一种烷氧基硅烷组合物的纯化方法
您当前的位置 : 首页 > 行业领域 > Kaiyun官方网

一种烷氧基硅烷组合物的纯化方法

2025-12-10 13:35:40 Kaiyun官方网

  1.一种烷氧基硅烷组合物的纯化方法,其特征是,所述组合物包含烷氧基硅烷和氯

  化物,其中当烷氧基硅烷包含至少2个烷氧基时,这些烷氧基相同;所描述的方法包括:

  1)将烷氧基硅烷组合物与醇混合,得到混合物,其中所述醇具有C1至C10烷基,所述烷

  3)将混合物与惰性气体相接触,去除氯化氢,得到经纯化的烷氧基硅烷组合物。

  2.根据权利要求1所述的方法,其特征是,步骤1)中醇的用量要使得醇与烷氧基硅烷

  3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征是,步骤2)中在常压或减压下使混合物在

  4.根据权利要求3所述的方法,其特征是,所述回流时间持续1‑30小时。

  5.根据权利要求4所述的方法,其特征是,所述回流时间持续1‑24小时。

  6.根据权利要求3所述的方法,其特征是,步骤3)中惰性气体在混合物回流结束并仍

  7.根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述混合物与惰性气体的接触时间为2‑48

  8.根据权利要求1所述的方法,其特征是,惰性气体选自氮气、氩气、氦气、氖气、氢气

  9.根据权利要求1所述的方法,其特征是,惰性气体的流速小于或等于10升/分。

  10.根据权利要求1所述的方法,其特征是,惰性气体的总通入量为烷氧基硅烷组合

  11.依据权利要求1所述的方法,其特征是,烷氧基硅烷选自下列物质中的至少一种:

