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Dokumentenidentifikation DE69426998T2 31.10.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0615000
Titel Beschichtungen mit füllstoffeenthaltenden Wasserstoff-Silsesquioxane
Anmelder Dow Corning Corp., Midland, Mich., US
Erfinder Haluska, Loren Andrew, Midland, Michigan, US;
Michael, Keith Winton, Midland, Michigan, US
Vertreter Sternagel, Fleischer, Godemeyer & Partner, Patentanwälte, 51429 Bergisch Gladbach
DE-Aktenzeichen 69426998
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.02.1994
EP-Aktenzeichen 943012229
EP-Offenlegungsdatum 14.09.1994
EP date of grant 04.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2001
IPC-Hauptklasse C23C 18/12
IPC-Nebenklasse C04B 41/50   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung von Überzügen unter Verwendung von Zusammensetzungen, die Wasserstoffsilsesquioxanharz und Füllstoffe enthalten. Diese Überzüge können für Substrate für elektronische Vorrichtungen verwendet werden.

Die Verwendung von Wasserstoffsilsesquioxanharzen (H-Harzen) ist für den Erhalt keramischer Überzüge auf Substraten, wie elektronischen Vorrichtungen, allgemein bekannt. Z. B. offenbart das US-Patent Nr. 4,756,977 ein Verfahren zur Ausbildung eines Siliciumdioxidüberzugs auf einem elektronischen Substrat, wobei eine Lösung von H-Harz auf ein Substrat aufgebracht wird, gefolgt von Erhitzen des bezogenen Substrats in Luft bei einer Temperatur im Bereich von 200-1000ºC. Dieses Dokument beschreibt jedoch nicht die Verwendung von Füllstoffen in dem Überzug.

Die Verwendung von Füllstoffen in keramischen Überzügen ist jedoch ebenfalls allgemein bekannt. Z. B. beschreibt das US-Patent Nr. 3,986,997 eine Zusammensetzung, die eine saure Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid und hydroxyliertem Silsesquioxan in einem Alkohol-Wasser-Medium enthält, welches dazu verwendet werden kann, einen transparenten, abriebresistenten Überzug auf einer Vielzahl von Substraten aufzubringen. Dieses Dokument beschreibt jedoch nicht die Verwendung von H-Harzen, wie auch nicht das Auftragen eines keramischen Überzugs auf ein elektronisches Substrat.

Es wurde nun herausgefunden, dass zweckmäßige Schutzüberzüge aus Keramiken aus Zusammensetzungen gebildet werden können, die H-Harze und Füllstoffe enthalten.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung eines Überzugs auf einem elektronischen Substrat und die Substrate, die damit überzogen sind. Das Verfahren umfasst zunächst ein Aufbringen einer Zusammensetzung, die H-Harz und einen Füllstoff enthält, auf dem elektronischen Substrat. Das überzogene Substrat wird dann bei einer Temperatur von 50-1000ºC erhitzt, die ausreicht, um die Zusammensetzung in einen keramischen Überzug zu verwandeln.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Beschichtungszusammensetzung, enthaltend ein H-Harz und den Füllstoff, verdünnt in einem Lösemittel, das zur Ausbildung der Beschichtung verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung basiert auf unserem Ergebnis, dass wünschenswerte Überzüge aus einer Zusammensetzung ausgebildet werden können, die H-Harz und einen Füllstoff enthält. Beschichtungen, die daraus erhalten werden, können dicker (z. B. größer als 40 um) sein, verglichen zu solchen, die zuvor aus Wasserstoffsilsesquioxanharzen ohne Füllstoff erhalten werden konnten (z. B. weniger als 2 um). Sie können außerdem eine Vielfalt an elektrischen Eigenschaften haben, abhängig von der Beschichtung (z. B. von Beschichtungen mit einer Dielektrizitätskonstanten (DK) von weniger als 4 bis hinauf zu vollständig leitenden Beschichtungen) und sie können riss- und porenfrei sein. Außerdem ist ein Brennen der Beschichtungen bei hoher Temperatur, um Kohlenstoff auszubrennen, nicht notwendig, da H-Harz nahezu kohlenstofffrei ist.

