EP2709949A1 - Verfahren zur herstellung von trisilylamin in der gasphase - Google Patents

Verfahren zur herstellung von trisilylamin in der gasphase

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EP2709949A1
EP2709949A1 EP12719328.2A EP12719328A EP2709949A1 EP 2709949 A1 EP2709949 A1 EP 2709949A1 EP 12719328 A EP12719328 A EP 12719328A EP 2709949 A1 EP2709949 A1 EP 2709949A1
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EP
European Patent Office
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reactor
product
product mixture
ammonia
trisilylamine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12719328.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Döring
Hartwig Rauleder
Ingrid Lunt-Rieg
Wilfried Uhlich
Udo Knippenberg
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa GmbH filed Critical Evonik Degussa GmbH
Publication of EP2709949A1 publication Critical patent/EP2709949A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
    • C01B21/087—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals containing one or more hydrogen atoms
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/10—Compounds having one or more C—Si linkages containing nitrogen having a Si-N linkage

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of trisilylannin from ammonia and monochlorosilane in the gas phase.
  • the present invention further relates to a plant in which such a process can be carried out.
  • Trisilylannine (TSA), N (SiH 3 ) 3 is a readily mobile, colorless, self-igniting and readily hydrolyzable liquid with a melting point of -105.6 ° C and a boiling point of + 52 ° C.
  • Nitrogen-containing silicon compounds, such as trisilylamine, are important substances in the semiconductor industry. Here they are used in chip production as layer precursors for z. As silicon nitride or Siliziumoxynitrid- layers. Due to the application in the chip production it is important
  • Trisilylamine safe, trouble-free and constant to produce in the required, usually high-purity quality.
  • Trisilylamine can be prepared from ammonia and monochlorosilane according to the following
  • WO 2010/141551 A1 describes the reaction of monochlorosilane with ammonia in the gas phase.
  • Richard L. Wells and Riley Schaeffer describe in J. Am. Chem. Soc. 88, 37 ff., 1966, the reaction of monochlorosilane with ammonia in the liquid phase.
  • the present invention is based on the object of providing a technical solution for the preparation of trisilylamine from ammonia and monochlorosilane in the gas phase. This object is achieved by the method described below. An installation in which such a procedure can be carried out will also be described below.
  • the invention particularly relates to a process for the preparation of trisilylamine in the gas phase, wherein in each case at least the educts ammonia and monohalosilane are passed into a reactor in gaseous form, reacting there to form a product mixture containing trisilylamine and the product mixture is passed out of the reactor after the reaction , characterized in that the product mixture as a gaseous mixture of the
  • the gaseous product mixture thus typically contains trisilylamine, hydrogen halide and ammonia.
  • the temperature of the gas mixture comprising at least the educts and / or the product mixture is higher than the decomposition temperature of the reactor in the reactor
  • the temperature of the gas mixture for example in a range between 340 ° C and 550 ° C, preferably between 360 ° C and 500 ° C, more preferably between 380 ° C and 450 ° C.
  • the temperature of the gas mixture for example in a range between 340 ° C and 550 ° C, preferably between 360 ° C and 500 ° C, more preferably between 380 ° C and 450 ° C.
  • the temperature of the gas mixture for example in a range between 340 ° C and 550 ° C, preferably between 360 ° C and 500 ° C, more preferably between 380 ° C and 450 ° C.
  • Monohalosilane - also an inert gas, preferably nitrogen or argon, introduced.
  • the introduction of the gases comprising at least the educts ammonia and
  • Monohalosilane in the reactor is preferably carried out together. It is particularly preferred if the gases are mixed prior to introduction into the reactor in a mixer to form a homogeneous gas mixture. In this case, if appropriate, the inert gas is preferably mixed homogeneously into the gas mixture.
  • the jointly introduced gases are heated prior to their introduction to a temperature which is higher than the decomposition temperature of the coupling product of hydrogen halide and ammonia and lower than the decomposition temperature of trisilylamine. This can prevent solid
  • the product mixture fed from the reactor contains ammonia, which is precipitated together with hydrogen halide id as coproduct after being discharged from the reactor in solid form.
  • the deposition is preferably carried out in a downstream of the reactor separation vessel.
  • the by-product of hydrogen halide and ammonia separates out in solid form on the surface of the wall of the separation vessel coming into contact with the product mixture.
