[发明专利]四（二乙氨基）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，具体的说就是用于高k值前驱体材料胺基类化合物配位的金属锆的合成方法

背景技术

在传统的MOSFET中，栅介质材料大部分采用二氧化硅，因为SiO₂具有良好的绝缘性能及稳定的二氧化硅-硅衬底界面。然而对于纳米线宽的集成电路，需要高介电常数（高k）的栅极介质材料代替二氧化硅以保持良好的漏电性能。这些栅极候选材料必须有较高的介电常数，合适的禁带宽带，与硅衬底间有良好界面和高热稳定性。此外，其制备加工技术最好能与现行的硅集成电路工艺相兼容。

最有希望取代SiO₂栅介质的高k材料主要有两大类:氮化物和金属氧化物。Si₃N₄的介电常数比SiO₂略大，约为7。由于五价N多余的电荷和界面处键合应力引起的高缺陷密度，使得通道载流子的迁移率和驱动电流大大降低。故Si₃N₄不适合作为高k材料。Al₂O₃是非常稳定的材料，作为一种替代的高介电材料，Al₂O₃具有许多优良特性，满足作为高介电材料的大部分要求，如高能隙（8.9 eV），在高温下与Si之间很好的热稳定性，并且能在传统的CMOS高温热处理条件下保持非晶。但其介电常数不够大，约为9，不能很好地满足高k材料介电常数为20的期望。其他的金属氧化物如Y₂O₃、La₂O₃、TiO₂和Ta₂O₅，热稳定性较差或漏电流较大，都不适合作为高k材料。

HfO₂和ZrO₂等过渡金属氧化是近年来研究最为深入的栅介质材料，介电常数为25，接近期望值20。它们的禁带宽带（4.7~6eV）以及与Si间的导带偏移量（0.8~1.6eV）都满足下一代高k栅介质材料的要求。HfO₂和ZrO₂的性能相似，是目前较少的能与多晶硅栅兼容的高k材料，它们与Si间的热力学稳定性优于其他金属氧化物。

四（二乙氨基）锆（TDEAZ）化合物的物理化学特性适合用于ALD进行氧化锆等复杂材料的生长，是一类越来越受到关注的高k前驱体材料。锆氧化物薄膜是很可能用于CMOS和下一代DRAM中的候选高介电常数（高k）绝缘层材料。

四（二乙氨基）锆化合物的研制正是针对以上高k前驱体的用途而进行的。目前文献报道的合成法为主要有两种。第一种方法是将ZrCl₄分散到乙醚/甲苯混合溶液中，体系冷却到0℃后加入Mg(NEt₂)Br乙醚溶液。另一种方法是将二乙胺的锂盐分散于乙醚中，冷却到-20℃，分批加入四氯化锆甲苯混合物。他们存在的共同不足是需要使用乙醚和甲苯的混合溶剂，甲苯的加入使得反应具有了较大的毒性，由于甲苯的沸点较高，也使得除去溶剂的难度有所增加。使用乙醚作为溶剂也增加了反应的毒性，同时，这也使得过滤分离氯化锂盐更加困难，同时因为乙醚的加入，存在一定的配位作用，使得蒸馏提纯目标产物的过程需要较高的温度，更低的真空度，这就进一步增加的反应难度，使得目标产率偏低。

 

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（二乙氨基）锆的合成工艺的不足，提供了一种四(二乙氨基)锆的合成方法。

技术方案：四（二乙氨基）锆的合成方法，合成步骤为：（1）在惰性气氛下，按照每100克二乙胺中加入100～300毫升烷烃溶剂的比例，向三口瓶内加入二乙胺和烷烃溶剂，搅拌均匀，并将反应瓶置于-20～-80℃之间，按照二乙胺:正丁基锂为1.2:1～2:1的摩尔比例，向反应瓶中滴加的正丁基锂的正己烷溶液，滴加完后搅拌反应16小时；（2）按四氯化锆:二乙胺为1:5～1:8的摩尔比例，将固体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40℃之间，在加完四氯化锆后，将反应体系在惰性气体保护的条件下搅拌反应24–72小时；（3）反应结束后，一个大气压除去反应的溶剂，等溶剂完全除去后，减压蒸馏，收集120℃/0.5mmHg的馏份，即为四（二乙氨基）锆化合物。