Aufgrund der vorgenannten Vorteile sind diese Beschichtungen insbesondere für elektronische Substrate wertvoll. Solche Beschichtungen können als schützende oder dielektrische Beschichtungen, leitende Beschichtungen, dielektrische Zwischenschichten und legierte, dielektrische Schichten zur Herstellung von transistorähnlichen Vorrichtungen, pigmentbeladene Bindemittelsysteme, enthaltend Silicium, zur Herstellung eines Kondensators und kondensatorähnlichen Vorrichtungen, mehrschichtige Vorrichtungen, 3-D-Vorrichtungen, Vorrichtungen mit Silicium auf einem Isolator, Beschichtungen für Superleiter und Super-Gitter-Vorrichtungen dienen. Die Auswahl von Substraten, die gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet werden, ist jedoch nur durch die Notwendigkeit der thermischen und chemischen Stabilität des Substrates unter den verwendeten Bedingungen begrenzt.

Der Ausdruck "keramischer Überzug" wird hierin so verwendet, dass er den harten Überzug beschreibt, der nach dem Erhitzen der Wasserstoffsilsesquioxanharz-Füllstoffzusammensetzung erhalten wird. Dieser Überzug enthält sowohl amorphe Siliciumdioxid (SiO&sub2;)-Materialien, wie auch amorphe siliciumdioxidähnliche Materialien, die nicht vollständig frei von restlichem Kohlenstoff sind, Silanol (Si-OH) und/oder Wasserstoff (welche durch das Erhitzen des H-Harzes erhalten werden) und Füllstoffmaterialien. Der Ausdruck "Füllstoff" wird so verwendet, dass er eine feinverteilte feste Phase beschreibt, die innerhalb des H-Harzes und der keramischen Endbeschichtung verteilt ist. Der Ausdruck "elektronisches Substrat" schließt elektronische Vorrichtungen oder elektronische Schaltungen, wie auf Silicium basierende Bauteile, auf Galliumarsenid basierende Bauteile, Fokalebenen-Anordnungen, optoelektronische Bauteile, Sperrschichtphotozellen und optische Vorrichtungen ein.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein keramischer Überzug auf einem elektronischen Substrat durch ein Verfahren ausgebildet, welches das Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung, die H-Harz und einen Füllstoff enthält, auf das Substrat umfasst und anschließendes Erhitzen des beschichteten Substrats bei einer Temperatur, die ausreicht, um die Zusammensetzung in eine Keramik zu verwandeln.

Die H-Harze, die für diese Erfindung verwendet werden können, schließen Hydridosiloxanharze der Formel HSi(OH)x(OR)yOz/2 ein, in welcher jedes R unabhängig voneinander eine organische Gruppe oder eine substituierte organische Gruppe ist, die, wenn sie über das Sauerstoffatom an ein Silicium gebunden ist, einen hydrolysierbaren Substituenten bildet, x = 0-2, y = 0-2, z = 1-3 und x + y + z = 3 ist. Beispiele von R schließen Alkyle, wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl, Aryle, wie Phenyl, und Alkenyle, wie Allyl oder Vinyl, ein. Als solche können diese Harze vollständig kondensiert (z. B. HSiO3/2)n. oder sie können nur partiell hydrolysiert sein (z. B. enthaltend einige Si-OR) und/oder teilweise kondensiert (z. B. enthaltend einige Si-OH). Obwohl es durch diese Struktur nicht wiedergegeben ist, können diese Harze eine kleine Anzahl (beispielsweise weniger als 10%) an Siliciumatomen enthalten, welche entweder 0 oder 2 Wasserstoffatome daran angelagert haben, entsprechend unterschiedlichen Faktoren, die bei der Bildung oder Behandlung mit einfließen.

Die obengenannten H-Harze und Methoden zu deren Herstellung sind allgemein bekannt. Z. B. lehrt das US-Patent Nr. 3,615,272 die Herstellung eines nahezu vollständig kondensierten H-Harzes (das bis zu 100 bis 300 ppm Silanol enthalten kann) durch ein Verfahren, welches die Hydrolysierung von Trichlorsilan in einem Benzolsulfonsäurehydrat- Hydrolysemedium umfasst und anschließendes Waschen des erhaltenen Harzes mit Wasser oder wässriger Schwefelsäure. Ebenso stellt das US-Patent Nr. 5,010,159 eine alternative Methode bereit, die die Hydrolysierung von Hydrosilanen in einem Arylsulfonsäurehydrat-Hydrolysemedium bereit, um ein Harz zu bilden, welches dann mit einem neutralisierenden Mittel in Kontakt gebracht wird.

