[发明专利]四苄基类铪及其合成方法和应用

说明书

 

一、技术领域

本发明涉及化学领域中的一种金属有机配合物，尤其涉及一种四苄基类铪及其合成方法和应用。

 

二、背景技术

英特尔45纳米高K半导体制程技术全称为英特尔45纳米高K金属栅硅制程技术。该技术突破性的采用金属铪制作具有高K特性的栅极绝缘层，是半导体行业近40年来的重要创新。

通过使用包括高K门电介质和金属栅极在内的新材料组合，英特尔 45 纳米技术成为整个行业在减少晶体管电流泄漏（对芯片制造商而言，随着晶体管体积越来越小，这个问题将日益突出）征途中的一个重要里程碑。 

这一晶体管技术的新突破将推动着英特尔在台式机、笔记本电脑及服务器的处理器速度方面不断开创新高。它还将确保摩尔定律（一项高科技行业公理，指出晶体管数量每两年就会增加一倍，从而实现在成本不断降低的同时带来更高性能、更多功能）在未来十年内继续发挥效力。

高K材料基于一种名为铪的元素，而不是以往的二氧化硅；而晶体管栅极则由两种金属元素组成，取代了硅。多数晶体管和芯片仍基于先进的英特尔硅制程技术制造。新的方案中结合了所有这些新材料，是英特尔提升处理器性能的独特手段。

　  另外，由于高k材料的功函数通常与传统的多晶硅栅材料不匹配，所以必须用金属栅电极来替代，因此高k及金属栅材料的组合，己成为45纳米制程新的CMOS结构的分水岭。 

英特尔公司此次在全球首次推出45纳米高k金属栅结构的处理器芯片其意义十分深远。首先显示英特尔公司的非凡勇气，可以比喻为”第一个敢吃磅蟹的人” ，因为由此可能直接打开通向32纳米及22纳米的通路，扫清工艺技术中的一大障碍。

 研制四苄基类铪化合物主要是针对以上高K前驱体的用途而进行的。目前报道的合成方法主要有两种：第一种是用苄基氯化镁和四氯化铪在-78℃反应而制得。反应需要在温度很低的条件下进行，给操作带来了一定的麻烦。而且反应时间较长，降低了反应的效率。另一种主要是采用混和溶剂进行反应，反应后处理需要用热的正庚烷，这些都给反应带来了一定的麻烦。所以关于苄基铪的合成，需要进一步的改善。

 

三、发明内容

发明目的：本发明提供一种四苄基类铪化合物及其合成方法和应用，四苄基类铪可用于高k材料的前驱体材料。该方法是将稍稍过量四氯化铪加入到苄氯的格式试剂中进行反应，首先保证了反应可以完全进行，从而提高生成的四苄基铪的产率，而且给后处理带来方便。同时反应用苄氯进行反应，降低了反应的成本。

技术方案：四苄基类铪，其结构为：L₄Hf，其中L是苄基及其衍生物，其结构通式如下：

 其中，R是氢、烷基或卤素。

制备四苄基类铪的方法，制备步骤为：首先由镁和苄氯在乙醚中，制得苄基氯化镁的乙醚溶液；然后将其冷却到－40度，氮气气氛下，按照和格式试剂摩尔比为1.05:1的比例向上述格式试剂溶液中分批加入 HfCl₄的固体，得到的混合物，在避光处反应，自然升温至室温，真空下除去挥发物，加入二氯甲烷，搅拌，过滤，得到的滤液经浓缩得到四苄基铪产物。

    

四苄基类铪作为前驱体用于高K材料的制备。

 

有益效果：

（1）合成了一系列新的四苄基类铪的化合物。

（2）提供了上述化合物的合成方法。

（3）反应中使用苄氯为原料，降低了反应的成本。

（4）反应中使用乙醚为单一的溶剂，同时在后处理中，在室温下，使用卤代烃类为溶剂，简化了反应操作的同时，也降低了反应的成本。

（5）反应采用将过量的四氯化铪加入到格式试剂的溶液中的方法，这就保证了格式试剂可以反应完全，简化了反应的条件及操作。 

（4）反应无需在很低温度下进行，而且反应让其自然升至室温，这就大大简化了反应的操作。同时反应在2小时内及完成，提高了反应的效率。

四、具体实施方式

实施例1 四苄基铪（Hf(CH₂Ph)₄）的合成

首先由1.2克镁和5.9克苄氯在50mL乙醚中，制的苄基氯化镁的乙醚溶液。然后将其冷却到－40℃，氮气气氛下，将HfCl₄ (4.2 g)固体在5分钟内分批加入到上述的格式试剂溶液中，得到的混合物，在避光出反应，2小时自然升温至常温。真空下除去乙醚等挥发物，加入30mL二氯甲烷，搅拌，过滤，除去不溶物，得到的滤液，浓缩，得到四苄基铪产物，为淡黄色固体，产率为85－90%。¹H NMR (CDCl₃, 300 MHz): 7.25-7.35 (m, 8H), 7.12-7.17 (m, 4H), 6.55-6.63 (m, 8H), 1.41 (s, 8H)。