JP2005089448A - シクロテトラシロキサンを重合に対し安定化する方法及び組成物 - Google Patents

シクロテトラシロキサンを重合に対し安定化する方法及び組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】ケイ素酸化物のCVDに使うシクロテトラシロキサンを重合に対し安定化する。
【解決手段】次の式で表されるシクロテトラシロキサン(R1−7は、水素、C1−10アルキル基、またはC1−4アルコキシ基)に有効量の有離基重合抑制剤を供給する。
Figure 2005089448

【選択図】なし

Description

半導体デバイスの製造用の集積回路(IC)の製作では、しばらく前から二酸化ケイ素膜が用いられている。そのようなSiO2の薄膜の作製については公開及び特許文献に多くの例がある。例えば、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ・インコーポレイテッドのSchumacherグループの刊行物、例えば、User’s Guide For: Glass Deposition with TEOS(非特許文献1)、 及びExtrema(R) TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) Product Data Sheet(非特許文献2)を参照されたい。また、Modeling of Low−Pressure Deposition of SiO2 by Decomposition of TEOS(非特許文献3)、及びThe Deposition of Silicon Dioxide Films at Reduced Pressure(非特許文献4)も参照されたい。SiO2の被着のためのいろいろなCVD技術及びそのような技術を使用して被着された薄膜の性質を概説している学術雑誌の論文も多数ある(非特許文献5〜9)。
初期のSiO2膜はシラン(SiH4)のCVD酸化によって被着されていた。サブミクロンのパターンで作られる電子デバイスが開発されるにつれて、良好なステップカバレージを維持するために新しい原料物質が必要になった。テトラエチルオルトシリケート(TEOS)から被着させた膜はSiH4に比べて優れたステップカバレージ特性を示す(非特許文献7)。TEOSはSiO2のCVD調製のための業界の標準的な原料物質と考えられている。TEOSは揮発性の液体であり、蒸気の送給が効率的で、一般に取扱いが容易である。それは自然発火性がなく、従ってシランよりも安全性の点で著しく有利である。それは、多くのデバイス製造用途に好適な優れた電気的及び機械的性質を持つ誘電体膜を生ずる。
化学物質1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(カリフォルニア州のSchumecher of Carlsbadから入手できるTOMCATS(R)シロキサンなど)が、SiO2ガラスのCVD調製のための新しい原料物質として開発中である(非特許文献10〜11)。TOMCATSタイプのシロキサンは、半導体デバイス製造産業の切実な要求を満たすために特に設計された高純度の揮発性液体前駆物質である。TEOSと同様、TOMCATSタイプのシロキサンは、トレンチの充填、層間絶縁膜、ゲート及び厚膜酸化物などのいろいろな誘電体膜用途のためのガラス及びドープガラスの化学気相成長に用いることができる(非特許文献2)。それには、自然発火性がなく、腐食性がないので、同様な利点がある。TOMCATSタイプのシロキサンとTEOSの標準沸点は、それぞれ135℃と168℃である。TOMCATSタイプのシロキサンの揮発性の方が高いので、より低温で送給することができ、あるいは同程度の温度ではより高い効率で送給できる。その被着速度は600℃でTEOSの10倍であり、被着効率はTEOSの3倍である(非特許文献2)。それは、得られる膜のコンフォーマビリティとステップカバレージの点でシランよりも優れており、TEOSと同程度である(特許文献1、非特許文献11)。
一般に、TOMCATSタイプのシロキサンから被着されるSiO2膜は優れた機械的及び電気的性質を示す。これらの膜は、低炭素含有量で緻密であり、屈折率の値は熱酸化と同程度である。TOMCATSタイプのシロキサンは、低圧化学気相成長(LPCVD)用に、及びプラズマ化学気相成長(PECVD)のための液体注入源として、有効である。後者の方法は、熱エネルギーよりもプラズマを用いて化学反応を促進する。TOMCATSタイプのシロキサンによるPECVDは、普通、LPCVDよりも低い温度で行われる(500〜600℃に対し400℃ )。
これらの利点にも関わらず、TOMCATSタイプのシロキサンは半導体デバイスを製造するためのCVDの原料物質としてあまり受け入れられてこなかった。TOMCATSタイプのシロキサンの1つの不都合は、特定の化学物質又はプロセス条件にさらされたときの重合に関する不安定性(非特許文献12)にある。その結果、液体又はゲルの揮発性が低くなり、それがCVDプロセス管理で問題を生ずる。TOMCATSタイプのシロキサンの重合は、酸、塩基、又は遊離基によって触媒される。
TOMCATSタイプのシロキサンの長時間加熱(例1)が重合を促進することも、本発明において実験的に示された。重合度はきわめて小さく、10分の数パーセントにしかならない。高温又は特定の酸もしくは塩基への長時間の暴露というもっと厳しい条件下では、かなりの重合が起こり、10重量%を超えるオリゴマー又はポリマー物質を含む高い粘度の液体又はゲルを生ずる。
