专利名称：硅烷聚合物及硅膜的形成方法
技术领域：
本发明涉及硅烷聚合物、其制造方法及硅膜的形成方法。更详细地说，涉及应用于集成电路、薄膜晶体管、光电转化装置和感光体等用途的硅烷聚合物、其制造方法及由该硅烷聚合物容易地形成优质的硅膜的方法。
背景技术：
形成用于集成电路和薄膜晶体管等的硅薄膜(非晶硅膜和多晶硅膜等)的图案，一般是利用下述工艺进行，即，通过CVD(化学气相沉积，Chemical Vapor Deposition)法等真空加工，在整个面上形成硅膜后，采用光刻法，除去不需要部分。但是，该方法存在下述问题，即，需要大型装置，原料的使用率差，由于原料是气体而难于处理，产生大量的废弃物等。
在特开平1-29661号公报中，公开了使气体状的原料液化并吸附在冷却的基板上，使之与化学活性的原子状的氢反应，形成硅系薄膜的方法，但是存在为了连续进行原料氢化硅的气化和冷却，不仅需要复杂的装置，而且难于控制膜厚的问题。
另外，在特开平5-144741号公报和特开平7-267621号公报中，公开了在基板上涂布液状氢化硅，通过加热或UV照射，制作硅膜的方法。但是，这些方法使用低分子量的材料，因此系统不稳定，处理上存在难点。另外，这些方法所用的溶液对基板的浸润性差，因此涂布到基板上比较困难，而且由于分子量低，因此沸点低，加热时还没有形成硅膜，就早早蒸发掉，得到所需的膜非常困难。也就是说，如何使用分子量大(浸润性良好、沸点高、安全的)高次硅烷作为材料，成为成膜方面的重点。
作为其解决方法，在特开平10-321536号公报中，作为涂布前的处理，尝试了将高次硅烷的溶液和催化剂的混合物热分解或者光分解，以提高溶液的浸润性的方法，但该方法需要在溶液中混合镍等催化剂，存在使硅膜的性质显著劣化的缺点。
关于直接合成大分子量硅烷化合物的方法，合成路径和精制方法一般非常困难，如特开平11-260729号公报所记载的那样，也尝试了通过热聚合直接合成高次硅烷的方法，但最多能以低收率得到Si9H20，这种程度的分子大小仍不能充分表现出浸润性等上述性能。
可是，作为含有n型、p型掺杂剂的硅膜的形成方法，一般在制成硅膜后，用离子注入法导入掺杂剂。与此相对，在特开2000-31066号公报中，记载了在形成由上述高次硅烷溶液构成的硅膜的加工过程中，通过将掺杂剂源与材料液体混合，形成掺杂的硅膜的方法。但是，该方法也存在加热过程中高次硅烷溶液蒸发减少，随之掺杂剂源也蒸发，这种使用低分子材料时的根本性问题，因此难以有效添加掺杂剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有特定大分子量的硅烷聚合物，从在基板上涂布时的浸润型、沸点和安全性的观点看，可以容易地形成优良的、特别是优质的硅膜。
本发明的另一目的在于提供一种工业上有利地制造本发明的上述硅烷聚合物的方法。
本发明的另一目的在于提供一种含有本发明的上述硅烷聚合物的硅膜形成用组合物。
本发明的另一目的在于提供一种使用本发明的上述硅膜形成用组合物，形成优良的硅膜的方法。
本发明的其它目的和优点可以从以下说明中了解。
根据本发明，本发明的上述目的和优点，第1可以通过硅烷聚合物实现，其特征在于，用凝胶渗透色谱法测定的按聚苯乙烯换算的重均分子量为800～5000。
根据本发明，本发明的上述目的和优点，第2可以通过硅烷聚合物的制造方法实现，其特征在于，对具有光聚合性的硅烷化合物照射特定波长范围的光线，使之生成本发明的硅烷聚合物。
根据本发明，本发明的上述目的和优点，第3可以通过硅膜形成用组合物实现，其特征在于，含有本发明的硅烷聚合物和有机溶剂。
根据本发明，本发明的上述目的和优点，第4可以通过硅膜的形成方法实现，其特征在于，在基体上涂布本发明的硅膜形成用组合物，并施行热处理和光处理中的至少一种处理。
附图的简单说明
图1是全波长照射的光谱数据。
图2是365nm照射的光谱数据。
图3是405nm照射的光谱数据。
图4是436nm照射的光谱数据。
图5是254nm照射的光谱数据。
图6是实施例1得到的No.3样品的GC谱图。
图7是实施例1得到的No.4样品的GC谱图。
图8是实施例1得到的No.5样品的GC谱图。
图9是实施例1得到的No.6样品的GC谱图。
图10是实施例1得到的No.9样品的GC谱图。
