JP6392351B2 - ２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン並びにその組成物、方法及び使用 - Google Patents

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Description

本発明は、一般的に、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、それを含む化学組成物、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成及び精製方法、それによって調製された精製２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、並びに２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを前駆体として使用するケイ素含有材料の作製方法に関する。
ケイ素含有材料（例えば、フィルム）は、電子又は光起電デバイス用の電子回路機構の製造において、半導体、絶縁層又は犠牲層として使用できる。このような使用に適したケイ素含有フィルムは、１つ以上のケイ素含有前駆体から、フィルム形成堆積法によって作製されてもよい。
ケイ素含有前駆体は、シラザン、シロキサン、シラン、又はその他のケイ素含有分子であってもよい。シラン型前駆体は、（アルキル）アミノシラン、ハロシラン、オルガノシラン、又はヒドリドシランであってもよい。ヒドリドシランは、モノシラン、ジシラン、又はそれよりも高級なヒドリドシランであってもよい。１〜５個のケイ素原子を含有する揮発性前駆体（例えば、（Ｓｉ１〜Ｓｉ５）前駆体）は、形成された材料（例えば、フィルム）から反応副生成物が蒸発又はガススイープによって除去される、蒸気系材料（例えば、フィルム）形成方法に使用されてもよい。８０個のケイ素原子を含有する不揮発性前駆体（例えば、Ｓｉ８０前駆体）は、形成された材料から、不揮発性前駆体を除去することなく、不揮発性前駆体が溶解された溶媒を蒸発又はガススイープによって除去しなければならない、溶液系材料（例えば、フィルム）形成方法に使用してもよい。
ケイ素含有前駆体及びフィルムを合成するいくつかの方法が知られている。例えば、独国特許発明第２１３９１５５（Ａ１）号（Ｐｌｉｃｈｔａ Ｐ．）は、とりわけ、ガラスウール−シリカゲル−白金（５％）触媒を充填したカラム内での熱分解及び得られた生成物の混合物の分画によって、高級シラン及び高級ゲルマンを合成する方法を記載している。この方法で使用される反応物質は、トリシラン、ｎ−テトラシラン、及びｎ−ペンタシランである。
米国特許第５，７００，４００号（Ｉｋａｉ Ｋ．，ｅｔ ａｌ．）は、とりわけ、ヒドロシランモノマーを脱水素縮合した後、熱分解することによって半導体材料を製造する方法を記載している。ヒドロシランモノマーは、ヒドロモノシラン、ヒドロジシラン、又はヒドロトリシランであってもよい。脱水素縮合は、「周期表の３Ｂ族、４Ｂ族及び８族」の少なくとも１種の金属又は金属化合物を含有する触媒の存在下で実施される。
Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第８，１４７，７８９（Ｂ２）号（Ｃａｎｎａｄｙ，Ｊ．Ｐ．及びＺｈｏｕ，Ｘ．）は、少なくとも９３％（ｗ／ｗ）のネオペンタシランを含む組成物；及びネオペンタシランを調製する方法を記載している。
米国特許出願公開第２０１２／０２９１６６５（Ａ１）号（Ｗｉｅｂｅｒ Ｓ．，ｅｔ ａｌ．）は、とりわけ、触媒不在下でヒドリドシランをオリゴマー化する方法を記載している。ヒドリドシランは触媒不在下で２３５℃未満の温度で熱的に変換されることから、上記の方法は、最大で２０個のケイ素原子を有する非環状ヒドリドシランを実質的に少なくとも１つ含む組成物を使用する。ヒドリドシランは、例えば、ネオペンタシランであってもよい。
独国特許発明第２１３９１５５（Ａ１）号 米国特許第５，７００，４００号 米国特許第８，１４７，７８９（Ｂ２）号 米国特許出願公開第２０１２／０２９１６６５（Ａ１）号
本発明の発明者は、電子又は光起電デバイスの製造に使用するためのケイ素含有材料（例えば、フィルム）の作製に市販のケイ素含有前駆体を使用することに伴う技術的問題を発見又は認識した。電子及び光起電回路機構の幾何学的形状がより微細及びより小さくなるにつれて、市販のケイ素含有前駆体から作製されるケイ素含有フィルムは、そのような回路機構に対しては十分な性能を有していないことが確認されている。例えば、より新しい電子回路機構では、配線形成部間のトレンチのアスペクト比が増大している。アスペクト比が高いことは、トレンチがより高くなり、配線間の距離又は間隔が短くなることを意味する。このような、より狭いトレンチ又はより密な配線密度は、電子的性能を向上する。しかし、市販の前駆体から作製されたケイ素含有フィルムは、低温堆積法で使用するには高すぎる熱収支を有する、及び／又はより微細で小さい電子又は光起電回路機構の製造において、より微細なトレンチの内面を覆うには不十分なコンフォーマル性を有することが確認されている。
更に、本発明の発明者は、より高級なヒドリドシランを合成する従来法に伴う問題を発見又は認識した。しかし、数十年の研究にもかかわらず、より高級なヒドリドシランの合成は困難であった。いくつかの高級シランは、金属シリサイドの加水分解又はモノシラン若しくはジシランのエネルギー（例えば、熱）処理によって生成されている。しかし、これらの方法は、望ましくない低収率を有し、高級シランの混合物を生成するという点で、非選択的かつ非再現的である。異なるケイ素含有前駆体を幅広く揃えたツールボックスがないこと、及びケイ素含有前駆体を選択的に合成する商業的に実現可能な方法がないことは、向上したケイ素含有フィルムの発見を阻止してきた。
本発明の発明者は、新規ケイ素含有前駆体及びそれを選択的に合成する方法を発見した。このケイ素含有前駆体は、電子又は光起電デバイスの製造に使用するための向上した性能を有するケイ素含有材料を作製する材料形成堆積法に使用されてもよい。ケイ素含有前駆体は、一般的にシラン、具体的にはヒドリドシラン、より具体的には高級ヒドリドシラン、更により具体的にはノナシラン、より一層具体的にはノナシラン構造異性体、更になお具体的には２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである。本発明の実施形態は、以下を含む：
