JP2007311732A - Low dielectric material - Google Patents

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宏寿 石井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low dielectric material excellent as an interlayer insulating material that dispenses with the arrangement of holes. <P>SOLUTION: The low dielectric material including a polyindan derivative having a structure expressed by the formula (1) or the formula (2). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、低誘電材料に関する。より詳細には、ポリインダン誘導体からなり、電気・電子分野において、半導体装置の層間絶縁膜材料等に用いられる低誘電材料に関する。   The present invention relates to a low dielectric material. More specifically, the present invention relates to a low dielectric material made of a polyindane derivative and used as an interlayer insulating film material of a semiconductor device in the electric / electronic field.

低誘電材料は、電気・電子部品における材料として、帯電や抵抗値上昇等の問題点を解消するために広く用いられている。低誘電材料は、部材の誘電率の低下を目的として使用されるほか、発熱を伴う部分に使用したり、薄膜として使用することが多い。このため、低誘電材料には、耐熱性向上、強度向上等も同時に求められている。   Low dielectric materials are widely used as materials in electrical and electronic parts in order to solve problems such as charging and resistance value increase. A low dielectric material is used for the purpose of lowering the dielectric constant of a member, and is often used for a portion that generates heat or as a thin film. For this reason, low dielectric materials are also required to improve heat resistance and strength at the same time.

特に低誘電材料は、半導体の層間絶縁膜材料として有用であり、低誘電率、高耐熱性、高強度、経済性を具備した材料の開発が活発に行われている。
低誘電材料の主な用途である半導体の層間絶縁膜材料としては、現在シロキサン系化合物が中心に用いられている。シロキサン系化合物は、主にケイ素、酸素から構成されている。ところが、分子の双極子モーメントが大きいほど誘電率は高くなるため、非共有電子対を多く有するシロキサン系化合物等は不利である。しかし、今までは低誘電材料の誘電率kの要求値が3〜4程度と比較的高くてもよかったこと、また、強度やシリコンウェハーに対する密着性のバランスの点から、シロキサン系化合物が用いられていた。
In particular, low dielectric materials are useful as semiconductor interlayer insulating film materials, and materials having low dielectric constant, high heat resistance, high strength, and economy are being actively developed.
Currently, siloxane compounds are mainly used as semiconductor interlayer insulating film materials, which are the main applications of low dielectric materials. Siloxane compounds are mainly composed of silicon and oxygen. However, since the dielectric constant increases as the dipole moment of the molecule increases, a siloxane compound having many unshared electron pairs is disadvantageous. However, until now, the required value of the dielectric constant k of the low dielectric material may be relatively high, about 3 to 4, and siloxane compounds are used from the viewpoint of balance of strength and adhesion to the silicon wafer. It was.

近年、半導体の高性能化要求から半導体回路幅の微細化が求められており、誘電率をさらに低くすることが必要になってきた。その際には、半導体チップ全体の強度や物理的ストレス等による絶縁破壊の問題も深刻になるため、薄膜としての強度も維持する必要がある。
一方、低誘電率化の観点から、シロキサン系化合物は無機シロキサン系化合物から有機シロキサン系化合物に移行し、さらにコントロールされたナノメートルレベルの空孔の導入へと技術が進展してきた。しかし、さらなる低誘電率化に対応するために空孔の導入量を増やすと、材料強度の低下を招くため、強度低下を伴わず誘電率を低下させるには限界があった。
In recent years, there has been a demand for finer semiconductor circuit width due to demand for higher performance of semiconductors, and it has become necessary to further lower the dielectric constant. At that time, since the problem of dielectric breakdown due to the strength of the entire semiconductor chip, physical stress, etc. becomes serious, it is necessary to maintain the strength as a thin film.
On the other hand, from the viewpoint of lowering the dielectric constant, the siloxane compound has shifted from an inorganic siloxane compound to an organic siloxane compound, and the technology has advanced to the introduction of controlled nanometer level vacancies. However, if the amount of introduced holes is increased in order to cope with further lowering of the dielectric constant, the material strength is lowered, and there is a limit to lowering the dielectric constant without lowering the strength.

そこで、有機系ポリマー等の新規材料が提案されているが、絶縁性、低誘電率と高強度に加えて、特に、半導体製造時にかかる熱負荷に耐える高耐熱性を具備する材料はなかった。
また、特許文献1に例示されるボラジン−ケイ素系高分子のような有機/無機重合体が提案されている。しかしながら、低誘電率、高強度、高耐熱性を具備するが重合に必要なプラチナ触媒を除去する工程がないため、残留プラチナ原子により生じる絶縁破壊や低安定性の点で問題が残っていた。
Therefore, new materials such as organic polymers have been proposed. However, in addition to insulation, low dielectric constant, and high strength, there has been no material having high heat resistance particularly capable of withstanding the heat load applied during semiconductor manufacturing.
Further, organic / inorganic polymers such as borazine-silicon polymers exemplified in Patent Document 1 have been proposed. However, although it has a low dielectric constant, high strength, and high heat resistance, there is no process for removing the platinum catalyst necessary for polymerization, so that problems remain in terms of dielectric breakdown caused by residual platinum atoms and low stability.

また、特許文献2には、ポリインダンビスフェノールについて開示されており、低い誘電率を特徴としている。しかし、誘電率kは開示していない。また、この文献には、従来のポリインダンポリマーは脆性であり、機械的特性が望ましくないと記載されている。
また、特許文献3では、低誘電体材料の1例としてポリインダンが例示されている。しかし、この文献における「低誘電体材料」は、二酸化ケイ素の誘電率k(k:約4.0)より低いk値を有する材料であると定義されているのみで、ポリインダン誘導体の具体的な構造やk値については何も開示していない。
特開2002−359240号公報 特表2002−504531号公報 特表2002−510878号公報
Patent Document 2 discloses polyindanbisphenol and is characterized by a low dielectric constant. However, the dielectric constant k is not disclosed. This document also describes that conventional polyindane polymers are brittle and have undesirable mechanical properties.
Moreover, in patent document 3, polyindan is illustrated as an example of a low dielectric material. However, the “low dielectric material” in this document is only defined as a material having a k value lower than the dielectric constant k (k: about 4.0) of silicon dioxide. Nothing is disclosed about the structure or k value.
JP 2002-359240 A JP-T-2002-504531 Japanese translation of PCT publication No. 2002-510878

本発明は、空孔導入しなくとも低い誘電率を有し、層間絶縁膜材料として好適な低誘電材料を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a low dielectric material having a low dielectric constant without introducing vacancies and suitable as an interlayer insulating film material.