従来技術の文献のいくつかは、シロキサンの安定化に関する。Hirabayashiら(特許文献2)は、トリアジン又はスルフィド「制御剤」を使用して、TOMCATSタイプのシロキサンなどの有機ポリシロキサン化合物と白金族触媒を含有する、脂肪族不飽和基を含む混合物を安定化することを教示している。この発明者たちは、トリアジン又はスルフィド剤を用いて、安定であって室温での早期のゲル化を抑制し、従って長期の貯蔵安定性をもたらす混合物を得ることを教示している。
Lutzら(特許文献3)は、(1)アルケニル基、(2)ケイ素と結合した水素原子を含む化合物(例えば、TOMCATSタイプのシロキサン)、及び(3)白金族金属触媒を含む組成物に対して硬化抑制剤として作用するジ−及びトリヒドロカルビルホスフィンの使用を開示している。Lutzらは、この抑制剤は白金触媒と錯体を形成してそれをその後の硬化に対し不活性にすることにより機能すると主張している。
同様の特許文献で、Chalk(特許文献4)は、白金触媒の活性を低下させて、いろいろなポリシロキサン混合物の共重合を防止するアクリロニトリルタイプの化合物の使用を教示している。
Bergerら(特許文献5)は、同様の仕方で機能してPt触媒を失活させ、硬化性オルガノポリシロキサン組成物を早期のゲル化に対して安定化するエチレン列不飽和イソシアヌレートの使用を提案している。
遠藤ら(特許文献6)は、1〜20重量%のポリメチルポリシロキサン、例えば1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサンなどの使用による、シクロシロキサン、例えばTOMCATSタイプのシロキサンの安定化を教示している。
米国特許第5028566号明細書(1991), A.Lagendijk, Method of Forming Silicon Dioxide Glass Films 米国特許第5548006号明細書(1996), S.Hirabayashi and T.Nakamura, Silicone Rubber Compositions 米国特許第5380812号明細書(1995), M.A.Lutz, B.T.Nguyen and R.K.King, One Part Curable Compositions Containing Deactivated Hydrosilation Catalyst and Method for Preparing Same 米国特許第3344111号明細書(1967), A.J.Chalk, Preparation of Stable Copolymerizable Organosilicon Compositions Containing a Platinum Catalyst and an Acrylonitrile Type Compound 米国特許第3882083号明細書(1975), A.Berger and B.Bertolette Hardman, Latent Addition Curable Organopolysiloxane Compositions 特開平7−145179号公報(1999),遠藤,山本,低分子量ポリメチルシクロポリシロキサンの安定化方法 User’s Guide For: Glass Deposition with TEOS; Schumacher Group, Air Products and Chemicals, Inc., 1992 Extrema(R) TOMCATS(R)(Tetramethylcyclotetrasiloxane) Product Data Sheet; Schumacher Group, Air Products and Chemicals, Inc., 2000 Modeling of Low−Pressure Deposition of SiO2 by Decomposition of TEOS; Schumacher Group, Air Products and Chemicals, Inc., 1979 The Deposition of Silicon Dioxide Films at Reduced Pressure; Schumacher Group, Air Products and Chemicals,Inc., 6/1979 G.Lucovsky, Preparation of Device−quality SiO2 Thin Films by Remote Plasma−enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD): Applications in Metal−Oxide−Semiconductor (MOS) Devices, Advanced Materials for Optics and Electronics, Vol.6, 55−72(1996) G.Tochitani, M.Shimozuma and H.Tagashira, Deposition of silicon oxide films from TEOS by low frequency plasma chemical vapor deposition, J. Vac. Sci. Technol. A, Vol.11, No.2 Mar/Apr 1993 S.K.Ray, C.K.Maiti, S.K.Lahiri and N.B.Chakrabarti, Properties of silicon dioxide films deposited at low temperatures by microwave plasma enhanced decomposition of tetraethylorthosilicate, J. Vac. Sci. Technol. B, Vol.10, No.3, May/Jun 1992 C.S.Pai, J.F.Miner and P.D.Foo, Electron Cyclotron Resonance Microwave Discharge for Oxide Deposition Using Tetraethoxysilane, J. Electrochem. Soc., Vol.139, No.3, March 1992 C.