JP2008001670A - Low dielectric material consisting of cyclic aromatic compound - Google Patents

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Hirotoshi Ishii
宏寿 石井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low dielectric material excellent as an interlayer insulation membrane material without requiring the introduction of an empty hole to dissolve various problems caused by the increase of the introduction of empty holes into the interlayer insulation membrane. <P>SOLUTION: This low dielectric material comprises a cyclic aromatic compound expressed by formula (1) [wherein, Ar<SP>1</SP>is a 6-52C substituted or non-substituted divalent aromatic group; X is a substituent for bonding the aromatic groups expressed by the Ar<SP>1</SP>with each other, and two Ar<SP>1</SP>s may be bonded through 1 to 3 pieces of the X; (n) is 4 to 8 integer; and each of a multiple number of Ar<SP>1</SP>and X may be the same or different]. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、低誘電材料に関する。詳細には、特定構造の環状芳香族化合物からなり、電気・電子分野において、半導体の層間絶縁膜材料等に好適に用いられる低誘電材料に関するものである。   The present invention relates to a low dielectric material. More specifically, the present invention relates to a low dielectric material that is made of a cyclic aromatic compound having a specific structure and that is suitably used as a semiconductor interlayer insulating film material or the like in the electric / electronic field.

低誘電材料は電機・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。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、低誘電率を具備した材料の開発が活発に行われている。   Low dielectric materials are widely used as materials in electric and electronic parts in order to solve problems such as charging and resistance value increase. In particular, a low dielectric material is useful as a material for a semiconductor interlayer insulating film, and a material having a low dielectric constant has been actively developed.

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と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、今までは誘電率の要求値がk=3〜4程度でよかったこと、シリコンウェハに対する密着性のバランスの点等から、シロキサン系化合物が用いられていた。   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 is good at k = 3 to 4, and the siloxane compound has been used from the viewpoint of the balance of adhesion to the silicon wafer.

近年、半導体の高性能化の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。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、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と技術が進展してきた。
例えば、特許文献1ではボラジン−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、低誘電率を具備するものの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。
In recent years, there has been a demand for finer semiconductor circuit widths due to the demand for higher performance of semiconductors, and it has become necessary to further lower the dielectric constant. On the other hand, from the viewpoint of lowering the dielectric constant, siloxane compounds have been introduced from the inorganic siloxane compounds to the organic siloxane compounds, and the introduction of controlled nanometer-level vacancies and techniques have progressed.
For example, Patent Document 1 proposes an organic / inorganic polymer such as a borazine-silicon polymer. However, although it has a low dielectric constant, 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.

一方、有機系の低誘電材料として、ナフチレン系重合体が提案されている(特許文献2,3)。特許文献2には、残留触媒が除去された、誘電率が低い層間絶縁膜が開示されているが、絶縁膜の測定部位により誘電率の分布があり、低誘電率でない部位が存在する可能性があった。特許文献3では、低誘電率の材料が得られているが、表面粗さの点で改良の余地があった。誘電率分布の発生や表面粗さはいずれも、重合体を絶縁膜材料として用いたことに起因するものである可能性がある。
特開2002−359240号公報 国際公開WO2004/083278パンフレット 国際公開WO2005/092946パンフレット
On the other hand, naphthylene polymers have been proposed as organic low dielectric materials (Patent Documents 2 and 3). Patent Document 2 discloses an interlayer insulating film having a low dielectric constant from which residual catalyst has been removed. However, there is a possibility that there is a portion having a dielectric constant distribution depending on a measurement portion of the insulating film and not a low dielectric constant. was there. In Patent Document 3, a low dielectric constant material is obtained, but there is room for improvement in terms of surface roughness. The occurrence of the dielectric constant distribution and the surface roughness are all attributable to the use of the polymer as the insulating film material.
JP 2002-359240 A International Publication WO2004 / 083278 Pamphlet International Publication WO2005 / 092946 Pamphlet

公知の層間絶縁膜材料に見られる低誘電率化においては、熱分解性のポアジェン(空孔のもとになる物質)を導入することにより、ナノメートルレベルの空孔導入量を増加させる手法が用いられている。しかし、空孔導入量の増加は層間絶縁膜の強度低下を引き起こすため、強度低下を伴わず誘電率を低下させるのには限界があった。
本発明の目的は、空孔導入を必要としない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である。
In order to lower the dielectric constant found in known interlayer insulating film materials, there is a technique for increasing the amount of introduction of holes at the nanometer level by introducing a pyrolyzable porogen (substance that is the source of holes). It is used. However, since an increase in the amount of introduced holes causes a decrease in the strength of the interlayer insulating film, there is a limit in reducing the dielectric constant without a decrease in the strength.
An object of the present invention is to provide a low dielectric material suitable as an interlayer insulating film material that does not require introduction of holes.

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)で表される環状芳香族化合物からなる低誘電材料。

Figure 2008001670
(式中、Arは、置換又は非置換の炭素数6〜52の2価の芳香族基であり、Xは、Arで表される芳香族基同士を結合させる置換基であり、2つのArは1〜3個のXを介して結合しても良く、nは、4〜8の整数を表し、複数のAr、Xは同一でも異なってもよい。)
2.下記式(2)で表される構造を有する環状芳香族化合物からなる低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Arは、置換又は非置換の炭素数6〜52の4価の芳香族基であり、Ar2’は、置換又は非置換の炭素数6〜52の3価の芳香族基であり、Xは、Arで表される芳香族基を結合させる置換基であり、Yは、単結合、二重結合、エーテル基、置換もしくは非置換のアセタール基、又は置換もしくは非置換のメチレン基である。Yに結合する[ ]内の環状芳香族化合物は互いに積層して筒状の構造を構成する。nは、4〜8の整数を表し、複数のAr、Ar2’、X、Yは同一でも異なってもよく、mは、0〜3の整数を表し、複数のnは同じでも異なってもよい。)
3.前記式(2)で表される環状芳香族化合物が、下記式(3)で表される環状芳香族化合物である2に記載の低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Arは、式(2)のArと同じであり、Arは、Ar2’と同じであり、Xは、Arで表される芳香族基を結合させる置換基であり、Yは上記のYと同様である。Yは3価の置換基であり、置換又は非置換の、炭素数3〜20の脂環式置換基、炭素数6〜14の芳香族基、アセタール基、メチリジン基、アミノ基であり、Zは、Arで表される芳香族基を結合させる置換基であり、nは4〜8の整数を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよく、複数のAr,Ar、X、Y、Y、Zはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
4.前記式(3)で表される環状芳香族化合物が、下記式(4)で表される環状芳香族化合物である3に記載の低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Rは、置換もしくは非置換の炭素数6〜14の芳香族基、又は置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、Rは、水素、置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、又は置換もしくは非置換の炭素数6〜30の芳香族基である。Rは、それぞれ置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数4〜50の脂環式置換基であり、kは0〜2の整数を表し、lは0〜3の整数を表し、kが1又はlが1〜2である場合、Rの位置はいずれでもよく、kが2又はlが2〜3である場合、複数のRは同一でも異なってもよく、nは4〜8の整数を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよく、複数のR、Rはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
5.下記式(5)で表される環状芳香族化合物。
Figure 2008001670
(式中、Rは、置換もしくは非置換の炭素数6〜14の芳香族基、又は置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、Rは、水素、置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、又は置換もしくは非置換の炭素数6〜30の芳香族基である。Rは、それぞれ置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、jは0以上の整数を表し、kは0〜2の整数を表し、lは0〜3の整数を表し、化合物全体のj、k及びlの合計は1以上である。kが1又はlが1〜2である場合、Rの位置はいずれでもよく、kが2又はlが2〜3である場合、複数のRは同一でも異なってもよく、nは4〜8の整数を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよく、複数のR、Rはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
6.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。
7.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。
8.上記1〜4のいずれかに記載の低誘電材料からなる薄膜。
9.上記8に記載の薄膜を含む半導体装置。
10.上記8に記載の薄膜を含む電子回路装置。 According to the present invention, the following low dielectric materials and the like are provided.
1. A low dielectric material comprising a cyclic aromatic compound represented by the following formula (1).
Figure 2008001670
(In the formula, Ar 1 is a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms, X is a substituent that bonds the aromatic groups represented by Ar 1 , and 2 One Ar 1 may be bonded through 1 to 3 Xs, n represents an integer of 4 to 8, and a plurality of Ar 1 and X may be the same or different.)
2. A low dielectric material comprising a cyclic aromatic compound having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2008001670
(In the formula, Ar 2 is a substituted or unsubstituted tetravalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms, and Ar 2 ′ is a substituted or unsubstituted trivalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms. X is a substituent for bonding an aromatic group represented by Ar 2 , and Y 1 is a single bond, a double bond, an ether group, a substituted or unsubstituted acetal group, or a substituted or unsubstituted group The cyclic aromatic compounds in [] bonded to Y 1 are laminated together to form a cylindrical structure, and n represents an integer of 4 to 8, and a plurality of Ar 2 and Ar 2. ' , X and Y 1 may be the same or different, m represents an integer of 0 to 3, and a plurality of n may be the same or different.)
3. 3. The low dielectric material according to 2, wherein the cyclic aromatic compound represented by the formula (2) is a cyclic aromatic compound represented by the following formula (3).
Figure 2008001670
(In the formula, Ar 3 is the same as Ar 2 in formula (2), Ar 4 is the same as Ar 2 ′ , and X is a substituent for bonding the aromatic group represented by Ar 3. Y 1 is the same as Y 1 above Y 2 is a trivalent substituent, substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 20 carbon atoms, aromatic having 6 to 14 carbon atoms A group, an acetal group, a methylidyne group, an amino group, Z is a substituent for bonding an aromatic group represented by Ar 4 , and n is an integer of 4 to 8, each being the same or different. The plurality of Ar 3 , Ar 4 , X, Y 1 , Y 2 , and Z may be the same or different.
4). 4. The low dielectric material according to 3, wherein the cyclic aromatic compound represented by the formula (3) is a cyclic aromatic compound represented by the following formula (4).
Figure 2008001670
(In the formula, R 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 14 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and R 2 is hydrogen or substituted. Or an unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms. Or a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, R 3 is a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted carbon number 3; A branched aliphatic group of -20, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 4 to 50 carbon atoms, k represents an integer of 0 to 2, l represents an integer of 0 to 3, k Is 1 or l is 1 to 2, the position of R 3 may be any, k is 2 or l is 2 to 3 The plurality of R 3 may be the same or different, n represents an integer of 4 to 8, may be the same or different, and the plurality of R 1 and R 2 may be the same or different.)
5. The cyclic aromatic compound represented by following formula (5).
Figure 2008001670
(In the formula, R 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 14 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and R 2 is hydrogen or substituted. Or an unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms. Or a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, R is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and j represents an integer of 0 or more. , K represents an integer of 0 to 2, l represents an integer of 0 to 3, and the total of j, k, and l of the whole compound is 1 or more, when k is 1 or 1 is 1 to 2, The position of R may be any, and when k is 2 or l is 2 to 3, a plurality of R may be the same or different, and n is 4 Represents an 8 integer, which may be the same as or different from each other, a plurality of R 1, R 2 may be the same or different.)
6). 5. A semiconductor interlayer insulating film material comprising the low dielectric material according to any one of 1 to 4 above.
7). 5. A paint obtained by dissolving the low dielectric material according to any one of 1 to 4 in an organic solvent.
8). A thin film comprising the low dielectric material according to any one of 1 to 4 above.
9. 9. A semiconductor device comprising the thin film as described in 8 above.
10. 9. An electronic circuit device comprising the thin film according to 8 above.