本発明によれば、以下の低誘電材料等が提供される。
1.下記式(1)又は式(2)で表される構造を有するポリインダン誘導体からなる低誘電材料。

Figure 2007311732
(式中、R〜R及びRは、それぞれ水素、置換あるいは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、置換あるいは非置換の炭素数6〜30の芳香族基、フッ素含有脂肪族基又はフッ素含有芳香族基を表す。
,R及びRは、それぞれ置換あるいは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、置換あるいは非置換の炭素数6〜30の芳香族基、フッ素含有脂肪族基又はフッ素含有芳香族基を表す。
〜R及びRは同一でも、それぞれ異なっていてよい。
kは0〜3であり、Rが複数ある場合、Rの位置はいずれでもよく、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
l及びmは、それぞれ0〜11の整数であり、l及びmが1〜10である場合、R及びRの位置はいずれでもよい。また、l及びmが2〜11である場合、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
nは、10〜10,000の整数である。)
2.前記式(1)又は式(2)のRが、置換又は非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であって、kが0.01〜3である1に記載の低誘電材料。
3.前記式(1)又は式(2)のRが、置換又は非置換のシクロヘキシル基、アダマンチル基又はビアダマンチル基である2に記載の低誘電材料。
4.上記1〜4のいずれかに記載の低誘電材料からなる半導体用層間絶縁膜材料。
5.上記1〜4のいずれかに記載の低誘電材料を有機溶媒に溶解させた塗料。
6.上記1〜4のいずれかに記載の低誘電材料からなる薄膜。
7.上記6に記載の薄膜を有する半導体装置。
8.上記6に記載の薄膜を有する電子回路装置。 According to the present invention, the following low dielectric materials and the like are provided.
1. A low dielectric material comprising a polyindane derivative having a structure represented by the following formula (1) or formula (2).
Figure 2007311732
(Wherein R 1 to R 5 and R 8 are each hydrogen, a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms. Represents a group, a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorine-containing aliphatic group, or a fluorine-containing aromatic group.
R 6 , R 7 and R are each a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted group. An alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorine-containing aliphatic group, or a fluorine-containing aromatic group.
R 1 to R 8 and R may be the same or different.
k is 0 to 3, and when there are a plurality of R, the position of R may be any, and may be the same or different.
l and m are each an integer of 0 to 11, and when l and m are 1 to 10, the positions of R 6 and R 7 may be any. When l and m are 2 to 11, R 6 and R 7 may be the same or different.
n is an integer of 10 to 10,000. )
2. 2. The low dielectric material according to 1, wherein R in the formula (1) or (2) is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and k is 0.01 to 3 .
3. 3. The low dielectric material according to 2, wherein R in the formula (1) or the formula (2) is a substituted or unsubstituted cyclohexyl group, adamantyl group or biadamantyl group.
4). 5. A semiconductor interlayer insulating film material comprising the low dielectric material according to any one of 1 to 4 above.
5). 5. A paint obtained by dissolving the low dielectric material according to any one of 1 to 4 in an organic solvent.
6). A thin film comprising the low dielectric material according to any one of 1 to 4 above.
7). 7. A semiconductor device having the thin film as described in 6 above.
8). 7. An electronic circuit device having the thin film as described in 6 above.

本発明によれば、空孔導入をしなくとも層間絶縁膜材料として優れた低誘電材料が提供できる。
また、本発明の低誘電材料を用いることにより、ULSI等の半導体装置の性能を向上できる。
According to the present invention, it is possible to provide an excellent low dielectric material as an interlayer insulating film material without introducing holes.
Further, by using the low dielectric material of the present invention, the performance of a semiconductor device such as ULSI can be improved.

本発明の低誘電材料の1つは、下記式(1)で表される構造を有するポリインダン誘導体である。

Figure 2007311732
One of the low dielectric materials of the present invention is a polyindane derivative having a structure represented by the following formula (1).
Figure 2007311732

式(1)において、R〜R及びRは、それぞれ水素、置換あるいは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、置換あるいは非置換の炭素数6〜30の芳香族基、フッ素含有脂肪族基又はフッ素含有芳香族基を表す。尚、Rは水素ではない。R〜R及びRは同一であっても、それぞれ異なっていてもよい。 In the formula (1), R 1 to R 5 and R are each hydrogen, a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched fatty acid having 3 to 20 carbon atoms. Represents a group, a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorine-containing aliphatic group, or a fluorine-containing aromatic group. R is not hydrogen. R 1 to R 5 and R may be the same or different.

〜R及びRが示す炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、ヘキシル基、n−ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、テトラヘキサデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基が好ましい。また、R〜Rとしては、水素が好ましい。
尚、炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基に置換基が結合している場合には、置換基としては、フェニル基、トリフルオロメチル基、アダマンチル基が好ましい。
Examples of the linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 1 to R 5 and R include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, hexyl group, n- Heptyl, octyl, nonyl, decyl, dodecyl, tetrahexadecyl, hexadecyl and octadecyl are preferred. Moreover, as R < 1 > -R < 5 >, hydrogen is preferable.
In addition, when the substituent is couple | bonded with a C1-C20 linear aliphatic group, as a substituent, a phenyl group, a trifluoromethyl group, and an adamantyl group are preferable.

〜R及びRが示す炭素数3〜20の分岐状脂肪族基として、イソプロピル基、イソブチル基、2−エチルヘキシル基が好ましい。
尚、炭素数3〜20の分岐状脂肪族基に置換基が結合している場合には、置換基としては、フェニル基、トリフルオロメチル基、アダマンチル基が好ましい。
As the branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms represented by R 1 to R 5 and R, an isopropyl group, an isobutyl group, and a 2-ethylhexyl group are preferable.
In addition, when a substituent is bonded to a branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, the substituent is preferably a phenyl group, a trifluoromethyl group, or an adamantyl group.

〜R及びRが示す炭素数5〜50の脂環式置換基としては、単環状、複環状又は多環状構造を有する脂環式置換基が挙げられ、具体的には、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、シクロドデシル基、シクロテトラデシル基、ノルボニル基、アダマンチル基、ジアマンチル基が好ましい。
尚、炭素数5〜50の脂環式置換基に置換基が結合している場合には、置換基としては、メチル基、エチル基、n−ブチル基、フェニル基、アダマンチル基が好ましい。
Examples of the alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms represented by R 1 to R 5 and R include an alicyclic substituent having a monocyclic, bicyclic or polycyclic structure, and specifically, a cyclohexyl group. , Cyclooctyl group, cyclodecyl group, cyclododecyl group, cyclotetradecyl group, norbornyl group, adamantyl group and diamantyl group are preferable.
In addition, when a substituent has couple | bonded with a C5-C50 alicyclic substituent, as a substituent, a methyl group, an ethyl group, n-butyl group, a phenyl group, and an adamantyl group are preferable.

〜R及びRが示す炭素数6〜30の芳香族基として、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基が好ましい。
尚、炭素数6〜30の芳香族基に置換基が結合している場合には、置換基としては、メチル基、エチル基、n−ブチル基、フェニル基、アダマンチル基が好ましい。
As the aromatic group having 6 to 30 carbon atoms represented by R 1 to R 5 and R, a phenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, and an anthracenyl group are preferable.
In addition, when a substituent has couple | bonded with a C6-C30 aromatic group, as a substituent, a methyl group, an ethyl group, n-butyl group, a phenyl group, and an adamantyl group are preferable.

〜R及びRが示すフッ素含有脂肪族基として、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が好ましい。また、R〜R及びRはフッ素含有脂環式基であってもよく、この場合には、パーフルオロアダマンチル基が好ましい。 The fluorine-containing aliphatic group represented by R 1 to R 5 and R is preferably a trifluoromethyl group or a pentafluoroethyl group. R 1 to R 5 and R may be a fluorine-containing alicyclic group, and in this case, a perfluoroadamantyl group is preferable.

