JP4190368B2 - Process for producing B, B ', B "-trialkyl-N, N', N" -trialkylborazine - Google Patents

Process for producing B, B ', B "-trialkyl-N, N', N" -trialkylborazine Download PDF

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Description

本発明は、B,B’,B”−トリアルキル−N,N’,N”−トリアルキルボラジンの製造方法に関する。本発明の製造方法によって製造される、低誘電材料であるボラジン環含有化合物は、例えば半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパー層を形成するために用いられうる。   The present invention relates to a process for producing B, B ′, B ″ -trialkyl-N, N ′, N ″ -trialkylborazine. The borazine ring-containing compound, which is a low dielectric material produced by the production method of the present invention, can be used, for example, to form an interlayer insulating film for semiconductor, a barrier metal layer, and an etch stopper layer.

情報機器の高性能化に伴い、LSIのデザインルールは、年々微細になっている。微細なデザインルールのLSI製造においては、LSIを構成する材料も高性能で、微細なLSI上でも機能を果たすものでなければならない。   As the performance of information equipment increases, LSI design rules become finer year by year. In the manufacture of LSIs with fine design rules, the materials that make up LSIs must also have high performance and function on fine LSIs.

例えば、LSI中の層間絶縁膜に用いられる材料に関していえば、高い誘電率は信号遅延の原因となる。微細なLSIにおいては、この信号遅延の影響が特に大きい。このため、層間絶縁膜として用いられ得る、新たな低誘電材料の開発が所望されていた。また、層間絶縁膜として使用されるためには、誘電率が低いだけでなく、耐湿性、機械的強度、耐熱性、機械的強度などの特性にも優れている必要がある。   For example, regarding materials used for interlayer insulating films in LSIs, a high dielectric constant causes signal delay. In a fine LSI, the influence of this signal delay is particularly great. For this reason, development of a new low dielectric material that can be used as an interlayer insulating film has been desired. In addition, in order to be used as an interlayer insulating film, not only the dielectric constant is low, but also properties such as moisture resistance, mechanical strength, heat resistance, and mechanical strength are required to be excellent.

かような要望に応えるものとして、分子内にボラジン環骨格を有するボラジン環含有化合物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。ボラジン環骨格を有する化合物は分子分極率が小さいため、形成される被膜は低誘電率である。その上、形成される被膜は、耐熱性にも優れる。   As a response to such a demand, a borazine ring-containing compound having a borazine ring skeleton in the molecule has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Since the compound having a borazine ring skeleton has a low molecular polarizability, the formed film has a low dielectric constant. In addition, the formed film is excellent in heat resistance.

ボラジン環含有化合物としては、これまでに種々の化合物が提案されている。例えば、ホウ素部位がアルキル基で置換されたボラジン環含有化合物は、低誘電材料として非常に優れた特性を有する(例えば、特許文献2参照)。ホウ素部位がアルキル基で置換されたボラジン環含有化合物の製造方法としては、出発物質としてN−アルキル−B−トリクロロボラジンのようなハロゲン化ボラジンを用い、グリニャール試薬を用いて該ハロゲン化ボラジンのハロゲン原子をアルキル基で置換する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。   Various compounds have been proposed as borazine ring-containing compounds. For example, a borazine ring-containing compound in which a boron moiety is substituted with an alkyl group has very excellent characteristics as a low dielectric material (see, for example, Patent Document 2). As a method for producing a borazine ring-containing compound in which a boron moiety is substituted with an alkyl group, a halogenated borazine such as N-alkyl-B-trichloroborazine is used as a starting material, and the halogenated borazine is halogenated using a Grignard reagent. A method of substituting an alkyl group with an atom is known (for example, see Non-Patent Document 1).

ハロゲン化ボラジンを原料として用いて、グリニャール法によってボラジン環含有化合物を合成すると、必然的に生成物中にある程度のハロゲンが含まれる。ボラジン環含有化合物が半導体材料に適用された場合、ボラジン環含有化合物に含まれる不純物であるハロゲンは、材料の特性に大きな悪影響を与える。従って、ボラジン環含有化合物中に含まれるハロゲンは、可能な限り少量にまで除去されなければならない。有機化合物の製造方法としては、蒸留、再結晶、昇華精製などが知られているが、ヘキサメチルボラジンのような蒸留が困難である有機化合物の精製には、昇華精製が有用である。しかしながら、昇華精製は、精製効率が悪く、不純物としてのハロゲンが含まれるボラジン環含有化合物を昇華精製しても、結果物中に数百ppm、場合によってはそれ以上の濃度でハロゲンが残存する。
特開2000−340689号公報 特開2003−119289号公報 D.T.HAWORTH and L.F.HOHNSTEDT,J.Am.Chem.Soc.,82,3860(1960)
When a borazine ring-containing compound is synthesized by the Grignard method using halogenated borazine as a raw material, a certain amount of halogen is inevitably contained in the product. When a borazine ring-containing compound is applied to a semiconductor material, halogen, which is an impurity contained in the borazine ring-containing compound, has a large adverse effect on the characteristics of the material. Therefore, the halogen contained in the borazine ring-containing compound must be removed to the smallest possible extent. As a method for producing an organic compound, distillation, recrystallization, sublimation purification, and the like are known. Sublimation purification is useful for purification of an organic compound that is difficult to be distilled, such as hexamethylborazine. However, purification by sublimation has low purification efficiency, and even if a borazine ring-containing compound containing halogen as an impurity is sublimated and purified, halogen remains in the resulting product at a concentration of several hundred ppm or even higher.
JP 2000-340689 A JP 2003-119289 A D. T. T. HAWORTH and L.H. F. HOHNSTEDT, J.A. Am. Chem. Soc. , 82, 3860 (1960)

