CN116457310A - 制备碘硅烷的方法 - Google Patents
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Abstract
提供用于通过烷氨基硅烷与某些经取代的酰基碘的反应制备例如H2SiI2和HSiI3的非常需要的碘硅烷的方法。在一个实施例中，双(二乙氨基)硅烷与苯甲酰碘反应以产生二碘硅烷。
Description
技术领域
本发明属于硅化学物质的领域。具体来说，其涉及用于制备二碘和三碘硅烷的方法。
背景技术
卤代硅烷适用作制造微电子装置的前体；具体来说，例如H2SiI2和HSiI3的卤硅烷适用作沉积用于制造微电子装置的含硅膜的前体化合物。基于合成方法的当前方案描述自以下合成H2SiI2和其它所选碘硅烷：(i)芳基硅烷(克南(Keinan)等人《有机化学杂志(J.Org.Chem.)》，第52卷，第22期，1987，第4846页-第4851页；凯瑞甘(Kerrigan)等人美国专利第10,106,425号，或(ii)卤代硅烷，例如SiH2Cl2(美国专利第10,384,944号)。
克南等人描述SiH2I2形成的合成方法，其采用在例如乙酸乙酯的催化剂存在下用碘化学计量处理苯基-SiH3，即芳基硅烷。反应副产物为来自芳基硅烷的芳香族官能化合物，作为苯释放，和由乙酸乙酯分解产生的复杂副产物混合物。自所需SiH2I2繁琐分离反应副产物使工艺变得复杂。另外，用于制备卤基硅烷的基于芳基硅烷的方法通常产生经碘剂和/或碘化氢污染的产物，其对所需碘硅烷产物有害，因此通常使用锑、银或铜使碘硅烷产物稳定化。
美国专利第10,106,425号教示芳基硅烷(CH3C6H4)SiH3作为反应物的用途。所公开的方法产生甲苯作为副产物且因此要求为产生来自苯基-SiH3的苯的克南(Keinan)方法的较少危害性替代方案。美国专利第10,384,944号描述例如LiI与SiH2Cl2之间的卤化物交换，从而在卤素交换反应中产生LiCl和SiH2I2。
发明内容
总体来说，本发明提供通过用酰基碘处理某些二烷基酰胺基硅烷制备例如H2SiI2和HSiI3的非常需要的碘硅烷的方法。在一个实例中，二碘硅烷可由双(二乙氨基)硅烷与苯甲酰碘的反应制备。反应出乎意料地导致氨基硅烷上的烷基氨基经碘基取代。此转化易于在室温和大气压下进行且可纯净的以及在非质子溶剂存在下进行。
具体实施方式
如本说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括复数指示物。如本说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文另外明确指示，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。
术语“约”通常指被认为等效于所述值(例如具有相同功能或结果)的数字范围。在许多情况中，术语“约”可包括经四舍五入至最接近的有效数字的数字。
使用端点表示的数值范围包括所述范围内包涵的所有数字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
在第一方面中，本发明提供一种用于制备具有式(I)的化合物的方法：
(H)xSi(I)y(I)；
其中x为1或2，y为2或3，且x加y的总和为4，所述方法包含：
使式(A)化合物：
(H)xSi(N(R1)(R2))y(A)；
其中(i)各R1和各R2独立地选自C1-C6烷基、C3-C8环脂肪族基或氢，或(ii)R1和R2与其所键结的氮原子一起形成C4-C7含氮饱和或芳香族环，前提为R1和R2中不超过一个为氢；
与下式的化合物接触：
其中R3选自C1-C6烷基、C1-C6经取代的烷基、苯甲基、经取代的苯甲基、联苯基、萘基、苯基或经取代的苯基，以制备式(I)化合物。
在第二方面中，本发明提供一种用于制备具有式(II)的化合物的方法：
(H)z(I)ySi-Si(I)y(H)z(II)
其中y为2或3，z为0或1，且y和z的总和为3，所述方法包含：
使式(B)化合物：
Hz((R1)(R2)N)ySi-Si(N(R2)(R1))yHz(B)；
其中(i)各R1和各R2独立地选自C1-C6烷基、C3-C8环脂肪族基或氢，或(ii)R1和R2与其所键结的氮原子一起形成C4-C7含氮饱和或芳香族环，前提为R1和R2中不超过一个为氢；
