2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷及其組合物、方法和用圖
【專利說明】2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷及其組合物、方法和用途
[0001 ]本發(fā)明整體涉及2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷、包含其的化學(xué)組合物、制備和純化2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷的方法、由此制備的純化的2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷以及使用2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷作為前體來形成含硅材料的方法。
[0002]含硅材料(例如，膜)可用作制造電子或光伏裝置的電子電路過程中的半導(dǎo)體、絕緣層或犧牲層。適合這種用途的含硅膜可通過成膜沉積方法由一種或多種含硅前體制備。[0003 ]含硅前體可為硅氮烷、硅氧烷、硅烷或其他含硅分子。硅烷型前體可為(烷基)氨基娃燒、齒代娃燒、有機(jī)娃燒或氫化娃燒O氫化娃燒可為單娃燒、二娃燒或高級(jí)氫化娃燒O包含I至5個(gè)硅原子的揮發(fā)性前體(例如，(Si1-Si5)前體)可用于基于氣相的材料(例如，膜)形成方法中，其中經(jīng)由蒸發(fā)或氣體吹掃從所形成的材料(例如，膜)去除反應(yīng)副產(chǎn)物。包含80個(gè)硅原子的非揮發(fā)性前體(例如，Si8Q前體)可用于基于溶液的材料(例如，膜)形成方法中，其中必須經(jīng)由蒸發(fā)或氣體吹掃從所形成的材料去除非揮發(fā)性前體溶解于其中的溶劑，而不去除非揮發(fā)性前體。
[0004]合成含硅前體和膜的一些方法是已知的。例如，Plichta P.的DE2139155 Al特別提及通過在填充有玻璃棉-硅膠-鉑(5%)催化劑的柱中進(jìn)行熱解并且對(duì)所得產(chǎn)物混合物進(jìn)行分級(jí)分離來合成高級(jí)硅烷和高級(jí)鍺烷的方法。該方法中所用的反應(yīng)物為三硅烷、正-四硅烷和正-五硅烷。
[0005]授予IkaiK.等人的US 5，700，400特別提及通過對(duì)含氫硅烷單體進(jìn)行脫氫縮合接著熱分解來制備半導(dǎo)體材料的方法。含氫硅烷單體可為含氫單硅烷、含氫二硅烷或含氫三硅烷。脫氫縮合在存在催化劑的情況下進(jìn)行，所述催化劑包含“周期表3B族、4B族和8族”的至少一種金屬或金屬化合物。
[0006]授予Cannady，J.P.和Zhou，X.并轉(zhuǎn)讓給道康寧公司(DowCorning Corporat1n)的US 8,147,789 B2描述了包含至少93% (重量/重量)新戊硅烷的組合物；以及制備新戊硅烷的方法。
[0007]ffieber S.等人的US 2012/0291665 Al特別提及在不存在催化劑的情況下使氫化硅烷低聚的方法。該方法采用在不存在催化劑的情況下在低于235°C的溫度下氫化硅烷發(fā)生熱轉(zhuǎn)化時(shí)基本上包含具有最多20個(gè)硅原子的至少一種非環(huán)狀氫化硅烷的組合物。氫化硅烷可為例如新戊硅烷。
[0008]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)或認(rèn)識(shí)到與使用商用含硅前體制備用于制造電子或光伏裝置的含硅材料(例如，膜)相關(guān)的技術(shù)問題。由于電子和光伏電路的幾何形狀變得越來越精細(xì)小巧，已發(fā)現(xiàn)由商用含硅前體制備的含硅膜對(duì)于此類電路而言性能不足。例如，在最新的電子電路中，線性特征部之間的溝的縱橫比日益增大。更高的縱橫比意味著溝增高并且線條之間的距離或間距縮短。這種更窄的溝或更密集的線條排布改善了電子性能。然而，已發(fā)現(xiàn)由商用前體制備的含硅膜所具有的熱預(yù)算太高而不適用于低溫分解方法，和/或所具有的保形性不足以在更精細(xì)小巧的電子或光伏電路的制造期間覆蓋更精細(xì)的溝的內(nèi)表面。
[0009]此外，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)或認(rèn)識(shí)到與合成高級(jí)氫化硅烷的現(xiàn)有方法相關(guān)的技術(shù)問題。盡管已研究數(shù)十年，但是高級(jí)氫化硅烷的合成仍然很困難。一些高級(jí)硅烷已通過金屬硅化物的水解或單硅烷或二硅烷的高能(例如，熱)處理來制備。但這些方法是非選擇性和非生產(chǎn)性的，因?yàn)樗鼈儾黄谕鼐哂械褪章什⑶耶a(chǎn)生高級(jí)硅烷的混合物。由于缺少不同含硅前體的寬廣工具箱而且也沒有對(duì)其進(jìn)行選擇性合成的商業(yè)可行方法，這就阻礙了改善的含硅膜的發(fā)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)一種新型含硅前體以及對(duì)其進(jìn)行選擇性合成的方法。含硅前體可用于材料形成沉積方法中，以制備在用于制造電子或光伏裝置時(shí)具有改善性能的含硅-材料。含硅前體一般是硅烷，特別是氫化硅烷，更特別是高級(jí)氫化硅烷，還更特別是壬硅烷，甚至更特別是壬硅烷結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，并且還甚至更特別是2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷。本發(fā)明的實(shí)施例包括:
[0011 ] —種化合物，所述化合物為2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷。
[0012]—種化學(xué)組合物，所述化學(xué)組合物包含2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷以及與2，2,4,4-四甲硅烷基五硅烷不同的一種或多種附加成分。
[0013]一種制備2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法，所述方法包括使2，2_ 二甲硅烷基三硅烷與縮合反應(yīng)催化劑在縮合反應(yīng)條件下接觸，以便合成2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷并且制備包含2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的產(chǎn)物組合物。
[0014]一種純化2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法，在純化之前所述2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷處于包含2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷、單硅烷和2，2-二甲硅烷基三硅烷的混合物中，所述方法包括將單硅烷和2，2-二甲硅烷基三硅烷與2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷分離而得到剩余部分，所述剩余部分包含2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷，但不含分離的單硅烷和2，2-二甲硅烷基三硅烷，其中2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷在剩余部分中的濃度大于2,2,4,4-四甲硅烷基五硅烷在混合物中的濃度。
