本发明涉及的是一种有机化学领域的技术,具体是一种胺钛化合物其制备方法。
背景技术:
ald(原子层沉积)技术由于其操作简单、沉积参数的高度可控性、优异的沉积均匀性等特点成为最理想的沉积方法之一。半导体制造首次大量采用ald技术是在动态存储器(dram)工艺中。随着集成电路的快速发展,芯片上元件集成度的不断提高,半导体技术节点进入纳米时代,不少氮化物在微电子铜互连中作为扩散阻挡层,具有重要的应用前景。
氮化钛(tin)广泛运用于动态存储器的ald工艺中。氮化钛既是良好的导体,又是对氧扩散很好的阻挡层。常见的tin源主要为tdmat、temat、ttip等。这些钛源所镀的薄膜虽拥有较低的电阻和空气中良好的稳定性,但是其较低的饱和蒸气压会影响工艺时的传输速率。因此,开发一种饱和蒸气压更高的钛源具有十分重要的意义。
技术实现要素:
本发明针对现有技术存在的上述不足,提出了一种胺钛化合物及其制备方法,能够实现低成本高收率的生产,产品稳定性高,饱和蒸气压高,适用于经原子层沉积氮化钛薄膜。
本发明涉及一种胺钛化合物,具体地,为1,2-三(二烷基胺基)钛-肼,具有以下通式(1)结构:
其中:r1基和r2基相同或不同,分别选自碳原子数量小于等于五的烷基基团中的一种。
优选地,所述的r1基和r2基分别选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基中一种。
本发明涉及上述胺钛化合物的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将烷烃溶剂和二烷基胺混匀,然后在低温-15~-25℃下向其中滴加正丁基锂,在室温下搅拌均匀后得到溶解有二烷基氨基锂的烷烃乳浊液;
步骤2:在低温-15~-25℃下向步骤1制得的烷烃乳浊液中滴加四氯化钛,滴加完毕后升温进行反应,制得四(二烷基氨基钛);
步骤3:在低温-15~-25℃下向步骤2制得的四(二烷基氨基钛)中滴加肼,滴加完毕后升温进行反应,之后减压蒸馏并收集得到馏分1,2-三(二烷基胺基)钛-肼。
优选地,所述步骤1中的搅拌时间为5~10小时。
优选地,所述步骤2、3中升温反应分别为升温至40~60℃,进一步优选地,反应时间为12~24小时。
优选地,所述步骤3中减压蒸馏在温度70~90℃、真空度2~10mmhg的条件下进行。
优选地,所述二烷基胺选自二甲胺,n-乙基甲基胺,二乙胺,n-甲基丙胺,二丙胺,n-甲基丁胺,二丁胺,n-甲基戊胺和二戊胺中至少一种。
优选地,所述烷烃溶剂选自正戊烷,正己烷和正庚烷中至少一种。
优选地,所述二烷基胺、正丁基锂、四氯化钛及肼的摩尔比为(7~8):(6~7):(2~3):(0.8~1.5);进一步优选地,摩尔比为7:6.5:2.1:(0.9~1)。
优选地,所述惰性气氛为高纯氮气或高纯氩气气氛。
优选地,所述反应容器处于惰性气氛保护下,反应在惰性气氛保护下,使用的烷烃溶剂经除水除氧处理。
技术效果
与现有技术相比,本发明具有如下技术效果:
1)相对于传统钛源,如四(甲乙氨基)钛60℃下3pa的饱和蒸气压,本发明制得的胺钛化合物60℃下饱和蒸气压可达142pa,饱和蒸气压高,且产品稳定性好,有利于经原子层沉积形成含钛膜尤基是良好的氮化钛薄膜;
2)原料简单易得,且在中间产物四(二烷基氨基钛)的合成阶段,将传统工艺中二烷基胺、正丁基锂与四氯化钛至少9:8.5:2.1的摩尔配比缩减为(7~8):(6~7):(2~3),降低了原料的投入量,提高了收率,收率在80%以上,利于工业上量化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件进行。
实施例1
本实施例在氩气气氛保护的2lschlenk瓶中进行,使用的全部试剂均经过除水除氧处理,步骤如下:
步骤1:向schlenk瓶中依次加入800ml正己烷和97g的n-乙基甲基胺,再在-15~-25℃下以1~3ml/min的速度滴加2.5mol/l的正丁基锂610ml,在室温下搅拌5~10小时后得到溶解有甲乙氨基锂的正己烷乳浊液;
步骤2:在-15~-25℃下以1~3ml/min的速度向步骤1制得的正己烷乳浊液中滴加94g四氯化钛,滴加完毕后升温至40~60℃,反应12~24小时,得到四(甲乙氨基钛);
