JP4538343B2 - Silicon-containing compound, hydrolyzate and / or condensate of the compound, composition containing the hydrolyzate and / or condensate, and insulating material and insulating film formed from the composition - Google Patents
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Description
本発明は、ケイ素含有化合物、該化合物の加水分解物及び/または縮合物(以下「ケイ素酸素架橋化合物」ともいう)、該ケイ素酸素架橋化合物を含有する組成物、および、該組成物を用いて得られる絶縁膜などの絶縁材料に関する。 The present invention uses a silicon-containing compound, a hydrolyzate and / or condensate of the compound (hereinafter also referred to as “ silicon oxygen crosslinking compound ”) , a composition containing the silicon oxygen crosslinking compound, and the composition. The present invention relates to an insulating material such as an obtained insulating film.
特許文献1には、絶縁膜の形成において、シロキサン上にアダマンチル基を導入することによって耐熱性と低誘電率を両立する方法が試みられている。しかしながら、半導体などのさらなる高集積化や多層化に伴い、より優れた導体間の電気絶縁性が要求されており、より低誘電率でかつ耐熱性、機械的強度(化学的機械的研磨(CMP)耐性)に優れる層間絶縁材料が求められるようになっている。 In Patent Document 1, an attempt is made to achieve both heat resistance and low dielectric constant by introducing an adamantyl group onto siloxane in the formation of an insulating film. However, with higher integration and multilayering of semiconductors and the like, better electrical insulation between conductors is required, lower dielectric constant, heat resistance, mechanical strength (chemical mechanical polishing (CMP Interlayer insulating materials having excellent resistance)) have been demanded.
本発明の目的は、誘電率が低く、機械的強度が高い絶縁材料を提供できる化合物、及び該化合物を用いた絶縁材料形成用組成物、当該組成物より得られる絶縁膜などの絶縁材料を提供する。 An object of the present invention is to provide a compound capable of providing an insulating material having a low dielectric constant and high mechanical strength, a composition for forming an insulating material using the compound, and an insulating material such as an insulating film obtained from the composition. To do.
本発明の上記目的は具体的には、下記の構成により達成することができる。
<1> 下記一般式(1)で表される化合物。
p2は0〜2を表し、p2が0の場合、m21は2〜4の整数を表し、p2が1の場合、m21+m22は2〜4の整数を表し、p2が2の場合、m21+m22は2〜6の整数を表す。
L21〜L22は、ビニレン基を表す。
<2> <1>に記載の一般式(1)で表される化合物の加水分解物及び/または縮合物。
<3> 一般式(1)で表される化合物が、一般式(3−2)で表わされる化合物であることを特徴とする上記<2>に記載の加水分解物及び/または縮合物。
一般式(3−2)中、X21〜X22は、各々独立に、アルコキシ基またはハロゲン原子を表し、R21〜R22は、各々独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、n21〜n22は1〜3の整数を表す。
<4> 一般式(3−2)で表わされる化合物において、R21〜R22が、各々独立に、アルキル基を表し、n21〜n22は2又は3の整数であることを特徴とする上記<3>に記載の加水分解物及び/または縮合物。
<5> 上記<2>〜<4>のいずれか1項に記載の加水分解物及び/または縮合物及び溶媒を含有することを特徴とする絶縁材料形成用組成物。
<6> 上記<5>に記載の組成物から形成された絶縁材料。
<7> 上記<5>に記載の組成物から形成された絶縁膜。
<8> 式1−5で表わされる化合物。
(1)下記一般式(1)で表される化合物を加水分解及び/または縮合して得られるケイ素酸素架橋化合物。
Specifically, the above object of the present invention can be achieved by the following constitution.
<1> A compound represented by the following general formula (1) .
p2 represents 0-2, for p2 is 0, m 21 represents an integer of 2-4, when p2 is 1, m 21 + m 22 represents an integer of 2 to 4, the case of p2 is 2, m 21 + m 22 represents an integer of 2 to 6.
L 21 to L 22 represent a vinylene group.
<2> Hydrolyzate and / or condensate of the compound represented by the general formula (1) according to <1>.
<3> The compound represented by the general formula (1) is a hydrolyzate and / or condensate described in <2> which is a compound represented by the general formula (3-2).
In General Formula (3-2), X 21 to X 22 each independently represent an alkoxy group or a halogen atom, and R 21 to R 22 each independently represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. And n 21 to n 22 represent an integer of 1 to 3.
< 4 > In the compound represented by the general formula (3-2), R 21 to R 22 each independently represent an alkyl group, and n 21 to n 22 are integers of 2 or 3. The hydrolyzate and / or condensate according to < 3 > above .
<5> above <2> to <4> insulating material-forming composition characterized by containing a hydrolyzate and / or condensate and solvent according to any one of.
< 6 > An insulating material formed from the composition described in < 5 > above.
< 7 > An insulating film formed from the composition according to < 5 > above.
< 8 > A compound represented by formula 1-5.
(1) A silicon-oxygen crosslinking compound obtained by hydrolysis and / or condensation of a compound represented by the following general formula (1).
(一般式(1)中、X21〜X22は、各々独立に、加水分解性基を表し、R21〜R22は、各々独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、n21〜n22は1〜3の整数を表す。
p2は0〜2を表し、p2が0の場合、m21は2〜4の整数を表し、p2が1の場合、m21+m22は2〜4の整数を表し、p2が2の場合、m21+m22は2〜6の整数を表す。
L21〜L22は、各々独立に、単結合、アルキレン基、ビニレン基、アリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−NR'−(R'は水素原子、アルキル基又はアリール基を表す)又はこれらの基を組み合わせた2価の連結基を表す。
(In the general formula (1), X 21 to X 22 each independently represents a hydrolyzable group, R 21 to R 22 each independently represents an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, n 21 ~n 22 represents an integer of 1 to 3.
p2 represents 0 to 2, when p2 is 0, m 21 represents an integer of 2 to 4, when p2 is 1, m 21 + m 22 represents an integer of 2 to 4, and when p2 is 2, m 21 + m 22 represents an integer of 2-6.
