Ｎ−アルキルボラジンの製法
【課題】Ｎ−アルキルボラジンを高効率で製造しうる手段を提供する。
【解決手段】ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法である。
【解決手段】ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ−アルキルボラジンの製法に関する。Ｎ−アルキルボラジンは、例えば、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパー層を形成するために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の高性能化に伴い、ＬＳＩ等のデザインルールは、年々微細になっている。微細なデザインルールのＬＳＩ製造においては、ＬＳＩを構成する材料も高性能で、微細なＬＳＩ上でも機能を果たすものでなければならない。
【０００３】
例えば、ＬＳＩ中の層間絶縁膜に用いられる材料に関していえば、高い誘電率は信号遅延の原因となる。微細なＬＳＩにおいては、この信号遅延の影響が特に大きい。このため、層間絶縁膜として用いられうる、新たな低誘電材料の開発が所望されていた。また、層間絶縁膜として使用されるためには、誘電率が低いだけでなく、耐湿性、耐熱性、機械的強度などの特性にも優れている必要がある。
【０００４】
かような要望に応えるものとして、分子内にボラジン環骨格を有するボラジン化合物が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。ボラジン環骨格を有するボラジン化合物は分子分極率が小さいため、形成される被膜は低誘電率である。その上、形成される被膜は、耐熱性にも優れる。
【０００５】
ボラジン化合物の１つとして、ボラジン環を構成する窒素原子がアルキル基と結合しているＮ−アルキルボラジンがある。Ｎ−アルキルボラジンは、それ自体が半導体用層間絶縁膜などの原料として用いられうる。また、他のボラジン化合物を製造する際の中間体ともなる。例えば、Ｎ−アルキルボラジンのホウ素に結合している水素原子をアルキル基で置換することによって、ヘキサアルキルボラジンが製造される。
【０００６】
Ｎ−アルキルボラジンを製造する手法として、水素化ホウ素のアルカリ金属塩（水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウムまたは水素化ホウ素リチウム）とアルキルアミン塩（例えば、メチルアミン塩酸塩）とを溶媒中で反応させる手法の他に、ジボランとアセトニトリルのようなニトリルとを反応させる手法が知られている（非特許文献１〜３）。非特許文献１〜３には、ジボランをアセトニトリルに吹き込み、無溶媒で反応させてＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４０６８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９２８９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｈ．Ｊ．Ｅｍｅｌｅｕｓ ａｎｄ Ｋ．Ｗａｄｅ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９６０，２６１４−２６１７．
【非特許文献２】Ｊ．Ｒ．Ｊｅｎｎｉｎｉｇｓ ａｎｄ Ｋ．Ｗａｄｅ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９６８，１９４６−１９５０．
【非特許文献３】Ｒ．Ｃｏｕｌｔ，Ｍ．Ａ．Ｆｏｘ，Ｂ．Ｒａｎｄ，Ｋ．Ｗａｄｅ，Ａ．Ｖ．Ｋ．Ｗｅｓｔｗｏｏｄ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｄａｌｔｏｎ Ｔｒａｎｓ．，１９９７，３４１１−３４１３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記非特許文献１〜３に記載の方法では、トリアルキルボランや、他のホウ素−窒素複素環化合物などの副生成物が生じる。そのため、Ｎ−アルキルボラジンを高効率で製造することは困難であった。
【００１０】
そこで本発明は、Ｎ−アルキルボラジンを高効率で製造しうる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の課題に鑑み、ボラン錯体またはジボランとニトリルとの反応条件を鋭意検討した。その過程で、上記反応を溶媒中で行うことで、反応が効率的に進行し、Ｎ−アルキルボラジンの収率が向上しうることを見出した。
【００１２】
すなわち本発明は、ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｎ−アルキルボラジンが高効率で製造されうる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、下記反応式に示されるように、ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法である。
【００１５】
【化１】
【００１６】
以下、本発明の製造方法について説明する。
【００１７】
ボランは、ＢＨ３の化学式で表される化合物である。一般にボランは単独では不安定であるので、二量体であるジボラン（Ｂ２Ｈ６）として存在する。また、単量体のボランは、例えばテトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ジメチルスルフィド、ピリジン、トリエチルアミン、トリフェニルホスフィンのようなルイス塩基との錯形成によって安定化されることが知られている。本発明においては、ジボラン、および錯形成によって安定化されたボラン錯体のいずれも原料として用いることができる。
【００１８】
ニトリル（ＲＣＮ）において、Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である。アルキル基は、直鎖であっても、分岐であってもよい。アルキル基の有する炭素数は、特に限定されないが、好ましくは１〜８個、より好ましくは１〜４個、さらに好ましくは１個である。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられる。これら以外のアルキル基が用いられてもよい。シクロアルキル基の有する炭素数は、特に限定されないが、好ましくは３〜８個、より好ましくは４〜７個、さらに好ましくは５〜６個である。シクロアルキル基の例としては以下に限定されることはないが、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などが挙げられる。アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基などが挙げられる。
【００１９】
使用するニトリルは、合成するＮ−アルキルボラジンの構造に応じて選択すればよい。例えば、ボラジン環を構成する窒素原子にエチル基が結合しているＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを製造する場合にはＲがメチル基であるアセトニトリルを用いればよい。