−P.Chang, C.S.Pai and J.J.Hsieh, Ion and chemical radical effects on the step coverage of plasma enhanced chemical vapor deposition of tetraethylorthosilicate films, J. Appl. Phys. 67(4), 15 February 1990 C.S.Pai, J.F.Miner and P.D.Foo, Electron Cyclotron Resonance Microwave Discharge for Oxide Deposition Using Tetramethylcyclotetrasiloxane, J. Appl. Phys., Vol.73, No.7, 1 April 1993 A.Hochberg and B.Gelernt, User’s Guide For: Undoped Glass, PSG, and BPSG Using TOMCATS(R) Source Material, Schumacher (Air Products and Chemicals,Inc.),1991 J.E.McGrath, J.S.Riffle, A.K.Banthia, I.Yilgor, I. and G.L Wilkes, An Overview of the Polymerization of Cyclosiloxanes, ACS Symp., Ser.212 (Initiation Polym.), 145−72, 1983
言及した特許文献は、全て、ケイ素ゴム産業におけるいろいろな用途でポリシロキサンの重合又は共重合を何らかの仕方で抑制するいろいろな化学物質の使用を教示している。それらはどれも、半導体デバイス製造産業におけるCVD原料物質についての重合抑制剤としての応用を明示又は示唆していない。
本発明は、電子材料製造におけるケイ素酸化物の化学気相成長法で用いられる置換されたシクロテトラシロキサンを重合に対して安定化させるための方法であって、次の式、
Figure 2005089448
(式中のR1-7は、水素、ノルマルの、枝分かれした、又は環式のC1-10アルキル基、及びC1-4アルコキシ基からなる群から個別に選択される)
を有する置換されたシクロテトラシロキサンに有効な量の遊離基スカベンジャー重合抑制剤を供給することを含む方法である。
本発明はまた、電子材料製造においてケイ素酸化物の前駆物質として化学気相成長法で用いられる重合に対して安定化された置換シクロテトラシロキサンの組成物であって、(a)次の式、
Figure 2005089448
(式中のR1-7は、水素、ノルマルの、枝分かれした、又は環式のC1-10アルキル基、及びC1-4アルコキシ基からなる群から個別に選択される)
を有する置換されたシクロテトラシロキサン、及び(b)遊離基スカベンジャー、を含む組成物でもある。
化学物質1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(カリフォルニア州のSchumacher of Carlsbadから入手できるTOMCATS(R)シロキサンなど)は、半導体デバイス製造のためのSiO2の化学気相成長(CVD)の前駆物質として使用される。TOMCATSタイプのシロキサンは、優れた電子的及び機械的性質をもつ高品質の膜を形成できるのでSiO2のCVD前駆物質としての利用が半導体デバイス製造者によって現在検討されている。TOMCATSタイプのシロキサンは、長時間加熱されると、あるいは特定の化学物質にさらされると、重合することが知られている。本発明において、発明者らは、TOMCATSタイプのシロキサンの重合を抑制するいろいろな遊離基スカベンジャーの使用を開示する。この添加剤の濃度は低く、製品の全体としての純度に有意の影響を及ぼさず、CVDによって生成される膜の重要な性質にマイナスの影響を及ぼすとも予期されない。
従って、本発明の目的は、典型的なCVDプロセス条件下でのTOMCATSタイプのシロキサンの重合をなくし、あるいは抑制することである。これらのTOMCATSタイプのシロキサンは、次の式、
Figure 2005089448
(式中のR1-7は、水素、ノルマルの、枝分かれした、又は環式のC1-10アルキル基、及びC1-4アルコキシ基からなる群から個別に選択される)
の置換されたシクロテトラシロキサンを包含する。
