Изобретение относится к комплексам оксалата димеди (I), стабилизированным с помощью компонентов нейтрального основания Льюиса, и к их использованию в качестве предшественников для нанесения металлической меди. Нейтральные основания Льюиса, которые используются, представляют собой алкины или алкены, содержащие, по крайней мере, одну группу силила или сложного эфира, или нитрилы, насыщенные или ненасыщенные азотные лиганды, фосфиты, триалкилфосфины или кислород- или серосодержащие лиганды.
1. Уровень техники и задача изобретения
Для нанесения тонких пленок меди на субстраты было описано множество органо-медных предшественников. Было доказано, что соединения меди в окисленном состоянии +1, содержащие лиганд β-дикетоната и нейтральное основание Льюиса L, такое как, например, алкен или алкин, представляют собой многообещающие вещества. Комплексы этого типа и их применение в качестве предшественников в CVD (нанесение химическим испарением) процессе описаны, например в US 5220044, WO 00/71550, WO 00/17278, US 6130345 или Chem. Mater. 2001, 13, 3993; Inorg. Chem. 2001, 40, 6167; Chem. Mater. 1992, 4, 365; Organometallics 2001, 20, 4001. Предпочтение отдается использованию фторсодержащих лигандов β-дикетоната, таким как, например, гексафторацетилацетонат, поскольку соответствующие комплексы меди (I) имеют намного более высокую термическую стабильность и более высокую летучесть, чем их аналоги, не содержащие фтора. Не содержащие фтора комплексы β-дикетоната меди (I), такие как, например, алкинстабилизированные ацетилацетонаты меди (I), являются чрезвычайно чувствительными к кислороду и разлагаются даже при температуре 0°С (Chem. Ber. 1995, 128, 525) и, таким образом, уже не пригодны в качестве предшественников для процесса CVD. Нанесение слоя меди имеет место при термально индуцированном перераспределении в соответствии со следующим уравнением:
2 LCuI (β-дикетонат)→Cu0+CuII(β-дикетонат)2+2L
Полученный CuII (β-дикетонат)2 и основание Льюиса L являются летучими в условиях, которые используются в процессе CVD, и могут быть, таким образом, удалены из системы. В идеальном случае остается пленка высоко очищенной меди. Однако только 50% используемого предшественника меди(I) может быть превращено в медь (0) в этой реакции, оставшиеся 50% остаются в виде соответствующего CuII(β-дикетоната)2. Подобный результат получали при использовании β-кето сложных эфиров, вместо β-дикетонов, как описано выше, например, в WO 00/08225 или US 5441766. Однако был показан недостаток применения фторсодержащих предшественников меди (I), который заключается в том, что адгезия пленок меди к поверхностям различных субстратов не является безукоризненной, что может в действительности быть приписано силам Ван дер Вальса атомов фтора в молекуле предшественника и, таким образом, отталкивающим взаимодействиям. В дополнение к этому имеется риск загрязнения пластин в микроэлектроники, в частности кремнием со фтором, что приводит к тому, что пластина становится не пригодной к использованию.
Полное превращение до меди достигается при использовании алкоксидов меди, стабилизированных при использовании основания Льюиса, формулы LCuIOR (EP 0468396) и соединений циклопентадиенилмеди (I) формулы LCuI(η5-С5C5), описанных в EP 0297348 и DE 4124686. Некоторые примеры в указанных патентах являются такими, что не содержат фтора и являются стабильными при температуре 25°С. Однако, поскольку реакции термального разложения не протекают определенным образом в этих случаях, то образуются различные виды свободных радикалов в реакциях разложения, которые, к сожалению, приводит к образованию загрязненных пленок меди (кислород составляет приблизительно 5%, углерод приблизительно 1%) (MRS Bulletin/August 1994, 41; Chem. Mater. 1992, 4, 577).
Задача настоящего изобретения, таким образом, заключается в обеспечении не содержащих фтора предшественников меди (I) для нанесения металлической меди, которые являются простыми и недорогими для приготовления, являются термально стабильными и, если возможно, устойчивыми на воздухе и могут быть полностью превращены в пленки металлической меди при использовании термальных способов в описанной реакции разложения в температурном интервале от приблизительно 50 до 400°С с образованием описанных молекулярных, не содержащих меди, нетоксических и, по возможности, газообразных побочных продуктов. Дополнительные объекты настоящего изобретения в дополнение к способу получения веществ-предшественников в соответствии с изобретением, который может быть осуществлен простым и недорогим образом, также обеспечивают приемлемый способ получения тонких, высокоочищенных пленок или слоев меди при использовании этих предшественников и, таким образом, чрезвычайно чистых, тонких слоев меди.
