Cu(Ⅰ)金属有机化学气相沉积前驱物的合成与表征

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在超大规模集成电路制造技术中,研究新一代的金属内连线具有重要的意义。由于金属铜电阻值低、抗电迁移性好等优点将全面取代现在集成电路中一直使用的金属铝。铜薄膜的金属有机化学气相沉积(MOCVD)是制备连续、均匀、具有良好阶梯覆盖率的高质量铜金属薄膜的一种被推崇的工艺之一。然而前驱物对铜薄膜MOCVD的影响至关重要,自上世纪90年代末以来,Cu(Ⅰ)前驱物的合成与应用成为MOCVD前驱物研究的重点。 本论文在参考史克兰无水无氧操作线的基础上,改建、组装了一套无水无氧金属有机配合物合成装置。结合本课题的实际情况,分别选择了COD、CPE、CPD作为配体与Hhfac、Cu2O反应合成了相应的金属有机化学气相沉积前驱物(hfac)Cu(Ⅰ)(COD)、(hfac)Cu(Ⅰ)(CPE)、(hfac)Cu(Ⅰ)(CPD),并对它们进行了表征与分析,主要结果如下。 (hfac)Cu(Ⅰ)(COD)前驱物是在室温条件下,经过搅拌、真空去溶剂、60℃减压升华后得到的亮黄色固体粉末。由1H-NMR和FTIR谱图分析确定其为前驱物(hfac)Cu(Ⅰ)(COD),且纯度高。进一步由DSC和TGA等热分析实验表明:(hfac)Cu(Ⅰ)(COD)前驱物具有良好的热稳定性,同时也说明了(hfac)Cu(Ⅰ)(COD)是一种较好的MOCVD的前驱物。 (hfac)Cu(Ⅰ)(CPE)前驱物是在10℃左右条件下,经过搅拌、表压为0.06 MPa下缓慢蒸发去溶剂、25℃油浴加热减压升华后得到的淡黄色固体。由1H-NMR和FTIR谱图分析确定其为前驱物(hfac)Cu(Ⅰ)(CPE),纯度较高。由DSC和TGA等热分析实验表明:(hfac)Cu(Ⅰ)(CPE)在60.7℃发生热分解,其热稳定不是很好,这可能使得化学气相沉积过程中常伴有少量的Cu(hfac)2副产物生成。 (hfac)Cu(Ⅰ)(CPD)前驱物是在室温条件下,经过搅拌、真空去溶剂、55℃油浴加热减压升华得到的黄绿色粘稠固体。由1H-NMR和FTIR谱图分析推测该黄绿色粘稠固体可能是含有环戊二烯二聚体的混合物,该推测在后续的DSC和TGA等热分析实验中得到了证实。进一步分析表明:(hfac)Cu(Ⅰ)(CPD)在146.5℃才开始发生热裂解,热稳定性较适当,很有可能适合作为化学气相沉积铜薄膜的反应前驱物。 本论文工作还同时进行了2-甲氧基丙烯生产中有关体系的共沸点研究。利用基于精馏原理的加压共沸点测定装置,测定了2-甲氧基丙烯(MPP)与甲醇、丙
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