JP2010215819A - Composition for film forming, insulator film and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜形成用組成物、絶縁膜および半導体装置に関する。 The present invention relates to a film forming composition, an insulating film, and a semiconductor device.
近年、電子材料分野においては、半導体デバイスの高集積化、高速化、高性能化が進むにしたがって、半導体集積回路の配線間抵抗の増大や電気容量の増大による遅延時間が大きな問題となってきている。この遅延時間を減少させ、半導体デバイスをより高速化させるためには、低誘電率の絶縁膜を回路に用いることが必要である。 In recent years, in the field of electronic materials, as the integration, speed, and performance of semiconductor devices increase, the delay time due to the increase in inter-wire resistance and the increase in electric capacity of semiconductor integrated circuits has become a big problem. Yes. In order to reduce the delay time and increase the speed of the semiconductor device, it is necessary to use an insulating film having a low dielectric constant for the circuit.
従来、絶縁膜の低誘電率化を図るために、熱分解性成分(空孔形成材)を含む組成物を用い、絶縁膜形成の際の加熱焼成工程において、前記熱分解性成分を分解させ、空孔を形成する方法が用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、このような方法を用いた場合、形成される絶縁膜は、強度が低いものとなる。また、形成される絶縁膜に不本意な膜厚のばらつきを生じやすく、各部位での特性差が大きくなるという問題もあった。 Conventionally, in order to reduce the dielectric constant of an insulating film, a composition containing a thermally decomposable component (hole forming material) is used, and the thermally decomposable component is decomposed in a heating and firing step when forming the insulating film. A method of forming holes has been used (see, for example, Patent Document 1). However, when such a method is used, the formed insulating film has low strength. In addition, there is a problem that an undesired variation in film thickness tends to occur in the formed insulating film, resulting in a large difference in characteristics at each part.
本発明の目的は、低誘電率で、かつ、強度に優れ、膜厚の不本意なばらつきが抑制された絶縁膜を提供すること、前記絶縁膜の形成に好適に用いることができる膜形成用組成物を提供すること、また、前記絶縁膜を備えた半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an insulating film having a low dielectric constant, excellent strength, and suppressed unintentional variation in film thickness, and for film formation that can be suitably used for forming the insulating film It is to provide a composition and to provide a semiconductor device provided with the insulating film.
このような目的は、下記(1)〜(13)に記載の本発明により達成される。
(1) 重合性の官能基を有する重合性化合物および/または当該重合性化合物が部分的に重合した重合体を含む膜形成用組成物であって、
前記重合性化合物は、分子内に、アダマンタン型のかご型構造を含む部分構造Aと、重合反応に寄与する2つの重合性反応基とを有するものであり、
前記重合性反応基が、芳香環と、当該芳香環に直接結合する2つのエチニル基とを有するものであり、
前記重合性化合物は、前記部分構造Aを中心に、前記重合性反応基が対称的に結合した構造を有するものであることを特徴とする膜形成用組成物。
Such an object is achieved by the present invention described in the following (1) to (13).
(1) A film-forming composition comprising a polymerizable compound having a polymerizable functional group and / or a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound,
The polymerizable compound has in its molecule a partial structure A including an adamantane-type cage structure and two polymerizable reactive groups contributing to the polymerization reaction,
The polymerizable reactive group has an aromatic ring and two ethynyl groups directly bonded to the aromatic ring;
The composition for film formation, wherein the polymerizable compound has a structure in which the polymerizable reactive groups are symmetrically bonded around the partial structure A.
(2) 前記芳香環は、前記かご型構造に直接結合したものである上記(1)に記載の膜形成用組成物。 (2) The film forming composition according to (1), wherein the aromatic ring is directly bonded to the cage structure.
(3) 前記重合性反応基において、一方の前記エチニル基は、他方の前記エチニル基のメタ位に存在するものである上記(1)または(2)に記載の膜形成用組成物。 (3) The film-forming composition as described in (1) or (2) above, wherein one of the ethynyl groups in the polymerizable reactive group is present at the meta position of the other ethynyl group.
(4) 2つの前記エチニル基は、いずれも、前記芳香環が前記かご型構造に結合する部位のメタ位に存在するものである上記(2)に記載の膜形成用組成物。 (4) The film forming composition according to (2), wherein each of the two ethynyl groups is present at a meta position of a site where the aromatic ring is bonded to the cage structure.
(5) 前記部分構造Aは、それ自体が対称性を有する構造のものである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の膜形成用組成物。 (5) The film-forming composition according to any one of (1) to (4), wherein the partial structure A is a structure having symmetry itself.
(6) 前記部分構造Aは、ビアダマンタン構造を有するものである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の膜形成用組成物。 (6) The film forming composition according to any one of (1) to (5), wherein the partial structure A has a biadamantan structure.
(7) 前記ビアダマンタン構造は、置換基としてメチル基を有するものである上記(6)に記載の膜形成用組成物。 (7) The film-forming composition according to (6), wherein the biadamantane structure has a methyl group as a substituent.
(8) 前記部分構造Aは、ジアマンタン構造を有するものである上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の膜形成用組成物。 (8) The film forming composition according to any one of (1) to (7), wherein the partial structure A has a diamantane structure.
(9) 前記重合性化合物は、下記式(1)で示される構造を有するものである上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の膜形成用組成物。
(10) 膜形成に際して熱分解することにより、膜中に空孔を形成する機能を有する空孔形成材を含まない上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の膜形成用組成物。 (10) The film-forming composition as described in any one of (1) to (9) above, which does not contain a pore-forming material having a function of forming pores in the film by thermal decomposition during film formation.
(11) 上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の膜形成用組成物を用いて形成されたことを特徴とする絶縁膜。 (11) An insulating film formed by using the film forming composition according to any one of (1) to (10).
(12) 絶縁膜は、SiOC、SiCNまたはSiOで構成された部材に接触するものである上記(11)に記載の絶縁膜。 (12) The insulating film according to (11), wherein the insulating film is in contact with a member made of SiOC, SiCN, or SiO.
(13) 上記(11)または(12)に記載の絶縁膜を備えたことを特徴とする半導体装置。 (13) A semiconductor device comprising the insulating film according to (11) or (12).
本発明によれば、低誘電率で、かつ、強度に優れ、膜厚の不本意なばらつきが抑制された絶縁膜を提供することができる。また、前記絶縁膜の形成に好適に用いることができる膜形成用組成物を提供することができる。また、前記絶縁膜を備えた半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an insulating film having a low dielectric constant, excellent strength, and suppressed unintentional variation in film thickness. Moreover, the film formation composition which can be used suitably for formation of the said insulating film can be provided. In addition, a semiconductor device including the insulating film can be provided.
以下、本発明について詳細に説明する。
<膜形成用組成物>
まず、本発明の膜形成用組成物について説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Film forming composition>
First, the film forming composition of the present invention will be described.
本発明の膜形成用組成物は、重合性の官能基を有する重合性化合物Xおよび/または当該重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むものである。そして、重合性化合物Xは、分子内に、アダマンタン型のかご型構造を含む部分構造Aと、重合反応に寄与する2つの重合性反応基Bとを有するものであり、重合性反応基Bは、芳香環と、当該芳香環に直接結合する2つのエチニル基とを有するものであり、重合性化合物Xは、部分構造Aを中心に、重合性反応基Bが対称的に結合した構造を有するものである。 The film-forming composition of the present invention comprises a polymerizable compound X having a polymerizable functional group and / or a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized. The polymerizable compound X has in its molecule a partial structure A including an adamantane cage structure and two polymerizable reactive groups B that contribute to the polymerization reaction. , Having an aromatic ring and two ethynyl groups directly bonded to the aromatic ring, and the polymerizable compound X has a structure in which the polymerizable reactive group B is symmetrically bonded around the partial structure A. Is.
膜形成用組成物が、このような構造を有する重合性化合物Xおよび/または当該重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むことにより、低誘電率で、かつ、強度に優れ、不本意な厚さのばらつきが抑制された膜を好適に形成することができる。 The film-forming composition contains a polymerizable compound X having such a structure and / or a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized, so that it has a low dielectric constant and strength. It is possible to suitably form a film that is excellent in the thickness and suppresses unintentional thickness variations.
以下、重合性化合物Xについて説明する。
[1]重合性化合物X
重合性化合物Xは、分子内に、アダマンタン型のかご型構造を含む部分構造Aと、重合反応に寄与する2つの重合性反応基Bとを有するものである。
Hereinafter, the polymerizable compound X will be described.
[1] Polymerizable compound X
The polymerizable compound X has a partial structure A including an adamantane-type cage structure and two polymerizable reactive groups B that contribute to the polymerization reaction in the molecule.
[1.1]部分構造A
重合性化合物Xが有する部分構造Aは、アダマンタン型のかご型構造を含むものである。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜を、低密度のものとすることができ、形成される膜の誘電率を低いものとすることができる。また、後に詳述するような重合性反応基Bを備える重合性化合物Xの反応性を適切なものとすることができるため、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度を確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきを抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を優れたものとすることができる。
[1.1] Partial structure A
The partial structure A possessed by the polymerizable compound X includes an adamantane cage structure. Thereby, the film formed using the film-forming composition can have a low density, and the dielectric constant of the formed film can be reduced. In addition, since the reactivity of the polymerizable compound X having the polymerizable reactive group B as described later in detail can be made appropriate, film formation on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed When applying the composition for the film, the viscosity of the film-forming composition is surely suitable, and unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film can be suppressed, The strength of the finally formed film can be made excellent.
重合性化合物Xが有する部分構造Aとしては、例えば、アダマンタン、ポリアダマンタン(例えば、ビアダマンタン、トリアダマンタン、テトラアダマンタン、ヘプタアダマンタン、ヘキサアダマンタン等)、ポリアマンタン(例えば、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、ペンタマンタン、ヘキサマンタン、ヘプタマンタン等)、これらの化合物を構成する水素原子の少なくとも一部をアルキル基またはハロゲン原子で置換した化合物等の二価基(上記化合物を構成する2つの水素原子を除いた部分の構造)や、これらの二価基を2つ以上備えたもの(例えば、ビ(ジアマンタン)骨格、トリ(ジアマンタン)骨格、テトラ(ジアマンタン)骨格等の複数のジアマンタン骨格が連なったもの(ポリ(ジアマンタン)骨格を有するもの);ビ(トリアマンタン)骨格、トリ(トリアマンタン)骨格、テトラ(トリアマンタン)骨格等の複数のトリアマンタン骨格が連なったもの(ポリ(トリアマンタン)骨格を有するもの);アダマンタン骨格(またはポリアダマンタン骨格)とポリアマンタン骨格とが連なったもの等)等が挙げられる。以下に、部分構造Aの例の一部を、化学構造式で示すが、部分構造Aはこれらに限定されるものではない。ただし、下記式(A−1)〜式(A−7)中、R1、R2は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、ハロゲン基を示し、l、m、nは、それぞれ独立に、1以上の整数を表す。 Examples of the partial structure A of the polymerizable compound X include adamantane, polyadamantane (eg, biadamantane, triadamantane, tetraadamantane, heptaadamantane, hexaadamantane, etc.), polyamantane (eg, diamantane, triamantane, tetramantane, Pentavalent, hexamantane, heptamantane, etc.), divalent groups such as compounds in which at least some of the hydrogen atoms constituting these compounds are substituted with alkyl groups or halogen atoms (excluding the two hydrogen atoms constituting the above compounds) Part structure) or those having two or more of these divalent groups (for example, a series of diamantane skeletons such as a bi (diamantane) skeleton, a tri (diamantane) skeleton, a tetra (diamantane) skeleton, etc. (poly (Diamantane) has a skeleton One); a combination of a plurality of triamantane skeletons such as a bi (triamantane) skeleton, a tri (triamantane) skeleton, a tetra (triamantane) skeleton (having a poly (triamantane) skeleton); an adamantane skeleton (or And a polyadamantane skeleton) and a polyamantane skeleton). Hereinafter, a part of the example of the partial structure A is shown by a chemical structural formula, but the partial structure A is not limited to these. However, in the following formulas (A-1) to (A-7), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, or a halogen group, and l, m, and n are each independently 1 represents an integer of 1 or more.
また、部分構造Aは、それ自体が対称性を有する構造のものであるのが好ましい。これにより、重合性化合物Xの反応性をより適切なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 Further, the partial structure A is preferably a structure having symmetry itself. Thereby, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more appropriate, and when the composition for forming a film on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed is applied, the film formation is performed. The viscosity of the composition for use is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film, and the film finally formed Can be made particularly excellent in strength.
また、部分構造Aは、ビアダマンタン構造を有するものであるのが好ましい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜の誘電率を特に低いものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 Moreover, it is preferable that the partial structure A has a biadamantan structure. Thereby, the dielectric constant of the film | membrane formed using the composition for film | membrane formation can be made especially low. Further, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more suitable, and when the composition for film formation on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed is applied, The viscosity of the composition is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film, and the film formed finally The strength can be made particularly excellent.
また、ビアダマンタン構造は、置換基としてメチル基を有するものであるのが好ましい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜の誘電率を特に低いものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 The biadamantane structure preferably has a methyl group as a substituent. Thereby, the dielectric constant of the film | membrane formed using the composition for film | membrane formation can be made especially low. Further, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more suitable, and when the composition for film formation on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed is applied, The viscosity of the composition is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film, and the film formed finally The strength can be made particularly excellent.