【００２０】
本発明において、原料であるニトリルの水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。ニトリルの水分含量が１質量％以下であれば、収率および純度の高いＮ−アルキルボラジンが得られうる。なお、ニトリルの水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００２１】
Ｎ−アルキルボラジンは、下記式で表される化合物である。
【００２２】
【化２】
【００２３】
式中、Ｒは、ニトリルについて記載した通りであるため、ここでは説明を省略する。Ｎ−アルキルボラジンの例としては、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリメチルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−プロピル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−ブチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（イソブチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（２−メチルブチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−ペンチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（イソペンチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎｅｏ−ペンチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−ヘキシル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ”−エチルボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジエチル−Ｎ”−メチルボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ”−プロピルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（シクロへキシルメチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリベンジルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリフェネチルボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ”−ベンジルボラジンなどが挙げられる。
【００２４】
本発明は、Ｎ−アルキルボラジンを合成の際、ボラン錯体またはジボランとニトリルとの反応を溶媒中で行う点に特徴を有する。溶媒中で反応を行うことにより、無溶媒の場合に比べて原料の分子の拡散が効果的に進行し、反応速度が向上しうる。また、熱の制御が容易になる。特に、ニトリルよりも沸点の高い溶媒を用いた場合、無溶媒の場合に比べてより高温での反応が可能になる。このため、反応が効率的に進行し、Ｎ−アルキルボラジンの収率を向上させることができる。
【００２５】
本発明に用いられうる溶媒は、原料を溶解し、生成したＮ−アルキルボラジンを分解しないものであれば特に制限されない。好ましくは、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、エーテル類が用いられうる。芳香族炭化水素としては、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼンなどが挙げられる。脂肪族炭化水素としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、テトラリン、デカリンなどが挙げられる。エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、モノエチレングリコールジメチルエーテル（モノグライム）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグライム）、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル（ペンタグライム）、モノ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エチルエーテル、モノプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、モノプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテルなどが用いられうる。これらの溶媒は単一で用いてもよく２種類以上を併用してもよい。
【００２６】
上記溶媒は、はじめにニトリルと混合し、得られた混合液にボラン錯体またはジボランを添加して反応させてもよく、はじめにボラン錯体またはジボランと混合して得られた混合液をニトリルに供給してもよい。また、ニトリルおよびボラン錯体またはジボランをそれぞれ上記溶媒に供給し、これらを混合して反応させてもよい。好ましくは、はじめに溶媒とニトリルとを混合し、得られた混合液にボラン錯体またはジボランを添加して反応させる。
【００２７】
溶媒の使用量についても、特に限定されない。原料や生成物の溶解度や溶媒の取り扱い易さなどに応じて、溶媒の使用量を選択するとよい。好ましくは、ボラン錯体またはジボランとニトリルとの総量に対して、１〜２０質量倍、より好ましくは３〜１５質量倍、さらに好ましくは５〜１０質量倍の溶媒が用いられる。
【００２８】
好ましくは、前記溶媒は、水分含量の低いものを用いる。Ｎ−アルキルボラジンは水との接触により分解しうるため、かような形態によってＮ−アルキルボラジンの分解およびこれに伴う収率の低下が抑制されうる。前記溶媒の水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。溶媒の水分含量が１質量％以下であれば、収率および純度の高いＮ−アルキルボラジンが得られうる。なお、溶媒の水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００２９】