与下式的化合物接触：
其中R3选自C1-C6烷基、C1-C6经取代的烷基、苯甲基、经取代的苯甲基、联苯基、萘基、苯基或经取代的苯基，以制备式(II)化合物。
在上述方法中，应了解，当利用式(A)的反应物时制得式(I)的产物且当利用式(B)的反应物时制得式(II)的产物。在一个实施例中，式(I)化合物为H2SiI2。在另一实施例中，式(I)化合物为HSiI3。
在一个实施例中，下式的化合物
(H)xSi(N(R1)(R2))y(A)，
选自以下化合物，例如
H2Si(N(CH3)2)2；
H2Si(N(CH2CH3)2)2；
H2Si(N(CH2CH3)(CH3))2
H2Si(N(CH2CH2CH3)2)2；
H2Si(N(CH2CH2CH2CH3)2)2；
H2Si(N(叔丁基)2)2；
H2Si(N(H)(叔丁基))2；
HSi(N(CH3)2)3；
HSi(N(CH2CH3)2)3；
HSi(N(CH2CH2CH3)2)3；
HSi(N(CH2CH2CH2CH3)2)3；
HSi(N(叔丁基)2)3等。
如本文所用，术语“经取代的苯基”表示经选自C1-C6烷基、C1-C6烷基氨基、二(C1-C6烷基)氨基和卤基的基团取代一至五次的苯基。在一个实施例中，卤基为氟。
如本文所用，术语“经取代的C1-C6烷基”表示经选自C1-C6烷基氨基、二(C1-C6烷基)氨基和卤基的基团取代一至五次的C1-C6烷基。
如本文所用，术语“经取代的苯甲基”表示在芳香族环上具有选自C1-C6烷基氨基、二(C1-C6烷基)氨基和卤基的一至五个取代基的苯甲基。
本发明的方法可以纯净的或在非质子溶剂存在下实施，所述非质子溶剂与起始物质或碘硅烷产物不反应。这类溶剂包括脂肪族、芳香族和卤化烃溶剂，其不含例如氧、酯、羧基和酮的部分和官能团。实例包括苯、甲苯、己烷、环己烷、戊烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、四氢萘、十氢萘、均三甲苯、二溴乙烷、四氯乙烯或氯苯等。
反应通常在室温和大气压下进行。
用于制备本发明的前体化合物的方法可在标准分批或连续模式反应器中进行。本领域普通技术人员将认识到，在试剂和所制备的产物的情况下可利用的反应器的规模和类型。
式(I)和式(II)的化合物适用作通过例如原子层沉积的方法在微电子装置的表面上形成含硅膜中的前体(参见例如以引用的方式并入本文中的美国专利第10,580,645号和第10,424,477号)。此外，举例来说，出于热CVD或ALD的目的或出于执行等离子体增强型ALD或CVD的目的，可将式(I)和式(II)的化合物引入至沉积腔室中。在这些情况下，可引入共反应物气体以通过在具有O2、O3、N2O或其混合物的氧化环境中氧化来沉积SiO2膜。类似地，出于热CVD或ALD的目的或出于执行等离子体增强型ALD或CVD的目的，可将式(I)和式(II)的化合物引入至沉积腔室中。在这些情况下，可引入共反应物气体以通过用含N2、NH3、肼或烷基肼的混合物氮化来沉积氮化硅膜。所沉积的膜充当微电子装置内的介电层。
实例
实例1：二碘硅烷
将25.0g(143mMol)双(二乙氨基)硅烷样品与4当量133.0g(574mMol)苯甲酰碘和500mL己烷组合。使反应进行2小时，其后通过1H NMR检测到所希望的二碘硅烷产物且所有起始物质耗尽。在向双(二乙氨基)硅烷中添加苯甲酰碘的情况下，观测到产率为7％(根据己烷中的浓度测定)。在向苯甲酰碘添加双(二乙氨基)硅烷的情况下，观测到产率为3.5％(自己烷中的浓度测定)。NMR样品经加料以用二碘硅烷确认以确认信号的身分。
1H NMR(400MHz，C6D6)：δ3.61(1JSi-H＝141.5Hz，H-SiI2，2H)。
实例2：二碘硅烷
将20.0g(115mMol)双(二乙氨基)硅烷样品与4当量78.0g(459mMol)乙酰碘和400mL己烷组合。使反应进行10分钟，其后通过1H NMR检测到痕量的所希望的二碘硅烷产物且所有起始物质耗尽。在尝试分离后，发生产物的分解。在向双(二乙氨基)硅烷中添加乙酰碘的情况下，观测到的分离产率为0％。
1H NMR(400MHz，C6D6)：δ3.61(1JSi-H＝141.5Hz，H-SiI2，2H)。
实例3：二碘硅烷