これは、通常は重合に有利な条件の下でTOMCATSタイプのシロキサンの重合を抑制する添加剤を用いてなされる。本発明は、遊離基スカベンジャーなどの、特定の添加剤が重合の抑制に効果的であることを実証する。TOMCATSタイプのシロキサンは、高温では酸素、二酸化炭素、及び三フッ化窒素(NF3)に敏感である。TOMCATSタイプのシロキサンは、60℃以上の温度で、酸素と反応してオリゴマー及びポリマー種を生成する。酸素、二酸化炭素、及び三フッ化窒素は、半導体デバイスの製造で、例えば、TOMCATSタイプのシロキサンからSiO2膜を被着するためのプラズマ化学気相成長(PECVD)プロセスにおける酸化ガスとして、普通に用いられているので、これは重要である。これらのスカベンジャーは、遊離基反応経路によって進行する化学反応を妨げることで機能する。O2安定剤、CO2安定剤、及び/又はNF3安定剤として考えられる遊離基スカベンジャーは、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(又はBHT、すなわちブチルヒドロキシトルエン)、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ(TEMPO)、2−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、3−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、プロピルエステル3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸、2−(1,1−ジメチルエチル)−1,4−ベンゼンジオール、ジフェニルピクリルヒドラジル、4−tert−ブチルカテコール、N−メチルアニリン、p−メトキシジフェニルアミン、ジフェニルアミン、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、p−ヒドロキシジフェニルアミン、フェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス(メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート)メタン、フェノチアジン、アルキルアミドノイソ尿素、チオジエチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート、1,2−ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナモイル)ヒドラジン、トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、環式ネオペンタンテトライルビス(オクタデシルホスファイト)、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−m−クレゾール)、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−p−クレゾール)、オキサリルビス(ベンジリデンヒドラジド)、及び天然の酸化防止剤、例えば、未加工の種油、小麦胚種油、トコフェロール、及びガムである。
好ましくは、遊離基スカベンジャーは10〜1000ppm(wt)の量で、更に好ましくは50〜500ppm(wt)の量で、最も好ましくは50〜250ppm(wt)の量で、最適には100〜200ppm(wt)の量で供給される。
本発明の目的を達成するために、すなわち典型的なCVDプロセス条件下でTOMCATSタイプのシロキサンの重合をなくし又は抑制するために、通常の重合プロセスを加速することを意図した標準的な実験室試験を確立した。この加速老化試験は、普通はもっと長い期間にわたって起こるゆっくりした重合の通常の過程をシミュレートするものである。この試験は、TOMCATSタイプのシロキサンの封止された石英アンプルを24時間高温にさらすものであり、本明細書において「加速老化試験」と呼ばれる。この条件は、普通のCVDプロセスでTOMCATSタイプのシロキサンがさらされるのよりもかなり苛酷であると解される。典型的な加速老化試験では、アンプルに約5.0mlのTOMCATSタイプのシロキサンを入れ、そして「対照実験」を除いて、重合を抑制するための遊離基スカベンジャーを入れる。このTOMCATSタイプのシロキサン/添加剤の混合物を液体窒素浴で冷却する。次に、TOMCATSタイプのシロキサンの上の雰囲気を5分間排気する。その後、石英アンプルのネック部を水素/酸素トーチを用いて封止する。封止したアンプルをオーブンに入れ、120℃で5日間保持する。アンプルを取り出して室温まで冷却させる。その内容物をガスクロマトグラフ(GC)で分析して重合度を測定する。
重合度はGCによって定量的に測定される。この方法は、もとのTOMCATSタイプのシロキサンのピークよりも長い保持時間の高分子量種の生成によって示される重合の開始を検出するのに極めて敏感である。目視の検査によって「高粘度」であると判定されるTOMCATSタイプのシロキサンの試料は、通常GCで分析されない。オリゴマー又はポリマーのシロキサンは、溶解度が低く揮発性が低いため、GCカラムの固定相を不可逆的に汚染する傾向がある。このような試料は、本発明では、10wt%を超えるポリマーを含むと定性的に記載され、以前の所見と矛盾しない。
環式ポリシロキサンの重合は遊離基によって触媒されることが明らかにされている。実験室での観測からは、TOMCATSタイプのシロキサンの重合が酸素又は三フッ化窒素への暴露に特に敏感であることが示されており、シロキサンは半導体の製造で使用するときにその両方に暴露される。本発明で説明される添加剤は、試験した濃度でTOMCATSタイプのシロキサンに対する解決方法となる。更に、これらの添加剤は、その濃度から考えて、またその化学的及び物理的性質から考えて、CVDプロセス全体に有害な影響を及ぼすとは予期されない。