本発明によれば、空孔導入を必要としない層間絶縁膜材料として好適な低誘電材料が提供できる。   According to the present invention, a low dielectric material suitable as an interlayer insulating film material that does not require introduction of holes can be provided.

本発明の低誘電材料の一つは、下記式(1)で表される環状芳香族化合物である。

Figure 2008001670
One of the low dielectric materials of the present invention is a cyclic aromatic compound represented by the following formula (1).
Figure 2008001670

式(1)において、Arは、置換又は非置換の炭素数6〜52の2価の芳香族基を表す。
Arとして、好ましくは、置換又は非置換のフェニレン基やナフチレン基である。具体的には、フェニレン基、メチルフェニレン基、メトキシフェニレン基、エトキシフェニレン基、フェノキシフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、ジメチルナフチレン基、エチルナフチレン基、ジエチルナフチレン基、ヒドロキシフェニレン基、ジヒドロキシフェニレン基、トリヒドロキシフェニレン基等が好ましいものとして挙げられる。特に好ましくは、置換又は非置換のフェニレン基である。
In Formula (1), Ar 1 represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms.
Ar 1 is preferably a substituted or unsubstituted phenylene group or naphthylene group. Specifically, phenylene group, methylphenylene group, methoxyphenylene group, ethoxyphenylene group, phenoxyphenylene group, naphthylene group, methylnaphthylene group, dimethylnaphthylene group, ethylnaphthylene group, diethylnaphthylene group, hydroxyphenylene group, dihydroxy Preferable examples include a phenylene group and a trihydroxyphenylene group. Particularly preferred is a substituted or unsubstituted phenylene group.

式(1)においてXは、Ar同士を結合させる置換基であり、具体的には、単結合、二重結合、エーテル基(−O−)、置換もしくは非置換のアセタール基(−OCR11 O−)、又は置換もしくは非置換のメチレン基(−CR11 −)である。
Xは、好ましくは、エーテル基(−O−)、置換もしくは非置換のアセタール基(−OCR11 O−)、置換もしくは非置換のメチレン基(−CR11 −)である。
In the formula (1), X is a substituent for bonding Ar 1 to each other, specifically, a single bond, a double bond, an ether group (—O—), a substituted or unsubstituted acetal group (—OCR 11 2 O—) or a substituted or unsubstituted methylene group (—CR 11 2 —).
X is preferably an ether group (—O—), a substituted or unsubstituted acetal group (—OCR 11 2 O—), or a substituted or unsubstituted methylene group (—CR 11 2 —).

ここでR11は、水素、炭素数6〜40の芳香族基、置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数3〜50の脂環式置換基である。好ましくは、炭素数6〜20の芳香族含有基、置換もしくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数3〜12の分岐状脂肪族基である。
11が炭素数5以下の不飽和性環状置換基、例えば、ジシクロペンタジエニル基等では、クロロホルム等の有機溶媒に対して低溶解性であるため、薄膜を形成しにくくなる場合がある。炭素数21以上の芳香族含有基では、結晶性が高くなるため、薄膜形成上好ましくない場合がある。また、炭素数13以上の直鎖又は分岐上の脂肪族基も、結晶性が高く薄膜形成上好ましくない場合がある。
Here, R 11 is hydrogen, an aromatic group having 6 to 40 carbon atoms, 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. Or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 50 carbon atoms. Preferably, it is an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 12 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 12 carbon atoms. is there.
When R 11 is an unsaturated cyclic substituent having 5 or less carbon atoms, such as a dicyclopentadienyl group, it may be difficult to form a thin film because it has low solubility in an organic solvent such as chloroform. . An aromatic-containing group having 21 or more carbon atoms is not preferable in forming a thin film because the crystallinity is high. In addition, a linear or branched aliphatic group having 13 or more carbon atoms may be unfavorable for forming a thin film because of its high crystallinity.

炭素数6〜40の芳香族基として具体的には、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル基、フェニルオクチル基、フェニルデシル基、フェニルドデシル基等の置換あるいは非置換の芳香族基、フェノキシメチル基、フェノキシエチル基、フェノキシプロピル基、フェノキシブチル基、フェノキシペンチル基、フェノキシヘキシル基、フェノキシヘプチル基、フェノキシオクチル基、フェノキシデシル基、フェノキシドデシル基等のアリールオキシ基含有基が好ましく挙げられる。   Specific examples of the aromatic group having 6 to 40 carbon atoms include phenyl group, benzyl group, phenethyl group, phenylpropyl group, phenylbutyl group, phenylpentyl group, phenylhexyl group, phenylheptyl group, phenyloctyl group, phenyldecyl. Group, substituted or unsubstituted aromatic group such as phenyldodecyl group, phenoxymethyl group, phenoxyethyl group, phenoxypropyl group, phenoxybutyl group, phenoxypentyl group, phenoxyhexyl group, phenoxyheptyl group, phenoxyoctyl group, phenoxydecyl group Preferred examples include an aryloxy group-containing group such as a group and a phenoxide decyl group.

置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n―デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、メチルヘキシル基、エチルヘキシル、メチルペンチル基、エチルペンチル基、メトキシペンチル基、エトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、エトキシヘキシル基等がよい。置換基を有する場合、置換基の位置は限定されない。   Examples of the substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms or the substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso -Propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-decyl group, undecyl group, dodecyl group, A methylhexyl group, ethylhexyl, methylpentyl group, ethylpentyl group, methoxypentyl group, ethoxypentyl group, methoxyhexyl group, ethoxyhexyl group and the like are preferable. When it has a substituent, the position of the substituent is not limited.