気体状のジボランは、市販のものを用いてもよいが、ジボランは、例えば、ＡＢＨ４（Ａは、リチウム原子、ナトリウム原子またはカリウム原子である）で表される水素化ホウ素アルカリをＢＸ３（Ｘはハロゲン原子である）で表されるハロゲン化ホウ素と反応させて得ることができる。上記反応は溶媒中で行うことが好ましい。水素化ホウ素アルカリの例としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、および水素化ホウ素カリウムが挙げられる。ハロゲン化ホウ素の例としては、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素などが挙げられる。ハロゲン化ホウ素は、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン、ジメチルスルフィド、ピリジンなどにより錯体化されたものでもよい。好ましくは、ＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ錯体などが用いられうる。ここで、水素化ホウ素アルカリおよびハロゲン化ホウ素は、水分含量が低減されたものを用いることが好ましい。水素化ホウ素アルカリの水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。なお、水素化ホウ素アルカリの水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００３０】
水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられうる溶媒としては、特に制限されないが、例えば、テトラヒドロフラン、モノエチレングリコールジメチルエーテル（モノグライム）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグライム）等が挙げられる。
【００３１】
好ましくは、水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられる溶媒は、水分含量が低いものを用いる。かような形態によって、生成するジボランの水分含量が低減され、これを原料として合成されるＮ−アルキルボラジンの分解およびこれに伴う収率の低下が抑制されうる。具体的には、溶媒の水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。なお、溶媒の水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００３２】
水分含量の低い水素化ホウ素アルカリ、ハロゲン化ホウ素、および水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられる溶媒の入手経路は特に限定されない。水分含量の少ない商品が市販されている場合には当該商品を購入して用いてもよいし、一般に市販されている比較的水分含量の多い商品を購入した後に、自ら当該商品中の水分含量を低減させて用いてもよい。
【００３３】
水素化ホウ素アルカリ、ハロゲン化ホウ素、および水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられる溶媒の水分含量を低減させる手法についても特に制限されず、化学合成の分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、乾燥剤（例えば、シリカゲルや硫酸ナトリウム）による乾燥、蒸留などが挙げられる。
【００３４】
水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素とのモル比は特に限定されないが、水素化ホウ素アルカリの使用量を１モルとした場合、ハロゲン化ホウ素の使用量を０．８〜１．２モルとすることが好ましい。
【００３５】
水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応条件は、特に限定されない。反応温度は、好ましくは、０〜１００℃である。反応温度は、Ｋ熱電対などの温度センサを用いて測定されうる。
【００３６】
ジボランをニトリルに導入する方法は、特に制限されないが、例えば、気体状のジボランを、好ましくは窒素などの不活性ガスでジボラン：不活性ガスの体積比が１：１０〜１：１０００程度になるように希釈して、ニトリルと溶媒との混合液に導入し、撹拌して反応させる。
【００３７】
または、ジボランを、例えば液体窒素などを用いて融点（−１６４．９℃）以下の低温に冷却して液化させ、これをニトリルと溶媒との混合液に混合してもよい。液化させたジボランをニトリルと溶媒との混合液に混合したあと、昇温して反応させる。
【００３８】
反応温度は、好ましくは８０〜２００℃であり、より好ましくは１００〜１８０℃であり、さらに好ましくは１２０〜１７０℃である。上記範囲で反応させると効率的に反応が進行しうる。反応温度は、Ｋ熱電対などの温度センサを用いて測定されうる。反応時間は、好ましくは１〜２０時間であり、より好ましくは１〜１０時間であり、さらに好ましくは１〜５時間である。
【００３９】
ジボランとニトリルのモル比は特に限定されないが、ニトリルの使用量を１モルとした場合、ジボランの使用量を、好ましくは０．５〜２．０モル、より好ましくは０．５〜１モルとする。
【００４０】
なお、ニトリルは、水分含量の少ないものであることが好ましい。水分含量が少ないニトリルを用いてＮ−アルキルボラジンを合成することで、合成されたＮ−アルキルボラジンの、水分の混入に起因する分解が効果的に抑制され、Ｎ−アルキルボラジンの収率がより向上する。また、ジボランがニトリルに含まれる水分と反応して、ホウ酸が生成してしまうことを防ぐことができる。水分含量の少ないニトリルの入手経路、自ら水分含量を低減させる手法などの形態については上述した通りである。
【００４１】
上述したように、一般にボラン（ＢＨ３）は不安定な化合物であり、例えばテトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ジメチルスルフィド、ピリジン、トリエチルアミンなどのルイス塩基との錯形成によって安定化されることが知られている。本発明の製造方法においては、錯形成によって安定化されたボラン錯体を原料として用いてもよい。前記ボラン錯体は、溶液の形態であってもよく、固体や液体の形態であってもよい。好ましくは、溶液の形態で用いられる。
【００４２】
ボラン錯体を溶液の形態で用いる場合、１〜１０モル％の濃度に調製することが好ましい。溶媒としては、好ましくは、上記のルイス塩基を配位溶媒として用いる。または、ニトリルとの反応に用いられる溶媒と同じ溶媒を用いる。
【００４３】
ボラン錯体とニトリルとを溶媒中で混合する方法は特に制限されない。ボラン錯体（またはボラン錯体と溶媒との混合液）を滴下してニトリル（またはニトリルと溶媒との混合液）に加えてもよく、ニトリル（またはニトリルと溶媒との混合液）を滴下してボラン錯体（またはボラン錯体と溶媒との混合液）に添加してもよい。
【００４４】
好ましい反応温度、反応時間はジボランを原料とした場合と同様である。また、ニトリルの使用量を１モルとした場合、ボラン錯体の使用量を０．５〜１．５モルとすることが好ましい。
【００４５】
なお、前記ボラン錯体は、水分含量を低減させたものを用いることが好ましい。ボラン錯体は、例えば、蒸留、乾燥剤（例えば、シリカゲルや硫酸ナトリウム）による乾燥などの手法によって水分含量を低減させることができる。
【００４６】
合成されたＮ−アルキルボラジンは、必要に応じて精製されうる。Ｎ−アルキルボラジンの精製方法としては、例えば、蒸留精製が用いられる。
【００４７】