Задача настоящего изобретения решается с помощью соединений общей формулы (I)
в которой медь находится в окисленном состоянии+1, и
L представляет собой R-C≡C-R', который имеет, по крайней мере, одну группу силила или сложного эфира, R'HC=CHR, содержащую, по крайней мере, одну группу силила или сложного эфира, R'3Si-C≡C-R', R'3N, R'2N(CH2)nNR'2, замещенный или незамещенный 2, 2'-бипиридин, 1, 10-фенантролин, Р(OR')3, Р(алкил)3, R'-O-R', R'-O(CH2)nO-R', R'-S-R', R'-S(CH2)nS-R' или нитрил, выбранный из группы, включающей СН3-С≡N, tBu-C≡N, C4H9≡N и Ph-C≡N,
где R представляет собой А, арил, алкиларил или алкинил, содержащий, по крайней мере, одну группу SiR'3 или COOR', и
R' представляет собой R, Н, А, арил, алкиларил или алкинил,
где L, R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы,
А представляет собой C1-С30алкил, С3-С30циклоалкил с неразветвленной или разветвленной цепью, C2-С30алкенил с неразветвленной или разветвленной цепью или C3-С30циклоалкенил с неразветвленной или разветвленной цепью,
арил представляет собой C6-С10арил или алкиларил,
алкиларил представляет собой C7-С18алкиларил,
алкинил представляет собой C2-С30алкинил с неразветвленной или разветвленной цепью.
Соединения в соответствии с изобретением, таким образом, также представляют собой соединения общей формулы (I), в которой
А представляет собой C1-С9алкил с неразветвленной или
разветвленной цепью, C3-С9
циклоалкил с неразветвленной или
разветвленной цепью, C2-С9алкенил с неразветвленной или
разветвленной цепью или C3-С9циклоалкенил с неразветвленной
или разветвленной цепью,
арил представляет собой фенил или нафтил,
алкиларил представляет собой толил или мезитил,
алкинил представляет собой C2-С9алкинил с неразветвленной или разветвленной цепью,
и L, R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы.
Соединения общей формулы (I) образуют подгруппы, в которых
I.
А представляет собой C1-С4алкил с неразветвленной или разветвленной цепью, выбранный из группы, состоящей из метила этила, н- и и-пропила и н-, и- и трет-бутила, C3-С6-циклоалкил, выбранный из группы, включающей циклопропил, циклобутил, циклопентил и циклогексил, C2-С6алкенил с неразветвленной или разветвленной цепью, выбранный из группы, включающей винил, пропенил, бутенил, пентенил и гексенил, или C3-С6-циклоалкенил, выбранный из группы, включающей циклопропенил, циклобутенил, циклопентенил, циклопентадиенил и метилциклопентадиенил,
арил представляет собой фенил или нафтил,
алкиларил толил или мезитил,
алкинил представляет собой C2-С6алкинил с неразветвленной или разветвленной цепью, выбранный из группы, включающей этенил, пропинил, бутинил, пентинил и гексинил,
и R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы, или
II.
L представляет собой R-C≡C-R' или R'HC=CHR, каждый из которых содержит, по крайней мере, одну группу силила или сложного эфира, и R и R' являются такими, как определено в пункте 1,
III.
L представляет собой R'3Si-C≡C-R',
где R' представляет собой SiMe3, СН3, С2Н5, С3Н7, С4Н9, фенил, СООМе или COOEt, или
IV.
L представляет собой алкин, выбранный из группы, состоящей из Ме3Si-С≡С-SiMe3, Ме3Si-С≡С-nBu, МеООС-С≡С-СООМе, EtOOC-C≡C-COOEt и Ме3Si-С≡С-R', где R' представляет собой СН3, С2Н5, С3Н7, фенил, СООМе или COOEt, или
V.
L представляет собой алкен, выбранный из группы, состоящей из Н2С=CHSiMe3, Н2С-СНСООСН3, Н2С=СНСООС2Н5 и H2C=CHSiR'3, где R' независимо друг от друга представляют собой СН3, С2Н5, С3Н7, С4Н9, НС=СН2 или фенил, или
VI.
L представляет собой соединение, выбранное из группы, состоящей из СН3-С≡N, tBuC≡N, C4H9C≡N, Ph-C≡N; N(СН3)3, N(С2Н5)3, H2N-(CH2)2-NH2, (СН3)2N-(СН2)2-N(СН3)2, (C2H5)2N-(CH2)2-N(C2H5)2, H2N-(CH2)4-NH2, (СН3)2N-(СН2)4-N(СН3)2, (C2H5)2N-(CH2)4-N(C2H5)2, 2,9-диметил-1,10-фенантролин; Р(ОСН3)3, Р(ОС2Н5)3, Р(ОС6Н11)3, Р(OPh)3; Р(СН3)3, Р(С2Н5)3, Р(С3Н7)3, Р(С4Н9)3, Р(С6Н11)3; С2Н5-O-С2Н5, СН3-O-С4Н9, СН3О-(СН2)2-ОСН3, С2Н5O-(СН2)2-ОС2Н5, СН3-S-СН3, C2H5-S-C2H5, С3Н7-S-С3Н7, Ph-S-Ph, СН3S-(СН2)2-SCH3, СН3S-(СН2)3-SCH3, C2H5S-(CH2)2-SC2H5 и PhS-(CH2)2-SPh.