  • the by-product of hydrogen halide id and ammonia does not separate on the surface of the coming into contact with the product mixture wall of the
  • the deposition of the coupling product is effected by cooling the product mixture.
  • the cooling can be done, for example, by admixing a sufficiently low-temperature inert gas to the product mixture before, during or after the
  • the inert gas nitrogen or argon is preferably used.
  • the remaining gaseous product mixture becomes solid
  • deposited by-product preferably filtered out by means of a filter.
  • the co-product separated in solid form can be made from the other gaseous product
  • Product mixture are removed by means of a cyclone.
  • a cyclone In particular, in this case, it is preferable if by means of additional introduction of an inert gas in the
  • the flow velocity is increased in the cyclone.
  • a sufficiently low-temperature inert gas to the product mixture before, during or after its introduction into the separation vessel, the flow velocity in the cyclone can be increased.
  • inert gas nitrogen or argon is preferably used here as well.
  • the trisilylamine is condensed out of the product mixture. Then it can be purified by distillation.
  • the educt is preferably used here as well.
  • Monohalosilane be obtained in an upstream synproportionation of dihalosilane and monosilane.
  • the monosilane is preferably used in stoichiometric excess.
  • the invention also provides a plant for the preparation of trisilylamine in the gas phase comprising:
  • a reactor suitable for reacting at least the educts ammonia and monohalosilane in the gas phase
  • a mixer upstream of the reactor suitable for producing a homogeneous gas mixture containing at least the reactants ammonia and monohalosilane;
  • mixer, reactor and separation vessel are structurally interconnected so that a continuous gas flow is ensured by the plant, optionally the gas flow can be interrupted at one or more suitable locations within the plant.
  • the plant according to the invention described above can be expanded such that the plant additionally comprises one, several or all of the following listed components:
  • synproportionation reactor upstream of the reactor, suitable for producing the educt monohalosilane from dihalosilane and monosilane, wherein the synproportionation reactor is preceded by a second mixer which is suitable for producing a homogeneous one
  • the reactor can be heated and / or cooled to a temperature which is higher than the temperature
  • a plurality of parallel separating vessels may be provided which can be operated simultaneously or alternately and the otherwise continuous operation of the plant individually for the purpose of removing separated coupling product or for the purpose of other maintenance can be taken out of service.
  • FIG. 1 shows an example and schematically a plant according to the invention for the production of trisilylamine from ammonia and monochlorosilane in the gas phase.
  • the plant according to the invention shown in FIG. 1 comprises a reactor 1 for reacting the educts ammonia and monohalosilane in the gas phase, a separation vessel 2 connected downstream of the reactor 1 and a first mixer 3 upstream of the reactor 1 for producing a homogeneous gas mixture consisting of the educts ammonia NH 3 and monohalosilane XSiH 3 , wherein here and below X is selected from the series of halogens and X is preferably Cl, and the inert gas nitrogen N 2 , wherein the substances via separate lines to the first mixer 3 are supplied.
  • the system further comprises a downstream of the reactor 1 supply line 4 for admixing an inert gas, for. As nitrogen N 2 , led to which from the reactor 1
  • Separation vessel 2 a separator 5 downstream of the filter 5 for filtering out ammonium halide NH X from the remaining gaseous product mixture and a filter 5 downstream of the condenser 6 for
  • the plant further comprises a synproportionation reactor 7 upstream of the reactor 1 for producing the starting material monohalosilane XSiH 3 from dihalosilane X 2 SiH 2 and monosilane SiH and a second mixer 8 upstream of the synproportionation reactor 7 for producing a homogeneous gas mixture containing at least the educts silane SiH and dihalosilane X. 2 SiH 2 .
  • the plant further comprises conduits 9 structurally connecting the first mixer 3, the reactor 1, the separation vessel 2, the second mixer 8, the synproportionation reactor 7, the filter 5 and the condenser 6 so as to ensure a continuous gas flow through the facility is.
  • valves or the like by means of which the gas flow is interrupted at one or more suitable locations within the system. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trisilylamin aus Ammoniak und Monochlorsilan in der Gasphase. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anlage, in der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.

Description

Verfahren zur Herstellung von Trisilylamin in der Gasphase
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trisilylannin aus Annnnoniak und Monochlorsilan in der Gasphase. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anlage, in der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.
