簇硼的制造方法技术

本发明专利技术提供一种合成簇硼（Ｂ１８Ｈ２２）的新方法。本发明专利技术较佳方法包括形成Ｂ２０Ｈ１８２－的共轭酸以及将该酸于溶液中分解以产生高产量及高纯度的Ｂ１８Ｈ２２。本发明专利技术更提供同位素浓缩硼烷，特别是同位素浓缩１０Ｂ１８Ｈ２２以及１１Ｂ１８Ｈ２２。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术系关于一种合成B18H22，成为顺式、反式异构物的混和物，通称为合成簇硼 的方法，藉由上述所提的方法形成同位素浓缩B18H22，特别是有关于制备天然丰度(natural abundance) B18H22,即kiB浓缩的B18H22以及11B浓缩的B18H22的制造方法。
技术介绍
本专利技术主张2007年11月2日所提出之暂时申请案(Provisionalapplication) 案号61/001685的权利，其全文叁照合并于此。在半导体生产上，大的硼氢化合物已经成为掺杂硼的P型杂质区的重要原料。特 别是偏好以高分子量的硼氢化合物，例如是包含至少一个五原子簇硼的硼氢化合物，作为 硼原子的原料进行硼分子的植入。持续开发更小更快的元件是现代半导体技术的一个重要观点。这样的过程称为微 缩(scaling)。微缩是由持续进步的蚀刻制程方法，使其能够在包含积体电路的半导体基板 上定义更小更小的特征所驱动的。同时，在所有半导体元件设计的领域，亦即在各种技术以 及微缩节点，一般认可的微缩理论已经发展成为带领晶片在适当的重置大小(resize)制 造。微缩对于离子植入技术最大的冲击为接面深度的微缩，当元件的维度(dimension)减 少时需要增加浅接面(shallow junction)。增加浅接面的需求从积体电路技术的层级转移 至以下的需求在每一段微缩制程，离子植入能量皆必须减少。极度浅接面需要现在被称作 “超浅接面(extremely shallow junctions) ”或USJs的点13以下微装置。以硼离子作为植入的制程，由于相当难以控制，因此阻碍了硼掺杂的P型接 面的制造。单独的硼原子是很轻的(分子量=10. 8)，会穿入硅基板过深，并且在回火 (annealing)或其他升温制程会立即扩散至基板晶格。簇硼或是笼硼，例如是硼烷被研究作为传递硼分子种类至半导体基板的原料，以 减少穿透。请参照PCT/usos/^OIQ 。大的硼氢化合物是指具有介于约5至100个硼原子的硼化合物，偏好使用在分子 的离子植入方法中，以传递硼原子到半导体基板中。典型地，可能会有硼氢化合物的异构 物存在。意思是指硼氢化合物含有相同数量的硼原子和氢原子但具有不同的化学特性，例 如是结构异构物或立体异构体。此外，两个或更多的结构相关的硼氢化合物含有相同数量 的硼原子但不同数量的氢原子已经被分离成各种不同大小的簇硼。举例来说，五硼烷(9) 和五硼烷(11)各别的分子式为B5H9以及B5Hn。这样的化合物通常分类成闭合式(closo， BnHn)、巢式(nido，BnHn+2)、蛛网(arachno，BnHn+4)、敞网(hypho，BnHn+6)、联式(conjunct。， BnHn+8)以及类似物。因此，不同的硼烷种类包括异构物以及含有不同氢原子数量的化合物， 经常被视为具有η个硼原子的硼烷。詹姆士(Jimmis)及其他人提供了各种稠合型硼烷(macropolyhedral boranes)和已知具有η个硼原子以及不同氢原子数量的化合物的总览1,2。异构物的混合物以及具有η个硼原子的硼烷之混合物适合使用在所讨论的植入方法上。硼氢化合物混合物藉由离子化制程所产生的分子离子(molecular ions)具有一致且狭小的分子量分布。目前制备大的硼氢化合物分子的合成技术，例如是具有12个硼原子的硼氢化合 物分子，经常被复杂的合成制程、低的分离产量以及(或者)前后不一致的再现性所困扰。虽然，在文献中提到许多固定的合成方式用于制备作为异构物混合物的B18H22，但 方法非常冗长，并且经常造成显着的低产量，所以这些合成方式是不可靠并且有安全疑虑。因此，令人向往能够得到制备B18H22的新方法。