本発明の目的は、ハロゲン含有量の少ないB,B’,B”−トリアルキル−N,N’,N”−トリアルキルボラジンを製造する手段を提供することである。   The object of the present invention is to provide a means for producing B, B ', B "-trialkyl-N, N', N" -trialkylborazines with low halogen content.

本発明は、下記化学式1で表されるトリアルキルボランと、下記化学式2で表されるアルキルアミンとを、加圧下で反応させる、B,B’,B”−トリアルキル−N,N’,N”−トリアルキルボラジンの製造方法である。   In the present invention, a trialkylborane represented by the following chemical formula 1 is reacted with an alkylamine represented by the following chemical formula 2 under pressure, B, B ′, B ″ -trialkyl-N, N ′, This is a method for producing N ″ -trialkylborazine.

Figure 0004190368
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(式中、Rは、炭素数1〜6のアルキル基であり、Rは同一であっても異なっていてもよい) (Wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 1 may be the same or different)

Figure 0004190368
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(式中、Rは、炭素数1〜6のアルキル基であり、化学式1における3つのRが同一である場合には、RはRと異なる)
つまり、本発明の製造方法においては、以下の反応により、B,B’,B”−トリアルキル−N,N’,N”−トリアルキルボラジン(以下、TATABとも記載)が合成される。
(Wherein, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, when three of R 1 in Chemical Formula 1 are identical, R 2 is different from R 1)
That is, in the production method of the present invention, B, B ′, B ″ -trialkyl-N, N ′, N ″ -trialkylborazine (hereinafter also referred to as TATAB) is synthesized by the following reaction.

Figure 0004190368
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本発明の製造方法を用いれば、原料として用いられる化合物中にハロゲン原子が含まれない。このため、極めて微量のハロゲンが含まれる、または、ハロゲンが含まれないTATABが得られる。本発明の製造方法によって製造されたTATABは、ハロゲン含有量が少ないことが望まれる各種用途に好適である。例えば、本発明の製造方法によって製造されたTATABを用いれば、ハロゲン含有量の少ない、特性に優れた層間絶縁膜が形成される。   If the manufacturing method of this invention is used, a halogen atom will not be contained in the compound used as a raw material. For this reason, TATAB containing a very small amount of halogen or containing no halogen is obtained. TATAB produced by the production method of the present invention is suitable for various applications where a low halogen content is desired. For example, when TATAB manufactured by the manufacturing method of the present invention is used, an interlayer insulating film having a low halogen content and excellent characteristics can be formed.

また、本発明の製造方法を用いれば、原料であるトリアルキルボランおよびアルキルアミンから、1段階の反応で、目的物であるTATABが合成される。このため、ハロゲン化およびグリニャール反応の2段階の反応が必要な、グリニャール試薬を用いる反応経路と比較して、製造工程が簡素である。製造工程が簡略であるため、製造コストや設備コストなども低減されうる。   Moreover, if the manufacturing method of this invention is used, TATAB which is a target object will be synthesize | combined by the reaction of one step from the trialkyl borane and alkylamine which are raw materials. For this reason, the production process is simple compared to a reaction route using a Grignard reagent, which requires a two-stage reaction of halogenation and Grignard reaction. Since the manufacturing process is simple, the manufacturing cost and the equipment cost can be reduced.

さらに、本発明の製造方法によって製造されるTATABは、蒸留によって精製されうる。ヘキサメチルボラジンのように、化学式1におけるRおよび化学式2におけるRが同一である場合には、蒸留によって精製することが困難であったが、本発明の製造方法によって製造されるTATABは、蒸留によって精製される。したがって、本発明の製造方法は、工業的な生産工程に適用しやすい。 Furthermore, TATAB produced by the production method of the present invention can be purified by distillation. As hexamethyl borazine, when R 2 is identical in R 1 and Formula 2 in Formula 1, but it was difficult to purify by distillation, TATAB manufactured by the manufacturing method of the present invention, Purified by distillation. Therefore, the manufacturing method of the present invention is easy to apply to an industrial production process.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の製造方法においては、下記式1で表されるトリアルキルボランが原料の一つとして用いられる。   In the production method of the present invention, a trialkylborane represented by the following formula 1 is used as one of the raw materials.