Trisilylannin (TSA), N(SiH3)3, ist eine leicht bewegliche, farblose, selbstentzündliche und leicht hydrolysierbare Flüssigkeit mit Schmelzpunkt -105,6 °C und Siedepunkt +52 °C. Stickstoffhaltige Siliziumverbindungen, wie Trisilylamin, sind wichtige Substanzen in der Halbleiterindustrie. Hier finden sie Anwendung bei der Chip- Herstellung als Schicht-Präkursoren für z. B. Siliziumnitrid- oder Siliziumoxynitrid- Schichten. Aufgrund der Anwendung in der Chip-Herstellung ist es wichtig,
Trisilylamin sicher, störungsfrei und konstant in der erforderlichen, in der Regel hochreinen Qualität herstellen zu können.
Trisilylamin lässt sich aus Ammoniak und Monochlorsilan gemäß folgender
Gleichung (1 ) herstellen: 3 H3SiCI + 4 NH3 -> N(SiH3)3 + 3 NH4CI. Nebenprodukt der Umsetzung ist Ammoniumchlorid. Die Reaktion von Monochlorsilan und Ammoniak ist eine spontane, exotherme Reaktion.
Alfred Stock und Karl Somieski beschreiben in Ber. Dtsch. Chem. Ges. 54, 740 ff., 1921 , die sofortige Umsetzung von Monochlorsilangas und Ammoniakgas bei Raumtemperatur gemäß Gleichung (1 ). Die Reaktion läuft mit überschüssigem Monochlorsilan unter quantitativer Bildung von Trisilylamin ab. Als Nebenprodukt scheidet sich Ammoniumchlorid ab.
In der WO 2010/141551 A1 wird die Umsetzung von Monochlorsilan mit Ammoniak in der Gasphase beschreiben. Richard L. Wells und Riley Schaeffer beschreiben in J. Am. Chem. Soc. 88, 37 ff., 1966, die Umsetzung von Monochlorsilan mit Ammoniak in der Flüssigphase.
Hierbei werden Monochlorsilan und Ammoniak von -196 °C auf Raumtemperatur erwärmt. Neben der Trisilylamin-Bildung gemäß Gleichung (1 ) werden auch Folgereaktionen unter Bildung von Trisilylcyclotrisilazan und polymerem Material beobachtet.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung zur Herstellung von Trisilylamin aus Ammoniak und Monochlorsilan in der Gasphase bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Folgenden beschriebene Verfahren. Eine Anlage, in der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann, wird weiter unten ebenfalls beschrieben. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Trisilylamin in der Gasphase, wobei jeweils gasförmig zumindest die Edukte Ammoniak und Monohalogensilan in einen Reaktor geleitet werden, dort unter Bildung eines Produktgemisches enthaltend Trisilylamin miteinander reagieren und das Produktgemisch nach der Reaktion aus dem Reaktor geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktgemisch als gasförmiges Gemisch aus dem
Reaktor geleitet wird. Das gasförmige Produktgemisch enthält somit typischerweise Trisilylamin, Wasserstoffhalogen id und Ammoniak.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Produktgemisch im Reaktor im Wesentlichen frei von festem
Ammoniumhalogenid ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Reaktor die Temperatur des Gasgemisches umfassend zumindest die Edukte und/oder das Produktgemisch höher als die Zersetzungstemperatur des
Koppel produkts aus Wasserstoffhalogen id und Ammoniak und niedriger als die Zersetzungstemperatur von Trisilylamin.
