CN1675407A - 金属化 - Google Patents

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CN1675407A
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詹姆斯·汤姆森
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Abstract

本发明涉及在制备金属沉积物中使用的光敏有机金属化合物。特别是，本发明涉及光敏有机金属化合物如二－(全氟丙基)－1，5－环辛二烯铂(II)(即(C3F7) 2PtC8H12)，其通过UV辐射曝光，然后通过还原过程形成铂金属沉积物如可以导电的基本上连续的薄“片状”薄膜或基本上的窄传输线。

Description

金属化
发明领域
本发明涉及在制备金属沉积物中使用的光敏有机金属化合物。特别是，本发明涉及光敏有机金属化合物如二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)(即(C3F7)2PtC8H12)，其通过UV辐射曝光，然后还原过程形成铂金属沉积物，如可以导电的基本连续的薄“片状”薄膜或基本上的窄传输线(narrowline)。
发明背景
在例如光电子学、半导体技术和电子外科移植中的集成电路中，需要薄的金属线。
至于纳米级电路，使用金属油墨或掩模和蚀刻过程的传统方法还不具有以下的要求：可以保证高分辨率的精确直线的沉积和在集成电路制备期间形成完美的直角而不是弧形。此外，如果得不到高分辨率，就不能制备高密度的互连。
本发明的一个目的是对此进行消除和/或减缓。
发明概述
根据本发明的第一个方面，提供了在基材上形成金属沉积物的方法，该方法包含：
a)在基材上沉积光敏有机金属化合物；
b)用UV辐射照射所述的光敏有机金属化合物；
c)还原辐射过的光敏有机金属化合物以形成粘附在基材上的金属沉积物；和
d)从所述的基材上除去任何退化的光敏有机金属化合物残余物和未受影响的光敏有机金属化合物。
典型地，在步骤c)中的还原过程包含：
1)第一加热和冷却阶段；
2)在氧化性气氛中的第二加热和冷却阶段；
3)在基材上流过惰性气体；和
4)第三加热和冷却阶段，其中还原性气体流过基材以形成金属沉积物。
金属沉积物可以是任何形状或结构，如基本连续的薄“片状”薄膜或基本的窄传输线。通过适当聚焦UV光束，可以产生具有纳米尺寸的特征。可以在基材上形成例如低于70nm的金属线。
典型地，金属沉积物牢固地粘附在基材上。
第一加热和冷却阶段可以是在惰性气氛如稀有气体，例如双氮中进行。
方便地，第二加热和冷却阶段是在包含双氧的气氛如空气。
典型地，第三加热和冷却阶段中的还原气体包括至少二氢。
可以通过升华步骤或洗涤步骤除去任何未反应的光敏有机金属化合物。
本发明的光敏有机金属化合物是通过UV辐射，接着还原转变为金属的化合物。
典型地，光敏有机金属化合物是铂有机金属化合物。
备选地，光敏有机金属化合物含有下列金属的任何一种：钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽。
典型地，光敏有机金属化合物是如下所述的式(I)的化合物。
特别地，光敏有机金属化合物是选自下列的任何一种：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
使用例如下列任何一种，可以沉积有机金属化合物：真空涂布技术、旋涂技术、表面张力涂布技术或热喷涂技术。
方便地，在基材上沉积约10mg至500mg的有机金属化合物的薄膜。
可以在基材上沉积约100mg的光敏有机金属化合物的薄膜。
典型地，UV辐射具有的波长为约150至400nm。
优选地，UV辐射具有的波长为约260nm。
方便地，在基材上照射约10至500Jcm-2剂量的UV辐射。
优选地，在基材上照射约100Jcm-2剂量的UV辐射。
方便地，将UV掩膜用来形成金属沉积物的特定图案。
备选地，在“直接写入”技术中，采用UV光束直接形成金属沉积物。
典型地，还原过程包含：
(1)以每分钟约2℃的缓慢速度(ramp rate)将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约80℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约80℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材；
(2)以每分钟约5℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约250℃；在约250℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约5℃的缓慢速度将基材从约250℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中；
(3)使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