Figure 0004190368
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式中、Rは、炭素数1〜6のアルキル基である。具体的には、Rは、メチル基、エチ基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、neo−ペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。トリアルキルボランにおいては、1つのホウ素原子に、3つのアルキル基が結合しているが、3つのアルキル基は、同一であっても、異なっていてもよい。合成や入手の容易性などを考慮すると、好ましくは、3つのアルキル基は同一である。 In the formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Specifically, R 1 is a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an iso-butyl group, a tert-butyl group, a 1-methylbutyl group, Examples include 2-methylbutyl group, neo-pentyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1-ethylpropyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group and the like. In trialkylborane, three alkyl groups are bonded to one boron atom, but the three alkyl groups may be the same or different. In view of synthesis and availability, the three alkyl groups are preferably the same.

トリアルキルボランの具体例としては、トリメチルボラン、トリエチルボラン、トリ(n−プロピル)ボラン、トリ(iso−プロピル)ボラン、トリ(n−ブチル)ボラン、トリ(sec−ブチル)ボラン、トリ(iso−ブチル)ボラン、トリ(tert−ブチル)ボラン、トリ(1−メチルブチル)ボラン、トリ(2−メチルブチル)ボラン、トリ(neo−ペンチル)ボラン、トリ(1,2−ジメチルプロピル)ボラン、トリ(1−エチルプロピル)ボラン、トリ(n−ヘキシル)ボラン、トリ(シクロヘキシル)ボランなどが挙げられる。この中では、工業的な入手容易性の点から、トリエチルボランが好ましい。なお、トリアルキルボランは、公知の製法を用いて合成されてもよいし、市販品が使用されてもよい。   Specific examples of the trialkylborane include trimethylborane, triethylborane, tri (n-propyl) borane, tri (iso-propyl) borane, tri (n-butyl) borane, tri (sec-butyl) borane, and tri (iso). -Butyl) borane, tri (tert-butyl) borane, tri (1-methylbutyl) borane, tri (2-methylbutyl) borane, tri (neo-pentyl) borane, tri (1,2-dimethylpropyl) borane, tri ( 1-ethylpropyl) borane, tri (n-hexyl) borane, tri (cyclohexyl) borane and the like. Of these, triethylborane is preferred from the viewpoint of industrial availability. Trialkylborane may be synthesized using a known production method, or a commercially available product may be used.

他の原料としては、下記式2で表されるアルキルアミンが用いられる。   As another raw material, an alkylamine represented by the following formula 2 is used.

Figure 0004190368
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式中、Rは、炭素数1〜6のアルキル基である。具体的には、Rは、メチル基、エチ基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、neo−ペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。 Wherein, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Specifically, R 2 is methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 1-methylbutyl group, Examples include 2-methylbutyl group, neo-pentyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1-ethylpropyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group and the like.

化学式1におけるRおよび化学式2におけるRは、それぞれアルキル基であるが、3つのRおよび1つのRのうち、少なくとも1つは、異なるアルキル基である。つまり、RおよびRは、RおよびRのすべてが同じアルキル基にならないように選択される。具体的には、化学式1における3つのRが同一である場合には、RはRと異なるアルキル基である。 R 2 in R 1 and Formula 2 in Formula 1, but each an alkyl group, the three R 1 and one R 2, at least one is a different alkyl group. That is, R 1 and R 2 are selected such that not all of R 1 and R 2 are the same alkyl group. Specifically, when three of R 1 in Chemical Formula 1 are identical, R 2 is a different alkyl group R 1.

このようにRおよびRの全てが同一とならないようにアルキル基を選択するのは、合成されるTATABの蒸留精製のためである。B,B’,B”−トリメチル−N,N’,N”−トリメチルボラジン、B,B’,B”−トリエチル−N,N’,N”−トリエチルボラジン、B,B’,B”−トリプロピル−N,N’,N”−トリプロピルボラジンなど、TATABにおけるRおよびRが同一であると、蒸留精製が困難であり、製品へ適用しづらい。本発明で製造されるTATABは、ホウ素原子および窒素原子に結合しているアルキル基のうち、少なくとも1つが異なるアルキル基であり、蒸留精製が容易となりうる。RおよびRを構成するアルキル基の組み合わせ方は、特に限定されないが、原料合成の容易さなどを考慮すると、3つのRは同一であり、RがRと異なるアルキル基である。例えば、トリアルキルボランはトリエチルボランであり、アルキルアミンはメチルアミンである。 The reason why the alkyl group is selected so that all of R 1 and R 2 are not the same is because of the distillation purification of TATAB to be synthesized. B, B ', B "-trimethyl-N, N', N" -trimethylborazine, B, B ', B "-triethyl-N, N', N" -triethylborazine, B, B ', B "- If R 1 and R 2 in TATAB are the same, such as tripropyl-N, N ′, N ″ -tripropylborazine, distillation purification is difficult and it is difficult to apply to products. TATAB produced in the present invention is an alkyl group in which at least one of alkyl groups bonded to a boron atom and a nitrogen atom is different, and can be easily purified by distillation. R 1 and how to combine the alkyl group constituting the R 2 is not particularly limited, considering the easiness of the feed synthesis, three of R 1 are the same and is an alkyl group R 2 is different from R 1 . For example, trialkylborane is triethylborane and alkylamine is methylamine.