置換もしくは非置換の炭素数3〜50の脂環式置換基として好ましくは、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルニル基等が挙げられる。   Preferred examples of the substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 50 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclohexyl group, an adamantyl group, a biadamantyl group, a diamantyl group, and a norbornyl group.

Xは、特に好ましくは、非置換のメチレン基又は−CR12H−型の置換メチレン基である。この場合、R12は特に、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、フェネチル基、フェニル基、ベンジル基等が好ましい。 X is particularly preferably an unsubstituted methylene group or a —CR 12 H-type substituted methylene group. In this case, R 12 is in particular methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, phenethyl, phenyl, A benzyl group and the like are preferable.

1のArと他のArは、1〜3つのXを介して結合していてもよい。2つ以上のXで結合しているとき、それぞれのXは同一であっても異なっていてもよい。例えば、−Ar−CH−O−CH−Ar−(2つのメチレン基と1つエーテル結合の組み合わせてArを結合した構造)が挙げられる。 One Ar 1 and another Ar 1 may be bonded via 1 to 3 Xs. When two or more X are bonded, each X may be the same or different. For example, —Ar 1 —CH 2 —O—CH 2 —Ar 1 — (a structure in which Ar 1 is bonded by a combination of two methylene groups and one ether bond) may be mentioned.

式(1)において、nは4〜8の整数を表す。複数のArは同一でも異なっていてもよい。製造容易性の点でn=4が好ましい。 In Formula (1), n represents an integer of 4 to 8. A plurality of Ar 1 may be the same or different. From the viewpoint of ease of production, n = 4 is preferable.

式(1)として好ましくは、下記式(1−a)のカリックスアレーン、下記式(1−b)のカリックスレゾルシナレンが挙げられる。

Figure 2008001670
Preferred examples of the formula (1) include calixarenes of the following formula (1-a) and calix resorcinalenes of the following formula (1-b).
Figure 2008001670

式(1−a)、(1−b)において、R13,R14,R15は、上記のR11と同様である。
式(1−a)において、iは0〜3の整数である。式(1−b)において、hは0〜2の整数である。
In formulas (1-a) and (1-b), R 13 , R 14 , and R 15 are the same as R 11 described above.
In formula (1-a), i is an integer of 0-3. In formula (1-b), h is an integer of 0-2.

式(1−a)、(1−b)において、R13は、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、フェネチル基、フェニル基、ベンジル基である。
式(1−a)、(1−b)において、好ましくは、i、hが0であるか、又はR14が、置換もしくは非置換の炭素数3〜50の脂環式置換基である。
脂環式置換基としては、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、脂肪族基を有するビアダマンチル基が好ましい。
式(1−a)、(1−b)において、R15は、好ましくは、水素である。
式(1−a)、(1−b)において、nは4であることが合成の容易さの点で好ましい。
In the formulas (1-a) and (1-b), R 13 is preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, or a decyl group. , Undecyl group, dodecyl group, phenethyl group, phenyl group, and benzyl group.
In the formulas (1-a) and (1-b), preferably, i and h are 0, or R 14 is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 50 carbon atoms.
As the alicyclic substituent, a cyclohexyl group, an adamantyl group, a biadamantyl group, and a biadamantyl group having an aliphatic group are preferable.
In the formulas (1-a) and (1-b), R 15 is preferably hydrogen.
In the formulas (1-a) and (1-b), n is preferably 4 from the viewpoint of ease of synthesis.

本発明の低誘電材料の他の実施形態として、下記式(2)に示す環状芳香族化合物が挙げられる。

Figure 2008001670
Another embodiment of the low dielectric material of the present invention is a cyclic aromatic compound represented by the following formula (2).
Figure 2008001670

式(2)の化合物は上述した式(1)の環状芳香族化合物を積層した構造を有する。
式(2)において、Arは、置換又は非置換の炭素数6〜52の4価の芳香族基であり、Ar2’は、置換又は非置換の炭素数6〜52の3価の芳香族基である。
Ar及びAr2’は、上述した式(1)のArで例示した基と同じ構造を有する3価又は4価の基である。
Xは、Ar同士又はAr2’同士を結合させる置換基であり、具体的には式(1)のXと同じである。
The compound of the formula (2) has a structure in which the cyclic aromatic compound of the formula (1) described above is laminated.
In Formula (2), Ar 2 is a substituted or unsubstituted tetravalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms, and Ar 2 ′ is a substituted or unsubstituted trivalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms. It is a family group.
Ar 2 and Ar 2 ′ are a trivalent or tetravalent group having the same structure as the group exemplified as Ar 1 in the above-described formula (1).
X is a substituent that bonds Ar 2 to each other or Ar 2 ′ to each other, and is specifically the same as X in the formula (1).

式(2)において、Yは単結合、二重結合、エーテル基、置換又は非置換のアセタール基、置換又は非置換のメチレン基を表す。具体的には、上述した式(1)のXと同じである。Yに結合する[ ]内の環状芳香族化合物は互いに積層して筒状の構造を構成する。
は、より好ましくは、置換又は非置換のアセタール基(−OCR16 O−)であり、さらに好ましくは−OCHR16O−で表されるアセタール基である。
In Formula (2), Y 1 represents a single bond, a double bond, an ether group, a substituted or unsubstituted acetal group, or a substituted or unsubstituted methylene group. Specifically, it is the same as X in the formula (1) described above. The cyclic aromatic compounds in [] bonded to Y 1 are laminated together to form a cylindrical structure.
Y 1 is more preferably a substituted or unsubstituted acetal group (—OCR 16 2 O—), and still more preferably an acetal group represented by —OCHR 16 O—.

16としては、炭素数6〜20の芳香族含有基が好ましい。具体的には、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル基、フェニルオクチル基、フェニルデシル基、フェニルドデシル基、トリル基、フェニルフェニル基、ナフチル基等の置換又は非置換の芳香族基、フェノキシメチル基、フェノキシエチル基、フェノキシプロピル基、フェノキシブチル基、フェノキシペンチル基、フェノキシヘキシル基、フェノキシヘプチル基、フェノキシオクチル基、フェノキシデシル基、フェノキシドデシル基等のアリールオキシ基含有基が好ましく挙げられる。より好ましくは、フェニル基、トリル基、フェニルフェニル基、ナフチル基である。 R 16 is preferably an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms. Specifically, phenyl group, benzyl group, phenethyl group, phenylpropyl group, phenylbutyl group, phenylpentyl group, phenylhexyl group, phenylheptyl group, phenyloctyl group, phenyldecyl group, phenyldodecyl group, tolyl group, phenyl Substituted or unsubstituted aromatic group such as phenyl group, naphthyl group, phenoxymethyl group, phenoxyethyl group, phenoxypropyl group, phenoxybutyl group, phenoxypentyl group, phenoxyhexyl group, phenoxyheptyl group, phenoxyoctyl group, phenoxydecyl Preferred examples include an aryloxy group-containing group such as a group and a phenoxide decyl group. More preferred are a phenyl group, a tolyl group, a phenylphenyl group, and a naphthyl group.

式(2)において、nは、4〜8の整数を表す。合成の容易さの観点で、好ましくはn=4である。複数のAr、Ar2’、X、Yは同一でも異なってもよい。 In Formula (2), n represents an integer of 4 to 8. From the viewpoint of ease of synthesis, n = 4 is preferable. A plurality of Ar 2 , Ar 2 ′ , X, and Y 1 may be the same or different.

式(2)において、mは0〜3の整数を表す。好ましくはm=2である。
また、それぞれのnは同一であっても異なっていてもよい。
In Formula (2), m represents an integer of 0 to 3. Preferably m = 2.
Each n may be the same or different.

式(2)で表される環状芳香族化合物は、好ましくは、式(3)で表される環状芳香族化合物である。

Figure 2008001670
The cyclic aromatic compound represented by the formula (2) is preferably a cyclic aromatic compound represented by the formula (3).
Figure 2008001670

式(3)において、Arは、式(2)のArと同様であり、Arは、式(2)のAr2’と同様である。
式(3)において、Xは、式(1)及び式(2)のXと同様である。
式(3)において、Yは、式(2)のYと同様である。
式(3)において、Yは3価の置換基であり、置換又は非置換の、炭素数3〜20の脂環式置換基、炭素数6〜14の芳香族基、アセタール基、メチリジン基(注:3価のCH)、アミノ基、下記の構造(a)を有する基等が挙げられる。好ましくは、下記の構造(a)及び下記の構造(a)における水素の代わりにメチル基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、ジアマンチル基を有する置換基である。
In Formula (3), Ar 3 is the same as Ar 2 in Formula (2), and Ar 4 is the same as Ar 2 ′ in Formula (2).
In Formula (3), X is the same as X in Formula (1) and Formula (2).
In the formula (3), Y 1 is the same as Y 1 in the formula (2).
In Formula (3), Y 2 is a trivalent substituent, which is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 14 carbon atoms, an acetal group, or a methylidyne group. (Note: trivalent CH), amino group, group having the following structure (a), and the like. Preferably, it is a substituent having a methyl group, an adamantyl group, a biadamantyl group or a diamantyl group instead of hydrogen in the following structure (a) and the following structure (a).

