DD243495A1 - Verfahren zur herstellung von diethyltellur fuer mikroelektronische anwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diethyltellur hoher Reinheit, das nach Abmischung mit einem Traegergas als Dotiergas in der Mikroelektronik verwendbar ist. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur entwickeln, das die Herstellung eines fuer den vorgesehenen Anwendungszweck genuegend reinen Diethyltellurs ermoeglicht. Das Verfahren zur Herstellung von Diethyltellur fuer mikroelektronische Anwendung besteht darin, dass man ein aus stoechiometrischen Mengen Natrium und Tellur in fluessigem Ammoniak bei 35 bis 55C hergestelltes Natriumtellurid unter Schutzgas bei 35 bis 55C mit Ethylchlorid umsetzt und nach Abdampfen des NH3 das Diethyltellur im Vakuum direkt von den festen anorganischen Rueckstaenden abdestilliert. Anschliessend wird umkondensiert und rektifiziert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diethyltellur hoher Reinheit, das nach Abmischung mit einem Trägergas als Dotiergas in der Mikroelektronik verwendbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Herstellung von Diethyltellur gibt es mehrere prinzipielle Wege. Die Umsetzungen von Ethyliodid mit Tellur und nachfolgende Reduktion (z. B. J.S.Thayer, und K.W.Smith, Synth. Inorg. Metal-Org. Chem.3 [1973] 101) oder die von Quecksilberdiethyl mit Tellur (F. Krafft und R.E.Lyons, Ber. dtsch.chem. Ges. 27 (1894) 1769) sind, wegen zu niedriger Ausbeute bzw. Quecksilberverunreinigungen für den vorgesehenen Anwendungszweck nicht brauchbar. Die anderen bekannten Synthesen von Diethyltellur beruhen auf unterschiedlichen Varianten der Reaktion von Natriumtellurid mit Ethylbromid, Ethyliodid oder Diethylsulfat. Dabei erfolgt die Herstellung des Na₂Te aus Natrium und Tellur in flüssigem Ammoniak (LBrandsma und H.Wijers, Rec. trav. chim. Pays-Bas 82 (1963) 68; CM. Bogoljubov et al., Z. obsc. Chim. 39 [1969] 1804), durch Auflösen von Tellur in einer Natriumformaldehydsulfoxylat-Lösung (Rongalit) (L.Tschugaeff und W. Chlopin, Ber. dtsch. ehem. Ges. 47 [1914] 1271; K. Hamada und H. Morishita, Spectroscop. Lett. 10 [1977] 357) oderdurch Reaktion von Tellur mit Na₂S₂O₄ und Thioharnstoffdioxid (B.G.Gribov et al. SU 541851 [Cl. C07 F11/00]; I. Kozyrkin u.a., ref. in Chem. Abstr. 91 [1979] 140278). Das nach der Umsetzung resultierende Diethyltellur wird dabei von den anorganischen Bestandteilen durch Zugabe von Wasser und Extraktion mit Ether getrennt, wobei ein für übliche Zwecke ausreichend reines Produkt entsteht.

Die Verwendung organischer Lösungsmittel ist bei der Herstellung oder Aufarbeitung von Diethyltellur für den vorgesehenen Zweck wegen der Möglichkeiten zur Einschleppung schwer abtrennbarer Verunreinigungen ungünstig. Darüber hinaus ist auch die Abtrennung von Ether oder anderer organischer Lösungsmittel mit einem Siedepunkt über 30-40°C bis in den ppm-Bereich • nicht unproblematisch. Schließlich sind Schichtentrennung und Trocknung der organischen Phase unter den erforderlichen inerten Bedingungen bereits bei Umsetzungen im 1-Mol-Maßstab apparativ und zeitlich aufwendig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung eines für mikroelektronische Anwendung genügend reinen Diethyltellurs ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, durch ein verbessertes Verfahren der Umsetzung von Natriumtellurid mit Ethylhalogenid und der Trennung der Reaktionsprodukte ein für mikroelektronische Anwendungen genügend reines Diethyltellur herzustellen. Als Ursache für die zu geringe Reinheit des nach den bekannten technischen Lösungen erhältlichen Diethyltellurs sind vor allem die Verwendung von organischen Lösungsmitteln und der Einsatz von Ethylbromid, -iodid oder Diethylsulfat anzusehen, die höher sieden als Ethylchlorid und damit wegen der geringeren Siedepunktsdifferenzen zu Diethyltellur einen hohen Trennaufwand erfordern.

Erfindungsgemäß wird Natriumchlorid, das man aus stöchiometrischen Mengen Natrium und Tellur in flüssigem Ammoniak bei -35 bis -55°C herstellt, unter Schutzgas bei -35 bis -55°C, vorzugsweise -40 bis -50°C, mit über P₄O₁₀ getrocknetem, mehrfach umkondensierten Ethylchlorid umgesetzt und nach Abdampfen des Ammoniaks in der gleichen Apparatur das resultierende Diethyltellur im Feinvakuum direkt von den anorganischen Materialien abdestilliert. Das Rohprodukt wird durch zweifaches Umkondensieren und Vakuumrektifikation weiter gereinigt.