技术实现思路
我们发现了一种制备十八硼烷(octadecaborane，B18H22)的新方法。本专利技术特别 适用于简易的合成以及大量的B18H22纯化。本专利技术也有关于同位素浓缩B18H2215然而，从定 义来看，浓缩是指硼同位素的天然丰度改变的意思。依来源的不同，kiB同位素的天然丰度 范围从19. 10%至20. 31%，以及11B同位素的天然丰度范围从80. 90%至79. 69%。典型的B18H22分子离子束包含了大范围的离子质量是由氢原子从分子离子遗失所 引起的数量变动，以及由两个天然发生的同位素所引起的质量变动所造成的。通过在半导 体制造所使用的植入装置进行质量分离，使用于B18H22的同位素浓缩硼可以大幅地减少质 量的分散，从而针对所需要的离子植入种类，提供一种增强的离子束流。因此，也有关于kiB 以及11B的同位素浓缩B18H22。在一实施态样，本专利技术提供一种合成制造十八硼烷(B18H22)的新方法，该方法包括 以下步骤，(a)使硼烷阴离子B2QH182_在溶剂中与酸接触，产生H2B2tlH18 · XH2O溶液；(b)将水 以及/或是残余溶剂由浓缩的H2B2tlH18 · XH2O溶液中移除；以及(c)分离B18H2215恰当地说， 将水以及/或是残余溶剂由浓缩的H2B2tlH18 · XH2O溶液中移除能促进B18H22的形成。本专利技术的某实施态样提供一种合成B18H22的方法，包括下列步骤(a)使硼烷阴离子B2QH182_在溶剂中与酸接触，产生H2B2tlH18 · χΗ20溶液；(b)浓缩含有H2B2tlH18 · XH2O的混合物；(c)将水以及残余溶剂由浓缩的H2B2tlH18 · XH2O溶液中移除，促进B18H22的形成；(d)将所产生的残余物溶解在双相混合物中，使反应的副产物以及未反应的材料 溶解于其中一种溶剂成分中，B18H22溶解于第二种溶剂成分中；(e)将分别含有B18H22以及副产物的各层分开；(f)通过适当的清洗分离出高纯度的B18H22，干燥并移除溶剂；(g)必要的话，回收副产物。上述的步骤以流程图的方式表现于第2图。本专利技术较佳的方法适用于制备同位素 纯化的B18H22和B18H22结构异构物的混合物。换言之，本专利技术提供能够产生适合离子植入的 适当分子离子束的B18H2215在本专利技术的某些实施态样，将B2tlH182-盐溶液的B2tlH182-阴离子与酸接触，产生 H2B20H18 · XH2O溶液，并藉由移除主要溶剂的方式进行浓缩。溶剂或混合溶剂以B2(iH182_盐和 H2B20H18 · XH2O皆可溶但不会破坏二者为佳。这类的溶剂或混合溶剂包括水、醇类、腈类、醚 类、环醚类、砜类(sulfones)以及类似物。在本专利技术的某些实施态样中，酸为能够以取代B2tlH182-阳离子盐的方式质子化B2QH182_簇的无机酸。较佳者为PKa小于2，包括但不限于氢氯酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、亚硫酸以及硒酸。在本专利技术的某些实施态样中，酸为能够以取代B2tlH182-阳离子盐的方 式质子化B2tlH182-簇的有机酸。较佳者为pKa小于2，包括但不限于三氟甲烷 乙酸(trifluormethaneacetic acid)、三氟乙酸、苯磺酸、草酸、对甲苯磺酸 (p-toluenesulfonic acid)、三氯乙酸以及二氯乙酸。在本专利技术的某些实施态样中，酸为任何能够以质子(protons)交换硼烷阴离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成十八硼烷（Ｂ↓［１８］Ｈ↓［２２］）的方法，该方法包括下列步骤：（ａ）使溶剂中的硼烷阴离子Ｂ↓［２０］Ｈ↓［１８］↑［２－］与酸接触，从而产生Ｈ↓［２］Ｂ↓［２０］Ｈ↓［１８］.