(4)以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
备选地，还原过程包括：
(1)以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约80℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约80℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材；
(2)以每分钟约20℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的缓慢速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中；
(3)使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
(4)以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
根据本发明的第二个方面，提供根据第一方面形成的金属沉积物。
金属沉积物可以是任何形状或结构，如基本连续的薄“片状”薄膜或基本的窄传输线。
典型地，金属沉积物牢固地粘附在基材上。
金属沉积物可以是铂。
备选地，金属沉积物选自下列金属的任何一种：钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽。
优选地，金属沉积物是均匀的和连续的。
典型地，金属沉积物可以具有的宽度为60nm至20nm。
方便地，金属沉积物可以具有的厚度为5nm至20nm。
通过掩模基材的部分，可以得到预定图案的金属沉积物。
典型地，金属沉积物具有良好的导电性能。
根据本发明的第三个方面，提供根据下式(I)的化合物：
Figure A0381957300111
其中：
M是铂、钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽的任何一种；
A是氧、硫、酰胺基、胺基或酯基的任何一种；
x是0或1；
R是氟有机基团；和
L是二齿配合体。
典型地，A是氧。
典型地，x是0。
氟有机基团可以选自下列任何一种的氟衍生物：C1-12烷基、C1-12链烯基、C1-12炔基或C1-12芳基，其可以是取代或未取代的和/或直链或支链的。
氟有机基团可以选自下列任何一种的氟衍生物：C1-4烷基、C1-4链烯基、C1-4炔基或C1-4芳基，其可以是取代或未取代的和/或直链或支链的。
典型地，氟有机基团可以选自下列任何一种的氟衍生物：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。
方便地，氟有机基团可以是全氟有机基团。
二齿配合体可以是环状的或非环状的。
二齿配合体可以是二齿配合体包含两个烯烃基团，因而可以是1，5-环辛二烯或其衍生物，如1-甲基-1，5-环辛二烯和1-氟甲基-1，5-环辛二烯。
备选地，二齿配合体可以是环辛四烯或其衍生物。
典型地，由式(I)表示的化合物可以是二-取代的(全氟有机)环辛二烯铂(II)化合物。
方便地，由式(I)表示的化合物可以选自下列的任何一种：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
根据本发明的第四个方面，提供形成由式(I)定义的根据第一个方面的化合物的方法，该方法包含：形成下列化合物的混合物：
a)根据下面所示的式(II)的化合物：
其中：
M是铂、钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽的任何一种；
L是二齿配合体；和
Z是有机基团；和
b)根据下面式(III)定义的化合物：
             H-[A]x-R    (III)
其中，h是卤化物；
      A是氧、硫、酰胺基、胺基或酯基的任何一种；
      x是0或1；和
      R是氟有机基团；
和将反应混合物在一定的条件下进行反应，以便形成根据式(I)的化合物。
反应混合物的混和可以在黑暗中进行或在环境条件下进行。
式(II)所示的化合物可以在溶剂中。
典型地，向由式(III)表示的化合物中加入在溶剂中的由式(II)表示的化合物。
方便地，由式(II)所示的化合物是通过过滤沉积物和蒸发任何剩余溶剂或任何其它挥发性物质而得到的。
可以使用再结晶和/或色谱技术纯化所得到的沉积物。
可以通过下面的方法纯化所得到的沉积物：在溶剂中再溶解所得到的沉积物，并且使所得到的溶液向下流经色谱柱，并且收集包含纯化的式(I)的化合物的部分，然后从例如二氯甲烷/戊烷溶液的溶液中结晶所收集的部分。
用于溶解由式(II)表示的化合物的溶剂可以是有机溶剂，例如芳族烃或脂肪烃等。特别地，有机溶剂可以是二氯甲烷或氯仿。
由式(III)表示的化合物可以选自下列的任何一种：全氟有机碘化物、全氟有机溴化物、全氟有机氯化物和全氟有机氟化物。