部分構造Aとしては、特に、下記式(2)で示される構造を有するものであるのが好ましい。 In particular, the partial structure A preferably has a structure represented by the following formula (2).
これにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜の誘電率を特に低いものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 Thereby, the dielectric constant of the film | membrane formed using the composition for film | membrane formation can be made especially low. Further, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more suitable, and when the composition for film formation on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed is applied, The viscosity of the composition is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film, and the film formed finally The strength can be made particularly excellent.
また、部分構造Aは、ジアマンタン構造を有するものであってもよい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜の誘電率を特に低いものとすることができる。また、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 The partial structure A may have a diamantane structure. Thereby, the dielectric constant of the film | membrane formed using the composition for film | membrane formation can be made especially low. Further, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more suitable, and when the composition for film formation on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed is applied, The viscosity of the composition is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film, and the film formed finally The strength can be made particularly excellent.
[1.2]重合性反応基B
重合性化合物Xは、上記のような部分構造Aに加え、重合反応に寄与する2つの重合性反応基Bを有している。
[1.2] Polymerizable reactive group B
In addition to the partial structure A as described above, the polymerizable compound X has two polymerizable reactive groups B that contribute to the polymerization reaction.
2つの重合性反応基Bは、それぞれ、芳香環と、当該芳香環に直接結合する2つのエチニル基とを有するものであり、これらの重合性反応基Bは、重合性化合物Xにおいて、部分構造Aを中心に対称的に結合している。重合性化合物Xが、このような重合性反応基Bを有することにより、重合性化合物Xの反応性を適切なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度を確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきを抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を優れたものとすることができる。 Each of the two polymerizable reactive groups B has an aromatic ring and two ethynyl groups directly bonded to the aromatic ring, and these polymerizable reactive groups B have a partial structure in the polymerizable compound X. They are coupled symmetrically around A. When the polymerizable compound X has such a polymerizable reactive group B, the reactivity of the polymerizable compound X can be made appropriate, and onto a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed. When applying the film-forming composition, the viscosity of the film-forming composition is surely suitable, and unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film can be suppressed. In addition, the strength of the finally formed film can be made excellent.
このように、本発明では、重合性化合物Xが、部分構造Aとともに、2つの重合性反応基Bを有し、さらに、これらが、特定の配置を有することにより、優れた効果が得られる。これに対し、上記のような条件のうち、いずれか1つでも欠く場合には、このような優れた効果は得られない。 As described above, in the present invention, the polymerizable compound X has the two polymerizable reactive groups B together with the partial structure A, and furthermore, these have a specific arrangement, whereby an excellent effect is obtained. On the other hand, when any one of the above conditions is lacking, such an excellent effect cannot be obtained.
重合性反応基Bを構成する芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ナフタセン環、フェナントレン環、クリセン環、ピレン環、ペリレン環、コロネン環、ビフェニル環、テルフェニル環、アズレン環等の炭化水素環式芳香環や、ピリジン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、インドール環、プリン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、カルバゾール環、イミダゾール環、チアゾール環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、キノリン環、テルチエニル環等の複素環式芳香環等が挙げられる。中でも、芳香環としては、ベンゼン環が好ましい。これにより、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物の付与をより容易に行うことができる。また、膜形成用組成物を用いて形成される膜の弾性率を好適なものとすることができ、形成される膜の強度、前記部材(半導体基板等)への密着性等を特に優れたものとすることができる。 Examples of the aromatic ring constituting the polymerizable reactive group B include, for example, a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, naphthacene ring, phenanthrene ring, chrysene ring, pyrene ring, perylene ring, coronene ring, biphenyl ring, terphenyl ring, and azulene. Hydrocarbon ring aromatic ring such as ring, pyridine ring, furan ring, thiophene ring, pyrrole ring, oxazole ring, indole ring, purine ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, carbazole ring, imidazole ring, thiazole ring, pyrazole ring , Heterocyclic aromatic rings such as isoxazole ring, isothiazole ring, quinoline ring, and terthienyl ring. Of these, a benzene ring is preferred as the aromatic ring. Thereby, application | coating of the composition for film formation on the member (for example, semiconductor substrate) which should form a film | membrane can be performed more easily. Also, the elastic modulus of the film formed using the film forming composition can be made suitable, and the strength of the formed film, the adhesion to the member (semiconductor substrate, etc.), etc. are particularly excellent. Can be.
重合性反応基Bを構成する芳香環は、他の原子を介して部分構造Aを構成するかご型構造に結合したものであってもよいが、部分構造Aを構成するかご型構造に直接結合したものであるのが好ましい。これにより、重合性化合物Xの反応性をより好適なものとすることができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 The aromatic ring constituting the polymerizable reactive group B may be bonded to the cage structure constituting the partial structure A through another atom, but directly bonded to the cage structure constituting the partial structure A. It is preferable that As a result, the reactivity of the polymerizable compound X can be made more suitable, and the film formation can be performed when a film forming composition is applied onto a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed. The viscosity of the composition for use is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the formed film, and the film finally formed Can be made particularly excellent in strength.
重合性反応基Bは、上記のような芳香環に、2つのエチニル基が、直接、結合したものである。このように、重合性反応基Bが反応部位としてのエチニル基を2つ有することにより、重合性化合物Xについての初期の反応が起こりやすくなる。その一方で、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基が反応(重合反応)すると、芳香環についての電子状態が変化し、他方のエチニル基の反応性は、急激に低下する。このため、比較的穏やかな条件で、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基のみを選択的に反応させることができる。そして、重合性化合物Xは、分子内に2つの重合性反応基Bを有している。このため、重合性化合物Xの分子内に存在する2つの重合性反応基Bについて、それぞれ、一方のエチニル基のみを選択的に反応させることができ、例えば、下記式(3)に示すような反応により、複数の重合性化合物Xが一次元的に重合した重合体(鎖状のプレポリマー)が得られる。 The polymerizable reactive group B is obtained by directly bonding two ethynyl groups to the aromatic ring as described above. Thus, when the polymerizable reactive group B has two ethynyl groups as reaction sites, an initial reaction with respect to the polymerizable compound X is likely to occur. On the other hand, when one of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B reacts (polymerization reaction), the electronic state of the aromatic ring changes, and the reactivity of the other ethynyl group rapidly increases. descend. For this reason, only one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B can be selectively reacted under relatively mild conditions. The polymerizable compound X has two polymerizable reactive groups B in the molecule. For this reason, each of the two polymerizable reactive groups B present in the molecule of the polymerizable compound X can selectively react with only one ethynyl group, for example, as shown in the following formula (3) By the reaction, a polymer (chain prepolymer) in which a plurality of polymerizable compounds X are polymerized one-dimensionally is obtained.
上記のような反応が起こることにより、膜形成用組成物の保存時等において、重合性化合物Xが、過度に反応し、膜形成用組成物が極端に高粘度化すること(例えば、ゲル化すること)を確実に防止することができ、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに際し、当該膜形成用組成物の粘度を確実に好適なものとすることができる。その結果、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきの発生を確実に抑制することができる。 When the reaction as described above occurs, the polymerizable compound X reacts excessively during storage of the film-forming composition, and the film-forming composition becomes extremely viscous (for example, gelation). Can be reliably prevented, and the viscosity of the film-forming composition is surely suitable for applying the film-forming composition onto a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed. Can be. As a result, it is possible to reliably suppress the occurrence of unintentional variations in thickness and characteristics at each site of the formed film.
その一方で、上記のような反応により得られる重合体(部分的な重合反応により得られたプレポリマー)は、未反応のエチニル基を有しているため、後に詳述するような焼成条件(半導体基板上での加熱条件)において、残存するエチニル基を確実に反応させることができ、最終的に形成される膜中においては、三次元的に架橋反応した構造を有するものとなる。その結果、形成される膜は、耐熱性等に優れたものとなる。 On the other hand, since the polymer obtained by the reaction as described above (prepolymer obtained by partial polymerization reaction) has an unreacted ethynyl group, the firing conditions described in detail later ( Under the heating conditions on the semiconductor substrate, the remaining ethynyl groups can be reacted with certainty, and the film finally formed has a three-dimensionally cross-linked structure. As a result, the formed film has excellent heat resistance and the like.
上記のように、重合性化合物Xを構成する各重合性反応基Bは、それぞれ、2つのエチニル基を有するものであるが、各重合性反応基Bにおいて、一方のエチニル基は、他方のエチニル基のメタ位に存在するものであるのが好ましい。これにより、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基が反応(重合反応)した状態において、芳香環等の電子的な効果がより顕著に発揮され、他方のエチニル基の反応性をより効果的に低下させることができるとともに、当該反応した部位が適度な立体的な障害となり、他方のエチニル基(未反応のエチニル基)の反応性をより好適に制御することができる。その結果、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基についての反応性(第1段目の反応についての反応性と第2段目の反応についての反応性)の選択性をより高いものとすることができるとともに、後に詳述するような焼成工程を、より好適な条件(半導体基板へのダメージを防止しつつ、優れた生産性で膜を形成することができる条件)で行うことができる。 As described above, each polymerizable reactive group B constituting the polymerizable compound X has two ethynyl groups. In each polymerizable reactive group B, one ethynyl group is the other ethynyl group. It is preferably present at the meta position of the group. Thereby, in the state in which one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B has reacted (polymerization reaction), the electronic effect of the aromatic ring or the like is more significantly exhibited, and the other ethynyl group The reactivity can be reduced more effectively, the reacted site becomes an appropriate steric hindrance, and the reactivity of the other ethynyl group (unreacted ethynyl group) can be more suitably controlled. . As a result, the reactivity of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B (reactivity for the first stage reaction and reactivity for the second stage reaction) is made higher. In addition, it is possible to perform a baking step as will be described in detail later under more suitable conditions (conditions capable of forming a film with excellent productivity while preventing damage to the semiconductor substrate).
また、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基は、いずれも、芳香環がかご型構造に結合する部位のメタ位に存在するものであるのが好ましい。これにより、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基が反応(重合反応)した状態において、芳香環等の電子的な効果がより顕著に発揮され、他方のエチニル基の反応性をより効果的に低下させることができるとともに、当該反応した部位、および、前述した部分構造Aが適度な立体的な障害となり、他方のエチニル基(未反応のエチニル基)の反応性をより好適に制御することができる。その結果、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基についての反応性(第1段目の反応についての反応性と第2段目の反応についての反応性)の選択性をより高いものとすることができるとともに、後に詳述するような焼成工程を、より好適な条件(半導体基板へのダメージを防止しつつ、優れた生産性で膜を形成することができる条件)で行うことができる。 The two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B are preferably both present at the meta position of the site where the aromatic ring is bonded to the cage structure. Thereby, in the state in which one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B has reacted (polymerization reaction), the electronic effect of the aromatic ring or the like is more significantly exhibited, and the other ethynyl group The reactivity can be reduced more effectively, and the reacted site and the partial structure A described above become an appropriate steric hindrance, and the reactivity of the other ethynyl group (unreacted ethynyl group) can be reduced. It can control more suitably. As a result, the reactivity of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B (reactivity for the first stage reaction and reactivity for the second stage reaction) is made higher. In addition, it is possible to perform a baking step as will be described in detail later under more suitable conditions (conditions capable of forming a film with excellent productivity while preventing damage to the semiconductor substrate).
上記のような条件を満足する重合性化合物Xとしては、例えば、下記式(1)で示される構造を有するものが挙げられる。 Examples of the polymerizable compound X that satisfies the above conditions include those having a structure represented by the following formula (1).
重合性化合物Xがこのような構造を有するものであることにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜の誘電率を特に低いものとすることができる。また、膜の生産性を特に優れたものとすることができるとともに、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができる、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。 When the polymerizable compound X has such a structure, the dielectric constant of the film formed using the film forming composition can be made particularly low. In addition, the productivity of the film can be made particularly excellent, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each part of the film to be formed. The strength of the film formed can be made particularly excellent.
なお、重合性化合物Xは、部分構造A、および、重合性反応基B以外の部分構造を有するものであってもよい。 The polymerizable compound X may have a partial structure other than the partial structure A and the polymerizable reactive group B.
上記のような重合性化合物Xは、例えば、以下のようにして合成することができる。すなわち、部分構造Aに対応する化合物A’(二価基としてのAに水素原子が2つ接合した化合物)を臭素と反応させ、A’のジブロモ体(部分構造Aに2つのブロモ基が結合した化合物)を得る工程と、A’のジブロモ体をジブロモベンゼンと反応させ、A’のビス(ジブロモフェニル)体(部分構造Aに2つのジブロモフェニル基が結合した化合物)を得る工程と、A’のジブロモフェニル体をトリメチルシリルアセチレンと反応させ、A’のビス(ジ(トリメチルシリルエチニル)フェニル)体(部分構造Aに2つのジ(トリメチルシリルエチニル)フェニル基が結合した化合物)を得る工程と、A’のビス(ジ(トリメチルシリルエチニル)フェニル)体を加水分解(脱トリメチルシリル化)する工程とを有する方法により、目的とする重合性化合物Xを得ることができる。 The polymerizable compound X as described above can be synthesized, for example, as follows. That is, a compound A ′ corresponding to partial structure A (a compound in which two hydrogen atoms are bonded to A as a divalent group) is reacted with bromine, and a dibromo form of A ′ (two bromo groups are bonded to partial structure A) A compound obtained by reacting a dibromo form of A ′ with dibromobenzene to obtain a bis (dibromophenyl) form of A ′ (a compound in which two dibromophenyl groups are bonded to partial structure A), and A Reacting a dibromophenyl form of 'with trimethylsilylacetylene to obtain a bis (di (trimethylsilylethynyl) phenyl) form of A' (a compound in which two di (trimethylsilylethynyl) phenyl groups are bonded to partial structure A); And a step of hydrolyzing (detrimethylsilylating) the bis (di (trimethylsilylethynyl) phenyl) form of It can be obtained that the polymerizable compound X.