L 21 to L 22 each independently represents a single bond, an alkylene group, a vinylene group, an arylene group, —O—, —S—, —CO—, —NR′— (R ′ represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group) Represents a group) or a divalent linking group in which these groups are combined.
(2)L21〜L22がアルキレン基またはビニレン基であることを特徴とする上記(1)に記載のケイ素酸素架橋化合物。 (2) The silicon oxygen crosslinking compound as described in (1) above, wherein L 21 to L 22 are an alkylene group or a vinylene group.
(3)上記(1)または(2)に記載のケイ素酸素架橋化合物を含有することを特徴とする組成物。
(4)上記(3)に記載の組成物から形成された絶縁材料。
(5)上記(3)に記載の組成物から形成された絶縁膜。
(6)一般式(2)で表わされる化合物。
(3) A composition containing the silicon oxygen crosslinking compound according to (1) or (2) above.
(4) An insulating material formed from the composition described in (3) above.
(5) An insulating film formed from the composition as described in (3) above.
(6) A compound represented by the general formula (2).
(一般式(2)中、X21〜X22は、各々独立に、加水分解性基を表し、R21〜R22は、各々独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、n21〜n22は1〜3の整数を表す。L21〜L22は、各々独立に、アルキレン基、ビニレン基、アリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−NR'−(R'は水素原子、アルキル基又はアリール基を表す)又はこれらの基を組み合わせた2価の連結基を表す。) (In General Formula (2), X 21 to X 22 each independently represents a hydrolyzable group, R 21 to R 22 each independently represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, and n 21 ~n 22 is .L 21 ~L 22 represents an integer of 1 to 3, each independently, an alkylene group, vinylene group, an arylene group, -O -, - S -, - CO -, - NR '- ( R ′ represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group) or a divalent linking group in which these groups are combined.
(7)一般式(3−1)又は(3−2)で表わされる化合物。 (7) A compound represented by formula (3-1) or (3-2).
(一般式(3−1)及び(3−2)中、X21〜X22は、各々独立に、加水分解性基を表し、R21〜R22は、各々独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、n21〜n22は1〜3の整数を表す。) (In the general formulas (3-1) and (3-2), X 21 to X 22 each independently represents a hydrolyzable group, and R 21 to R 22 each independently represents an alkyl group or an aryl group. Alternatively, it represents a heterocyclic group, and n 21 to n 22 represent an integer of 1 to 3.)
本発明のケイ素酸素架橋化合物によれば、2.4以下の低比誘電率を有するとともに、吸湿等に原因する欠陥を有しない高信頼性の絶縁膜を形成可能な新規な組成物が得られる。本発明は、特に、多層配線構造を有する半導体装置の応答速度の向上に寄与することができる。 According to the silicon-oxygen crosslinking compound of the present invention, a novel composition capable of forming a highly reliable insulating film having a low relative dielectric constant of 2.4 or less and having no defects caused by moisture absorption or the like can be obtained. . In particular, the present invention can contribute to improving the response speed of a semiconductor device having a multilayer wiring structure.
本発明のケイ素酸素架橋化合物は、下記一般式(1)で表されるシラン化合物を加水分解及び/または縮合して得られる。 The silicon oxygen crosslinking compound of the present invention is obtained by hydrolysis and / or condensation of a silane compound represented by the following general formula (1).
一般式(1)中、X21〜X22は、各々独立に、加水分解性基を表し、R21〜R22は、各々独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、n21〜n22は1〜3の整数を表す。
p2は0〜2を表し、p2が0の場合、m21は2〜4の整数を表し、p2が1の場合、m21+m22は2〜4の整数を表し、p2が2の場合、m21+m22は2〜6の整数を表す。
L21〜L22は、各々独立に、単結合、アルキレン基、ビニレン基、アリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−NR'−(R'は水素原子、アルキル基又はアリール基を表す)又はこれらの基を組み合わせた2価の連結基を表す。
In the general formula (1), X 21 to X 22 each independently represents a hydrolyzable group, R 21 to R 22 each independently represents an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group, and n 21 ~n 22 represents an integer of 1 to 3.
p2 represents 0 to 2, when p2 is 0, m 21 represents an integer of 2 to 4, when p2 is 1, m 21 + m 22 represents an integer of 2 to 4, and when p2 is 2, m 21 + m 22 represents an integer of 2-6.
L 21 to L 22 each independently represents a single bond, an alkylene group, a vinylene group, an arylene group, —O—, —S—, —CO—, —NR′— (R ′ represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group) Represents a group) or a divalent linking group in which these groups are combined.
一般式(1)において、X21〜X22で表わされる加水分解性基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、シリルオキシ基、水酸基などが挙げられる。X21〜X22として好ましいのは、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基など)、ハロゲン原子である。特に好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、塩素原子である。 In the general formula (1), examples of the hydrolyzable group represented by X 21 to X 22 include a halogen atom, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyloxy group, a silyloxy group, and a hydroxyl group. X 21 to X 22 are preferably an alkoxy group (for example, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, a methoxyethoxy group) or a halogen atom. Particularly preferred are a methoxy group, an ethoxy group, and a chlorine atom.