图11是实施例1得到的No.3样品的MS谱图。
图12是实施例9得到的硅烷聚合物的GPC图。
发明的最佳实施方式(硅烷聚合物)本发明的硅烷聚合物用凝胶渗透色谱法测定的按聚苯乙烯换算的重均分子量(Mw)在800～5000，优选1000～5000，更优选1200～5000的范围。Mw小于下限时，成膜性不够，另外Mw大于上限时，对溶剂的溶解性容易变得不够。另外，上述硅烷聚合物的数均分子量(Mn)优选为600～2000。
以往用凝胶渗透色谱法(GPC)测定硅烷聚合物的Mw比较困难，但根据本发明，显然可以利用下述条件容易地进行测定。
作为GPC装置，不需要特别的装置，可以使用市售的GPC装置。用GPC装置测定时，测定环境的氧浓度优选为100ppm以下，更优选10ppm以下。这种测定环境可以通过例如将整个GPC装置置于手套箱等密闭环境下容易地调节。作为测定时的柱填充剂，可以举出聚苯乙烯类填充剂，例如苯乙烯·二乙烯基苯共聚物类填充剂，聚甲基丙烯酸酯类聚合物填充剂、硅胶类填充剂、葡聚糖类填充剂和多孔玻璃类填充剂。其中，优选聚苯乙烯类填充剂，特别优选苯乙烯·二乙烯基苯共聚物类填充剂。作为使用的溶剂，可以举出甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、顺-萘烷、反-萘烷、苯、环戊烷、环己烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、四氢呋喃、乙醚和二氯甲烷等。其中，特别优选甲苯。所述溶剂优选在使用时进行脱气处理，使溶解的氧量达到10ppm以下，更优选达到0.5ppm以下。另外，推荐进行干燥，优选使水分含量达到300ppm以下，更优选30ppm以下。
测定时试样的浓度优选为0.01～10容量％，更优选0.1～5容量％。
作为GPC装置的检测器，例如折射率检测器、光散射检测器和粘度检测器均可使用。其中，优选折射率检测器。
来自GPC装置的废液中的硅烷聚合物可以利用例如特开2002-66866号公报中记载的方法使之失活。
本发明的硅烷聚合物通过对具有光聚合性的硅烷化合物照射特定波长范围的光线而得到。本发明的硅烷聚合物如上所述是通过对具有光聚合性的硅烷化合物照射特定波长范围的光线，使该硅烷化合物进行光聚合而得到的物质。
本发明的硅烷聚合物是通过对具有上述光聚合性的硅烷化合物的溶液照射特定波长范围的光线，或者在硅烷化合物为液状时对其本身照射特定波长范围的光线，进行光聚合而生成的物质。
作为对硅烷化合物进行照射的特定波长范围的光线，优选使用其波长为300nm～420nm，特别优选360nm～420nm的光线。波长小于300nm时，易于生成对溶剂为不溶性的成分，使用其制膜时易于产生困难，大于420nm时，硅烷化合物的聚合易于变得缓慢。
另外，作为其他方法，也可以是对硅烷化合物照射波长420nm以下的光线，之后过滤，滤除生成的溶剂不溶性成分的方法。该方法也可以使用特定波长范围之外的波长小于300nm的光线进行照射，但这种情况优选在没有溶剂存在的条件下实施照射。如果存在溶剂，硅聚合物中易于掺入杂质。照射波长300nm以上的特定波长范围的光线时，可以使用溶剂，即便使用也难于产生如上所述的问题。照射后的过滤可以通过例如孔径0.1～3.0μm的滤器进行，或者通过离心分离进行。
照射时间不受照度和照射条件等限定，但为了得到所希望的硅烷聚合物，优选0.1秒～600分钟，特别优选1～120分钟。作为照射方法，不仅可以是连续或者断续照射光线的方法，也可以是间歇照射，或者改变照度的同时进行照射。
另外，照射时，为了得到所希望的硅烷聚合物，优选在搅拌硅烷化合物或其溶液的同时，对全部硅烷化合物或其溶液均匀照射光线。
作为用于制造本发明的硅烷聚合物的硅烷化合物，可以举出式SiiX2i+2表示的链状硅烷化合物、(其中，X是氢原子或卤素原子，且i是2～10的整数)式SijX2j表示的环状硅烷化合物、(其中，X是氢原子或卤素原子，且j是3～10的整数)式SimX2m-2表示的环状硅烷化合物、(式中，X是氢原子或卤素原子，且m是4～10的整数)以及式SikXk表示的笼状硅烷化合物(其中，X是氢原子或卤素原子，且k是6、8或10)其中优选式SijX2j表示的环状硅烷化合物和式SimX2m-2表示的具有2个以上环状结构的硅烷化合物。