式(II)或式(III)中的氟有机基团中的有机基团可以是选自下列的任何一种：C1-12烷基、C1-12链烯基、C1-12炔基或C1-12芳基，其可以是取代或未取代的和/或直链或支链的。
式(II)或式(III)中的基团中的有机基团可以是选自下列的任何一种：C1-4烷基、C1-4烯基、C1-4炔基或C1-4芳基，其可以是取代或未取代的和/或直链或支链的。
式(II)或式(III)中的氟有机基团中的有机基团可以选自下列的任何一种：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、环戊基或环己基。
由式(III)表示的化合物可以是选自下列的任何一种：全氟正丙基碘；全氟丁基碘等。
典型地，反应混合物的混和在惰性气氛下进行，并包含摇动5天。
方便地，惰性气氛选自稀有气体或氮气的任何一种。
典型地，由式(II)表示的化合物是二-取代的有机铂(II)环辛二烯化合物。
方便地，根据式(I)形成的化合物是选自下列的任何一种：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
附图简述
现在仅通过举例的方式，参考附图的方式描述本发明的实施方案，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方案，通过向玻璃基材上沉积二甲基铂环辛二烯和对沉积薄膜进行UV辐射而得到的薄膜图；
图2是二甲基铂环辛二烯的热重量分析；
图3是根据本发明的第一实施方案，通过还原第一种二甲基铂环辛二烯涂布基材而得到的铂金属薄膜图；
图4是根据本发明的第一实施方案，通过还原第二种二甲基铂环辛二烯涂布基材得到的铂金属薄膜图；
图5是根据本发明的第二实施方案，玻璃基材上沉积的100mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)的厚度的测量结果；
图6是二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)的热重量分析；
图7是根据本发明的第二实施方案，通过UV照射100mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)而形成的薄膜的厚度的测量结果；
图8是根据本发明的第二实施方案，通过还原100mg沉积的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)而得到的铂金属薄膜图；
图9是图8中形成的铂金属薄膜厚度的测量结果；
图10是根据本发明的第三实施方案，在不同的还原过程中使用二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)而得到的另一种铂金属薄膜图；
图11是根据本发明的第四实施方案，形成的铂金属薄膜图，所述的薄膜包含60μm轨道(track)；
图12是形成的铂金属薄膜图，所述的薄膜包含根据本发明的第五实施方案形成的1mm2的铂金属垫；
图13是根据本发明的第六实施方案，通过在基材上沉积150mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)而得到的薄膜图；
图14是图13所示沉积的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)的厚度的测量结果；
图15是在掩模图14所示的薄膜的左边和用UV辐射照射涂布过的基材后的薄膜的图；
图16是图14所示，在第一还原阶段后用二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)涂布过的基材的图；
图17是图14所示，在第二还原阶段后用二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)涂布过的基材的图；
图18是图14所示，在第四还原阶段后用二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)涂布过的基材的图；和
图19是图14所示，在进行第四还原阶段后由涂布过的基材形成所沉积的铂金属的厚度的测量结果图。
发明详述
本发明涉及光敏有机金属化合物在通过还原方法而在形成金属，特别是铂金属沉积物如薄膜和窄传输线中的应用。有机金属化合物如下列任何一种是合适的：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二甲基-铂环辛二烯、二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二甲基-铂环辛二烯、二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)的结构示意如下：
有机金属化合物是通过任何适当的沉积技术在玻璃基材上首先沉积的。通常使用的是真空涂布技术。然后有机金属铂化合物曝露于UV辐射，如果需要，使用光掩模，然后通过4段还原方法还原为例如铂金属。