Für die Herstellung hochreinen Diethyltellurs muß sehr reines Tellur eingesetzt werden, wobei insbesondere Verunreinigungen durch ebenfalls flüchtige Ethylverbindungen bildende Elemente auszuschließen sind. Letzteres gilt auch für die anderen Ausgangsstoffe Natrium, Ethylchlorid und Ammoniak als Lösungsmittel. Als optimale Arbeitstemperatur für die Bildung des Natriumtellurids, zu der die Literatur keine Aussagen enthält, wurde ein Bereich von -35 bis -55^CC gefunden, in dem die Umsetzung rasch erfolgt. Die Zugabe von Tellur zur Lösung von Natrium in flüssigem Ammoniak bei Temperaturen unter — 65°C ist problematisch, da die Reaktion dann verstärkt erst beim Erwärmen der Suspension erfolgt und sich, insbesondere bei größeren Ansätzen, durch die Reaktionswärme sehr rasch steigert. Die Folge ist ei η stößartiges Verdampfen von Ammoniak. Für die Umsetzung des Natriumtellurids mit Ethylchlorid gilt analoges.

Die Abtrennung des Diethyltellurs von Natriumchlorid und geringen Mengen nichtumgesetzten Tellurs bzw. Natriumpolytellurids erfolgt nach Abdampfen des Ammoniaks durch Vakuumdestillation direkt aus dem Reaktionsgefäß. Wegen des relativ niedrigen Dampfdruckes von Diethylteilur bei Raumtemperatur ist die Apparatur als Vakuumlinie auszuführen und ein Vakuum von 1OkPa bis 1 Pa anzulegen. Zum vollständigen Übertreiben wird der Synthesekolben schließlich mittels Wasserbad bis auf maximal 90°C erhitzt. Die Kühlfallen werden mit Aceton/Trockeneis bzw. flüssigem Stickstoff gekühlt, wobei man in ersterem das Diethylteilur, in letzterem Ammoniak fraktioniert kondensiert. Durch diese Arbeitstechnikerfolgen Synthese und Trennung der Reaktionsprodukte in einer geschlossenen Apparatur, und die Gefahr der Einschleppung von Verunreinigungen ist minimal.

Zur Feinreinigung wird das rohe Diethylteilur im Vakuum in einen Destillationskolben kondensiert und im Vakuum rektifiziert. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert ein Diethylteilur hoher Reinheit, das den Anforderungen zur Herstellung eines Dotiergases für die Mikroelektronik genügt. "

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

155,5g kleingestoßenes Tellur (5 N) werden in kleinen Portionen zu einer Lösung von 56,5g Natrium in etwa 800 ml flüssigem Ammoniak (reinst) gegeben. Das Reaktionsgefäß befindet sich in einem Kältebad, das auf -50, später -60°C eingestellt ist. Die Innentemperatur beträgt -45 bis -32°C. Zu der resultierenden dickflüssigen Suspension von Na₂Te tropft man aus einem Kältetropftrichter 178ml (O⁰C) verflüssigtes Ethylchlorid, das mehrere Stunden über P₄O₁O getrocknet und dann zweimal umkondensiert wurde. Danach erhöht man die Badtemperatur und läßt NH₃ abdampfen. Bei Temperaturen oberhalb O⁰C ersetzt man die Kühlflüssigkeit durch Wasser und läßt auf 20-30°C Innentemperatur erwärmen. Nachdem praktisch kein NH₃ mehr entweicht wird das Abgasventil geschlossen und stufenweise Vakuum angelegt. In zwei Kühlfallen von -78°C (Aceton/ Trockeneis) kondensiert Diethylteilur, in zwei nachgeschalteten, mit flüssigem Stickstoff gekühlten Fallen sammelt sich der Restammoniak. Es resultieren 211,8g (93,5%) rohes Diethylteilur, das noch etwa Diethylditellurid, NH₃ und eventuell Ethylchlorid enthält. Zur weiteren Reinigung wird Et₂Te bei ca. 1OkPa in den Destillationskolben der Feinreinigungsapparatur kondensiert und im Vakuum (1OkPa) in einer 1 m-Drehbandkolonne mit einem Rücklaufverhältnis 30:1 rektifiziert.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung von Diethyltellur für mikroelektronische Anwendung, gekennzeichnet dadurch, daß Natriumtellurid, das man aus stöchiometrischen Mengen Natrium udn Tellur in flüssigem Ammoniak bei —35 bis —55°C herstellt, unter Schutzgas bei —35 bis —55⁰C mit Ethylchlorid umgesetzt und das resultierende Diethyltellur nach Abdampfen des Ammoniaks im Vakuum direkt von den anorganischen Materialien abdestilliert wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Synthese und die Abtrennung des Diethyltellurs von den anorganischen Materialien im Vakuum in einer, als Vakuumlinie ausgeführten Apparatur erfolgen.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zum Abtrennen des Diethyltellurs von den anorganischen Materialien ein Druck ρ < 1OkPa angelegt und die Badtemperatur für das Synthesegefäß niedriger als 90°C gewählt wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die im Vakuum von den anorganischen Materialien abgetrennten Komponenten Diethyltellur und restlicher Ammoniak fraktioniert kondensiert werden.