关于这种硅烷化合物，作为具有1个环状结构的化合物，可以举出环丙硅烷、环丁硅烷、环戊硅烷、环己硅烷、环庚硅烷等。作为具有2个环状结构的化合物，可以举出1，1’-二环丁硅烷、1，1’-二环戊硅烷、1，1’-二环己硅烷、1，1’-二环庚硅烷、1，1’-环丁硅烷基环戊硅烷、1，1’-环丁硅烷基环己硅烷、1，1’-环丁硅烷基环庚硅烷、1，1’-环戊硅烷基环己硅烷、1，1’-环戊硅烷基环庚硅烷、1，1’-环己硅烷基环庚硅烷、螺[2.2]戊硅烷、螺[3.3]庚硅烷、螺[4.4]壬硅烷、螺[4.5]癸硅烷、螺[4.6]十一硅烷、螺[5.5]十一硅烷、螺[5.6]十一硅烷、螺[6.6]十三硅烷等。另外，还可以举出用SiH3基团或者卤素原子，例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等，部分取代这些骨架的氢原子得到的硅烷化合物。这些化合物也可以2种以上混合使用。
其中，分子内具有至少1个环状结构的硅烷化合物对光的反应性极高，可以有效地进行光聚合，因此优选使用。其中，分子内具有1个环状结构的环丁硅烷、环戊硅烷、环己硅烷、环庚硅烷等SinX2n(式中，n和X的定义与上述式相同)表示的硅烷化合物，除以上理由之外，合成、精制也较容易，因此特别优选。
另外，作为硅烷化合物，优选上述具有环状结构的硅烷化合物，但是，在本发明中，只要不阻碍光照射引发的光聚合进程，也可以同时使用经硼原子和/或磷原子等改性后的改性硅烷化合物等。
另外，在溶液中实施硅烷化合物的光聚合时，作为用于配制硅烷化合物溶液的溶剂，只要溶解硅烷化合物，并与该化合物不反应即可，对其没有特别的限定，优选使用室温下的蒸气压为0.001～200mmHg的溶剂。蒸气压高于200mmHg时，通过涂布形成涂膜时溶剂就会先蒸发掉，难于形成良好的涂膜。另一方面，蒸气压低于0.001mmHg时，同样通过涂布形成涂膜时，干燥变得迟缓，硅烷化合物的涂膜中易于残留溶剂，在后续工序的热和/或光处理后也难于得到优质的硅膜。
另外，作为上述溶剂，其常压下的沸点是室温以上，优选使用比硅烷聚合物的分解温度250℃～300℃低的溶剂。使用比硅烷聚合物的分解温度低的溶剂，在涂布后可以通过加热仅选择性除去溶剂，而不会分解硅烷聚合物，因此可以防止溶剂残留在硅膜中，可以得到更优质的膜。
作为在硅烷化合物的溶液中使用的溶剂的具体例，可以举出正己烷、正庚烷、正辛烷、正癸烷、二环戊烷、苯、甲苯、二甲苯、杜烯、茚、四氢化萘、十氢化萘、角鲨烷等烃类溶剂；二苯醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇甲基乙基醚、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇甲基乙基醚、四氢呋喃、四氢吡喃、1，2-二甲氧基乙烷、二(2-甲氧基乙基)醚、p-二氧六环等醚类溶剂；以及碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲醛、乙腈、二甲基亚砜等极性溶剂。其中，在硅烷化合物的溶解性和该溶液的稳定性方面，优选烃类溶剂、醚类溶剂，特别优选烃类溶剂。这些溶剂可以单独使用，也可以作为2种以上的混合物使用。
根据本发明的硅烷聚合物，由于以上效果，与以往的方法相比，可以容易地形成优质的硅膜。这样形成的非晶硅也可以进一步通过热处理或者激元激光退火等方法使之结晶，以谋求性能的进一步提高。
在本发明方法中使用的硅烷聚合物如上所述，通过对具有光聚合性的硅烷化合物照射光线进行光聚合而得到，但此时也可以使含有周期表第3B族元素的物质或者含有第5B族元素的物质(掺杂剂源)和上述硅烷化合物一起存在，在其存在下实施光聚合物。
这样，在形成硅膜的场合，在上述硅烷化合物中混入这种掺杂剂源后照射光的工艺，是在以往的方法中没有看到的新工艺。根据该工艺，通过光的照射，可以在分子水平上引起掺杂剂和硅烷聚合物的结合，通过在基板上涂布该溶液、进行热处理和/或光处理，能够以性能良好的n型、p型形成掺杂的硅膜。另外，用该工艺形成的掺杂硅膜通过加热等步骤，可以进一步谋求特性的提高。特别是在基板上涂布由含有该物质的硅烷化合物的溶液形成的硅烷聚合物后，通过后面所述的热处理和/或光处理，可以将该物质(掺杂剂)活化。