〜R及びRが示すフッ素含有芳香族基として、ペンタフルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基、ヘプタフルオロナフチル基、ノナフルオロアントラセニル基が好ましい。 As the fluorine-containing aromatic group represented by R 1 to R 5 and R, a pentafluorophenyl group, a 4-fluorophenyl group, a heptafluoronaphthyl group, and a nonafluoroanthracenyl group are preferable.

また、R〜R及びRは、上記の置換基を組み合わせて形成される置換基でもよい。具体例として、4−トリフルオロメチルフェニル基、3−メチルアダマンチル基、3−トリフルオロメチルアダマンチル基、3−フェニルアダマンチル基、ビアダマンチル基等が挙げられる。 R 1 to R 5 and R may be a substituent formed by combining the above substituents. Specific examples include 4-trifluoromethylphenyl group, 3-methyladamantyl group, 3-trifluoromethyladamantyl group, 3-phenyladamantyl group, and biadamantyl group.

nは10〜10,000の整数であり、好ましくは10〜1000である。nが10未満では耐熱性、安定性が低くなる恐れがあり、nが10,000を越えると有機溶媒への溶解度が低下し薄膜等の所望の形態への成型が困難になる恐れがある。   n is an integer of 10 to 10,000, preferably 10 to 1000. If n is less than 10, heat resistance and stability may be lowered, and if n exceeds 10,000, the solubility in an organic solvent may be lowered, and it may be difficult to form a desired form such as a thin film.

kは0〜3であり、Rが複数ある場合、Rの位置はいずれでもよくそれぞれ同一でも異なっていてもよい。ポリインダン誘導体の製造容易性の観点からはkは0が好ましいが、誘電率をより低下するためには、kは0.01〜3であることが好ましい。
尚、本発明のうちRを有する化合物では、置換基(R)によって一部乃至全部置換されたベンゼン環と、置換基(R)によって置換されていないベンゼン環が混在する場合があるため、置換数kが1未満の場合もある。即ち、繰り返し単位内ではなく、式(1)又は式(2)で表される化合物全体で、Rが1つ以上結合していればよい。
k is 0 to 3, and when there are a plurality of R, the position of R may be any, and may be the same or different. From the viewpoint of ease of production of the polyindane derivative, k is preferably 0, but in order to further lower the dielectric constant, k is preferably 0.01 to 3.
In the present invention, in the compound having R, a benzene ring partially or completely substituted by the substituent (R) and a benzene ring not substituted by the substituent (R) may be mixed, The number k may be less than 1. That is, one or more Rs may be bonded to the entire compound represented by the formula (1) or the formula (2), not within the repeating unit.

ポリインダン誘導体の末端基としては、イソプロペニル基、4−イソプロペニルフェニル基、イソプロピル基、4−イソプロピルフェニル基、ヒドロキシイソプロピル基、4−(ヒドロキシイソプロピル)フェニル基、クロロイソプロピル基、4−(クロロイソプロピル)フェニル基等が挙げられる。   As the terminal group of the polyindane derivative, isopropenyl group, 4-isopropenylphenyl group, isopropyl group, 4-isopropylphenyl group, hydroxyisopropyl group, 4- (hydroxyisopropyl) phenyl group, chloroisopropyl group, 4- (chloroisopropyl) ) Phenyl group and the like.

上記式(1)のR〜R及びRは、水素(Rは除く)、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基又はn−ヘプチル基が特に好ましい。また、R〜R,Rが、n−ヘキシル基、n−デシル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基、アダマンチル基、ペンタメチルフェニル基、ペンタフルオロフェニル基又はトリフルオロメチル基である化合物も好ましい。
好ましい式(1)のポリインダン誘導体について、その構造式を以下に示す。
R 1 to R 5 and R in the above formula (1) are particularly preferably hydrogen (excluding R), methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group or n-heptyl group. . A compound in which R 1 to R 5 and R are an n-hexyl group, an n-decyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, a pentamethylphenyl group, a pentafluorophenyl group, or a trifluoromethyl group is also preferable.
The structural formula of the preferred polyindane derivative of formula (1) is shown below.

Figure 2007311732
Figure 2007311732

本発明の低誘電材料の他の形態として、下記式(2)で表される構造を有するポリインダン誘導体が挙げられる。

Figure 2007311732
Another form of the low dielectric material of the present invention is a polyindane derivative having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2007311732

式(2)において、R〜R,R,k及びnは、式(1)のR〜R,R,k及びnと同じである。ただし、R及びRは水素ではない。末端基も同じである。
式(2)において、l及びmは、それぞれ0〜11の整数であり、l及びmが1〜10である場合、R及びRの位置はいずれでもよい。また、l及びmが2〜11である場合、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
In the formula (2), R 4 to R 8 , R, k and n are the same as R 1 to R 5 , R, k and n in the formula (1). However, R 6 and R 7 are not hydrogen. The terminal group is the same.
In Formula (2), l and m are each an integer of 0 to 11, and when l and m are 1 to 10, the positions of R 6 and R 7 may be any. When l and m are 2 to 11, R 6 and R 7 may be the same or different.

式(2)で表されるポリインダンの好ましい具体例として、k,l及びmが0である化合物が挙げられる。このような化合物は製造の容易さの点で利点がある。また、R〜R,Rが、n−ヘキシル基、n−デシル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基、アダマンチル基、ペンタメチルフェニル基、ペンタフルオロフェニル基又はトリフルオロメチル基である化合物が挙げられる。
好ましい式(2)のポリインダン誘導体について、構造式を以下に示す。
Preferable specific examples of the polyindane represented by the formula (2) include compounds in which k, l and m are 0. Such compounds are advantageous in terms of ease of manufacture. Further, R 4 to R 8, R is, n- hexyl, n- decyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, pentamethylphenyl group, compounds pentafluorophenyl group or a trifluoromethyl group .
The structural formula of the preferred polyindane derivative of the formula (2) is shown below.

Figure 2007311732
Figure 2007311732

式(1)及び式(2)で表されるポリインダンのなかで、特に、Rとして置換又は非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基が結合しているものが好ましい。Rとして、脂環式置換基を導入することにより、特に誘電率の低い化合物が得られる。これは、主鎖構造に脂環式置換基が入る場合と比較して、ペンダントとして入る場合は、薄膜を構成する分子同士の分子間距離が相対的に遠くなり、分子間の空隙が確保できるため、誘電率の上昇につながる電子分極の密度が低下するため、誘電率が低下すると考えられる。また、全ての分子には電子分極が存在するが、脂環式置換基は電子分極が低いため、ペンダントとして導入する際に、誘電率の上昇に寄与し難いためと考えられる。   Among the polyindanes represented by the formulas (1) and (2), those in which a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms is bonded as R are particularly preferable. By introducing an alicyclic substituent as R, a compound having a particularly low dielectric constant can be obtained. This is because the intermolecular distance between the molecules constituting the thin film is relatively long and the intermolecular voids can be secured when entering as a pendant as compared to the case where the alicyclic substituent enters the main chain structure. Therefore, it is considered that the dielectric constant decreases because the density of electronic polarization that leads to an increase in dielectric constant decreases. Further, although all molecules have electronic polarization, it is considered that alicyclic substituents have low electronic polarization, so that it is difficult to contribute to an increase in dielectric constant when introduced as a pendant.