アルキルアミンの具体例としては、メチルアミン、エチルアミン、(n−プロピル)アミン、(iso−プロピル)アミン、(n−ブチル)アミン、(sec−ブチル)アミン、(iso−ブチル)アミン、(tert−ブチル)アミン、(1−メチルブチル)アミン、(2−メチルブチル)アミン、(neo−ペンチル)アミン、(1,2−ジメチルプロピル)アミン、(1−エチルプロピル)アミン、(n−ヘキシル)アミン、(シクロヘキシル)アミンなどが挙げられる。この中では、合成された化合物の耐熱性の点では、メチルアミンが好ましい。なお、アルキルアミンは、公知の製法を用いて合成されてもよいし、市販品が使用されてもよい。   Specific examples of the alkylamine include methylamine, ethylamine, (n-propyl) amine, (iso-propyl) amine, (n-butyl) amine, (sec-butyl) amine, (iso-butyl) amine, (tert -Butyl) amine, (1-methylbutyl) amine, (2-methylbutyl) amine, (neo-pentyl) amine, (1,2-dimethylpropyl) amine, (1-ethylpropyl) amine, (n-hexyl) amine , (Cyclohexyl) amine and the like. Of these, methylamine is preferred from the viewpoint of the heat resistance of the synthesized compound. The alkylamine may be synthesized using a known production method, or a commercially available product may be used.

トリアルキルボランとアルキルアミンとの反応は、加圧下で進行する。ここでいう「加圧下」とは、大気圧よりも圧力が高い状態を意味する。トリアルキルボランおよびアルキルアミンは、所定の圧力および所定の温度条件下において反応する。反応は、液相において進行してもよいし、気相において進行してもよい。以下、工程に沿って説明する。   The reaction between the trialkylborane and the alkylamine proceeds under pressure. Here, “under pressure” means a state where the pressure is higher than the atmospheric pressure. The trialkylborane and the alkylamine react under a predetermined pressure and a predetermined temperature condition. The reaction may proceed in the liquid phase or in the gas phase. Hereinafter, it demonstrates along a process.

まず、反応容器に、トリアルキルボランとアルキルアミンとを供給する。トリアルキルボランおよびアルキルアミンは、好ましくは、トリアルキルボランとアルキルアミンが等モル存在するように供給される。具体的には、トリアルキルボラン1モルに対して、アルキルアミンが、好ましくは1〜2モル、より好ましくは1〜1.2モル供給される。   First, trialkylborane and alkylamine are supplied to the reaction vessel. The trialkylborane and alkylamine are preferably supplied such that equimolar amounts of trialkylborane and alkylamine are present. Specifically, the alkylamine is preferably supplied in an amount of 1 to 2 mol, more preferably 1 to 1.2 mol, per 1 mol of the trialkylborane.

トリアルキルボランおよびアルキルアミンは、場合によっては、それぞれ2種以上が併用されてもよいが、複数種の原料を用いると、生成物の複数生成し、反応を制御しづらくなる点に留意すべきである。ただし、例えば、2種以上のトリアルキルボランまたはアルキルアミンを併用することによって、得られるボラジン環含有化合物の特性が向上するなどの特段の事情がある場合には、複数の原料を併用してもよい。   Two or more trialkylboranes and alkylamines may be used in combination in some cases, but it should be noted that when a plurality of types of raw materials are used, a plurality of products are produced and the reaction becomes difficult to control. It is. However, for example, when there are special circumstances such as improving the characteristics of the borazine ring-containing compound obtained by using two or more kinds of trialkylborane or alkylamine together, a plurality of raw materials may be used in combination. Good.

トリアルキルボランおよびアルキルアミンを反応容器へ供給する時期については特に限定されない。反応容器にトリアルキルボランおよびアルキルアミンの全量を供給した後、反応条件に圧力および/または温度を変化させてもよいし、いずれか一方を含む反応容器内部の圧力および/または温度を反応条件に変化させた後、他方を反応容器に供給してもよい。   The timing for supplying the trialkylborane and alkylamine to the reaction vessel is not particularly limited. After supplying the total amount of trialkylborane and alkylamine to the reaction vessel, the pressure and / or temperature may be changed to the reaction conditions, or the pressure and / or temperature inside the reaction vessel containing either one is used as the reaction conditions. After the change, the other may be supplied to the reaction vessel.

トリアルキルボランとアルキルアミンとの反応が進行する反応容器については、特に限定されない。ただし、後述する反応圧力に耐えうる程度の耐圧性を有している必要がある。反応スケールが小さい場合には、オートクレーブなどの耐圧容器が用いられうる。工業的な大規模なスケールで反応を進行させる場合には、高圧設備に関して公知の技術的知見を参考にして、装置を設計すればよい。   The reaction vessel in which the reaction between the trialkylborane and the alkylamine proceeds is not particularly limited. However, it is necessary to have pressure resistance enough to withstand the reaction pressure described later. When the reaction scale is small, a pressure vessel such as an autoclave can be used. When the reaction is allowed to proceed on an industrial large scale, the apparatus may be designed with reference to known technical knowledge regarding high-pressure equipment.