将0.68g(3.9mMol)双(二乙氨基)硅烷样品与4当量4.69g(15.6mMol)2-氟苯甲酰碘和10mL己烷组合。使反应进行10分钟，其后通过1H NMR检测到43％转化率的所希望的二碘硅烷产物且所有起始物质耗尽。在额外20小时搅拌之后，在向双(二乙氨基)硅烷中添加2-氟苯甲酰碘的情况下，观测到产率为20％。
1H NMR(400MHz，C6D6)：δ3.61(1JSi-H＝141.5Hz，H-SiI2，2H)。
实例4：二碘硅烷
将0.27g(1.6mMol)双(二乙氨基)硅烷样品与4当量2.3g(6.2mMol)3,5-二氟苯甲酰碘和5mL己烷组合。使反应进行10分钟，其后通过1H NMR检测到81％转化率的所希望的二碘硅烷产物且所有起始物质耗尽。在额外20小时搅拌之后，在向双(二乙氨基)硅烷中添加3,5-二氟苯甲酰碘的情况下，观测到产率为20％。
1H NMR(400MHz，C6D6)：δ3.61(1JSi-H＝141.5Hz，H-SiI2，2H)。
实例5：二碘硅烷
将3.3g(18.9mMol)双(二乙氨基)硅烷样品与4当量1.0g(4.7mMol)2,2-二甲基丙酰碘和3mL己烷组合。使反应进行10分钟，其后通过1H NMR检测到20％所希望的二碘硅烷产物且剩余72％起始物质。在额外20小时搅拌之后，在向双(二乙氨基)硅烷中添加2,2-二甲基丙酰碘的情况下，观测到的产率为0.1％。
1H NMR(400MHz，C6D6)：δ3.61(1JSi-H＝141.5Hz，H-SiI2，2H)。
方面
在第一方面中，本发明提供一种用于制备具有式(I)的化合物的方法：
(H)xSi(I)y (I)；
其中x为1或2，y为2或3，且x加y的总和为4，所述方法包含：
使式(A)化合物：
(H)xSi(N(R1)(R2))y (A)；
其中(i)各R1和各R2独立地选自C1-C6烷基、C3-C8环脂肪族基或氢，或(ii)R1和R2与其所键结的氮原子一起形成C4-C7含氮饱和或芳香族环，前提为R1和R2中不超过一个为氢；
与下式的化合物接触：
其中R3选自C1-C6烷基、C1-C6经取代的烷基、苯甲基、经取代的苯甲基、联苯基、萘基、苯基或经取代的苯基，以制备式(I)化合物。
在第二方面中，本发明提供第一方面的方法，其中式(I)化合物为H2SiI2。
在第三方面中，本发明提供第一方面的方法，其中式(I)化合物为HSiI3。
在第四方面中，本发明提供第一或第二方面的方法，其中R1和R2选自甲基、乙基、丙基、仲丁基和叔丁基。
在第五方面中，本发明提供第一至第四方面中的任一个的方法，其中R1和R2中的至少一个为叔丁基。
在第六方面中，本发明提供第一、第二或第三方面的方法，其中R1和R2中的至少一个为环己基。
在第七方面中，本发明提供第一、第二或第三方面的方法，其中R1和R2与其所连接的氮原子一起形成吡咯环、吡咯烷环或哌啶环。
在第八方面中，本发明提供第一至第七方面中任一个的方法，其中R3为C1-C6烷基。
在第九方面中，本发明提供第一至第七方面中的任一个的方法，其中R3为苯基。
在第十方面中，本发明提供第一至第七方面中的任一个的方法，其中R3为经取代的苯基。
在第十一方面中，本发明提供第一至第七方面或第十方面中的任一个的方法，其中R3为4-氟苯基。
在第十二方面中，本发明提供第一至第七或第十方面中任一项的方法，其中R3为3,5-二氟苯基。
在第十三方面中，本发明提供第一、第二或第三方面的方法，其中R1和R2中的至少一个为乙基且R3为甲基或苯基。
在第十四方面中，本发明提供一种用于制备具有式(II)的化合物的方法：
(H)z(I)ySi-Si(I)y(H)z(II)
其中y为2或3，z为0或1，且y和z的总和为3，所述方法包含：
使式(B)化合物：
Hz((R1)(R2)N)ySi-Si(N(R2)(R1))yHz(B)；
其中(i)各R1和各R2独立地选自C1-C6烷基、C3-C8环脂肪族基或氢，或(ii)R1和R2与其所键结的氮原子一起形成C4-C7含氮饱和或芳香族环，前提为R1和R2中不超过一个为氢；
与下式的化合物接触：
其中R3选自C1-C6烷基、C1-C6经取代的烷基、苯甲基、经取代的苯甲基、联苯基、萘基、苯基或经取代的苯基，以制备式(II)化合物。
在第十五方面中，本发明提供第十四方面的方法，其中R1和R2选自甲基、乙基、丙基、仲丁基和叔丁基。
