[发明专利]三甲硅烷基胺的液相合成

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月10日提交的美国申请No.13/371,010的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

技术领域

公开了制备适用于半导体加工中的三甲硅烷基胺的液相合成方法。

背景

三甲硅烷基胺(TSA)是在半导体加工中用于使氮化硅、氮氧化硅和氧化硅膜沉积的前体。例如参见US 7192626，Dussarrat等人。它的低沸点(b.p.52℃)和结构中碳原子的缺乏使得它对用于通过CVD或ALD方法使高纯度SiN和SiO膜沉积而言特别有吸引力。电子工业认识到TSA的优点，且对该材料的需求正在增长。这指出开发用于TSA生产的强大规模工业方法的必要性。

几乎一个世纪以来，单卤硅烷与氨之间的气相反应用于制备TSA。例如参见Stock等人，Ber.1921，54，740；Burg等人，J.Am.Chem.Soc.，1950，72，3103；Wells等人，J.Am.Chem.Soc.，1966，88，37；Ward等人，Inorg.Synth.，1968，11，168；和US 2010/0310443，Miller。气相反应根据以下方程式进行：

3SiH₃X(g)+4NH₃(g)→N(SiH₃)₃(l)+3NH₄X(s)(X＝Cl，Br)

气相反应通常产生中等至高收率和纯度的TSA。当以工业规模进行时，该方法的大缺点是形成大量固体副产物，特别是NH₄Cl。从反应器中除去这些副产物是非常耗时的步骤，其至少部分由于所产生的反应器停工时间而负面影响TSA的生产成本。制备TSA的另一方法由全氢聚硅氮烷(perhydropolysilazane)的热解组成。例如参见US2011/0178322。申请人不认为该方法适于大规模工业方法。

仍需要商业上可行的TSA制备方法。

概述

公开了制备三甲硅烷基胺(TSA)的方法。在约-100至约0℃的温度下将单卤硅烷加入包含无水溶剂的反应器中以形成溶液。将无水氨加入溶液中以产生混合物。搅拌该混合物以形成搅拌混合物。通过蒸馏将TSA从搅拌混合物中分离。本公开方法可进一步包括以下方面中的一个或多个：

·在分离TSA以前通过过滤将固体副产物从搅拌混合物中除去使得将TSA从过滤的搅拌混合物中分离；

·加入约3mL至约20mL无水溶剂/约1g单卤硅烷；

·加入约6mL至约8mL无水溶剂/约1g单卤硅烷；

·单卤硅烷与无水氨气的摩尔比为0.75:1-1.5:1；

·单卤硅烷与无水氨气的摩尔比为1:1-1.5:1；

·单卤硅烷与无水氨气的摩尔比为1.1:1-1.5:1；

·单卤硅烷反应物具有约90至约100％摩尔/摩尔的纯度；

·单卤硅烷反应物具有约95至约100％摩尔/摩尔的纯度；

·单卤硅烷反应物具有约98至约100％摩尔/摩尔的纯度；

·单卤硅烷反应物具有约0至约10％摩尔/摩尔的二卤硅烷浓度；

·单卤硅烷反应物具有约0至约5％摩尔/摩尔的二卤硅烷浓度；

·单卤硅烷反应物具有约0至约1％摩尔/摩尔的二卤硅烷浓度；

·单卤硅烷为单氯硅烷；

·无水溶剂选自由烃、卤代烃、卤碳、醚、聚醚和叔胺组成的组；

·无水溶剂选自由甲苯、庚烷、乙苯和二甲苯组成的组；

·无水溶剂为甲苯；

·将混合物保持在约-90℃至约-40℃的温度下；

·将混合物保持在约-98℃至约-60℃的温度下；

·将混合物保持在约-78℃的温度下；

·两个添加步骤的压力都为约91kPa至约112kPa；

·将混合物搅拌约1小时至约48小时；

·蒸馏为常压分馏或真空分馏；

·蒸馏为常压分馏；

·分离的TSA具有约50％摩尔/摩尔至约90％摩尔/摩尔的纯度；

·通过分馏提纯分离的TSA；

·提纯的TSA具有约97％摩尔/摩尔至约100％摩尔/摩尔的纯度；

·无水溶剂与单卤硅烷的比为约3-20mL无水溶剂/约1g单卤硅烷；

·无水溶剂与单卤硅烷的比为约6-8mL无水溶剂/约1g单卤硅烷；和