R21〜R22は、水素原子、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表す。R21〜R22で表されるアルキル基の好ましい例としては、直鎖、分岐鎖又は環状のアルキル基(例えば炭素数1〜20のアルキル基、好ましくはメチル基やエチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、2−エチルヘキシル基、n−デシル基、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、シクロドデシル基等)が挙げられ、R21〜R22で表されるアリール基の好ましい例としては、炭素数6〜20の置換又は無置換のフェニル基、ナフチル基等が挙げられ、R21〜R22で表されるヘテロ環基の好ましい例としては、置換又は無置換のへテロ6員環(ピリジル、モルホリノ基、テトラヒドロピラニル等)、置換又は無置換のヘテロ5員環(フリル、チオフェン基、1,3−ジオキソラン−2−イル基等)等が挙げられる。 R 21 to R 22 represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. Preferable examples of the alkyl group represented by R 21 to R 22 include a linear, branched or cyclic alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, n -Butyl group, 2-ethylhexyl group, n-decyl group, cyclopropyl group, cyclohexyl group, cyclododecyl group, etc.), and preferred examples of the aryl group represented by R 21 to R 22 include 6 carbon atoms. 20 substituted or unsubstituted phenyl group, a naphthyl group and the like, and preferred examples of the heterocyclic group represented by R 21 to R 22 is a substituted or unsubstituted of hetero 6-membered ring (pyridyl, morpholino Group, tetrahydropyranyl, etc.), substituted or unsubstituted hetero 5-membered rings (furyl, thiophene group, 1,3-dioxolan-2-yl group, etc.) and the like.
n21〜n22=2または3の場合、複数のX21〜X22は互いに同じ基であっても、異なっていてもよい。n21〜n22=1の場合、複数のR21〜R22は互いに同じ基であっても、異なっていてもよい。 In the case of n 21 to n 22 = 2 or 3, the plurality of X 21 to X 22 may be the same group or different from each other. When n 21 to n 22 = 1, the plurality of R 21 to R 22 may be the same group or different from each other.
L21〜L22は2価の連結基を表す。連結基の例としては、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、−O−、−S−、−CO−、−NR'−(R'は水素原子、アルキル基またはアリール基)、又はこれらを2つ以上組み合わせてなる連結基等が挙げられ、炭素数10以下の連結基が好ましい。上記連結基のうち、好ましくは、アルキレン基、アルケニレン基であり、特に好ましくはエチレン基、ビニレン基である。 L 21 to L 22 represent a divalent linking group. Examples of the linking group include an alkylene group, an alkenylene group, an arylene group, -O-, -S-, -CO-, -NR'- (R 'is a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group), or 2 Examples thereof include a linking group formed by combining two or more, and a linking group having 10 or less carbon atoms is preferable. Of the linking groups, an alkylene group and an alkenylene group are preferable, and an ethylene group and a vinylene group are particularly preferable.
一般式(1)で表される化合物として、一般式(2)で表される化合物が好ましい。 As the compound represented by the general formula (1), a compound represented by the general formula (2) is preferable.
一般式(2)中、X21〜X22、R21〜R22、n21〜n22、L21〜L22の各々は、一般式(1)におけるものと同様である。 In the general formula (2), each of X 21 to X 22 , R 21 to R 22 , n 21 to n 22 , and L 21 to L 22 is the same as that in the general formula (1).
また、一般式(3−1)又は(3−2)で表わされる化合物が好ましい。 Moreover, the compound represented by general formula (3-1) or (3-2) is preferable.
一般式(3−1)及び(3−2)中、X21〜X22、R21〜R22、n21〜n22は、一般式(1)におけるものと同様である。 In the general formulas (3-1) and (3-2), X 21 to X 22 , R 21 to R 22 , and n 21 to n 22 are the same as those in the general formula (1).
一般式(1)で表される化合物は、例えば対応する不飽和基を有する化合物に遷移金属錯体触媒の共存下で対応するシラン化合物を付加するヒドロシリル化反応あるいはハロゲン化アダアマンタンと対応するグリニアール試薬との反応により容易に合成できる。 The compound represented by the general formula (1) includes, for example, a hydrosilylation reaction in which a corresponding silane compound is added to a compound having a corresponding unsaturated group in the presence of a transition metal complex catalyst or a halogenated adaamantane and a corresponding Grignard reagent. It can be easily synthesized by this reaction.
式(1)で表される化合物の具体例を挙げるがこれらに限定されるものではない。 Although the specific example of a compound represented by Formula (1) is given, it is not limited to these.
材料の膜特性を向上させるため、必要に応じて、上記の一般式(1)で表されるシラン化合物にさらに他のシラン化合物を添加してもよい。他のシラン化合物の例としては、下記一般式(A)で表される有機ケイ素化合物又はそれらをモノマーとするポリマーが挙げられる。 In order to improve the film characteristics of the material, another silane compound may be added to the silane compound represented by the general formula (1) as necessary. Examples of other silane compounds include organosilicon compounds represented by the following general formula (A) or polymers having these as monomers.
一般式(A)中、Raはアルキル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、Rbは、水素原子、アルキル基、アリール基又はシリル基を表す。これらの基は更に置換基を有していてもよい。
qは0〜4の整数を表し、q又は4−qが2以上のとき、Ra又はRbはそれぞれ同一でも異なってもよい。また、該化合物同士は、Ra又はRbの置換基により互いに連結し、多量体を形成してもよい。
In general formula (A), R a represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, and R b represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a silyl group. These groups may further have a substituent.
q represents an integer of 0 to 4, and when q or 4-q is 2 or more, R a or R b may be the same or different. In addition, the compounds may be connected to each other by a substituent of R a or R b to form a multimer.
一般式(A)のqは0〜2が好ましく、Rbはアルキル基が好ましい。さらにqが0のときの好ましい化合物の例としては、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)等が挙げられ、qが1又は2のときの好ましい化合物の例としては以下の化合物が挙げられる。 Q in the general formula (A) is preferably 0 to 2, and R b is preferably an alkyl group. Further, examples of preferable compounds when q is 0 include tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS) and the like, and examples of preferable compounds when q is 1 or 2 include the following compounds: Can be mentioned.
