生成含金属或半金属膜的方法与流程

生成含金属或半金属膜的方法
1.本发明属于在基材上生成含无机金属或半金属膜的方法，特别是原子层沉积方法的领域。
2.随着例如半导体工业中的持续小型化，对基材上的薄无机膜的需求增加，同时对该膜的质量要求变得更加严格。金属或半金属膜用于不同的目的，例如阻挡层、导电结构或覆盖层。已知数种生成金属或半金属膜的方法。其中之一是在基材上由气态沉积成膜化合物。为了在温和温度下使金属或半金属原子变成气态，必须提供挥发性前体，例如通过金属或半金属与合适配体的络合。这些前体需要足够稳定以蒸发，但另一方面，它们需要足以与沉积的表面反应的反应性。
3.ep 3 121 309 a1公开了一种由三(二烷基氨基)铝前体沉积氮化铝膜的方法。然而，对于要求高质量膜的应用，该前体不够稳定。
4.为了将沉积的金属或半金属配合物转化为金属或半金属膜，通常需要将沉积的金属或半金属配合物暴露于还原剂。通常使用氢气将沉积的金属或半金属配合物转化为金属或半金属膜。虽然氢作为还原剂对于相对贵的金属如铜或银起到相当好的作用，但对于更电正性的金属如钛或铝，不能产生令人满意的结果。
5.wo 2013/070702a公开了一种使用由二胺配位的氢化铝作为还原剂来沉积金属膜的方法。尽管该还原剂通常产生良好的结果，但对于一些苛刻的应用，需要较高的蒸气压、稳定性和/或还原电势。
6.n.kuhn等在zeitschrift f
ü
r anorganische und allgemeine chemie，第626卷(2000)，第1387-1392页公开了vinamidin-alane配合物。然而，其对制备含无机金属或半金属膜的适用性并没有得到作者的认可。
7.因此，本发明的目的是提供一种制备在膜中具有较少杂质的含无机金属或半金属膜的方法。该方法的材料应易于处理；特别地，应可以在尽可能少分解下将它们蒸发。此外，该方法的材料在工艺条件下不应在沉积表面分解，但同时其应具有足够的反应性以参与表面反应。所有反应副产物均应是挥发性的，以避免膜污染。此外，应可以调节该方法，使得该方法的材料中的金属或半金属原子是挥发性的或结合在膜中。此外，该方法应是通用的，因此其可以应用于产生宽范围的不同金属(包括电正性金属或半金属膜)。
8.这些目的通过一种制备含无机金属或半金属膜的方法实现，该方法包括：
9.(a)将含金属或半金属化合物由气态沉积至固体基材上，和
10.(b)使固体基材在气态中与通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物接触：
[0011][0012]
其中a为nr或o，
[0013]
e为cr”、cnr”2
、n、pr”2
或sor”，
[0014]
g为cr’或n，
[0015]
r为烷基、链烯基、芳基或甲硅烷基，和
[0016]
r’和r”为氢、烷基、链烯基、芳基或甲硅烷基。
[0017]
本发明进一步涉及通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物作为气相沉积方法中的还原剂的用途。
[0018]
本发明的优选实施方案可以在说明书和权利要求中找到。不同实施方案的组合落入本发明范围内。
[0019]
根据本发明的方法适用于制备含无机金属或半金属膜。在本发明的上下文中，无机是指含有至少5重量％，优选至少10重量％，更优选至少20重量％，特别是至少30重量％的至少一种金属或半金属的材料。无机膜通常仅含有碳化物相形式的碳，包括混合碳化物相如氮化物碳化物相。无机膜中不属于碳化物相的碳的碳含量优选小于5重量％，更优选小于1重量％，特别是小于0.2重量％。含无机金属或半金属膜的优选实例是金属或半金属氮化物膜、金属或半金属碳化物膜、金属或半金属碳氮化物膜、金属或半金属合金膜、金属间化合物膜或含有其混合物的膜。
[0020]
通过根据本发明的方法制备的膜含有金属或半金属。该膜可含有一种金属或半金属或超过一种金属和/或半金属。金属包括li、be、na、mg、al、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os ir、pt、au、hg、tl、bi。半金属包括b、si、ge、as、sb、se、te。优选地，金属或半金属比cu更具电正性，更优选比ni更具电正性。金属或半金属尤其是ti、ta、mn、mo、w、ge、ga、as、in、sb、te、al或si。
[0021]
固体基材可以为任何固体材料。这些包括例如金属、半金属、氧化物、氮化物和聚合物。基材还可为不同材料的混合物。金属的实例为铝、钢、锌和铜。半金属的实例为硅、锗和砷化镓。氧化物的实例为二氧化硅、二氧化钛和氧化锌。氮化物的实例为氮化硅、氮化铝、氮化钛和氮化镓。聚合物的实例为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)和聚酰胺。
[0022]
