双(叔丁氨基)硅烷的生产和纯化方法技术

本发明专利技术提供一种合成氨基硅烷化合物例如双（叔丁氨基）硅烷的方法。在本发明专利技术的一个方面，提供一种生产双（叔丁氨基）硅烷的方法，其中包括使超过化学计算量的叔丁胺与二氯硅烷在无水条件下充分反应，生成包括双（叔丁氨基）硅烷产品的液体。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术一般涉及生产氨基硅烷的方法和纯化方法。更具体而言，本专利技术涉及生产氨基硅烷——双(叔丁氨基)硅烷的方法和纯化方法。采用硅-氮基化合物作为母体，通过化学蒸气沉积或类似的方法，沉积可用于半导体器件制造的氮化硅、碳氮化硅、和氧氮化硅膜。例如由于氮化硅具有优良的绝缘(barrier)性能和耐氧化性能，它在半导体器件制造方面具有许多用途。一般在接近800℃的温度下，利用化学蒸气沉积方法，采用NH3和Cl2SiH2混合物沉积氮化硅。挥发性的氯化铵(“NH4Cl”)和该反应的其它氯副产品，可能导致颗粒和雾膜(hazy film)的生成，它们还能沉积在反应器的排气管道中。这些沉积物可能引起晶片和泵的损坏。氨基硅烷——双(叔丁氨基)硅烷，是用于化学蒸气沉积(CVD)氮化硅、氧氮化硅、和二氧化硅均匀膜的液态化学母体。转让给本专利技术受让人的US-5,874,368和5,976,991，叙述了采用双(叔丁氨基)硅烷(BTBAS)制备包含硅和氧化物的膜的CVD方法。双(叔丁氨基)硅烷具有下列化学式(t-C4H9NH)2SiH2。在较低的工艺温度即500-800℃下，采用BTBAS作为母体获得的沉积膜，不含氯化铵和氯污染物。BTBAS母体也不包含直接的Si-C键，获得的膜基本上不含碳或碳含量非常低。与此相反，包含正丁胺和四(二甲氨基)硅烷等配位体的类似氨基硅烷，在较低的操作温度下却不能沉积不含碳的膜，膜的均匀性也较差。现有技术对氨基硅烷化合物——双(叔丁氨基)硅烷的生产方法尚无记述。然而，氨基硅烷化合物目前的生产方法一般包括一种或多种溶剂。在使用之前溶剂必须纯化和干燥，以防在最终产品中引入杂质，干燥能防止新生成的化合物水解成硅氧烷和其相应的胺。K.N.Radhamani等人的论文“对三(氨基)硅烷——(R2N)3SiH的高产率室温合成和光谱研究”，磷、硫、和硅(Phosphorous，Sulfur，and Silicon)，Vol.66(1992)，p297-300(“Radhamani I”)和K.N.Radhamani等人的“采用三(环己氨基)硅烷氨基交换高产率室温合成三(氨基)硅烷混合物的方便方法和它们的特性”，磷、硫、和硅，Vol.79(1993)，p65-68(“Radhamani II”)，分别叙述了合成三氨基硅烷和氨基硅烷混合物的类似反应。Radhamani I叙述了使仲胺(R2NH)与三氯硅烷反应，生成(R2N)3SiH和3R2NH·HCl盐。类似地，Radhamani II叙述了使二环己胺与三氯硅烷反应，生成三(二环己氨基)硅烷和二环己胺·HCl盐。这两个反应都是在接近室温的温度下，在氮气氛中采用苯/正己烷混合物作为溶剂进行的。苯和正己烷溶剂是采用蒸馏纯化的，是在反应中使用之前采用钠丝干燥的。因此，在本领域需要提供氨基硅烷——。在本领域还需要在产率高、循环时间短、工艺温度低、和挥发性小的条件下，在单个反应容器中生产和纯化氨基硅烷化合物——双(叔丁氨基)硅烷的安全的成本有效的工业方法。因此，能在不需要溶剂的情况下，以较高的产率，较低的操作温度生产氨基硅烷化合物——双(叔丁氨基)硅烷化合物是意外的和未曾料到的。这里全文引入本申请援引的所有文献作为参考。专利技术概述本专利技术在某种程度上是针对着氨基硅烷——的。具体而言，在本专利技术的一个方面，提供一种制备氨基硅烷化合物的方法，其中包括使至少一种超过化学计算量的胺，与至少一种具有化学式R3nSiCl4-n的氯硅烷在无水条件下充分反应，生成包含氨基硅烷产品和胺盐酸盐的液体，所述的胺选自具有化学式R12NH的仲胺、具有化学式R2NH2的叔胺、或它们的组合，式中R1和R2各自可以分别是具有1-20个碳原子的直链烷基、环烷基、或支链烷基；R3可以是氢原子、胺基、或具有1-20个碳原子的直链烷基、环烷基、或支链烷基；和n是1-3的数。