步骤3:在-15~-25℃下以1~3ml/min的速度向步骤2得到的四(甲乙氨基钛)中滴加7.5g肼,滴加完毕后升温至40~60℃,反应12~24小时,在温度70℃、真空度2mmhg的条件下减压蒸馏收集得到馏分。
对步骤3收集得到的馏分进行核磁共振检测,结果如下:[1hnmr(c6d6,300mhz):3.27ppm,12h,q;2.99ppm,18h,s;1.16ppm,18h,t;4.51ppm,2h,s.];上述结果证明馏分为1,2-三(甲乙胺基)钛-肼。
实施例2
本实施例在氩气气氛保护的2lschlenk瓶中进行,使用的原料均经过除水除氧处理,步骤如下:
步骤1:向schlenk瓶中依次加入700ml正己烷和113g二乙胺,再在-15~-25℃下以1~3ml/min的速度滴加2.5mol/l的正丁基锂575ml,在室温下搅拌5~10小时后得到溶解有二乙氨基锂的正己烷乳浊液;
步骤2:在-15~-25℃下以1~3ml/min的速度向步骤1制得的正己烷乳浊液中滴加88g四氯化钛,滴加完毕后升温至40~60℃,反应12~24小时,得到四(二乙氨基钛);
步骤3:在-15~-25℃下以1~3ml/min的速度向步骤2制得到的四(二乙氨基钛)中滴加7.1g肼,滴加完毕后升温至40~60℃,反应12~24小时,在温度82℃、真空度2mmhg的条件下减压蒸馏收集得到馏分。
对步骤3收集得到的馏分进行核磁共振检测,结果如下:[1hnmr(c6d6,300mhz):3.59ppm,24h,q;1.12ppm,36h,t;4.51ppm,2h,s.];上述结果证明馏分为1,2-三(二乙基胺基)钛-肼。
需要强调的是:以上仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
1.一种胺钛化合物,其特征在于,为1,2-三(二烷基胺基)钛-肼,具有以下通式(1)结构:
其中:r1基和r2基相同或不同,分别选自碳原子数量小于等于五的烷基基团中的一种。
2.根据权利要求1所述的胺钛化合物,其特征是,所述的r1基和r2基分别选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基中一种。
3.一种权利要求1或2所述胺钛化合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将烷烃溶剂和二烷基胺混匀,然后在低温-15~-25℃下向其中滴加正丁基锂,在室温下搅拌均匀后得到溶解有二烷基氨基锂的烷烃乳浊液;
步骤2:在低温-15~-25℃下向步骤1制得的烷烃乳浊液中滴加四氯化钛,滴加完毕后升温进行反应,制得四(二烷基氨基钛);
步骤3:在低温-15~-25℃下向步骤2制得的四(二烷基氨基钛)中滴加肼,滴加完毕后升温进行反应,之后减压蒸馏并收集得到馏分1,2-三(二烷基胺基)钛-肼。
4.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述步骤1中的搅拌时间为5~10小时。
5.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述步骤2-3中升温反应为升温至40~60℃,优选地,反应时间为12~24小时。
6.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述步骤3中减压蒸馏在温度70~90℃、真空度2~10mmhg的条件下进行。
7.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述二烷基胺选自二甲胺,n-乙基甲基胺,二乙胺,n-甲基丙胺,二丙胺,n-甲基丁胺,二丁胺,n-甲基戊胺和二戊胺中至少一种。
8.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述烷烃溶剂选自正戊烷,正己烷和正庚烷中至少一种。
9.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述二烷基胺、正丁基锂、四氯化钛及肼的摩尔比为(7~8):(6~7):(2~3):(0.8~1.5),优选地,摩尔比为7:6.5:2.1:(0.9~1)。
10.根据权利要求3所述胺钛化合物的制备方法,其特征是,所述反应容器处于惰性气氛保护下,反应在惰性气氛保护下,使用的原料均经除水除氧处理。