固体基材可具有任何形状。这些包括薄板、膜、纤维、各种尺寸的颗粒和具有沟槽或其他凹陷的基材。固体基材可具有任何尺寸。如果固体基材具有颗粒形状，则颗粒的尺寸可为低于100nm至数厘米，优选1μm至1mm。为了避免颗粒或纤维在含金属或半金属化合物沉积于其上时彼此粘附，优选使其保持移动。这可以例如通过搅拌、通过转鼓或通过流化床技术实现。
[0023]
根据本发明，使固体基材在气相中与通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物接触。通式(i)或(ii)的化合物中的r’是氢、烷基、链烯基、芳基或甲硅烷基，优选氢或烷基，特别是氢、甲基或乙基。r’可彼此相同或不同。优选地，所有r’均相同。
[0024]
烷基可以为直链或支化的。直链烷基的实例为甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基。支化烷基的实例为异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基戊基、新戊基、2-乙基己基、环丙基、环己基、茚满基、降冰片烷基。优选地，烷基为c
1-c8烷基，更优选c
1-c6烷基，特别是c
1-c4烷基，例如甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
[0025]
链烯基含有至少一个碳-碳双键。双键可包括r’通过其结合至分子其余部分的碳原子，或者其的位置可进一步远离r’结合至分子其余部分的位置。链烯基可为直链或支化的。其中双键包括将r’与分子其余部分结合的碳原子的直链烯基的实例包括1-乙烯基、1-丙烯基、1-正丁烯基、1-正戊烯基、1-正己烯基、1-正庚烯基、1-正辛烯基。其中双键的位置进一步远离r’与分子其余部分结合的位置的直链烯基的实例包括1-正丙烯-3-基、2-丁烯-1-基、1-丁烯-3-基、1-丁烯-4-基、1-己烯-6-基。其中双键包括将r’与分子其余部分结合的碳原子的支化链烯基的实例包括1-丙烯-2-基、1-正丁烯-2-基、2-丁烯-2-基、环戊烯-1-基、环己烯-1-基。其中双键的位置进一步远离r’与分子其余部分结合的位置的支化链烯基的实例包括2-甲基-1-丁烯-4-基、环戊烯-3-基、环己烯-3-基。具有超过一个双键的链烯基的实例包括1,3-丁二烯-1-基、1,3-丁二烯-2-基、环戊二烯-5-基。
[0026]
芳基包括芳族烃基，例如苯基、萘基、蒽基、菲基和杂芳族基团，例如吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、噻吩并噻吩基。这些基团中的数种或这些基团的组合也是可能的，例如联苯基、噻吩并苯基或呋喃并噻吩基。芳基可例如被卤素如氟、氯、溴、碘取代；被拟卤素如氰化物、氰酸化物(cyanate)、硫氰酸化物(thiocyanate)取代；被醇取代；被烷基链或烷氧基链取代。优选芳族烃，更优选苯基。
[0027]
甲硅烷基是通常具有3个取代基的硅原子。优选甲硅烷基具有式six3，其中x彼此独立地为氢、烷基、芳基或甲硅烷基。可能的是所有三个x相同，或者两个x相同且剩余的x不同，或者所有三个x彼此不同，优选所有x相同。烷基和芳基如上所述。甲硅烷基的实例包括sih3、甲基甲硅烷基、三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、三正丙基甲硅烷基、三异丙基甲硅烷基、三环己基甲硅烷基、二甲基叔丁基甲硅烷基、二甲基环己基甲硅烷基、甲基二异丙基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、苯基甲硅烷基、二甲基苯基甲硅烷基、五甲基二甲硅烷基。
[0028]
通式(i)、(ii)、(iii)或(iv)化合物中的a是nr或o，即具有一个取代基r的氮原子
ic-6ictbucf3ic-7iciprdip
[0035]
ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0036]
一些通式(i)化合物的合成例如由z.yang在journal of the american chemical society，第138卷(2016)，第2548-2551页中或由s.harder在chemical communications，第47卷(2011)，第11945-11947页中或由n.kuhn在zeitschrift f
ü
r anorganische und allgemeine chemie，第626卷(2000)，第1387-1392页中描述。
[0037]
优选地，通式(ii)化合物中的中心r’是h。通式(ii)化合物包括下列通式。
[0038][0039]
下表中给出了参考这些通式的通式(ii)化合物的优选实例。
[0040]
[0041][0042]
ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0043]
一些通式(ii)化合物的合成例如由p.kuo在european journal of inorganic chemistry，第24卷(2004)，第4898-4906页中描述。
[0044]
其中两个r一起形成环的化合物的实例是kr 2016/116180a中公开的化合物iic-8。
[0045][0046]
通式(iii)的化合物包括下列通式。
[0047][0048]
优选地，通式(iii)化合物是通式(iiic)、(iiie)、(iiif)、(iiij)、(iiim)、(iiip)、(iiiq)的化合物。下表中给出了参照这些通式的通式(iii)化合物的优选实例。
[0049]
[0050]
[0051][0052]
et表示乙基，ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，ph表示苯基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0053]
通式(iv)化合物包括以下均配(homoleptic)通式。
[0054]
[0055][0056]
优选地，通式(iv)化合物是通式(ivcc)、(ivee)、(ivff)、(ivjj)、(ivmm)、(ivpp)、(ivqq)的化合物。
[0057]
下表中给出参照这些通式的通式(iv)化合物的优选实例。
[0058]
[0059]
[0060][0061]
et表示乙基，ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，ph表示苯基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0062]
一些优选的通式(iv)的杂配(heteroleptic)化合物显示在下面。
[0063]
[0064]
[0065]
[0066][0067]
特别优选的通式(iv)的杂配化合物是通式(ivce)、(ivcf)、(ivcj)、(ivcm)、(ivcp)、(ivcq)、(ivef)、(ivej)、(ivem)、(ivep)、(iveq)、(ivfj)、(ivfm)、(ivfp)、(ivfq)、(ivjm)、(ivjp)、(ivjq)、(ivpq)的化合物。
[0068]
一些通式(iv)化合物的合成例如由a.brazeau在inorganic chemistry，第45卷(2006)，第2276-2281页或由b.nekoueishahraki在inorganic chemistry，第48卷(2009)，第9174-9179页或由r.duchateau在chemical communications，第2卷(1996)，第223-224页或由m.cole在zeitschrift fur anorganische und allgemeine chemie，第641页(2015)，第2233-2244页描述。
[0069]
通式(v)化合物包括下列通式。
[0070][0071]
下表中给出了参照这些通式的通式(v)化合物的优选实例。
[0072]
[0073][0074]
et表示乙基，ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，ph表示苯基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0075]
通式(vi)化合物包括以下通式。
[0076]
[0077]
下表中给出了参照这些通式的通式(vi)化合物的优选实例。
[0078]
[0079]
[0080][0081]
et表示乙基，ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，ph表示苯基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0082]
在通式(vii)化合物中，中心铝原子与两个游离单阴离子配体结合，该配体衍生自1,4-二氮杂丁二烯或1,2,4-三氮杂丁二烯。通式(vii)化合物包括下列通式。
[0083][0084]
下表中给出了参照这些通式的通式(vii)化合物的优选实例。
[0085]
[0086]
[0087]
[0088][0089]
et表示乙基，ipr表示异丙基，sbu表示仲丁基，tbu表示叔丁基，tms表示三甲基甲硅烷基，ph表示苯基，dip表示2,6-二异丙基苯基。
[0090]