一般式(A)で表される化合物を併用する場合、一般式(1)のシラン化合物に対して1〜200モル%の範囲で用いるのが好ましく、10〜100モル%の範囲で用いるのが
より好ましい。
When using together the compound represented by general formula (A), it is preferable to use in the range of 1-200 mol% with respect to the silane compound of general formula (1), and to use in the range of 10-100 mol%. More preferred.
上記一般式(1)で表されるシラン化合物、必要により他のシラン化合物を併用して、加水分解・縮合してケイ素酸素架橋化合物を得る方法は以下のとおりです。なお、ケイ素酸素架橋構造とは、縮合により自ずと形成されるシロキサン結合(−(Si−O)n−)からなる架橋構造を指す。
シラン化合物を加水分解、縮合させる際に、上記一般式(1)で表されるシラン化合物、必要により他のシラン化合物を含むシラン化合物の総量1モル当たり0.5〜150モルの水を用いることが好ましく、1〜100モルの水を加えることが特に好ましい。添加する水の量は、膜の耐クラック性の点から0.5モル以上が好ましく、加水分解および縮合反応中のポリマーの析出やゲル化防止の点から150モル以下が好ましい。
The method for obtaining a silicon oxygen cross-linked compound by hydrolysis and condensation using the silane compound represented by the above general formula (1) and, if necessary, other silane compounds in combination is as follows. Note that the silicon-oxygen cross-linked structure refers to a cross-linked structure composed of a siloxane bond (— (Si—O) n—) that is naturally formed by condensation.
When hydrolyzing and condensing the silane compound, 0.5 to 150 mol of water is used per 1 mol of the total amount of the silane compound represented by the general formula (1) and, if necessary, other silane compounds. It is particularly preferable to add 1 to 100 mol of water. The amount of water to be added is preferably 0.5 mol or more from the viewpoint of crack resistance of the film, and is preferably 150 mol or less from the viewpoint of polymer precipitation and prevention of gelation during hydrolysis and condensation reactions.
シラン化合物を加水分解、縮合させる際に、アルカリ触媒、酸触媒、又は金属キレート化合物を使用することが好ましい。 When hydrolyzing and condensing the silane compound, it is preferable to use an alkali catalyst, an acid catalyst, or a metal chelate compound.
アルカリ触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、ピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデセン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、 Examples of the alkali catalyst include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, pyridine, pyrrole, piperazine, pyrrolidine, piperidine, picoline, monoethanolamine, diethanolamine, dimethylmonoethanolamine, monomethyldiethanolamine, triethanolamine, dia Zabicyclooctane, diazabicyclononane, diazabicycloundecene, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, ammonia, methylamine, ethylamine, propylamine,
ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ペンチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、N,N−ジメチルアミン、N,N−ジエチルアミン、N,N−ジプロピルアミン、N,N−ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、シクロヘキシルアミン、トリメチルイミジン、1−アミノ−3−メチルブタン、ジメチルグリシン、3−アミノ−3−メチルアミンなどを挙げることができ、アンモニア、アミンあるいはアミン塩が好ましく、アンモニア、有機アミンあるいは有機アミン塩が特に好ましく、アンモニア、アルキルアミン、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドが最も好ましい。これらのアルカリ触媒は1種あるいは2種以上を同時に使用しても良い。 Butylamine, pentylamine, hexylamine, pentylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, N, N-dimethylamine, N, N-diethylamine, N, N-dipropylamine, N, N-dibutylamine, trimethylamine, triethylamine, Examples thereof include tripropylamine, tributylamine, cyclohexylamine, trimethylimidine, 1-amino-3-methylbutane, dimethylglycine, 3-amino-3-methylamine, and ammonia, amine or amine salt is preferable, and ammonia Organic amines or organic amine salts are particularly preferred, and ammonia, alkylamines, and tetraalkylammonium hydroxides are most preferred. These alkali catalysts may be used alone or in combination of two or more.
酸触媒としては、無機あるいは有機のプロトン酸が好ましい。無機プロトン酸としては、塩酸、硫酸、フッ酸、リン酸類(H3PO4、H3PO3、H4P2O7、H5P3O10、メタリン酸、ヘキサフルオロリン酸など)、硼酸、硝酸、過塩素酸、テトラフルオロ硼酸、ヘキサフルオロ砒素酸、臭化水素酸など、あるいはタングストリン酸、タングテンペルオキソ錯体などの固体酸等が挙げられる。
有機プロトン酸としては、カルボン酸類(シュウ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン酸、没食子酸、酪酸、メロット酸、アラキドン酸、シキミ酸、2−エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、p−アミノ安息香酸、ギ酸、マロン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、コハク酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、リンゴ酸、グルタル酸の加水分解物、無水マレイン酸の加水分解物、無水フタル酸の加水分解物、トリフルオロ酢酸、安息香酸、置換安息香酸など)、リン酸エステル類(例えばC数1〜30、リン酸メチルエステル、リン酸プロピルエステル、リン酸ドデシルエステル、リン酸フェニルエステル、リン酸ジメチルエステル、リン酸ジドデシルエステルなど)、亜リン酸エステル類(例えばC数1〜30、
亜リン酸メチルエステル、亜リン酸ドデシルエステル、亜リン酸ジエチルエステル、亜リン酸ジイソプロピル、亜リン酸ジドデシルエステルなど)、スルホン酸類(例えばC数1〜15、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ヘキサフルオロベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸など)、イミド類(例えばビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド酸、トリフルオロメタンスルホニルトリフルオロアセトアミドなど)、ホスホン酸類(例えばC数1〜30、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、フェニルホスホン酸、ジフェニルホスホン酸、1,5−ナフタレンビスホスホン酸など)などの低分子化合物、あるいは、ナフィオンに代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー、側鎖にリン酸基を有するポリ(メタ)アクリレート(特開2001−114834号)、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(特開平6−93111号)、スルホン化ポリエーテルスルホン(特開平10−45913号)、スルホン化ポリスルホン(特開平9−245818号)などのプトロン酸部位を有する高分子化合物が挙げられる。
The acid catalyst is preferably an inorganic or organic proton acid. Examples of inorganic protonic acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acids (H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , H 4 P 2 O 7 , H 5 P 3 O 10 , metaphosphoric acid, hexafluorophosphoric acid, etc.), Examples thereof include boric acid, nitric acid, perchloric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluoroarsenic acid, hydrobromic acid, and solid acids such as tungstophosphoric acid and tungten peroxo complex.