В частности, задача настоящего изобретения заключается в получении новых соединений общей формулы (I):
оксалата ди {[бис(триметилсилил)ацетилен]меди(I)},
оксалата ди{[(триметилсилил)(н-бутил)ацетилен]меди(I)},
оксалата ди[(винил-т-бутилдиметилсилан)меди(I)] и
оксалата ди[(винилдиэтилметилсилан)меди(I)].
Задача настоящего изобретения также заключается в обеспечении способа получения соединений общей формулы (I), как указано, путем проведения реакции Cu2O со щавелевой кислотой и основанием Льюиса L в инертном растворителе и изоляции полученного продукта. В частности, задача решается при использовании частных воплощений способа, как заявлено в пунктах 11-21.
В соответствии с изобретением соединения общей формулы (I) в соответствии с пунктами 1-9 применяются для получения высокоочищенных тонких металлических слоев меди.
Высокоочищенные тонкие металлические слои меди получают с помощью способа, в котором соединения общей формулы (I) подвергают нагреванию, вызывая тем самым удаление основания Льюиса L и нанесение металлической меди посредством декарбоксилирования.
Удаление основания Льюиса L осуществляют при температуре, которая находится в пределах от приблизительно 50 до приблизительно 200°С. Декарбоксилирование с образованием металлической меди и двуокиси углерода, которое происходит как вторая реакция, завершают при температуре в пределах от приблизительно 150 до 350°С.
Удаленное основание Льюиса L подвергают рециклизации и повторно используют в способе получения соединений общей формулы (I) и применяют для получения высокоочищенных тонких слоев металлической меди.
Объект в соответствии с изобретением, таким образом, заключается, в частности, в обеспечении высокоочищенных тонких слоев металлической меди, которые имеют улучшенные свойства, получены при использовании соединения общей формулы (I) при осуществлении способа в соответствии с изобретением.
2. Описание изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает соединения общей формулы (I)
в каждом из которых, независимо от положения в комплексе и друг от друга, L представляет собой алкин R-C≡C-R' или алкен R'HC=CHR, который содержит, по крайней мере, одну группу силила и сложного эфира. L, кроме того, может быть нитрилом R'-C≡N, насыщенным или ненасыщенным азотным лигандом, фосфитом Р(OR')3, триалкилфосфин Р(алкил)3, простым эфиром R'-O-R', диэфиром, тиоэфиром R'-S-R' или дитиоэфиром. Окисленное состояние меди +1. R может быть алкилом, циклоалкилом, алкенилом, циклоалкенилом, арилом, алкиларилом или алкинилом, которые содержат, по крайней мере, одну группу SiR'3 или COOR'.
R' могут независимо друг от друга представлять собой R или Н, алкил, циклоалкил, алкенил, циклоалкенил, арил, алкиларил или алкинил.
Соединения общей формулы (I) получают при использовании реакции Cu2О, щавелевой кислоты и нейтрального лиганда L или двух различных нейтральных лигандов в инертном апротонном органическом растворителе. Соединения общей формулы (I) могут быть изолированы в чистой форме как температурно-стабильные вещества. Кроме того, полученные вещества отличаются удивительной и необычно высокой стабильностью к окислению; они могут подвергаться обработке в присутствии воздуха без каких-либо проблем, что в значительной мере упрощает последующее применение веществ в качестве предшественников для нанесения металлической меди.
Если соединения общей формулы (I) подвергают нагреванию, то остается высокоочищенное медное зеркало; все побочные продукты являются летучими и могут, таким образом, очень просто удаляться из места реакции. Термальное разложение осуществляется в соответствии со следующим уравнением:
Единственные продукты реакции, которые образуются, за исключением металлической меди, представляют собой двуокись углерода и основания Льюиса L, которое может быть регенерировано и использовано повторно.
Соединения общей формулы (I) могут применяться в качестве предшественников для нанесения металлической меди. Нанесение можно осуществлять из газовой фазы или из раствора предшественника и приемлемого растворителя или из твердого состояния предшественника посредством контакта предшественника с нагретым субстратом. По сравнению с уровнем техники является предпочтительным, чтобы предшественники меди (I), из которых металлическая медь может наноситься до уровня 100% в указанной реакции разложения при отсутствии свободных радикалов с образованием пленок с высокой степенью очистки, являлись доступными с самого начала. Выход нанесенной металлической меди может быть, таким образом, увеличен от 50 до 100% по сравнению с уровнем техники. Высокая стабильность и нечувствительность соединений, в частности высокая устойчивость к окислению, значительное упрощение обработки соединений в способе нанесения металлической меди, имеют благоприятный эффект на способ нанесения в отношении средств.