在第十六方面中，本发明提供第十四方面的方法，其中R1或R2中的至少一个为叔丁基。
在第十七方面中，本发明提供第十四方面的方法，其中R1或R2中的至少一个为环己基。
在第十八方面中，本发明提供第十四方面的方法，其中R1和R2与其所连接的氮原子一起形成吡咯环、吡咯烷环或哌啶环。
在第十九方面中，本发明提供第十四至第十八方面中的任一个的方法，其中R3为C1-C6烷基。
在第二十方面中，本发明提供第十四至第十八方面中的任一个的方法，其中R3为苯基。
在第二十一方面中，本发明提供第十四方面的方法，其中R1和R2中的至少一个为乙基且R3为甲基或苯基。
因此，在描述本发明的若干说明性实施例的情况下，所属领域技术人员将容易了解其它实施例可在此随附权利要求书的范围内制作和使用。这一文件所涵盖的本发明的多个优势已在前文的描述中进行阐述。然而，应理解，本发明在许多方面中仅为说明性的。可在不超出本发明的范围的情况下详细地进行改变。当然，本发明的范围以表达随附权利要求书的语言来定义。
Claims (21)
1.一种用于制备具有式(I)的化合物的方法，
(H)xSi(I)y(I)；
其中x为1或2，y为2或3，且x加y的和为4，所述方法包含：
使式(A)化合物：
(H)xSi(N(R1)(R2))y(A)；
其中(i)各R1和各R2独立地选自C1-C6烷基、C3-C8环脂肪族基或氢，或(ii)R1和R2与其所键结的氮原子一起形成C4-C7含氮饱和或芳香族环，前提为R1和R2中不超过一个为氢；
与下式的化合物接触：
其中R3选自C1-C6烷基、C1-C6经取代的烷基、苯甲基、经取代的苯甲基、联苯基、萘基、苯基或经取代的苯基，
以制备式(I)化合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述式(I)化合物为H2SiI2。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述式(I)化合物为HSiI3。
4.根据权利要求1所述的方法，其中R1和R2选自甲基、乙基、丙基、仲丁基和叔丁基。
5.根据权利要求1所述的方法，其中R1和R2中的至少一个是叔丁基。
6.根据权利要求1所述的方法，其中R1和R2中的至少一个是环己基。
7.根据权利要求1所述的方法，其中R1和R2与其所连接的氮原子一起形成吡咯环、吡咯烷环或哌啶环。
8.根据权利要求1所述的方法，其中R3是C1-C6烷基。
9.根据权利要求1所述的方法，其中R3为苯基。
10.根据权利要求1所述的方法，其中R3为经取代的苯基。
11.根据权利要求10所述的方法，其中R3为4-氟苯基。
12.根据权利要求10所述的方法，其中R3为3,5-氟苯基。
13.根据权利要求1所述的方法，其中R1和R2中的至少一个是乙基且R3是甲基或苯基。
14.一种用于制备具有式(II)的化合物的方法，
(H)z(I)ySi-Si(I)y(H)z(II)
其中y为2或3，z为0或1，且y和z的总和为3，所述方法包含：
使式(B)化合物：
Hz((R1)(R2)N)ySi-Si(N(R2)(R1))yHz(B)；
其中(i)各R1和各R2独立地选自C1-C6烷基、C3-C8环脂肪族基或氢，或(ii)R1和R2与其所键结的氮原子一起形成C4-C7含氮饱和或芳香族环，前提为R1和R2中不超过一个为氢；
与下式的化合物接触：
其中R3选自C1-C6烷基、C1-C6经取代的烷基、苯甲基、经取代的苯甲基、联苯基、萘基、苯基或经取代的苯基，
以制备式(II)化合物。
15.根据权利要求14所述的方法，其中R1和R2选自甲基、乙基、丙基、仲丁基和叔丁基。
16.根据权利要求14所述的方法，其中R1或R2中至少一个是叔丁基。
17.根据权利要求14所述的方法，其中R1或R2中至少一个是环己基。
18.根据权利要求14所述的方法，其中R1和R2与其所连接的氮原子一起形成吡咯环、吡咯烷环或哌啶环。
19.根据权利要求14所述的方法，其中R3是C1-C6烷基。
20.根据权利要求14所述的方法，其中R3是苯基。
21.根据权利要求14所述的方法，其中R1和R2中至少一个是乙基且R3是甲基或苯基。
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