4段还原方法首先包括：在诸如惰性气氛(例如N2)的气氛中的加热和冷却阶段，其使有机金属化合物干燥。然后是在氧化气氛(例如空气)中再加热和冷却阶段，氧化气氛的作用是从金属特征中除去插入的部分碳。然后，使惰性气体如N2流过涂布过的基材。然后是在还原气氛(例如H2)中的再加热和冷却步骤，在还原气氛中将氧化的金属组分还原为金属。发现这个过程将例如有机金属铂化合物还原为铂金属，其形成为例如连续和均匀的薄膜。
可以掩模用有机金属化合物涂布的基材，以便产生例铂金属的特定图案。
已经发现：新化合物二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)提供良好的铂薄膜。这将在下面将更详细地讨论。
实施例
实施例1
首先，根据下面的方法清洁Corning 7059玻璃的玻璃基材：
a.向Desolvit 3000(商业清洁材料)中加入预切割的1cm2的基材，并且进行超声搅拌30分钟。
b.然后在温的去离子水(约40℃)中漂洗基材10分钟。
c.然后在支离子水中短暂地漂洗基材。
d.最后，将吹送的氮气用来干燥基材。
使用天平(Mettler Toledo AB54-S)称重100mg的二甲基铂环辛二烯和加入到钼覆盖的蒸发皿(boat)。然后，将基材涂布至载玻片上，在粘附“rotatilt table”之前用铱导线粘附载玻片。
然后，通过蒸发在玻璃基材上沉积二甲基铂环辛二烯。蒸发程序包含：将蒸发皿和清洁的基材放置在真空涂布单元中。然后放置钟罩和防护装置，向收集器加入液氮和腔室抽空至8×10-6mb。然后，使电流(current)通过蒸发皿，并且慢慢增加直到腔室的压力增加。然后保持电流直到压力开始下降。压力的这种下降表明蒸发完成。然后，打开腔室，并且移走涂布过的基材。
以波长为260nm的UV辐射照射涂布过的基材。使用OAI J500/VIS掩模对准器，以由能量输出为16.5mJs-1cm-2的灯泡提供108.9Jcm-2的总剂量。
图1，是曝露于UV辐射后沉积的二甲基铂环辛二烯的图，表明得到的薄膜质量差和出现大的晶体。
然后使用新的4段干燥还原方法，来将涂布玻璃基材的二甲基铂环辛二烯还原为铂金属。
参考图2所示的热重量分析，在约110℃的温度显示二甲基铂环辛二烯开始升华，其是下面所示的4段还原方法中的阶段1的等温线温度。进行4段的还原方法如下：
阶段1：以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约120℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约120℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材；
阶段2：以每分钟约5℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约250℃；在约250℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约5℃的缓慢速度将基材从约250℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中；
阶段3：使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
阶段4：以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
图3和4是得到的铂金属薄膜图。但是，铂薄膜的质量和粘附性相当差，最终产品在斯柯奇胶带试验(Scotch Tape Test)中失败。通过分析图3和4，从不连续的图案中清楚地看出，没有制备出均匀连续的薄膜。此外，在图4中，显示出铂金属事实上卷曲。
使用4点探针测量铂薄膜之一的电阻。如下得到测出的许多结果并且进行平均：
R1＝1299.6Ω
R2＝2209.6Ω
R3＝7512.2Ω
Rav＝(R1+R2+R3)/3
    ＝(1299.6+2209.6+7512.2)/3
    ＝3673.8Ω
因此，得到的平均电阻值为3673.8Ω。3673.8Ω的电阻值非常高，并且表明得到的铂金属薄膜被杂质所污染，和/或在某些地方极薄。后一种似乎都是，图3和4表明有的地方出现沉积的铂金属的薄涂层(flash coating)。这些地方都是互连的，并且出现在较厚的金属区域周围，因此产生“铺路石”作用。
总之，由沉积的二甲基铂环辛二烯还原产生的铂金属不能产生连续的Pt金属薄膜，并且对于玻璃基材具有的粘附性相当差。
实施例2
然后使用二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)涂布玻璃基材。
以如下方法制备二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)。在氩的惰性气氛中，在3cm3的无水二氯甲烷(即二氯甲烷)中溶解二甲基铂(II)环辛二烯(2.6g)的溶液，向所述的二氯甲烷中慢慢加入了2.4cm3的全氟正丙基碘。在氩气氛中，在环境条件下摇动反应混合物5天，在此期间形成了黄色/奶油沉淀物。过滤反应混合物和通过蒸发去除溶剂，得到黄色产物。然后，通过短fluorosil柱，过滤二氯甲烷中的产物的溶液。合并含有所需要产物的部分，并且奶白色产物在二氯甲烷/戊烷溶液中结晶。得到20.5％收率的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)。