膜形成用組成物は、上述したような重合性化合物Xを含むものであってもよいし、重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(例えば、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基のみが重合反応したプレポリマー)を含むものであってもよい。膜形成用組成物が重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むものであると、膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。また、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに先立って膜形成用組成物に加熱処理を施すことにより、形成すべき膜が比較的厚いものであっても好適に形成することができる。また、膜形成用組成物が重合性化合物Xのプレポリマーを含むものであると、部材(例えば、半導体基板)上に膜を形成する際に、当該部材上において加える熱量を少なくすることができるため、当該部材への加熱によるダメージをより確実に防止することができる。このような重合性化合物Xのプレポリマーを含む膜形成用組成物は、絶縁膜用ワニスとして好適に用いることができる。 The film-forming composition may contain the polymerizable compound X as described above, or a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound X (for example, two ethynyls possessed by the polymerizable reactive group B) A prepolymer obtained by polymerization reaction of only one ethynyl group among the groups may be included. When the film-forming composition contains a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized, the viscosity of the film-forming composition is more surely suitable, and each part of the film to be formed In addition, it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics of the film, and it is possible to make the strength of the finally formed film particularly excellent. In addition, the film forming composition is subjected to heat treatment prior to applying the film forming composition onto the member (for example, a semiconductor substrate) on which the film is to be formed, so that the film to be formed is relatively thick. Even if it is a thing, it can form suitably. In addition, when the film-forming composition contains a prepolymer of the polymerizable compound X, when a film is formed on a member (for example, a semiconductor substrate), the amount of heat applied on the member can be reduced. Damage to the member due to heating can be prevented more reliably. Such a film-forming composition containing a prepolymer of the polymerizable compound X can be suitably used as an insulating film varnish.
重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含む膜形成用組成物は、例えば、重合性化合物Xに対して加熱処理を施すことにより、好適に調製することができる。この場合、熱処理の条件としては、加熱温度:120〜190℃、加熱時間:3〜11時間であるのが好ましく、加熱温度:140〜180℃、加熱時間:3〜9時間であるのがより好ましい。また、重合性化合物Xに対する加熱処理は、異なる条件を組み合わせて行ってもよい。例えば、重合性化合物Xに対しては、加熱温度:150〜190℃、加熱時間:1〜6時間という条件で行う第1の熱処理と、加熱温度:120〜160℃、加熱時間:2〜9時間という条件で行う第2の熱処理とを施してもよい。なお、上記のような加熱処理は、重合性化合物Xを溶媒に溶解した状態で行うのが好ましい。また、上記のような加熱処理によるプレポリマーの合成は、後述するような膜形成用組成物の構成成分としての溶媒中で行うものであってもよいし、膜形成用組成物の構成成分とは異なる組成の溶媒中で行うものであってもよい。すなわち、所定の溶媒を用いて重合性化合物Xを重合させプレポリマーを得た後、当該溶媒を、目的とする膜形成用組成物の構成成分としての溶媒に置換してもよい。重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)の合成に用いることのできる溶媒(反応溶媒)としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール等のアルコール系溶剤;アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン系溶剤;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤;ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール、1,3−ジメトキシベンゼン、ジオキサン、1,3−ジメトキシベンゼン等のエーテル系溶剤;ベンゼン、トルエン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、プロピルベンゼン、ヘプタン、ヘキサン、n−オクタン等の芳香族および脂肪族炭化水素系溶剤;クロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ジクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化物系溶剤;N−メチルピロリドン等のアミド系溶剤等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 A film-forming composition containing a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized can be suitably prepared by subjecting the polymerizable compound X to a heat treatment, for example. In this case, the heat treatment conditions are preferably heating temperature: 120 to 190 ° C., heating time: 3 to 11 hours, heating temperature: 140 to 180 ° C., heating time: 3 to 9 hours. preferable. Moreover, you may perform the heat processing with respect to the polymeric compound X combining different conditions. For example, for the polymerizable compound X, the first heat treatment performed under the conditions of heating temperature: 150 to 190 ° C., heating time: 1 to 6 hours, heating temperature: 120 to 160 ° C., heating time: 2 to 9 You may perform the 2nd heat processing performed on condition of time. In addition, it is preferable to perform the above heat processing in the state which melt | dissolved the polymeric compound X in the solvent. The synthesis of the prepolymer by the heat treatment as described above may be performed in a solvent as a constituent of the film-forming composition as described later, May be carried out in a solvent having a different composition. That is, after polymerizing the polymerizable compound X using a predetermined solvent to obtain a prepolymer, the solvent may be replaced with a solvent as a constituent of the target film-forming composition. Examples of the solvent (reaction solvent) that can be used for the synthesis of the polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, 1-butanol, and 2-butanol. Solvent: Ketone solvents such as acetone, acetylacetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, 2-pentanone, 2-heptanone; ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, pentyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, etc. Ester solvents; ether solvents such as diisopropyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, anisole, 1,3-dimethoxybenzene, dioxane, 1,3-dimethoxybenzene; Aromatic and aliphatic hydrocarbon solvents such as zen, toluene, mesitylene, ethylbenzene, diethylbenzene, propylbenzene, heptane, hexane, n-octane; halide solvents such as chloromethane, dichloroethane, chloroform, dichloroethane, carbon tetrachloride Amide type solvents such as N-methylpyrrolidone and the like can be mentioned, and one or more selected from these can be used in combination.
また、膜形成用組成物が重合性化合物Xのプレポリマーを含むものである場合、未反応の重合性化合物Xは精製により除去されている(未反応の重合性化合物Xが実質的に含まれていない)のが好ましい。これにより、膜形成用組成物を用いて形成される膜の強度等の諸特性を、より確実に優れたものとすることができる。 Further, when the film-forming composition contains a prepolymer of the polymerizable compound X, the unreacted polymerizable compound X is removed by purification (the unreacted polymerizable compound X is not substantially contained). Is preferred. Thereby, various characteristics, such as the intensity | strength of the film | membrane formed using the film forming composition, can be made more reliably excellent.
膜形成用組成物中における重合性化合物Xの含有率と重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(例えば、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基がのみが重合反応したプレポリマー)の含有率との和は、1.0〜30wt%であるのが好ましく、2.0〜18wt%であるのがより好ましい。 The content of the polymerizable compound X in the film-forming composition and a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound X (for example, only one ethynyl group of the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B has The sum of the content of the prepolymer subjected to the polymerization reaction is preferably 1.0 to 30 wt%, and more preferably 2.0 to 18 wt%.
[2]溶媒
膜形成用組成物は、上述したような重合性化合物Xおよび/または重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(例えば、重合性反応基Bが有する2つのエチニル基のうち一方のエチニル基のみが重合反応したプレポリマー)を含むものであればよいが、通常、前記重合性化合物Xおよび/または前記重合体(プレポリマー)を溶解する溶媒を含むものである。
[2] Solvent The film-forming composition is a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound X and / or the polymerizable compound X as described above (for example, among the two ethynyl groups of the polymerizable reactive group B). Any one containing only a prepolymer obtained by polymerization reaction of only one ethynyl group may be used, but usually contains a solvent that dissolves the polymerizable compound X and / or the polymer (prepolymer).
溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジ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メチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−1,3−ブチレングリコールアセテート、1,3−ブチレングリコール−3−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−3−メトキシプロピオネート、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、アニソール、メシチレン等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、溶媒としては、シクロペンタノンおよびシクロヘキサノンが好ましい。膜形成用組成物を構成する溶媒としては、例えば、重合性化合物Xの合成や上述した重合体(重合性化合物Xが部分的に重合したプレポリマー)の合成に用いた溶媒(反応溶媒)等を含むものであってもよい。 Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, γ-butyrolactone, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, Propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate, methyl-1,3-butylene glycol acetate, 1,3-butylene glycol-3-monomethyl ether, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl-3-methoxy Propionate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, tetrahydro Orchids, anisole, mesitylene and the like, can be used singly or in combination of two or more selected from these. Of these, cyclopentanone and cyclohexanone are preferable as the solvent. Examples of the solvent constituting the film-forming composition include a solvent (reaction solvent) used for the synthesis of the polymerizable compound X and the above-described polymer (a prepolymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound X). May be included.
膜形成用組成物における溶媒の含有率は、特に限定されないが、70〜98wt%であるのが好ましい。 Although the content rate of the solvent in the composition for film formation is not specifically limited, It is preferable that it is 70-98 wt%.
[3]その他の成分
膜形成用組成物は、上記以外の成分を含むものであってもよい。このような成分としては、例えば、界面活性剤;シランカップリンク剤等のカップリング剤;ラジカル開始剤、ジスルフィド類等の触媒等が挙げられる。
[3] Other components The film-forming composition may contain components other than those described above. Examples of such components include surfactants; coupling agents such as silane coupling agents; catalysts such as radical initiators and disulfides.
また、膜形成用組成物は、感光剤してのナフトキノンジアジド化合物等を含むものであってもよい。これにより、膜形成用組成物を、感光性を有する表面保護膜の形成に好適に用いることができる。 The film-forming composition may contain a naphthoquinonediazide compound as a photosensitizer. Thereby, the composition for film formation can be used suitably for formation of the surface protection film which has photosensitivity.
なお、本発明において、膜形成用組成物は、熱分解性により発泡し、形成される膜中に空孔を形成する空孔形成材を含まないものであるのが好ましい。従来、膜の誘電率を低下させる目的で空孔形成材が用いられていたが、このような空孔形成材を用いた場合、形成される膜の強度が低下したり、膜の各部位での不本意な厚さのばらつき、特性のばらつきを招く等の問題があったが、本発明においては、上述したような重合性化合物Xおよび/または当該重合性化合物Xのプレポリマーを含むことにより、空孔形成材を用いなくても、形成される膜の誘電率を十分に低いものとすることができる。そして、空孔形成材を含まないことにより、上記のような問題の発生を確実に防止することができる。 In the present invention, the film-forming composition preferably does not contain a pore-forming material that foams due to thermal decomposability and forms pores in the formed film. Conventionally, a pore forming material has been used for the purpose of reducing the dielectric constant of the film. However, when such a pore forming material is used, the strength of the formed film is reduced, or at each part of the film. However, in the present invention, by containing the polymerizable compound X and / or the prepolymer of the polymerizable compound X as described above, Even without using a hole forming material, the dielectric constant of the formed film can be made sufficiently low. And generation | occurrence | production of the above problems can be prevented reliably by not containing a void | hole formation material.
上記のような膜形成用組成物は、そのまま、膜の形成に用いるものであってもよいが、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上に付与するのに先立ち、加熱処理に供されるものであってもよい。これにより、膜形成用組成物を、重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むものとすることができ、膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。また、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに先立って膜形成用組成物に加熱処理を施すことにより、形成すべき膜が比較的厚いものであっても好適に形成することができる。また、膜を形成すべき部材(例えば、半導体基板)上への膜形成用組成物を付与するのに先立って膜形成用組成物に加熱処理を施すことにより、当該部材上において加える熱量を少なくすることができるため、当該部材への加熱によるダメージをより確実に防止することができる。このような熱処理を施す場合、熱処理の条件としては、加熱温度:120〜190℃、加熱時間:3〜11時間であるのが好ましく、加熱温度:140〜180℃、加熱時間:3〜9時間であるのがより好ましい。また、上記のような加熱処理は、異なる条件を組み合わせて行ってもよい。例えば、加熱温度:150〜190℃、加熱時間:1〜6時間という条件で行う第1の熱処理と、加熱温度:120〜160℃、加熱時間:2〜9時間という条件で行う第2の熱処理とを施してもよい。 The film forming composition as described above may be used for forming a film as it is, but before being applied on a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed, it is subjected to a heat treatment. It may be done. Thus, the film-forming composition can include a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized, and the viscosity of the film-forming composition is more surely suitable and formed. In addition, it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics of each portion of the film to be formed, and to make the finally formed film particularly excellent in strength. In addition, the film forming composition is subjected to heat treatment prior to applying the film forming composition onto the member (for example, a semiconductor substrate) on which the film is to be formed, so that the film to be formed is relatively thick. Even if it is a thing, it can form suitably. In addition, by applying a heat treatment to the film-forming composition prior to applying the film-forming composition onto a member (for example, a semiconductor substrate) on which a film is to be formed, the amount of heat applied on the member is reduced. Therefore, damage to the member due to heating can be prevented more reliably. When performing such heat treatment, the heat treatment conditions are preferably heating temperature: 120 to 190 ° C., heating time: 3 to 11 hours, heating temperature: 140 to 180 ° C., heating time: 3 to 9 hours. It is more preferable that Moreover, you may perform the above heat processing combining a different condition. For example, the 1st heat processing performed on the conditions of heating temperature: 150-190 degreeC, heating time: 1-6 hours, and the 2nd heat processing performed on the conditions of heating temperature: 120-160 degreeC and heating time: 2-9 hours And may be given.
