ2は、炭素数３〜２０のアルキル基が好ましく、炭素数３〜１８のアルキル基がさらに好ましい。上記一般式（２）で示される成分を用いていると、クラック耐性を向上させることができる。
また、上記一般式（２）において、Ｒ3としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基を挙げることができる。これらの中でも、加水分解速度の点からメチル基またはエチル基が好ましい。なお、Ｓｉに結合している３つの（ＯＲ3）基は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２２】
上記一般式（１）の化合物としては、例えば、信越化学株式会社製のＬＳ−３３８０等を挙げることができる。また、上記一般式（２）の化合物としては、例えば信越化学株式会社製のＬＳ−４２３０、ＬＳ−３１２０等を挙げることができる。
【００２３】
前記（Ａ）成分における前記（ａ−２）成分の上記一般式（３）において、前記アルキル基Ｒ2としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基などを挙げることができる。
【００２４】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ａ）成分の加水分解反応による生成物は、前記トリアルコキシシラン化合物およびチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の縮合重合物および／または加水分解物を含有することを特徴とする。
前記トリアルコキシシラン化合物およびチタンテトラアルコキシドとを含む混合物を加水分解により処理すると、前記トリアルコキシシラン化合物の加水分解反応および部分縮合反応がチタンテトラアルコキシドも関与して起こり、本発明の高誘電率被膜形成用組成物に好適なシラン化合物の部分縮合物および／または加水分解物が生成されるものと考えられる。
【００２５】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ａ）成分は、さらに（ａ−３）成分である下記一般式（４）
Ｒ5Ｓｉ（ＯＲ6）3 ・・・（４）
で示される化合物を含む混合物の加水分解反応による生成物であることが好ましい。上記一般式（４）中、Ｒ5は水素または炭素数１〜２のアルキル基を表し、Ｒ6は炭素数１〜５のアルキル基を表す。さらに（ａ−３）成分を含有する混合物を用いることにより、本発明の高誘電率被膜形成用組成物により形成される高誘電率被膜中の水分を少なくすることができる。これにより、この高誘電率被膜を用いた電子部品の腐食を抑制することができる。
なお、Ｓｉに結合している（ＯＲ6）基は、同じでも異なっていてもよい。
【００２６】
前記アルキル基Ｒ6としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基などを挙げることができる。これらのアルキル基の中でも、加水分解速度の点からメチル基またはエチル基が好ましい。
【００２７】
前記（Ａ）成分における、前記（ａ−１）成分と（ａ−３）成分との割合が重量比で１：９〜１０：０であることが好ましく、前記（ａ−１）成分および（ａ−３）成分の合計と、（ａ−２）成分との割合が重量比で１：１〜９：１であることが好ましい。高誘電率被膜形成用組成物中におけるチタンの含有率が少なすぎると高誘電率を達成することができなくなる。
【００２８】
前記（Ａ）成分における加水分解反応は、水と硝酸等の酸触媒とを含有する溶媒中で行うことを特徴とする。一般に、前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分、または前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分と（ａ−３）成分の混合物をエタノールなどの有機溶媒中で混合し、水および硝酸などの酸を加えて、例えば２０〜２５℃の室温で１〜３日撹拌する。上記酸触媒としては、従来より一般的に使用されている有機酸、無機酸いずれも使用できる。有機酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機カルボン酸が挙げられる。無機酸の具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸等が挙げられる。酸触媒の添加量は、添加後のアルコキシシラン化合物溶液における酸の濃度が、１〜１０００ｐｐｍ、好ましくは、５〜５００ｐｐｍの範囲内となるように設定することが好ましい。酸触媒の使用量が少なすぎると加水分解反応が十分に進行せず、逆に多すぎると反応液の経時変化が大きくなりやすく、やはり好ましくない。
【００２９】
特に、酸触媒として硝酸を用いる場合には、前記硝酸濃度は、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2の換算量に対して１〜１０重量％であることが製造された高誘電率被膜形成用組成物の経時安定性の点から好ましい。硝酸濃度が最適でない場合には、析出・経時変化の悪化等が起こる。
