[发明专利]四叔丁氧基锆的合成方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及化学领域中金属有机配合物的合成方法，尤其涉及一种四叔丁氧基锆的合成方法。

 

背景技术

随着超大规模集成电路技术的不断发展，作为其基础器件的MOS晶体管尺寸不断缩小，当SiO₂栅介质的厚度减小到纳米量级时，通过SiO₂的漏电流随厚度减小成指数增长，这样巨大的漏电流不仅严重影响到器件性能，而且最终导致SiO₂不能起到绝缘作用。使用高介电常数(即高K材料)替代SiO₂是目前最有希望解决此问题的途径。由于高K材料的使用，在保持相同电容密度的同时栅介质可以有比较大的物理厚度，从而避免了在超薄SiO₂栅介质中隧穿导致的漏电流问题。

在选择合适的材料来代替SiO₂的探索中，已经有很多材料被尝试过。通过不断的比较材料特性，寻找适合ALD和CVD使用的高k和金属栅材料前驱物。对于32nm技术节点来讲，材料的挥发性，输运方式以及纯度等问题变得至关重要。

随着信息存储和获取量的大幅提升，对于更高k值材料的需求也不断升温，需满足介电常数、热力学稳定性、栅极电极兼容和界面层稳定性等生产上的要求；其中，锆、铪及稀土元素等的有机化合物的介电常数和禁带宽度相对较高，基本符合栅介质材料的要求而引起业界极大的关注。

研制四叔丁氧基锆化合物正是针对以上高K前驱体的用途而进行的。四叔丁氧基锆常温下是液体，是对空气和水汽敏感的化合物，能溶于醇类、苯、四氯化碳等有机溶剂中。具有相对较好的热稳定性和较好的饱和蒸汽压。主要用于CVD和ALD中制备氧化锆或含氧化锆组分氧化物薄膜的前体源。目前报到的四叔丁氧基锆化合物的合成主要有三种方法：第一种是要以四异丙氧基锆为原料，和叔丁醇进行酯交换反应，得到最终的四叔丁氧基锆化合物。这种方法原料就不简单易得，其次酯交换反应反应速率较慢，条件比较苛刻，这种方法具有明显的局限性。第二种方法是在高纯氨存在的条件下，以四氯化锆为原料和叔丁醇反应来合成最后的四叔丁氧基锆化合物。这种方法需要在氨气存在的条件下进行，这给操作带来一定的麻烦。最后一种是电化学合成法，反应不易操作，尤其不太适合批量的生产。所以虽然已经有关于四叔丁氧基锆的合成，但方法还需要进行改进，以便能在简单的条件下，从简单易得的原料出发合成出四叔丁氧基锆化合物。

 

发明内容

解决的技术问题：本发明主要针对目前现有技术中四叔丁氧基锆的合成方法的不足，提供了一种新型的合成方法。该方法首先从简单易得的叔丁醇钾出发，然后和固体四氯化锆直接反应，不仅可以更高效地得到目标产物，还可以降低反应成本，简化反应操作。反应使用烃类溶剂作为溶剂，反应结束以后直接除去溶剂后蒸馏就可以得到最后得化合物。

 

技术方案：

本发明所述的四叔丁氧基锆化合物具有如下结构：

                                                 

四叔丁氧基锆（Zr(OC(Me)₃)₄）室温下是液态源，沸点：89 ^oC/5 mmHg。

四叔丁氧基锆的合成方法，合成步骤为：

（1）在氮气氛下，按每50克叔丁醇钾中加入100～400毫升正己烷的比例，三颈瓶内加入叔丁醇钾和正己烷，搅拌均匀;

（2）按四氯化锆：叔丁醇钾为1：4.4~1：4.8的摩尔比，将四氯化锆加入到上述反应体系中，保持反应体系的温度在20到60℃之间，在加完四氯化锆后，让反应体系的温度保持在40－65℃之间，惰性气体保护的条件下搅拌反应4－8小时；

（3）然后1个大气压下除掉反应的溶剂，等溶剂正己烷全部除去后，减压蒸馏，收集89－91℃/5 mmHg的馏分，即为四叔丁氧基锆化合物。

 

有益效果：

（1）    反应从简单易得叔丁醇钾和四氯化锆为原料直接反应，操作简单，且降低了成本。

（2）    投料过程中，固体四氯化锆可以直接加入到反应体系中，使得反应得操作十分简便。且加入四氯化锆的过程中，无需对反应体系进行相应的冷却，这也使得反应操作简便。

（3）    反应使用简单得烃类作为溶剂，不仅降低了反应的成本，而且大大降低了反应的毒性。