优选地，r在1-位上不具有氢原子，即r在结合于与氮或氧原子结合的原子上不具有氢原子，其因此在相对于铝原子的β位中。还优选地，r”在1-位上不具有氢原子。更优选地，r’和r”二者在1-位上不具有氢。实例为在1-位上具有两个烷基侧基的烷基，即1,1-二烷基烷基，例如叔丁基、1,1-二甲基丙基；在1-位上具有两个卤素的烷基，例如三氟甲基、三氯甲基、1,1-二氟乙基；三烷基甲硅烷基，例如三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、二甲基叔丁基甲硅烷基；芳基，特别是苯基或烷基取代的苯基，例如2,6-二异丙基苯基、2,4,6-三异丙基苯基。在1-位上不具有氢原子的烷基是特别优选的。
[0091]
通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物的分子量优选不大于1000g/mol，更优选不大于800g/mol，甚至更优选不大于600g/mol，特别是不大于500g/mol。
[0092]
优选地，通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物的熔点为-80至125℃，优选-60至80℃，甚至更优选-40至50℃，特别是-20至20℃。有利的是通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物熔融而得到保持不变直到分解温度的透明液体。
[0093]
优选地，通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物具有至少80℃，更优选至少100℃，特别是至少120℃，例如至少150℃的分解温度。分解温度通常不大于250℃。通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物具有高蒸气压。优选地，在200℃，更优选150℃，特别是120℃的温度下，蒸气压为至少1毫巴。通常，蒸气压为1毫巴时的温度为至少50℃。
[0094]
用于根据本发明的方法的通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物均以高纯度使用以获得最佳结果。高纯度是指所用物质含有至少90重量％，优选至少95重量％，更优选至少98重量％，特别是至少99重量％的含金属或半金属化合物或通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物。纯度可根据din51721(pr
ü
fung fester brennstoffe-bestimmung des gehaltes an kohlenstoff und wasserstoff-verfahren nach radmacher-hoverath，2001年8月)通过元素分析测定。
[0095]
使通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物由气态与固体基材接触。其可例如通过将其加热至高温而变成气态。在任何情况下，必须选择低于通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物的分解温度的温度。分解温度为在其下原始
通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物开始改变其化学结构和组成的温度。优选地，加热温度为0-300℃，更优选10-250℃，甚至更优选20-200℃，特别是30-150℃。
[0096]
使通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物变为气态的另一方法是直接液体喷射(dli)，例如如us2009/0226612a1所述。在该方法中，通常将通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物溶解在溶剂中并在载气或真空中喷雾。如果通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物的蒸气压和温度足够高且压力足够低，则通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物变为气态。可使用各种溶剂，条件是通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物在该溶剂中显示出足够的溶解度，例如至少1g/l，优选至少10g/l，更优选至少100g/l。这些溶剂的实例是配位溶剂，例如四氢呋喃、二烷、二乙氧基乙烷、吡啶或非配位溶剂，例如己烷、庚烷、苯、甲苯或二甲苯。溶剂混合物也是合适的。
[0097]
作为替换，通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物可通过直接液体蒸发(dle)变成气态，例如如j.yang等(journal of materials chemistry，2015)所述。在该方法中，将通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物与溶剂，例如烃如十四烷混合，并加热至低于溶剂的沸点。通过蒸发溶剂，使通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物变为气态。该方法具有不在表面上形成颗粒污染物的优点。