然后清洁玻璃基材，使用100mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)如前所述涂布。如图5所示，测量涂层的厚度为约1260nm。
图6中所示为二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)的热重量分析。从热重量分析中清楚地看出二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)升华，没有分解。
然后用260nmUV辐射曝光二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)涂布过的玻璃基材(如实施例1描述)。
观察到在UV曝光期间在玻璃基材上的薄膜经历了收缩。在图7的表面轮廓表明由于通过UV辐射曝光，薄膜厚度下降了约40％，至750nm的厚度。
如下再使用4段还原，使薄膜金属化：
阶段1：以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约120℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约120℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材。此阶段导致任何未曝光区域的升华；
阶段2：以每分钟约5℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约5℃的缓慢速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中。此阶段是金属化步骤；
阶段3：使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
阶段4：以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
4段还原过程之后，得到了片式金属铂金属薄膜。在图8中示意了片式金属铂金属薄膜。黑线是擦痕，其是薄膜的蒸发之后产生的，以测量薄膜的厚度。
如图9所示，发现该薄膜的厚度为7.8nm。计算电阻率如下：
ρ＝(πt/ln2)×(V/I)
其中：(V/I)＝R
ρ＝薄膜的电阻率(Ωm)
(π/ln2)＝4.532
t＝薄膜厚度(m)
R＝薄膜的电阻(Ω)
在样品的不同的位置进行5次电阻测定，将其平均值用来计算电阻率：
R1＝12.1870Ω
R2＝14.2604Ω
R3＝10.9215Ω
R4＝14.5243Ω
R5＝11.4818Ω
Rav＝(R1+R2+R3+R4+R5)/5
    ＝12.675Ω
因此，沉积的片式金属铂金属具有的平均电阻为12.675Ω。
因此，如下计算电阻率：
ρ＝[4.532×(7.8×10-9)×12.675]Ωm
  ＝44.81×10-8Ωm
因此，沉积的铂金属薄膜电阻率为44.81×10-8Ωm。
如下计算薄膜的＝]：
Rs＝ρ/t
其中：Rs＝薄膜的表面电阻(Ω-1)
ρ＝薄膜的电阻率(Ωm)
t＝薄膜的厚度(m)
Rs＝44.81×10-8/7.8×10-9
   ＝57.45Ω-1
沉积的铂薄膜的表面电阻为57.45Ω-1。
在室温下铂的体积电阻率值为10.7×10-8Ωm；所以计算的值为体积值的4倍。这可以解释为由于来自晶界、金属表面和基材的电子散射。电阻率的体积值在测量这种薄薄膜时是不理想的。
电阻率的计算值表明：该方法制备的铂金属具有高纯度和具有厚度约为7.8nm的均匀和连续的覆盖层。
实施例3
如前所述清洁玻璃基材，并且在该基材上沉积100mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)。
如前所述在UV辐射曝光涂布过的玻璃基材。
然后，使用下面的4段还原方法将二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)还原为铂：
阶段1：以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约80℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约80℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材。此阶段导致任何未曝光区域的升华；
阶段2：以每分钟约5℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约250℃；在约250℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约5℃的缓慢速度将基材从约250℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中。此阶段是金属化步骤；