また、ここでの加水分解処理は、溶液中のアルコキシシラン化合物を完全に加水分解させてもよく、部分的に加水分解させてもよい。加水分解の程度、すなわち加水分解度は水の添加量により調整することができる。水の添加量は、反応系中の原料のアルコキシ基（Ｓｉ（Ｔｉ）−ＯＲ基）の総モル数に対して、水が０．５〜１．５倍モルの範囲になるようにすることが好ましい。水の量が少なすぎると最終的に製造された高誘電率被膜形成用組成物の経時での保存安定性は高いが、加水分解度が低く、加水分解物中に多くの有機基が残存することになる。このため、この組成物を用いて被膜を形成すると、分解した有機成分に起因するガス発生が顕著になり好ましくない。逆に、製造時の水の使用量が多量であると製造された組成物の保存安定性が低下し、やはり好ましくない。
【００３０】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物において、前記（Ｂ）成分としては、従来より一般的に使用されている有機溶剤が使用できる。具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、３−メトキシ−１−ブタノールのような一価アルコール；メチル−３−メトキシプロピオネート、エチル−３−エトキシプロピオネートのようなアルキルカルボン酸エステル；エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールのような多価アルコール；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートのような多価アルコール誘導体；酢酸、プロピオン酸のような脂肪酸；アセトン、メチルエチルケトン、２−ヘプタノンのようなケトンなどを挙げることができる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよいし２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、保存安定性の点から、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含むことが、高誘電率被膜形成用組成物の安定性が向上するため好ましい。
【００３１】
本発明の高誘電率被膜形成用組成物の製造方法は、少なくとも前記（ａ−１）成分のトリアルコキシシラン化合物と、（ａ−２）成分のチタンテトラアルコキシドとの混合物を加水分解反応に付す工程と、前記加水分解反応による生成物をプロピレングリコールモノプロピルエーテル（以下、「ＰＧＰ」ともいう。）、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含む溶剤に溶剤置換し安定化させる工程とを含むことを特徴とする。
前記混合物は、さらに前記（ａ−３）成分を含有することもできる。
【００３２】
この製造方法としては、一般に、前述のように、前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分、または前記（ａ−１）成分と（ａ−２）成分と（ａ−３）成分の混合物をエタノールなどの有機溶媒中で混合し、水および硝酸などの酸を加えて、例えば２０〜２５℃の室温で１〜３日撹拌することにより、前記シラン化合物の部分縮合物および／または加水分解物が生成する。次に、ＰＧＰなどの溶媒を用いて溶剤置換を行うことにより、本発明の高誘電率被膜形成用組成物を製造することができる。
【００３３】
本発明の高誘電率被膜は、以上のような高誘電率被膜形成用組成物を基板に塗布し、前記塗布後の高誘電率被膜形成用組成物膜を加熱乾燥して形成することができる。例えば、まず、シリコンウェーハ等の基板上などに本発明の高誘電率被膜形成用組成物をスピンナー法などにより塗布し高誘電率被膜形成用組成物膜を形成した後、次いで加熱焼成処理し、高誘電率被膜を形成させる。上記基板上には、金属層、ＳｉＮ層が形成されていてもよい。
【００３４】
本発明の電子部品は前記高誘電率被膜を備えることを特徴とする。このような電子部品としては、薄層トランジスタ、半導体メモリ等の半導体装置などを挙げることができる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン６６．３ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１００ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３６】
＜実施例２＞
ペンチルトリエトキシシラン６２．６ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１０３．７ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３７】
＜実施例３＞
プロピルトリエトキシシラン５５．１ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１１１．２ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３８】
＜実施例４＞
オクタデシルトリエトキシシラン５５．１ｇ、メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン５６．８ｇを混合後、エタノール１１１１．２ｇを添加混合した。そこに、水３７．８ｇ、硝酸２．４ｇを添加し撹拌した。３日後ＰＧＰ３５０ｇを加えて溶剤置換を行い、４００ｇの本発明の高誘電率被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、ホットプレートにて８０℃−１５０℃−２００℃で各１分間の多段ベークを行い、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、本発明の高誘電率被膜を得た。