本発明においては、Rである脂環式置換基はベンゼン環に直接結合していることが好ましい。アルキル基等を介して結合すると、介在基の部分で側鎖が曲がってしまうため、分子間距離を充分に離すことが困難となる。また、耐熱性の観点から、加熱時の回転による分子の運動を引き起こすので好ましくない場合がある。   In the present invention, the alicyclic substituent which is R is preferably directly bonded to the benzene ring. When bonded via an alkyl group or the like, the side chain bends at the intervening group portion, making it difficult to sufficiently separate the intermolecular distance. Also, from the viewpoint of heat resistance, it may be undesirable because it causes molecular movement due to rotation during heating.

Rとしては、上述した置換基のうち、特に、置換又は非置換のシクロヘキシル基、アダマンチル基又は下記式で表されるビアダマンチル基が好ましい。   R is particularly preferably a substituted or unsubstituted cyclohexyl group, adamantyl group or a biadamantyl group represented by the following formula among the substituents described above.

Figure 2007311732
(式中、R11は炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基であり、ビアダマンチル基の任意の位置に0.1〜17個の範囲で結合している。)
Figure 2007311732
(In the formula, R 11 is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms and is bonded to an arbitrary position of the biadamantyl group in a range of 0.1 to 17).

炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、へキシル基、オクチル基、デシル基等が好ましい。置換数は0.2〜10であることが好ましく、0.5〜6が特に好ましい。   As the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, and the like are preferable. The number of substitutions is preferably 0.2 to 10, particularly preferably 0.5 to 6.

従来の低誘電化の方法である、材料にナノメートルレベルの空孔を導入する手法では、材料の強度を低下せずに誘電率を低下させるのには限界があるため、オングストロームレベルの空孔を導入する必要があった。即ち、原子レベルのサイズの空孔を導入し、分子間自由体積を増加する必要があった。
本発明では、空孔を導入しなくとも誘電率を低下でき、さらに、耐熱性向上、強度向上が可能となる。これは、誘電率を低下させるには、分子のπ電子及び水素原子を減少させることにより、分子の分極率を低下させることが有効であるが、本発明の低誘電材料はインダン構造を主鎖とする、基本骨格が脂環式構造及び芳香環構造のみから構築される高分子化合物であり、分子の分極率が低いためである。
The conventional method of introducing dielectrics at the nanometer level, which is a method for reducing the dielectric constant, has a limit in reducing the dielectric constant without reducing the strength of the material. Needed to be introduced. That is, it is necessary to introduce vacancies of atomic size and increase the intermolecular free volume.
In the present invention, the dielectric constant can be lowered without introducing pores, and further, heat resistance and strength can be improved. In order to lower the dielectric constant, it is effective to lower the molecular polarizability by reducing the π electrons and hydrogen atoms of the molecule, but the low dielectric material of the present invention has an indane structure as the main chain. This is because the basic skeleton is a polymer compound constructed only from an alicyclic structure and an aromatic ring structure, and the molecular polarizability is low.

本発明の低誘電材料の誘電率kは2.7以下である。好ましくは2.6以下、より好ましくは2.5以下である。誘電率kの下限値は特定する必要はないが、現実的な値として1.5程度である。
誘電率kは、上記式(1)又は式(2)に示されるポリインダンの構造、特に、置換基R〜R及びRの種類、置換基Rの数及び位置により変化する。例えば、脂環式置換基、フッ素含有脂肪族基、フッ素含有芳香族置換基とすれば、比較的誘電率は低くなる。
尚、誘電率kは、水銀プローブ法により求めた値である。
The dielectric constant k of the low dielectric material of the present invention is 2.7 or less. Preferably it is 2.6 or less, More preferably, it is 2.5 or less. Although it is not necessary to specify the lower limit value of the dielectric constant k, a practical value is about 1.5.
The dielectric constant k varies depending on the structure of the polyindane represented by the above formula (1) or (2), particularly the types of the substituents R 1 to R 8 and R, the number and position of the substituents R. For example, when an alicyclic substituent, a fluorine-containing aliphatic group, or a fluorine-containing aromatic substituent is used, the dielectric constant is relatively low.
The dielectric constant k is a value obtained by the mercury probe method.

式(1)及び式(2)で表されるポリインダンは、例えば、Makromolecular Chemistry,193,3083−3096(1992)やMakromol.Chem.193,487−500(1992)を参照することにより製造できる。具体的に、対応するモノマー(ジイソプロペニルベンゼン誘導体等)から、酸触媒を用いたカチオン重合方法により製造する。この他、対応するモノマーから、ラジカル開始剤を用いたラジカル重合法により製造することが可能である。   Polyindanes represented by formula (1) and formula (2) are described in, for example, Makromolecular Chemistry, 193, 3083-3096 (1992), Makromol. Chem. 193, 487-500 (1992). Specifically, it is produced from a corresponding monomer (such as a diisopropenylbenzene derivative) by a cationic polymerization method using an acid catalyst. In addition, it can be produced from the corresponding monomer by a radical polymerization method using a radical initiator.

これらの製造方法に用いられる酸触媒としては、硫酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の一般的な強酸が好適に用いられる。ラジカル開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、アゾビスメチルプロピオンアミジン等のフリーラジカルを好適に発生する化合物が好適に使用できる。   As the acid catalyst used in these production methods, general strong acids such as sulfuric acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like are preferably used. As the radical initiator, compounds that suitably generate free radicals such as azobisisobutyronitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, azobismethylpropionamidine, and the like can be preferably used.

尚、式(1)又は式(2)のRとして、上述した脂環式置換基を導入するには、Rのハロゲン化物(R−X)とRの結合していない出発化合物を、ルイス酸存在下のフリーデル・クラフト反応により反応させることにより得られる。
Rのハロゲン化物(R−X)としては、例えば、3−ブロモ−5,5’−ジブチル−1,1’−ビアダマンタンが好ましい。
ルイス酸は、公知のルイス酸性を有する化合物を用いることが可能である。
具体的には塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、フッ化アルミニウム、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、トリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素、五フッ化リン、スカンジウムトリフラートの他、チタン、ジルコニウム等の金属のアルコキシド化合物等、公知の化合物が例示される。
好ましくは塩化アルミニウム、臭化アルミニウムである。これらを組み合わせて用いてもよい。
In order to introduce the above-described alicyclic substituent as R in the formula (1) or formula (2), a halide compound (R—X) of R and a starting compound in which R is not bonded are converted to a Lewis acid. It is obtained by reacting by the Friedel-Craft reaction in the presence.
As the halide of R (R—X), for example, 3-bromo-5,5′-dibutyl-1,1′-biadamantane is preferable.
As the Lewis acid, a compound having a known Lewis acidity can be used.
Specifically, aluminum chloride, aluminum bromide, aluminum fluoride, boron trifluoride, boron trichloride, boron tribromide, tris (pentafluorophenyl) boron, phosphorus pentafluoride, scandium triflate, titanium, zirconium Known compounds such as metal alkoxide compounds are exemplified.
Aluminum chloride and aluminum bromide are preferred. You may use combining these.