阶段3：使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
阶段4：以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
除了阶段2，其降低的等温线为250℃和以每分钟约5℃的缓慢速度下降外，上面列出的4段过程与实施例2中的一样。
图10是制备的铂金属薄膜的图。清楚的是制备的铂薄膜具有连续和均匀性能。因为基材被完全覆盖，不可能测量铂金属薄膜的厚度
为了比较，使用4点探针在金属化步骤阶段2和4后测量薄膜的电阻。这个试验表明阶段4的金属化步骤是必需的步骤，因为通过这个阶段的完成，测量到电阻有显著的下降。阶段2和4后薄膜的电阻分别为约72Ω和5Ω。
认为阶段4首先是从金属中去除任何表面氧，其次是使金属纳米晶体(nanoeryotallites)均质化。这些作用降低了电阻，因此降低了金属的电阻率。
为了促进形成的铂的分辨(resolution)，可以用胶布将基材粘牢(即掩模)。图11表示在基材上形成60μm的轨道。图12表示形成的1mm2的铂金属垫。
实施例4
因为100mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)产生约750nm厚的薄膜，估计150mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)产生约1200nm厚的薄膜。
如上所述，在1cm2的玻璃基材上蒸发150mg的二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)并且进行UV辐射。图13所示为蒸发的薄膜。如图14所示，得到的薄膜厚度为约1300nm，因此其与估计是一致。
进一步相似地制备，然后在基材的右边用薄金属片部分掩模二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)涂布过的玻璃基材，然后，如前所述UV辐射曝光。图15是在UV辐射曝光后的玻璃基材的图，其中在基材左边上形成了铂金属。
然后进行如下4段还原：
阶段1：以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约120℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约120℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材；
阶段2：以每分钟约5℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约250℃；在约250℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约5℃的缓慢速度将基材从约250℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中；
阶段3：使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
阶段4：以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。这个最后阶段导致铂金属的形成和致密化。
拍摄在还原过程中的第一、第二和第四阶段后的图片，并分别示于图16、17和18中。
使用4点探针在金属化阶段2和4后测量薄膜的电阻。发现电阻分别为12Ω和4.4Ω。因此，明显的是该过程的阶段4是必需的。发现铂金属薄膜的厚度为约16nm，如图19所示。该电阻与金属薄膜的厚度一起可以计算电阻率和表面电阻值如下：
ρ＝(πt/ln2)×(V/I)其中：(V/I)＝R
ρ＝薄膜的电阻率(Ωm)
(π/ln2)＝4.532
t＝薄膜厚度(m)
R＝薄膜的电阻(Ω)
测量薄膜的厚度为约16nm。
ρ＝[4.532×(16×10-9)×4.4]
  ＝31.91×10-8Ωm
因此薄膜的电阻率为31.91×10-8Ωm。
如下计算薄膜的表面电阻：
Rs＝ρ/t
其中：Rs＝薄膜的表面电阻(Ω-1)
ρ＝薄膜电阻率(Ωm)
t＝薄膜的厚度(m)
Rs＝31.91×10-8/16×10-9
   ＝19.94Ω-1
因此，薄膜的表面电阻为19.94Ω-1。得到的电阻率约为铂(即10.7×10-8Ωm)体积电阻率的3倍，并且是对实施例2中得到的电阻率的改善。改善的原因在于电子散射效应随着厚度的提高而更不突出。

Claims (40)

1.一种在基材上形成金属沉积物的方法，该方法包含：
a)在基材上沉积光敏有机金属化合物；
b)用UV辐射照射所述的光敏有机金属化合物；
c)还原辐射过的光敏有机金属化合物以形成粘附在基材上的金属沉积物；和
d)从所述的基材上除去任何退化的光敏有机金属化合物残余物和未受影响的光敏有机金属化合物。
2.根据权利要求1的在基材上形成金属沉积物的方法，其中步骤c)的还原过程包含：
1)第一加热和冷却阶段；
2)在氧化性气氛中的第二加热和冷却阶段；
3)在基材上流过惰性气体；和