蒸留精製装置の大きさや種類は、環境や規模に応じて決定されればよい。例えば、大量のＮ−アルキルボラジンを処理するのであれば、工業的規模の蒸留塔が用いられうる。少量のＮ−アルキルボラジンを処理するのであれば、蒸留管を用いた蒸留精製が用いられうる。例えば、少量のＮ−アルキルボラジンを処理する蒸留装置の具体例としては、３つ口フラスコにクライゼン型の連結管でリービッヒ冷却管を取り付けた蒸留装置が用いられうる。ただし、このような蒸留装置を用いる実施形態に、本発明の技術的範囲が限定されるわけではない。
【００４８】
蒸留精製の際の温度は特に制限されず、合成されたＮ−アルキルボラジンの種類に応じて適宜設定されうる。一例を挙げると、通常は１００〜１５０℃程度である。
【００４９】
製造されたＮ−アルキルボラジンは、特に限定されないが、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパー層などの形成に用いられうる。その際には、Ｎ−アルキルボラジンがそのまま用いられてもよいし、Ｎ−アルキルボラジンに改変を加えた化合物（誘導体）が用いられてもよい。Ｎ−アルキルボラジンまたはＮ−アルキルボラジンの誘導体を重合させた重合体を、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層またはエッチストッパー層の原料として用いてもよい。以下、「Ｎ−アルキルボラジン」、「Ｎ−アルキルボラジンの誘導体」および「これらに起因する重合体」をまとめて、「ボラジン環含有化合物」と称する。
【００５０】
ボラジン環含有化合物を用いて、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層またはエッチス
トッパー層を形成する手法としては、例えば、ボラジン環含有化合物を含む溶液状または
スラリー状の組成物を調製し、これを所望の部位に塗布することによって、塗膜を形成す
る手法が用いられうる。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例および比較例を用いて本発明の実施の形態をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみには制限されない。
【００５２】
なお、下記の実施例および比較例において、原料であるニトリル、水素化ホウ素アルカリおよび溶媒の水分含量は、以下の手法により測定した。
【００５３】
すなわち、ニトリルおよび溶媒の水分含量については、カールフィッシャーＡＱ−７（平沼産業株式会社製）を用いて測定した。この際、発生液としてはアクアライトＲＳを用い、対極液としてはアクアライトＣＮを用いた。
【００５４】
また、水素化ホウ素アルカリの水分含量については、カールフィッシャーＣＡ−１００（三菱化学株式会社製）を用いて測定した。この際、発生液としてはアクアミクロンＡＸを用い、対極液としてはアクアミクロンＣＸＵを用いた。
【００５５】
（実施例１）
反応原料であるニトリルとしてアセトニトリルを準備し、蒸留の方法で乾燥処理し、水分含量０．００３質量％のアセトニトリルを得た。
【００５６】
同様にジボランを発生させるための原料として、水素化ホウ素アルカリである水素化ホウ素ナトリウム、ハロゲン化ホウ素である三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体（ＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ）、溶媒であるジグライムを準備した。水素化ホウ素ナトリウムを２５℃、０．０７ＭＰａの雰囲気下に１２時間放置して、減圧乾燥させ、水分含量０．０８質量％の水素化ホウ素ナトリウムを得た。ジグライムは、モレキュラーシーブ３Ａ（巴工業株式会社製）を添加することによって乾燥させ、水分含量０．０１２質量％のジグライムを得た。
【００５７】
冷却管を備えた反応容器１に、窒素置換しながらアセトニトリル（２４．６ｇ、水分含量０．００３質量％）およびジグライム（５０ｇ、水分含量０．０１２質量％）を仕込み、６０℃に加熱した。一方、別の反応容器２にジグライム（１５０ｇ、水分含量０．０１２質量％）と水素化ホウ素ナトリウム（１９．０ｇ、水分含量０．０８質量％）とを仕込み、そこにＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ（７１ｇ）を滴下することでＢ２Ｈ６を発生させた。発生させたＢ２Ｈ６は、窒素で希釈しながら順次反応容器１のアセトニトリル中に撹拌しながら２時間バブリングした。Ｂ２Ｈ６のバブリング終了後、反応溶液を１２０℃まで加熱し２時間撹拌を行った。反応後の溶液を蒸留することで、２０ｇのＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを得た（収率６１％）。
【００５８】
（比較例１）
実施例１と同様に、アセトニトリル、水素化ホウ素ナトリウム、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体（ＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ）を準備し、アセトニトリルおよび水素化ホウ素ナトリウムを乾燥させた。
【００５９】
反応容器１に、窒素置換しながら、アセトニトリル（２４．６ｇ、水分含量０．００３質量％）を仕込み、６０℃に加熱した。一方、別の反応容器２にジグライム（１５０ｇ、水分含量０．０１２質量％）と水素化ホウ素ナトリウム（１９．０ｇ、水分含量０．０８質量％）を仕込み、そこにＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ（７１ｇ）を滴下することでＢ２Ｈ６を発生させた。発生させたＢ２Ｈ６は、窒素で希釈しながら順次反応容器１のアセトニトリル中にバブリングし、同時に反応容器１の反応液の撹拌を行った。Ｂ２Ｈ６のバブリング終了後、反応溶液を２時間撹拌した。反応溶液を蒸留することで、１３ｇのＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを得た（収率４０％）。
【００６０】
以上の実施例および比較例に示す結果から、Ｎ−アルキルボラジンの合成において、ジボランとニトリルとの反応を溶媒中で行うことで、Ｎ−アルキルボラジンの収量を向上させうることが示される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ−アルキルボラジンの製法に関する。Ｎ−アルキルボラジンは、例えば、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパー層を形成するために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
情報機器の高性能化に伴い、ＬＳＩ等のデザインルールは、年々微細になっている。微細なデザインルールのＬＳＩ製造においては、ＬＳＩを構成する材料も高性能で、微細なＬＳＩ上でも機能を果たすものでなければならない。
【０００３】
例えば、ＬＳＩ中の層間絶縁膜に用いられる材料に関していえば、高い誘電率は信号遅延の原因となる。微細なＬＳＩにおいては、この信号遅延の影響が特に大きい。このため、層間絶縁膜として用いられうる、新たな低誘電材料の開発が所望されていた。また、層間絶縁膜として使用されるためには、誘電率が低いだけでなく、耐湿性、耐熱性、機械的強度などの特性にも優れている必要がある。