Dabei kann in dem Reaktor die Temperatur des Gasgemisches zum Beispiel in einem Bereich zwischen 340 °C und 550 °C, bevorzugt zwischen 360 °C und 500 °C, weiter bevorzugt zwischen 380 °C und 450 °C, liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Reaktor - neben der Einleitung zumindest der Edukte Ammoniak und
Monohalogensilan - auch ein Inertgas, bevorzugt Stickstoff oder Argon, eingeleitet. Die Einleitung der Gase umfassend zumindest die Edukte Ammoniak und
Monohalogensilan in den Reaktor erfolgt vorzugsweise gemeinsam. Besonders bevorzugt ist, wenn die Gase vor der Einleitung in den Reaktor in einem Mischer unter Bildung eines homogenen Gasgemisches gemischt werden. Dabei wird gegebenenfalls auch das Inertgas bevorzugt homogen in das Gasgemisch eingemischt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gemeinsam eingeleiteten Gase vor ihrer Einleitung auf eine Temperatur erwärmt, die höher ist als die Zersetzungstemperatur des Koppelprodukts aus Wasserstoffhalogen id und Ammoniak und niedriger als die Zersetzungstemperatur von Trisilylamin. Dadurch kann verhindert werden, dass sich festes
Ammoniumhalogenid als Nebenprodukt der Reaktion zwischen den Edukten
Ammoniak und Monohalogensilan im Mischer oder in den Zuleitungen vor Erreichen des Reaktors bildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das aus dem Reaktor geleitete Produktgemisch Ammoniak, welches gemeinsam mit Wasserstoffhalogen id als Koppelprodukt nach dem Herausleiten aus dem Reaktor in fester Form abgeschieden wird. Das Abscheiden erfolgt dabei bevorzugt in einem dem Reaktor nachgeschalteten Abscheidebehälter.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens scheidet sich das Koppelprodukt aus Wasserstoffhalogenid und Ammoniak in fester Form an der Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand des Abscheidebehälter ab. Um dieses Abscheiden zu fördern, ist es vorteilhaft, wenn zumindest die Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand eine niedrigere Temperatur als die Zersetzungstemperatur des Koppel produkts aus Wasserstoffhalogen id und Ammoniak und eine höhere
Temperatur als die Siedetemperatur des Trisilylamins aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens scheidet sich das Koppelprodukt aus Wasserstoffhalogen id und Ammoniak nicht an der Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand des
Abscheidebehälter ab. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn zumindest die
Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand auf eine Temperatur von mindestens 200 °C jedoch niedriger als die Zersetzungstemperatur von Trisilylamin beheizt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Abscheiden des Koppel produkts durch Abkühlen des Produktgemisches bewirkt. Das Abkühlen kann zum Beispiel durch Beimischen eines ausreichend niedrig temperierten Inertgases zu dem Produktgemisch vor, während oder nach dem
Einleiten in den Abscheidebehälter erfolgen. Als Inertgas wird bevorzugt Stickstoff oder Argon verwendet.
Aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch wird das in fester Form
abgeschiedene Koppelprodukt vorzugsweise mittels eines Filters herausgefiltert.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das in fester Form abgeschiedene Koppelprodukt aus dem übrigen gasförmigen
Produktgemisch mittels eines Zyklons entfernt werden. Insbesondere in diesem Fall ist es bevorzugt, wenn mittels zusätzlichem Einleiten eines Inertgases in den
Reaktor die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zyklon erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch mittels Beimischen eines ausreichend niedrig temperierten Inertgases zu dem Produktgemisch vor, während oder nach dessen Einleiten in den Abscheidebehälter die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zyklon erhöht werden. Als Inertgas wird auch hier bevorzugt Stickstoff oder Argon verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trisilylamin aus dem Produktgemisch auskondensiert. Anschließend kann es destillativ aufgereinigt werden. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Edukt
Monohalogensilan in einer vorgeschalteten Synproportionierung aus Dihalogensilan und Monosilan gewonnen werden. Dabei wird bevorzugt das Monosilan im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Herstellung von Trisilylamin in der Gasphase umfassend:
- einen Reaktor geeignet zur Umsetzung zumindest der Edukte Ammoniak und Monohalogensilan in der Gasphase;
- einen dem Reaktor nachgeschalteten Abscheidebehälter; und
- einen dem Reaktor vorgeschalteten Mischer geeignet zum Herstellen eines homogenen Gasgemisches enthaltend zumindest die Edukte Ammoniak und Monohalogensilan;
wobei Mischer, Reaktor und Abscheidebehälter baulich so miteinander verbunden sind, dass ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Anlage gewährleistet ist, wobei optional der Gasstrom an ein oder mehreren geeigneten Stellen innerhalb der Anlage unterbrechbar ist.
Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Anlage kann derart erweitert werden, dass die Anlage zusätzlich umfasst ein, mehrere oder alle der folgend gelisteten Komponenten:
- eine dem Reaktor nachgeschaltete Zuleitung geeignet zum Beimischen eines Inertgases zu dem aus dem Reaktor geleiteten Produktgemisches vor, während oder nach dem Einleiten des Produktgemisches in den Abscheidebehälter;
und/oder
- einen dem Abscheidebehälter nachgeschalteten Filter geeignet zum
Herausfiltern eines in fester Form abgeschiedenen Koppel Produktes aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch oder einen dem Abscheidebehälter nachgeschalteten Zyklon geeignet zum Entfernen eines in fester Form abgeschiedenen Koppel Produktes aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch; und/oder
- einen dem Filter oder dem Zyklon nachgeschalteten Kondensor geeignet zum Auskondensieren von Trisilylamin aus dem Produktgemisch; und/oder
- einen dem Reaktor vorgeschalteten Synproportionierungsreaktor geeignet zum Herstellen des Edukts Monohalogensilan aus Dihalogensilan und Monosilan, wobei bevorzugt dem Synproportionierungsreaktor ein zweiter Mischer vorgeschaltet ist, der geeignet ist zum Herstellen eines homogenen
Gasgemisches enthaltend zumindest die Edukte Silan und Dihalogensilan; wobei Mischer, Reaktor, Abscheidebehälter und, sofern jeweils vorhanden, zweiter Mischer, Synproportionierungsreaktor, Filter, Zyklon und Kondensor baulich so miteinander verbunden sind, dass ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Anlage gewährleistet ist, wobei optional der Gasstrom an ein oder mehreren geeigneten Stellen innerhalb der Anlage unterbrechbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist der Reaktor auf eine Temperatur beheizbar und/oder kühlbar, die höher als die
Zersetzungstemperatur des Koppel produkts aus Wasserstoffhalogen id und
Ammoniak und niedriger als die Zersetzungstemperatur von Trisilylamin ist.
Ebenfalls bevorzugt ist, wenn zumindest die Oberfläche der mit dem
Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand des Abscheidebehälters auf eine Temperatur von mindestens 200 °C beheizbar ist. In einer Variante der erfindungsgemäßen Anlage können mehrere parallel geschaltete Abscheidebehälter vorgesehen sein, die gleichzeitig oder wechselweise betrieben werden können und die bei ansonstem weiterlaufenden Betrieb der Anlage einzeln zum Zwecke der Entfernung abgeschiedenen Koppel produkts oder zum Zwecke sonstiger Wartung außer Betrieb genommen werden können.
Figur 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Trisilylamin aus Ammoniak und Monochlorsilan in der Gasphase. Die in Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße Anlage umfasst einen Reaktor 1 zur Umsetzung der Edukte Ammoniak und Monohalogensilan in der Gasphase, einen dem Reaktor 1 nachgeschalteten Abscheidebehälter 2 und einen dem Reaktor 1 vorgeschalteten ersten Mischer 3 zum Herstellen eines homogenen Gasgemisches bestehend aus den Edukten Ammoniak NH3 und Monohalogensilan XSiH3, wobei hier und nachfolgend X aus der Reihe der Halogene ausgewählt ist und X bevorzugt für Cl steht, sowie dem Inertgas Stickstoff N2, wobei die Stoffe über jeweils getrennte Leitungen dem ersten Mischer 3 zugeführt werden. Die Anlage umfasst ferner eine dem Reaktor 1 nachgeschaltete Zuleitung 4 zum Beimischen eines Inertgases, z. B. Stickstoff N2, zu dem aus dem Reaktor 1 geleiteten
Produktgemisches vor dem Einleiten des Produktgemisches in den
Abscheidebehälter 2, einen dem Abscheidebehälter 2 nachgeschalteten Filter 5 zum Herausfiltern von Ammoniumhalogenid NH X aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch und einen dem Filter 5 nachgeschalteten Kondensor 6 zum
Auskondensieren von Trisilylamin (SiH3)3N aus dem Produktgemisch. Die Anlage umfasst ferner einen dem Reaktor 1 vorgeschalteten Synproportionierungsreaktor 7 zum Herstellen des Edukts Monohalogensilan XSiH3 aus Dihalogensilan X2SiH2 und Monosilan SiH und einen dem Synproportionierungsreaktor 7 vorgeschalteten zweiten Mischer 8 zum Herstellen eines homogenen Gasgemisches enthaltend zumindest die Edukte Silan SiH und Dihalogensilan X2SiH2. Die Anlage umfasst ferner Leitungen 9, die den ersten Mischer 3, den Reaktor 1 , den Abscheidebehälter 2, den zweiten Mischer 8, den Synproportionierungsreaktor 7, den Filter 5 und den Kondensor 6 baulich so miteinander verbinden, dass ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Anlage gewährleistet ist. Nicht gezeigt in Figur 1 sind Ventile oder dergleichen mittels derer der Gasstrom an ein oder mehreren geeigneten Stellen innerhalb der Anlage unterbrechbar ist. Bezugszeichenliste
(1 ) Reaktor
(2) Abscheidebehälter
(3) erster Mischer
(4) Zuleitung für Inertgas
(5) Filter
(6) Kondensor
(7) Synproportionierungsreaktor
(8) zweiter Mischer
(9) Leitungen die (1 ), (2), (3), (5), (6), (7) und (8) miteinander verbinden