4)第三加热和冷却阶段，其中还原性气体流过基材以形成金属沉积物。
3.根据权利要求1或2任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中金属沉积物具有任何形状或结构，例如纳米尺寸的基本连续的薄“片状”薄膜或基本的窄传输线。
4.根据上面所述权利要求任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中小于70nm的金属线形成在所述的基材上。
5.根据权利要求2至4任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中第一加热和冷却阶段是在惰性气氛如稀有气体，例如双氮中进行。
6.根据权利要求2至5任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中第二加热和冷却阶段是在含双氧气氛如空气中进行的。
7.根据权利要求2至6任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中第三加热和冷却阶段的还原气体包括至少二氢。
8.根据上面所述权利要求任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中所述光敏有机金属化合物是铂有机金属化合物。
9.根据权利要求1至7任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中所述光敏有机金属化合物含有下列金属的任何一种：钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽。
10.根据权利要求1至7任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中所述光敏有机金属化合物是如下所述的式(I)的化合物：
Figure A038195730003C1
其中：
M是铂、钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽的任何一种；
A是氧、硫、酰胺基、胺基或酯基的任何一种；
x是0或1；
R是氟有机基团；和
L是二齿配合体。
11.根据权利要求1至7任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中所述光敏有机金属化合物选自下列的任何一种：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
12.根据上面所述权利要求任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中使用下列任何一种沉积有机金属化合物：真空涂布技术、旋涂技术、表面张力涂布技术或热喷涂技术。
13.根据上面所述权利要求任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中在基材上沉积约100mg的光敏有机金属化合物的薄膜。
14.根据上面所述权利要求任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中UV辐射具有的波长为约260nm。
15.根据上面所述权利要求任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，所述的还原过程包含：
(1)以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约80℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约80℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材；
(2)以每分钟约5℃的缓慢速度将所述基材从约25℃加热至约250℃；在约250℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约5℃的缓慢速度将基材从约250℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中；
(3)使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
(4)将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
16.根据权利要求1至14任何一项的在基材上形成金属沉积物的方法，其中所述的还原过程包含：
(1)以每分钟约2℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约120℃；在约80℃的温度保持约60分钟；然后以每分钟约10℃的缓慢速度将基材从约80℃冷却至约25℃；其中以每分钟约50ml的速度使N2流过涂布过的基材；
(2)以每分钟约20℃的缓慢速度将所述的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的缓慢速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中涂布过的基材曝露在空气中；