トリアルキルボランおよびアルキルアミンが反応容器に供給されたら、所定の圧力および所定の温度に反応器内部を変化させて、反応を進行させる。   When the trialkylborane and the alkylamine are supplied to the reaction vessel, the inside of the reactor is changed to a predetermined pressure and a predetermined temperature to advance the reaction.

トリアルキルボランとアルキルアミンとの反応における圧力は、好ましくは10〜30atmであり、より好ましくは15〜25atmである。圧力が低すぎると反応が進行しない虞がある。また、圧力が高すぎると反応が急激に進行し、急な発熱が生じる虞がある。圧力は、反応を通じて不変であってもよいし、変動してもよい。また、反応の全期間を通じて圧力が上記範囲内でなくてもよい。例えば、圧力を徐々に上昇させて反応を開始させ、反応が十分に進行した後、圧力を徐々に下降させる実施形態においては、所定の圧力範囲を外れても、通常は、反応が若干進行する。このような実施形態が、本発明の技術的範囲を外れるわけではなく、加圧下、好ましくは上記圧力範囲内において、反応が進行していれば、本発明の技術的範囲に属しうる。反応時の圧力は、圧力ゲージなどの公知の圧力計を用いて測定されうる。所定の圧力に反応系を昇圧させるには、公知の加圧手段が用いられうる。   The pressure in the reaction between the trialkylborane and the alkylamine is preferably 10 to 30 atm, more preferably 15 to 25 atm. If the pressure is too low, the reaction may not proceed. Moreover, when the pressure is too high, the reaction proceeds rapidly, and there is a risk that sudden heat generation occurs. The pressure may be unchanged throughout the reaction or may vary. Further, the pressure may not be within the above range throughout the reaction period. For example, in an embodiment in which the reaction is started by gradually increasing the pressure and the reaction proceeds sufficiently, and then the pressure is gradually decreased, the reaction usually proceeds slightly even if the pressure is outside the predetermined pressure range. . Such an embodiment does not depart from the technical scope of the present invention, and may belong to the technical scope of the present invention as long as the reaction proceeds under pressure, preferably within the above pressure range. The pressure during the reaction can be measured using a known pressure gauge such as a pressure gauge. In order to raise the pressure of the reaction system to a predetermined pressure, known pressurizing means can be used.

トリアルキルボランとアルキルアミンとの反応における温度は、好ましくは250〜500℃であり、より好ましくは300〜450℃である。温度が低すぎると反応が進行しない虞がある。また、温度が高すぎると化合物が分解する虞がある。温度は、反応を通じて不変であってもよいし、変動してもよい。例えば、反応熱が大量に発生することを防止するために、反応の初期においては比較的低温で反応を進行させ、反応が緩やかになってきたら、反応温度を上昇させる。また、反応の全期間を通じて温度が上記範囲内でなくてもよい。例えば、温度を徐々に上昇させて反応を開始させ、反応が十分に進行した後、温度を徐々に下降させる実施形態においては、所定の温度範囲を外れても、通常は、反応が若干進行する。このような実施形態が、本発明の技術的範囲を外れるわけではない。反応時の温度は、公知の温度測定手段を用いて測定されうる。   The temperature in the reaction between the trialkylborane and the alkylamine is preferably 250 to 500 ° C, more preferably 300 to 450 ° C. If the temperature is too low, the reaction may not proceed. If the temperature is too high, the compound may be decomposed. The temperature may be constant throughout the reaction or may vary. For example, in order to prevent a large amount of reaction heat from being generated, the reaction is allowed to proceed at a relatively low temperature in the initial stage of the reaction, and when the reaction becomes slow, the reaction temperature is increased. In addition, the temperature may not be within the above range throughout the reaction period. For example, in an embodiment in which the reaction is started by gradually increasing the temperature and the reaction proceeds sufficiently, and then the temperature is gradually decreased, the reaction usually proceeds slightly even if the temperature is out of a predetermined temperature range. . Such an embodiment does not depart from the technical scope of the present invention. The temperature during the reaction can be measured using a known temperature measuring means.

トリアルキルボランとアルキルアミンとの反応時間は特に限定されない。トリアルキルボランおよびアルキルアミンの使用量、反応容器の大きさ、圧力、反応温度に応じて、反応時間が決定されるべきである。一般的な反応時間は、1〜10時間程度である。ただし、反応時間はこの範囲に限定されない。   The reaction time between the trialkylborane and the alkylamine is not particularly limited. Depending on the amount of trialkylborane and alkylamine used, the size of the reaction vessel, the pressure and the reaction temperature, the reaction time should be determined. The general reaction time is about 1 to 10 hours. However, the reaction time is not limited to this range.