[0098]
优选使通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物在减压下变成气态。以此方式，该方法通常可在较低的加热温度下进行，导致通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物的分解减少。还可使用增加的压力将气态的通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物推向固体基材。通常使用惰性气体如氮气或氩气作为用于该目的的载气。优选地，压力为10巴至10-7
毫巴，更优选1巴至10-3
毫巴，特别是1-0.01毫巴，例如0.1毫巴。
[0099]
通常通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物在该方法中用作还原剂。根据本发明，含金属或半金属化合物由气态沉积至固体基材上，然后使其与通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物接触。通常将含金属或半金属化合物还原为金属、金属氮化物、金属碳化物、金属碳氮化物、金属合金、金属间化合物或其混合物。在本发明的上下文中，金属膜是具有高电导率(通常至少104s/m，优选至少105s/m，特别是至少106s/m)的含金属或半金属膜。
[0100]
通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物与具有沉积的含金属或半金属化合物的固体基材表面形成永久结合的倾向低。因此，含金属或半金属膜几乎不被通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物的反应副产物污染。优选地，含金属或半金属膜含有总计小于5重量％，更优选小于1重量％，特别是小于0.5重量％，例如小于0.2重量％的氮。
[0101]
含金属或半金属化合物含有至少一种金属或半金属原子。金属包括li、be、na、mg、al、k、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、rb、sr、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、cs、ba、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu、hf、ta、w、re、os ir、pt、au、hg、tl、bi。半金属包括b、si、ge、as、sb、se、te。优选地，含金属或半金属化合物包含电正性大于cu，更优选电正性大于ni的金属或半金属。特别地，含金属或半金属化合物包含ti、ta、mn、mo、w、ge、ga、as、in、sb、te、al或si。可将超过一种含金属或半金属化合物同时或连
续沉积至表面上。如果在固体基材上沉积超过一种含金属或半金属化合物，则所有含金属或半金属化合物可含有相同的金属或半金属或不同的金属或半金属，优选它们含有不同的金属或半金属。
[0102]
任何可以变为气态的含金属或半金属化合物均为合适的。这些化合物包括烷基金属或半金属如二甲基锌、三甲基铝；金属烷氧基化物，例如四甲氧基硅、四异丙氧基锆或四异丙氧基钛；金属或半金属环戊二烯基配合物，例如五甲基环戊二烯基三甲氧基钛或二(乙基环戊二烯基)锰；金属或半金属卡宾，例如三(新戊基)亚新戊基钽或双咪唑烷亚基氯化钌；金属或半金属卤化物，例如三氯化铝、五氯化钽、四氯化钛、五氯化钼、四氯化锗、三氯化镓、三氯化砷或六氯化钨；一氧化碳配合物，如六羰基铬或四羰基镍；胺配合物，例如双(叔丁基亚氨基)双(二甲基氨基)钼、双(叔丁基亚氨基)双(二甲基氨基)钨或四(二甲基氨基)钛；二酮化物(diketonate)配合物，例如三(乙酰丙酮根合)铝或双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮根合)锰。优选金属或半金属卤化物，特别是氯化铝、溴化铝和碘化铝。优选含金属或半金属化合物的分子量为至多1000g/mol，更优选至多800g/mol，特别是至多600g/mol，例如至多500g/mol。
[0103]
该方法优选以原子层沉积(ald)方法进行，优选地，包括(a)和(b)的顺序进行至少2次，更优选至少5次，甚至更优选至少10次，特别是至少50次。通常，包括(a)和(b)的顺序进行不超过1000次。
[0104]