ルイス酸の添加量は、使用するハロゲン化脂環式化合物に対して、好ましくは、0.001当量〜10当量である。好ましくは0.01当量〜1当量である。   The amount of Lewis acid added is preferably 0.001 equivalent to 10 equivalents relative to the halogenated alicyclic compound used. Preferably it is 0.01 equivalent-1 equivalent.

好ましいルイス酸の種類及び添加量は、基体の芳香族化合物とハロゲン化脂環式化合物の組合せや反応条件により異なるが、その反応性、経済性の観点から、塩化アルミニウム及び/又は臭化アルミニウムを0.01当量〜1当量用いる。   The preferred Lewis acid type and amount to be added vary depending on the combination of aromatic compound and halogenated alicyclic compound and reaction conditions of the substrate, but from the viewpoint of reactivity and economy, aluminum chloride and / or aluminum bromide is used. 0.01 equivalent to 1 equivalent is used.

使用する反応基質や反応条件により、溶媒を用いても用いなくても反応は実施できる。一般的には、溶媒により反応基質及び触媒の濃度が低下することにより反応速度が低下したり、溶媒自身が反応に関与し反応の選択率を低下させたりする可能性があるため、溶媒を用いない方が好ましい例が多い。しかし、基質の形態等に起因して、反応の制限上、又は後処理の制限上、溶媒を使用することが好ましい場合は、ハロゲン化炭化水素溶媒を用いるのが一般的である。ハロゲン化炭化水素として、好ましくは、1,1,2,2−テトラクロロエタンである。   Depending on the reaction substrate used and the reaction conditions, the reaction can be carried out with or without a solvent. In general, the solvent may be used because the concentration of the reaction substrate and the catalyst may decrease due to the solvent, and the reaction rate may decrease, or the solvent itself may participate in the reaction and decrease the selectivity of the reaction. There are many examples where it is preferable not to. However, a halogenated hydrocarbon solvent is generally used when it is preferable to use a solvent due to the form of the substrate or the like due to reaction limitations or post-treatment limitations. The halogenated hydrocarbon is preferably 1,1,2,2-tetrachloroethane.

フリーデル・クラフツ反応を実施するに際して、アルコール系溶媒やピリジン等の塩基性有機溶媒は、ルイス酸の触媒作用を抑制するため好ましくない。また、芳香族系溶媒は、反応基質であるハロゲン化脂環式化合物と反応し副生成物を与えてしまうため好ましくない。   In carrying out the Friedel-Crafts reaction, alcohol solvents and basic organic solvents such as pyridine are not preferred because they suppress the catalytic action of Lewis acid. An aromatic solvent is not preferable because it reacts with a halogenated alicyclic compound as a reaction substrate to give a by-product.

フリーデル・クラフツ反応を実施する際の反応温度は、好ましくは−100℃〜200℃であり、より好ましくは−78℃〜100℃である。−78℃未満では十分な反応速度が得られない場合があり、100℃を超えると副反応が進行し、所望の化合物の収率が低下する恐れがある。   The reaction temperature for carrying out the Friedel-Crafts reaction is preferably −100 ° C. to 200 ° C., more preferably −78 ° C. to 100 ° C. If it is less than −78 ° C., a sufficient reaction rate may not be obtained, and if it exceeds 100 ° C., side reactions may progress and the yield of the desired compound may be reduced.

式(1)及び式(2)で示されるポリインダン誘導体は、重合した後、洗浄、イオン交換樹脂処理、再沈殿、再結晶、精密ろ過、乾燥等の精製方法により、例えば、Fe3+、Cl、Na、Ca2+等のイオン性不純物、反応溶媒、後処理溶媒、水分等を除去することが好ましい。これにより、誘電率はさらに低下し、耐熱性又は強度が向上する。具体的には、超純水による再沈殿、再結晶、洗浄後の精密ろ過、トルエン、アセトン等の有機溶媒溶液のイオン交換樹脂処理により、上記イオン性不純物の混入量をppmオーダー以下まで除去することができる。また、真空乾燥や熱風乾燥による、精製溶媒や水分等の除去により、さらに誘電率を低下でき、耐熱性又は強度を向上できる。 After polymerization, the polyindane derivative represented by the formula (1) and the formula (2) is polymerized and then purified by a purification method such as washing, ion exchange resin treatment, reprecipitation, recrystallization, microfiltration, and drying, for example, Fe 3+ , Cl −. It is preferable to remove ionic impurities such as Na + , Ca 2+ , reaction solvent, post-treatment solvent, moisture and the like. Thereby, a dielectric constant further falls and heat resistance or intensity | strength improves. Specifically, the amount of the ionic impurities mixed up to ppm order or less is removed by reprecipitation with ultrapure water, recrystallization, microfiltration after washing, and ion exchange resin treatment of an organic solvent solution such as toluene and acetone. be able to. Further, the removal of the purified solvent, moisture, etc. by vacuum drying or hot air drying can further reduce the dielectric constant and improve the heat resistance or strength.

本発明の低誘電材料は、半導体用層間絶縁膜材料として好適に使用できる。例えば、半導体装置の製造におけるULSI多層配線構造の層間絶縁膜材料として用いる場合、耐熱性、強度、基板密着性及び安定性等が要求されるが、各特性の要求値は、低誘電材料を用いる部位によって異なるため、一概には定義できない。しかし、層間絶縁膜材料として使用する場合、一般に誘電率等は低く、耐熱性、強度、基板密着性、安定性等が高いことが望ましい。本発明の低誘電材料はこれらの性質を具備するものである。   The low dielectric material of the present invention can be suitably used as a semiconductor interlayer insulating film material. For example, when used as an interlayer insulating film material of a ULSI multilayer wiring structure in the manufacture of a semiconductor device, heat resistance, strength, substrate adhesion, stability, etc. are required. Since it differs depending on the part, it cannot be defined unconditionally. However, when used as an interlayer insulating film material, it is generally desirable that the dielectric constant and the like are low, and the heat resistance, strength, substrate adhesion, stability, etc. are high. The low dielectric material of the present invention has these properties.

また、本発明の低誘電材料は、薄膜にした後の高温での重合(熱キュア)が不要であり、また、化学構造も単純であり安価な原料から複雑な工程を経ることなく製造できる。このため、従来の熱硬化性有機系層間絶縁膜材料に対して経済的である。さらに、熱硬化させる触媒や架橋剤を添加する必要がないため、膜中にこれらが残留することがなく、層間絶縁膜材料として好適に使用できる。   In addition, the low dielectric material of the present invention does not require high-temperature polymerization (thermal curing) after being formed into a thin film, has a simple chemical structure, and can be manufactured from inexpensive raw materials without complicated processes. For this reason, it is economical with respect to the conventional thermosetting organic system interlayer insulation film material. Furthermore, since it is not necessary to add a catalyst or a crosslinking agent for thermosetting, these do not remain in the film and can be suitably used as an interlayer insulating film material.

