[发明专利]由一氯硅烷和氨制备三甲硅烷基胺的方法

说明书

本发明涉及在液相中由一氯硅烷和氨制备三甲硅烷基胺的方法。本发明还涉及可施行这种方法的设备。

三甲硅烷基胺(TSA)，N(SiH₃)₃，是易流动、无色、可自燃和易水解的液体，其具有 -105.6℃的熔点和 +52℃的沸点。含氮的硅化合物如三甲硅烷基胺是半导体工业中重要的物质。

长期以来已知TSA 可用于制造氮化硅-层(US 4,200,666, JP 1986-96741)。TSA 更具体地在芯片-制造中用作氮化硅-或氧氮化硅-层的层-前体。例如，EP 1 547 138 公开了一种非常特殊的应用 TSA 的方法。由于应用于芯片-制造中，所以重要的是能够可靠、无缺陷且始终如一地以需要的，通常高纯的品质来制备三甲硅烷基胺。

三甲硅烷基胺可根据下式由一氯硅烷和氨来制备。

该反应的副产物是氯化铵。一氯硅烷与氨的反应是自发的放热反应。

Alfred Stock 和 Karl Somieski 在 Ber. Dtsch. Chem. Ges. 54, 740 页及以后几页, 1921中描述了一氯硅烷气和氨气在室温下根据式(1)立即反应。该反应用过量一氯硅烷进行，定量形成三甲硅烷基胺。氯化铵作为副产物析出。

WO 2010/141551 中描述了一氯硅烷与氨在气相中的反应。

此外，WO 2011/049811 教导，甲硅烷基胺的生产在尽可能接近使用的地点进行，以保持短的供应路程和因此保持短的供应时间。根据WO 2011/049811可在气相中和在液相中由一氯硅烷和氨制备含 TSA的甲硅烷基胺。

Richard L. Wells 和 Riley Schaeffer 已经在 J. Am. Chem. Soc. 88, 37 页及以后几页, 1966中描述了通过将这两种物质的混合物从  -196℃ 加热到室温的一氯硅烷与氨的反应。除了根据式(1)形成三甲硅烷基胺而外，观察到下列后续反应的进程：

。

因此，在氨存在下，三甲硅烷基胺可进一步反应生成甲硅烷(SiH₄)和N,N',N''-三甲硅烷基环三硅氮烷(SiH₃NSiH₂)₃ 以及聚合材料（“polymeric material”）。后续反应(2)和(3)对三甲硅烷基胺的产率起不利作用。

因此，本发明的目的在于提供在液相中由氨和一氯硅烷制备三甲硅烷基胺的工业上的且尽可能经济的解决方案，在此解决方案中，产物流在多级设备内如此相互连接，以尽可能有效地利用所使用的原材料来制备终产物三甲硅烷基胺。

根据本发明，所述目的根据权利要求中的特征得以实现。因此，在下文中描述了根据本发明的方法以及根据本发明的设备，包括优选的实施方式，在该设备中可以有利地施行这种方法。

令人惊讶地已发现，有利地将一氯硅烷(A 和 A')以液体形式预先装入反应器(1)中并将氨(B)导入该容器中，且得到包含TSA 和以固体形式存在的NH₄Cl 的产物混合物。随后，将如此得到的产物混合物由反应器(1)输送通过过滤装置(2)，由此从产物混合物中分离出固体氯化铵(C)。随后将滤液输送到蒸馏塔(3)中，在该塔中过量的一氯硅烷(A')经由塔顶蒸馏、冷凝并有利地以液体形式又送入反应器(1)中。此外，可经由蒸馏塔(3)的塔顶导出甲硅烷(D)。将塔(3)的塔底物(E)输送至蒸馏塔(4)中，在蒸馏塔(4)中产物三甲硅烷基胺(G)经由塔顶蒸馏并冷凝。更高沸点的物质经由塔底物(F)除去。

上述方法可以分批和连续进行，并因此能够以有利的方式实现所述非常纯的TSA的制备。

图 1 表明了根据本发明的方法以及根据本发明的设备的工艺方案的一个优选实施方式。

因此，本发明的主题是在液相中制备三甲硅烷基胺的方法，所述方法通过

- 将一氯硅烷(A 或 A')以液体形式预先装入反应器(1)中，并

- 将氨(B)导入该容器中，

- 在反应器(1)中进行反应，

- 随后，将如此得到的产物混合物由反应器(1)送入并通过过滤装置(2)，并由此从产物混合物中分离出固体氯化铵(C)，和

- 将滤液由过滤装置(2)输送到蒸馏塔(3)中，

- 在蒸馏塔(3)中，过量的一氯硅烷(A')经由塔顶蒸馏、冷凝并以液体形式送入反应器(1)中，以及