反応溶液周辺の雰囲気については、特に限定されない。例えば、窒素やアルゴンが用いられる。反応生成物を取り出す際には、好ましくは窒素やアルゴンといった不活性ガスで、生成物周辺の雰囲気が置換される。   The atmosphere around the reaction solution is not particularly limited. For example, nitrogen or argon is used. When the reaction product is taken out, the atmosphere around the product is preferably replaced with an inert gas such as nitrogen or argon.

本発明の製造方法は、上記説明したように、原料であるトリアルキルボランおよびアルキルアミンから、1段階の反応で、目的物であるTATABが合成される。グリニャール試薬を用いてTATABを合成する場合、原料化合物のハロゲン化およびグリニャール反応の2段階の反応が少なくとも必要である。従って、本発明の製造方法を用いることによって、製造工程が簡略化され、製造コストや設備コストなどが低減されうる。   In the production method of the present invention, as described above, the target TATAB is synthesized from the starting materials trialkylborane and alkylamine in a one-step reaction. In the case of synthesizing TATAB using a Grignard reagent, at least a two-stage reaction of halogenation of a raw material compound and a Grignard reaction is necessary. Therefore, by using the manufacturing method of the present invention, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost and equipment cost can be reduced.

TATAB合成反応が終了した後は、好ましくは、TATABを精製する。好ましくは、TATABは蒸留によって精製される。グリニャール法を用いて合成されたTATABは、蒸留によって精製しても、TATAB中に含まれるハロゲンを大きく減少させることは困難であった。本発明のTATABは、ハロゲンを含まない化合物を原料として合成されうるため、生成物中のハロゲン含有量が極めて微量に減少されうる。また、前述のように、ボラジン環を形成するホウ素原子および窒素原子に結合しているアルキル基が同一であると、TATABを蒸留によって精製することが困難である。かような化合物を精製するには、昇華精製などの他の精製法が用いられる必要がある。昇華精製は、比較的手間がかかる上、不純物をppmオーダーにまで減少させることは困難である。一方、本発明の製造方法によって製造されるTATABは、蒸留によって精製されうる。このため、精製が容易であり、工業的な製造に適している。   After the TATAB synthesis reaction is completed, TATAB is preferably purified. Preferably, TATAB is purified by distillation. Even if TATAB synthesized by the Grignard method is purified by distillation, it is difficult to greatly reduce the halogen contained in TATAB. Since TATAB of the present invention can be synthesized using a halogen-free compound as a raw material, the halogen content in the product can be reduced to a very small amount. Further, as described above, if the alkyl group bonded to the boron atom and nitrogen atom forming the borazine ring is the same, it is difficult to purify TATAB by distillation. To purify such compounds, other purification methods such as sublimation purification need to be used. Sublimation purification is relatively time consuming and it is difficult to reduce impurities to the order of ppm. On the other hand, TATAB produced by the production method of the present invention can be purified by distillation. For this reason, purification is easy and it is suitable for industrial production.

製造されたボラジン環含有化合物は、特に限定されないが、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパー層などの形成に用いられうる。その際に用いられるボラジン環含有化合物は、上記反応によって得られたTATABであってもよいし、さらに改変が加えられたボラジン環含有化合物であってもよい。ボラジン環含有化合物を重合させた重合体を、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層またはエッチストッパー層の原料として用いてもよい。ボラジン環含有化合物から形成される重合体は、ボラジン環骨格を有する化合物をモノマーとして用いて形成されうる。重合方法や重合形態は特に限定されない。重合方法は、ボラジン環に結合している官能基によって、選択される。例えば、アミノ基が結合している場合には、縮重合によって重合体が合成されうる。ボラジン環にビニル基またはビニル基を含む官能基が結合している場合には、重合開始剤を用いたラジカル重合によって、重合体が形成されうる。重合体は、ホモポリマーであってよく、2以上のモノマーユニットからなる共重合体であってもよい。共重合体の形態は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体などのいずれでもよい。他のモノマーと結合を形成しうる官能基を3つ以上有するモノマーを用いれば、モノマーがネットワーク状に結合した重合体を得ることも可能である。   The produced borazine ring-containing compound is not particularly limited, but can be used for forming an interlayer insulating film for a semiconductor, a barrier metal layer, an etch stopper layer, and the like. The borazine ring-containing compound used in that case may be TATAB obtained by the above reaction, or may be a borazine ring-containing compound that has been further modified. A polymer obtained by polymerizing a borazine ring-containing compound may be used as a raw material for an interlayer insulating film for a semiconductor, a barrier metal layer, or an etch stopper layer. A polymer formed from a borazine ring-containing compound can be formed using a compound having a borazine ring skeleton as a monomer. A polymerization method and a polymerization form are not particularly limited. The polymerization method is selected depending on the functional group bonded to the borazine ring. For example, when an amino group is bonded, a polymer can be synthesized by condensation polymerization. When a vinyl group or a functional group containing a vinyl group is bonded to the borazine ring, a polymer can be formed by radical polymerization using a polymerization initiator. The polymer may be a homopolymer or a copolymer composed of two or more monomer units. The form of the copolymer may be any of a random copolymer, a block copolymer, a graft copolymer, and the like. If a monomer having three or more functional groups capable of forming a bond with another monomer is used, it is possible to obtain a polymer in which the monomers are bonded in a network.