<絶縁膜>
本発明の絶縁膜は、上述したような膜形成用組成物を用いて形成されるものである。
<Insulating film>
The insulating film of the present invention is formed using the film forming composition as described above.
本発明の絶縁膜は、例えば、上述したような膜形成用組成物を、半導体基板等の部材上に付与し、これに対し、加熱や活性エネルギー線の照射等の処理(焼成処理)を施すことにより形成される。 In the insulating film of the present invention, for example, the film-forming composition as described above is applied onto a member such as a semiconductor substrate, and subjected to a treatment (baking treatment) such as heating or irradiation with active energy rays. Is formed.
上記部材上に付与されるのに際し、膜形成用組成物は、重合性化合物Xが部分的に重合した重合体(プレポリマー)を含むものであるのが好ましい。これにより、部材上に付与される膜形成用組成物の粘度をより確実に好適なものとし、形成される膜の各部位での厚さや特性の不本意なばらつきをより効果的に抑制することができるとともに、最終的に形成される膜の強度を特に優れたものとすることができる。また、形成すべき膜が比較的厚いものであっても好適に形成することができる。 When applied on the member, the film-forming composition preferably contains a polymer (prepolymer) in which the polymerizable compound X is partially polymerized. As a result, the viscosity of the film-forming composition applied on the member is more surely suitable, and it is possible to more effectively suppress unintentional variations in thickness and characteristics at each site of the formed film. In addition, the strength of the finally formed film can be made particularly excellent. Moreover, even if the film | membrane which should be formed is a comparatively thick thing, it can form suitably.
上記のような焼成処理を行うことにより、重合性化合物Xや重合性化合物Xが部分的に重合したプレポリマーが有する未反応のエチニル基が重合反応し、三次元的に架橋反応した構造を有する重合体(硬化物)で構成された膜(絶縁膜)が得られる。このような化学構造を有する重合体(硬化物)で構成された膜(絶縁膜)は、強度、耐熱性等に優れている。また、上記のようにして得られる膜は、誘電率が低いものである。また、上記のようにして得られる膜は、各部位での膜厚や特性についての不本意なばらつきが抑制されたものである。このようなことから、上記のような膜は、半導体装置を構成する絶縁膜として好適に用いることができる。 By carrying out the baking treatment as described above, the unreacted ethynyl group of the polymerizable compound X or the prepolymer partially polymerized by the polymerizable compound X undergoes a polymerization reaction and has a structure in which a three-dimensional crosslinking reaction occurs. A film (insulating film) composed of a polymer (cured product) is obtained. A film (insulating film) composed of a polymer (cured product) having such a chemical structure is excellent in strength, heat resistance, and the like. Further, the film obtained as described above has a low dielectric constant. Further, the film obtained as described above is one in which unintentional variations in film thickness and characteristics at each part are suppressed. For these reasons, the above film can be suitably used as an insulating film constituting a semiconductor device.
膜形成用組成物を部材上に付与する方法としては、例えば、スピンナーを用いた回転塗布、スプレーコーターを用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング等による方法が挙げられる。 Examples of the method for applying the film-forming composition onto the member include a spin coating method using a spinner, a spray coating method using a spray coater, dipping, printing, and roll coating.
焼成処理に先立ち、例えば、部材上に付与された膜形成用組成物から溶媒を除去する処理(脱溶媒処理)を施してもよい。このような脱溶媒処理は、例えば、加熱処理、減圧処理などにより行うことができる。 Prior to the firing treatment, for example, a treatment (desolvation treatment) for removing the solvent from the film-forming composition applied on the member may be performed. Such solvent removal treatment can be performed, for example, by heat treatment, reduced pressure treatment, or the like.
焼成処理は、例えば、処理温度:300〜450度、処理時間:15〜60分間という条件で行うのが好ましく、処理温度:330〜420度、処理時間:20〜50分間という条件で行うのがより好ましい。また、焼成工程では、異なる条件の加熱処理を組み合わせて行ってもよい。 The baking treatment is preferably performed under conditions of, for example, a processing temperature: 300 to 450 degrees and a processing time of 15 to 60 minutes, and is performed under conditions of a processing temperature: 330 to 420 degrees and a processing time: 20 to 50 minutes. More preferred. In the baking step, heat treatments with different conditions may be combined.
絶縁膜は、SiOC、SiCNまたはSiOで構成された部材(例えば、半導体基板、中間膜等)に接触するものであるのが好ましい。これにより、当該部材に対する絶縁膜の密着性等を特に優れたものとすることができる。 The insulating film is preferably in contact with a member composed of SiOC, SiCN, or SiO (for example, a semiconductor substrate or an intermediate film). Thereby, the adhesiveness etc. of the insulating film with respect to the member can be made particularly excellent.
絶縁膜の厚さは、特に限定されないが、当該絶縁膜を半導体用層間絶縁膜として用いる場合においては、0.01〜20μmであるのが好ましく、0.05〜10μmであるのがより好ましく、0.1〜0.7μmであるのがさらに好ましい。 The thickness of the insulating film is not particularly limited, but when the insulating film is used as an interlayer insulating film for a semiconductor, it is preferably 0.01 to 20 μm, more preferably 0.05 to 10 μm, More preferably, it is 0.1-0.7 micrometer.
また、絶縁膜を半導体用の保護膜として用いる場合においては、当該絶縁膜の厚さは、0.01〜70μmであるのが好ましく、0.05〜50μmであるのがより好ましい。 In the case where the insulating film is used as a protective film for a semiconductor, the thickness of the insulating film is preferably 0.01 to 70 μm, and more preferably 0.05 to 50 μm.
<半導体装置>
次に、本発明の半導体装置について好適な実施の形態に基づいて説明する。
<Semiconductor device>
Next, the semiconductor device of the present invention will be described based on a preferred embodiment.
図1は、本発明の半導体装置の一例を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、半導体装置100は、素子が形成された半導体基板1と、半導体基板1の上側(図1上側)に設けられたSiN膜2と、SiN膜2の上に設けられた層間絶縁膜3およびバリア層6で覆われた銅配線層7を有している。本実施形態の半導体装置100は、本発明の絶縁膜として、層間絶縁膜3を備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a semiconductor device of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
層間絶縁膜3には、配線すべきパターンに対応した凹部が形成されており、その凹部内には銅配線層7が設けられている。
A recess corresponding to the pattern to be wired is formed in the
また、層間絶縁膜3と、銅配線層7との間には、改質処理層5が設けられている。
また、層間絶縁膜3の上側(SiN膜2と反対側面)には、ハードマスク層4が形成されている。
In addition, a modified
A hard mask layer 4 is formed on the upper side of the interlayer insulating film 3 (on the side surface opposite to the SiN film 2).
上記のような半導体装置100は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、シリコンウエハにトランジスタ等のデバイスが設けられた半導体基板1を用意し、その上に、層間絶縁膜3およびハードマスク層4を形成する。
The
First, a
さらにその上にフォトレジスト層を形成し、ドライエッチングにより、前記層間絶縁膜およびハードマスク層からなる絶縁層の所定の位置に貫通した配線溝を加工する。 Further, a photoresist layer is formed thereon, and a wiring groove penetrating into a predetermined position of the insulating layer composed of the interlayer insulating film and the hard mask layer is processed by dry etching.
次に、前記配線溝の内面に、プラズマ処理等により、改質処理層5を形成し、さらにPVD法やCVD法等の方法により、Ta、Ti、TaN、TiN、WN等で構成されるバリア層6を形成する。
Next, a modified
さらに、電解めっき法等により、配線層となる銅配線層7を形成し、その後、CMP法により配線部以外の銅配線層およびバリアメタル層を研磨除去、平坦化することで、半導体装置100を得ることができる。 Further, a copper wiring layer 7 to be a wiring layer is formed by an electrolytic plating method or the like, and then the copper wiring layer and the barrier metal layer other than the wiring portion are polished and removed and planarized by a CMP method. Obtainable.
なお、層間絶縁膜3は、上記の本発明の絶縁膜についての説明で述べたような方法により形成することができるが、予め、樹脂膜のドライフィルムを用意し、これを半導体基板1のSiN膜2の上に積層するように形成することもできる。より具体的には、予め、膜形成用組成物を用いて、部材上に樹脂膜を形成して乾燥し、ドライフィルムを得、このドライフィルムを前記部材から剥離し、これを、上記半導体基板1のSiN膜2の上に、積層して、加熱および/または放射線を照射することにより、層間絶縁膜3を形成してもよい。
The
上述した本発明の半導体装置は、上記のような層間絶縁膜(本発明の絶縁膜)を用いているので寸法精度に優れ、絶縁性を十分に発揮できるので、それにより接続信頼性が優れている。 Since the semiconductor device of the present invention described above uses the interlayer insulating film (insulating film of the present invention) as described above, it has excellent dimensional accuracy and can sufficiently exhibit insulation, thereby providing excellent connection reliability. Yes.
また、上述したような層間絶縁膜(本発明の絶縁膜)は、配線層との密着性に優れるので、半導体装置の接続信頼性をさらに向上できる。 In addition, since the interlayer insulating film (the insulating film of the present invention) as described above has excellent adhesion to the wiring layer, the connection reliability of the semiconductor device can be further improved.
また、上述したような層間絶縁膜(本発明の絶縁膜)は、弾性率に優れているので、半導体装置の配線を形成するプロセス(例えば、焼成工程)に好適に適合することができる。 In addition, since the interlayer insulating film (the insulating film of the present invention) as described above has an excellent elastic modulus, it can be suitably adapted to a process for forming a wiring of a semiconductor device (for example, a baking process).
また、上述したような層間絶縁膜(本発明の絶縁膜)は、誘電特性に優れているので、半導体装置の信号損失を低下することができる。 In addition, since the interlayer insulating film (the insulating film of the present invention) as described above is excellent in dielectric characteristics, signal loss of the semiconductor device can be reduced.
また、上述したような層間絶縁膜(本発明の絶縁膜)は、誘電特性に優れているので、配線遅延を低下することができる。 In addition, the interlayer insulating film (the insulating film of the present invention) as described above is excellent in dielectric characteristics, so that the wiring delay can be reduced.
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to these.
例えば、上記の説明においては、本発明の絶縁膜としての層間絶縁膜3をSiN膜2の上に形成する例について代表的に説明したが、絶縁膜を形成する位置はこれに限定されない。
For example, in the above description, the example in which the
また、上述した実施形態では、本発明の絶縁膜として層間絶縁膜を備えたものについて代表的に説明したが、本発明の絶縁膜は、層間絶縁膜以外に適用されるものであってもよい。 In the above-described embodiments, the insulating film provided with the interlayer insulating film is representatively described. However, the insulating film of the present invention may be applied to other than the interlayer insulating film. .
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to this.
[1]重合性化合物の合成
(合成例1)
まず、温度計、撹拌機および還流管を備えた4つ口の2000mLフラスコに、金属ナトリウム:28g(1.2mol)とn−オクタン:1200mlとを入れ、内温を0℃に冷やした。
[1] Synthesis of polymerizable compound (Synthesis Example 1)
First, in a 4-neck 2000 mL flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux tube, 28 g (1.2 mol) of metallic sodium and 1200 ml of n-octane were put, and the internal temperature was cooled to 0 ° C.
次に、4つ口フラスコの内容物を激しく撹拌しながら、n−オクタン:600mlに1−ブロモ−3,5−ジメチルアダマンタン:145.9g(0.6mol)を溶解した溶液を徐々に滴下した。滴下中、内温は、0〜5℃に保った。滴下終了後、温度が上昇しなくなってから、さらに1時間反応させた。 Next, while vigorously stirring the contents of the four-necked flask, a solution obtained by dissolving 1-bromo-3,5-dimethyladamantane: 145.9 g (0.6 mol) in n-octane: 600 ml was gradually added dropwise. . During the dropping, the internal temperature was kept at 0 to 5 ° C. After the completion of dropping, the reaction was continued for another hour after the temperature did not rise.
その後、冷水:約3000mLに注いで、粗生成物を濾別し、純水で洗い、乾燥した。
さらに粗生成物を、熱ヘキサンにより、再結晶した。得られた再結晶物を、減圧乾燥することにより、生成物:65.2gを得た。赤外分光(IR)分析によりBr基の吸収(690〜515cm−1付近)が消失し、質量分析による分子量が326である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。
Then, it poured into about 3000 mL of cold water, the crude product was separated by filtration, washed with pure water, and dried.
The crude product was recrystallized from hot hexane. The obtained recrystallized product was dried under reduced pressure to obtain 65.2 g of product. From the result that the absorption of Br group (around 690 to 515 cm −1 ) disappeared by infrared spectroscopy (IR) analysis and the molecular weight by mass spectrometry was 326, the product was 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl. It was shown to be −1,1′-biadamantane.