Andere Hydridosiloxanharze, wie das aus dem US-Patent Nr. 4,999,397, werden durch Hydrolysieren eines Alkoxy- oder Acyloxysilans in einem sauren, alkoholischen Hydrolysemedium hergestellt. Andere gleichartige Hydridosiloxane, wie solche aus JP-A 59-178749, 60-86017 und 63-107122, funktionieren hierin ebenfalls.

In einer bevorzugten Ausführungsform können spezifische Molekulargewichtsfraktionen der obengenannten H-Harze ebenfalls in unserem Verfahren verwendet werden. Solche Fraktionen und Methoden zu deren Herstellung werden in dem US-Patent Nr. 5,063,267 in zweckmäßiger Weise gelehrt. Eine bevorzugte Fraktion enthält Material, worin wenigstens 75% der polymeren Spezies ein gewichtsmittleres Molekulargewicht über 1200 hat, und eine bevorzugtere Fraktion enthält Material, worin wenigstens 75% der polymeren Spezies ein gewichtsmittleres Molekulargewicht zwischen 1200 und 100.000 hat.

Die Beschichtungszusammensetzung kann außerdem Keramikoxid-Vorläufer enthalten. Beispiele für solche Keramikoxid-Vorläufer schließen Verbindungen von verschiedenen Metallen, wie z. B. Aluminium, Titan, Zirkonium, Tantal, Niob und/oder Vanadium, wie auch verschiedene nichtmetallische Verbindungen, wie solche von Bor oder Phosphor ein, die in Lösung gelöst, hydrolysiert und anschließend pyrolysiert sein können, bei relativ niedrigen Temperaturen und relativ schnellen Reaktionsraten, um Keramikoxid-Beschichtungen zu bilden.

Die obengenannten Keramikoxid-Vorläuferverbindungen haben im Allgemeinen eine oder mehrere hydroylsierbare Gruppen an das obengenannte Metall oder Nichtmetall gebunden, abhängig von der Valenz des Metalles. Die Anzahl an hydrolysierbaren Gruppen, die in diesen Verbindungen enthalten sind, ist nicht kritisch, solange die Verbindung in dem Lösemittel löslich ist. Ebenso ist die Auswahl des exakten hydrolysierbaren Substituenten nicht kritisch, da die Substituenten entweder aus dem System heraus-hydrolysiert oder -pyrolysiert werden. Typische hydrolysierbare Gruppen schließen Alkoxy, wie Methoxy, Propoxy, Butoxy und Hexoxy ein, wie auch Acyloxy, wie Acetoxy, oder andere organische Gruppen, die an dieses Metall oder Nichtmetall über einen Sauerstoff gebunden sind, wie Acetylacetonat. Daher schließen spezifische Verbindungen Zirkoniumtetracetylacetonat, Titandibutoxydiacetylacetonat, Aluminiumtriacetylacetonat und Tetraisobutoxytitan ein.

Wenn das Wasserstoffsilsesquioxanharz mit einem der obengenannten Keramikoxid-Vorläufer kombiniert wird, wird es üblicherweise in einer Menge verwendet, dass der keramische Endüberzug 0,1 bis 30 Gew.-% des modifizierenden Keramikoxids enthält.

Die Beschichtungszusammensetzung kann außerdem einen Platin-, Rhodium- oder Kupferkatalysator enthalten, um die Rate und das Ausmaß der Umwandlung in Siliciumdioxid zu erhöhen. Im Allgemeinen wird jede Platin-, Rhodium- oder Kupferverbindung oder ein Komplex davon zweckmäßig sein, die/der solubilisiert werden kann. Beispielsweise entspricht eine Zusammensetzung wie Platinacetylacetonat, ein Rhodiumkatalysator RhCl&sub3;[S(CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;CH&sub3;)&sub2;]&sub3;, erhältlich von Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, oder Kupfernaphthenat dieser Erfindung. Diese Katalysatoren werden im Allgemeinen in einer Menge von zwischen ungefähr 5 bis 1000 ppm Platin, Rhodium oder Kupfer zugegeben, bezogen auf das Gewicht des H-Harzes.