另外，添加的掺杂剂源的浓度根据最终所需的硅膜中的掺杂剂浓度确定即可，也可以在照射光后用溶剂稀释调节浓度，或者与未添加掺杂剂源而进行光照射得到的硅烷聚合物混合。
作为含有周期表第3B族元素的物质和含有第5B族元素的物质(掺杂剂)，优选含有磷、硼、砒等元素的物质，具体可以举出特开2000-31066号公报中所列举的物质。
本发明的硅膜形成用组合物含有上述硅烷聚合物和有机溶剂。本发明的硅膜形成用组合物中硅烷聚合物的浓度，在形成硅膜的场合，在防止涂布于基板时硅烷聚合物不均匀析出，得到均匀涂膜的方面，优选1～80重量％，可以根据所希望的硅膜厚度适当配制。下限更优选2重量％，进一步优选5重量％，特别优选10重量％。
作为本发明的硅膜形成用组合物可以含有的有机溶剂，可以举出作为在溶液中实施硅烷化合物的光聚合物时可以使用的溶剂在上面所述的有机溶剂。
本发明的硅膜形成用组合物可根据需要进一步含有其它添加剂。
在本发明的硅膜形成用组合物中可以添加含有周期表第3B族元素的物质或者含有第5B族元素的物质作为掺杂剂源。通过适当选择并添加这种物质，可以形成导入了掺杂剂的所需的n型、p型硅膜。在使用添加了这种物质的组合物形成硅膜的工艺中，硅烷聚合物的沸点高，因而难于蒸发，结果也可以抑制掺杂剂源的蒸发，因此可以比以往的方法更有效地把掺杂剂导入膜中。另外，如前所述，在光聚合时向上述硅烷聚合物的溶液中添加这种物质形成硅烷聚合物时，在该阶段(光聚合结束后)无需添加。作为含有该周期表第3B族元素的物质和含有第5B族元素的物质，与上述作为在UV照射前添加到上述硅烷化合物中的这些物质所例举的一样。另外，在基板上涂布该硅膜形成用组合物后，通过进行后面所述的热处理和/或光处理，可以使这种物质(掺杂剂)活化。
另外，在本发明的硅膜形成用组合物中，在不损害其所需功能的范围内，根据需要，可以添加微量的氟类、硅氧烷类、非离子类等表面张力调节剂。这些表面张力调节剂对于使溶液对涂布对象物的浸润性良好、改善涂膜的均匀性(levelling)、防止涂膜起疙瘩、防止橘皮纹的产生等是有用的。
本发明的硅烷聚合物特别是对于形成应用在集成电路、薄膜晶体管、光电转化装置以及感光体等用途中的硅膜有用。
(硅膜的形成方法)下面，就本发明的硅膜的形成方法进行详细说明。
本发明硅膜的形成方法的特征在于，在基体或基板上涂布上述硅膜形成用组合物，然后进行热处理和/或光处理。除此之外，还可以采用与使用通常的溶液形成硅膜的方法同样的方法。另外，作为上述组合物，使用含有溶剂的组合物，涂布在基板上后，进行上述热处理和/或光处理工序前，也可以包括仅选择性除去该溶剂的工序。
本发明的硅膜的形成方法不是像一般进行的CVD法那样供给气体，而是在基板上涂布上述组合物后，根据需要，干燥溶剂形成硅烷聚合物的膜，对该膜进行热分解和/或光分解，转化为硅膜，根据需要进一步进行激光处理，转化为多晶硅膜。而且，是形成p型或n型硅膜，而不用对硼原子或磷原子改性后的硅膜在真空系统中进行离子注入。
作为组合物的涂布方法，可以使用例如旋涂法、辊涂法、幕式涂布法、浸涂法、喷涂法、液滴排出法等方法。涂布一般在室温以上的温度下进行。在室温以下的温度，硅烷聚合物的溶解性低，有时会析出一部分。本发明的硅烷化合物、硅烷聚合物、硅膜形成用组合物容易与水、氧反应而变性，因而优选一连串的工序都处于水和氧不存在的状态。因此，一连串工序中的环境气体优选由氮气、氦气、氩气等惰性气体构成。而且根据需要，优选混入了氢气等还原性气体的环境气体。另外，作为溶剂和添加剂，最好使用除去了水和氧的溶剂和添加剂。
液滴排出法是通过将液滴排出到所需的区域，形成由被排出物构成的所需图案的方法，有时也称为喷墨法。此时，排出的液滴不是用于印刷物的所谓的油墨，而是含有构成器件(device)的材料物质的液状体，该材料物质包括能够作为构成器件的导电物质或绝缘物质发挥作用的物质。而且，液滴排出不限于排出时喷雾，也包括液状体一滴一滴连续排出的情况。
另外，采用旋涂法时，转子的旋转数根据形成的薄膜的厚度、涂布溶液的组成决定，优选为100～5000rpm，更优选为300～3000rpm。