次に、温度計、撹拌機および還流管を備えた4つ口の2000mLフラスコに、四塩化炭素:700mL、臭素:35g(0.22mol)を入れ、撹拌しながら、上記で得た3,3’,5,5’−テトラメチル−1,1’−ビアダマンタン:54.1g(0.2mol)を、少量ずつ添加した。添加中、内温は20〜30℃に保った。
添加終了後、温度が上昇しなくなってから、さらに1時間反応させた。
Next, carbon tetrachloride: 700 mL and bromine: 35 g (0.22 mol) were placed in a four-necked 2000 mL flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux tube. ', 5,5'-Tetramethyl-1,1'-biadamantane: 54.1 g (0.2 mol) was added in small portions. During the addition, the internal temperature was kept at 20-30 ° C.
After the addition was completed, the reaction was continued for another hour after the temperature did not rise.
その後、冷水:約2000mLに注いで、粗生成物を濾別し、純水で洗い、乾燥した。
さらに粗生成物を、熱エタノールにより再結晶した。得られた再結晶物を、減圧乾燥することにより、生成物:58.0gを得た。IR分析によりブロモ基の吸収が690〜515cm−1に見られること、質量分析による分子量が484である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ジブロモ−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。
Then, it poured into about 2000 mL of cold water, and the crude product was separated by filtration, washed with pure water, and dried.
The crude product was recrystallized from hot ethanol. The obtained recrystallized product was dried under reduced pressure to obtain 58.0 g of a product. From the result that the absorption of bromo group is observed at 690 to 515 cm −1 by IR analysis and the molecular weight by mass spectrometry is 484, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′- Dibromo-1,1′-biadamantane was shown.
次に、フラスコ内で、上記で得た3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ジブロモ−1,1’−ビアダマンタン:50g(103.2mmol)および1,3−ジブロモベンゼン:1217g(5161.6mmol)を攪拌し、乾燥窒素下25℃において、臭化アルミニウム(III):24.8g(93.0mmol)を少量ずつ添加した。これを60℃に昇温して8時間攪拌した後、室温に戻し、反応液を得た。5%塩酸水溶液:700mlに、反応液を投入し、攪拌した。水層を除去し、有機層をアセトン:2000mlに投入した。析出物をろ過し、アセトン:1000mlで3回洗浄することにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:70gを得た。質量分析による分子量が794である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Next, in the flask, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-dibromo-1,1′-biadamantane obtained above: 50 g (103.2 mmol) and 1,3- Dibromobenzene: 1217 g (5161.6 mmol) was stirred, and aluminum bromide (III): 24.8 g (93.0 mmol) was added in small portions at 25 ° C. under dry nitrogen. This was heated to 60 ° C. and stirred for 8 hours, and then returned to room temperature to obtain a reaction solution. The reaction solution was added to 700 ml of 5% aqueous hydrochloric acid solution and stirred. The aqueous layer was removed, and the organic layer was put into 2000 ml of acetone. The precipitate was filtered and washed three times with 1000 ml of acetone: 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-dibromophenyl) -1,1′- Biadamantane: 70 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 794, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane. It was shown that there is.
次に、上記で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:50g(62.9mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:3.53g(5.0mmol)、トリフェニルホスフィン:6.60g(25.2mmol)、ヨウ化銅(II):4.79g(25.2mmol)、トリエチルアミン:750mlをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:37.1g(377.7mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン:1000mlを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mlを加えて分液した。有機層を水:1000mlで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mlに溶解させた。不溶物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mlを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン43gを得た。質量分析による分子量が863である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Next, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane obtained above: 50 g (62.9 mmol) , Dichlorobistriphenylphosphine palladium: 3.53 g (5.0 mmol), triphenylphosphine: 6.60 g (25.2 mmol), copper (II) iodide: 4.79 g (25.2 mmol), triethylamine: 750 ml And stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 37.1 g (377.7 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Then, it returned to room temperature and added dichloromethane: 1000ml to the reaction liquid, and stirred for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% aqueous hydrochloric acid solution (1000 ml) was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed three times with 1000 ml of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in 1500 ml of hexane. Insoluble matter was removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 ml was added thereto, and the precipitate was washed with acetone three times to obtain 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl). 43 g of -1,1'-biadamantane was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 863, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-bi- It was shown to be adamantane.
さらに、上記で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:39.8g(46.1mmol)と炭酸カリウム:1.46g(10.6mmol)とを、テトラヒドロフラン:600mlとメタノール:300mlとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1000mlに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1000mlで洗浄、さらにアセトン:1000mlで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物Xとしての3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:21.2gを得た。 Furthermore, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained above: 39.8 g (46 .1 mmol) and 1.46 g (10.6 mmol) of potassium carbonate were stirred in a mixed solvent of tetrahydrofuran: 600 ml and methanol: 300 ml under a nitrogen atmosphere at room temperature for 4 hours. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1000 ml, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1000 ml, further washed with acetone: 1000 ml, and then dried to obtain polymerizable compound X. 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane: 21.2 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data show that the compound obtained above is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane. It is shown that.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):574(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.93、H;8.07、実測値(/%)C;91.87、H;8.00
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 574 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.93, H; 8.07, Actual value (/%) C; 91.87, H; 8.00
本合成例で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンの構造式を下記式(4)に示す。 The structural formula of 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained in this synthesis example is represented by the following formula ( Shown in 4).
(合成例2)
まず、Journal of Organic Chemistry.,39,2987-3003(1974)に記載の合成法に従って、4,9−ジブロモジアマンタンを合成した。IR分析によりブロモ基の吸収が690〜515cm−1に見られること、質量分析による分子量が346である結果より、生成物が4,9−ジブロモジアマンタンであることが示された。
(Synthesis Example 2)
First, 4,9-dibromodiamantane was synthesized according to the synthesis method described in Journal of Organic Chemistry., 39, 2987-3003 (1974). Absorption of bromo group was observed at 690 to 515 cm −1 by IR analysis, and the result of molecular weight 346 by mass spectrometry indicated that the product was 4,9-dibromodiamantane.
次に、合成例1での合成中間体としての3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタンの合成において、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ジブロモ−1,1’−ビアダマンタンに代えて4,9−ジブロモジアマンタン:35.7g(103.1mmol)を用いた以外は、前記合成例1と同様な方法で反応させることにより、4,9−ビス(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:56gを得た。質量分析による分子量が656である結果より、生成物が4,9−ビス(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, synthesis of 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane as a synthesis intermediate in Synthesis Example 1 In this, 3,9 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-dibromo-1,1′-biadamantane was replaced with 3,9-dibromodiamantane: 35.7 g (103.1 mmol). The reaction was conducted in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain 56 g of 4,9-bis (3,5-dibromophenyl) diamantane. From the result of the molecular weight of 656 by mass spectrometry, it was shown that the product was 4,9-bis (3,5-dibromophenyl) diamantane.
次に、合成例1での合成中間体としての3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンの合成において、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタンに代えて、上記で得られた4,9−ビス(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:41.2g(62.8mmol)を用いた以外は合成例1と同様な反応で反応させることにより、4,9−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン:35.5gを得た。質量分析による分子量が725である結果より、生成物が4,9−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane as a synthesis intermediate in Synthesis Example 1 In the synthesis of 3,4 ′ obtained above instead of 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane 9-bis (3,5-dibromophenyl) diamantane: By reacting in the same reaction as in Synthesis Example 1 except that 41.2 g (62.8 mmol) was used, 4,9-bis (3,5-di Trimethylsilylethynylphenyl) diamantane: 35.5 g was obtained. From the result of the molecular weight measured by mass spectrometry of 725, it was shown that the product was 4,9-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane.
さらに合成例1での最終生成物としての3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンの合成において、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンに代えて、上記で得られた4,9−ビス(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン38.8g(53.5mmol)を用いた以外は合成例1と同様な反応で反応させることにより、重合性化合物Xとしての4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタン:14.3gを得た。 Furthermore, in the synthesis of 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane as the final product in Synthesis Example 1. 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane By reacting in the same reaction as in Synthesis Example 1 except that 38.8 g (53.5 mmol) of bis (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane was used, 4,9-bis as the polymerizable compound X was obtained. (3,5-diethynylphenyl) diamantane: 14.3 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 4,9-bis (3,5-diethynylphenyl) diamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):436(M+)
元素分析:理論値(/%)C;93.54、H;6.46、実測値(/%)C;93.46、H;6.38
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 436 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 93.54, H; 6.46, Actual value (/%) C; 93.46, H; 6.38
本合成例で得られた4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンの構造式を下記式(5)に示す。 The structural formula of 4,9-bis (3,5-diethynylphenyl) diamantane obtained in this synthesis example is shown in the following formula (5).
(合成例3)
まず、温度計、攪拌器および還流管を備えた4つ口の2000mLフラスコに、4−ブロモジアマンタン:50g(187.1mmol)と1,3−ジブロモベンゼン:1217g(5161.6mmol)とを入れて攪拌し、乾燥窒素下25℃において、臭化アルミニウム(III):24.8g(93.0mmol)を少量ずつ添加した。これを60℃に昇温して8時間攪拌した後、室温に戻し、反応液を得た。
(Synthesis Example 3)
First, 4-bromodiamantane: 50 g (187.1 mmol) and 1,3-dibromobenzene: 1217 g (5161.6 mmol) were placed in a 4-neck 2000 mL flask equipped with a thermometer, a stirrer and a reflux tube. Then, 24.8 g (93.0 mmol) of aluminum bromide (III) was added little by little at 25 ° C. under dry nitrogen. This was heated to 60 ° C. and stirred for 8 hours, and then returned to room temperature to obtain a reaction solution.
次に、5%塩酸水溶液:700mLに、反応液を投入し、攪拌した。水層を除去し、有機層をアセトン:2000mLに投入した。析出物をろ過し、アセトン:1000mLで3回洗浄することにより、4−(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:56gを得た。質量分析による分子量が422である結果より、生成物が4−(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, the reaction solution was added to 700 mL of 5% hydrochloric acid aqueous solution and stirred. The aqueous layer was removed, and the organic layer was poured into 2000 mL of acetone. The precipitate was filtered and washed 3 times with acetone: 1000 mL to obtain 56 g of 4- (3,5-dibromophenyl) diamantane. The result of the molecular weight of 422 by mass spectrometry showed that the product was 4- (3,5-dibromophenyl) diamantane.
次に、上記で得られた4−(3,5−ジブロモフェニル)ジアマンタン:50g(118.4mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:6.66g(9.5mmol)、トリフェニルホスフィン:179.5g(47.3mmol)、ヨウ化銅(II):248.7g(47.3mmol)、トリエチルアミン:750mLをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:34.9g(355.2mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン:1000mLを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mLを加えて分液した。有機層を水:1000mLで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mLに溶解させた。不純物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mLを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、4−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン:41gを得た。質量分析による分子量が456である結果より、生成物が4−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタンであることが示された。 Next, 4- (3,5-dibromophenyl) diamantane obtained above: 50 g (118.4 mmol), dichlorobistriphenylphosphine palladium: 6.66 g (9.5 mmol), triphenylphosphine: 179.5 g ( 47.3 mmol), copper (II) iodide: 248.7 g (47.3 mmol), and triethylamine: 750 mL were added to the flask and stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 34.9 g (355.2 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Then, it returned to room temperature and added dichloromethane: 1000mL to the reaction liquid, and stirred for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% hydrochloric acid aqueous solution: 1000 mL was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed 3 times with 1000 mL of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in hexane: 1500 mL. Impurities were removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 mL was added thereto, and the precipitate was washed with acetone three times to obtain 41 g of 4- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane. From the result of the molecular weight measured by mass spectrometry being 456, it was shown that the product was 4- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane.
さらに上記で得られた4−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)ジアマンタン:40g(87.6mmol)および炭酸カリウム:2.7g(19.3mmol)を、テトラヒドロフラン:600mLとメタノール:300mLとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1000mLに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1000mLで洗浄、さらにアセトン:1000mLで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物としての4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタン:23gを得た。 Furthermore, 4- (3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) diamantane obtained above (40 g, 87.6 mmol) and potassium carbonate: 2.7 g (19.3 mmol) were mixed with tetrahydrofuran: 600 mL and methanol: 300 mL. The mixture was stirred for 4 hours at room temperature in a nitrogen atmosphere. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1000 mL, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1000 mL, further washed with acetone: 1000 mL, and then dried to obtain 4 as a polymerizable compound. -(3,5-diethynylphenyl) diamantane: 23 g was obtained.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 4- (3,5-diethynylphenyl) diamantane.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):312(M+)
元素分析:理論値(/%)C;92.26、H;7.74、実測値(/%)C;92.12、H;7.70
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 312 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 92.26, H; 7.74, Actual value (/%) C; 92.12, H; 7.70
本合成例で得られた4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンの構造式を下記式(6)に示す。 The structural formula of 4- (3,5-diethynylphenyl) diamantane obtained in this synthesis example is shown in the following formula (6).