社内の実験から、TOMCATSタイプのシロキサンが高温で酸素及び/又は三フッ化窒素に対して敏感であることが明らかにされた。TOMCATSタイプのシロキサンは、60℃以上の温度で酸素及び/又は三フッ化窒素と反応してオリゴマー及びポリマー種を生成する。酸素及び/又は三フッ化窒素は、TOMCATSタイプのシロキサンからSiO2膜を被着するためのPECVDプロセスにおける酸化ガスとして、又は生産工程間のクリーニングガスとしてよく用いられるので、これは特に重要である。酸素、二酸化炭素、及び三フッ化窒素の存在下でのTOMCATSタイプのシロキサンの安定性に関して集められたデータが、表1に示されている。
この反応性に対処するために、TOMCATSタイプのシロキサンに遊離基スカベンジャーとして、すなわち酸化防止剤として機能する少量の化学物質を加えた。これらのスカベンジャーは、遊離基反応経路で進行する化学反応を妨げることによって機能する。O2安定剤、CO2安定剤、及び/又は三フッ化窒素安定剤として研究した遊離基スカベンジャーは、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(又はBHT、すなわちブチルヒドロキシトルエン)であった。TOMCATSタイプのシロキサンは、BHTを加えると、O2、CO2、及び/又は三フッ化窒素に対する耐性が実質的に高まる。150重量ppmのBHTを加えると、90℃で行った一連の試験で示されたように高温でのO2、CO2、及び/又は三フッ化窒素に対するTOMCATSタイプのシロキサンの感受性が大きく低下した(表1)。もう1つの利点は、BHTが、望ましくない塩基性の膜特性を付与すると報告されている窒素原子を含まないことである。TEMPOも効果的なO2、CO2、及び/又は三フッ化窒素安定剤であると予期される。
これらの試験から、低レベルの遊離基スカベンジャーの使用がO2、CO2、及び/又は三フッ化窒素に対するTOMCATSタイプのシロキサンの感受性を大きく低下させるか又は消失させ、それによってO2、CO2、及び/又は三フッ化窒素によって促進されるTOMCATSタイプのシロキサンの重合から生ずる目詰まりの問題の可能性を減少させるという利点がはっきりと立証された。このような効用が考えられるスカベンジャー/酸化防止剤には、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチル−フェノール、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、2−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、3−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、プロピルエステル3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸、2−(1,1−ジメチルエチル)−1,4−ベンゼンジオール、ジフェニルピクリルヒドラジル、4−tert−ブチルカテコール、N−メチルアニリン、p−メトキシジフェニルアミン、ジフェニルアミン、N、N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、p−ヒドロキシジフェニルアミン、フェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス(メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート)メタン、フェノチアジン、アルキルアミドノイソ尿素、チオジエチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート、1,2−ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナモイル)ヒドラジン、トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、環式ネオペンタンテトライルビス(オクタデシルホスファイト)、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−m−クレゾール)、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−p−クレゾール)、オキサリルビス(ベンジリデンヒドラジド)、及びそれらの混合物が含まれる。天然の酸化防止剤、例えば、未加工の種油、小麦胚種油、トコフェロール、及びガムなども、使用できる。
TOMCATSタイプのシロキサンの重合が遊離基によって触媒されることは知られている。本発明は、特定の遊離基スカベンジャー、例えば、ブチルヒドロキシトルエン(BHT)としても知られる2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールなどが、TOMCATSタイプのシロキサンの重合を抑制するのに効果的な添加剤であることを明らかにする。