ボラジン環含有化合物を用いて、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層またはエッチストッパー層を形成するには、ボラジン環含有化合物を含む溶液状またはスラリー状の組成物を調製し、これを塗布することによって、塗膜を形成する手法が用いられうる。その際に用いられる、ボラジン環含有化合物を溶解または分散させる溶媒は、ボラジン環含有化合物や、必要に応じて添加される他の成分を溶解し得るものであれば特に制限されない。溶媒としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;トルエン、ベンゼン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の炭化水素類;テトラヒドロフラン、ジグライム、テトラグライムなどが用いられ得る。これらは、1種単独で使用しても良いし、2種以上を混合して用いてもよい。スピンコーティングを用いて成膜する場合には、ジグライムが好ましい。ジグライムまたはその誘導体を溶媒として用いると、製造される膜の均一性が向上する。また、膜の白濁が防止されうる。ボラジン環含有化合物を溶解または分散させる溶媒の使用量は、特に制限されるべきものではなく、低誘電材料の製造手段に応じて決定すればよい。例えば、スピンコーティングにより成膜する場合には、スピンコーティングに適した粘度になるよう、溶媒および溶媒量を決定すればよい。   In order to form an interlayer insulating film for semiconductor, a barrier metal layer or an etch stopper layer using a borazine ring-containing compound, a solution-like or slurry-like composition containing the borazine ring-containing compound is prepared and applied. A method for forming a coating film can be used. The solvent used to dissolve or disperse the borazine ring-containing compound is not particularly limited as long as it can dissolve the borazine ring-containing compound and other components added as necessary. Examples of the solvent include alcohols such as ethylene glycol and ethylene glycol monomethyl ether; aromatic hydrocarbons such as toluene, benzene and xylene; hydrocarbons such as hexane, heptane and octane; tetrahydrofuran, diglyme and tetraglyme. Can be used. These may be used alone or in combination of two or more. In the case of film formation using spin coating, diglyme is preferred. When diglyme or a derivative thereof is used as a solvent, the uniformity of the produced film is improved. Moreover, the cloudiness of the film can be prevented. The amount of the solvent used for dissolving or dispersing the borazine ring-containing compound is not particularly limited, and may be determined according to the means for producing the low dielectric material. For example, when a film is formed by spin coating, the solvent and the amount of the solvent may be determined so that the viscosity is suitable for spin coating.

ボラジン環含有化合物を含む組成物は、所望する部位に供給され、乾燥することにより、固化される。例えば、半導体用層間絶縁膜を形成するには、スピンコーティングにより、基板上に塗布し、乾燥させればよい。一度のコーティングおよび乾燥では所望する厚さの被膜が得られない場合には、コーティングおよび乾燥を、所望の厚さになるまで繰り返しても良い。スピンコーターの回転数、乾燥温度および乾燥時間などの成膜条件は、特に限定されない。   The composition containing the borazine ring-containing compound is supplied to a desired site and solidified by drying. For example, in order to form a semiconductor interlayer insulating film, it may be applied onto a substrate by spin coating and dried. If a coating with the desired thickness cannot be obtained by a single coating and drying, the coating and drying may be repeated until the desired thickness is obtained. Film formation conditions such as the spin coater rotation speed, drying temperature, and drying time are not particularly limited.

基板への塗布は、スピンコーティング以外の手法を用いてもよい。例えば、スプレーコーティング、ディップコーティングなどが用いられ得る。   Application to the substrate may use a technique other than spin coating. For example, spray coating, dip coating, etc. can be used.

その後、塗膜を乾燥する。塗膜の乾燥温度は、通常、100〜250℃程度である。ここでいう乾燥温度とは、乾燥処理をする際の温度の最高温度を意味する。例えば、乾燥温度を徐々に上昇させ、100℃で30分維持し、その後、冷却した場合の乾燥温度は100℃である。焼成温度は熱電対を用いて測定されうる。乾燥した被膜の乾燥時間については、特に限定されない。得られる低誘電材料についての、誘電率、耐湿性等の特性を考慮して、適宜決定すればよい。   Thereafter, the coating film is dried. The drying temperature of the coating film is usually about 100 to 250 ° C. The drying temperature here means the maximum temperature at the time of drying treatment. For example, when the drying temperature is gradually increased and maintained at 100 ° C. for 30 minutes and then cooled, the drying temperature is 100 ° C. The firing temperature can be measured using a thermocouple. The drying time of the dried film is not particularly limited. What is necessary is just to determine suitably considering characteristics, such as a dielectric constant and moisture resistance, about the low dielectric material obtained.