Organic protonic acids include carboxylic acids (oxalic acid, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, maleic acid, methylmalonic acid, adipic acid, sebacic acid Gallic acid, butyric acid, melottic acid, arachidonic acid, shikimic acid, 2-ethylhexanoic acid, oleic acid, stearic acid, linoleic acid, linolenic acid, salicylic acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid, dichloroacetic acid, p-aminobenzoic acid, Formic acid, malonic acid, phthalic acid, fumaric acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, fumaric acid, itaconic acid, mesaconic acid, citraconic acid, malic acid, glutaric acid hydrolyzate, maleic anhydride hydrolyzate, anhydrous Phthalic acid hydrolysates, trifluoroacetic acid, benzoic acid, substituted benzoic acid, etc.), phosphate esters For example, C number 1-30, phosphoric acid methyl ester, phosphoric acid propyl ester, phosphoric acid dodecyl ester, phosphoric acid phenyl ester, phosphoric acid dimethyl ester, phosphoric acid didodecyl ester, etc.), phosphorous acid esters (for example, C number 1 ~ 30,
Phosphorous acid methyl ester, phosphorous acid dodecyl ester, phosphorous acid diethyl ester, diisopropyl phosphite, phosphorous acid dododecyl ester, etc.), sulfonic acids (for example, C 1-15, benzene sulfonic acid, toluene sulfonic acid, Hexafluorobenzenesulfonic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, dodecylsulfonic acid, etc.), imides (for example, bis (trifluoromethanesulfonyl) imidic acid, trifluoromethanesulfonyltrifluoroacetamide, etc.), phosphonic acids (for example, C 1) To 30, low molecular weight compounds such as methylphosphonic acid, ethylphosphonic acid, phenylphosphonic acid, diphenylphosphonic acid, 1,5-naphthalene bisphosphonic acid), or perfluorocarbon sulfone represented by Nafion Acid polymer, poly (meth) acrylate having a phosphate group in the side chain (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-14834), sulfonated polyetheretherketone (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-93111), sulfonated polyethersulfone (Japanese Patent Application Laid-Open 45913) and sulfonated polysulfone (Japanese Patent Laid-Open No. 9-245818).
金属キレート化合物としては、例えば、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−i−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−t−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−t−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、 Examples of the metal chelate compound include triethoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-i-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n- Butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-t-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, diethoxybis (acetylacetonato) titanium, di- n-propoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-i-propoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-sec-butoxy bis (acetylacetate) Natto) titanium, di-t-butoxy bi (Acetylacetonate) titanium, monoethoxy-tris (acetylacetonate) titanium, mono -n- propoxy tris (acetylacetonate) titanium,
モノ−i−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−t−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−i−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−t−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−t−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、 Mono-i-propoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-t-butoxy-tris ( Acetylacetonato) titanium, tetrakis (acetylacetonato) titanium, triethoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-i-propoxy mono (ethyl acetoacetate) Titanium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-t-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, diethoxy bis (ethylacetate) Acete G) Titanium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-i-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-sec- Butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-t-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium,
モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−i−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−t−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタンなどのチタンキレート化合物;トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナ
ート)ジルコニウム、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、
Monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-i-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) ) Titanium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-t-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, tetrakis (ethyl acetoacetate) titanium, mono (acetylacetonate) tris (ethyl acetoacetate) ) Titanium chelate compounds such as titanium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) titanium, tris (acetylacetonato) mono (ethylacetoacetate) titanium; triethoxy mono (acetylacetate) Inert) zirconium, tri -n- propoxy mono (acetylacetonate) zirconium, tri -i- propoxy mono (acetylacetonate) zirconium, tri -n- butoxy mono (acetylacetonate) zirconium,
トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−t−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−t−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−i−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−t−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、 Tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium, tri-t-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium, diethoxybis (acetylacetonato) zirconium, di-n-propoxybis (acetylacetonate) Zirconium, di-i-propoxy bis (acetylacetonato) zirconium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) zirconium, di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) zirconium, di-t-butoxy Bis (acetylacetonato) zirconium, monoethoxy-tris (acetylacetonato) zirconium, mono-n-propoxy-tris (acetylacetonato) zirconium, mono-i-propoxy-tris (acetylacetonate) Luconium, mono-n-butoxy tris (acetylacetonato) zirconium, mono-sec-butoxy tris (acetylacetonato) zirconium, mono-t-butoxytris (acetylacetonato) zirconium, tetrakis (acetylacetonato) Zirconium, triethoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-i-propoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium,
トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−t−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−t−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−i−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−t−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、 Tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-t-butoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, diethoxy bis (ethyl acetoacetate) Zirconium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-i-propoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-sec-butoxy Bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-t-butoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-n-propoxy tris (ethyl) Cetoacetate) zirconium, mono-i-propoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-t -Butoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium,
テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウムなどのジルコニウムキレート化合物;トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウムなどのアルミニウムキレート化合物;などを挙げることができ、好ましくはチタンまたはアルミニウムのキレート化合物、特に好ましくはチタンのキレート化合物を挙げることができる。これらの金属キレート化合物は、1種あるいは2種以上を同時に使用しても良い。 Tetrakis (ethylacetoacetate) zirconium, mono (acetylacetonato) tris (ethylacetoacetate) zirconium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) zirconium, tris (acetylacetonato) mono (ethylacetoacetate) zirconium, etc. Zirconium chelate compounds; aluminum chelate compounds such as tris (acetylacetonate) aluminum and tris (ethylacetoacetate) aluminum; Can be mentioned. These metal chelate compounds may be used alone or in combination of two or more.