本発明の目的を達成するため、すなわち典型的なCVDプロセス条件下でのTOMCATSタイプのシロキサンの重合をなくし又は抑制するために、典型的なCVDプロセスでTOMCATSタイプのシロキサンがさらされる条件をシミュレートする意図で研究室での実験を行った。これらの抑制剤の有効性は、入手したままのTOMCATSタイプのシロキサン(すなわち重合抑制剤を含まない)の安定性をBHTなどの遊離基スカベンジャーで安定化させたTOMCATSタイプのシロキサンのそれと比較することによって評価された。これらの安定性試験は、90℃において、汚染物のない状態で(真空下で)、及び汚染物のある状態で、すなわち、TOMCATSタイプのシロキサンを管理された量の、O2、CO2、及び三フッ化窒素などの選ばれた気体に意図的にさらした状態で行われた。これら3つの気体は全て、普通は、TOMCATSタイプのシロキサン前駆物質からのSiO2の化学気相成長のいずれかの時点で、処理又は管理のために用いられるものである。酸素とNF3は遊離基の既知の源物質である。TOMCATSタイプのシロキサンは、典型的なPECVDプロセスでは、しばしばO2及び/又はCO2によって希釈される。三フッ化窒素は、そのようなプロセスにおけるチャンバクリーニング工程でよく用いられる。
(例1)−真空条件下での重合
ここでは、BHTを加えた場合と加えない場合のTOMCATSタイプのシロキサンの安定性を説明する。
公称容積が80〜90mlの6つの石英アンプルをこの試験のために使用した。これらのアンプルを、本例では1A、1B、1C、1D、1E及び1Fと称する。これらのアンプルは、蒸留水で2回、試薬級アセトンで2回洗浄後、175℃の乾燥オーブンに16〜18時間入れて準備した。乾燥したアンプルをオーブンから取り出し、まだ温かいうちに使用した。約5.0mlの添加剤を含まないTOMCATSタイプのシロキサンをアンプル1A、1B、1C及び1Dに入れた。150ppm(重量で)のBHTを含む同様の量のTOMCATSタイプのシロキサンをアンプル1Eと1Fに入れた。アンプルの開放端にはテフロン(商標)の弁が取り付けられた。アンプル1Aの端部を液体窒素浴に浸漬して、気化したTOMCATSタイプのシロキサンを凝縮させた。アンプルを5分間真空にして、そのヘッドスペースから空気を排気した。水素/酸素トーチを用いてアンプルをネック部でシールした。残りの5つのアンプル(1B〜1F)を同じようにシールした。シールしたアンプル1C、1D、1E及び1Fは、窒素パージしたオーブンに入れ、90℃の一定温度に24時間保持した。アンプル1Aと1Bは室温に保ち、対照試料として用いた。24時間後、加熱したアンプルをオーブンから取り出し、室温まで放置冷却させた。
GC分析から、対照試料(1A、1B)ではロット材料と比べて有意の重合は示されなかった。加熱した試料で添加剤を含まないもの(1C、1D)は、0.136%の平均重合度を示した。150ppmのBHTを含む加熱した試料では、平均重合度が0.079%であった。結果を表1にまとめて示す。
(例2)−二酸化炭素への感受性
ここでは、0.50wt%の二酸化炭素へのTOMCATSタイプのシロキサンの暴露を説明する。
4つの石英アンプル(2A、2B、2C及び2D)を、例1で説明したように洗浄し乾燥させた。アンプル2Aと2Bには、添加剤を含まない約5.0gのTOMCATSタイプのシロキサンを入れた。アンプル2Cと2Dには、150重量ppmのBHTを加えた同様の量のTOMCATSタイプのシロキサンを入れた。4つのアンプルのおのおのは、隔膜で蓋をした石英のサイドアーム延長部を備えていた。アンプル2Aを液体窒素温度まで冷却し、排気してヘッドスペースの空気を除いた。アンプルを真空から切り離して、サイドアームの隔膜の蓋を通して注射器によって19sccmの気体の二酸化炭素を注入した。依然として周囲大気圧よりも低い圧力のアンプルを、例1で説明したようにトーチを用いてシールした。残りの3つのアンプル(2B、2C及び2D)を、同様の仕方で準備してシールした。シールした4つの全てのアンプルを、例1で説明したように90℃で24時間加熱した。添加剤を含まないTOMCATSタイプのシロキサンは、0.216%の平均重合度を示した。150ppmのBHT添加剤を含む同じ化学物質は、0.028%の平均重合度を示した。結果を表1にまとめて示す。
(例3)−酸素に対する感受性
ここでは、0.50wt%の酸素へのTOMCATSタイプのシロキサンの暴露を説明する。
4つの石英アンプル(3A、3B、3C及び3D)を、例1で説明したように洗浄し乾燥させた。アンプル3Aと3Bには、添加剤を含まない約5.0gのTOMCATSタイプのシロキサンを入れた。アンプル3Cと3Dには、150重量ppmのBHTを加えた同様の量のTOMCATSタイプのシロキサンを入れた。4つのアンプルのおのおのは、隔膜で蓋をした石英のサイドアーム延長部を備えていた。アンプル3Aを液体窒素温度まで冷却し、排気してヘッドスペースの空気を除いた。アンプルを真空から切り離して、サイドアームの隔膜の蓋を通して注射器により19sccmの酸素を注入した。依然として周囲大気圧よりも低い圧力のアンプルを、例1で説明したようにトーチを用いてシールした。残りの3つのアンプル(3B、3C及び3D)を、同様の仕方で準備してシールした。シールした4つの全てのアンプルを、例1で説明したように90℃で24時間加熱した。添加剤を含まないTOMCATSタイプのシロキサンは、6.462%の平均重合度を示した。150ppmのBHT添加剤を含む同じ化学物質は、0.031%の平均重合度を示した。結果を表1にまとめて示す。
(例4)−三フッ化窒素に対する感受性
ここでは、BHTを含まないTOMCATSタイプのシロキサンの三フッ化窒素への暴露を説明する。