(合成例4)
まず、合成例1での合成中間体である3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ジブロモ−1,1’−ビアダマンタン:25g(51.6mmol)およびフェノール:354g(3.8mol)を温度計、撹拌機および還流管を備えたフラスコに入れ、60℃に昇温して30分攪拌し、続いて160℃に昇温して30分攪拌した。内温を50℃にした後、水を2500mL添加し、添加後すぐに内温を75℃にして30分攪拌した。析出物を熱時ろ過したのち、得られた析出物を水:7000mLで洗浄し乾燥させることにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:24gを得た。質量分析による分子量が510である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。
(Synthesis Example 4)
First, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-dibromo-1,1′-biadamantane: 25 g (51.6 mmol) and phenol: 354 g, which are synthesis intermediates in Synthesis Example 1. (3.8 mol) was placed in a flask equipped with a thermometer, a stirrer and a reflux tube, heated to 60 ° C. and stirred for 30 minutes, then heated to 160 ° C. and stirred for 30 minutes. After the internal temperature was adjusted to 50 ° C., 2500 mL of water was added, and immediately after the addition, the internal temperature was raised to 75 ° C. and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered while hot, and the resulting precipitate was washed with 7000 mL of water and dried to give 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-hydroxyphenyl). ) -1,1′-biadamantane: 24 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 510, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1′-biadamantane. It has been shown.
次に、上記を繰り返して得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:50g(97.9mmol)、および、ピリジン:220gをフラスコに入れ、室温で攪拌し溶解させた。ドライアイス/メタノールを使用し、内温が−5℃以下になるまで冷却した。その後、内温を5℃以下に保ちながら、無水トリフルオロメタンスルホン酸:74.5g(264.3mmol)を少量ずつ滴下した。滴下終了後、内温を5〜10℃で30分攪拌、さらに室温に戻して4時間攪拌した。次に、2000mLのビーカーに1000mLの1%塩酸水溶液を入れて0〜10℃に冷却し、上記の反応液を滴下後、30分攪拌した。析出物をろ別し、メタノール:400mLで再結晶操作したのち乾燥させることにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−トリフルオロメチルスルホニルフェニル)−1、1’−ビアダマンタン:68gを得た。質量分析による分子量が774である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−トリフルオロメチルスルホニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Next, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1′-biadamantane obtained by repeating the above: 50 g (97.9 mmol) , And 220 g of pyridine were placed in a flask and dissolved by stirring at room temperature. Dry ice / methanol was used, and the internal temperature was cooled to −5 ° C. or lower. Thereafter, 74.5 g (264.3 mmol) of trifluoromethanesulfonic anhydride was added dropwise little by little while keeping the internal temperature at 5 ° C. or lower. After completion of the dropwise addition, the internal temperature was stirred at 5 to 10 ° C. for 30 minutes, and the temperature was returned to room temperature and stirred for 4 hours. Next, 1000 mL of 1% hydrochloric acid aqueous solution was put into a 2000 mL beaker, cooled to 0 to 10 ° C., and the reaction solution was added dropwise, followed by stirring for 30 minutes. The precipitate was filtered off, recrystallized from methanol (400 mL), and then dried to give 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-trifluoromethylsulfonylphenyl)- 1,1'-biadamantane: 68 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 774, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-trifluoromethylsulfonylphenyl) -1,1′-biadamantane. It was shown that.
さらに上記で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−トリフルオロメチルスルホニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:50g(64.5mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:4.56g(6.6mmol)、トリフェニルホスフィン:6.80g(25.8mmol)、ヨウ化銅(II)4.91g(25.8mmol)、トリエチルアミン:760mlをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:38.1g(387.2mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン:1200mLを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mLを加えて分液した。有機層を水:1000mLで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mLに溶解させた。不溶物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mLを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−トリメチルシリルエチニルフェニル)−1、1’−ビアダマンタン:36gを得た。質量分析による分子量が671である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−トリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Further, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-trifluoromethylsulfonylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained above: 50 g (64.5 mmol), Dichlorobistriphenylphosphine palladium: 4.56 g (6.6 mmol), triphenylphosphine: 6.80 g (25.8 mmol), copper (II) iodide 4.91 g (25.8 mmol), triethylamine: 760 ml were added to the flask. And stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 38.1 g (387.2 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Thereafter, the temperature was returned to room temperature, and 1200 mL of dichloromethane was added to the reaction solution, followed by stirring for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% hydrochloric acid aqueous solution: 1000 mL was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed 3 times with 1000 mL of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in hexane: 1500 mL. Insoluble matter was removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 mL was added thereto, and the precipitate was washed three times with acetone, whereby 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-trimethylsilylethynylphenyl) -1, 1'-biadamantane: 36 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 671, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-trimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane. It was shown that.
さらに上記で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−トリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:35g(52.1mmol)と炭酸カリウム:1.58g(11.5mmol)とを、テトラヒドロフラン:700mLとメタノール:350mLとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1100mLに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1100mLで洗浄、さらにアセトン:1100mLで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物としての3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−エチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:24.2gを得た。 Furthermore, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-trimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained as described above: 35 g (52.1 mmol) and potassium carbonate : 1.58 g (11.5 mmol) was stirred in a mixed solvent of tetrahydrofuran: 700 mL and methanol: 350 mL under a nitrogen atmosphere at room temperature for 4 hours. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1100 mL, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1100 mL, further washed with acetone: 1100 mL, and then dried to obtain 3 as a polymerizable compound. , 3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-ethynylphenyl) -1,1′-biadamantane: 24.2 g.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−エチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-ethynylphenyl) -1,1′-biadamantane. ing.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):526(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.20、H;8.80、実測値(/%)C;91.02、H;8.73
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 526 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.20, H; 8.80, Actual value (/%) C; 91.02, H; 8.73
本合成例で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−エチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンの構造式を下記式(7)に示す。 The structural formula of 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-ethynylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained in this synthesis example is represented by the following formula (7). Show.
(合成例5)
まず、合成例1での合成中間体である3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ジブロモ−1,1’−ビアダマンタン:50g(90.8mmol)、1,3−ジブロモベンゼン:21.4g(90.8mmol)、クロロホルム:1000mLをフラスコに入れて攪拌し、乾燥窒素下25℃において、臭化アルミニウム(III):24.8g(93.0mmol)を少量ずつ添加した。これを50℃に昇温して18時間攪拌した後、室温に戻し、反応液を得た。5%塩酸水溶液:700mLに、反応液を投入し、攪拌した。水層を除去し、有機層をアセトン:2000mLに投入した。析出物をろ過し、アセトン:1000mLで3回洗浄して固形分を得た。固形分をクロロホルム:600mL、ジクロロエタン:400mLの混合液で30分攪拌し、不溶物をろ過により除去し、ろ液部を得た。ろ液部のクロロホルム、ジクロロエタンを減圧除去し、アセトン:1000mLで2回洗浄することにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7−ブロモ−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:5.8gを得た。質量分析による分子量が639である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7−ブロモ−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。
(Synthesis Example 5)
First, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-dibromo-1,1′-biadamantane, which is a synthetic intermediate in Synthesis Example 1, 50 g (90.8 mmol), 1,3 -Dibromobenzene: 21.4 g (90.8 mmol) and chloroform: 1000 mL were stirred in a flask, and aluminum bromide (III): 24.8 g (93.0 mmol) was added in small portions at 25 ° C under dry nitrogen. did. The mixture was heated to 50 ° C. and stirred for 18 hours, and then returned to room temperature to obtain a reaction solution. 5% aqueous hydrochloric acid solution: The reaction solution was added to 700 mL and stirred. The aqueous layer was removed, and the organic layer was poured into 2000 mL of acetone. The precipitate was filtered and washed with acetone: 1000 mL three times to obtain a solid content. The solid content was stirred with a mixed solution of chloroform: 600 mL and dichloroethane: 400 mL for 30 minutes, and insolubles were removed by filtration to obtain a filtrate part. Chloroform and dichloroethane in the filtrate were removed under reduced pressure, and washed with acetone: 1000 mL twice to obtain 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7-bromo-7 ′-(3,5-dibromophenyl. ) -1,1′-biadamantane: 5.8 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry was 639, the product was 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7-bromo-7 ′-(3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane. It was shown that.
次に、上記操作を繰り返して得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7−ブロモ−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン20g(31.3mmol)、および、フェノール:107g(1.1mol)を温度計、攪拌機および還流管を備えたフラスコに入れ、60℃に昇温して30分攪拌し、続いて160℃に昇温して30分攪拌した。内温を50℃にした後、水:2000mLに添加、添加後すぐに内温を75℃にして30分攪拌した。析出物を熱時ろ過したのち、得られた析出物を水:6500mLで洗浄し乾燥させることにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−ヒドロキシフェニル)−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:18.2gを得た。質量分析による分子量が652である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−ヒドロキシフェニル)−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Next, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7-bromo-7 ′-(3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane 20 g (31) obtained by repeating the above operation was obtained. .3 mmol) and 107 g (1.1 mol) of phenol were put into a flask equipped with a thermometer, a stirrer and a reflux tube, heated to 60 ° C. and stirred for 30 minutes, and then heated to 160 ° C. Stir for 30 minutes. The internal temperature was adjusted to 50 ° C., and then added to 2000 mL of water. Immediately after the addition, the internal temperature was raised to 75 ° C. and stirred for 30 minutes. After the precipitate was filtered while hot, the resulting precipitate was washed with 6500 mL of water and dried to give 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-hydroxyphenyl) -7 ′. -(3,5-dibromophenyl) -1,1'-biadamantane: 18.2 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 652, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-hydroxyphenyl) -7 ′-(3,5-dibromophenyl) -1, It was shown to be 1'-biadamantane.
次に、上記操作を繰り返して得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−ヒドロキシフェニル)−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:50g(76.6mmol)と、ピリジン:170gをフラスコに入れ、室温で攪拌し溶解させた。ドライアイス/メタノールを使用し、内温が−5℃以下になるまで冷却した。その後、内温を5℃以下に保ちながら、無水トリフロルオロメタンスルホン酸:29.2g(103.4mmol)を少量ずつ滴下した。滴下終了後、内温を5〜10℃で30分攪拌、さらに室温に戻して4時間攪拌した。次に、2000mLのビーカーに1000mLの1%塩酸水溶液を入れて0〜10℃に冷却し、上記の反応液を滴下後、30分攪拌した。析出物をろ別し、メタノール:500mLで再結晶操作したのち乾燥させることにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−トリフルオロメチルスルホニルフェニル)−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:54gを得た。質量分析による分子量が784である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−トリフルオロメチルスルホニルフェニル)−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Next, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-hydroxyphenyl) -7 ′-(3,5-dibromophenyl) -1,1′- obtained by repeating the above operation. Biadamantane: 50 g (76.6 mmol) and pyridine: 170 g were placed in a flask and stirred at room temperature to dissolve. Dry ice / methanol was used, and the internal temperature was cooled to −5 ° C. or lower. Thereafter, 29.2 g (103.4 mmol) of trifluorochlorosulfonic anhydride was added dropwise little by little while keeping the internal temperature at 5 ° C. or lower. After completion of the dropwise addition, the internal temperature was stirred at 5 to 10 ° C. for 30 minutes, and the temperature was returned to room temperature and stirred for 4 hours. Next, 1000 mL of 1% hydrochloric acid aqueous solution was put into a 2000 mL beaker, cooled to 0 to 10 ° C., and the reaction solution was added dropwise, followed by stirring for 30 minutes. The precipitate was separated by filtration, recrystallized from 500 mL of methanol, and then dried to give 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-trifluoromethylsulfonylphenyl) -7 ′-( 3,5-Dibromophenyl) -1,1′-biadamantane: 54 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 784, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-trifluoromethylsulfonylphenyl) -7 ′-(3,5-dibromophenyl). It was shown to be −1,1′-biadamantane.
さらに上記で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−トリフルオロメチルスルホニルフェニル)−7’−(3,5−ジブロモフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:50g(63.7mmol)、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム:4.50g(6.4mmol)、トリフェニルホスフィン:6.73g(25.5mmol)、ヨウ化銅(II):4.85g(25.5mmol)、トリエチルアミン:700mlをフラスコに添加し、攪拌した。これを75℃に昇温した後、トリメチルシリルアセチレン:37.6g(382.4mmol)をゆっくり添加した。これを75℃において7時間攪拌した後、120℃に昇温してトリエチルアミンを留去した。その後、室温に戻し、ジクロロメタン1100mLを反応液に添加し、20分攪拌した。析出物をろ過により除去し、ろ液に5%塩酸水溶液:1000mLを加えて分液した。有機層を水:1000mLで3回洗浄した後、有機層の溶媒を減圧除去した。得られた化合物をヘキサン:1500mLに溶解させた。不溶物をろ過により除去し、ろ液部のヘキサンを減圧除去した。これにアセトン:1000mLを投入し、析出物をアセトンで3回洗浄することにより、3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−トリメチルシリルエチニルフェニル)−7’−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:42gを得た。質量分析による分子量が767である結果より、生成物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−トリメチルシリルエチニルフェニル)−7’−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることが示された。 Furthermore, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-trifluoromethylsulfonylphenyl) -7 ′-(3,5-dibromophenyl) -1,1′-biadamantane obtained above : 50 g (63.7 mmol), dichlorobistriphenylphosphine palladium: 4.50 g (6.4 mmol), triphenylphosphine: 6.73 g (25.5 mmol), copper (II) iodide: 4.85 g (25.5 mmol) ), Triethylamine: 700 ml was added to the flask and stirred. After raising the temperature to 75 ° C., 37.6 g (382.4 mmol) of trimethylsilylacetylene was slowly added. This was stirred at 75 ° C. for 7 hours and then heated to 120 ° C. to distill off triethylamine. Then, it returned to room temperature, 1100 mL of dichloromethane was added to the reaction liquid, and it stirred for 20 minutes. The precipitate was removed by filtration, and 5% hydrochloric acid aqueous solution: 1000 mL was added to the filtrate for liquid separation. The organic layer was washed 3 times with 1000 mL of water, and then the solvent of the organic layer was removed under reduced pressure. The obtained compound was dissolved in hexane: 1500 mL. Insoluble matter was removed by filtration, and hexane in the filtrate was removed under reduced pressure. Acetone: 1000 mL was added thereto, and the precipitate was washed three times with acetone, whereby 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-trimethylsilylethynylphenyl) -7 ′-(3, 5-Ditrimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane: 42 g was obtained. From the result that the molecular weight by mass spectrometry is 767, the product is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-trimethylsilylethynylphenyl) -7 ′-(3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl). It was shown to be −1,1′-biadamantane.