Преимущества соединений общей формулы (I) по сравнению с веществом, которое используется в уровне техники (CupraSelect®), заключаются в следующем: лучшие физические свойства, такие как более высокая устойчивость к нагреванию, лучшие химические свойства, такие как более высокая устойчивость к окислению, более простой способ обработки, более дешевый синтез благодаря использованию более дешевых исходных материалов щавелевой кислоты по сравнению с гексафторацетилацетоном, удвоенный выход металлической меди в процессе нанесения, не содержащие меди и нетоксические побочные продукты, значительное меньшее количество побочных продуктов и, таким образом, сниженное загрязнение окружающей среды. Кроме того, соединения не содержат атомов фтора, которые могут приводить к загрязнению фтором и в связи с этим пластины становятся непригодными.
В целом синтез предшественников меди(I) в соответствии с изобретением, таким образом, является более простым и менее дорогим, чем таковой при использовании коммерчески доступного предшественника (I) CupraSelect®, который представляет собой (триметилвинилсилан)медь(I) гексафторацетилацетонат. В то же время предшественники в соответствии с изобретением позволяют повысить как качество медных покрытий, так и повысить безопасность процесса для окружающей среды.
3. Подробное описание изобретения
Соединения общей формулы (I) в соответствии с изобретением содержат оксалатный дианион и два центра меди в окисленном состоянии +1, при этом оксалатный дианион является связанным как мостик в модусе μ-1, 2, 3, 4 с двумя центрами меди (I). Единица оксалата димеди (I) CuO2C2O2Cu стабилизируется путем координации каждого из нейтральных лигандов L с одним центром меди (I), предпочтительно двух идентичных лигандов L, так что два центра меди (I) имеют по крайней мере, псевдо-тригонально-плоскостное расположение, если также желательным является тетраэдрическое окружение. Атомы меди, которые присутствуют в комплексе, могут быть связаны с двумя различными лигандами L. Для упрощения далее приводится ссылка на лиганд или основание Льюиса L, несмотря на то, что это может также быть взято для обозначения двух различных лигандов или основания Льюиса L.
L представляет собой R-C≡C-R' или алкен R'HC=CHR, которые содержат, по крайней мере, одну группу силила или сложного эфира. L может, кроме того, представлять собой нитрил R'-C≡N, насыщенный или ненасыщенный азотный лиганд, такой как, например, R'3N, R'2N(CH2)nNR'2, замещенный или незамещенный 2, 2'-бипиридин или 1, 10-фенантролин, фосфит Р(OR')3, алкилфосфин Р(алкил)3, простой эфир R'-O-R', диэфир, тиоэфир R'-S-R' или дитиоэфир. R, в свою очередь, может быть алкилом, циклоалкилом, алкенилом, циклоалкенилом, арилом, алкиларилом или алкинилом, которые содержат, по крайней мере, одну группу SiR'3 или COOR'. R' могут независимо друг от друга представлять собой R или Н, алкил, циклоалкил, алкенил, циклоалкенил, арил, алкиларил, или алкинил.
Алкильные группы могут быть C1-С30алкилом с неразветвленной или разветвленной цепью, предпочтительно C1-С9алкилом с неразветвленной или разветвленной цепью, в частности предпочтительно C1-С4алкилом, выбранным из группы, включающей метил, этил, н- и и-пропил и н-, и- и трет-бутил. Циклоалкильные группы могут быть C3-С30циклоалкилом с неразветвленной или разветвленной цепью, предпочтительно C3-С9циклоалкилом, в частности предпочтительно C3-С6циклоалкилом, выбранным из группы, включающей циклопропил, циклобутил, циклопентил и циклогексил.
Алкенильные группы могут быть C2-С30алкенилом с неразветвленной или разветвленной цепью, предпочтительно C2-С9алкенилом с неразветвленной или разветвленной цепью, в частности предпочтительно C2-С6алкенилом с неразветвленной или разветвленной цепью, выбранным из группы, включающей винил, пропенил, бутенил, пентенил и гексенил. Циклоалкенильные группы могут быть С3-С30циклоалкенилом с неразветвленной или разветвленной цепью, предпочтительно С3-С9циклоалкенилом, в частности предпочтительно С3-С6Циклоалкенилом, выбранным из группы, включающей циклопропенил, циклобутенил, циклопентенил, циклопентадиенил и метилциклопентадиенил.
Арильные группы могут быть С6-С10арилом, предпочтительно фенилом или нафтилом. Алкиларил может быть С7-С18алкиларилом, предпочтительно толилом или мезитилом.
Алкинильные группы могут быть неразветвленным или разветвленным С2-С30алкинилом, предпочтительно С2-С9алкинилом с неразветвленной или разветвленной цепью, в частности предпочтительно С2-С6алкинилом с неразветвленной или разветвленной цепью, выбранным из группы, включающей этинил, пропинил, бутинил, пентинил и гексенил.