【０００４】
かような要望に応えるものとして、分子内にボラジン環骨格を有するボラジン化合物が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。ボラジン環骨格を有するボラジン化合物は分子分極率が小さいため、形成される被膜は低誘電率である。その上、形成される被膜は、耐熱性にも優れる。
【０００５】
ボラジン化合物の１つとして、ボラジン環を構成する窒素原子がアルキル基と結合しているＮ−アルキルボラジンがある。Ｎ−アルキルボラジンは、それ自体が半導体用層間絶縁膜などの原料として用いられうる。また、他のボラジン化合物を製造する際の中間体ともなる。例えば、Ｎ−アルキルボラジンのホウ素に結合している水素原子をアルキル基で置換することによって、ヘキサアルキルボラジンが製造される。
【０００６】
Ｎ−アルキルボラジンを製造する手法として、水素化ホウ素のアルカリ金属塩（水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウムまたは水素化ホウ素リチウム）とアルキルアミン塩（例えば、メチルアミン塩酸塩）とを溶媒中で反応させる手法の他に、ジボランとアセトニトリルのようなニトリルとを反応させる手法が知られている（非特許文献１〜３）。非特許文献１〜３には、ジボランをアセトニトリルに吹き込み、無溶媒で反応させてＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４０６８９号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９２８９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｈ．Ｊ．Ｅｍｅｌｅｕｓ ａｎｄ Ｋ．Ｗａｄｅ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９６０，２６１４−２６１７．
【非特許文献２】Ｊ．Ｒ．Ｊｅｎｎｉｎｉｇｓ ａｎｄ Ｋ．Ｗａｄｅ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９６８，１９４６−１９５０．
【非特許文献３】Ｒ．Ｃｏｕｌｔ，Ｍ．Ａ．Ｆｏｘ，Ｂ．Ｒａｎｄ，Ｋ．Ｗａｄｅ，Ａ．Ｖ．Ｋ．Ｗｅｓｔｗｏｏｄ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｄａｌｔｏｎ Ｔｒａｎｓ．，１９９７，３４１１−３４１３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記非特許文献１〜３に記載の方法では、トリアルキルボランや、他のホウ素−窒素複素環化合物などの副生成物が生じる。そのため、Ｎ−アルキルボラジンを高効率で製造することは困難であった。
【００１０】
そこで本発明は、Ｎ−アルキルボラジンを高効率で製造しうる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の課題に鑑み、ボラン錯体またはジボランとニトリルとの反応条件を鋭意検討した。その過程で、上記反応を溶媒中で行うことで、反応が効率的に進行し、Ｎ−アルキルボラジンの収率が向上しうることを見出した。
【００１２】
すなわち本発明は、ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｎ−アルキルボラジンが高効率で製造されうる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、下記反応式に示されるように、ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法である。
【００１５】
【化１】
【００１６】
以下、本発明の製造方法について説明する。
【００１７】
ボランは、ＢＨ３の化学式で表される化合物である。一般にボランは単独では不安定であるので、二量体であるジボラン（Ｂ２Ｈ６）として存在する。また、単量体のボランは、例えばテトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ジメチルスルフィド、ピリジン、トリエチルアミン、トリフェニルホスフィンのようなルイス塩基との錯形成によって安定化されることが知られている。本発明においては、ジボラン、および錯形成によって安定化されたボラン錯体のいずれも原料として用いることができる。
【００１８】
ニトリル（ＲＣＮ）において、Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である。アルキル基は、直鎖であっても、分岐であってもよい。アルキル基の有する炭素数は、特に限定されないが、好ましくは１〜８個、より好ましくは１〜４個、さらに好ましくは１個である。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などが挙げられる。これら以外のアルキル基が用いられてもよい。シクロアルキル基の有する炭素数は、特に限定されないが、好ましくは３〜８個、より好ましくは４〜７個、さらに好ましくは５〜６個である。シクロアルキル基の例としては以下に限定されることはないが、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。アリール基の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などが挙げられる。アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基などが挙げられる。
【００１９】
使用するニトリルは、合成するＮ−アルキルボラジンの構造に応じて選択すればよい。例えば、ボラジン環を構成する窒素原子にエチル基が結合しているＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを製造する場合にはＲがメチル基であるアセトニトリルを用いればよい。
【００２０】
本発明において、原料であるニトリルの水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。ニトリルの水分含量が１質量％以下であれば、収率および純度の高いＮ−アルキルボラジンが得られうる。なお、ニトリルの水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００２１】
Ｎ−アルキルボラジンは、下記式で表される化合物である。
【００２２】
【化２】
【００２３】