在本专利技术的另一个方面，提供一种生产双(叔丁氨基)硅烷产品的方法，其中包括使叔丁胺与二氯硅烷在无水条件下充分反应，生成包含所述双(叔丁氨基)硅烷产品和叔丁胺盐酸盐的液体；使该液体通过过滤器，提供叔丁胺盐酸盐滤并和滤液；和纯化该滤液，提供双(叔丁氨基)硅烷产品。在本专利技术的另一个方面，提供一种生产氯化物含量≤15ppm的双(叔丁氨基)硅烷产品的方法，该方法包括使叔丁胺与二氯硅烷在无水条件下充分反应，生成包含双(叔丁氨基)硅烷产品和叔丁胺盐酸盐的液体；使该液体通过过滤器，提供叔丁胺盐酸盐滤并和滤液；用叔丁胺洗涤叔丁胺盐酸盐滤并，其中采用至少一部分叔丁胺洗涤液作为反应步骤的至少一部分叔丁胺；和纯化该滤液，提供双(叔丁氨基)硅烷产品。在本专利技术的另一个方面，提供一种生产双(叔丁氨基)硅烷产品的方法，该方法包括使超过化学计算量的叔丁胺与二氯硅烷在无水条件下充分反应，生成包含双(叔丁氨基)硅烷产品的液体。根据下面的详细说明，本专利技术的这些和其它方面是显而易见的。对附图中几个视图的简述附图说明图1提供对本专利技术一个实施方案中所采用的系统的说明。专利技术详述本专利技术是针对着氨基硅烷化合物，特别是双(叔丁氨基)硅烷(BTBAS)的生产和纯化方法的。与使用溶剂生产氨基硅烷化合物的现有方法不同，本专利技术采用一种反应物胺作为反应的溶剂。本专利技术的某些方面还有利于从包含氨基硅烷的粗产品液体中除去反应副产物胺盐酸盐，所以减少了盐在后续工艺步骤中的升华。这使氨基硅烷化合物的纯度高于迄今所能达到的水平。此外，通过在随后的反应中再循环、回收、和重新使用反应物胺，本专利技术还可以提供一种成本更有效的生产氨基硅烷化合物的方法。虽然不想受到理论的约束，但认为本专利技术包括至少一种反应物胺和至少一种分散在包含胺的反应混合物中的反应物氯硅烷之间的反应。胺的来源可以是仲胺R12NH或叔胺R2NH2，式中R1和R2可以是具有1-20个碳原子的直链烷基、环烷基、或支链烷基，或优选具有1-10个碳原子。所使用的胺优选在反应温度和压力下是液态的胺，并能生成不溶解在液态反应产物中的胺盐酸盐。典型的仲胺包括二烷基、二芳基、和芳基烷基胺。典型的叔胺包括三甲胺、乙基二甲基胺、N-甲基吡咯烷、叔丁胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺、三己胺、N-甲基-N-丙基N-丁基胺、和N-乙基-N-异丙基-N-丁基胺。优选的烷基胺来源是叔胺——叔丁胺(TBA)。反应物氯硅烷可以是具有化学式(R3)nSiCl4-n的化合物，式中R3可以是氢原子、胺基、或具有1-20个碳原子的直链烷基、环烷基、或支链烷基，优选具有1-10个碳原子，n是1-3的数。优选的反应物氯硅烷是二氯硅烷(DCS)。在某些实施方案中，优选在反应物胺和/或氯硅烷的取代基R1、R2、和/或R3中，至少一个是空间位阻较小的。这里采用的术语“有空间位阻的”取代基，系指能借助其大小阻止与另一个分子发生指定反应的自由基。有空间位阻的烷基的一些非限制性实施例，包括大的伯(1°)烷基，例如十八烷基或十九烷基；仲(2°)烷基，例如异丙基、异丁基、或异戊基；或叔(3°)烷基，例如叔丁基(“t-丁基”)或叔戊基(“t-戊基”)。胺在反应混合物中的存在量超过化学计算量，胺在反应中可以起反应物和溶剂两种作用。胺作为溶剂和反应物的两种用途，比现有技术包括溶剂的方法具有许多优点。首先，胺的两种用途能确保推动反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产氨基硅烷的方法，该方法包括使至少一种超过化学计算量的胺，与至少一种具有化学式Ｒ３↓［ｎ］ＳｉＣｌ↓［４－ｎ］的氯硅烷，在无水条件下充分反应，生成包括氨基硅烷产品和胺盐酸盐的液体，所述的胺选自具有化学式Ｒ１↓［２］ＮＨ的仲胺、具有化学式Ｒ２ＮＨ↓［２］的叔胺、或它们的组合，式中Ｒ１和Ｒ２各自可以分别是具有１－２０个碳原子的直链烷基、环烷基、或支链烷基；Ｒ３可以是氢原子、胺基、或具有１－２０个碳原子的直链烷基、环烷基、或支链烷基；和ｎ是１－３的数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔彦彭，TE泽林尔，RK阿加瓦尔，RK拉西曼，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]