さらに上記で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−トリメチルシリルエチニルフェニル)−7’−(3,5−ジトリメチルシリルエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:40g(52.1mmol)と炭酸カリウム:1.58g(11.5mmol)をテトラヒドロフラン:700mLとメタノール:350mLとの混合溶媒中において、窒素雰囲気下、室温で4時間攪拌させた。これを10%塩酸水溶液:1100mLに投入して、析出物をろ過し、得られた析出物を水:1100mLで洗浄、さらにアセトン:1100mLで洗浄したのち乾燥させることにより、重合性化合物としての3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−エチニルフェニル)−7’−(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:24.7gを得た。 Furthermore, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-trimethylsilylethynylphenyl) -7 ′-(3,5-ditrimethylsilylethynylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained above : 40 g (52.1 mmol) and potassium carbonate: 1.58 g (11.5 mmol) were stirred in a mixed solvent of tetrahydrofuran: 700 mL and methanol: 350 mL under a nitrogen atmosphere at room temperature for 4 hours. This was poured into 10% aqueous hydrochloric acid solution: 1100 mL, the precipitate was filtered, and the resulting precipitate was washed with water: 1100 mL, further washed with acetone: 1100 mL, and then dried to obtain 3 as a polymerizable compound. , 3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-ethynylphenyl) -7 ′-(3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane: 24.7 g.
以下に、生成物の外観、質量分析および元素分析の結果を示す。これらのデータは、上記で得られた化合物が3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−エチニルフェニル)−7’−(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンであることを示している。 The appearance of the product, the results of mass spectrometry and elemental analysis are shown below. These data indicate that the compound obtained above is 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-ethynylphenyl) -7 ′-(3,5-diethynylphenyl) -1,1. '-Indicates that it is Biadamantan.
外観:白色固体
MS(FD)(m/z):550(M+)
元素分析:理論値(/%)C;91.58、H;8.42、実測値(/%)C;91.42、H;8.31
Appearance: White solid MS (FD) (m / z): 550 (M +)
Elemental analysis: Theoretical value (/%) C; 91.58, H; 8.42, Actual value (/%) C; 91.42, H; 8.31
本合成例で得られた3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−エチニルフェニル)−7’−(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンの構造式を下記式(8)に示す。 Of the 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-ethynylphenyl) -7 ′-(3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane obtained in this synthesis example The structural formula is shown in the following formula (8).
[2]膜形成用組成物の調製
(実施例1)
上記合成例1で合成された重合性化合物としての3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン:5gを1,3−ジメトキシベンゼン:45gに溶解させ、乾燥窒素下170℃で3時間反応させ、反応液を一旦室温まで冷却した。GPCにより分子量測定を行ったところ、数平均分子量が42,000であった。再び反応液を加熱し、150℃で6時間反応させ、反応液を、10倍の体積のメタノール/テトラヒドロフラン=3/1の混合溶媒に滴下して沈殿物を集めて乾燥し、2.7gのプレポリマーを得た(収率:54%)。得られたプレポリマー:2gを、シクロペンタノン:18gに溶解させ、フィルターでろ過することにより、有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物とした。
[2] Preparation of film-forming composition (Example 1)
3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (3,5-diethynylphenyl) -1,1′-biadamantane as the polymerizable compound synthesized in Synthesis Example 1 above: 5 g was dissolved in 1,3-dimethoxybenzene: 45 g, reacted at 170 ° C. for 3 hours under dry nitrogen, and the reaction solution was once cooled to room temperature. When the molecular weight was measured by GPC, the number average molecular weight was 42,000. The reaction solution was heated again and reacted at 150 ° C. for 6 hours. The reaction solution was added dropwise to a mixed solvent of 10 times volume of methanol / tetrahydrofuran = 3/1, and the precipitate was collected and dried. A prepolymer was obtained (yield: 54%). 2 g of the obtained prepolymer was dissolved in 18 g of cyclopentanone and filtered through a filter to obtain a film forming composition as a varnish for an organic insulating film.
(実施例2)
重合性化合物として、合成例2で合成した4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンを用いた以外は、前記実施例1と同様にして重合反応を行い、プレポリマーを得、さらに、当該プレポリマー:2gを用いて、前記実施例1で述べたのと同様の処理を施すことにより有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。なお、本実施例では、5gの重合性化合物(4,9−ビス(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタン)を用いて合成されたプレポリマーは、2.4gであった(収率:48%)。
(Example 2)
Except for using 4,9-bis (3,5-diethynylphenyl) diamantane synthesized in Synthesis Example 2 as the polymerizable compound, a polymerization reaction was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a prepolymer, Further, a film forming composition as a varnish for an organic insulating film was obtained by performing the same treatment as described in Example 1 using 2 g of the prepolymer. In this example, the prepolymer synthesized using 5 g of the polymerizable compound (4,9-bis (3,5-diethynylphenyl) diamantane) was 2.4 g (yield: 48). %).
(比較例1)
重合性化合物として、合成例3で合成した4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタンを用いた以外は、前記実施例1と同様にして重合反応を行い、プレポリマーを得、さらに、当該プレポリマー:2gを用いて、前記実施例1で述べたのと同様の処理を施すことにより有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。なお、本比較例では、5gの重合性化合物(4−(3,5−ジエチニルフェニル)ジアマンタン)を用いて合成されたプレポリマーは、3.8gであった(収率:76%)。
(Comparative Example 1)
As the polymerizable compound, except that 4- (3,5-diethynylphenyl) diamantane synthesized in Synthesis Example 3 was used, a polymerization reaction was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a prepolymer. Using the prepolymer: 2 g, the same treatment as described in Example 1 was performed to obtain a film-forming composition as a varnish for an organic insulating film. In this comparative example, the prepolymer synthesized using 5 g of the polymerizable compound (4- (3,5-diethynylphenyl) diamantane) was 3.8 g (yield: 76%).
(比較例2)
重合性化合物として、合成例4で合成した3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−エチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンを用いた以外は、前記実施例1と同様にして重合反応を行い、プレポリマーを得、さらに、当該プレポリマー:2gを用いて、前記実施例1で述べたのと同様の処理を施すことにより有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。なお、本比較例では、5gの重合性化合物(3,3’,5,5’−テトラメチル−7,7’−ビス(4−エチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン)を用いて合成されたプレポリマーは、3.4gであった(収率:68%)。
(Comparative Example 2)
Except for using 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-ethynylphenyl) -1,1′-biadamantane synthesized in Synthesis Example 4 as the polymerizable compound, A polymerization reaction is carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a prepolymer. Further, by using the prepolymer: 2 g, the same treatment as described in Example 1 is performed, whereby a varnish for an organic insulating film is obtained. A film-forming composition was obtained. In this comparative example, 5 g of a polymerizable compound (3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7,7′-bis (4-ethynylphenyl) -1,1′-biadamantane) was used. The synthesized prepolymer was 3.4 g (yield: 68%).
(比較例3)
重合性化合物として、合成例5で合成した3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−エチニルフェニル)−7’−(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンを用いた以外は、前記実施例1と同様にして重合反応を行い、プレポリマーを得、さらに、当該プレポリマー:2gを用いて、前記実施例1で述べたのと同様の処理を施すことにより有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。なお、本比較例では、5gの重合性化合物(3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−エチニルフェニル)−7’−(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタン)を用いて合成されたプレポリマーは、2.3gであった(収率:46%)。
(Comparative Example 3)
As a polymerizable compound, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-ethynylphenyl) -7 ′-(3,5-diethynylphenyl) -1,1 ′ synthesized in Synthesis Example 5 -A polymerization reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that biadamantane was used to obtain a prepolymer, and the same treatment as described in Example 1 was performed using 2 g of the prepolymer. To give a film forming composition as a varnish for an organic insulating film. In this comparative example, 5 g of a polymerizable compound (3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-ethynylphenyl) -7 ′-(3,5-diethynylphenyl) -1, The prepolymer synthesized using 1′-biadamantane was 2.3 g (yield: 46%).
(比較例4)
前記比較例3で調製したのと同様にして、3,3’,5,5’−テトラメチル−7−(4−エチニルフェニル)−7’−(3,5−ジエチニルフェニル)−1,1’−ビアダマンタンのプレポリマーを得た後、得られたプレポリマー:2gと、空孔形成材としてのポリプロピレングリコールジオールタイプ(和光純薬工業(株)社製、Polypropylene Glycol, Diol Type, 400):0.7gとを、シクロペンタノン:18gに溶解させ、さらに、フィルターでろ過することにより、有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物とした。すなわち、本比較例では、空孔形成材を含むものとした以外は、前記比較例3と同様にして有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を得た。
(Comparative Example 4)
In the same manner as prepared in Comparative Example 3, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-7- (4-ethynylphenyl) -7 ′-(3,5-diethynylphenyl) -1, After obtaining a prepolymer of 1′-biadamantane, 2 g of the obtained prepolymer and a polypropylene glycol diol type as a pore forming material (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Polypropylene Glycol, Diol Type, 400) ): 0.7 g was dissolved in 18 g of cyclopentanone, and further filtered through a filter to obtain a film-forming composition as a varnish for an organic insulating film. That is, in this comparative example, a film forming composition as a varnish for an organic insulating film was obtained in the same manner as in the comparative example 3 except that the pore forming material was included.
[3]絶縁膜の形成(膜付き基板の作製)
前記各実施例および各比較例で得られた有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を用い、以下のようにして絶縁膜を形成した。
[3] Formation of insulating film (production of substrate with film)
Using the film forming composition as the organic insulating film varnish obtained in each of the above Examples and Comparative Examples, an insulating film was formed as follows.
まず、有機絶縁膜用ワニスとしての膜形成用組成物を、スピンコーターにより、シリコンウエハ上に塗布した。この際、熱処理後の絶縁膜の厚さが、100nmとなるように、スピンコーターの回転数と時間を設定した。 First, a film forming composition as a varnish for an organic insulating film was applied on a silicon wafer by a spin coater. At this time, the rotation speed and time of the spin coater were set so that the thickness of the insulating film after the heat treatment was 100 nm.
次に、上記のようにして塗膜が設けられたシリコンウエハを、200℃のホットプレート上に1分間置き、塗膜中に含まれる溶媒(シクロペンタノン)を除去した。 Next, the silicon wafer provided with the coating film as described above was placed on a hot plate at 200 ° C. for 1 minute to remove the solvent (cyclopentanone) contained in the coating film.
その後、乾燥した塗膜が設けられたシリコンウエハについて、400℃のオーブン中で窒素雰囲気下30分間の熱処理(焼成処理)を施すことにより、塗膜を構成するプレポリマーを硬化させ、絶縁膜を形成し、膜付き基板(絶縁膜付き基板)を得た。 Thereafter, the silicon wafer provided with the dried coating film is subjected to a heat treatment (baking treatment) for 30 minutes in a nitrogen atmosphere in an oven at 400 ° C., thereby curing the prepolymer constituting the coating film, Thus, a substrate with a film (substrate with an insulating film) was obtained.
[4]絶縁膜(膜付き基板)についての評価
前記各実施例および各比較例にかかる絶縁膜(膜付き基板)について、誘電率、破壊電圧、リーク電流、ガラス転移温度、弾性率、耐熱性および密着性のそれぞれの特性を、下記の評価方法により、評価を行った。
[4] Evaluation of insulating film (substrate with film) With respect to the insulating film (substrate with film) according to each of the examples and comparative examples, dielectric constant, breakdown voltage, leakage current, glass transition temperature, elastic modulus, heat resistance Each of the properties of adhesion and adhesion was evaluated by the following evaluation methods.
[4.1]誘電率
誘電率は、日本エス・エス・エム(株)製、自動水銀プローブCV測定装置SSM495を用いて評価した。
[4.1] Dielectric Constant The dielectric constant was evaluated using an automatic mercury probe CV measuring device SSM495 manufactured by Nippon SSM Co., Ltd.
[4.2]破壊電圧、リーク電流
破壊電圧、リーク電流は、誘電率と同様に、日本エス・エス・エム(株)製、自動水銀プローブCV測定装置SSM495を用いて評価した。
[4.2] Breakdown voltage and leakage current The breakdown voltage and leakage current were evaluated using an automatic mercury probe CV measuring device SSM495 manufactured by Nippon SSM Co., Ltd., in the same manner as the dielectric constant.
