本發(fā)明涉及一種五(二甲胺基)鉭的合成方法。
背景技術(shù)：
集成電路(ic)為電氣設(shè)備提供了信號(hào)傳輸通道。集成電路中包含有許多在半導(dǎo)體的硅基體層里的有源晶體管，大量的金屬“絲”把硅基片上的有源晶體管互相連接起來(lái)，通稱(chēng)為電路的金屬互連。電路的金屬互連是通過(guò)一些切刻在基體里的洞、通路或溝槽做成的,將溝槽開(kāi)通覆蓋在半導(dǎo)體器件上面的一層絕緣層(如二氧化硅)，達(dá)到半導(dǎo)體的下面。這些溝槽中沉積金屬“絲”，使得金屬互連與硅基體發(fā)生實(shí)際接觸的的特殊點(diǎn)叫著觸點(diǎn)，其余的洞、通路和溝槽是用導(dǎo)電材料充填的，稱(chēng)作接觸塞。由于晶體管的密度不斷增加，形成高級(jí)的集成電路，接觸塞的直徑必須減小，以允許互連數(shù)增加。多層金屬化結(jié)構(gòu)，有更大的深寬比的通道，是集成電路發(fā)展方向。
鋁早已被用來(lái)作為集成電路互連和觸點(diǎn)，問(wèn)題是電遷移和電阻高。鋁導(dǎo)體內(nèi)部的電遷移限制了集成電路使用壽命。因?yàn)楦唠娏髅芏纫饘?dǎo)體內(nèi)部晶體缺陷，首先電阻逐漸增加，然后嚴(yán)重?fù)p壞。由于半導(dǎo)體領(lǐng)域的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路向超大規(guī)模集成電路轉(zhuǎn)移，信號(hào)處理速度加快，要求傳遞信號(hào)的配線(xiàn)要更細(xì)，要用新的亞微米級(jí)材料來(lái)適應(yīng)更新的結(jié)構(gòu)。銅有較高的電子遷移阻力和應(yīng)力遷移阻力，銅中產(chǎn)生的電遷移的臨界電流密度較高。一般認(rèn)為“絲”徑(寬度)小于0.25μm就必須使用銅材。但是銅與硅有很高的化學(xué)活性和很快的擴(kuò)散速度，在低溫下就可以形成銅硅合金(cu-si)。通過(guò)氧化硅的電遷移，銅在硅中形成深的空穴，影響設(shè)備性能，造成巨大災(zāi)難。因?yàn)榻饘巽g和鉭的化合物有高導(dǎo)電性、高熱穩(wěn)定性和對(duì)外來(lái)原子的阻擋作用。鉭和氮化鉭對(duì)銅的惰性，cu和ta以及cu和n之間也不形成化合物，因此鉭和鉭基膜用來(lái)作為防止銅擴(kuò)散的阻擋層。這個(gè)具有代表性的阻擋層厚度是0.005～0.01μm。為防止cu原子向si基體中擴(kuò)散,用氮化鉭、硅化鉭、碳化鉭、氮化硅化鉭、氮化碳化鉭這些鉭基膜作阻擋層有很好的效果。
研制五(二甲胺基)鉭化合物正是針對(duì)以上鉭基膜進(jìn)行的，因?yàn)樗且粋€(gè)很好的鉭前驅(qū)體。最開(kāi)始科學(xué)家是以鹵化鉭作為鉭前驅(qū)體制備tan薄膜的，但是制備時(shí)所需溫度高，約為900℃，而且鹵素對(duì)薄膜性能有很大影響。五(二甲胺基)鉭，受熱蒸發(fā)速度快、彌散性好，薄膜沉積速度快，分解形成的組分不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生污染等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)很好的tan薄膜前驅(qū)體。tan薄膜作為穩(wěn)定的電阻薄膜正在受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有關(guān)于五(二甲胺基)鉭合成方法的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種五(二甲胺基)鉭的合成方法。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
五(二甲胺基)鉭的合成方法，特點(diǎn)是：包括如下步驟：
1)在惰性氣氛保護(hù)下，在反應(yīng)器中加入有機(jī)鋰試劑和烴類(lèi)溶劑，然后向體系中通入二甲胺氣體，制得二甲胺基鋰；
2)向體系中加入五氯化鉭，加完之后惰性氣氛保護(hù)下攪拌反應(yīng)；
3)反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行過(guò)濾，得到的濾液進(jìn)行蒸餾除掉烴類(lèi)溶劑；
4)等溶劑全部除去后，升華固體得到五(二甲胺基)鉭產(chǎn)品。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，所述有機(jī)鋰試劑為正丁基鋰、叔丁基鋰、仲丁基鋰、異丁基鋰中的一種。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，所述有機(jī)鋰試劑為正丁基鋰。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，所述二甲胺與有機(jī)鋰試劑的用量摩爾比為1～1.2:1，所述有機(jī)鋰試劑與五氯化鉭的用量摩爾比為5～5.6:1。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，所述二甲胺與有機(jī)鋰試劑的用量摩爾比為1.1:1，所述有機(jī)鋰試劑與五氯化鉭的用量摩爾比為5.2～5.4:1。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，步驟1)，在-30℃～0℃溫度條件下反應(yīng)4～10小時(shí)；步驟2)，在0℃～65℃溫度條件下反應(yīng)6～18小時(shí)。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，步驟1)，在-20℃～-10℃溫度條件下反應(yīng)6小時(shí)；步驟2)，在回流狀態(tài)下反應(yīng)12小時(shí)。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，步驟3)，采用硅藻土進(jìn)行過(guò)濾。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，步驟4)，升華工藝收集65℃/0.1kpa升華的產(chǎn)品。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，所述烴類(lèi)溶劑為c5～c10烷烴的一種或多種。