В частности, приемлемые нейтральные основания Льюиса представляют собой алкины формулы R-C≡C-R' и алкены формулы R'HC=CHR, которые содержат по крайней мере одну группу силила или сложного эфира. Предпочтение отдается применению алкинов, выбранных из группы R'3Si-C≡C-R' и, в частности, хорошие результаты получены с алкинами Ме3Si-С≡С-R' (R'=SiMe3, СН3, С2Н5, С3Н7, С4Н9, фенил, СООМе, COOEt) и с алкинами МеООС-С≡С-СООМе и EtOOC-C≡C-COOEt. Предпочтение отдается применению алкенов, выбранных из группы R'HC=CHR и, в частности, хорошие свойства были получены при использовании алкенов Н2С=CHSiMe3, H2C=CHSiR'3, где R', независимо друг от друга могут быть СН3, С2Н5, С3Н7, С4Н9, НС=СН2 или фенилом, и алкенов Н2С=СНСООСН3 и H2C=CHCOOC2H5. В частности, хорошие результаты были получены при использовании алкинов Me3Si-C≡C-SiMe3, Ме3Si-С≡С-nBu и алкенов H2C=CHSiEt2Me, H2C=CHSiMe2 tBu.
Приведенные ниже соединения являются приемлемыми в качестве нейтральных оснований Льюиса:нитрилы R'C≡N, например, СН3-C≡N, tBu C≡N, C4H9C≡N или Ph-C≡N; насыщенные или ненасыщенные азотные лиганды R'3N, такие как, например, N(СН3)3, N(C2H5)3 или R'2N(CH2)nNR'2, такие как, например, H2N-(CH2)2-NH2, (СН3)2N-(СН2)2-N(СН3)2, (C2H5)2N-(CH2)2-N(C2H5)2, H2N-(CH2)4-NH2, (CH3)2N-(CH2)4-N(CH3)2, (C2H5)2N-(CH2)4-N(C2H5)2, или насыщенный или ненасыщенный 2,2'-бипиридин или 1,10-фенантролин или 2,9-диметил-1,10-фенантролин; фосфиты формулы Р(OR')3, например, Р(ОСН3)3, Р(ОС2Н5)3, Р(ОС6Н11)3 или Р(OPh)3; триалкилфосфины формулы PR'3, например, Р(СН3)3, Р(С2Н5)3, Р(С3Н7)3, Р(С4Н9)3 или Р(С6Н11)3; простые эфиры формул R'-O-R' и R'O-(CR'2)n-OR', например, С2Н5-O-С2Н5, СН3-O-С4Н9, СН3О-(СН2)2-ОСН3 или С2Н5O-(СН2)2-ОС2Н5; тиоэфиры формул R'-S-R' и P'S-(CR'2)n-SR', например, СН3-S-СН3, C2H5-S-C2H5, С3Н7-S-С3Н7, Ph-S-Ph, СН3S-(СН2)2-SCH3, СН3S-(СН2)3-SCH3, C2H5S-(CH2)2-SC2H5 или PhS-(CH2)2-SPh.
Соединения общей формулы (I) получали с помощью реакции Cu2O, щавелевой кислоты и основания Льюиса L под атмосферой защитного газа в инертном апротонном органическом растворителе. Используемое для этой цели основание Льюиса L может представлять собой два различных основания Льюиса L в эквимолярном соотношении. Последовательность прибавления компонентов может быть выбрана по желанию. Если основание Льюиса, которое используется, представляет собой смесь соответствующих соединений, то предпочтительно прибавляют два соединения к реакционной смеси одновременно или перемешивают одно с другим перед прибавлением. Исходные соединения могут быть предварительно растворены или суспендированы в приемлемом растворителе или добавлены при отсутствии растворителя как твердое вещество или жидкость. Приемлемые растворители, которые могут использоваться для осуществления реакций, представляют собой инертные апротонные растворители, такие как углеводороды с открытой цепью или циклические алифатические и ароматические углеводороды, которые могут быть частично галогенированными, или простые эфиры и циклические эфиры. Особое предпочтение отдается применению пентана, гексана, гептана, циклогексана, толуола, метиленхлорида, трихлорметана, хлорбензола, диэтилового эфира и тетрагидрофурана. Атмосфера защитного газа, который используется, может быть азотом или аргоном. Стехиометрическое соотношение исходных материалов Cu2O, щавелевой кислоты и основания Льюиса L составляет от 1:1:2 до 1:1:4, предпочтительно от 1:1:2 до 1:1:3 и особенно предпочтительно 1:1:2. Основание Льюиса L прибавляют в субстехиометрическом количестве по отношению к щавелевой кислоте и Cu2O. Реакцию можно осуществлять при температуре в пределах от -30 до +100°С, предпочтительно от 0 до 50°С и весьма предпочтительно от 20 до 40°С. Наибольший выход получают при комнатной температуре. Время реакции составляет от 1 до 24 часов, предпочтительно от 2 до 8 часов и весьма предпочтительно от 3 до 6 часов. При этом происходят изменения реакционного раствора, начиная от красной суспензии до бесцветного или коричневатого раствора или суспензии, в зависимости от типа комплекса, который образуется. Нерастворимые составляющие отделяют. Это осуществляют путем фильтрации, центрифугирования или с помощью других способов, известных среднему специалисту в данной области техники. Получают прозрачный бесцветный, желтый или красный раствор в зависимости от типа используемого основания Льюиса. Последовательно изолируют соединения общей формулы (I). Это осуществляют после удаления растворителя с помощью способов, известных специалисту в данной области техники. Если это необходимо, то осуществляют дальнейшую очистку. Вместо механического отделения твердых веществ из реакционной смеси с помощью фильтрации или других способов, также возможно осуществлять экстракцию для того, чтобы удалить образовавшийся продукт. Соединения общей формулы (I), которые уже были описаны выше, неожиданно были показаны как термостабильные и их, таким образом, можно успешно изолировать как чистые вещества и последовательно характеризовать аналитически и спектроскопически.
