[发明专利]一种单胺基取代硅烷的制备方法

说明书

本发明公开了一种单胺基取代硅烷的制备方法，涉及应用于原子层沉积的硅基前驱体材料制备技术领域。本发明以二级有机胺、碱化合物为原料，以烷烃溶剂或醚类溶剂为反应溶剂，反应得到有机胺基碱溶液，将该有机胺基碱溶液与一氯硅烷反应，得到反应物。将反应物过滤得到滤液，滤液蒸馏后得到液体即为单胺基取代硅烷粗品，将粗品精馏，得到单胺基取代硅烷精品。本发明制备得到的单胺基取代硅烷粗品GC纯度＞95％，收率大于85％，氯含量低于10ppm。使后续精馏处理得到的单胺基取代硅烷中氯含量低于1ppm，符合半导体行业对此类产品7N的规格要求。

技术领域

本发明涉及应用于原子层沉积的硅基前驱体材料制备技术领域，具体涉及一种单胺基取代硅烷的制备方法。

背景技术

单胺基取代硅烷，通式可写作(R₁R₂N)SiH₃，其中R₁、R₂可以独立自由地选具有1至6个碳原子的直链和支链烷基基团。由于此类分子含有较多 Si-H，反应活性高，因此在ALD和CVD中经常用于低温氧化硅、氮化硅薄膜的沉积。

现有技术主要公开以下几种合成单胺基取代硅烷的方法：美国专利申请US20120277457A1中公开了通过还原胺基硅卤代物制备单胺基取代硅烷的方法，该方法中用到价格昂贵的还原剂，工艺风险性高；还原反应中生成大量的无机盐，后处理复杂，同时过程中使用了烷烃与四氢呋喃等不同类型的溶剂，溶剂分离工艺复杂，不利于溶剂的回收使用。美国专利号 US7875556的中公开采用苯硅烷为原料，与三氟甲磺酸反应得到三氟甲磺基硅烷CF₃SO₃SiH₃，再与二异丙胺反应制备得到二异丙胺基硅烷，方法中使用到不易得到的苯硅烷，同时反应产生毒性较大的苯。中国专利号 CN104876957的专利中使用亚胺与硅烷在催化剂作用下一步得到单胺基取代硅烷，催化剂一般选用过渡金属、镧系、锕系元素特殊结构的催化剂，反应使用到高度易燃的硅烷为原料，同时使用价格昂贵的贵金属催化剂。中国专利号CN105793270B公开了有机胺与硅烷结构(Si-H)在催化剂作用下脱氢得到胺基取代的硅烷，催化剂优选Ru/C等贵金属催化剂，反应使用到高度易燃的硅烷为原料，催化剂价格昂贵。中国专利号CN108586514 的专利中公开使用一氯硅烷和二异丙胺在负载的碳纳米管作用下制备得到二异丙胺基硅烷，但是专利中负载的碳纳米管需要专门制备，制备过程复杂。

而且，随着半导体技术节点推进，对产品规格纯度的要求越来越高，对其中总氯含量的要求也越来越高；特别地，现在普遍要求硅烷衍生物前驱体产品中氯含量在1ppm以下。常规方法，即有机胺+一氯硅烷的路线，生成大量有机胺盐酸盐，即R₁R₂N·HCl。R₁R₂N·HCl可部分溶于胺基取代的硅烷产品中，导致产品中的氯含量偏高(几十到几百ppm)。若不能有效地将此类有机胺盐酸盐除去(即除氯)，会影响薄膜沉积设备的稳定性，降低薄膜质量，进而会影响芯片的良率；因此需要在提纯过程中将氯元素除去，确保7N产品(99.99999％)规格。

理论上，精馏过程可以有效除氯，但有机胺盐酸盐容易升华并再次冷凝成为固体，堵塞精馏管路，损坏设备。因此更有效的办法是在精馏前将总氯含量降至一个偏低的数值。这就需要比较复杂的除氯工艺和除氯设备。增加了制备成本，大大延长了生产周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单胺基取代硅烷的制备方法，解决以下技术问题：

现有技术中制备单取代的氨基硅烷的方法复杂、危险系数高以及收率低等缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种单胺基取代硅烷的制备方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体氛围中，将有机胺、反应溶剂加入反应器中，机械搅拌、降温，继续向反应器中加入碱性化合物溶液，控制反应温度-30～ 0℃，得到胺基碱溶液；