進(jìn)一步地，上述的五(二甲胺基)鉭的合成方法，其中，所述惰性氣氛為氮?dú)鈿夥栈蛘吆鈿夥铡?/p>
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)在以下方面：
本發(fā)明先在惰性氣氛保護(hù)下，反應(yīng)器內(nèi)加入有機(jī)鋰試劑和烴類(lèi)溶劑，然后向體系中通入二甲胺氣體，制得二甲胺基鋰；將五氯化鉭加入到反應(yīng)體系中，加完之后惰性氣氛保護(hù)下攪拌反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行過(guò)濾，得到的濾液進(jìn)行蒸餾除掉烴類(lèi)溶劑，等溶劑全部除去后，升華得到固體產(chǎn)品。該合成方法不需要任何醚類(lèi)溶劑，只需要單一的烴類(lèi)溶劑，降低了合成成本和反應(yīng)的毒性，具有更好的操作性，而且反應(yīng)過(guò)程中的副產(chǎn)物相對(duì)較少，產(chǎn)率較高。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)詳細(xì)說(shuō)明具體實(shí)施方案。
五(二甲胺基)鉭(pdmat)化合物ta(nme2)5，結(jié)構(gòu)式為：
五(二甲胺基)鉭的具體合成工藝步驟為：
1)在惰性氣氛保護(hù)下，在反應(yīng)器中加入有機(jī)鋰試劑和烴類(lèi)溶劑，然后向體系中通入二甲胺氣體，-30℃～0℃溫度條件下反應(yīng)4～10小時(shí)，制得二甲胺基鋰；有機(jī)鋰試劑為正丁基鋰、叔丁基鋰、仲丁基鋰、異丁基鋰中的一種，優(yōu)選正丁基鋰；二甲胺與有機(jī)鋰試劑的用量摩爾比為1～1.2:1；惰性氣氛為氮?dú)鈿夥栈蛘吆鈿夥?；烴類(lèi)溶劑為c5～c10烷烴的一種或多種；
2)向體系中加入五氯化鉭，加完之后惰性氣氛保護(hù)下攪拌反應(yīng)，0℃～65℃溫度條件下反應(yīng)6～18小時(shí)；有機(jī)鋰試劑與五氯化鉭的用量摩爾比為5～5.6:1；惰性氣氛為氮?dú)鈿夥栈蛘吆鈿夥眨?/p>
3)反應(yīng)結(jié)束后采用硅藻土進(jìn)行過(guò)濾，得到的濾液進(jìn)行蒸餾除掉烴類(lèi)溶劑；
4)等溶劑全部除去后，升華固體得到五(二甲胺基)鉭產(chǎn)品，升華工藝收集65℃/0.1kpa升華的產(chǎn)品。
其中，理想選擇是，二甲胺與有機(jī)鋰試劑的用量摩爾比為1.1:1，有機(jī)鋰試劑與五氯化鉭的用量摩爾比為5.2～5.4:1。步驟1)，在-20℃～-10℃溫度條件下反應(yīng)6小時(shí)，步驟2)，在回流狀態(tài)下反應(yīng)12小時(shí)。烴類(lèi)溶劑優(yōu)選正己烷。
實(shí)施例1
惰性氣氛下，在2l的反應(yīng)瓶中加入500ml正己烷和300g正丁基鋰的正己烷溶液，保持體系溫度在-20℃左右，邊攪拌邊通入二甲胺(55g)，滴加完畢，升至室溫后維持?jǐn)嚢?小時(shí)。
將75g五氯化鉭加入到至上述反應(yīng)體系中，保持反應(yīng)體系溫度不高于50℃，加完之后，惰性氣體保護(hù)下升高溫度回流12小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)束后，體系進(jìn)行過(guò)濾，然后進(jìn)行常壓蒸餾出去溶劑，再升華，收集65℃/0.1kpa的產(chǎn)品，即為目標(biāo)化合物五(二甲胺基)鉭，產(chǎn)品通過(guò)了核磁氫譜的鑒定。1hnmr(400mhz，cdcl3)：3.26(s，30h)。
實(shí)施例2
惰性氣氛下，在2l的反應(yīng)瓶中加入加入500ml正己烷和300g正丁基鋰的正己烷溶液，保持體系溫度在-10℃左右，邊攪拌邊邊通入二甲胺(60g)，滴加完畢，升至室溫后維持?jǐn)嚢?小時(shí)。
將72g五氯化鉭加入到至上述反應(yīng)體系中，保持反應(yīng)體系溫度不高于50℃，加完之后，惰性氣體保護(hù)下升高溫度回流12小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)束后，體系進(jìn)行過(guò)濾，然后進(jìn)行常壓蒸餾出去溶劑，再升華，收集65℃/0.1kpa的餾分，即為目標(biāo)化合物五(二甲胺基)鉭，產(chǎn)品通過(guò)了核磁氫譜的鑒定。1hnmr(400mhz，cdcl3)：3.26(s，30h)。
綜上所述，本發(fā)明合成方法不需要任何醚類(lèi)溶劑，只需要單一的烴類(lèi)溶劑，降低了合成成本和反應(yīng)的毒性，具有更好的操作性，而且反應(yīng)過(guò)程中的副產(chǎn)物相對(duì)較少，產(chǎn)率較高。
需要說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；同時(shí)以上的描述，對(duì)于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)門(mén)人士應(yīng)可明了及實(shí)施，因此其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請(qǐng)專(zhuān)利范圍中。