Термическое поведение соединений можно исследовать с помощью TGA (термогравиметрического анализа) и DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии). Проведенные исследования продемонстрировали, что разложение соединений в соответствии с изобретением происходит в два этапа:
Сначала основание Льюиса L удаляют из комплекса меди (I). Такое удаление можно также проводить поэтапно в зависимости от соединения и определять с помощью TGA. На втором этапе осуществляют декарбоксилирование с образованием металлической меди и двуокиси углерода посредством внутренней окислительно-восстановительной реакции оставшегося фрагмента Cu2О2С2О2Cu2. Первый этап осуществляют в зависимости от предшественника при температуре в пределах от приблизительно 50 до приблизительно 200°С, а второй этап осуществляют при температуре от приблизительно 150°С и завершают при температуре приблизительно 350°С. Однако вполне возможно для удаления оснований Льюиса и реакции декарбоксилирования осуществлять их параллельно при переходе на более высокие температуры. Остаточное содержание точно соответствует содержанию меди в соответствующем предшественнике меди (I), так что выход металлической меди составляет 100% с получением соединений общей формулы (I) и, таким образом, является удвоенным по сравнению с таковым уровня техники.
Эта эффективная реакция разложения приводит к получению значительно меньшего количества побочных продуктов с соединениями общей формулы (I) по сравнению с уровнем техники. Свободное основание Льюиса L повторно образуется в процессе нанесения и может собираться с помощью приемлемых устройств, таких как, например, охлаждаемые ловушки в вакууме, и повторно использоваться; второй побочный продукт образуется в двуокиси углерода. По сравнению с уровнем техники, где гексафторацетилацетонат меди (II) и триметилвинилсилан основания Льюиса образуются как побочные продукты, в данном случае побочные продукты не содержат меди, являются нетоксическими и, таким образом, безопасными. При этом значительно уменьшается загрязнение окружающей среды, чем при использовании соединений уровня техники.
Соединение (Me3Si-C≡C-SiMe3)2Cu2O4C2 было продемонстрировано как термостабильное соединение, которое является крайне нечувствительным к окислению. Соединение является стабильным вплоть до температуры 100°С и может подвергаться обработке на воздухе в течение периода, который составляет недели. Это является существенным преимуществом по сравнению с уровнем техники, поскольку CupraSelect® медленно разлагается даже при температуре приблизительно 50°С, и соединение также быстро окисляется на воздухе с образованием меди (II). Это позволяет намного упростить обработку не только в процессе синтеза, но также и при проведении процесса нанесения.
Соединения общей формулы (I) могут использоваться в качестве предшественников для нанесения металлической меди. Нанесение пленок металлической меди осуществляют или из газовой фазы, или из раствора предшественника и приемлемого растворителя, или из твердого состояния предшественника посредством контакта предшественника с нагретым субстратом.
Для иллюстрации и для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены примеры. Однако благодаря общедоступности описанного изобретательского принципа неприемлемым является ограничение объема защиты настоящей заявки этими примерами. Кроме того, содержание процитированных патентных заявок является частью раскрытого содержания настоящего изобретения, которое составляет основу настоящего описания.
4. ПРИМЕРЫ
Пример 1
Оксалат ди{[бис(триметилсилил)ацетилен]меди(I)}
8 г Me3SiC≡CSiMe3 и 2,14 г щавелевой кислоты прибавляли к суспензии 3,4 г Cu2О в 30 мл метиленхлорида в атмосфере инертного газа, смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 4 часов. Для того чтобы удалить нерастворимые остатки, раствор пропускали через фритту с силикагелем, остаток дважды промывали с помощью метиленхлорида во фритте. Бесцветный раствор выпаривали, бесцветные кристаллы (Ме3SiC≡CSiMe3)2Cu2O4С2 получали при температуре -30°С.
C18H36Cu2O4Si4 (555,92 г/мол). Анализ [%]: подсчитывали: С 38,9, Н 6,5, определяли: С 38,7, Н 6,6. ИК (KBr) [см-1]: 
1642, 1354, 1309.1Н-ЯМР (CDCl3) [ppm]: 0,30 (с, 36 Н, SiMe3). 13С-ЯМР (CDCl3) [ppm]: 0,0 (SiMe3), 114,2 (С=С), 171,8 (CO2). МС (m/е (%)):788 (25) [М+Cu(Ме3SiC=CSiMe3)]+, 618 (10) [М+Cu]+, 403 (68) [М-CuO4С2]+, 233 (100) [М-(Me3SiC≡CSiMe3)CuO4C2]+. TG(30-1000°С, 5°С/мин) двухэтапное разложение, температурный интервал первого этапа 100-170°С, потеря веса 65% (2 Me3SiC≡CSiMe3), температурный интервал второго этапа 230-290°С, потеря веса 11% (2 CO2), остаточное содержание 24% (2 Cu).