この形成された高誘電率被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００３９】
＜比較例１＞
オルト珪酸エチル５５．５ｇ、イソプロポキシチタンを混合反応後、エタノール７１０ｇ添加混合した。そこに、水２２．２ｇ、硝酸１．２ｇを添加し撹拌を行った。５日後、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール３００ｇを加えて溶剤置換を行い、２４０ｇの被膜形成用組成物である塗布液を得た。
上記塗布液を、１μｍの段差を有する基板にスピンコートにより塗布し、４５０℃空気雰囲気下で６０分間焼成し、被膜を得た。
この形成された被膜について、誘電率、耐電圧性、クラック耐性を、後述する方法により評価し、評価結果を表１に示した。
【００４０】
＜比較例２＞
メチルトリメトキシシラン３６．３ｇ、イソプロポキシチタン２８．４ｇを混合反応後、エタノール７１０ｇ添加混合した。そこに、水１９．４ｇ、硝酸１．２ｇを添加し撹拌した。５日後にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以下、「ＰＧＭＥＡ」という。）３００ｇを加えて溶剤置換を行い、２４０ｇの塗布液を得た。
しかしながら、この塗布液は、白色沈殿が発生し、使用することができなかった。
【００４１】
＜比較例３＞
ＰＧＭＥＡを乳酸エチルに代えた以外は、比較例２と同様に被膜形成用組成物である塗布液を調製した。
しかしながら、この塗布液は、白色沈殿が発生し、使用することができなかった。
【００４２】
以下のように、１．誘電率測定、２．クラック耐性評価、および３．耐電圧性測定を行った。
【００４３】
＜１．誘電率測定＞
誘電率は、誘電率測定装置ＳＳＭ４９５（日本ＳＳＭ株式会社製）を用いて、被膜の膜厚方向の真空に対する比誘電率を測定した。
【００４４】
＜２．クラック耐性評価＞
形成した被膜をＳＥＭで観察し、クラックの有無を確認した。
【００４５】
＜３．耐電圧性測定＞
耐電圧性は、誘電率測定装置ＳＳＭ４９５（日本ＳＳＭ株式会社製）を用いて、膜が破壊された電圧値を測定した。この値は、１．０ＭＶ／ｃｍ以上が好ましく、１．５ＭＶ／ｃｍ以上がより好ましい。
【００４６】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる高誘電率被膜形成用組成物は、高誘電率被膜および該高誘電率被膜を、例えばゲート絶縁膜として備える電子部品に有用であり、特に、クラック耐性に優れた高誘電率被膜、および該高誘電率被膜を備えた電子部品に適している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）少なくとも、
（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化１】
（式中、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）下記一般式（３）
Ｔｉ（ＯＲ4）4 ・・・（３）
（式中、Ｒ4は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解および／または部分縮合物と、
（Ｂ）溶剤とを含むことを特徴とする高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項２】
前記（Ａ）成分のトリアルコキシシラン化合物が、上記一般式（１）で示される化合物である請求項１に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項３】
前記（Ａ）成分が、さらに（ａ−３）下記一般式（４）
Ｒ5Ｓｉ（ＯＲ6）3 ・・・（４）
（Ｒ5は水素または炭素数１〜２のアルキル基を表し、Ｒ6は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示される化合物を含む混合物の酸触媒反応による生成物であることを特徴とする請求項１または２に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項４】
前記（ａ−１）成分と（ａ−３）成分との割合が重量比で１：９〜１０：０であることを特徴とする請求項３に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項５】
前記（ａ−１）成分および（ａ−３）成分の合計と、（ａ−２）成分との割合が重量比で１：１〜９：１であることを特徴とする請求項４に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項６】
前記（Ａ）成分を、水と硝酸とを含有する溶媒中で加水分解反応させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項７】
前記硝酸濃度が、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2の換算量に対して１〜１０重量％であることを特徴とする請求項６に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項８】
前記（Ｂ）成分が、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項９】