通常优选每次将固体基材暴露于气态的含金属或半金属化合物或通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物时，用惰性气体吹扫基材及其周围装置。惰性气体的优选实例是氮气和氩气。吹扫可以是1秒至1分钟，优选5-30秒，更优选10-25秒，特别是15-20秒。
[0105]
优选地，基材的温度比含金属或半金属化合物变为气态的位置高5℃至40℃，例如20℃。优选地，基材的温度为室温至400℃，更优选100-300℃，例如150-220℃。
[0106]
优选地，在固体基材上沉积含金属或半金属化合物后且在使具有沉积的含金属或半金属化合物的固体基材与通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物接触前，使具有沉积的含金属或半金属化合物的固体基材在气态中与酸接触。在不受理论约束下，据信含金属或半金属化合物的配体的质子化有利于其分解和还原。合适的酸包括盐酸和羧酸，优选羧酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸或三氟乙酸，特别是甲酸。
[0107]
作为替换，可由通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物沉积铝。在该情况下，通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物会吸附在固体基材的表面，例如因为固体基材的表面上存在反应性基团如oh基团或者固体基材的温度足够高。优选地，使所吸附的通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物分解。
[0108]
分解可以通过各种方式进行。固体基材的温度可以提高至分解温度以上。在该情况下，该过程是一个化学气相沉积(cvd)过程。通常将固体基材加热至300-1000℃，优选350-600℃的温度。
[0109]
此外，可将沉积的通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物暴露于等离子体如氧等离子体、氢等离子体、氨等离子体或氮等离子体；氧化剂，如氧气、氧自由基、臭氧、一氧化二氮(n2o)、氧化氮(no)、二氧化氮(no2)或过氧化氢；氨或氨的衍生物，如叔丁胺、异丙胺、二甲胺、甲基乙基胺或二乙胺；肼或肼的衍生物，如n,n-二甲基肼；溶剂，如
水、链烷烃或四氯甲烷；或硼化合物，如硼烷。选择取决于所需层的化学结构。对于氧化铝，优选使用氧化剂、等离子体或水，特别是氧气、水、氧等离子体或臭氧。对于氮化铝，优选氨、肼、肼衍生物、氮等离子体或氨等离子体。对于硼化铝，优选硼化合物。对于碳化铝，优选烷烃或四氯甲烷。对于铝碳化物氮化物，优选包含烷烃、四氯甲烷、氨和/或肼的混合物。
[0110]
该方法优选以原子层沉积(ald)方法进行，包括以下顺序：
[0111]
(c)使固体基材与通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物接触，和
[0112]
(d)分解所吸附的通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物。优选地，包括(c)和(d)的顺序进行至少2次，更优选至少5次，甚至更优选至少10次，特别是至少50次。通常，包括(c)和(d)的顺序进行不超过1000次。
[0113]
在该情况下，基材的温度优选比含金属或半金属化合物变为气态的位置高5℃至40℃，例如20℃。优选地，基材的温度为室温至400℃，更优选100-300℃，例如150-220℃。
[0114]
如果在根据本发明的方法中，基材的温度保持在含金属或半金属化合物的分解温度以下，则通常会在固体基材上沉积单层。一旦含金属或半金属化合物的分子沉积在固体基材上，就在其顶部进一步沉积的可能性通常就会较小。因此，含金属或半金属化合物在固体基材上的沉积优选表示自限性工艺步骤。自限性沉积工艺步骤的典型层厚为0.01-1nm，优选0.02-0.5nm，更优选0.03-0.4nm，特别是0.05-0.2nm。该层厚度通常通过椭圆偏光法测量，如pas 1022de(referenzverfahren zur bestimmung von optischen und dielektrischen materialeigenschaften sowie der schichtdicke d
ü
nner schichten mittels ellipsometrie；2004年2月)中所述。
[0115]
用通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物或含金属或半金属化合物暴露基材可以为数毫秒至数分钟，优选0.1秒至1分钟，特别是1-10秒。固体基材在低于通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物或含金属或半金属化合物的分解温度的温度下暴露于通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物或含金属或半金属化合物的时间越长，形成的膜越规则，缺陷越少。