  是线型或者支链型、饱和、单或者多不饱和型、环状、芳香族的、部分或者完全氟化的;n

  12.根据权利要求11所述的方法,其特征是,烷氧基硅烷选自二乙氧基甲基硅烷、二

  13.根据权利要求1所述的方法,其特征是,所描述的方法还包括采用气体检测器和/或硝

  剂。同时,其可应用于半导体器件。为减少电阻电容(RC)延迟和互连延迟,改善半导体器件

  性能,提高电路速度,需要低介电常数(k)甚至超低k介电材料。目前通用的超低k介电层采

  用低k多孔结构(SiCOH,k=2.2‑2.5),使用硅氮化碳(k=4.8)和非晶碳化硅(k=2‑3.6)为电介

  质阻挡层,利用PCVD/ALD薄膜在金属导线之间使用牺牲材料形成空洞,实现低k介质层间的

  金属互连。以超低k介质掩膜层为例,例如采用烷氧基硅烷在衬底上形成超低k介质掩膜层,

  其中烷氧基硅烷和氧反应生成二氧化硅玻璃体形成薄氧层,该超低k介质层表面平整,克服

  烷氧基硅烷,以二乙氧基甲基硅烷(DEMS)为例,其一般会用二氯甲基硅烷与乙醇

  物质、有机氯化物及氯化氢,主要以氯化氢或残余氯化硅的形式出现,最终均形成氯化氢,

  在该种DEMS粗品用于制作半导体器件中时,例如制备低k介质掩膜层时,易产生盐沉淀,

  薄膜中有可能会出现氯残留,进而影响半导体器件的性能。为此,烷氧基硅烷粗品需要进一步的

  US5,210,254公开了一种烷氧基硅烷的纯化方法,其使用一种碱性试剂,具体是金

  属醇盐中和烷氧基硅烷中的残留酸性卤化物,接着用酸式盐处理上一步得到的混合物。据

  称该方法基本能除去残留的氯化物,但是该方法与很多其他类似使用碱性物质的方法一

  样,比如US5,698,726  (使用金属醇盐去除氯化物)、US5,084,588(特别强调要使用分离常

  醇/胺类金属盐除氯),向烷氧基硅烷体系中引入了额外的化学物质,易引起被纯化的烷

  法,所述组合物包含烷氧基硅烷和氯化物,其中当烷氧基硅烷包含至少2个烷氧基时,这些

  1)将烷氧基硅烷组合物与醇混合,得到混合物,其中所述醇的烷基与所述烷氧基

  3)将混合物与惰性气体相接触,去除氯化氢,得到经纯化的烷氧基硅烷组合物。

  额外杂质。其间通过气体交换,能更加进一步推动反应向正向移动,完成无机氯如氯化氢的去

  能够充分地除去烷氧基硅烷组合物中的无机氯,并且不会给原有体系引入额外杂质,从而

  氧基硅烷和氯化物,其中当烷氧基硅烷包含至少2个烷氧基时,这些烷氧基相同;所述方法

  1)将烷氧基硅烷组合物与醇混合,得到混合物,其中所述醇的烷基与所述烷氧基

  3)将混合物与惰性气体相接触,去除氯化氢,得到经纯化的烷氧基硅烷组合物。

  组分如氯化物,其中“主要”表示烷氧基硅烷在所述组合物中的质量含量可以为至少50%,或

  至少60%,或至少70%,或至少80%,优选至少90%。在一个优选的实施方案中,烷氧基硅烷组合

  物可以是烷氧基硅烷制备过程中得到的反应粗产物。通常,使用卤代硅烷如氯硅烷或有机

  氯硅烷作为起始原料,反应过程中卤素被烷氧基取代,从而生成烷氧基硅烷。以DEMS为例,

  通常采用二氯甲基硅烷与乙醇反应生成。在此情况下,上述其他组分主要是氯化物,包括有

  在本发明中,当烷氧基硅烷包含至少2个烷氧基时,优选这些烷氧基彼此相同。下

  面列举了适用于本发明的几种烷氧基硅烷,其中“独立地”应理解为这些R基团可相互独立

  族的、部分或者完全氟化的基团;n是0、1、2或3。这种烷氧基硅烷的实例包括甲基二甲氧基

  硅烷、二异丙氧基甲基硅烷、二乙氧基甲基硅烷、四乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲

  或者多不饱和型、环状、芳香族、部分或者完全氟化的基团;m、n各自独立地是0、1或者2。例

  或者多不饱和型、环状、芳香族、部分或者完全氟化的基团;m、n是0、1或者2。例如,1,2‑二甲

  饱和、单或者多不饱和型、环状、部分或者完全氟化的基团;m、n是0、1或者2。例如1,3‑二甲

  基‑1,3‑二乙氧基二硅杂甲烷和1,3‑二乙基‑1,3‑二乙氧基二硅杂甲烷。

  组合物中所含的有机氯化物反应。在一个实施方案中,所述醇的烷基优选与烷氧基硅烷的

  烷氧基中的烷基相同,这样在保证纯化烷氧基硅烷的前提下,还不会给烷氧基硅烷组合物

  原体系引入新的组分。优选使用具有C1‑C10烷基的醇,包括但不限于甲醇、乙醇、正丙醇、异

  丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇和癸醇等等。例如,当烷氧基硅烷是DEMS时,醇可以

  是乙醇;当烷氧基硅烷是二甲氧基甲基硅烷时,醇可以是甲醇。总之,所述醇优选烷氧基硅

  本发明方法中,上述步骤1)中醇的用量可以使得醇与烷氧基硅烷组合物中所含的

  10重量%。尽管此处给出了醇的优选用量范围,但根据烷氧基硅烷组合物中所含的具体有机

  氯化物,本领域技术人员基于本发明的教导能确定醇的适合用量。另一方面,除了需要考

  虑醇与有机氯化物反应的化学计量比关系之外,由于本发明方法要求该反应过程优选在回

  流状态下进行(步骤2)),因此在确定醇用量中还需要仔细考虑醇与烷氧基硅烷组合物的混合物

  在步骤2)中,可以在常压或减压下使醇与烷氧基硅烷组合物的混合物在沸腾状态

  下回流。当所用醇的沸点较高时,则能够使用减压。回流能持续1‑30小时,优选持续1‑24

  小时。由于该混合物包含除烷氧基硅烷之外的多种组分,可能在烷氧基硅烷沸腾之前,已经

  使其他组分开始沸腾。优选地,本发明方法控制醇先沸腾回流。在该过程中,醇与烷氧基硅

  烷组合物中所含的有机氯化物反应,生成相应的烷氧基硅烷和氯化氢。以DEMS组合物为例,

  沸腾回流下,乙醇与DEMS合成反应中残留的有机二氯甲基硅烷按下式反应,继续生成DEMS:

  在步骤3)中,可以将惰性气体在混合物回流结束并仍处于沸腾状态下通入,并使

  混合物与惰性气体接触2‑48小时。惰性气体的通入,可以使步骤2)中生成的氯化氢气体从

  烷氧基硅烷体系中排放出,这同时又促进了醇与有机卤化物如氯化物之间的正向反应,进

  一步生成烷氧基硅烷和氯化氢。不仅如此,还能将烷氧基硅烷组合物中原始存在的氯化氢

  通过气体交换排出体系,进而达到彻底去除烷氧基硅烷组合物中的残留无机氯的效果。由

  于惰性气体既不参与化学反应也不溶于烷氧基硅烷组合物体系中,因此整个纯化过程没有

  相关化学反应也不溶于该体系中的气体。作为例子,惰性气体可以选自氮气、氩气、氦气、氖

  气、氢气等中的一种或多种,当惰性气体选自两种或两种以上时,其可以以任意比例混合通

  惰性气体的流速可以小于或等于10升/分,优选惰性气体的总通入量为烷氧基硅

  后反应的总时间,例如2‑48小时。经过控制惰性气体流速、通入时间及总量等参数,可保证

  残留的卤素如氯进行仔细的检测。例如,只要气体检测器或者硝酸银滴定不变色即可。如果需要,

  最后还可以对烷氧基硅烷组合物体系进行蒸馏,以除去未反应的醇、残留的氯化氢和惰性

  气体。最终经纯化的烷氧基硅烷组合物中的无机氯浓度能够达到小于10ppm,最低可以达到

  在1L圆底烧瓶中加入150克无水乙醇,冷却到0℃后逐渐滴加115克二氯甲基硅烷

  )并保持12小时,逐步升温到室温后再沸腾回流4小时,通过蒸馏获得DEMS  121

  (s ,  1H)。该产物称作粗DEMS产品T1。该产品T1中,无机氯的浓度为550ppm,乙醇含量

  取100克实施例1得到的DEMS粗产品T1,向其中加入10g乙醇。将该混合物在常压及

  沸腾状态下回流,回流时间为1小时,从而使乙醇与粗DEMS产品中的有机氯化物反应,将有

  触,在回流和氮气保护下,将尾气安全排放,由此通过气体交换去除氯化氢。氮气流速最大

  控制在10L/min,通气时间为24小时,氮气气体的总量为12000L。

  小于10ppm的纯度要求时,再经过蒸馏,去除10g前馏分,并收取60g中间馏分,釜残不动,即

  经检测,产品T2中,残留的无机氯浓度为0.9  ppm,乙醇浓度为22  ppm。

  取100克实施例1得到的DEMS粗产品T1,向其中加入1g乙醇。将该混合物在常压及

  沸腾状态下回流,回流时间为30小时,从而使乙醇与粗DEMS产品中的有机氯化物反应,将有

  待回流时间结束后,在沸腾状态下,向混合物中通入氮气和氩气,氮气和氩气的比

  例为8:2,使混合物与气体充分接触,并同时在氮气和氩气的保护下,将尾气安全排放,由此

  通过气体交换去除氯化氢。气体流速最大控制在5L/min,通气时间为48小时,气体的总量为

  达到小于10ppm的纯度要求时,再经过蒸馏,去除10g前馏分,并收取60g中间馏分,釜残不

  经检测,产品T3中,残留的无机氯浓度为0.3  ppm,乙醇浓度为5.7  ppm。

  取100克实施例1得到的DEMS粗产品T1,向其中加入1g乙醇。将该混合物在常压及

  沸腾状态下回流,回流时间为1小时,从而使乙醇与粗DEMS产品中的有机氯化物反应,将有

  触,在回流和氮气保护下,将尾气安全排放,由此通过气体交换去除氯化氢。氮气流速最大

  小于10ppm的纯度要求时,再经过蒸馏,去除10g前馏分,并收取60g中间馏分,釜残不动,即

  经检测,产品T4中,残留的无机氯浓度为1.1  ppm,乙醇浓度为10.7  ppm。

  取100克二甲氧基甲基硅烷粗产品,其中含有二氯甲基硅烷、HCl及甲醇等杂质,检

  测到其中无机氯的浓度为570ppm,甲醇含量2700ppm。向其中加入10g甲醇。将该混合物在常

  压及沸腾状态下回流,回流时间为24小时,从而使甲醇与粗二甲氧基甲基硅烷产品中的有

  待回流时间结束,在沸腾状态下,向混合物中通入氮气和氦气,氮气和氦气的比例

  为8:2,使混合物与气体充分接触,并同时在氮气和氦气的保护下,将尾气安全排放,由此通

  过气体交换去除氯化氢。气体流速最大控制在10L/min,通气时间为8小时,气体的总量为

  达到小于10ppm的纯度要求时,再经过蒸馏,去除10g前馏分,并收取60g中间馏分,釜残不

  经检测,产品T5中,残留的无机氯浓度为0.5  ppm,乙醇浓度为5.3  ppm。

  取100克二异丙氧基甲基硅烷粗产品,其中含有二氯甲基硅烷、HCl及异丙醇等杂

  质,检测到其中无机氯的浓度为560ppm,异丙醇含量2700ppm。向其中加入1g异丙醇。将该混

  合物在常压及沸腾状态下回流,回流时间为10小时,从而使异丙醇与粗二异丙氧基甲基硅

  触,并同时在氮气保护下,将尾气安全排放,由此通过气体交换去除氯化氢。气体流速最大

  达到小于10ppm的纯度要求时,再经过蒸馏,去除10g前馏分,并收取60g中间馏分,釜残不

  经检测,产品T6中,残留的无机氯浓度为1.3ppm,乙醇浓度为10.0  ppm。