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである化合物。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとは異なる１つ以上の追加成分を含む化学組成物。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを生成する方法であって、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを合成し、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む製品組成物を製造するために２，２−ジシリルトリシランを縮合反応条件下で縮合反応触媒と接触させる工程を含む、方法。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを精製する方法であって、精製前の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、モノシラン、及び２，２−ジシリルトリシランを含む混合物であり、この方法は、モノシラン及び２，２−ジシリルトリシランを２，２，４，４−テトラシリルペンタシランから分離して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含み、分離されたモノシラン及び２，２−ジシリルトリシランを含まない残留物を得る工程を含み、その際残留物中の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度は、混合物中の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度よりも高い、方法。
ケイ素含有材料を、第１の基材の表面上に、かつ表面に接触させて、又は第２の基材上に配置されたシード層上に、かつ表面に接触させて、形成する方法であって、この方法は、シード層を含まない第１の基材の露出面又は第２の基材の表面上に配置されたシード層を、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む前駆体組成物の蒸気に接触させる工程を含み、この接触させる工程は、材料堆積法を含み、第１の基材の露出面上に、かつ露出面に接触させて、又は第２の基材の表面に配置されたシード層上に、かつシード層に接触させて、ケイ素含有材料を形成する。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、化学組成物、及び製品組成物は、独立して、とりわけ、結晶ケイ素及びその他のケイ素含有材料等のケイ素含有材料を形成するためのケイ素含有堆積前駆体として有用である。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成方法は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを選択的に合成し、他のノナシラン構造異性体を生成しないか又は比較的少量しか生成しないため、有用である。この方法の選択性は、精製前の製品組成物は、いかなる他のノナシラン構造異性体も含まない、あるいは多くとも合計で＞０〜９面積％（ＧＣ）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を有するようなものである。この精製方法は、精製形態（残留物部分）、あるいは精製及び蒸留形態（留出物）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの調製に有用である。この形成方法は、ケイ素含有材料の形成に有用である。ケイ素含有材料は、電子及び光起電デバイス用の又は電子及び光起電デバイス内の、より微細で小さい回路機構等の電子及び光起電デバイス又は回路機構の製造に有用である。本発明は、電子及び光起電用途と無関係のものを含む、追加の用途を有し得る。
発明の概要及び要約書は、参照により本明細書に組み込まれる。本発明は、上に概要を示した実施形態、使用及び利点を包含するが、これらに限定されない。これらの実施形態としては、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、それを含む化学組成物、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成及び精製方法、それによって生成された精製２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、並びに２，２，４，４−テトラシリルペンタシランをケイ素含有材料形成前駆体として使用するケイ素含有材料の形成方法に関する。形成されたケイ素含有材料はケイ素含有フィルムであってもよく、形成方法はケイ素含有フィルムを形成する方法であってもよい。本発明は、更に実施形態を含み、それを以下に記載する。
本発明は、技術的及び非技術的利点を有する。ケイ素含有フィルムであるケイ素含有材料の形成に関して利点のいくつかを例示すると簡便であるが、本発明及び利点は、かかるフィルムの形成に限定されない。例えば、前駆体が揮発性であることを必要とするケイ素含有材料堆積法において、及び前駆体が不揮発性であることを必要とするケイ素含有材料堆積法において、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランをケイ素含有前駆体として使用してもよい。更に、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを生成する方法は、あるとしてもごくわずかな他のノナシラン構造異性体を生成するか、又はあるとしてもごくわずかな他のノナシラン構造異性体、及びあるとしてもごくわずかなノナシラン以外の高級シランを生成するという点で、選択的合成である。