Figure 2008001670
Figure 2008001670

式(3)において、Zは、ArとArを結合させる置換基であり、具体例としては式(2)のYと同様である。
nは、4〜8の整数を表す。複数のn、Ar、Ar、X、Z、Yは同一でも異なってもよい。
In Formula (3), Z is a substituent for bonding Ar 4 and Ar 4 , and specific examples thereof are the same as Y 1 in Formula (2).
n represents an integer of 4 to 8. A plurality of n, Ar 3 , Ar 4 , X, Z, and Y 2 may be the same or different.

式(2)で表される環状芳香族化合物は、特に好ましくは、式(4)で表される環状芳香族化合物である。

Figure 2008001670
The cyclic aromatic compound represented by the formula (2) is particularly preferably a cyclic aromatic compound represented by the formula (4).
Figure 2008001670

式(4)においてRは、炭素数6〜14の芳香族基、又は置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、好ましくは、炭素数6〜14の芳香族基である。
芳香族基として、具体的には、フェニレン基、メチルフェニレン基、メトキシフェニレン基、エトキシフェニレン基、フェノキシフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、ジメチルナフチレン基、エチルナフチレン基、ジエチルナフチレン基等の置換もしくは非置換の芳香族基、ヒドロキシナフチレン基等の置換もしくは非置換のヒドロキシ基含有芳香族基、メトキシナフチレン基、エトキシナフチレン基等の置換もしくは非置換のアルコキシ基含有芳香族基、フェノキシナフチレン基等の置換もしくは非置換のアリールオキシ基含有芳香族基が好ましい基として挙げられる。芳香族基として、特に好ましくは、フェニレン基やナフチレン基である。
尚、炭素数16以上の芳香族基は、ひずみが大きいので、分子安定性の観点からは、必ずしも好ましくはない。
In formula (4), R 1 is an aromatic group having 6 to 14 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, preferably an aromatic group having 6 to 14 carbon atoms. It is a group.
Specific examples of the aromatic group include a phenylene group, a methylphenylene group, a methoxyphenylene group, an ethoxyphenylene group, a phenoxyphenylene group, a naphthylene group, a methylnaphthylene group, a dimethylnaphthylene group, an ethylnaphthylene group, and a diethylnaphthylene group. Substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted hydroxy group-containing aromatic group such as hydroxynaphthylene group, substituted or unsubstituted alkoxy group-containing aromatic group such as methoxynaphthylene group and ethoxynaphthylene group A preferred group is a substituted or unsubstituted aryloxy group-containing aromatic group such as a phenoxynaphthylene group. The aromatic group is particularly preferably a phenylene group or a naphthylene group.
In addition, since an aromatic group having 16 or more carbon atoms has a large strain, it is not always preferable from the viewpoint of molecular stability.

脂環式置換基として、好ましくは、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボニル基である。   The alicyclic substituent is preferably a cyclohexyl group, an adamantyl group, a biadamantyl group, a diamantyl group, or a norbornyl group.

式(4)において、Rは水素、置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数6〜30の芳香族基、又は置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基である。
好ましくは、炭素数6〜20の芳香族基、置換もしくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数3〜12の分岐状脂肪族基である。
炭素数6以下の芳香族基であると、クロロホルム等の有機溶媒に対して低溶解性となる場合があり、炭素数21以上の芳香族基であると、結晶性が高くなる場合がある。また、炭素数13以上の直鎖状又は分岐状脂肪族基であると、結晶性が高くなる場合がある。
In the formula (4), R 2 is 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, substituted or unsubstituted. These are an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms.
Preferably, it is an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 12 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 12 carbon atoms. .
If it is an aromatic group having 6 or less carbon atoms, it may have low solubility in an organic solvent such as chloroform, and if it is an aromatic group having 21 or more carbon atoms, the crystallinity may be high. Moreover, crystallinity may become high in it being a C13 or more linear or branched aliphatic group.

炭素数6〜20の芳香族基として具体的には、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル基、フェニルオクチル基、フェニルデシル基、フェニルドデシル基等の置換あるいは非置換の芳香族基、フェノキシメチル基、フェノキシエチル基、フェノキシプロピル基、フェノキシブチル基、フェノキシペンチル基、フェノキシヘキシル基、フェノキシヘプチル基、フェノキシオクチル基、フェノキシデシル基、フェノキシドデシル基等の置換あるいは非置換のフェノキシ基含有芳香族基が好ましく挙げられる。特に好ましくは、フェネチル基等である。   Specific examples of the aromatic group having 6 to 20 carbon atoms include phenyl group, benzyl group, phenethyl group, phenylpropyl group, phenylbutyl group, phenylpentyl group, phenylhexyl group, phenylheptyl group, phenyloctyl group, phenyldecyl. Group, substituted or unsubstituted aromatic group such as phenyldodecyl group, phenoxymethyl group, phenoxyethyl group, phenoxypropyl group, phenoxybutyl group, phenoxypentyl group, phenoxyhexyl group, phenoxyheptyl group, phenoxyoctyl group, phenoxydecyl group Preferred examples include substituted or unsubstituted phenoxy group-containing aromatic groups such as a group and a phenoxide dodecyl group. Particularly preferred is a phenethyl group.

置換もしくは非置換の炭素数1〜12の直鎖状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数3〜12の分岐状脂肪族基として好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n―デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、メチルヘキシル基、エチルヘキシル、メチルペンチル基、エチルペンチル基、メトキシペンチル基、エトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、エトキシヘキシル基等が挙げられる。特に好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基である。尚、置換基を有する場合、その置換位置は限定されない。   A substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 12 carbon atoms or a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 12 carbon atoms is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-decyl group, undecyl group, dodecyl group Methylhexyl group, ethylhexyl, methylpentyl group, ethylpentyl group, methoxypentyl group, ethoxypentyl group, methoxyhexyl group, ethoxyhexyl group and the like. Particularly preferred are methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl and dodecyl. In addition, when it has a substituent, the substitution position is not limited.

置換又は非置換の炭素数3〜50の脂環式置換基として好ましくは、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボニル基等が挙げられる。   Preferred examples of the substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 50 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclohexyl group, an adamantyl group, a biadamantyl group, a diamantyl group, and a norbornyl group.

式(4)において、Rは、置換又は非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換又は非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、アルコキシ基含有脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数4〜50の脂環式置換基である。
好ましくは、炭素数1〜12の置換又は非置換の直鎖状脂肪族基、炭素数3〜12の置換又は非置換の分岐状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数4〜50の脂環式置換基である。
In the formula (4), R 3 represents 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, and an alkoxy group-containing aliphatic group. Or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 4 to 50 carbon atoms.
Preferably, it is a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 12 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 12 carbon atoms, a substituted or unsubstituted fatty acid having 4 to 50 carbon atoms. A cyclic substituent.

炭素数1〜12の置換又は非置換の直鎖状脂肪族基、炭素数3〜12の置換又は非置換の分岐状脂肪族基として、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n―デシル基、ウンデシル基、ドデシル基が挙げられる。   Specific examples of the substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 12 carbon atoms and the substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 12 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, and n-propyl. Group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-decyl group, undecyl group, A dodecyl group is mentioned.

アルコキシ基含有脂肪族基として、好ましくは、メトキシペンチル基、エトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、エトキシヘキシル基等である。   The alkoxy group-containing aliphatic group is preferably a methoxypentyl group, an ethoxypentyl group, a methoxyhexyl group, an ethoxyhexyl group or the like.

置換又は非置換の炭素数4〜50の脂環式置換基として、好ましくは、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボニル基等が挙げられる。   Preferred examples of the substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 4 to 50 carbon atoms include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, an adamantyl group, a biadamantyl group, a diamantyl group, and a norbornyl group.

式(4)において、kは0〜2の整数である。また、lは0〜3の整数である。kが1又はlが1〜2であるとき、Rの位置はいずれでもよい。kが2又はlが2〜3であるとき、複数のRは、同一であっても異なってもよい。 In Formula (4), k is an integer of 0-2. L is an integer of 0-3. When k is 1 or l is 1 to 2, the position of R 3 may be any. When k is 2 or l is 2 to 3, a plurality of R 3 may be the same or different.