[0116]
根据本发明的方法的一个特别优点是通式(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)或(vii)的化合物是非常通用的，使得工艺参数可以在宽范围内变化。因此，根据本发明的方法包括cvd方法和ald方法。
[0117]
根据本发明的方法得到含无机金属或半金属膜。膜可仅为一个金属单层，或者更厚，如0.1nm至1μm，优选0.5-50nm。膜可以含有缺陷如孔。然而，这些缺陷通常占膜所覆盖的表面积的一半以下。膜优选具有非常均匀的膜厚度，这意指在基材上不同位置处的膜厚度变化很小，通常小于10％，优选小于5％。此外，该膜优选为在基材表面上的保形膜。测定膜厚度和均匀性的合适方法是xps或椭圆偏光法。
[0118]
通过根据本发明的方法获得的膜可以用于电子元件。电子元件可具有各种尺寸的结构特征，例如100nm至100μm，例如10nm、14nm或22nm。形成用于电子元件的膜的方法非常特别适用于非常精细的结构。因此，优选尺寸小于1μm的电子元件。电子元件的实例为场效应晶体管(fet)、太阳能电池、发光二极管、传感器或电容器。在光学器件如发光二极管或光传感器中，通过根据本发明的方法获得的膜用于提高反射光的层的折射率。
[0119]
优选的电子元件为晶体管。优选地，该膜在晶体管中用作化学阻挡金属。化学阻挡金属是在保持电连接性的同时减少相邻层扩散的材料。
实施例
[0120]
实施例1a：4-(异丙基氨基)戊-3-烯-2-酮(iprnacach)的合成
[0121]
将2,4-戊二酮(10.4ml，0.1mol)在100ml乙醇中的溶液滴加至异丙胺(8.7ml，0.1mol)在100ml乙醇中的溶液。将所得淡黄色溶液在250ml圆底烧瓶中于100℃回流18小时。将浓黄色的溶液减压真空还原。在78℃下在减压(0.8托)下分馏残留物获得淡黄色液体形式的iprnacach(11.859g，产率84％)。
[0122]1h nmr(400mhz,c6d6)δ＝0.82(d,6h),1.51(s,3h),1.96(s,3h),3.19(m,1h),4.83(s,1h),11.10(s,1h).
13
c{1h}nmr(100mhz,c6d6)δ＝18.59,24.07,29.23,44.69,95.47,161.17,194.26.
[0123]
实施例1b：n,n
′‑
二异丙基-2,4-戊烷二酮亚胺(iprnacnach)的合成
[0124]
将iprnacach(5.376g，0.038mol)在硫酸二甲酯(6ml，0.063mol)中的溶液在环境温度下搅拌5分钟，然后将其放置24小时，获得粘稠的橙色溶液。随后加入在甲醇中的过量异丙胺(7ml，0.081mol)并在环境温度下搅拌1小时，增强溶液的颜色强度。加入过量甲醇钠的混合物(11ml，0.048mol)，并在环境温度下将混合物搅拌1小时。在减压下蒸发挥发性组分，然后向所得产物中加入水(40ml)。将烧瓶内容物转移至分液漏斗中。将粗产物用戊烷(10
×
40毫升)萃取，并将合并的有机级分在无水na2so4上干燥。将溶液滤过具有槽纹滤纸(fluted filter paper)，获得透明溶液。在减压下移除挥发性组分获得橙色油形式的iprnacnach(2.195g)。
[0125]1h nmr(400mhz,c6d6)δ＝1.13(d,12h),1.73(s,6h),3.48(m,2h),4.48(s,1h),11.66(s,1h).
[0126]
13
c{1h}nmr(100mhz,c6d6)δ＝19.16,25.44,47.35,94.98,158.33.
[0127]
将粗产物不经进一步纯化用于合成铝配合物。
[0128]
实施例1c：化合物ia-1的合成
[0129]
在0℃下在冰浴中将alcl3(0.372g，2.8mmol)在30ml乙醚中的溶液插入搅拌的lialh4(0.334g，8.4mmol)在30ml乙醚中的溶液。将所得浑浊溶液温热至室温，搅拌40分钟，然后再冷却至-30℃。然后，滴加iprnacnach(2.035g，11.16mmol)在40ml乙醚中的溶液。将所得混合物在环境温度下搅拌18小时，然后通过粗玻璃料上的2厘米celite塞过滤。减压蒸发滤液中的乙醚以收集浓黄色乳状产物。通过在50℃下减压升华纯化粗产物，获得淡黄色晶体形式的化合物ia-1(1.251g，53％产率)。mp＝62-63℃。
[0130]1h nmr(400mhz,c6d6)δ＝1.31(d,12h),1.56(s,6h),3.48(m,2h),4.41(s,1h).