上記触媒及びキレート化合物の使用量は、総量として、シラン化合物の1モルに対して、通常0.00001〜10モル、好ましくは0.00005〜5モルである。触媒の使用量が上記範囲内であれば、反応中のポリマーの析出やゲル化の恐れが少ない。 The amount of the catalyst and chelate compound used is generally 0.00001 to 10 mol, preferably 0.00005 to 5 mol, relative to 1 mol of the silane compound, as a total amount. If the amount of the catalyst used is within the above range, there is little risk of polymer precipitation or gelation during the reaction.
シラン化合物を縮合及び加水分解する温度は通常0〜100℃、好ましくは10〜90℃である。時間は通常5分〜200時間、好ましくは15分〜40時間である。
このようにして、一般式(1)で表されるシラン化合物の加水分解物、縮合物、すなわち、本発明のケイ素酸素架橋化合物を調製することができる。
The temperature for condensing and hydrolyzing the silane compound is usually 0 to 100 ° C, preferably 10 to 90 ° C. The time is usually 5 minutes to 200 hours, preferably 15 minutes to 40 hours.
Thus, the hydrolyzate and condensate of the silane compound represented by the general formula (1), that is, the silicon oxygen crosslinking compound of the present invention can be prepared.
該反応に用いる溶媒は、溶質であるシラン化合物を溶解するものであれば特に制限はないが、好ましくはケトン類(シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、アセトン等)、カーボネート化合物(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、複素環化合物(3−メチル−2−オキサゾリジノン、ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等)、環状エーテル類(ジオキサン、テトラヒドロフラン等)、鎖状エーテル類(ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル等)、アルコール類(メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等)、多価アルコール類(エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等)、ニトリル化合物(アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等)、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、γ-ブチロラクトン、リン酸エステル、ホスホン酸エステル等)、非プロトン極性物質(ジメチルスルホキシド、スルホラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等)、非極性溶媒(トルエン、キシレン、メシチレン等)、塩素系溶媒(メチレンジクロリド、エチレンジクロリド等)、ジイソプロピルベンゼン、水等を用いることができる。 The solvent used in the reaction is not particularly limited as long as it dissolves the solute silane compound, but preferably ketones (cyclohexanone, cyclopentanone, 2-heptanone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, acetone, etc.), Carbonate compounds (ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), heterocyclic compounds (3-methyl-2-oxazolidinone, dimethylimidazolidinone, N-methylpyrrolidone, etc.), cyclic ethers (dioxane, tetrahydrofuran, etc.), chain ethers ( Diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, etc.), alcohols (methanol, ethanol, etc.) Isopropanol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether (PGME), triethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, etc.), polyhydric alcohols (ethylene glycol, propylene) Glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, etc.), nitrile compounds (acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, benzonitrile, etc.), esters (ethyl acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, methoxypropion) Methyl acetate, ethyl ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate Propylpyruvate, 2-methoxyethyl acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), γ-butyrolactone, phosphate ester, phosphonate ester, etc., aprotic polar substance (dimethyl sulfoxide, sulfolane) N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, etc.), nonpolar solvents (toluene, xylene, mesitylene, etc.), chlorinated solvents (methylene dichloride, ethylene dichloride, etc.), diisopropylbenzene, water and the like can be used.
上記の中でも、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、γ-ブチロラクトンなどのエステル類、エチレンカーボネートなどのカーボネート類、シクロヘキサノンなどのケトン類、非プロトン性極性物質、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類、非極性溶媒、水が好ましい。これらは単独で用いても2種以上を併用してもよい。 Among these, alcohols such as propylene glycol monopropyl ether and propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), esters such as γ-butyrolactone, carbonates such as ethylene carbonate, ketones such as cyclohexanone, non- Protic polar substances, cyclic ethers such as tetrahydrofuran, nonpolar solvents, and water are preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
上記の中でも、好ましい溶剤としてはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレンカーボネート、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、キシレン、メシチレン、ジイソプロピルベンゼンを挙げることができる。 Among these, preferable solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, 2-heptanone, cyclohexanone, γ-butyrolactone, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl. Ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene carbonate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, methyl isobutyl ketone, xylene, Mention may be made of mesitylene and diisopropylbenzene.
〔組成物〕
本発明のケイ素酸素架橋化合物を含有する組成物は、通常、一般式(1)で表されるシラン化合物自体、上記で調製された該シラン化合物の加水分解物及び縮合物の少なくともいずれかを、必要により、加水分解、縮合に用いる溶媒として例示したような有機溶剤、水などの溶媒に溶解して調製される。
〔Composition〕
The composition containing the silicon oxygen crosslinking compound of the present invention usually contains at least one of the silane compound itself represented by the general formula (1), the hydrolyzate of the silane compound prepared above, and the condensate. If necessary, it is prepared by dissolving in a solvent such as an organic solvent or water exemplified as a solvent used for hydrolysis and condensation.