式(4)において、nは4〜8の整数であり、好ましくは4である。それぞれのnは同一であっても異なってもよい。
このとき複数のR,Rはそれぞれ同一であっても異なってもよい。
In the formula (4), n is an integer of 4 to 8, preferably 4. Each n may be the same or different.
At this time, the plurality of R 1 and R 2 may be the same or different.

式(4)のうち、下記式(5)で表される環状芳香族化合物は新規物質であり、特に誘電率の低い化合物である。

Figure 2008001670
Of the formula (4), the cyclic aromatic compound represented by the following formula (5) is a novel substance, and particularly a compound having a low dielectric constant.
Figure 2008001670

式中、Rとjを除き各置換基は上記式(4)と同じである。jは0以上の整数である。但し、化合物全体のj+k+lの合計は1以上である。即ち、化合物1分子にRが1つ以上結合している。Rは、それぞれ置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、具体的には上記式(4)のRで例示した脂環式置換基と同じである。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。 In the formula, each substituent except R and j is the same as the above formula (4). j is an integer of 0 or more. However, the sum of j + k + 1 of the whole compound is 1 or more. That is, one or more R is bonded to one compound molecule. R is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, specifically, the same as the alicyclic substituent exemplified for R 3 in the above formula (4). In particular, a substituted or unsubstituted cyclohexyl group, adamantyl group or a beadamantyl group represented by the following formula is preferable.

Figure 2008001670
(式中、R21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 2008001670
(In the formula, R 21 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、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等が好ましい。置換数は0.5〜6が特に好ましい。
尚、上記において、置換基数が整数とならない場合があるのは次の理由による。即ち、本発明の化合物の製造法として好適に用いられる後記のフリーデル・クラフト反応を使用する場合、得られる化合物はR21で置換されたものと未置換物との混合物として回収される。このため、1分子当たりの平均置換数が整数ではなく少数になる場合がある。
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 substitution is particularly preferably 0.5-6.
In the above, the number of substituents may not be an integer for the following reason. That is, when using the Friedel-Craft reaction described later, which is preferably used as a method for producing the compound of the present invention, the resulting compound is recovered as a mixture of those substituted with R 21 and unsubstituted ones. For this reason, the average number of substitutions per molecule may be a small number instead of an integer.

Rとして、上記の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。   By introducing the 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芳香族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 aromatic 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.

本発明の低誘電材料は、いわゆるおわん型構造をした環状芳香族化合物からなる。この環状芳香族化合物を用いることにより、空孔導入をすることなしに、ULSI等半導体の性能が飛躍的に向上する結果につながる層間絶縁膜材料の提供が可能となる。
現状の熱分解性ポアジェンの導入によるナノメートルレベルの空孔導入手法では強度低下せずに誘電率を低下させるのには限界がある。このため、オングストロームレベルの空孔を導入する必要がある。それは即ち原子レベルのサイズの空孔、即ち分子間自由体積を増加させることに他ならない。
特に、カリックスレゾルシナレン化合物に代表される環状化合物を分子構成要素として、単結合、エーテル結合などにより複数結合させることにより椀型の分子構造とすることで、分子内にオングストロームレベルの大きな空孔を構築することができ、誘電率低下が可能となる。
The low dielectric material of the present invention comprises a cyclic aromatic compound having a so-called bowl-shaped structure. By using this cyclic aromatic compound, it is possible to provide an interlayer insulating film material that leads to a result of dramatically improving the performance of a semiconductor such as ULSI without introducing vacancies.
The current method of introducing pores at the nanometer level by introducing a thermally decomposable pore is limited in reducing the dielectric constant without reducing the strength. For this reason, it is necessary to introduce angstrom-level holes. That is to say, increasing atomic size vacancies, ie intermolecular free volume.
In particular, by using a cyclic compound represented by the calix resorcinarene compound as a molecular component, by combining multiple bonds with single bonds, ether bonds, etc., it has a cage-like molecular structure, so that vacancies with a large angstrom level can be formed in the molecule. The dielectric constant can be lowered.

式(1)の環状芳香族化合物は、アルデヒドとフェノール誘導体又はレゾルシノールとの塩酸存在下での縮合反応により効率的に合成することができる。具体的な合成方法として、J.Am.Chem.Soc.,1981,103,3782−3792,J.Org.Chem.,1980,45,4498−4500等に記載された方法を利用することができる。   The cyclic aromatic compound of the formula (1) can be efficiently synthesized by a condensation reaction between an aldehyde and a phenol derivative or resorcinol in the presence of hydrochloric acid. As a specific synthesis method, J. et al. Am. Chem. Soc. , 1981, 103, 3782-3792, J. et al. Org. Chem. , 1980, 45, 4498-4500, etc. can be used.

式(2)の環状芳香族化合物は、a)アルデヒドとレゾルシノールとの塩酸存在下での縮合反応、b)アセタール化反応、c)ウルマン反応によるエーテル化反応、のいずれかの方法により効率的に合成することができる。具体的な合成方法として、Org.Lett.,Vol.2,No.24,3845−3848,2000,J.Am.Chem.Soc.,2003,125,650−651に記載された方法を利用することができる。   The cyclic aromatic compound of the formula (2) can be efficiently obtained by any one of a) condensation reaction of aldehyde and resorcinol in the presence of hydrochloric acid, b) acetalization reaction, and c) etherification reaction by Ullmann reaction. Can be synthesized. As a specific synthesis method, Org. Lett. , Vol. 2, no. 24, 3845-3848, 2000, J. MoI. Am. Chem. Soc. , 2003, 125, 650-651 can be used.

尚、式(5)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)と基体化合物を、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 (5), the halide of R (R—X) and the base compound are reacted by Friedel-Craft reaction in the presence of Lewis acid. Can be obtained.
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。   When carrying out the Friedel-Crafts reaction, alcohol-based solvents and basic organic solvents such as pyridine are not preferred because they suppress the catalytic action of Lewis acids. 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.

このような反応を行うことにより、式(5)の化合物が得られる。尚、この方法で得られる化合物は、実際は式(5)で示される置換物とRが全く結合していない未置換物の混合物として回収される。置換物と未置換物を精製分離してもよいが、実用上、混合物のまま使用してもよい。化合物1つあたりの置換数(化合物全体のj+k+lの合計)は、例えば、Rがナフチレンの場合、0.01〜88であり、好ましくは、0.05〜44である。置換数が0.05未満では低誘電率化等の性能の有意な向上が見込めない場合がある。 By performing such a reaction, the compound of the formula (5) is obtained. In addition, the compound obtained by this method is actually recovered as a mixture of a substituted product represented by the formula (5) and an unsubstituted product in which R is not bonded at all. A substituted product and an unsubstituted product may be purified and separated, but for practical use, the mixture may be used as it is. The number of substitutions per compound (total of j + k + 1 of the whole compound) is, for example, 0.01 to 88, preferably 0.05 to 44 when R 1 is naphthylene. If the number of substitutions is less than 0.05, significant improvement in performance such as reduction in dielectric constant may not be expected.

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、安定性等が高いことが望ましい。特に誘電率が3.0以下であることが望ましい。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 it is used as an interlayer insulating film material of a ULSI multilayer wiring structure in the manufacture of a semiconductor device, heat resistance and stability are required. However, since the required values of each characteristic differ depending on the part where a low dielectric material is used, Cannot be defined. 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 and stability are high. In particular, the dielectric constant is desirably 3.0 or less. The low dielectric material of the present invention has these properties.

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(PGMEA)、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 (PGMEA), ethyl lactate, cyclohexanone toluene, benzene , Acetone and the like.
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 wt% to 50 wt%.

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。
また、本発明の低誘電材料は、薄膜を形成した後、高温でキュアする必要がない上、熱硬化させるために必要となる触媒や架橋材を必要としないため、これらの残留がない。
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.
In addition, the low dielectric material of the present invention does not need to be cured at a high temperature after forming a thin film, and does not require a catalyst or a cross-linking material required for thermosetting, so that these materials do not remain.
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、誘電率が低いので、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、薄膜上にパターン形成し、回路を描いて作製された薄膜トランジスタに代表される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, a thin film made from the low dielectric material of the present invention is formed by patterning a semiconductor device such as a CPU, DRAM, flash memory, etc., and drawing a circuit. Small electronic circuit devices for information processing typified by thin film transistors, electronic circuit devices such as high-frequency communication electronic circuit devices, members of image display devices, optical communication devices, surface protective films, heat-resistant films, etc. Can do.