少なくとも前記（ａ−１）成分のトリアルコキシシラン化合物と、（ａ−２）成分のチタンテトラアルコキシドとの混合物を加水分解反応に付す工程と、
前記加水分解反応による生成物をプロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含む溶剤に溶剤置換し安定化させる工程とを含むことを特徴とする高誘電率被膜形成用組成物の製造方法。
【請求項１０】
前記混合物が、さらに前記（ａ−３）成分を含有することを特徴とする請求項９に記載の高誘電率被膜形成用組成物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の高誘電率被膜形成用組成物を基板に塗布し、前記塗布後の高誘電率被膜形成用組成物膜を加熱焼成して形成される高誘電率被膜。
【請求項１２】
請求項１１に記載の高誘電率被膜を備える電子部品。
【請求項１】
（Ａ）少なくとも、
（ａ−１）下記一般式（１）および（２）
【化１】
（式中、ｎは１〜５の整数を表し、Ｒ1は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）
Ｒ2Ｓｉ（ＯＲ3）3 ・・・（２）
（式中、Ｒ2は炭素数３以上のアルキル基を表し、Ｒ3は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるトリアルコキシシラン化合物から選択される少なくとも１種と、
（ａ−２）下記一般式（３）
Ｔｉ（ＯＲ4）4 ・・・（３）
（式中、Ｒ4は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示されるチタンテトラアルコキシドとを含む混合物の加水分解および／または部分縮合物と、
（Ｂ）溶剤とを含むことを特徴とする高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項２】
前記（Ａ）成分のトリアルコキシシラン化合物が、上記一般式（１）で示される化合物である請求項１に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項３】
前記（Ａ）成分が、さらに（ａ−３）下記一般式（４）
Ｒ5Ｓｉ（ＯＲ6）3 ・・・（４）
（Ｒ5は水素または炭素数１〜２のアルキル基を表し、Ｒ6は炭素数１〜５のアルキル基を表す。）で示される化合物を含む混合物の酸触媒反応による生成物であることを特徴とする請求項１または２に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項４】
前記（ａ−１）成分と（ａ−３）成分との割合が重量比で１：９〜１０：０であることを特徴とする請求項３に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項５】
前記（ａ−１）成分および（ａ−３）成分の合計と、（ａ−２）成分との割合が重量比で１：１〜９：１であることを特徴とする請求項４に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項６】
前記（Ａ）成分を、水と硝酸とを含有する溶媒中で加水分解反応させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項７】
前記硝酸濃度が、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2の換算量に対して１〜１０重量％であることを特徴とする請求項６に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項８】
前記（Ｂ）成分が、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の高誘電率被膜形成用組成物。
【請求項９】
少なくとも前記（ａ−１）成分のトリアルコキシシラン化合物と、（ａ−２）成分のチタンテトラアルコキシドとの混合物を加水分解反応に付す工程と、
前記加水分解反応による生成物をプロピレングリコールモノプロピルエーテル、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、および３−メトキシ−１−ブタノールから選択される少なくとも１種を含む溶剤に溶剤置換し安定化させる工程とを含むことを特徴とする高誘電率被膜形成用組成物の製造方法。
【請求項１０】
前記混合物が、さらに前記（ａ−３）成分を含有することを特徴とする請求項９に記載の高誘電率被膜形成用組成物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の高誘電率被膜形成用組成物を基板に塗布し、前記塗布後の高誘電率被膜形成用組成物膜を加熱焼成して形成される高誘電率被膜。
【請求項１２】
請求項１１に記載の高誘電率被膜を備える電子部品。
【公開番号】特開２００６−４５３５８（Ｐ２００６−４５３５８Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２８６８４（Ｐ２００４−２２８６８４）
【出願日】平成１６年８月４日（２００４．８．４）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月４日（２００４．８．４）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
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