式中、Ｒは、ニトリルについて記載した通りであるため、ここでは説明を省略する。Ｎ−アルキルボラジンの例としては、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリメチルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−プロピル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−ブチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（イソブチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（２−メチルブチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−ペンチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（イソペンチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎｅｏ−ペンチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（ｎ−ヘキシル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ”−エチルボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジエチル−Ｎ”−メチルボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ”−プロピルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリ（シクロへキシルメチル）ボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリベンジルボラジン、Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−トリフェネチルボラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ”−ベンジルボラジンなどが挙げられる。
【００２４】
本発明は、Ｎ−アルキルボラジンを合成の際、ボラン錯体またはジボランとニトリルとの反応を溶媒中で行う点に特徴を有する。溶媒中で反応を行うことにより、無溶媒の場合に比べて原料の分子の拡散が効果的に進行し、反応速度が向上しうる。また、熱の制御が容易になる。特に、ニトリルよりも沸点の高い溶媒を用いた場合、無溶媒の場合に比べてより高温での反応が可能になる。このため、反応が効率的に進行し、Ｎ−アルキルボラジンの収率を向上させることができる。
【００２５】
本発明に用いられうる溶媒は、原料を溶解し、生成したＮ−アルキルボラジンを分解しないものであれば特に制限されない。好ましくは、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、エーテル類が用いられうる。芳香族炭化水素としては、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼンなどが挙げられる。脂肪族炭化水素としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、テトラリン、デカリンなどが挙げられる。エーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチルエーテル、モノエチレングリコールジメチルエーテル（モノグライム）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグライム）、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル（ペンタグライム）、モノ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エチルエーテル、モノプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、モノプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテルなどが用いられうる。これらの溶媒は単一で用いてもよく２種類以上を併用してもよい。
【００２６】
上記溶媒は、はじめにニトリルと混合し、得られた混合液にボラン錯体またはジボランを添加して反応させてもよく、はじめにボラン錯体またはジボランと混合して得られた混合液をニトリルに供給してもよい。また、ニトリルおよびボラン錯体またはジボランをそれぞれ上記溶媒に供給し、これらを混合して反応させてもよい。好ましくは、はじめに溶媒とニトリルとを混合し、得られた混合液にボラン錯体またはジボランを添加して反応させる。
【００２７】
溶媒の使用量についても、特に限定されない。原料や生成物の溶解度や溶媒の取り扱い易さなどに応じて、溶媒の使用量を選択するとよい。好ましくは、ボラン錯体またはジボランとニトリルとの総量に対して、１〜２０質量倍、より好ましくは３〜１５質量倍、さらに好ましくは５〜１０質量倍の溶媒が用いられる。
【００２８】
好ましくは、前記溶媒は、水分含量の低いものを用いる。Ｎ−アルキルボラジンは水との接触により分解しうるため、かような形態によってＮ−アルキルボラジンの分解およびこれに伴う収率の低下が抑制されうる。前記溶媒の水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。溶媒の水分含量が１質量％以下であれば、収率および純度の高いＮ−アルキルボラジンが得られうる。なお、溶媒の水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００２９】
気体状のジボランは、市販のものを用いてもよいが、ジボランは、例えば、ＡＢＨ４（Ａは、リチウム原子、ナトリウム原子またはカリウム原子である）で表される水素化ホウ素アルカリをＢＸ３（Ｘはハロゲン原子である）で表されるハロゲン化ホウ素と反応させて得ることができる。上記反応は溶媒中で行うことが好ましい。水素化ホウ素アルカリの例としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、および水素化ホウ素カリウムが挙げられる。ハロゲン化ホウ素の例としては、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素などが挙げられる。ハロゲン化ホウ素は、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン、ジメチルスルフィド、ピリジンなどにより錯体化されたものでもよい。好ましくは、ＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ錯体などが用いられうる。ここで、水素化ホウ素アルカリおよびハロゲン化ホウ素は、水分含量が低減されたものを用いることが好ましい。水素化ホウ素アルカリの水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。なお、水素化ホウ素アルカリの水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００３０】