在本发明的硅膜的形成方法中，涂布硅膜形成用组合物后，为了除去溶剂等低沸点成分，也可以进行加热处理。加热温度因使用的溶剂的种类、沸点(蒸汽压)而异，例如为100℃～200℃。环境气体优选与上述涂布工序一样在氮气、氦气、氩气等惰性气体中进行。此时，也可以对整个系统进行减压，在更低的温度下除去溶剂。由此，可以使因热引起的基板劣化降低。
另外，本发明的硅膜的形成方法是通过对除去了溶剂的基板上的硅烷聚合物进行热处理和/或光处理转化为硅膜，由本发明的形成方法得到的硅膜呈非晶状或者多晶状。热处理时，一般温度达到约550℃以下的温度，可以得到非晶状硅膜，达到其以上的温度，可以得到多晶状硅膜。在需要非晶状硅膜时，优选采用300℃～550℃，更优选350℃～500℃。达到的温度低于300℃时，有时不能形成足够厚的硅膜。
在本发明中，作为进行热处理时的环境气体，优选氮气、氦气、氩气等惰性气体，或者混入了氢气等还原性气体的惰性气体。在希望得到多晶状硅膜时，可以通过照射激光，将上述得到的非晶状硅膜转变为多晶硅膜。
另一方面，作为进行光处理时使用的光源，除低压或高压水银灯、重氢灯或氩、氪、氙等稀有气体的放电光之外，还可以举出YAG激光、氩气激光、二氧化碳激光、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArCl等激元激光等。作为这些光源，优选使用10～5000W功率的光源，但通常为100～1000W就足够了。这些光源的波长只要硅烷聚合物多少能吸收即可，对此没有特别的限定。优选为170nm～600nm。另外，在转化为多晶硅膜的效率方面，特别优选使用激光。这些光处理时的温度优选为室温～1500℃，可以根据所得硅膜的半导体特性适当选择。
在本发明的硅膜的形成方法中，作为使用的基板，没有特别的限定，除通常的石英、硼硅酸玻璃、钠钙玻璃之外，还可以使用ITO等透明电极，金、银、铜、镍、钛、铝、钨等金属基板，以及在表面上具有这些金属或这些金属的氧化物的玻璃、塑料基板等。
由本发明的硅膜的形成方法得到的硅膜可以应用于集成电路、薄膜晶体管、光电转化装置以及感光体等用途中。
下面通过实施例进一步详细地说明本发明。
实施例另外，实施例中使用的带通滤波器如下。
365nm用朝日分光(株)制，型号“MX0365”405nm用朝日分光(株)制，型号“MX0405”436nm用朝日分光(株)制，型号“MX0436”另外，在实施例中测定照度的仪器是分光放射照度计“分光辐射谱仪USR-40D”(ウシオ电机(株)制)。
合成例1用氩气对装有温度计、冷却冷凝器、滴液漏斗和搅拌装置的内部容量为3L的4颈烧瓶内进行置换后，装入干燥的四氢呋喃1L和锂金属18.3g，用氩气鼓泡。在0℃下搅拌该悬浊液，同时用滴液漏斗添加二苯基二氯硅烷333g，滴加结束后，在室温下进一步继续搅拌12小时直至锂金属完全消失。把反应混合物注入到5L的冰水中，使反应生成物沉淀。过滤该沉淀物，用水充分洗涤后，用环己烷洗涤，进行真空干燥，进一步用乙酸乙酯进行重结晶，得到白色固体150g。
把所得白色固体150g和干燥的环己烷500mL装入1L的烧瓶中，加入氯化铝20g，将反应温度保持在30℃，并进行搅拌，同时用干燥的氯化氢气体鼓泡10小时。这里，另外将氢化锂铝50g和乙醚150mL装入1L的烧瓶中，在氮气环境、0℃下进行搅拌，同时加入上述反应混合物，在相同温度下搅拌1小时，进一步在室温下继续搅拌12小时。对反应溶液进行抽滤，进一步由滤液除去副产物后，在70℃、10mmHg下进行减压蒸馏，得到无色的液体10g。通过IR、1H-NMR、29Si-NMR、GC-MS各种波谱，判断该液体为环戊硅烷。
实施例1在氮气流中(氧浓度3ppm以下)，向石英制取样管中加入环戊硅烷1ml，搅拌，对其照射从200W水银氙灯(HOYA Candeo Optronics(株)制EXECURE 300)和紫外灯(Spectronics社制EF-140C/J)发出的光线。关于光线的照射，在254nm照射的场合，离光源0cm，以灯的100％功率进行，在其它波长的照射的场合，在离光源1cm的距离，以灯的20％功率进行。光线照射量通过装置附带的光强度调节装置进行实验，各波长光的输出使用带通滤波器进行实验。