本発明の低誘電材料の誘電率は、使用する環状芳香族化合物の置換基の種類、置換位置、置換数により異なるため一概に定義できないが、誘電率kの値として、好ましくは3.0以下の範囲、より好ましくは2.6以下、さらに好ましくは2.4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。
尚、誘電率kは、水銀プローブ法により求めた値である。
本発明の低誘電材料として使用される環状芳香族化合物は上記の誘電率の範囲内において、主鎖構造、分子量、置換基の種類、置換位置、置換数を適宜調整できる。
The dielectric constant of the low dielectric material of the present invention varies depending on the type of substituent, the substitution position, and the number of substitutions of the cyclic aromatic compound to be used, and thus cannot be defined unconditionally. Range, more preferably 2.6 or less, and still more preferably 2.4 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 is a value obtained by the mercury probe method.
The cyclic aromatic compound used as the low dielectric material of the present invention can appropriately adjust the main chain structure, molecular weight, type of substituent, substitution position, and number of substitutions within the above dielectric constant range.

誘電率kは、上記式(1)〜式(4)に示される環状芳香族化合物の構造、特に、置換基の種類、置換位置により変化する。例えば、R,R,R13,R14をn−ヘプチル基等の長鎖脂肪族基、アダマンチル基、ビアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボニル基等の脂環式置換基とすれば、比較的誘電率は低くなる。 The dielectric constant k varies depending on the structure of the cyclic aromatic compound represented by the above formulas (1) to (4), particularly the type of substituent and the substitution position. For example, if R 2 , R 3 , R 13 and R 14 are long chain aliphatic groups such as n-heptyl group, adamantyl groups, biadamantyl groups, diamantyl groups, norbornyl groups, etc. The dielectric constant is low.

実施例1
(1)3,5−ジブロモベンザルブロミド(下記式)の合成

Figure 2008001670
Example 1
(1) Synthesis of 3,5-dibromobenzalbromide (following formula)
Figure 2008001670

J.Org.Chem.,1999,64,9286のExperimental Sectionに記載の合成法を参考に合成した。即ち、容量500mLのフラスコに3,5−ジブロモベンザルアルデヒド10g(37.9mmol)を加え、無水ジクロロメタン150mLに溶解させた。系内を窒素雰囲気にし、遮光して1M三臭化ホウ素57mL(56.8mmol)を滴下した。室温で24時間撹拌して反応させた。アセトン150mLを加え反応を止めた。塩化メチレンを減圧蒸留により除去した。塩化メチレン/純水を加え、分液ロートにて有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで水を除去し、シリカゲルカラムによるクロマトグラフィー(塩化メチレン:ヘキサン=1:3)により精製することで、3,5−ジブロモベンザルブロミドを13.6g(収率:89%)を得た。   J. et al. Org. Chem. , 1999, 64, 9286, and synthesized with reference to the synthesis method described in Experimental Section. That is, 10 g (37.9 mmol) of 3,5-dibromobenzalaldehyde was added to a 500 mL flask and dissolved in 150 mL of anhydrous dichloromethane. The system was placed in a nitrogen atmosphere, and light-shielded, 57 mL (56.8 mmol) of 1M boron tribromide was added dropwise. The reaction was allowed to stir at room temperature for 24 hours. The reaction was stopped by adding 150 mL of acetone. Methylene chloride was removed by distillation under reduced pressure. Methylene chloride / pure water was added, and the organic layer was extracted with a separatory funnel. Water was removed with magnesium sulfate, and purification by chromatography on a silica gel column (methylene chloride: hexane = 1: 3) gave 13.6 g of 3,5-dibromobenzalbromide (yield: 89%). It was.

(2)下記式(6)で表されるカリックスレゾルシナレンの合成

Figure 2008001670
(2) Synthesis of calixresorcinalene represented by the following formula (6)
Figure 2008001670

容量1Lのフラスコにレゾルシノール50.0g(454.5mmol)を加え、メタノール272mLに溶解させた。濃塩酸45.4mLを加え、氷水浴で10〜15℃に冷却した。系内を窒素雰囲気にし、オクタナール70mL(454.5mmol)を50分間滴下した。オイルバスで内温60℃に加温し、2時間加熱撹拌した。反応溶液を純水1.0Lに滴下して再沈殿させた。得られた沈殿物をろ過した。この沈殿物を再度1.5Lの純粋に加えて洗浄し、ろ過した。これにより式(6)に示すカリックスレゾルシナレン89.1g(収率:89%)を得た。   50.0 g (454.5 mmol) of resorcinol was added to a 1 L flask and dissolved in 272 mL of methanol. Concentrated hydrochloric acid (45.4 mL) was added, and the mixture was cooled to 10 to 15 ° C. in an ice water bath. The inside of the system was put into a nitrogen atmosphere, and 70 mL (454.5 mmol) of octanal was added dropwise for 50 minutes. The internal temperature was raised to 60 ° C. in an oil bath, and the mixture was heated and stirred for 2 hours. The reaction solution was dropped into 1.0 L of pure water and reprecipitated. The resulting precipitate was filtered. The precipitate was again washed with 1.5 L of pure and filtered. As a result, 89.1 g (yield: 89%) of calix resorcinalene represented by the formula (6) was obtained.

実施例2
(1)中間体化合物(下記式(7))の合成

Figure 2008001670
Example 2
(1) Synthesis of intermediate compound (following formula (7))
Figure 2008001670

Org.Lett.,Vol.2,No.24,3845−3848(2000)に記載されている合成法を参考にして合成した。
容量1Lのフラスコに実施例1(2)で合成したカリックスレゾルナシレン6.08g(6.9mmol)と、実施例1(1)で合成した3,5−ジブロモベンザルブロミド12.4g(30.4mmol)をジメチルアセトアミド(DMA)365mLに溶解させ、ジアザビシクロウンデセン8.2mL(55.2mmol)を加えた。系内を窒素雰囲気にし、オイルバスで内温65℃に加温し、3日間加熱撹拌して反応させた。DMAを減圧蒸留により除去し、塩化メチレン/水を加え、分液ロートにて有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで水を除去し、シリカゲルカラムによるクロマトグラフィー(塩化メチレン:ヘキサン=1:3)により精製することで式(7)に示す化合物を3.01g(収率:23%)得た。
Org. Lett. , Vol. 2, no. 24, 3845-3848 (2000).
In a 1 L flask, 6.08 g (6.9 mmol) of calix resornacilene synthesized in Example 1 (2) and 12.4 g of 3,5-dibromobenzalbromide synthesized in Example 1 (1) (30 .4 mmol) was dissolved in 365 mL of dimethylacetamide (DMA), and 8.2 mL (55.2 mmol) of diazabicycloundecene was added. The system was put in a nitrogen atmosphere, heated to an internal temperature of 65 ° C. with an oil bath, and reacted by heating and stirring for 3 days. DMA was removed by distillation under reduced pressure, methylene chloride / water was added, and the organic layer was extracted with a separatory funnel. Water was removed with magnesium sulfate, and purification by chromatography on a silica gel column (methylene chloride: hexane = 1: 3) gave 3.01 g (yield: 23%) of the compound represented by formula (7).

(2)下記式(8)で表される環状芳香族化合物の合成

Figure 2008001670
(2) Synthesis of a cyclic aromatic compound represented by the following formula (8)
Figure 2008001670

J.Am.Chem.Soc.,2003,125,650に文献に記載されている合成法を参考にして合成した。
上記(1)で合成した式(7)の化合物16.20g(3.24mmol)、2,7−ジヒドロキシナフタレン5.19g(32.40mmol)、炭酸カリウム9.00g(65.12mmol)、ピリジン720mLを加え、懸濁溶液にした。15分間窒素バブリングを行い、酸化銅(II)5.32g(66.92mmol)を加えた。系内を窒素雰囲気にし、オイルバスで加温し、ピリジン還流下で7日間加熱撹拌して反応させた。ピリジンを減圧蒸留することにより除去し、塩化メチレン200mLに溶解させ、セライトを用いて、ろ過した。塩化メチレンを減圧蒸留により除去し、メタノール200mLに溶解させ、ろ過した。不溶物へ塩化メチレン/水を加え分液ロートにて有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで水を除去し、シリカゲルカラムによるクロマトグラフィー(塩化メチレン:ヘキサン=1:3)により分取することで3置換体と4置換体の混合物1.8g(収率:30%)が得られた。
J. et al. Am. Chem. Soc. , 2003, 125, 650, with reference to the synthesis method described in the literature.
16.20 g (3.24 mmol) of the compound of formula (7) synthesized in the above (1), 5.19 g (32.40 mmol) of 2,7-dihydroxynaphthalene, 9.00 g (65.12 mmol) of potassium carbonate, 720 mL of pyridine To give a suspension solution. Nitrogen bubbling was performed for 15 minutes, and copper (II) oxide (5.32 g, 66.92 mmol) was added. The system was put into a nitrogen atmosphere, heated in an oil bath, and reacted by heating and stirring for 7 days under reflux of pyridine. Pyridine was removed by distillation under reduced pressure, dissolved in 200 mL of methylene chloride, and filtered using celite. Methylene chloride was removed by distillation under reduced pressure, dissolved in 200 mL of methanol, and filtered. Methylene chloride / water was added to the insoluble material, and the organic layer was extracted with a separatory funnel. Water was removed with magnesium sulfate, and fractionation was performed by chromatography on a silica gel column (methylene chloride: hexane = 1: 3) to obtain 1.8 g (yield: 30%) of a mixture of the 3 and 4 substituents. It was.