Die Füllstoffe, die hierin verwendet werden, sind für die Anwendung in Beschichtungen mit anderen Polymeren allgemein bekannt. Diese schließen verschiedene anorganische und organische Füllstoffe ein, insbesondere anorganische Füllstoffe, in einer Vielfalt an Morphologien, einschließlich Pulvern, Teilchen, Flocken und Mikrokugeln. Beispiele für anorganische Füllstoffe schließen synthetische und natürliche Materialien ein, wie die Oxide, Nitride, Boride und Carbide von verschiedenen Metallen und Nichtmetallen, wie z. B. Glas, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zinkoxid, Wolframoxid und Rutheniumoxid; Titanate, wie z. B. Kaliumtitanat und Bariumtitanat; Niobate, wie Lithiumniobat und Bleiniobat; Bariumsulfat, Calciumcarbonat, gefälltes Diatomit, Aluminiumsilikat oder andere Silikate, Pigmente, Phosphore, Wollastonit, Glimmer, Kaolin, Ton und Talk. Außerdem können einige organische Materialien, wie Cellulose, Polyamide und Phenolharze ebenfalls verwendet werden.

Die bevorzugten Füllstoffe, die hierin verwendet werden, hängen von der gewünschten Verwendung für die Beschichtung ab. Soll die Beschichtung beispielsweise als eine dielektrische Zwischenschicht verwendet werden, ist ein Material wie Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid wünschenswert, so dass die Beschichtung eine niedrige Dielektrizitätskonstante (DK) hat. In ähnlicher Weise kann ein Material wie z. B. Bariumtitanat oder Bleiniobat wünschenswert sein, wenn eine Beschichtung mit einer hohen DK gewünscht ist.

Die Partikelgröße und -form der obengenannten Füllstoffe kann über einen breiten Bereich variieren, abhängig von Faktoren wie dem Typ des Füllstoffs und der gewünschten Beschichtungsdicke. Da die Überzüge im Allgemeinen weniger als 500 um dick sind, werden im Allgemeinen Partikelgrößen verwendet, die geringer als dies sind. Bevorzugte Partikelgrößen sind im Allgemeinen im Bereich von weniger als 100 um, bevorzugt sind die Partikelgrößen im Bereich von weniger als 50 um und die am meisten bevorzugten Partikel sind im Bereich von Submikrometern bis 10 um.

Die Menge an Füllstoff, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ebenfalls über einen weiten Bereich variiert werden, abhängig z. B. von der Qualität und den elektrischen Eigenschaften, die in der Endbeschichtung gewünscht sind. Im Allgemeinen werden die Füllstoffe jedoch in einer Menge von weniger als 90 Gew.-% bezüglich dem Gewicht des H-Harzes verwendet, um sicherzustellen, dass genug Harz vorhanden ist, um den Füllstoff zu binden. Selbstverständlich können auch geringere Mengen an Füllstoffen (z. B. 1-5 Gew.-%) verwendet werden.

Außerdem können andere Materialien in den Beschichtungszusammensetzungen enthalten sein, wenn es gewünscht ist. Beispielsweise ist es als im Umfang der vorliegenden Erfindung anzusehen, ein Material zu verwenden, welches die Oberfläche des Füllstoffes modifiziert, um eine bessere Adhäsion zu erreichen. Solche Materialien können Silane, wie Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Mercaptopropyltrimethoxysilan und Vinyltriacetoxysilan einschließen. Ebenso ist es als im Umfang der Erfindung anzusehen, suspendierende Mittel in die Beschichtungszusammensetzungen einzuschließen. Diese und andere optionalen Komponenten sind dem Fachmann bekannt.