此次使用的光线的各波长的照度如下述表1所示，照度是根据在离发出光的纤维1cm的距离，使用“分光辐射谱仪USR-40D”(ウシオ电机(株)制)测定的光谱图换算得到的值。
表1 使用上述各波长光，改变对样品照射的时间，得到硅聚合物，加入甲苯9mL，制作10％(V/V)溶液。10％溶液的外观，以及在石英基板上以1500rpm旋涂溶液，在400℃加热处理30分钟后膜的外观观察结果如表2所示。对由样品(No.5)形成的加热处理后的膜(图8)进行ESCA分析，结果在99.0eV观察到来源于硅的化学位移，由此可知该膜是硅膜。
表2
注)“不能测定”表示有不溶成分。
从上述结果可知，对环戊硅烷选择性地照射以405nm波长为主成分的光线，可以制作外观上透明均匀的溶液，通过涂布加热处理得到的硅膜的质量也良好。
另外，GPC的测定条件如下。
测定装置等
把作为凝胶渗透色谱分析装置的VISCOTEK社制的GPCMAX和TDA-302搬入手套箱内，在氮气流中，在氧浓度10ppm以下的条件下进行。
凝胶渗透色谱分析用柱使用将东ソ-(株)制的TSK-GELG3000HHR、TSK-GELG2000HHR、TSK-GELG1000HHR(3根柱的内容物均为苯乙烯·二乙烯基苯共聚物，粒径5μm)串联设置而成的柱。
检波器使用TDA-302，作为检测器，使用杯容量12μL，具有660nm的发光二极管作为光源的折射率检测器。
溶剂等测定用溶剂使用和光纯药(株)制的合成用脱水甲苯(水分浓度30ppm以下)进行分析。溶剂的脱氧气处理通过GPCMAX附带的双道脱气装置进行。
样品把样品硅烷聚合物制成20容量％甲苯溶液。采取该溶液100μL，加入甲苯1900μL，使硅烷聚合物浓度为1容量％。然后，用0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器进行过滤处理，制备GPC测定样品。
注射条件等在注射量100μL、柱温30℃、甲苯流量为0.8mL/分的条件下测定样品。
GPC的废液处理关于测定结束后的含有硅烷聚合物的GPC废液，在氧浓度10ppm以下的手套箱中，相对于废液10份，加入2-甲基-2-戊醇二甲基十二烷基胺/丙二醇一甲醚混合溶液(容量比为50/50)1份，搅拌2周使之失活后，进行焚烧处理。
实施例2对于上述制作的样品No.3、4、5、6、9，使用GC对溶解在甲苯中的成分进行GC(-MS)分析。测定用的GC柱为BPX-5，测定条件注射温度＝200℃，柱升温条件初始温度50℃，以10℃/分升温至200℃，在200℃保持5分钟。图6～10的图中段表示的是各峰的5倍放大照片。
如图6所示，对于照射365nm波长10分钟的样品溶液，生成的成分复杂。如图10所示，对于照射436nm波长20分钟的样品溶液，作为原料的环戊硅烷(Si5H10)和甲苯之外的成分仅生成极其微量。
另一方面，如图7、8和9所示，对于照射405nm 10～20分钟的样品，作为环戊硅烷、甲苯以外的成分，可以确认几种成分(3种成分)，鉴定702Scan的成分为Si10H22成分。对于其它2种成分，根据GC-MS无法确认结构，但认为是作为本发明中发挥性能的成分有效的成分。图11表示样品No.5的702Scan成分的MS谱。另外，图11中，M/Z＝301的峰推断为Si10H21+1。
实施例3在氮气流中(氧浓度3ppm以下)，把环戊硅烷1mL和癸硼烷10mg装入石英制取样管中，搅拌，在离反应液10mm的距离，照射由200W的水银氙灯发出的405nm波长的光线(实施例1记载的光线)20分钟，得到硅烷聚合物(Mw＝2600，Mn＝1200)。然后，添加甲苯9mL，制成10％甲苯溶液后，在石英基板上以1500rpm旋涂溶液，在400℃加热处理30分钟。对该样品进一步在800℃下热处理5分钟，测定所得样品的薄膜电阻值，显示为700kΩ/cm2。进一步对相同400℃加热处理的样品，在900℃下热处理5分钟，测定所得样品的薄膜电阻值，显示为0.5kΩ/cm2。
实施例4在氮气流中(氧浓度3ppm以下)，把环戊硅烷1mL和黄磷10mg装入石英制取样管中，搅拌，在离反应液10mm的距离，照射由200W的水银氙灯发出的405nm波长的光线(实施例1记载的光线)20分钟，得到硅烷聚合物(Mw＝2250，Mn＝1220)。然后，添加甲苯9mL，制成10％甲苯溶液后，在石英基板上以1500rpm旋涂溶液，在400℃加热处理30分钟。对该样品进一步在800℃下热处理5分钟，测定所得样品的薄膜电阻值，显示为50kΩ/cm2。进一步对相同400℃加热处理的样品，在900℃下热处理5分钟，测定所得样品的薄膜电阻值，显示为10kΩ/cm2。