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung von Trisilylamin in der Gasphase, wobei jeweils gasförmig zumindest die Edukte Ammoniak und Monohalogensilan in einen Reaktor geleitet werden, dort unter Bildung eines Produktgemisches enthaltend Trisilylamin miteinander reagieren und das Produktgemisch nach der Reaktion aus dem Reaktor geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Produktgemisch als gasförmiges Gemisch aus dem Reaktor geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das gasförmige Produktgemisch Trisilylamin, Wasserstoffhalogen id und Ammoniak enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Produktgemisch im Reaktor im Wesentlichen frei von festem
Ammoniumhalogenid ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Reaktor die Temperatur des Gasgemisches umfassend zumindest die Edukte und/oder das Produktgemisch höher ist als die
Zersetzungstemperatur des Koppel produkts aus Wasserstoffhalogen id und Ammoniak und niedriger als die Zersetzungstemperatur von Trisilylamin.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Reaktor die Temperatur des Gasgemisches in einem Bereich zwischen 340 °C und 550 °C, bevorzugt zwischen 360 °C und 500 °C, weiter bevorzugt zwischen 380 °C und 450 °C, liegt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass neben der Einleitung zumindest der Edukte Ammoniak und
Monohalogensilan in den Reaktor auch ein Inertgas, bevorzugt Stickstoff oder Argon, eingeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einleitung der Gase umfassend zumindest die Edukte Ammoniak und Monohalogensilan in den Reaktor gemeinsam erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gase vor der Einleitung in den Reaktor in einem Mischer unter Bildung eines homogenen Gasgemisches gemischt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gemeinsam eingeleiteten Gase vor ihrer Einleitung auf eine
Temperatur erwärmt wurden, die höher ist als die Zersetzungstemperatur des Koppel produkts aus Wasserstoffhalogen id und Ammoniak und niedriger als die Zersetzungstemperatur von Trisilylamin.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das aus dem Reaktor geleitete Produktgemisch Ammoniak enthält und das Koppelprodukt aus Wasserstoffhalogenid und Ammoniak nach dem Herausleiten aus dem Reaktor in fester Form abgeschieden wird, bevorzugt in einem dem Reaktor nachgeschalteten Abscheidebehälter.
1 1 Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das Koppelprodukt aus Wasserstoffhalogenid und Ammoniak in fester Form an der Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand des Abscheidebehälter abscheidet, wobei optional zumindest die Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt
kommenden Wand eine niedrigere Temperatur als die Zersetzungstemperatur des Koppel produkts aus Wasserstoffhalogenid und Ammoniak und eine höhere Temperatur als die Siedetemperatur des Trisilylamins aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das Koppelprodukt aus Wasserstoffhalogenid und Ammoniak nicht an der Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand des Abscheidebehälter abscheidet, wobei optional zumindest die Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand auf eine
Temperatur von mindestens 200 °C jedoch niedriger als die
Zersetzungstemperatur von Trisilylamin beheizt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abscheiden des Koppel produkts durch Abkühlen des
Produktgemisches bewirkt wird, wobei bevorzugt das Abkühlen durch
Beimischen eines ausreichend niedrig temperierten Inertgases zu dem
Produktgemisch vor, während oder nach dem Einleiten in den
Abscheidebehälter erfolgt, wobei als Inertgas bevorzugt Stickstoff oder Argon verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das in fester Form abgeschiedene Koppelprodukt aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch mittels eines Filters herausgefiltert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das in fester Form abgeschiedene Koppelprodukt aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch mittels eines Zyklons entfernt wird, wobei bevorzugt mittels zusätzliches Einleiten eines Inertgases in den Reaktor und/oder mittels Beimischen eines ausreichend niedrig temperierten
Inertgases zu dem Produktgemisch vor, während oder nach dessen Einleiten in den Abscheidebehälter die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zyklon erhöht wird, wobei als Inertgas jeweils bevorzugt Stickstoff oder Argon verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trisilylamin aus dem Produktgemisch auskondensiert und, optional, destillativ aufgereinigt wird. 17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Edukt Monohalogensilan in einer vorgeschalteten
Synproportionierung aus Dihalogensilan und Monosilan gewonnen wird, wobei bevorzugt das Monosilan im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt wird.