本発明の組成物の全固形分濃度は、好ましくは、2〜30質量%であり、使用目的に応じて適宜調整される。組成物の全固形分濃度が2〜30質量%であると、塗膜の膜厚が適当な範囲となり、また組成物の保存安定性もより優れるものである。 The total solid content concentration of the composition of the present invention is preferably 2 to 30% by mass, and is appropriately adjusted according to the purpose of use. When the total solid content concentration of the composition is 2 to 30% by mass, the film thickness of the coating film is in an appropriate range, and the storage stability of the composition is more excellent.
本発明の組成物を塗布、乾燥、好ましくは加熱することにより、良好な絶縁材料を形成することができる。特に、良好な絶縁膜を提供することができる。 A good insulating material can be formed by applying, drying, and preferably heating the composition of the present invention. In particular, a good insulating film can be provided.
本発明の組成物を、シリコンウエハ、SiO2 ウエハ、SiNウエハなどの基材に塗布する際には、スピンコート、浸漬法、ロールコート法、スプレー法などの塗装手段が用いられる。 When the composition of the present invention is applied to a substrate such as a silicon wafer, SiO 2 wafer, or SiN wafer, a coating means such as spin coating, dipping, roll coating, or spraying is used.
この際の膜厚は、乾燥膜厚として、1回塗りで厚さ0.05〜1.5μm程度、2回塗りでは厚さ0.1〜3μm程度の塗膜を形成することができる。その後、常温で乾燥するか、あるいは80〜600℃程度の温度で、通常、5〜240分程度加熱することにより、ガラス質または巨大高分子、またはその混合物の絶縁膜を形成することができる。この際の加熱方法としては、ホットプレート、オーブン、ファーネスなどを使用することが出来、加熱雰囲気としては、大気下、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空下、酸素濃度をコントロールした減圧下などで行うことができる。 In this case, as a dry film thickness, it is possible to form a coating film having a thickness of about 0.05 to 1.5 μm by one coating and a thickness of about 0.1 to 3 μm by two coatings. Thereafter, it is dried at room temperature, or heated at a temperature of about 80 to 600 ° C., usually for about 5 to 240 minutes, to form an insulating film of vitreous or giant polymer or a mixture thereof. As a heating method at this time, a hot plate, an oven, a furnace, or the like can be used, and a heating atmosphere is performed in the air, a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, a vacuum, a reduced pressure with a controlled oxygen concentration, or the like. Can do.
より具体的には、本発明の組成物を、例えばスピンコート法により、基板(通常は金属配線を有する基板)上に塗布し、300℃以下の温度で第一の熱処理を行うことにより溶媒を乾燥させるとともに、組成物に含まれるシロキサンを架橋させ、次いで300℃より高く450℃以下の温度(好ましくは330〜400℃)で、一般的には1分〜10時間、第二の熱処理(アニール)を行うことにより低誘電率の絶縁膜を形成できる。 More specifically, the solvent of the present invention is applied by applying the composition of the present invention on a substrate (usually a substrate having metal wiring) by, for example, spin coating, and performing a first heat treatment at a temperature of 300 ° C. or lower. While drying, the siloxane contained in the composition is crosslinked, and then a second heat treatment (annealing) at a temperature higher than 300 ° C. and lower than 450 ° C. (preferably 330 to 400 ° C.), generally for 1 minute to 10 hours. ), A low dielectric constant insulating film can be formed.
本発明の組成物に、熱分解性化合物などの空孔形成剤をくわえてもよい。空孔形成剤としては、例えば、特表2002−530505号に記載されている気孔発生体が挙げられる。 A pore forming agent such as a thermally decomposable compound may be added to the composition of the present invention. Examples of the pore forming agent include pore generators described in JP-T-2002-530505.
本発明の組成物により形成した絶縁膜の上には、シリコン酸化膜等の別の絶縁膜を、例えば気相成長法等により、形成してもよい。これは、本発明により形成した絶縁膜を外気と遮断し、膜中に残留している水素やフッ素の減少を抑制するのに効果があるからである。また、この別の絶縁膜は、その後の工程での処理(例えばCMPによる平坦化等の処理)で本発明による絶縁膜が損傷を被るのを防止するのにも有効である。 On the insulating film formed of the composition of the present invention, another insulating film such as a silicon oxide film may be formed by, for example, a vapor deposition method. This is because the insulating film formed according to the present invention is effective in blocking the outside air and suppressing the reduction of hydrogen and fluorine remaining in the film. In addition, this other insulating film is also effective in preventing the insulating film according to the present invention from being damaged by processing in a subsequent process (for example, processing such as planarization by CMP).
本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。なお、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。なお、実施例1、2、4及び5は、参考例である。 The present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited by the following Example. Examples 1, 2, 4 and 5 are reference examples.
〔合成例1:化合物1−1の合成〕
窒素気流中で、M−1(3.8g)と白金(0)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体のキシレン溶液(アルドリッチ社製)20μlをトルエン25mlに溶解し、80℃に加熱した。そこへ、トリエトキシシラン(8.3g)を発
熱に注意しながら徐々に滴下した。滴下終了後、さらに同温度で1時間反応させた後、反応混合物を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、5.7gの1−1(白色結晶)を得た。
In a nitrogen stream, 20 μl of M-1 (3.8 g) and platinum (0) -1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex in xylene (Aldrich) 25 ml of toluene And heated to 80 ° C. Thereto, triethoxysilane (8.3 g) was gradually added dropwise while paying attention to heat generation. After completion of the dropwise addition, the mixture was further reacted at the same temperature for 1 hour, and then the reaction mixture was concentrated and purified by silica gel column chromatography to obtain 5.7 g of 1-1 (white crystals).