Entsprechend der Erfindung werden das H-Harz, der Füllstoff und jegliche optionalen Komponenten auf die Oberfläche eines Substrats aufgetragen. Dies kann auf jede Weise ausgeführt werden, jedoch schließt eine bevorzugte Methode das Lösen des H-Harzes in einem Lösemittel und das Dispergieren des Füllstoffes und jeglicher optionaler Komponenten darin ein. Diese Dispersion wird dann auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. Verschiedene erleichternde Maßnahmen, wie Rühren und/oder Erhitzen können angewendet werden, um das H-Harz und den Füllstoff zu lösen oder zu dispergieren, und somit ein einheitlicheres Aufbringen der Materialien zu bewerkstelligen. Lösemittel, die hierfür verwendet werden können, schließen jedes Mittel oder eine Mischung von Mitteln ein, die das H-Harz und den Füllstoff lösen oder dispergieren, um eine homogene flüssige Mischung zu bilden, ohne sich auf die sich daraus ergebende Beschichtung auszuwirken. Diese Lösemittel schließen Alkohole, wie Ethyl oder Isopropyl; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzen oder Toluen; Alkane, wie n-Heptan oder Dodecan; Ketone, Ester, Glykolether oder zyklische Dimethylpolysiloxane in einer Menge, die ausreicht, um die obengenannten Materialien bis zu einer für das Aufbringen gewünschten Konzentration zu lösen/dispergieren, ein. Im Allgemeinen wird genug des obengenannten Lösemittels verwendet, um eine 0,1-80 gew.-%ige Mischung, bevorzugt 1-50 Gew.-%, zu bilden.

Wenn ein flüssiges Verfahren verwendet wird, wird die flüssige Mischung, die das H-Harz, den Füllstoff, das Lösemittel und irgendwelche optionalen Komponenten enthält, auf das Substrat geschichtet. Die Methode zur Beschichtung kann Spinnbeschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Flutbeschichtung sein. Andere äquivalente Möglichkeiten gelten jedoch ebenfalls als innerhalb des Umfangs dieser Erfindung.

Das Lösemittel wird dann von dem beschichteten Substrat verdunsten gelassen, was zu der Ablagerung des H-Harz- und Füllstoff-Überzugs führt. Jede geeignete Möglichkeit zur Verdunstung kann verwendet werden, wie z. B. einfaches Lufttrocknen, indem es der Umgebungsluft ausgesetzt wird, die Anwendung von Vakuum oder mildes Erhitzen (z. B. weniger als 50ºC) oder während der frühen Phase der Hitzebehandlung. Wenn die Spinnbeschichtung angewendet wird, ist die zusätzliche Trocknungsphase minimiert, da das Spinnen das Lösemittel vertreibt.

Obwohl die beschriebenen Methoden auf einen flüssigen Ansatz abstellen, wird der Fachmann ohne weiteres erkennen, dass andere äquivalente Möglichkeiten ebenso hierin funktionieren und als gemäß dieser Erfindung zu betrachten sind.

Die H-Harz- und Füllstoff-Beschichtung wird dann typischerweise dadurch in die Keramik umgewandelt, dass sie auf eine genügende Temperatur erhitzt wird. Im Allgemeinen ist die Temperatur im Bereich von 50 bis 1000ºC, abhängig von der Pyrolyse-Atmosphäre.

Bevorzugt sind die Temperaturen im Bereich von 50 bis 800ºC und besonders bevorzugt bei 50 bis 500ºC. Das Erhitzen wird für weniger als 3 Stunden durchgeführt, um die Beschichtung zu keramifizieren.

Das oben genannte Erhitzen kann bei jedem effektiven atmosphärischen Druck von Vakuum bis zu superatmosphärischem Druck und in jeglicher effektiven oxidierenden oder nichtoxidierenden gasförmigen Umgebung, wie z. B. solche, die Luft, O&sub2;, ein Inertgas (N&sub2;, usw.), Ammoniak, Amine, Feuchtigkeit und N&sub2;O enthält.

Jede Methode zum Erhitzen, wie die Verwendung eines Konvektionsofens, rasche thermische Verarbeitung, eine heiße Platte oder ein Strahler oder Mikrowellenergie ist im Allgemeinen hierin zweckmäßig. Die Rate des Erhitzens ist darüber hinaus nicht kritisch, jedoch ist es am praktischsten und bevorzugt, so schnell wie möglich zu erhitzen.

