[发明专利]制备三甲硅烷基胺的方法

说明书

本文中所描述的方法提供了制备三甲硅烷基胺的方法。在一个方面中，所述方法包括：向反应器中提供三甲硅烷基胺和一氯硅烷的反应混合物，其中所述反应混合物处于足以提供在液相中的三甲硅烷基胺的温度和压力下，其中所述反应混合物基本上不含加入的溶剂；使所述反应混合物与氨接触以提供包含三甲硅烷基胺和氯化铵固体的粗混合物，其中一氯硅烷相对于氨化学计量过量；纯化所述粗混合物以提供三甲硅烷基胺，其中所述三甲硅烷基胺以90％或更大的纯度水平制备；以及任选地从所述反应器中移除所述氯化铵固体。

本申请为申请号为201410302861.5、申请日为2014年06月27日、发明名称为“制备三甲硅烷基胺的方法”的分案申请。

相关申请的交叉引用

本专利申请根据35U.S.C.§119要求2013年6月28日提交的美国临时专利申请序列号61/840,940的优先权权益。

发明背景

本文描述了制备甲硅烷基胺——更具体而言三甲硅烷基胺——的方法。三甲硅烷基胺((SiH₃)₃N或“TSA”)是一种前体，现发现其可用于沉积高纯度氧化硅膜以在半导体工业中用于空隙填充应用。三甲硅烷基胺是不需要直接等离子体激发用于膜生长的反应性前体。

Stock,A.；Somieski,C.Ber.Dtsch.Chem.Ges.1921,54,740报道了如以下反应式(1)所示的通过一氯硅烷(MCS)与氨(NH₃)反应合成TSA：

3SiH₃Cl+4NH₃→(SiH₃)₃N+3NH₄Cl (1)

上述参考文献报道了在过量氨中主要形成DSA[(SiH₃)₂NH]。还显示了DSA如以下反应式(2)所示分解为SiH₄和聚合的硅化合物或聚硅氮烷：

(SiH₃)₂NH→SiH₄+[SiH₂(NH)]_x (2)

在过量氨的存在下，聚硅氮烷、SiH₄、DSA是很可能的产物。TSA和聚硅氮烷与水发生剧烈反应以制备SiO₂、H₂和NH₃。取决于聚合物链，所述聚硅氮烷可以为挥发性的液体至固体。其蒸汽压小于TSA的蒸汽压。

美国专利公布文本No.2011/0136347(“所述‘347公布文本”)描述了一种用于在使用点附近制备和递送包含一种或多种甲硅烷基胺(例如TSA)的反应前体的方法。所述‘347公布文本中所描述的方法在气相和/或液相中在约-80℃至约室温的温度下实施。所述‘347公布文本还教导了在反应容器中加入惰性气体或使用有机溶剂以减少(SiH₂NH)_n形式的低聚物的形成。

美国专利No.8,409,513(“所述‘513专利”)描述了用于合成甲硅烷基胺(例如TSA)的管式流反应器和方法。根据所述‘513专利,所述反应器具有塞流式设备和层流式设备中存在的特征的独特结合。氨与摩尔过量的MCS的反应在低压下在气相中进行。

题为“The Preparation and Some Properties of DiSilylamine”(B.J.Aylett,等人,Inorganic Chemistry,Vol.5(1),第167页(1966))的参考文献报道了DSA在气相中不会转化为TSA，甚至在150℃下亦如此。然而，在0℃下，显示出DSA被转化为TSA。在0℃下，DSA将凝聚为液体。