3置換体と4置換体の混合物2.0g(1.08mmol)、2,7−ジヒドロキシナフタレン358mg(2.12mmol)、炭酸カリウム1.22g(8.48mmol)、ピリジン240mlを加え、懸濁溶液にした。15分間窒素バブリングを行い、酸化銅(II)421.6g(5.3mmol)を加えた。系内を窒素雰囲気にし、オイルバスで加温し、ピリジン還流下で3日間加熱撹拌して反応させた。ピリジンを減圧蒸留により除去し、塩化メチレン100mlに溶解させ、セライトを用いて、ろ過した。塩化メチレンを減圧蒸留により除去し、メタノール100mlに溶解させ、ろ過した。不溶物へ塩化メチレン/水を加え有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで水を除去し、シリカゲルカラムによるクロマトグラフィー(塩化メチレン:ヘキサン=1:3)により精製することで式(8)に示す化合物(ディープキャビタンド)0.63g(収率:34%)を得た。   Add 2.0 g (1.08 mmol) of a mixture of 3-substituted and 4-substituted products, 358 mg (2.12 mmol) of 2,7-dihydroxynaphthalene, 1.22 g (8.48 mmol) of potassium carbonate, 240 ml of pyridine, and a suspension solution. I made it. Nitrogen bubbling was performed for 15 minutes, and 421.6 g (5.3 mmol) of copper (II) oxide was added. The system was put in a nitrogen atmosphere, heated in an oil bath, and reacted by heating and stirring for 3 days under reflux of pyridine. Pyridine was removed by distillation under reduced pressure, dissolved in 100 ml of methylene chloride, and filtered using celite. Methylene chloride was removed by distillation under reduced pressure, dissolved in 100 ml of methanol, and filtered. Methylene chloride / water was added to the insoluble material, and the organic layer was extracted. Water was removed with magnesium sulfate, and purification by chromatography on a silica gel column (methylene chloride: hexane = 1: 3) gave 0.63 g (yield: 34%) of the compound represented by formula (8) (deep cavitand). Got.

実施例3
下記式(9)で表される環状芳香族化合物を合成した。

Figure 2008001670
Example 3
A cyclic aromatic compound represented by the following formula (9) was synthesized.
Figure 2008001670

実施例2(2)において、2,7−ジヒドロキシナフタレンの代わりにレゾルシノールを用いた他は、実施例2と同様の合成法により式(9)に示す化合物を得た(収率44%)。   In Example 2 (2), except that resorcinol was used instead of 2,7-dihydroxynaphthalene, a compound represented by formula (9) was obtained by the same synthesis method as in Example 2 (44% yield).

実施例4
実施例2で合成した上記式(8)の環状芳香族化合物のフェニル環上に、ジブチルビアダマンチル基を導入した化合物を、以下の手順により合成した。
窒素雰囲気下、容量100ミリリットルのフラスコ中に、式(8)で表される環状芳香族系化合物と、3−ブロモ−5,5’−ジブチル−1,1’−ビアダマンタン(0.23g、0.50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。該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(0.13g、0.50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環状芳香族系化合物を得た(0.40g、収率88%)。
Example 4
A compound having a dibutylbiadamantyl group introduced on the phenyl ring of the cyclic aromatic compound of the above formula (8) synthesized in Example 2 was synthesized by the following procedure.
Under a nitrogen atmosphere, in a 100-ml flask, a cyclic aromatic compound represented by the formula (8) and 3-bromo-5,5′-dibutyl-1,1′-biadamantane (0.23 g, 0.50 mmol), 1,1,2,2-tetrachloroethane (15 ml) was added and stirred to obtain a homogeneous solution. The solution was cooled to 0 ° C. with stirring in an ice bath, then anhydrous aluminum bromide (0.13 g, 0.50 mmol) was added under a nitrogen atmosphere and stirred for 3 hours while cooling to 0 ° C., The reaction was 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. A dibutylbiadamantyl-substituted cyclic aromatic compound was obtained (0.40 g, yield 88%).

得られたジブチルビアダマンチル置換環状芳香族系化合物の構造を、H−NMRにより確認した。図1にジブチルビアダマンチル置換環状芳香族系化合物のH−NMRスペクトルを示す。
このスペクトルから、この化合物が式(8)で表される環状芳香族系化合物1モルに対して、ジブチルビアダマンチル基が0.73モル結合したものであった。
The structure of the obtained dibutylbiadamantyl-substituted cyclic aromatic compound was confirmed by 1 H-NMR. FIG. 1 shows a 1 H-NMR spectrum of a dibutylbiadamantyl-substituted cyclic aromatic compound.
From this spectrum, 0.73 mol of dibutylbiadamantyl groups were bonded to 1 mol of the cyclic aromatic compound represented by the formula (8).

実施例5
[絶縁膜の成膜及び誘電率の測定]
実施例2にて合成した化合物(8)を用い、濃度10wt%のテトラクロロエタン溶液を作成した。これを、スピンコーターを用いて2000rpm、60秒間回転させ、シリコンウェハ上に塗布し粘着性の薄膜を形成した。この粘着性薄膜が形成したシリコンウェハ(2cm角)を250℃にて60分加熱、その後、200℃にて真空乾燥することにより均一な表面形状の非粘着性薄膜を形成させた。この膜厚は触針式膜厚測定器により0.5μmと計測され、誘電率を水銀プローブ法により測定したところ比誘電率kは2.9であった。誘電率測定にあたっては、水銀プローバー(Four Dimensions社製)を使用した。
Example 5
[Insulating film formation and dielectric constant measurement]
Using the compound (8) synthesized in Example 2, a tetrachloroethane solution having a concentration of 10 wt% was prepared. This was rotated at 2000 rpm for 60 seconds using a spin coater and applied onto a silicon wafer to form an adhesive thin film. A silicon wafer (2 cm square) on which this adhesive thin film was formed was heated at 250 ° C. for 60 minutes and then vacuum dried at 200 ° C. to form a non-adhesive thin film having a uniform surface shape. This film thickness was measured to be 0.5 μm by a stylus type film thickness meter, and the dielectric constant k was 2.9 measured by the mercury probe method. For measuring the dielectric constant, a mercury prober (manufactured by Four Dimensions) was used.

実施例6
実施例3で合成した化合物(9)を実施例5と同様の手法により成膜した。得られた薄膜について実施例4と同様に誘電率を測定したところ、比誘電率kは2.4であった。
Example 6
The compound (9) synthesized in Example 3 was formed into a film by the same method as in Example 5. When the dielectric constant of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 4, the relative dielectric constant k was 2.4.

実施例7
実施例1で合成した化合物(6)を実施例5と同様の手法により成膜した。得られた薄膜について実施例4と同様に誘電率を測定したところ、比誘電率kは2.9であった。
Example 7
The compound (6) synthesized in Example 1 was formed into a film by the same method as in Example 5. When the dielectric constant of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 4, the relative dielectric constant k was 2.9.

実施例8
実施例4で合成した、化合物(8)のジブチルビアダマンチル基置換体を実施例5と同様の手法により成膜した。得られた薄膜について実施例5と同様に誘電率を測定したところ、比誘電率kは2.7であった。
Example 8
A dibutylbiadamantyl-substituted product of compound (8) synthesized in Example 4 was formed into a film by the same method as in Example 5. When the dielectric constant of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 5, the relative dielectric constant k was 2.7.