18. Anlage zur Herstellung von Trisilylamin in der Gasphase umfassend:
- einen Reaktor (1 ) geeignet zur Umsetzung zumindest der Edukte Ammoniak und Monohalogensilan in der Gasphase;
- einen dem Reaktor (1 ) nachgeschalteten Abscheidebehälter (2); und
- einen dem Reaktor (1 ) vorgeschalteten Mischer (3) geeignet zum Herstellen eines homogenen Gasgemisches enthaltend zumindest die Edukte
Ammoniak und Monohalogensilan;
wobei Mischer (3), Reaktor (1 ) und Abscheidebehälter (2) baulich so
miteinander verbunden sind, dass ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Anlage gewährleistet ist, wobei optional der Gasstrom an ein oder mehreren geeigneten Stellen innerhalb der Anlage unterbrechbar ist. Anlage nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlage zusätzlich ein, mehrere oder alle der folgend gelisteten Komponenten aufweist:
- eine dem Reaktor (1 ) nachgeschaltete Zuleitung (4) geeignet zum
Beimischen eines Inertgases zu dem aus dem Reaktor (1 ) geleiteten Produktgemisches vor, während oder nach dem Einleiten des
Produktgemisches in den Abscheidebehälter (2); und/oder
- einen dem Abscheidebehälter (2) nachgeschalteten Filter (5) geeignet zum Herausfiltern eines in fester Form abgeschiedenen Koppelproduktes aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch oder einen dem
Abscheidebehälter (2) nachgeschalteten Zyklon (5) geeignet zum Entfernen eines in fester Form abgeschiedenen Koppelproduktes aus dem übrigen gasförmigen Produktgemisch; und/oder
- einen dem Filter (5) oder dem Zyklon (5) nachgeschalteten Kondensor (6) geeignet zum Auskondensieren von Trisilylamin aus dem Produktgemisch; und/oder
- einen dem Reaktor (1 ) vorgeschalteten Synproportionierungsreaktor (7) geeignet zum Herstellen des Edukts Monohalogensilan aus Dihalogensilan und Monosilan, wobei bevorzugt dem Synproportionierungsreaktor (7) ein Mischer (8) vorgeschaltet ist, der geeignet ist zum Herstellen eines homogenen Gasgemisches enthaltend zumindest die Edukte Silan und Dihalogensilan;
wobei Mischer (3), Reaktor (1 ), Abscheidebehälter (2) und, sofern jeweils vorhanden, Mischer (8), Synproportionierungsreaktor (7), Filter (5), Zyklon (5) und Kondensor (6) baulich so miteinander verbunden sind, dass ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Anlage gewährleistet ist, wobei optional der Gasstrom an ein oder mehreren geeigneten Stellen innerhalb der Anlage unterbrechbar ist.
20. Anlage nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1 ) auf eine Temperatur beheizbar und/oder kühlbar ist, die höher als die Zersetzungstemperatur des Koppelprodukts aus
Wasserstoffhalogen id und Ammoniak und niedriger als die
Zersetzungstemperatur von Trisilylamin ist.
21 . Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die Oberfläche der mit dem Produktgemisch in Kontakt kommenden Wand des Abscheidebehälters (2) auf eine Temperatur von mindestens 200 °C beheizbar ist.
22. Anlage nach einem der Ansprüche 18 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere parallel geschaltete Abscheidebehälter (2) vorgesehen sind, die gleichzeitig oder wechselweise betrieben werden können und die bei ansonstem weiterlaufenden Betrieb der Anlage einzeln zum Zwecke der Entfernung abgeschiedenen Koppel produkts oder zum Zwecke sonstiger Wartung außer Betrieb genommen werden können.
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