破壊電圧は、1×10−2Aの電流が流れた時に印加した電圧を破壊電圧とし、電界強度(1×10−2Aの電流が流れた時に印加した電圧(MV)を膜厚(cm)で除した値。単位:MV/cm)で示した。 The breakdown voltage is a voltage applied when a current of 1 × 10 −2 A flows, and a breakdown voltage, and the electric field strength (voltage (MV) applied when a current of 1 × 10 −2 A flows) is expressed as a film thickness (cm The value divided by), expressed in units of MV / cm).
リーク電流は、1MV/cmの電界強度の時に流れる電流値をリーク電流とし、電流密度(1MV/cmの電界強度の時に流れる電流値(A)を、自動水銀プローブCV測定装置の水銀電極面積(cm2)で除した値。単位:A/cm2)で示した。 The leakage current is defined as a leakage current that flows when the electric field intensity is 1 MV / cm, and the current density (A) that flows when the electric field intensity is 1 MV / cm is the mercury electrode area of the automatic mercury probe CV measuring device ( the value obtained by dividing the cm 2) unit:. shown in A / cm 2).
[4.3]ガラス転移温度(Tg)
Tgは、上記で得たシリコンウエハ上の絶縁膜を削り取り、これを測定試料として、ティー・エイ・インスツルメント社製の示差走査熱量計DSC−Q1000装置で評価した。測定温度範囲を、250〜450℃とし、昇温速度を2℃/分とした。ガラス転移温度の評価は、250〜450℃の温度範囲においてリバースヒートフローに変極点がないかを解析して求めた。
[4.3] Glass transition temperature (Tg)
Tg was evaluated by a differential scanning calorimeter DSC-Q1000 apparatus manufactured by TA Instruments Co., Ltd. using the insulating film on the silicon wafer obtained above as a measurement sample. The measurement temperature range was 250 to 450 ° C., and the temperature increase rate was 2 ° C./min. The glass transition temperature was evaluated by analyzing whether there is an inflection point in the reverse heat flow in the temperature range of 250 to 450 ° C.
[4.4]弾性率
弾性率は、MTS社製薄膜機械的特性測定装置ナノインデンターで薄膜測定用プログラムを用いて、押し込み深さが膜厚の10分の1までの信号が安定した領域で評価した。
[4.4] Elastic Modulus The elastic modulus is a region in which a signal with an indentation depth of up to one-tenth of the film thickness is stabilized by using a thin film measuring program with a thin film mechanical property measuring device Nano Indenter manufactured by MTS. It was evaluated with.
[4.5]耐熱性
耐熱性は、熱分解温度で評価した。得られた絶縁膜をTG/DTA測定装置(セイコーインスツルメンツ(株)製、TG/DTA220)を用いて、窒素ガス200mL/min.フロー下、昇温速度10℃/min.の条件により測定し、重量の減少が5%に到達した温度を、熱分解温度とした。
[4.5] Heat resistance Heat resistance was evaluated based on the thermal decomposition temperature. The obtained insulating film was measured using a TG / DTA measuring device (Seiko Instruments Co., Ltd., TG / DTA220) under a nitrogen gas flow of 200 mL / min. Under a temperature rising rate of 10 ° C./min. The temperature at which the weight loss reached 5% was defined as the thermal decomposition temperature.
[4.6]密着性
上記[3]で作製した各実施例および各比較例にかかる膜付き基板(シリコンウエハ/有機絶縁膜の積層体)について、JIS K 5600−5−6 付着性(クロスカット法)に従い、テープテストにより密着性を評価した。すなわち、カッターナイフで、絶縁膜に1mm角の正方形の升目を100個作り、その上にセロテープ(登録商標)を張った。1分後、基板を抑えてセロテープを剥がし、基板から樹脂膜がいくつ剥がれるかを数えた。
[4.6] Adhesiveness JIS K 5600-5-6 Adhesiveness (cross) for the film-coated substrates (silicon wafer / organic insulating film laminate) according to each Example and each Comparative Example prepared in [3] above. According to the cutting method), adhesion was evaluated by a tape test. That is, 100 square squares of 1 mm square were formed on the insulating film with a cutter knife, and cello tape (registered trademark) was stretched thereon. After 1 minute, the substrate was held down and the tape was peeled off, and the number of resin films peeled off from the substrate was counted.
また、上記と同様にして、前記各実施例および各比較例の膜形成用組成物を用いて、シリコンウエハ上に、SiOC膜、有機絶縁膜(前記各実施例および各比較例の膜形成用組成物を用いて形成された絶縁膜)をこの順で積層した膜付き基板、シリコンウエハ上に、SiCN膜、有機絶縁膜(前記各実施例および各比較例の膜形成用組成物を用いて形成された絶縁膜)をこの順で積層した膜付き基板、および、シリコンウエハ上に、SiCN膜、有機絶縁膜(前記各実施例および各比較例の膜形成用組成物を用いて形成された絶縁膜)、SiO膜をこの順で積層した膜付き基板を、それぞれ作製し、これらの膜付き基板についても上記と同様の方法(テープテスト)により密着性を評価した。なお、これらの膜付き基板の作製において、SiOC膜は、厚さが100nmとなるようにプラズマCVD法により形成し、SiCN膜は、厚さが60nmとなるようにプラズマCVD法により形成し、SiO膜は、厚さが30nmとなるようにプラズマCVD法により形成した。また、各膜の形成条件は、各実施例および各比較例で同一とした。 Further, in the same manner as described above, a SiOC film, an organic insulating film (for film formation of each of the above examples and comparative examples) is formed on a silicon wafer using the film forming composition of each of the above examples and comparative examples. An insulating film formed using a composition) is laminated in this order on a substrate with a film, a silicon wafer, a SiCN film, an organic insulating film (using the film forming compositions of the above-mentioned examples and comparative examples) The insulating film formed in this order was formed on the substrate with the film and the silicon wafer, and the SiCN film and the organic insulating film were formed using the film forming compositions of the respective examples and comparative examples. Insulating film) and a substrate with a film in which an SiO film was laminated in this order were prepared, and the adhesion with these film-attached substrates was also evaluated by the same method (tape test) as described above. In the production of the substrate with these films, the SiOC film is formed by the plasma CVD method so as to have a thickness of 100 nm, and the SiCN film is formed by the plasma CVD method so that the thickness becomes 60 nm. The film was formed by a plasma CVD method so as to have a thickness of 30 nm. In addition, the conditions for forming each film were the same in each Example and each Comparative Example.
[4.7]面内均一性
上記[3]に記載した絶縁膜の形成に従って、直径300mmのシリコンウエハ上に絶縁膜を形成し、n&k Technology,Inc.製、n&k Analyzer 1500を用いて膜厚を測定した。測定ポイントは、中心座標を(0,0)、ノッチ部座標を(0,−150)とし、座標(−150,0)から座標(150,0)の直線座標を等間隔で25ポイントとした。25ポイントの標準偏差(σ)を3倍し、平均値で除した数値を面内均一性の尺度とした。
[4.7] In-plane uniformity In accordance with the formation of the insulating film described in [3] above, an insulating film is formed on a silicon wafer having a diameter of 300 mm. The film thickness was measured using an n & k Analyzer 1500 manufactured by the manufacturer. The measurement point is set to (0,0) for the center coordinates, (0, -150) for the notch coordinates, and 25 points for the linear coordinates from the coordinates (-150,0) to the coordinates (150,0) at equal intervals. . The value obtained by multiplying the standard deviation (σ) of 25 points by 3 and dividing by the average value was used as a measure of in-plane uniformity.
これらの結果を、表1、表2に示した。また、各実施例および各比較例の有機絶縁膜用ワニス(膜形成用組成物)を構成するプレポリマーの重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分散比(Mw/Mn)を表3に示した。なお、プレポリマーの重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分散比(Mw/Mn)については、ゲルパーミュエーションクロマトグラフ(GPC)装置(東ソー株式会社製、HLC−8220GPC)を用い、また、カラムとして、TSKgel GMHXL(ポリスチレン換算排除限界4×102(推定))×2本およびTSKgel G2000HXL(ポリスチレン換算排除限界1×104)×2本を直列接続して、検出器として、屈折率計(RI)または紫外・可視検出器(UV(254nm))を用いて測定を行い、RIまたはUVで得られた結果を解析することにより求めた。また、測定条件としては、移動相:テトラヒドロフラン、温度:40℃、流量:1.00mL/min、試料濃度:0.1wt%テトラヒドロフラン溶液とした。また、表中、シリコンウエハを「Si」で示し、有機絶縁膜(前記各実施例および各比較例の膜形成用組成物を用いて形成された絶縁膜)を「Org」で示し、SiOC膜を「SiOC」で示し、SiCN膜を「SiCN」で示し、SiO膜を「SiO」で示した。 These results are shown in Tables 1 and 2. Moreover, the weight average molecular weight (Mw), the number average molecular weight (Mn), and the dispersion ratio (Mw / Mn) of the prepolymer constituting the organic insulating film varnish (film forming composition) of each example and each comparative example It is shown in Table 3. In addition, about the weight average molecular weight (Mw) of a prepolymer, a number average molecular weight (Mn), and a dispersion ratio (Mw / Mn), a gel permeation chromatograph (GPC) apparatus (the Tosoh Corporation make, HLC-8220GPC) is used. In addition, as a column, TSKgel GMHXL (polystyrene conversion exclusion limit 4 × 10 2 (estimated)) × 2 and TSKgel G2000HXL (polystyrene conversion exclusion limit 1 × 10 4 ) × 2 are connected in series as a detector. Measurement was performed using a refractometer (RI) or an ultraviolet / visible detector (UV (254 nm)), and the results obtained by RI or UV were analyzed. The measurement conditions were mobile phase: tetrahydrofuran, temperature: 40 ° C., flow rate: 1.00 mL / min, sample concentration: 0.1 wt% tetrahydrofuran solution. In the table, the silicon wafer is indicated by “Si”, the organic insulating film (insulating film formed by using the film forming compositions of the respective examples and comparative examples) is indicated by “Org”, and the SiOC film Is indicated by “SiOC”, the SiCN film is indicated by “SiCN”, and the SiO film is indicated by “SiO”.
表1、表2から明らかなように、本発明では、誘電率が低く、破壊電圧が高く、リーク電流も少ないことから絶縁膜として優れた電気特性を示している。また、ガラス転移温度が高く、耐熱性に優れ、かつ弾性率が高く機械強度に優れている。また、本発明では、絶縁膜の半導体基板等への密着性に優れていた。特に、上層部、下層部との密着性に優れていることから、半導体装置の製造プロセスでの適合性に優れていることが分かる。また、本発明では、形成された膜の各部位での不本意な厚みのばらつきが十分に防止されていた(膜厚の均一性に優れていた)。このことから、本発明では、膜の各部位での不本意な特性のばらつきが防止されているといえる。また、表3から明らかなように、本発明では、膜形成用組成物を構成するプレポリマーの分散比が小さかった。このことから、本発明では、プレポリマーの構造が制御されることにより、優れた効果を発揮していることが分かる。
これに対し、各比較例では満足のいく結果が得られなかった。
As is clear from Tables 1 and 2, the present invention shows excellent electrical characteristics as an insulating film because of its low dielectric constant, high breakdown voltage, and low leakage current. Further, the glass transition temperature is high, the heat resistance is excellent, the elastic modulus is high, and the mechanical strength is excellent. Moreover, in this invention, it was excellent in the adhesiveness of the insulating film to the semiconductor substrate etc. In particular, since the adhesion between the upper layer portion and the lower layer portion is excellent, it can be seen that the compatibility in the manufacturing process of the semiconductor device is excellent. Further, in the present invention, the unintentional thickness variation in each part of the formed film was sufficiently prevented (excellent film thickness uniformity). From this, it can be said that in the present invention, unintentional variation in characteristics at each part of the film is prevented. Further, as apparent from Table 3, in the present invention, the dispersion ratio of the prepolymer constituting the film forming composition was small. From this, it can be seen that in the present invention, an excellent effect is exhibited by controlling the structure of the prepolymer.
On the other hand, satisfactory results were not obtained in each comparative example.
1 半導体基板
2 SiN膜
3 層間絶縁膜
4 ハードマスク層
5 改質処理層
6 バリア層
7 銅配線層
100 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記重合性化合物は、分子内に、アダマンタン型のかご型構造を含む部分構造Aと、重合反応に寄与する2つの重合性反応基とを有するものであり、
前記重合性反応基が、芳香環と、当該芳香環に直接結合する2つのエチニル基とを有するものであり、
前記重合性化合物は、前記部分構造Aを中心に、前記重合性反応基が対称的に結合した構造を有するものであることを特徴とする膜形成用組成物。 A film-forming composition comprising a polymerizable compound having a polymerizable functional group and / or a polymer obtained by partially polymerizing the polymerizable compound,
The polymerizable compound has in its molecule a partial structure A including an adamantane-type cage structure and two polymerizable reactive groups contributing to the polymerization reaction,
The polymerizable reactive group has an aromatic ring and two ethynyl groups directly bonded to the aromatic ring;
The composition for film formation, wherein the polymerizable compound has a structure in which the polymerizable reactive groups are symmetrically bonded around the partial structure A.
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