〔合成例2:化合物1−3の合成〕
合成例1において、トリエトキシシランの替わりにジエトキシメチルシラン 6.7gを用いたほかは同様の方法にて、5.3gの1−3(白色結晶)を得た。
[Synthesis Example 2: Synthesis of Compound 1-3]
5.3 g of 1-3 (white crystals) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 6.7 g of diethoxymethylsilane was used instead of triethoxysilane.
〔合成例3:化合物1−5の合成〕 [Synthesis Example 3: Synthesis of Compound 1-5]
窒素気流中で、M−2(1.5g)と白金(0)−1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン錯体のキシレン溶液(アルドリッチ社製)10μlをトルエン5mlに溶解し、80℃に加熱した。そこへ、トリエトキシシラン(3.3g)を発熱に注意しながら徐々に滴下した。滴下終了後、さらに同温度で1時間反応させた後、反応混合物を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、2.8gの1−5(白色結晶)を得た。 In a nitrogen stream, 10 μl of M-2 (1.5 g) and platinum (0) -1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex in xylene (Aldrich) 5 ml of toluene And heated to 80 ° C. To this, triethoxysilane (3.3 g) was gradually added dropwise while paying attention to heat generation. After completion of the dropwise addition, the mixture was further reacted at the same temperature for 1 hour, and then the reaction mixture was concentrated and purified by silica gel column chromatography to obtain 2.8 g of 1-5 (white crystals).
〔実施例1:塗布液の作製〕
7ミリモルの化合物1−1をプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)の3対1(体積比)の混合溶媒に溶解して10質量%の溶液を調製した。42ミリモルの硝酸水溶液(濃度200ppm)を滴下し、反応液を室温で5時間撹拌した。その後、撹拌を停止し、減圧濃縮して低沸点物質、水を除き、さらにろ過を行った。
[Example 1: Preparation of coating solution]
7 mmol of the compound 1-1 was dissolved in a 3: 1 (volume ratio) mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether (PGME) and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to prepare a 10% by mass solution. A 42 mmol aqueous nitric acid solution (concentration 200 ppm) was added dropwise, and the reaction solution was stirred at room temperature for 5 hours. Thereafter, stirring was stopped, and the solution was concentrated under reduced pressure to remove low-boiling substances and water, followed by further filtration.
〔実施例2〜5:塗布液の作製〕
表1に示した化合物、および溶媒を用いたほかは、実施例1と同様な操作にて、塗布液を調製した。表1におけるPGPは、プロピレングリコールモノプロピルエーテルである。
[Examples 2 to 5: Preparation of coating solution]
A coating solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the compounds shown in Table 1 and the solvent were used. PGP in Table 1 is propylene glycol monopropyl ether.
〔比較例:塗布液の作製〕
アダマンチルトリエトキシシランを用いて実施例1と同様の条件で塗布液を調製した。
なお、表1における溶剤の比は体積比である。
[Comparative example: Preparation of coating solution]
A coating solution was prepared under the same conditions as in Example 1 using adamantyltriethoxysilane.
In addition, the ratio of the solvent in Table 1 is a volume ratio.
〔絶縁膜の作製〕
上記のようにして調製した塗布溶液をシリコン基板上に膜厚4000Aになるようにスピンコートし、ホットプレート上で150℃1分間にわたって乾燥を行い、溶剤を除去した。次いで,乾燥後のシリコン基板をクリーンオーブンに移し、酸素濃度10ppm以下の窒素中400℃で30分間にわたって熱処理を行った。目的とする絶縁膜が得られた。
[Preparation of insulating film]
The coating solution prepared as described above was spin-coated on a silicon substrate so as to have a film thickness of 4000 A, and dried on a hot plate at 150 ° C. for 1 minute to remove the solvent. Next, the dried silicon substrate was transferred to a clean oven and heat-treated at 400 ° C. for 30 minutes in nitrogen having an oxygen concentration of 10 ppm or less. The intended insulating film was obtained.
〔誘電率の測定〕
温度24℃湿度50%の条件で24時間放置した後、フォーディメンジョンズ社製水銀プローブとヒューレットパッカード社製HP4285A LCRメーターを用い1MHzで誘電率を測定した。測定結果を表2に示す。
[Measurement of dielectric constant]
After being left for 24 hours at a temperature of 24 ° C. and a humidity of 50%, the dielectric constant was measured at 1 MHz using a mercury probe manufactured by Four Dimensions and an HP4285A LCR meter manufactured by Hewlett-Packard. The measurement results are shown in Table 2.
〔弾性率(ヤング率)の測定〕
膜厚の1/10深度における弾性率を、ナノインデンターSA2(MTS社製)を用いて測定した。測定結果を表2に示す。
[Measurement of elastic modulus (Young's modulus)]
The elastic modulus at 1/10 depth of the film thickness was measured using Nanoindenter SA2 (manufactured by MTS). The measurement results are shown in Table 2.
本発明の組成物により形成した絶縁膜は、ヤング率が高いとともに、誘電率が低く、優れた性能を有することがわかる。 It can be seen that the insulating film formed from the composition of the present invention has a high Young's modulus, a low dielectric constant, and excellent performance.
Claims (8)
p2は0〜2を表し、p2が0の場合、m21は2〜4の整数を表し、p2が1の場合、m21+m22は2〜4の整数を表し、p2が2の場合、m21+m22は2〜6の整数を表す。
L21〜L22は、ビニレン基を表す。 A compound represented by the following general formula (1) .
p2 represents 0-2, for p2 is 0, m 21 represents an integer of 2-4, when p2 is 1, m 21 + m 22 represents an integer of 2 to 4, the case of p2 is 2, m 21 + m 22 represents an integer of 2 to 6.
L 21 to L 22 represent a vinylene group.
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