ｘＨ↓［２］Ｏ溶液；（ｂ）将水和／或残余溶剂由浓缩的Ｈ↓［２］Ｂ↓［２０］Ｈ↓［１８］.ｘＨ↓［２］Ｏ溶液中移除；（ｃ）分离Ｂ↓［１８］Ｈ↓［２２］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-2 61/001,685一种合成十八硼烷(B18H22)的方法，该方法包括下列步骤(a)使溶剂中的硼烷阴离子B20H182-与酸接触，从而产生H2B20H18·xH2O溶液；(b)将水和/或残余溶剂由浓缩的H2B20H18·xH2O溶液中移除；(c)分离B18H22。2.如权利要求1所述的方法，其中将水和/或残余溶剂由H2B2tlH18·χΗ20溶液中移除促 进B18H22的形成。3.一种合成十八硼烷(B18H22)的方法，该方法包括下列步骤(a)使溶剂中的硼烷阴离子B2QH182_与酸接触，从而产生H2B2tlH18· XH2O溶液；(b)任选地浓缩含有H2B2tlH18· XH2O的混合物；(c)将水和残余溶剂由H2B2tlH18· XH2O溶液中移除；(d)任选地将所得残余物溶解；(e)优选地分离含有B18H22和含有副产物的层；(f)分离高纯度的B18H22；(g)任选地回收副产物层。4.如权利要求3所述的方法，其中在任选的步骤(d)中用双相混合物处理残余物，在所 述双相混合物中，反应副产物和未反应的材料溶解于一种溶剂成分中，且B18H22溶解于第二 种溶剂成分中。5.如权利要求3所述的方法，其中在步骤(f)中通过清洗、干燥和/或移除溶剂分离纯 的 B18H22。6.如权利要求1、2或3所述的方法，其中B2tlH182-盐为阳离子式为[NR1R2R3R4]+的烧基 铵盐，其中R1、R2和R3独立地选自氢、C1^20烷基、C6_1(l芳基、C7,芳烷基，或者R1、R2或R3的任意两 者结合形成杂环；且R4选自氢、CV2tl烷基或C6_1Q芳基。7.如权利要求1、2或3所述的方法，其中该酸为pKa小于约2的有机酸。8.如权利要求1、2或3所述的方法，其中该酸为pKa小于约2的无机酸。9.如权利要求1、2或3所述的方法，其中该酸为酸性离子交换树脂。10.如权利要求9所述的方法，其中该酸性离子交换树脂为包含多个磺酸残余物的芳 族或部分芳族聚合物。11.如权利要求9所述的方法，其中该酸性离子交换树脂为交联磺化聚苯乙烯。12.如权利要求1、2或3所述的方法，其中该溶剂为水性和非水性溶剂的混合物。13.如权利要求12所述的方法，其中该非水性溶剂选自醇、腈、醚或其组合。14.如权利要求12所述的方法，其中该非水性溶剂包含甲醇、乙醇、乙腈、四氢呋喃、二 氧六环或其组合。15.如权利要求12所述的方法，其中该非水性溶剂包含约1体积％至约99体积％的乙腈。16.如权利要求12所述的方法，其中该非水性溶剂包含约80体积％至约95体积％的乙腈。17.如权利要求12所述的方法，其中该非水性溶剂为乙腈。18.如权利要求12所述的方法，其中该溶剂包含约1体积％至99体积％的水。19.如权利要求12所述的方法，其中该溶剂为以体积计约6 1的乙腈水的混合物。20.如权利要求1、2或3所述的方法，其中通过使用真空、干燥惰性气流或如分子筛、五 氧化二磷、矾土、硅石、硅酸盐等的干燥剂，或其组合移除水。21.如权利要求1、2或3所述的方法，其中通过使用真空烘箱移除水。22.如权利要求1、2或3所述的方法，其中B18H22的形成在约0°C至约250°C的温度下 发生。23.如权利要求1、2或3所述的方法，其中B18H22的形成在20°C至约50...

【专利技术属性】
技术研发人员：KS库克，M奥克斯福德，
申请(专利权)人：塞门库普公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]