本発明の低誘電材料の耐熱温度は、層間絶縁膜材料として使用する場合、好ましくは290℃〜600℃の範囲である。耐熱温度は材料となる高分子化合物の主鎖構造、分子量、置換基の種類、置換位置、置換数により変化する。耐熱温度は、分子量を大きくすることにより向上し、また、置換基の分解、解重合の原因となる熱によるラジカルの発生抑制又は安定性向上に効果のある脂環式置換基、芳香族基、フッ素含有芳香族基を上記式(1)の化合物の置換基R〜R及びRに、又は式(2)の化合物の置換基R〜R及びRに導入することにより向上することができる。 The heat resistant temperature of the low dielectric material of the present invention is preferably in the range of 290 ° C. to 600 ° C. when used as an interlayer insulating film material. The heat-resistant temperature varies depending on the main chain structure, molecular weight, type of substituent, substitution position, and number of substitution of the polymer compound as the material. The heat-resistant temperature is improved by increasing the molecular weight, and the decomposition of the substituents, the generation of radicals due to heat that causes depolymerization, or an alicyclic substituent that is effective in improving stability, an aromatic group, Improving by introducing a fluorine-containing aromatic group into the substituents R 1 to R 5 and R of the compound of formula (1) or to the substituents R 4 to R 7 and R of the compound of formula (2). Can do.

尚、耐熱性の評価方法は、示差走査熱量計(DSC)、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)等、一般的な熱物性評価により行える。評価サンプルの形状は薄膜の状態でも、その前駆体である粉体やブロック状物であっても、評価方法の際に用いる装置の制限の範囲内で適宜選択できる。本願において耐熱温度とは、熱分解開始温度を意味する。   The heat resistance evaluation method can be performed by general thermophysical property evaluation such as a differential scanning calorimeter (DSC), a differential thermothermal weight simultaneous measurement device (TG / DTA). The shape of the evaluation sample can be selected as appropriate within the limits of the apparatus used in the evaluation method, whether it is in the form of a thin film, or a powder or a block that is a precursor thereof. In the present application, the heat-resistant temperature means a thermal decomposition start temperature.

本発明の低誘電材料の薄膜弾性率は、5〜100ギガパスカル(GPa)の範囲であることが好ましい。好適な薄膜弾性率の値は、低誘電材料からなる薄膜を用いる半導体装置又は電子回路装置の種類や構造、用いられる部位、薄膜の厚さ等により一概に規定できないが、一般的に構成される薄膜からなる多層構造の製作過程における破損や多層構造の耐久性等の観点から、上記の範囲が好ましい。
尚、低誘電材料の強度の目安となる薄膜弾性率はナノインデンテーション法によって評価した値を意味する。
The thin film elastic modulus of the low dielectric material of the present invention is preferably in the range of 5 to 100 gigapascal (GPa). The preferred value of the thin film elastic modulus cannot be generally defined by the type and structure of a semiconductor device or electronic circuit device using a thin film made of a low dielectric material, the part used, the thickness of the thin film, etc. From the viewpoint of damage in the manufacturing process of the multilayer structure composed of thin films, durability of the multilayer structure, and the like, the above range is preferable.
The thin film elastic modulus, which is a measure of the strength of the low dielectric material, means a value evaluated by the nanoindentation method.

本発明の低誘電材料からなる薄膜は、シリコン等の基板に対する密着性も従来公知の材料に比べて遜色ない。尚、基板密着性はテープテスト(作成した薄膜に碁盤の目状の傷を付け、それにテープを貼付し剥離することにより剥がれる薄膜の数で評価)により評価できる。   The thin film made of the low dielectric material of the present invention is inferior in adhesion to a substrate such as silicon as compared with a conventionally known material. The substrate adhesion can be evaluated by a tape test (evaluated by the number of thin films that are peeled off when the prepared thin film is scratched by a grid pattern and the tape is applied and peeled off).

また、本発明の低誘電材料では、主鎖構造が芳香族構造、脂環式構造式から構成されるため、化学的な安定性、物理的な安定性が高い。このため、主に半導体装置、電子回路装置を作製する際に実施される加熱操作、エッチング操作、電極配線設置操作等における低誘電材料あるいは薄膜の安定性が高い。
以上より本発明の低誘電材料は、例えば、半導体製造におけるULSI多層配線構造の層間絶縁膜材料として充分な強度、基板密着性、安定性を有する。
Further, in the low dielectric material of the present invention, the main chain structure is composed of an aromatic structure and an alicyclic structural formula, and therefore has high chemical stability and physical stability. For this reason, the stability of a low dielectric material or a thin film is high mainly in a heating operation, an etching operation, an electrode wiring installation operation, and the like, which are performed when manufacturing a semiconductor device and an electronic circuit device.
From the above, the low dielectric material of the present invention has sufficient strength, substrate adhesion, and stability, for example, as an interlayer insulating film material of a ULSI multilayer wiring structure in semiconductor manufacturing.

本発明の低誘電材料は、有機溶媒に溶解させて塗料として使用することができる。
本発明の低誘電材料は、一般的な有機溶媒に溶解させることができる。具体的な有機溶媒として、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、DMF、NMP、DMSO、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、シクロヘキサノントルエン、ベンゼン、アセトン等が挙げられる。
塗料における低誘電材料の配合量は、作製する薄膜の厚さや塗料の粘度等を考慮して適宜調整できるが、一般には、0.01重量%〜50重量%程度である。
The low dielectric material of the present invention can be dissolved in an organic solvent and used as a paint.
The low dielectric material of the present invention can be dissolved in a general organic solvent. Specific organic solvents include dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, DMF, NMP, DMSO, propylene glycol methyl ether acetate, ethyl lactate, cyclohexanone toluene, benzene, acetone, etc. Is mentioned.
The blending amount of the low dielectric material in the paint can be appropriately adjusted in consideration of the thickness of the thin film to be produced, the viscosity of the paint, and the like, but is generally about 0.01% by weight to 50% by weight.

本発明の低誘電材料は、層間絶縁膜等、薄膜の形態で使用されることが好ましい。本発明の低誘電材料からなる薄膜は、上述した塗料を使用して、スピンコーティング法、スプレーコーティング法等の塗布法や、CVD法等の、一般に公知の方法により製膜できる。厚さが10nm〜10μmの薄膜が形成できる。本発明の低誘電材料からなる薄膜は、半導体装置(集積回路)用や電子回路装置用の層間絶縁膜として好適に利用できる。   The low dielectric material of the present invention is preferably used in the form of a thin film such as an interlayer insulating film. A thin film made of the low dielectric material of the present invention can be formed by a generally known method such as a coating method such as a spin coating method or a spray coating method, or a CVD method using the above-described paint. A thin film having a thickness of 10 nm to 10 μm can be formed. The thin film made of the low dielectric material of the present invention can be suitably used as an interlayer insulating film for a semiconductor device (integrated circuit) or an electronic circuit device.

本発明の低誘電材料は、誘電率が低く、透明性、強度、安定性等に優れているので、本発明の低誘電材料から作製された薄膜は、CPU、DRAM、フラッシュメモリ等の半導体装置、情報処理用小型電子回路装置、高周波通信用電子回路装置等の電子回路装置、画像表示装置、光通信用装置等の部材、表面保護膜、耐熱膜等として使用することができる。   Since the low dielectric material of the present invention has a low dielectric constant and excellent transparency, strength, stability, etc., a thin film produced from the low dielectric material of the present invention is a semiconductor device such as a CPU, DRAM, flash memory or the like. It can be used as an electronic circuit device such as a small electronic circuit device for information processing and an electronic circuit device for high-frequency communication, a member such as an image display device and an optical communication device, a surface protective film, a heat-resistant film, and the like.