Durch die obengenannten Methoden wird ein keramischer Überzug auf dem Substrat hergestellt. Die Dicke des Überzugs kann über einen weiten Bereich (z. B. bis zu 500 um) variieren, wie oben beschrieben ist. Diese Überzüge glätten die unregelmäßigen Oberflächen von verschiedenen Substraten, sie sind relativ defektfrei, sie haben exzellente Klebeeigenschaften und sie haben eine Vielzahl an elektrischen Eigenschaften (z. B. DK von weniger als 4 bis hinauf zu vollständig leitenden Überzügen). Als solche sind diese insbesondere anwendbar für eine Vielzahl von elektronischen Anwendungen, wie z. B. dielektrische, schützende und leitende Schichten.

Zusätzliche Überzüge können über diese Überzüge aufgetragen werden, wenn es gewünscht ist. Diese schließen SiO&sub2;-Überzüge, SiO&sub2;/keramische Oxidschichten, Silicium enthaltende Überzüge, Siliciumcarbon enthaltende Überzüge, Siliciumnitrogen enthaltende Überzüge, Siliciumsauerstoffnitrogenüberzüge, Siliciumnitrogenkohlenstoff enthaltende Überzüge und/ oder diamantähnliche Kohlenstoffüberzüge ein. Methoden für das Aufbringen solcher Überzüge sind allgemein bekannt und sind in dem US- Patent Nr. 4,756,977 beschrieben. Ein insbesondere bevorzugter Überzug ist Siliciumcarbid, aufgebracht durch chemischen Dampfauftrag von Silacyclobutan. Dieses letztgenannte Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 5,011,706 beschrieben.

Die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele sind enthalten, so dass ein Fachmann die Erfindung leichter versteht.

Beispiel 1

Eccospheresm DCT-28-27 (Siliciumglas-Mikrokugeln mit einer Partikelgröße im Bereich von 10-40 um), 0,2 g, wurden in einem Mörser und einem Stößel 20 min gemahlen, um die Partikelgröße zu verringern. Eine Beschichtungszusammensetzung wurde dann durch Mischen des geriebenen Glases, 0,7 g eines H-Harzes, hergestellt nach der Methode des US-Patents Nr. 3,615,273, und 0,012 g Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 0,36 g Dodecan gebildet. Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die Oberfläche von zwei 7,6 cm · 12,7 cm (3" · 5") Aluminiumplatten aufgetragen, für eine wurde ein 0,075 mm (3 mil) - Applikator verwendet, um eine 0,05 mm (2 mil) - Beschichtung aufzutragen, und für die zweite wurde ein 0,1 mm (4 mil) - Applikator verwendet, um eine 0,075 mm (3 mil) - Beschichtung aufzutragen. Die Überzüge wurden eine Stunde bei 64ºC trocknen gelassen. Die beschichteten Platten wurden dann auf 185ºC eine Stunde lang erhitzt und 45 min auf 410ºC. Die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor für die 0,075 mm (3 mil) - Beschichtung sind wie folgt:

Die Kugeln hatten eine Dielektrizitätskonstante = 1,17 (1-8,6 GHZ) und einen Verlustfaktor = 0.001 (1-8,6 GHZ).

Beispiel 2

Eine Beschichtungszusammensetzung wurde durch Mischen von 0,12 g Eccospheresm SDT-28-27 (nicht zerstoßen), 0,12 g (5 um) MinusilTM (Siliciumdioxid), 0,7 g eines H-Harzes, hergestellt nach der Methode des US-Patents Nr. 3,615,273, 0,012 g Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 0,456 g Dodecan hergestellt. Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die Oberfläche verschiedener Substrate aufgetragen und es wurde, wie in der folgenden Tabelle dargelegt, fortgefahren:

Das Muster von ineinandergreifenden Fingern aus Aluminium auf der Silicium-Halbleiterscheibe, das wie oben beschichtet wurde, wurde auf Porosität, die Dichte kleinster Löcher und Sperrschichteigenschaften mit Hilfe von MIL STD 883C, Methode 2021-3, Prozedur B getestet, und zur Bestimmung der Unversehrtheit der Glasierungsschicht mit einer Phosphorsäure-Ätzlösung. Die Ätzlösung bestand aus 16 Teilen konzentrierter Phosphorsäure, 2 Teilen deionisiertem Wasser, 1 Teil konzentrierter Salpetersäure und einem Teil Eisessig. Die Probe wurde durch Auftragen von einem Tropfen der Ätzlösung auf die Oberfläche der Beschichtung für eine Zeitspanne von 50 min (30 min = normale Expositionszeit) getestet. Die Probe wurde anschließend mit destilliertem Wasser gespült und trocknen gelassen. Die Überprüfung des Testbereichs auf der Beschichtung zeigte, dass der Film intakt war, und es gab keinen Beweis für irgendeine Korrosion. Die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor für die 7,6 cm · 15,2 cm (3" · 6")- Aluminiumplatte, wie oben beschrieben beschichtet mit der 41 um dicken Beschichtung, waren wie folgt:

Beispiel 3

Eine Beschichtungszusammensetzung wurde durch Mischen von 0,12 g EccospheresTM SDT-28-27 (nicht zerstoßen), 0,12 g Plasmaaluminiumoxid, mittlere Partikelgröße = 6 um (Produktnr. 13,699, ZYP Coatings, Inc.), 0,7 g eines H-Harzes, hergestellt nach der Methode des US-Patents Nr. 3,615,273, 0,012 g Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 0,456 g Dodecan hergestellt. Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die Oberfläche einer 7,6 cm · 12,7 cm (3" · 5") -Aluminiumplatte unter Verwendung eines 0,075 mm (3 mil) - Applikators aufgetragen. Die Beschichtungen wurden für 3 Stunden bei 64ºC trocknen gelassen. Die beschichteten Platten wurden dann bei 185ºC für eine Stunde und bei 400ºC für eine Stunde erhitzt. Es wurde eine 31 um dicke Beschichtung erhalten. Die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor der Beschichtung waren wie folgt:

Beispiel 4

Eine Beschichtungszusammensetzung wurde durch Mischen von 0,15 g Plasmaaluminiumoxid, mittlere Partikelgröße = 6 um (Produktnr. 13,699, ZYP Coatings, Inc.), 0,7 g eines H-Harzes, hergestellt nach der Methode des US-Patents Nr. 3,615,273, 0,024 g Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 0,271 g Dodecan hergestellt. Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf der Oberfläche einer 7,6 cm · 12,7 cm (3" · 5")-Aluminiumplatte unter Verwendung eines 0,05 mm (2 mil) - Applikators aufgetragen. Die Beschichtungen wurden für vier Stunden bei 64ºC trocknen gelassen. Die beschichteten Platten wurden dann für eine Stunde auf 185ºC und für eine Stunde auf 400ºC erhitzt. Es wurde eine 36 um dicke Beschichtung erhalten. Die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor der Beschichtung waren wie folgt:

Beispiel 5

NalcoTM 84SS-258 (30%-iges kolloidales Siliciumdioxid mit einer Partikelgröße von 20 nm, verdünnt in einem Glykolpropylether), 1,08 g, 0,6 g eines H-Harzes, hergestellt nach der Methode des US-Patents Nr. 3,615,273 und 1,08 g 2(2-Butoxyethoxy)ethylacetat wurden in 1,11 g Methylethylketon gemischt. Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die Oberfläche von 10 Motorola 14011B CMOS Bauelementen aufgetragen und bei 3000 UPM für 10 s gedreht. Ein 2,5 cm² (1 inch) Silicium- Halbleiterscheibchen wurde ebenfalls auf dieselbe Weise beschichtet. Die beschichteten Materialien wurden dann für 2,5 Stunden in Luft auf 400ºC erhitzt. Die CMOS Bauelemente waren nach der Pyrolyse alle funktionell. Salzatmosphärentests gemäß MIL-STD-883C. Methode 1009, zeigten, dass 7 von 10 zwei Stunden bestanden und 3 von 7 vier Stunden in dem Test bestanden. Eine ähnliche Beschichtung aus Siliciumdioxid, erhalten aus einem H-Harz, versagte nach 10 min in demselben Typ von Test.