比較例1
フェノール130g(1.38mol)、水13mL、37%ホルムアルデヒド水溶液92.4g(1.14mol)及びシュウ酸2水和物1gを加え、30分間撹拌しながら加熱還流した。1gのシュウ酸2水和物を追加し、さらに1時間加熱還流した後、水400mL加え冷却した。樹脂を30分間かけて沈降させた後、水相をデカンテーションにより分離し、ノボラック樹脂140g(1.31mol、収率95%)を得た。
得られたノボラック樹脂は、実施例4と同様の方法により成膜した。得られた薄膜について実施例4と同様に比誘電率kを測定した。このノボラック樹脂の比誘電率kは4.8であった。
Comparative Example 1
130 g (1.38 mol) of phenol, 13 mL of water, 92.4 g (1.14 mol) of 37% aqueous formaldehyde solution and 1 g of oxalic acid dihydrate were added, and the mixture was heated to reflux with stirring for 30 minutes. 1 g of oxalic acid dihydrate was added, and the mixture was further heated under reflux for 1 hour, and then 400 mL of water was added and cooled. After allowing the resin to settle for 30 minutes, the aqueous phase was separated by decantation to obtain 140 g (1.31 mol, yield 95%) of a novolak resin.
The obtained novolac resin was formed into a film by the same method as in Example 4. The dielectric constant k of the obtained thin film was measured in the same manner as in Example 4. This novolac resin had a relative dielectric constant k of 4.8.

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環状芳香族系化合物のH−NMRのチャート図である。2 is a 1 H-NMR chart of a dibutylbiadamantyl-substituted cyclic aromatic compound obtained in Example 4. FIG.

Claims (10)

下記式(1)で表される環状芳香族化合物からなる低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Arは、置換又は非置換の炭素数6〜52の2価の芳香族基であり、Xは、Arで表される芳香族基同士を結合させる置換基であり、2つのArは1〜3個のXを介して結合しても良く、nは、4〜8の整数を表し、複数のAr、Xは同一でも異なってもよい。)
A low dielectric material comprising a cyclic aromatic compound represented by the following formula (1).
Figure 2008001670
(In the formula, Ar 1 is a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms, X is a substituent that bonds the aromatic groups represented by Ar 1 , and 2 One Ar 1 may be bonded through 1 to 3 Xs, n represents an integer of 4 to 8, and a plurality of Ar 1 and X may be the same or different.)
下記式(2)で表される構造を有する環状芳香族化合物からなる低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Arは、置換又は非置換の炭素数6〜52の4価の芳香族基であり、Ar2’は、置換又は非置換の炭素数6〜52の3価の芳香族基であり、Xは、Arで表される芳香族基を結合させる置換基であり、Yは、単結合、二重結合、エーテル基、置換もしくは非置換のアセタール基、又は置換もしくは非置換のメチレン基である。Yに結合する[ ]内の環状芳香族化合物は互いに積層して筒状の構造を構成する。nは、4〜8の整数を表し、複数のAr、Ar2’、X、Yは同一でも異なってもよく、mは、0〜3の整数を表し、複数のnは同じでも異なってもよい。)
A low dielectric material comprising a cyclic aromatic compound having a structure represented by the following formula (2).
Figure 2008001670
(In the formula, Ar 2 is a substituted or unsubstituted tetravalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms, and Ar 2 ′ is a substituted or unsubstituted trivalent aromatic group having 6 to 52 carbon atoms. X is a substituent for bonding an aromatic group represented by Ar 2 , and Y 1 is a single bond, a double bond, an ether group, a substituted or unsubstituted acetal group, or a substituted or unsubstituted group The cyclic aromatic compounds in [] bonded to Y 1 are laminated together to form a cylindrical structure, and n represents an integer of 4 to 8, and a plurality of Ar 2 and Ar 2. ' , X and Y 1 may be the same or different, m represents an integer of 0 to 3, and a plurality of n may be the same or different.)
前記式(2)で表される環状芳香族化合物が、下記式(3)で表される環状芳香族化合物である請求項2に記載の低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Arは、式(2)のArと同じであり、Arは、Ar2’と同じであり、Xは、Arで表される芳香族基を結合させる置換基であり、Yは上記のYと同様である。Yは3価の置換基であり、置換又は非置換の、炭素数3〜20の脂環式置換基、炭素数6〜14の芳香族基、アセタール基、メチリジン基、アミノ基であり、Zは、Arで表される芳香族基を結合させる置換基であり、nは4〜8の整数を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよく、複数のAr,Ar、X、Y、Y、Zはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
The low dielectric material according to claim 2, wherein the cyclic aromatic compound represented by the formula (2) is a cyclic aromatic compound represented by the following formula (3).
Figure 2008001670
(In the formula, Ar 3 is the same as Ar 2 in formula (2), Ar 4 is the same as Ar 2 ′ , and X is a substituent for bonding the aromatic group represented by Ar 3. Y 1 is the same as Y 1 above Y 2 is a trivalent substituent, substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 3 to 20 carbon atoms, aromatic having 6 to 14 carbon atoms A group, an acetal group, a methylidyne group, and an amino group, Z is a substituent for bonding an aromatic group represented by Ar 4 , and n is an integer of 4 to 8, each being the same or different. The plurality of Ar 3 , Ar 4 , X, Y 1 , Y 2 , and Z may be the same or different.
前記式(3)で表される環状芳香族化合物が、下記式(4)で表される環状芳香族化合物である請求項3に記載の低誘電材料。
Figure 2008001670
(式中、Rは、置換もしくは非置換の炭素数6〜14の芳香族基、又は置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、Rは、水素、置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、又は置換もしくは非置換の炭素数6〜30の芳香族基である。Rは、それぞれ置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、又は置換もしくは非置換の炭素数4〜50の脂環式置換基であり、kは0〜2の整数を表し、lは0〜3の整数を表し、kが1又はlが1〜2である場合、Rの位置はいずれでもよく、kが2又はlが2〜3である場合、複数のRは同一でも異なってもよく、nは4〜8の整数を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよく、複数のR、Rはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
The low dielectric material according to claim 3, wherein the cyclic aromatic compound represented by the formula (3) is a cyclic aromatic compound represented by the following formula (4).
Figure 2008001670
(In the formula, R 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 14 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and R 2 is hydrogen or substituted. Or an unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms. Or a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, R 3 is a substituted or unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted carbon number 3; A branched aliphatic group of -20, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 4 to 50 carbon atoms, k represents an integer of 0 to 2, l represents an integer of 0 to 3, k Is 1 or l is 1 to 2, the position of R 3 may be any, k is 2 or l is 2 to 3 The plurality of R 3 may be the same or different, n represents an integer of 4 to 8, may be the same or different, and the plurality of R 1 and R 2 may be the same or different.)
下記式(5)で表される環状芳香族化合物。
Figure 2008001670
(式中、Rは、置換もしくは非置換の炭素数6〜14の芳香族基、又は置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、Rは、水素、置換もしくは非置換の炭素数1〜20の直鎖状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数3〜20の分岐状脂肪族基、置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基、又は置換もしくは非置換の炭素数6〜30の芳香族基である。Rは、それぞれ置換もしくは非置換の炭素数5〜50の脂環式置換基であり、jは0以上の整数を表し、kは0〜2の整数を表し、lは0〜3の整数を表し、化合物全体のj、k及びlの合計は1以上である。kが1又はlが1〜2である場合、Rの位置はいずれでもよく、kが2又はlが2〜3である場合、複数のRは同一でも異なってもよく、nは4〜8の整数を表し、それぞれ同一でも異なっていてもよく、複数のR、Rはそれぞれ同一でも異なってもよい。)
The cyclic aromatic compound represented by following formula (5).
Figure 2008001670
(In the formula, R 1 is a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 14 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and R 2 is hydrogen or substituted. Or an unsubstituted linear aliphatic group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted branched aliphatic group having 3 to 20 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms. Or a substituted or unsubstituted aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, R is a substituted or unsubstituted alicyclic substituent having 5 to 50 carbon atoms, and j represents an integer of 0 or more. , K represents an integer of 0 to 2, l represents an integer of 0 to 3, and the total of j, k, and l of the whole compound is 1 or more, when k is 1 or 1 is 1 to 2, The position of R may be any, and when k is 2 or l is 2 to 3, a plurality of R may be the same or different, and n is 4 Represents an 8 integer, which may be the same as or different from each other, a plurality of R 1, R 2 may be the same or different.)
請求項1〜4のいずれか一項に記載の低誘電材料からなる半導体用層間絶縁膜材料。   The interlayer insulating film material for semiconductors which consists of a low dielectric material as described in any one of Claims 1-4. 請求項1〜4のいずれか一項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 as described in any one of Claims 1-4 in the organic solvent. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の低誘電材料からなる薄膜。   The thin film which consists of a low dielectric material as described in any one of Claims 1-4. 請求項8に記載の薄膜を含む半導体装置。   A semiconductor device comprising the thin film according to claim 8. 請求項8に記載の薄膜を含む電子回路装置。
An electronic circuit device comprising the thin film according to claim 8.
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