(3)使约25℃的N2流过涂布过的基材约10分钟；和
(4)以每分钟约20℃的缓慢速度将涂布过的基材从约25℃加热至约350℃；在约350℃的温度下保持约60分钟；然后以每分钟约20℃的速度将基材从约350℃冷却至约25℃；其中以每分钟约150ml的速度使约5％的H2和95％的N2的混合物流过涂布过的基材。
17.根据权利要求1至16任何一项所形成的金属沉积物。
18.根据权利要求17的金属沉积物，其中金属沉积物具有的宽度为约60nm至20nm。
19.根据权利要求17和18任何一项的金属沉积物，其中金属沉积物具有的厚度为约5nm至20nm。
20.根据下式(I)的化合物：
Figure A038195730005C1
其中：
M是铂、钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽的任何一种；
A是氧、硫、酰胺基、胺基或酯基的任何一种；
x是0或1；
R是氟有机基团；和
L是二齿配合体。
21.根据权利要求20的化合物，其中A是氧。
22.根据权利要求20和21任何一项的化合物，其中x是0。
23.根据权利要求20至22任何一项的化合物，其中氟有机基团选自下列任何一种的氟衍生物：C1-12烷基、C1-12链烯基、C1-12炔基或C1-12芳基，其是取代或未取代的和/或直链或支链的。
24.根据权利要求20至22任何一项的化合物，其中氟有机基团选自下列任何一种的氟衍生物：C1-4烷基、C1-4链烯基、C1-4炔基或C1-4芳基，其是取代或未取代的和/或直链或支链的。
25.根据权利要求20至24任何一项的化合物，其中二齿配合体包含两个烯烃基团，因而可以是1，5-环辛二烯或其衍生物，如1-甲基-1，5-环辛二烯和1-氟甲基-1，5-环辛二烯。
26.根据权利要求20至24任何一项的化合物，其中二齿配合体是环辛四烯或其衍生物。
27.根据权利要求20的化合物，其中所述的化合物是二-取代的(全氟有机)环辛二烯铂(II)化合物。
28.根据权利要求20的化合物，其中所述化合物是选自下列的任一种：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
29.一种形成根据权利要求20至28任何一项化合物的方法，该方法包含：形成下列化合物的混合物：
a)根据下面所示的式(II)的化合物：
Figure A038195730006C1
其中：
M是铂、钯、铜、铑、钨、铱、银、金和钽的任何一种；
L是二齿配合体；和
Z是有机基团；和
b)根据下面式(III)定义的化合物：
        H-[A]X-R              (III)
其中，h是卤化物；
A是氧、硫、酰胺基、胺基或酯基的任何一种；
x是0或1；和
R是氟有机基团；
和将反应混合物在一定的条件下进行反应，以便形成根据式(I)的化合物。
30.根据权利要求29的方法，其中反应混合物的混和是在黑暗中进行的或环境条件下进行的。
31.根据权利要求29或30任何一项的方法，其中由式(II)所示的化合物在溶剂中。
32.根据权利要求29至31任何一项的方法，其中由式(II)所示的化合物是通过过滤沉积物和蒸发任何剩余溶剂或任何其它挥发性物质而得到的。
33.根据权利要求32的方法，其中通过下面的方法纯化所得到的沉积物：在溶剂中再溶解所得到的沉积物，并且使所得到的溶液向下流经色谱柱，并且收集包含纯化的式(I)的化合物的部分，然后从例如二氯甲烷/戊烷溶液的溶液中结晶所收集的部分。
34.根据权利要求29至33任何一项的方法，其中由式(III)表示的化合物选自下列的任何一种：全氟有机碘化物、全氟有机溴化物、全氟有机氯化物和全氟有机氟化物。
35.根据权利要求29至34任何一项的方法，其中式(II)或式(III)中的氟有机基团中的有机基团可以选自下列的任何一种：C1-12烷基、C1-12链烯基、C1-12炔基或C1-12芳基，其是取代或未取代的和/或直链或支链的。
36.根据权利要求29至34任何一项的方法，其中式(II)或式(III)中的基团中的有机基团可以选自下列的任何一种：C1-4烷基、C1-4链烯基、C1-4炔基或C1-4芳基，其是取代或未取代的和/或直链或支链的。
37.根据权利要求29至36任何一项的方法，其中由式(III)表示的化合物可以选自下列的任何一种：全氟正丙基碘；和全氟丁基碘。
38.根据权利要求29至37任何一项的方法，其中反应混合物的混和在惰性气氛下进行，并包含摇动5天。
39.根据权利要求29至38任何一项的方法，其中由式(II)表示的化合物是二-取代的有机铂(II)环辛二烯化合物。
40.根据权利要求29至38任何一项的方法，其中根据式(I)形成的化合物选自下列的任何一种：二-(全氟丙基)-1，5-环辛二烯铂(II)；二-(全氟丙基)-1-甲基-1，5-环辛二烯铂(II)；和二-(全氟丙基)-1-氟甲基-1，5-环辛二烯铂(II)。
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