水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられうる溶媒としては、特に制限されないが、例えば、テトラヒドロフラン、モノエチレングリコールジメチルエーテル（モノグライム）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグライム）等が挙げられる。
【００３１】
好ましくは、水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられる溶媒は、水分含量が低いものを用いる。かような形態によって、生成するジボランの水分含量が低減され、これを原料として合成されるＮ−アルキルボラジンの分解およびこれに伴う収率の低下が抑制されうる。具体的には、溶媒の水分含量は、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．１質量％以下であり、さらに好ましくは０．０５質量％以下であり、特に好ましくは０．０１質量％以下である。なお、溶媒の水分含量の値としては、後述の実施例において採用される手法により測定される値を採用するものとする。
【００３２】
水分含量の低い水素化ホウ素アルカリ、ハロゲン化ホウ素、および水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられる溶媒の入手経路は特に限定されない。水分含量の少ない商品が市販されている場合には当該商品を購入して用いてもよいし、一般に市販されている比較的水分含量の多い商品を購入した後に、自ら当該商品中の水分含量を低減させて用いてもよい。
【００３３】
水素化ホウ素アルカリ、ハロゲン化ホウ素、および水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応に用いられる溶媒の水分含量を低減させる手法についても特に制限されず、化学合成の分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、加熱乾燥、減圧乾燥、乾燥剤（例えば、シリカゲルや硫酸ナトリウム）による乾燥、蒸留などが挙げられる。
【００３４】
水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素とのモル比は特に限定されないが、水素化ホウ素アルカリの使用量を１モルとした場合、ハロゲン化ホウ素の使用量を０．８〜１．２モルとすることが好ましい。
【００３５】
水素化ホウ素アルカリとハロゲン化ホウ素との反応条件は、特に限定されない。反応温度は、好ましくは、０〜１００℃である。反応温度は、Ｋ熱電対などの温度センサを用いて測定されうる。
【００３６】
ジボランをニトリルに導入する方法は、特に制限されないが、例えば、気体状のジボランを、好ましくは窒素などの不活性ガスでジボラン：不活性ガスの体積比が１：１０〜１：１０００程度になるように希釈して、ニトリルと溶媒との混合液に導入し、撹拌して反応させる。
【００３７】
または、ジボランを、例えば液体窒素などを用いて融点（−１６４．９℃）以下の低温に冷却して液化させ、これをニトリルと溶媒との混合液に混合してもよい。液化させたジボランをニトリルと溶媒との混合液に混合したあと、昇温して反応させる。
【００３８】
反応温度は、好ましくは８０〜２００℃であり、より好ましくは１００〜１８０℃であり、さらに好ましくは１２０〜１７０℃である。上記範囲で反応させると効率的に反応が進行しうる。反応温度は、Ｋ熱電対などの温度センサを用いて測定されうる。反応時間は、好ましくは１〜２０時間であり、より好ましくは１〜１０時間であり、さらに好ましくは１〜５時間である。
【００３９】
ジボランとニトリルのモル比は特に限定されないが、ニトリルの使用量を１モルとした場合、ジボランの使用量を、好ましくは０．５〜２．０モル、より好ましくは０．５〜１モルとする。
【００４０】
なお、ニトリルは、水分含量の少ないものであることが好ましい。水分含量が少ないニトリルを用いてＮ−アルキルボラジンを合成することで、合成されたＮ−アルキルボラジンの、水分の混入に起因する分解が効果的に抑制され、Ｎ−アルキルボラジンの収率がより向上する。また、ジボランがニトリルに含まれる水分と反応して、ホウ酸が生成してしまうことを防ぐことができる。水分含量の少ないニトリルの入手経路、自ら水分含量を低減させる手法などの形態については上述した通りである。
【００４１】
上述したように、一般にボラン（ＢＨ３）は不安定な化合物であり、例えばテトラヒドロフラン、ジメチルエーテル、ジメチルスルフィド、ピリジン、トリエチルアミンなどのルイス塩基との錯形成によって安定化されることが知られている。本発明の製造方法においては、錯形成によって安定化されたボラン錯体を原料として用いてもよい。前記ボラン錯体は、溶液の形態であってもよく、固体や液体の形態であってもよい。好ましくは、溶液の形態で用いられる。
【００４２】
ボラン錯体を溶液の形態で用いる場合、１〜１０モル％の濃度に調製することが好ましい。溶媒としては、好ましくは、上記のルイス塩基を配位溶媒として用いる。または、ニトリルとの反応に用いられる溶媒と同じ溶媒を用いる。
【００４３】
ボラン錯体とニトリルとを溶媒中で混合する方法は特に制限されない。ボラン錯体（またはボラン錯体と溶媒との混合液）を滴下してニトリル（またはニトリルと溶媒との混合液）に加えてもよく、ニトリル（またはニトリルと溶媒との混合液）を滴下してボラン錯体（またはボラン錯体と溶媒との混合液）に添加してもよい。
【００４４】
好ましい反応温度、反応時間はジボランを原料とした場合と同様である。また、ニトリルの使用量を１モルとした場合、ボラン錯体の使用量を０．５〜１．５モルとすることが好ましい。
【００４５】
なお、前記ボラン錯体は、水分含量を低減させたものを用いることが好ましい。ボラン錯体は、例えば、蒸留、乾燥剤（例えば、シリカゲルや硫酸ナトリウム）による乾燥などの手法によって水分含量を低減させることができる。
【００４６】
合成されたＮ−アルキルボラジンは、必要に応じて精製されうる。Ｎ−アルキルボラジンの精製方法としては、例えば、蒸留精製が用いられる。
【００４７】
蒸留精製装置の大きさや種類は、環境や規模に応じて決定されればよい。例えば、大量のＮ−アルキルボラジンを処理するのであれば、工業的規模の蒸留塔が用いられうる。少量のＮ−アルキルボラジンを処理するのであれば、蒸留管を用いた蒸留精製が用いられうる。例えば、少量のＮ−アルキルボラジンを処理する蒸留装置の具体例としては、３つ口フラスコにクライゼン型の連結管でリービッヒ冷却管を取り付けた蒸留装置が用いられうる。ただし、このような蒸留装置を用いる実施形態に、本発明の技術的範囲が限定されるわけではない。
【００４８】
蒸留精製の際の温度は特に制限されず、合成されたＮ−アルキルボラジンの種類に応じて適宜設定されうる。一例を挙げると、通常は１００〜１５０℃程度である。
【００４９】
製造されたＮ−アルキルボラジンは、特に限定されないが、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパー層などの形成に用いられうる。その際には、Ｎ−アルキルボラジンがそのまま用いられてもよいし、Ｎ−アルキルボラジンに改変を加えた化合物（誘導体）が用いられてもよい。Ｎ−アルキルボラジンまたはＮ−アルキルボラジンの誘導体を重合させた重合体を、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層またはエッチストッパー層の原料として用いてもよい。以下、「Ｎ−アルキルボラジン」、「Ｎ−アルキルボラジンの誘導体」および「これらに起因する重合体」をまとめて、「ボラジン環含有化合物」と称する。