実施例1
[ポリインダン誘導体(低誘電材料)の製造]
リフラックスコンデンサーと滴下ロートを備え、攪拌手段としてマグネチックスターラーを備えた200ミリリットルの2つ口フラスコに、50ミリリットルのジクロロメタンに溶解させた1,4−ジイソプロペニルベンゼン(東京化成工業株式会社製)を9.1ミリモル入れ、激しく攪拌した。20ミリリットルのジクロロメタンに溶解させたトリフルオロ酢酸35.1ミリモルを、滴下ロートに入れ、激しく攪拌されているフラスコ中に素早く加えた。トリフルオロ酢酸の添加中に反応混合物の色は暗緑色に変化した。その後、反応混合物を、室温で3時間攪拌した。その後、反応混合物を180ミリリットルの2−プロパノール中に入れ、反応を終了させた。沈殿したポリマーはろ過し、10ミリリットルのジクロロメタンに再溶解し、180ミリリットルの2−プロパノール中に入れて再沈殿させて、ろ過した。得られた固体を70℃で真空乾燥して、下記式(3)に示すポリインダンを1.1g得た。

Figure 2007311732
Example 1
[Manufacture of polyindane derivatives (low dielectric materials)]
1,4-diisopropenylbenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) dissolved in 50 ml of dichloromethane in a 200 ml two-necked flask equipped with a reflux condenser and a dropping funnel and equipped with a magnetic stirrer as a stirring means 9.1 mmol) and stirred vigorously. 35.1 mmol of trifluoroacetic acid dissolved in 20 ml of dichloromethane was placed in the dropping funnel and quickly added into the vigorously stirred flask. During the addition of trifluoroacetic acid, the color of the reaction mixture changed to dark green. The reaction mixture was then stirred at room temperature for 3 hours. The reaction mixture was then placed in 180 milliliters of 2-propanol to complete the reaction. The precipitated polymer was filtered, redissolved in 10 milliliters of dichloromethane, reprecipitated in 180 milliliters of 2-propanol and filtered. The obtained solid was vacuum-dried at 70 ° C. to obtain 1.1 g of polyindane represented by the following formula (3).
Figure 2007311732

実施例2
[ポリインダン誘導体(低誘電材料)の製造]
1,4−ジイソプロペニルベンゼンに代えて、1,3−ジイソプロペニルベンゼン(東京化成工業株式会社製)を9.1ミリモル使用した以外は、実施例1と同様にして、下記式(4)に示すポリインダンを1.0g得た。

Figure 2007311732
Example 2
[Manufacture of polyindane derivatives (low dielectric materials)]
In the same manner as in Example 1 except that 9.1 mmol of 1,3-diisopropenylbenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of 1,4-diisopropenylbenzene, the following formula (4 1.0 g of polyindane as shown in FIG.
Figure 2007311732

実施例3
[ポリインダン誘導体(低誘電材料)の製造]
1,4−ジイソプロペニルベンゼンに代えて、Makromolecular Chemistry,193,3083−3096(1992)記載の方法で合成した1,4−ジ(1−シクロヘキシルビニル)ベンゼンを9.1ミリモル使用した以外は、実施例1と同様にして、下記式(5)に示すポリインダンを1.5g得た。

Figure 2007311732
Example 3
[Manufacture of polyindane derivatives (low dielectric materials)]
Instead of 1,4-diisopropenylbenzene, 9.1 mmol of 1,4-di (1-cyclohexylvinyl) benzene synthesized by the method described in Makromolecular Chemistry, 193, 3083-3096 (1992) was used. In the same manner as in Example 1, 1.5 g of polyindane represented by the following formula (5) was obtained.
Figure 2007311732

実施例4
実施例1で合成した式(3)で表されるポリインダン誘導体のベンゼン環上にジブチルビアダマンチル基を導入した。
具体的に、窒素雰囲気下、容量100ミリリットルのフラスコ中に、式(3)で表されるポリインダン(重量平均分子量7830、0.16g、単位モノマーとして1ミリモル)と、Tetrahedron Letters,42,8645(2001)に記載の方法に従い合成した3−ブロモ−5,5’−ジブチル−1,1’−ビアダマンタン(0.46g、1ミリモル)を入れた後、1,1,2,2−テトラクロロエタン(15ミリリットル)を添加、攪拌し均一溶液とした。この溶液を氷浴中で攪拌しつつ0℃まで冷却した後、窒素雰囲気下で無水臭化アルミニウム(0.27g、1ミリモル)を添加し、0℃に冷却しつつ3時間攪拌し、反応を実施した。
次いで、冷却攪拌したままメタノール(1ミリリットル)を滴下することにより反応を停止させ、さらにメタノール(50ミリリットル)を添加することにより、生成物を白色固体として析出させ、ろ別、メタノール洗浄することにより、ジブチルビアダマンチル置換ポリインダンを得た(0.27g、収率72%)。
得られたジブチルビアダマンチル置換ポリインダンの構造はH−NMR(図1)により確認した。その結果、式(3)で表されるポリインダンの単位モノマー1モルに対して、ジブチルビアダマンチル基が0.42モル置換されたものであった。
Example 4
A dibutylbiadamantyl group was introduced onto the benzene ring of the polyindane derivative represented by the formula (3) synthesized in Example 1.
Specifically, a polyindane represented by the formula (3) (weight average molecular weight 7830, 0.16 g, 1 mmol as a unit monomer) and Tetrahedron Letters, 42,8645 (in a nitrogen atmosphere, in a 100 ml volume flask) 2001)), 3-bromo-5,5′-dibutyl-1,1′-biadamantane (0.46 g, 1 mmol) synthesized, and 1,1,2,2-tetrachloroethane were added. (15 ml) was added and stirred to obtain a homogeneous solution. The solution was cooled to 0 ° C. while stirring in an ice bath, and then anhydrous aluminum bromide (0.27 g, 1 mmol) was added under a nitrogen atmosphere and stirred for 3 hours while cooling to 0 ° C. Carried out.
Next, the reaction is stopped by adding methanol (1 ml) dropwise with cooling and stirring, and by adding methanol (50 ml), the product is precipitated as a white solid, filtered and washed with methanol. Dibutylbiadamantyl-substituted polyindane was obtained (0.27 g, yield 72%).
The structure of the obtained dibutylbiadamantyl-substituted polyindane was confirmed by 1 H-NMR (FIG. 1). As a result, 0.42 mol of dibutylbiadamantyl groups were substituted for 1 mol of the unit monomer of polyindane represented by the formula (3).

[ポリマーの性能評価]
実施例1〜4で得られたポリインダン誘導体について、重量平均分子量、熱分解開始温度、薄膜弾性率及び誘電率を以下の方法により評価した。結果を表1に示す。
[Performance evaluation of polymer]
About the polyindane derivative obtained in Examples 1-4, the weight average molecular weight, the thermal decomposition start temperature, the thin film elastic modulus, and the dielectric constant were evaluated by the following methods. The results are shown in Table 1.