实施例5用0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器过滤实施例1的实验No.2的聚合样品，除去不溶性成分。对该过滤后的溶液中所含的硅烷聚合物，用凝胶渗透色谱法进行测定，为Mn＝1260，Mw＝2810。
对于上述过滤后的溶液，与实施例1一样，在石英基板上旋涂，其涂布性良好。在400℃加热处理所得涂膜30分钟。对加热处理后的膜进行ESCA分析，在99.0eV观察到来源于硅的化学位移，因此可知该膜是硅膜。
另外，在以下的实施例6～9中，按照以下的方法用气相色谱法测定残存单体量。
对于样品，向光照射后的硅烷化合物中加入甲苯，配制10vol％甲苯溶液200μL，进一步在该溶液中加入反式-十氢化萘20μL作为内部标准物质，配制硅烷化合物反式-十氢化萘∶甲苯＝10∶10∶90(容量比)溶液。在氮气环境(氧浓度0.5ppm以下)的手套箱中，用微量注射器采取该溶液1μL，进行气相色谱分析。
使用(株)岛津制作所制的GC-14B作为气相色谱分析装置，使用TCD(Thermal Conductivity Detector)作为检测器，并使用S.OV-1710％CV 60-80AW-DMCS作为分析用柱，载气使用氦气。
作为分析条件，在注射温度150℃，检测器温度200℃，柱温在70℃保持5分钟后，以10℃/分的升温速度升温至100℃，在100℃保持15分钟，进一步以10℃/分的升温速度升温至200℃，在200℃保持10分钟的条件下进行。
根据该结果以及以反式-十氢化萘作为标准物质另外制成的标准曲线，对样品溶液中所含的环戊硅烷溶液定量，计算出光照射后硅烷化合物中所含的残存单体量。
实施例6把合成例1合成的环戊硅烷1mL加入到石英制容器中，在HoyaCandeo Optronics(株)制的水银氙灯Excure 3000上安装上述365nm用带通滤波器(成为具有相当于光谱数据B的光谱分布的光)，从与石英器相接的距离，以20％功率，光照射2.5分钟。对光照射后的硅烷聚合物用凝胶渗透色谱法测定，为Mn＝1350，Mw＝3320。另外，通过气相色谱法测定残存环戊硅烷量，可知25.5wt％的环戊硅烷没有聚合而残留。
在该光照射后的含有硅烷聚合物的硅烷化合物中加入甲苯，制成20wt％的溶液，用孔径0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器过滤后，在石英基板上以2000rpm旋涂，成膜性良好。
在400℃对所得涂膜加热处理30分钟后，得到膜厚95nm的膜。对加热处理后的膜进行ESCA分析，在99.0eV观察到来源于硅的化学位移，因此可知该膜是硅膜。
另外，通过SIMS分析测定加热处理后的膜中的碳量和氧量，分别为9×1018原子/cm3、5×1019原子/cm3。
实施例7把合成例1合成的环戊硅烷1mL加入到石英制容器中，作为光源，使用Spectronic社制的薄层色谱用紫外灯EF-140C/J(发出具有相当于光谱数据E的光谱分布的光)，从距离石英容器0.5cm处，以100％功率，进行光照射10分钟，得到白色悬浊液。用孔径0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器将该悬浊液过滤后，再用凝胶渗透色谱法测定，为Mn＝1200，Mw＝2460。另外，用气相色谱法测定残存环戊硅烷量，可知36.9wt％的环戊硅烷没有聚合而残留。
在该过滤后的硅烷化合物中加入甲苯，制成20wt％的溶液，用孔径0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器过滤后，在石英基板上以2000rpm旋涂，成膜性良好。
在400℃对所得涂膜加热处理30分钟后，得到膜厚103nm的膜。对加热处理后的膜进行ESCA分析，在99.0eV观察到来源于硅的化学位移，因此可知该膜是硅膜。