【００５０】
ボラジン環含有化合物を用いて、半導体用層間絶縁膜、バリアメタル層またはエッチス
トッパー層を形成する手法としては、例えば、ボラジン環含有化合物を含む溶液状または
スラリー状の組成物を調製し、これを所望の部位に塗布することによって、塗膜を形成す
る手法が用いられうる。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例および比較例を用いて本発明の実施の形態をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみには制限されない。
【００５２】
なお、下記の実施例および比較例において、原料であるニトリル、水素化ホウ素アルカリおよび溶媒の水分含量は、以下の手法により測定した。
【００５３】
すなわち、ニトリルおよび溶媒の水分含量については、カールフィッシャーＡＱ−７（平沼産業株式会社製）を用いて測定した。この際、発生液としてはアクアライトＲＳを用い、対極液としてはアクアライトＣＮを用いた。
【００５４】
また、水素化ホウ素アルカリの水分含量については、カールフィッシャーＣＡ−１００（三菱化学株式会社製）を用いて測定した。この際、発生液としてはアクアミクロンＡＸを用い、対極液としてはアクアミクロンＣＸＵを用いた。
【００５５】
（実施例１）
反応原料であるニトリルとしてアセトニトリルを準備し、蒸留の方法で乾燥処理し、水分含量０．００３質量％のアセトニトリルを得た。
【００５６】
同様にジボランを発生させるための原料として、水素化ホウ素アルカリである水素化ホウ素ナトリウム、ハロゲン化ホウ素である三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体（ＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ）、溶媒であるジグライムを準備した。水素化ホウ素ナトリウムを２５℃、０．０７ＭＰａの雰囲気下に１２時間放置して、減圧乾燥させ、水分含量０．０８質量％の水素化ホウ素ナトリウムを得た。ジグライムは、モレキュラーシーブ３Ａ（巴工業株式会社製）を添加することによって乾燥させ、水分含量０．０１２質量％のジグライムを得た。
【００５７】
冷却管を備えた反応容器１に、窒素置換しながらアセトニトリル（２４．６ｇ、水分含量０．００３質量％）およびジグライム（５０ｇ、水分含量０．０１２質量％）を仕込み、６０℃に加熱した。一方、別の反応容器２にジグライム（１５０ｇ、水分含量０．０１２質量％）と水素化ホウ素ナトリウム（１９．０ｇ、水分含量０．０８質量％）とを仕込み、そこにＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ（７１ｇ）を滴下することでＢ２Ｈ６を発生させた。発生させたＢ２Ｈ６は、窒素で希釈しながら順次反応容器１のアセトニトリル中に撹拌しながら２時間バブリングした。Ｂ２Ｈ６のバブリング終了後、反応溶液を１２０℃まで加熱し２時間撹拌を行った。反応後の溶液を蒸留することで、２０ｇのＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを得た（収率６１％）。
【００５８】
（比較例１）
実施例１と同様に、アセトニトリル、水素化ホウ素ナトリウム、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体（ＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ）を準備し、アセトニトリルおよび水素化ホウ素ナトリウムを乾燥させた。
【００５９】
反応容器１に、窒素置換しながら、アセトニトリル（２４．６ｇ、水分含量０．００３質量％）を仕込み、６０℃に加熱した。一方、別の反応容器２にジグライム（１５０ｇ、水分含量０．０１２質量％）と水素化ホウ素ナトリウム（１９．０ｇ、水分含量０．０８質量％）を仕込み、そこにＢＦ３−Ｅｔ２Ｏ（７１ｇ）を滴下することでＢ２Ｈ６を発生させた。発生させたＢ２Ｈ６は、窒素で希釈しながら順次反応容器１のアセトニトリル中にバブリングし、同時に反応容器１の反応液の撹拌を行った。Ｂ２Ｈ６のバブリング終了後、反応溶液を２時間撹拌した。反応溶液を蒸留することで、１３ｇのＮ，Ｎ’，Ｎ”−トリエチルボラジンを得た（収率４０％）。
【００６０】
以上の実施例および比較例に示す結果から、Ｎ−アルキルボラジンの合成において、ジボランとニトリルとの反応を溶媒中で行うことで、Ｎ−アルキルボラジンの収量を向上させうることが示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、
溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法。
【請求項２】
前記溶媒が、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル類から選択される１以上である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
反応温度が８０〜２００℃である、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項１】
ボラン（ＢＨ３）錯体またはジボラン（Ｂ２Ｈ６）と、ＲＣＮ（Ｒは水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、またはアラルキル基である）で表されるニトリルとを反応させてＮ−アルキルボラジンを合成する段階を有し、
溶媒中で反応が行われることを特徴とする、Ｎ−アルキルボラジンの製造方法。
【請求項２】
前記溶媒が、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル類から選択される１以上である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
反応温度が８０〜２００℃である、請求項１または２に記載の製造方法。
【公開番号】特開２０１０−１７３９４５（Ｐ２０１０−１７３９４５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９０３（Ｐ２００９−１５９０３）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（０００００４６２８）株式会社日本触媒 (2,292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【出願人】（０００００４６２８）株式会社日本触媒 (2,292)
【Ｆターム（参考）】
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