三フッ化窒素によって促進されるTOMCATSタイプのシロキサンの重合を抑制するのにBHTなどの遊離基スカベンジャーが有効であることを評価するために、適合性試験を行った。NF3の潜在的な反応性と可能性のある副生物の腐食性の理由から、これらの適合性試験は300ccのステンレス鋼製Parr反応器で行われた。
49.956gのTOMCATSタイプのシロキサンを300ccの反応器に入れた。このTOMCATSタイプのシロキサンの試料はBHTを含まず、125重量ppmの2,4−ペンタンジオンを含んでいた。2,4−ペンタンジオンは、TOMCATSタイプのシロキサンを安定化するために初期の添加剤として開発された。反応器のヘッドスペースのガスを排気した。最終濃度が636重量ppm(0.0636wt%)となるように、NF3をヘッドスペース中へ膨張させた。反応器の温度を100℃に上げ、24時間保持した。この規定の時間後、反応器をポンプで引いてNF3を除去した。反応器を開放した。TOMCATSタイプのシロキサンは完全にゲル化していた。反応器に残っている液体はなかった。
本例で説明しているもののような、非常に粘性の、又はゲル化した試料は、TOMCATSタイプのシロキサンの重合度が高いことを示している。これらの試料は、普通の有機溶媒に不溶なため、GCによって分析することができない。このような試料には、この明細書の目的上、「>10重量%」という重合度を割り当てている。
(例5)−三フッ化窒素に対する感受性
ここでは、150ppmのBHTを含むTOMCATSタイプのシロキサンの三フッ化窒素への暴露を説明する。
49.863gのTOMCATSタイプのシロキサンを300ccの反応器に入れた。このTOMCATSタイプのシロキサンの試料には、事前に150重量ppmのBHTを加えた。反応器のヘッドスペースのガスを排気した。最終濃度が631重量ppm(0.0631wt%)となるように、NF3をヘッドスペース中へ膨張させた。反応器の温度を100℃に上げ、24時間保持した。この規定の時間後、反応器をポンプで引いてNF3を除去した。反応器を開放し、45.631gの無色透明な液体を回収した。重量の減少は、多分実験の終わりにNF3を除去するために反応器をポンプで引いたためであった。液体をポリエチレンのボトルに移した。試料をGCで分析し、TOMCATSタイプのシロキサンの純度は分析の前後において99.95%で同じままであることが判明した。重合は検出されなかった。
Figure 2005089448
本発明をいくつかの好ましい態様に関して説明してきたが、本発明の完全な範囲は特許請求の範囲から確認されるべきである。

Claims (14)

  1. 電子材料製造におけるケイ素酸化物の化学気相成長法で用いられるシクロテトラシロキサンを重合に対して安定化させるための方法であって、次の式、
    Figure 2005089448
    (式中のR1-7は、水素、ノルマルの、枝分かれした、又は環式のC1-10アルキル基、及びC1-4アルコキシ基からなる群から個別に選択される)
    を有するシクロテトラシロキサンに有効量の遊離基重合抑制剤を供給することを含むシクロテトラシロキサン安定化方法。
  2. 前記遊離基スカベンジャーが、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、2,6−ジメチルフェノール、2−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、3−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、プロピルエステル3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸、2−(1,1−ジメチルエチル)−1,4−ベンゼンジオール、ジフェニルピクリルヒドラジル、4−tert−ブチルカテコール、N−メチルアニリン、2,6−ジメチルアニリン、p−メトキシジフェニルアミン、ジフェニルアミン、N、N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、p−ヒドロキシジフェニルアミン、フェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス(メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート)メタン、フェノチアジン、アルキルアミドノイソ尿素、チオジエチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート、1,2−ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナモイル)ヒドラジン、トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、環式ネオペンタンテトライルビス(オクタデシルホスファイト)、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−m−クレゾール)、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−p−クレゾール)、オキサリルビス(ベンジリデンヒドラジド)、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1記載の方法。
  3. 前記遊離基スカベンジャーが2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールである、請求項2記載の方法。