[0131]
13
c{1h}nmr(100mhz,c6d6)δ＝21.88,23.12,50.59,97.73,166.96.
[0132]
热重分析结果显示于图1。
[0133]
实施例2a：4-(仲丁基氨基)戊-3-烯-2-酮(sbunacach)的合成
[0134]
将2,4-戊二酮(10.4ml，0.1mol)在100ml乙醇中的溶液滴加至仲丁胺(10ml，0.1mol)在100ml乙醇中的溶液。将所得淡黄色溶液在250ml圆底烧瓶中于100℃下回流18小时。减压真空还原浓黄色的溶液。在97℃下在0.8托下分馏残余物获得淡黄色液体形式的sbunacach(14.332g，产率92.3％)。
[0135]1h nmr(400mhz,c6d6)δ＝0.68(t,3h),0.80(d,3h),1.16(m,2h),1.51(s,3h),1.98(s,3h),3.00(m,1h,4.84(s,1h),11.13(s,1h).
[0136]
13
c{1h}nmr(100mhz,c6d6)δ＝10.69,18.86,21.95,29.23,31.12,50.35,95.51,161.63,194.30.
[0137]
实施例2b：n,n
′‑
二(仲丁基)-2,4-戊烷二酮亚胺(sbunacnach)的合成
[0138]
将sbunacach(4.005g，0.026mol)在硫酸二甲酯(4ml，0.043mol)中的溶液在环境温度下搅拌5分钟，然后将其放置24小时，获得粘稠的橙色溶液。随后，加入过量仲丁胺(6ml，0.059mol)，并在环境温度下将溶液再搅拌2小时。加入过量甲醇中的甲醇钠的混合物(7.5ml，0.033mol)，并将该混合物搅拌1小时。减压蒸发挥发性组分并向所得产物中加入水(20ml)。将烧瓶内容物转移至分液漏斗中。用戊烷(10
×
35ml)萃取粗产物，并将合并的有机级分在无水na2so4上干燥。将溶液滤过槽纹滤纸。残留溶剂在减压下蒸发以获得粗sbunacnach(5.810g)。在85-87℃下在0.8托下蒸馏粗产物获得淡黄色液体形式的sbunacnach(2.405g，产率45％)。
[0139]1h nmr(400mhz,c6d6)δ＝0.90(t,6h),1.07(d,6h),1.46(m,4h),1.73(s,6h),3.27(m,2h),4.45(s,1h),11.52(s,1h).
[0140]
13
c{1h}nmr(100mhz,c6d6)δ＝11.15,19.43,23.04,32.54,52.98,95.16,158.67.
[0141]
实施例2c：化合物ia-2的合成
[0142]
在0℃下在冰浴中将alcl3(0.381g，2.85mmol)在30ml乙醚中的溶液插入搅拌的lialh4(0.343g，8.57mmol)在30ml乙醚中的溶液。将所得浑浊溶液温热至室温，搅拌40分钟，然后再冷却至-30℃。然后，滴加sbunacnach(2.405g，11.43mmol)在40ml乙醚中的溶液。将所得混合物在环境温度下搅拌18小时，然后通过粗玻璃料上的2厘米celite塞过滤。减压蒸发滤液中的乙醚以收集黄色乳状产物。通过在45℃下在0.8托下升华纯化粗产物获得淡黄色晶体形式的化合物ia-2(0.967g，产率35.5％)，mp＝40℃。
[0143]1h nmr(400mhz,c6d6)δ＝0.83(6h,2ch(ch3)ch2ch3),1.32(6h,2ch(ch3)ch2ch3),1.59(8h,2β-c(ch3) 2ch(ch3)chh
′
ch3),2.00(2h,2ch(ch3)chh
′
ch3),3.23(2h,ch(ch3)ch2ch3),4.50(1h,α-ch).
[0144]
13
c{1h}nmr(100mhz,c6d6)δ＝12.10,21.54,22.46,30.43,56.80,97.91,167.23.
[0145]
热重分析结果显示于图1。