另外，通过SIMS分析测定加热处理后的膜中的碳量和氧量，分别为1×1019原子/cm3、7×1019原子/cm3。
实施例8除了以合成例1合成的环戊硅烷0.2mL和甲苯0.8mL作为原料之外，与实施例7一样，对硅烷化合物进行光照射，得到无色均匀溶液。对该光照射后的溶液，用凝胶渗透光谱法测定，为Mn＝1020，Mw＝2100。另外，用气相色谱法测定残存环戊硅烷量，可知20.2％的环戊硅烷没有聚合而残留。
用孔径0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器将该过滤后的硅烷化合物过滤，然后在石英基板上以2000rpm旋涂，成膜性良好。
在400℃对所得涂膜加热处理30分钟后，得到膜厚92nm的膜。对加热处理后的膜进行ESCA分析，在99.0eV观察到来源于硅的化学位移，因此可知该膜是硅膜。
另外，通过SIMS分析测定加热处理后的膜中的碳量和氧量，分别为1×1021原子/cm3、1×1021原子/cm3。
实施例9除了使用405nm用的带通滤波器，把光照射时间定为10分钟之外，与实施例6一样，对硅烷化合物进行光照射。另外，其中照射的光是具有相当于光谱数据C的光谱分布的光。
对光照射后的硅烷化合物用凝胶渗透光谱法测定，为Mn＝1060，Mw＝1950。该凝胶渗透光谱如图12所示。另外，用气相色谱法测定残存环戊硅烷量，可知29.9wt％的环戊硅烷没有聚合而残留。
在该光照射后的含有硅烷聚合物的硅烷化合物中加入甲苯，制成20wt％的溶液，用孔径0.45μm的聚四氟乙烯制膜滤器过滤后，在石英基板上以2000rpm旋涂，成膜性良好。
在400℃对所得涂膜加热处理30分钟后，得到膜厚91nm的膜。对加热处理后的膜进行ESCA分析，在99.0eV观察到来源于硅的化学位移，因此可知该膜是硅膜。
另外，通过SIMS分析测定加热处理后的膜中的碳量和氧量，分别为1×1019原子/cm3、5×1019原子/cm3。
表3
权利要求
1.一种硅烷聚合物，其特征在于，用凝胶渗透色谱法测定的按聚苯乙烯换算的重均分子量为800～5000。
2.一种硅烷聚合物的制造方法，其特征在于，对具有光聚合性的硅烷化合物照射特定波长范围的光线，使之生成权利要求1所述的硅烷聚合物。
3.权利要求2所述的方法，具有光聚合性的硅烷化合物是液状或溶液状态。
4.权利要求2或3所述的方法，具有光聚合性的硅烷化合物是选自下列化合物中的至少1种，式SiiX2i+2表示的链状硅烷化合物，(其中，X是氢原子或卤素原子，且i是2～10的整数)式SijX2j表示的环状硅烷化合物，(其中，X是氢原子或卤素原子，且j是3～10的整数)式SimX2m-2表示的环状硅烷化合物，(其中，X是氢原子或卤素原子，且m是4～10的整数)，以及式SikXk表示的笼状硅烷化合物(其中，X是氢原子或卤素原子，且k是6、8或10)。
5.权利要求2所述的方法，特定波长范围的光线包括波长范围在300～420nm的光。
6.权利要求2所述的方法，光线的照射时间是0.1秒～600分钟。
7.一种硅膜形成用组合物，其特征在于，含有权利要求1所述的硅烷聚合物和有机溶剂。
8.权利要求7所述的硅膜组合物，进一步含有包含周期表第3B族元素的物质或者包含第5B族元素的物质。
9.一种硅膜的形成方法，其特征在于，在基体上涂布权利要求7或8所述的组合物，对其实施热处理和光处理中的至少一种处理。
10.权利要求9所述的硅膜的形成方法，在进行上述涂布后，在进行热处理和光处理中的任意一种处理前，选择性除去上述组合物含有的有机溶剂。
全文摘要
本发明提供从在基板上涂布时的浸润性、沸点和安全性的观点来看，分子量更大的硅烷聚合物。特别是提供可以容易地形成优质的硅膜的组合物。本发明还提供含有对具有光聚合性的硅烷化合物照射特定波长范围的光线进行光聚合得到的硅烷聚合物的硅膜形成用组合物，以及在基板上涂布该组合物，并进行热处理和/或光处理的硅膜形成方法。
文档编号C23C18/08GK1697781SQ20048000067
公开日2005年11月16日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月13日
发明者岩泽晴生, 王道海, 松木安生, 加藤仁史 申请人:Jsr株式会社