Beispiel 6

NalcoTM 84SS-258 (30%-iges kolloidales Siliciumdioxid mit einer Partikelgröße von 20 nm, verdünnt in einem Glycolpropylether) 2,163 g, 2,0 g Triethoxysilan, 0,164 g Wasser, 9,49 g Isopropylalkohol und 3,0 g n-Butanol wurden gemischt und für 30 min auf 60-75ºC erhitzt. Die Beschichtungszusammensetzung wurde auf die Oberfläche einer 2,5 cm · 7,6 cm (1" · 3")-Aluminiumplatte aufgetragen. Die beschichtete Platte wurde für 10 min luftgetrocknet und für eine Stunde in luft bei 400ºC pyrolysiert. Ein Motorola 14011B CMOS Bauelement und eine 2,5 cm² (1 inch²) Silicium-Halbleiterscheibe wurden ebenso mit der obengenannten flüssigen Mischung bei 300 UPM über 15 s spinnbeschichtet. Die beschichteten Teile wurden dann für 4 Stunden in Luft auf 400ºC erhitzt. FTIR zeigte eine im wesentlichen vollständige Umwandlung in Siliciumdioxid. Das CMOS Bauelement war nach der Pyrolyse funktionell und überlebte 4 Stunden die Salzatmosphärentests von Beispiel 5 (versagte bei 24 Stunden).


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Ausbildung eines Überzugs auf einem elektronischen Substrat, umfassend:

Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung, die Wasserstoffsilsesquioxanharz und einen Füllstoff enthält, auf das elektronische Substrat und

Erwärmen des beschichteten Substrats bei einer Temperatur zwischen 50 und 1.000ºC weniger als drei Stunden lang, um die Beschichtungszusammensetzung in einen keramischen Überzug umzuwandeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat durch ein Verfahren aufgebracht wird, welches das Beschichten des Substrats mit einer flüssigen Mischung, die ein Lösungsmittel, das Wasserstoffsilsesquioxanharz und den Füllstoff enthält, und dann Verdampfen des Lösungsmittels umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei diese flüssige Mischung auf das Substrat durch Sprühbeschichten, Tauchbeschichten, Flutbeschichten oder Spinnbeschichten aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das beschichtete Substrat in einer Umgebung, ausgewählt aus Luft, O&sub2;, Sauerstoffplasma, einem Inertgas, Ammoniak, Aminen, Feuchtigkeit und N&sub2;O, erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wasserstoffsilsesquioxanharz so fraktioniert wird, dass wenigstens 75% der polymeren Spezies ein gewichtsmittleres Molekulargewicht zwischen 1.200 und 100.000 aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungszusammensetzung ebenfalls modifizierende keramische Oxidvorläufer enthält, umfassend eine Verbindung, die ein Element, ausgewählt aus Titan, Zirkonium, Aluminium, Tantal, Vanadium, Niob, Bor und Phosphor, enthält, wobei die Verbindung wenigstens einen hydrolysierbaren Substituenten, ausgewählt aus Alkoxy oder Acyloxy, enthält und die Verbindung in einer Menge vorhanden ist, so dass die Beschichtung 0,1 bis 30 Gew.-% modifizierendes keramisches Oxid enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungszusammensetzung ebenfalls einen Platin-, Rhodium- oder Kupferkatalysator in einer Menge zwischen 5 und 1.000 ppm Platin, Rhodium oder Kupfer, bezogen auf das Gewicht des Wasserstoffsilsesquioxanharzes, enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungszusammensetzung ebenfalls ein Material enthält, das die Oberfläche des Füllstoffs modifiziert.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtungszusammensetzung ebenfalls ein Suspensionsmittel enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Füllstoff in einer Form, ausgewählt aus Pulvern, Teilchen, Flocken und Mikrokugeln, vorliegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus Oxiden, Carbiden, Nitriden, Boriden, Titanaten, Niobaten, Silicaten, Phosphor, Wollastonit, Glimmer, Kaolin, Ton, Talk.

Cellulose, Polyamiden und Phenolharzen.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Füllstoff eine Teilchengröße im Bereich von weniger als 500 um aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Füllstoff in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von weniger als 90 Gew.-% vorliegt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der keramische Überzug eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der keramische Überzug eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der keramische Überzug leitfähig ist.







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