[0015]—種在第一基材的表面上形成與所述表面接觸的含硅材料或者在設(shè)置在第二基材上的晶種層上形成與所述晶種層接觸的含硅材料的方法，所述方法包括使不含晶種層的第一基材的暴露表面或者使設(shè)置在第二基材的表面上的晶種層，接觸包含2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷的前體組合物的蒸氣，其中所述接觸包括材料沉積方法并且在第一基材的暴露表面上形成與所述暴露表面接觸的含硅材料或者在設(shè)置在第二基材的表面上的晶種層上形成與所述晶種層接觸的含硅材料。
[0016]除了別的用途以外，所述2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷、化學(xué)組合物和產(chǎn)物組合物可獨(dú)立地用作含硅沉積前體以便形成含硅材料，包括晶體硅和其他含硅材料。制備2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法可用于選擇性地合成2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷，而不會(huì)制得或制得相對(duì)少量的其他壬硅烷結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。所述方法的選擇性使得在純化之前產(chǎn)物組合物不含任何其他壬硅烷結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，或者具有最多總計(jì)>0至9面積％(GC)的除2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷之外的壬硅烷結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。所述純化方法可用于制備2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的純化形式(剩余部分)、或者經(jīng)純化且蒸餾的形式(餾出液)。所述形成方法可用于形成含硅材料。含硅材料可用于制造電子和光伏裝置或電路，包括電子和光伏裝置所用或之中的更精細(xì)小巧的電路。本發(fā)明可具有附加用途，包括與電子和光伏應(yīng)用無關(guān)的那些用途。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以引用的方式將
【發(fā)明內(nèi)容】
和說明書摘要并入本文。本發(fā)明包括但不限于上文概述的實(shí)施例、用途和優(yōu)點(diǎn)。這些實(shí)施例包括2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷、包含其的化學(xué)組合物、制備和純化2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷的方法、由此制備的純化的2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷以及使用2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷作為形成含硅材料的前體來形成含硅材料的方法。所形成的含硅材料可為含硅膜，并且形成方法可為形成含硅材料的方法。本發(fā)明包括更多實(shí)施例，這些實(shí)施例將在下文描述。
[0018]本發(fā)明具有技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和非技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。可以方便地示出與形成作為含硅膜的含硅材料相關(guān)的一些優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明和優(yōu)點(diǎn)不限于形成此類膜。例如，在其中方法要求前體具有揮發(fā)性的含硅材料沉積方法中以及在其中方法要求前體具有非揮發(fā)性的含硅材料沉積方法中，2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷可用作含硅前體。另外，制備2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷的方法是選擇性合成，因?yàn)樗龇椒óa(chǎn)生很少(如果有的話)其他壬硅烷結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，或者所述方法產(chǎn)生很少(如果有的話)其他壬硅烷結(jié)構(gòu)異構(gòu)體以及很少(如果有的話)除壬硅烷之外的其他高級(jí)硅烷。在此類實(shí)施例中，所述制備方法可以被看作在形式上將2，2_二甲硅烷基二娃燒_1_基與2-甲娃燒基二娃燒-2-基偶聯(lián)而得到2，2，4，4-四甲娃燒基五娃燒，其中所述方法可避免形成2，2-二甲硅烷基三硅烷的低聚物。我們認(rèn)為，與單硅烷、二硅烷或2，2-二甲硅烷基三硅烷相比，2，2，4，4-四甲硅烷基五硅烷可提供含硅膜，所述含硅膜具有的熱預(yù)算允許2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷用于低溫沉積方法，例如為實(shí)現(xiàn)晶體硅的材料(例如，膜)的氣相沉積而在400°C下進(jìn)行的方法，但如果需要，該沉積方法也可使用更高的溫度。低溫沉積方法采用比基準(zhǔn)膜沉積中所用的溫度更低的溫度。例如，二硅烷是用于在600°C下沉積多晶硅的膜的基準(zhǔn)前體，因此低溫沉積方法采用小于600°C的溫度，例如，200°至<600°C，或者300°至<600°C，或者200°至<500°C。作為另外一種選擇或除此之外，可使用2，2，4，4_四甲硅烷基五硅烷作為含硅前體來制備的含硅膜，預(yù)期其具有足夠的保形性而能在制造較小的電子或光伏電路期間覆蓋較精細(xì)的溝的內(nèi)表面。本發(fā)明的某些方面可獨(dú)立地解決另外的問題和/或具有其他優(yōu)點(diǎn)。
[0019]縮寫:面積％(GC)是通過氣相色譜法確定的面積百分比;ALD是原子層沉積;ALCVD是原子層化學(xué)氣相沉積;APCVD是常壓化學(xué)氣相沉積;CVD是化學(xué)氣相沉積;CCVD是燃燒化學(xué)氣相沉積；°C是攝氏度;DSC是差不掃描量熱法;Ex.是實(shí)例;GC_MS是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用;g是克;HMBC是H-Si異核多鍵相關(guān);HSQC是H-Si異核單量子相干;HWCVD是熱絲化學(xué)氣相沉積；HPCVD是混合物理化學(xué)氣相沉積；IUPAC是國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì);kPa是千帕;LP