1.重量平均分子量
ポリインダンの重量平均分子量は、ポリスチレンを標準物質とするGel Permeation Chromatography(GPC)測定により求めた。
2.熱分解開始温度
熱分解開始温度は、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA装置、PerkinElmer社製)を使用し測定した。窒素気流下における(TG/DTA)による熱分解開始温度を測定した。
1. Weight average molecular weight The weight average molecular weight of polyindane was determined by Gel Permeation Chromatography (GPC) measurement using polystyrene as a standard substance.
2. Thermal decomposition start temperature The thermal decomposition start temperature was measured using a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement apparatus (TG / DTA apparatus, manufactured by PerkinElmer). The thermal decomposition start temperature by (TG / DTA) under a nitrogen stream was measured.

3.薄膜弾性率
薄膜弾性率は、ポリインダンの薄膜について、ナノインデンテーション法によって評価した。薄膜弾性率は、ナノインデンテーション装置(Triboscope、Hysitron社製)を使用し測定した。
尚、ポリインダンの薄膜は、実施例で得たポリインダンの1,1,2,2−テトラクロロエタン溶液(濃度:10重量パーセント)を用い、スピンコート法によりシリコン基板上に塗布、乾燥することで作製した。膜厚は400〜500nmであった。この薄膜は膜厚が均一であり、本発明の材料が高い製膜性を有することが判明した。
3. Thin Film Elastic Modulus The thin film elastic modulus was evaluated by the nanoindentation method for polyindan thin films. The thin film elastic modulus was measured using a nanoindentation apparatus (Triboscope, Hystron).
The polyindane thin film was prepared by applying and drying on a silicon substrate by spin coating using the 1,1,2,2-tetrachloroethane solution (concentration: 10 weight percent) of polyindane obtained in the examples. did. The film thickness was 400 to 500 nm. This thin film has a uniform film thickness, and it has been found that the material of the present invention has a high film forming property.

4.誘電率k
水銀プローブ法により評価した。測定には、水銀プローバー(Four Dimensions社製)を使用した。
4). Dielectric constant k
The mercury probe method was used for evaluation. For the measurement, a mercury prober (manufactured by Four Dimensions) was used.

Figure 2007311732
Figure 2007311732

表1の結果より本発明のポリインダン誘導体は、高耐熱性、高製膜性、高薄膜強度、低誘電率を具備し、電子材料、低誘電材料、半導体用層間絶縁膜材料として好適に用いることができ、かつ、極めて高い性能を示すことを証明できた。   From the results shown in Table 1, the polyindane derivative of the present invention has high heat resistance, high film-forming property, high thin film strength, and low dielectric constant, and is preferably used as an electronic material, a low dielectric material, and an interlayer insulating film material for semiconductors. And was able to prove that it showed extremely high performance.

比較例1
シグマ・アルドリッチ社製ポリスチレン(重量平均分子量=12,000)を用い、実施例と同一の方法で評価した。結果を表1に示す。
表1の結果よりポリスチレンは、本発明の材料と比べて、耐熱性、薄膜弾性率ともに低く、誘電率が高い。このため、半導体用層間絶縁膜材料として好適ではないことが証明された。
Comparative Example 1
Evaluation was performed in the same manner as in Examples, using polystyrene (weight average molecular weight = 12,000) manufactured by Sigma-Aldrich. The results are shown in Table 1.
From the results shown in Table 1, polystyrene has low heat resistance and thin film elastic modulus and high dielectric constant as compared with the material of the present invention. For this reason, it was proved that it is not suitable as a semiconductor interlayer insulating film material.

本発明の低誘電材料は、半導体装置、電子回路装置等で使用される電子材料、半導体用層間絶縁膜材料、透明材料、高強度材料、耐熱材料等として利用することができる。   The low dielectric material of the present invention can be used as an electronic material used in a semiconductor device, an electronic circuit device or the like, a semiconductor interlayer insulating film material, a transparent material, a high strength material, a heat resistant material, or the like.

実施例4で得られたジブチルビアダマンチル置換ポリインダン誘導体のH−NMRのチャート図である。2 is a 1 H-NMR chart of a dibutylbiadamantyl-substituted polyindane derivative obtained in Example 4. FIG.

Claims (8)

下記式(1)又は式(2)で表される構造を有するポリインダン誘導体からなる低誘電材料。
Figure 2007311732
(式中、R〜R及びRは、それぞれ水素、置換あるいは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、置換あるいは非置換の炭素数6〜30の芳香族基、フッ素含有脂肪族基又はフッ素含有芳香族基を表す。
,R及びRは、それぞれ置換あるいは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換あるいは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、置換あるいは非置換の炭素数6〜30の芳香族基、フッ素含有脂肪族基又はフッ素含有芳香族基を表す。
〜R及びRは同一でも、それぞれ異なっていてよい。
kは0〜3であり、Rが複数ある場合、Rの位置はいずれでもよく、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
l及びmは、それぞれ0〜11の整数であり、l及びmが1〜10である場合、R及びRの位置はいずれでもよい。また、l及びmが2〜11である場合、R及びRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
nは、10〜10,000の整数である。)
A low dielectric material comprising a polyindane derivative having a structure represented by the following formula (1) or formula (2).
Figure 2007311732
(Wherein R 1 to R 5 and R 8 are each hydrogen, a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms. Represents a group, a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorine-containing aliphatic group, or a fluorine-containing aromatic group.
R 6 , R 7 and R are each a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted group. An alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorine-containing aliphatic group, or a fluorine-containing aromatic group.
R 1 to R 8 and R may be the same or different.
k is 0 to 3, and when there are a plurality of R, the position of R may be any, and may be the same or different.
l and m are each an integer of 0 to 11, and when l and m are 1 to 10, the positions of R 6 and R 7 may be any. When l and m are 2 to 11, R 6 and R 7 may be the same or different.
n is an integer of 10 to 10,000. )
前記式(1)又は式(2)のRが、置換又は非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、kが0.01〜3である請求項1に記載の低誘電材料。   2. The low dielectric constant according to claim 1, wherein R in the formula (1) or the formula (2) is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and k is 0.01 to 3. material. 前記式(1)又は式(2)のRが、置換又は非置換のシクロヘキシル基、アダマンチル基又はビアダマンチル基である請求項2に記載の低誘電材料。   The low dielectric material according to claim 2, wherein R in the formula (1) or the formula (2) is a substituted or unsubstituted cyclohexyl group, adamantyl group or a biadamantyl group. 請求項1〜3のいずれかに記載の低誘電材料からなる半導体用層間絶縁膜材料。   A semiconductor interlayer insulating film material comprising the low dielectric material according to claim 1. 請求項1〜3のいずれかに記載の低誘電材料を有機溶媒に溶解させた塗料。   The coating material which melt | dissolved the low dielectric material in any one of Claims 1-3 in the organic solvent. 請求項1〜3のいずれかに記載の低誘電材料からなる薄膜。   A thin film comprising the low dielectric material according to claim 1. 請求項6に記載の薄膜を有する半導体装置。   A semiconductor device comprising the thin film according to claim 6. 請求項6に記載の薄膜を有する電子回路装置。   An electronic circuit device comprising the thin film according to claim 6.
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