Фиг.1 показывает разложение полученного оксалата ди{[бис(триметилсилил)ацетилен]меди(I)} как функцию температуры с нанесением тонкого слоя меди на субстрат.
Пример 2
Оксалат ди{[(триметилсилил) (н-бутил) ацетилен] меди(I)}
5 мл Me3SiC≡CnBu и 1,13 г щавелевой кислоты прибавляли к суспензии 1,8 г Cu2O в 400 мл метиленхлорида в атмосфере инертного газа, смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 5 часов. Для того чтобы удалить нерастворимые остатки, раствор пропускали через фритту с силикагелем, остаток дважды промывали с помощью метиленхлорида во фритте. Бесцветный раствор выпаривали, и бесцветные кристаллы (Me3SiC≡CnBu)2Cu2O4C2 получали при температуре -30°С.
C20H36Cu2O4Si2 (523,77 г/мол). ИК (KBr) [см-1]:
1355, 1311. 1H-ЯМР (CDCl3) [ppm]: 0,29 (с, 18 H, SiMe3), 0,93 [т, 3JHH=7,0 Гц, 6 Н, (СН2)3CH3], 1,3-1,6 [м, 4 Н, (СН2)2CH2СН3], 1,5-1,8 (м, 4 Н, CH2CH2CH2СН3), 2,58 [т, 3JHH=7,0 Гц, 4 Н, СН2(СН2)2СН3]. 13С-ЯМР (CDCl3) [ppm]: 0,0 (SiMe3), 13,4 [(СН2)3CH3], 21,7 [(СН2)2СН2СН3], 22,5 (СН2СН2СН2СН3), 30,9 (≡ССН2), 85,4 (≡ССН2), 112,9 (SiC≡C), 171,4 (CO2). МС (m/е (%)): 741 (20) [М+Cu(Ме3SiC≡CBu)]+, 587 (20) [М+Cu]+371 (93) [М-CuO4C2]+, 217 (100) [М-(Me3SiC≡CBu)CuO4C2]+. TG (30-1000°С, 5°С/мин) двухэтапное разложение, температурный интервал первого этапа 70-150°С, потеря веса 53% (2 Ме3SiC=CBu), температурный интервал второго этапа 170-300°С, потеря веса 23% (2 CO2), остаточное содержание 24% (2 Cu).
Фиг.2 показывает разложение полученного оксалата ди{[(триметилсилил)(н-бутил)ацетилен]меди(I)} как функцию температуры с нанесением тонкого слоя меди на субстрат.
Пример 3
Оксалат ди[(винил-m-бутилдиметилсилан)меди(I)]
4,8 мл H2C=CHSiMe2 tBu и 1,13 г щавелевой кислоты прибавляли к суспензии 1,8 г Cu2O в 400 мл метиленхлорида в атмосфере инертного газа, смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 5 часов. Для того чтобы удалить нерастворимые остатки, раствор пропускали через фритту с силикагелем, остаток дважды промывали с помощью метиленхлорида во фритте. Бесцветный раствор выпаривали и бесцветные кристаллы (H2C=CHSiMe2 tBu)2Cu2O4C2 получали при температуре -30°С.
C18H36Cu2O4Si2 (499,75 г/мол). ИК (KBr) [см-1]:
1344, 1312. 1Н-ЯМР (CDCl3) [ppm]: 0,14 (с, 12 Н, Si(СН3)2), 0,90 (с, 18 Н, С(СН3)3), 4,50 (дд, Jтранс=18,3 Гц, Jгем=2,5 Гц, 2 Н, SiCH=CH2), 4,78 (дд, Jтранс=18,3 Гц, Jцис=13,3 Гц, 2 Н, SiCH=СН2), 4,86 (дд, Jцис=13,3 Гц, Jгем=2,5 Гц, 2 Н, SiCH=CH2). 13С-ЯМР (CDCl3) [ppm]: -5,8 (SiMe2), 16,8 (СМе3), 26,2 (CMe3), 91,0 (=СН2), 97,4 (=CHSi), 171,6 (CO2). МС (m/е (%)):347 (62) [М-CuO4C2]+, 206 (80) [М-(H2C=CHSiMe2Bu)CuO4C2]+. TG (30-1000°С, 5°С/мин) трехэтапное разложение, температурный интервал первого этапа 70-130°С, потеря веса 39% (H2C=CHSiMe2tBu, Н2С=СМе2), температурный интервал второго этапа 130-170°С, потеря веса 15% (H2C=CHSiMe2H), температурный интервал третьего этапа 170-310°С, потеря веса 19% (2 CO2), остаточное содержание 27% (2 Cu).