<実施例1>
オートクレーブに、アルキルアミンとしてメチルアミン(10.4g)、およびトリアルキルボランとしてトリエチルボラン(32.7g)を仕込み、310℃20atmで4時間、次いで、450℃20atmで4時間反応させた。反応終了後、窒素雰囲気下で内容物を取り出し、98℃/1.8mmHgで減圧蒸留精製し、B,B’,B”−トリエチル−N,N’,N”−トリメチルボラジン(8.2g)を取り出した。得られたB,B’,B”−トリエチル−N,N’,N”−トリメチルボラジンの含有ハロゲン量を測定したところ、Cl<0.1ppm、Br<0.1ppmであった。
<Example 1>
The autoclave was charged with methylamine (10.4 g) as an alkylamine and triethylborane (32.7 g) as a trialkylborane, and reacted at 310 ° C. at 20 atm for 4 hours and then at 450 ° C. at 20 atm for 4 hours. After completion of the reaction, the contents were taken out under a nitrogen atmosphere and purified by distillation under reduced pressure at 98 ° C./1.8 mmHg to obtain B, B ′, B ″ -triethyl-N, N ′, N ″ -trimethylborazine (8.2 g). Was taken out. When the halogen content of the obtained B, B ′, B ″ -triethyl-N, N ′, N ″ -trimethylborazine was measured, Cl <0.1 ppm and Br <0.1 ppm were obtained.

<比較例1>
三塩化ホウ素とメチルアミン塩酸塩から合成した、B,B’,B”−トリクロロ−N,N’,N”−トリメチルボラジン(74g)を、ジエチルエーテル(150mL)に入れた。反応溶液に、室温で、3.0M臭化エチルマグネシウム/ジエチルエーテル溶液(450mL)を4時間かけて滴下し、グリニャール反応を開始させた。滴下終了後、室温で24時間撹拌して、反応を進行させた。反応終了後、窒素雰囲気下で反応溶液を濾過し、濾液から溶媒を減圧留去した。得られた固体から、98℃/1.8mmHgで減圧蒸留精製し、B,B’,B”−トリエチル−N,N’,N”−トリメチルボラジン(36g)を取り出した。得られたB,B’,B”−トリエチル−N,N’,N”−トリメチルボラジンの含有ハロゲン量を測定したところ、Cl=14.4ppm、Br=51.7ppmであった。
<Comparative Example 1>
B, B ′, B ″ -trichloro-N, N ′, N ″ -trimethylborazine (74 g) synthesized from boron trichloride and methylamine hydrochloride was placed in diethyl ether (150 mL). To the reaction solution, a 3.0 M ethylmagnesium bromide / diethyl ether solution (450 mL) was added dropwise at room temperature over 4 hours to initiate the Grignard reaction. After completion of the dropwise addition, the reaction was allowed to proceed by stirring for 24 hours at room temperature. After completion of the reaction, the reaction solution was filtered under a nitrogen atmosphere, and the solvent was distilled off from the filtrate under reduced pressure. The obtained solid was purified by distillation under reduced pressure at 98 ° C./1.8 mmHg, and B, B ′, B ″ -triethyl-N, N ′, N ″ -trimethylborazine (36 g) was taken out. When the halogen content of the obtained B, B ′, B ″ -triethyl-N, N ′, N ″ -trimethylborazine was measured, Cl = 14.4 ppm and Br = 51.7 ppm.

<評価>
本発明の製法に従って、アルキルアミンおよびトリアルキルボランから、TATABを製造した場合、得られたTATAB中のハロゲン含有量が少ない。本発明の製法によって形成されたTATABは、半導体用層間絶縁膜など、ハロゲン混入が望ましくない用途に好適である。
<Evaluation>
When TATAB is produced from alkylamine and trialkylborane according to the production method of the present invention, the halogen content in the obtained TATAB is low. TATAB formed by the production method of the present invention is suitable for applications where halogen contamination is not desirable, such as semiconductor interlayer insulating films.

Claims (3)

下記化学式1で表されるトリアルキルボランと、下記化学式2で表されるアルキルアミンとを、加圧下で反応させる、B,B’,B”−トリアルキル−N,N’,N”−トリアルキルボラジンの製造方法。
Figure 0004190368
(式中、Rは、炭素数1〜6のアルキル基であり、Rは同一であっても異なっていてもよい)
Figure 0004190368
(式中、Rは、炭素数1〜6のアルキル基であり、化学式1における3つのRが同一である場合には、RはRと異なる)
B, B ′, B ″ -trialkyl-N, N ′, N ″ -tri, wherein a trialkylborane represented by the following chemical formula 1 is reacted with an alkylamine represented by the following chemical formula 2 under pressure A method for producing alkylborazine.
Figure 0004190368
(Wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 1 may be the same or different)
Figure 0004190368
(Wherein, R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, when three of R 1 in Chemical Formula 1 are identical, R 2 is different from R 1)
トリアルキルボランはトリエチルボランであり、アルキルアミンはメチルアミンである、請求項1に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the trialkylborane is triethylborane and the alkylamine is methylamine. さらに、得られたB,B’,B”−トリアルキル−N,N’,N”−トリアルキルボラジンを蒸留精製する、請求項1または2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the obtained B, B ', B "-trialkyl-N, N', N" -trialkylborazine is purified by distillation.
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