[发明专利]采用弱碱性离子交换树脂稳定含氮和含氧的有机硅烷

说明书

技术领域

本发明涉及稳定含氮有机硅烷或者含氧有机硅烷以防酸催化侵蚀并阻止最终分解的方法。

背景技术

含氮有机硅烷，比如烷基氨基硅烷或者二烷基氨基硅烷，被用作经由化学气相沉积(CVD)或者相似方法沉积可用于半导体器件制备中的氮化硅、碳氮化硅和氧氮化硅膜的前体。

烷基氨基硅烷，例如双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)，和二烷基氨基硅烷，例如二乙基氨基硅烷(DEAS)和二异丙基氨基硅烷(DIPAS)，是液相含氮的氨基硅烷化学前体的代表，被用于氮化硅、氧氮化硅和二氧化硅膜的化学气相沉积(CVD)或者等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。例如，采用BTBAS作为前体和氨制备的沉积膜，和由二氯硅烷(DCS)和氨经由CVD沉积的膜相比，不含氯化铵和氯污染物。所述膜可以在较低的工艺温度，即500-600℃下形成。而且，这些烷基氨基硅烷或者二烷基氨基硅烷由于不含直接的Si-C键，所以制备的膜基本不含或者含有非常少的碳。

含氧的有机硅烷液体，例如二乙氧基甲基硅烷，用于氧化硅、碳掺杂的氧化硅、多孔氧化硅的等离子体增强化学气相沉积。所得的膜可用作金属间层，以避免铜连接之间出现串扰。

具有或者N-H或者Si-H片段或者两者的含氮有机硅烷，比如BTBAS、DEAS和DIPAS，和一些含有Si-H片段的含氧有机硅烷，通常随着时间流逝容易分解，导致主制品老化。在一些情况中，制品分解可以是20-450ppm每天和更高，由此导致制品储存寿命明显下降。因此，在本领域中需要经济的、有利的方法，来使在半导体应用中采用的分解速率通常为至少50ppm/天的含氮的和含氧的有机硅烷停止分解和稳定。

下列专利是制备含氮有机硅烷或者含氧有机硅烷以及其在沉积氮化硅、氧氮化硅和二氧化硅膜中的用途的现有技术代表。

US6963006公开了通过在不含溶剂的无水条件下二氯硅烷和烷基胺的反应制备烷基氨基硅烷，尤其是BTBAS，的方法。形成了包括烷基氨基硅烷和烷基胺盐酸盐的液体。烷基氨基硅烷和烷基胺盐酸分离，烷基氨基硅烷通过空气蒸馏或者真空蒸馏进行纯化。

US2834648公开了采用胺型催化剂实现氯硅烷的歧化反应的方法。用于实现歧化反应的特别合适的胺是二烷基胺和三烷基胺。

US3928542公开了用于提高固体阴离子树脂实现氯硅氢化物，比如氢化硅，的歧化或者再分布的方法。在该方法中，氨基离子交换树脂用HCl处理，在歧化反应中采用了该树脂。

EP0028524公开了在酸性催化剂的存在下通过下式的烷氧基硅烷簇合物

RSi[SiO₄]₃[R’]₉和醇反应制备下式的烷氧基硅烷簇合物的方法：

RSi[SiO₄]₃[R’]_9-n[R”]_n。代表性的催化剂是酸性离子交换树脂、路易斯酸、和酸性醇等。

EP0206621公开了通过将下式的具有至少一个Si-H键的硅烷：

R₁ H_mSiX_4-(1+m)和磺酸型或者季铵盐型阴离子交换树脂催化剂的中和制品接触以歧化式子R₁H_mSiX_4-(1+m)的硅烷来形成一氯硅烷和二氯硅烷的方法。

US4798889公开了采用羟基胺降低热诱导聚合以稳定分子中含有特定乙烯基团的不饱和有机硅酮的方法。

US4709067公开了采用酚类抑制剂，比如MMHQ、芳族胺或芳族硫化合物，在铂催化剂和少量醇的存在下在真空蒸馏过程中稳定甲基丙烯酰氧基和丙烯酰氧基有机硅化合物的方法。

US4368313公开了通过添加含有可螯合金属离子的中和剂来稳定有机硅烷的硅烷醇水解制品，以提高储存寿命。

US3928542公开了用干氯化氢制备阴离子交换树脂，以增强树脂重新分布氯硅烷的能力。

Aylett和Emsley，The Preparation and Properties of Dimethylaminoand Diethylamino Silane，J.Chem.Soc.(A)p652-655，1967，公开了通过硅烷和各个二烷基胺反应制备二甲基氨基和二乙基氨基硅烷。