Фиг.3 показывает разложение полученного оксалата ди[винил-т-бутидиметилсилана]меди(I)} как функцию температуры с нанесением тонкого слоя меди на субстрат.
Пример 4
Оксалат ди[(винилдиэтилметилсилан)меди(I)]
4,4 мл H2C=CHSiEt2Me и 1,1 г щавелевой кислоты прибавляли к суспензии 1,8 г Cu2O в 400 мл метиленхлорида в атмосфере инертного газа, смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 5 часов. Для того чтобы удалить нерастворимые остатки, раствор пропускали через фритту с силикагелем, остаток дважды промывали с помощью метиленхлорида во фритте. Бесцветный раствор выпаривали, и бесцветные кристаллы (H2C=CHSiEt2Me)2Cu2O4C2 получали при температуре -30°С.
C16H32Cu2O4Si2 (471,70 г/мол). ИК (KBr) [см-1]: 
1343, 1310. 1H-ЯМР (CDCl3) [ppm]: 0,12 (с, 6 H, SiMe), 0,65 (к, 8 Н, 3J=7,8 Гц, СН2), 0,98 (т, 12 Н, 3J=7,9 Гц, СН3), 4,48 (дд, Jтранс=17,5 Гц, Jгем=3,6 Гц, 2 Н, SiCH=CHH), 4,75 (дд, Jтранс=17,7 Гц, Jцис=13,0 Гц, 2 Н, SiCH=CH2), 4,81 (дд, Jцис=13,0 Гц, Jгем=3,5 Гц, 2 Н, SiCH=CHH). 13С-ЯМР (CDCl3) [ppm]: -5,5 (SiCH3), 5,3 (SiCH2СН3), 7,3 (SiCH2CH3), 89,7 (Н2С=СН), 96,6 (Н2С=СН), 171,5 (COO). TG (30-1000°С, 5°С/мин) двухэтапное разложение, температурный интервал первого этапа 50-150°С, потеря веса 50% (2 H2C=CHSiEt2Me), температурный интервал второго этапа 150-320°С, потеря веса 23% (2 CO2), остаточное содержание 27% (2 Cu).
Фиг.4 показывает разложение полученного оксалата ди[винилдиэтилметилсилана]меди(I)} как функцию температуры с нанесением тонкого слоя меди на субстрат.
Изобретение относится к комплексам оксалата димеди (I), стабилизированным с помощью компонентов нейтрального основания Льюиса. Описаны соединения общей формулы (I), в которых медь находится в окисленном состоянии+1, и L представляет собой R-C≡C-R', который имеет, по крайней мере, одну группу силила, R'HC=CHR, содержащую, по крайней мере, одну группу силила или R'3Si-C≡C-R', где R представляет собой А, по крайней мере, одну группу SiR'3, и R' представляет собой R, Н, или А, где L, R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы, А представляет собой C1-С30алкил с неразветвленной или разветвленной цепью. Также описан способ получения соединений общей формулы (I), и описан способ получения высоко очищенных тонких слоев меди. Технический результат - получение не содержащих фтора предшественников меди (I) для нанесения металлической меди, которые являются термически стабильными, и могут быть превращены в пленки металлической меди. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.
в которых медь находится в окисленном состоянии+1, и
L представляет собой R-C≡C-R', который имеет, по крайней мере, одну группу силила, R'HC=CHR, содержащую, по крайней мере, одну группу силила или R'3Si-C≡C-R'
где R представляет собой А, по крайней мере, одну группу SiR'3, и
R' представляет собой R, Н, или А,
где L, R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы,
А представляет собой C1-С30алкил с неразветвленной или разветвленной цепью.
А представляет собой С1-С9алкил с неразветвленной или разветвленной цепью,
и R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы.
А представляет собой С1-С4алкил с неразветвленной или разветвленной цепью, выбранный из группы, состоящей из метила, этила, н-и и-пропила и н-, и- и трет-бутила,
и R и R' могут каждый независимо друг от друга принимать идентичные или различные значения в различных положениях молекулы.
оксалат ди{[бис(триметилсилил)ацетилен]меди(I)},
оксалат ди{[(триметилсилил)(н-бутил)ацетилен]меди(I)},
оксалат ди[(винил-т-бутилдиметилсилан)меди(I)] и
оксалат ди[(винилдиэтилметилсилан)меди(I)].
| Поршневой компрессор | 1981 |
|
SU989133A1 |
| Устройство для измерения вольт-фарадных характеристик | 1981 |
|
SU1000947A1 |
| МЕДЬ(I)ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ И СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ МЕДНОЙ ПЛЕНКИ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ | 1999 |
|
RU2181725C2 |
| RU 95107302 A1, 27.01.1997 | |||
| СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПОРОШКОВ И ПОДЛОЖЕК | 1998 |
|
RU2149217C1 |
| JP 2001114789, 24.04.2001. | |||