  4. 前記遊離基スカベンジャーが10〜1000ppm(wt)の量で供給される、請求項2記載の方法。
  5. 前記遊離基スカベンジャーが50〜500ppm(wt)の量で供給される、請求項2記載の方法。
  6. 前記遊離基スカベンジャーが50〜250ppm(wt)の量で供給される、請求項2記載の方法。
  7. 前記遊離基スカベンジャーが100〜200ppm(wt)の量で供給される、請求項2記載の方法。
  8. 電子材料製造においてケイ素酸化物の化学気相成長法で用いられる1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを重合に対して安定化するための方法であって、有効量の遊離基スカベンジャー重合抑制剤を1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンに供給することを含む、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンの安定化方法。
  9. 前記遊離基スカベンジャーが、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項8記載の方法。
  10. 電子材料製造においてケイ素酸化物の化学気相成長法で用いられる1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンを酸素、二酸化炭素、及び/又は三フッ化窒素によって引き起こされる重合に対して安定化するための方法であって、遊離基スカベンジャーを1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンに供給することを含む、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンの安定化方法。
  11. 前記遊離基スカベンジャーが、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項10記載の方法。
  12. 電子材料製造においてケイ素酸化物の化学気相成長法で用いられる重合に対して安定化するシクロテトラシロキサンの組成物であって、(a)次の式、
    Figure 2005089448
    (式中のR1-7は、水素、ノルマルの、枝分かれした、又は環式のC1-10アルキル基、及びC1-4アルコキシ基からなる群から個別に選択される)
    を有するシクロテトラシロキサン、及び(b)遊離基スカベンジャー重合抑制剤、を含む組成物。
  13. 電子材料製造においてケイ素酸化物の前駆物質として化学気相成長法で用いられる重合に対して安定化した1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンの組成物であって、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンと遊離基スカベンジャー重合抑制剤を含む組成物。
  14. 電子材料製造においてケイ素酸化物の前駆物質として化学気相成長法で用いられる1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサンの、重合に対して安定化した組成物であって、(a)1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン、(b)2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ、2−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、3−tert−ブチル−4−ヒドロキシアニソール、プロピルエステル3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸、2−(1,1−ジメチルエチル)−1,4−ベンゼンジオール、ジフェニルピクリルヒドラジル、4−tert−ブチルカテコール、N−メチルアニリン、p−メトキシジフェニルアミン、ジフェニルアミン、N、N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、p−ヒドロキシジフェニルアミン、フェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、テトラキス(メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート)メタン、フェノチアジン、アルキルアミドノイソ尿素、チオジエチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナメート、1,2−ビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナモイル)ヒドラジン、トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、環式ネオペンタンテトライルビス(オクタデシルホスファイト)、4,4’−チオビス(6−tert−ブチル−m−クレゾール)、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−p−クレゾール)、オキサリルビス(ベンジリデンヒドラジド)、及びそれらの混合物からなる群から選択される遊離基スカベンジャー、を含む組成物。
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