かかる実施形態において、この生成方法は、２，２−ジシリルトリシラン−１−イルラジカルを２−シリルトリシラン−２−イルラジカルと形式的にカップリングして、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを生成すると考えてもよく、この方法は、２，２−ジシリルトリシランのオリゴマーの生成を避けられる場合がある。発明者らは、モノシラン、ジシラン、又は２，２−ジシリルトリシランと比較して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、所望であれば高温を堆積法に使用してもよいが、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランをより低温の堆積法、例えば、結晶ケイ素の材料（例えば、フィルム）の気相堆積のために４００℃で実施される方法に使用することを可能にする熱収支を有するケイ素含有フィルムを提供し得ると考えている。低温堆積法は、フィルム堆積のベンチマークに使用される温度よりも低温を使用する。例えば、ジシランは、多結晶ケイ素のフィルムを６００℃で堆積するために使用されるベンチマーク前駆体であるが、それ故、より低温の堆積法では６００℃未満、例えば、２００℃〜＜６００℃、あるいは３００℃〜＜６００℃、あるいは２００℃〜＜５００℃を用いることになる。あるいは又は任意に、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランをケイ素含有前駆体として使用して製造されるケイ素含有フィルムは、より小さい電子又は光起電回路機構の製造の間に、より微細なトレンチの内面を覆うのに十分なコンフォーマル性を有することが期待される。本発明の特定の態様は、更なる問題点を独立して解決し、及び／又は他の利点を有し得る。
略語：面積％（ＧＣ）は、ガスクロマトグラフィーによって決定される面積パーセントであり；ＡＬＤは、原子層堆積法（atomic layer deposition）であり；ＡＬＣＶＤは、原子層化学気相堆積法（atomic layer chemical vapor deposition）であり；ＡＰＣＶＤは、大気圧化学気相堆積法（atmospheric pressure chemical vapor deposition）であり；ＣＶＤは、化学気相堆積法（chemical vapor deposition）であり；ＣＣＶＤは、燃焼化学気相堆積法（combustion chemical vapor deposition）であり；℃は、セルシウス（Celsius）度であり；ＤＳＣは、示差走査熱量測定（differential scanning calorimetry）であり；Ｅｘ．は例（Example）であり；ＧＣ−ＭＳは、ガスクロマトグラフィー−質量分析法（Gas Chromatograph-Mass Spectrometry）であり；ｇはグラム（gram）であり；ＨＭＢＣはＨ−Ｓｉ異核多結合相関（H-Si heteronuclear multiple bond correlation）であり；ＨＳＱＣは、Ｈ−Ｓｉ異核種単一量子コヒーレンス法（H-Si heteronuclear single quantum coherence）であり；ＨＷＣＶＤは、ホットワイヤ化学気相堆積法（hot wire chemical vapor deposition）であり；ＨＰＣＶＤは、ハイブリッド物理化学気相堆積法（hybrid physical chemical vapor deposition）であり；ＩＵＰＡＣは、国際純正・応用化学連合（International Union of Pure and Applied Chemistry）であり；ｋＰａは、キロパスカル（kilopascal）であり；ＬＰＣＶＤは、低温化学気相堆積法（low pressure chemical vapor deposition）であり；μｍは、ミクロン（micron）であり；ｍｍは、ミリメートル（millimeter）であり；ｎｍは、ナノメートル（nanometer）であり；ＮＭＲは、核磁気共鳴（nuclear magnetic resonance）であり；ｐｐｍは、百万分率（parts per million）であり；ＰＩＣＶＤは、光開始化学気相堆積法（photo-initiated chemical vapor deposition）であり；ＰＶＤは、物理気相堆積法（physical vapor deposition）であり；ＰＥＣＶＤは、プラズマ化学気相堆積法（plasma enhanced chemical vapor deposition）であり；ＲＴＣＶＤは、吸熱化学気相堆積法（rapid thermal chemical vapor deposition）であり；ＳＯＤは、スピンオン堆積（spin-on deposition）であり；ＴＧＡは、熱重量分析（thermogravimetric analysis）であり；ＵＨＶＣＶＤは、超真空化学気相堆積法（ultrahigh vacuum chemical vapor deposition）であり；ＶＰＥは、気相エピタキシー法（vapor phase epitaxy）であり；重量％は、重量パーセント（weight percent）であり；ｗ／ｗは、重量／重量（weight/weight）である。
本明細書で使用するとき、用語「化学組成物」は、その構成元素の実験式によって定義されるものを意味する。
用語「含む」及び「で構成される」は、同義語であり、オープンエンドである。
用語「縮合反応触媒」は、２，２−ジシリルトリシランの自己縮合を、その物質を含まない自己縮合反応と比較して、増強するのに有効な物質を意味する。この文脈において、用語「増強する」は、反応開始までの時間の短縮、反応開始温度の低下、反応速度の増大、又はこれらのいずれか２つ以上の組み合わせを包含する。
用語「縮合反応条件」は、２，２−ジシリルトリシランの自己縮合を促進する環境の組み合わせを意味する。かかる環境の例は、反応温度、反応圧力、反応時間（時間の長さ）、気体雰囲気、及び反応混合物の構成成分の添加順序である。
用語「ヒドリドシラン」は、Ｓｉ及びＨ原子からなる飽和水素化ケイ素分子を意味する。例としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｈ３ＳｉＳｉＨ３）、及び高級ヒドリドシランが挙げられる。
用語「高級ヒドリドシラン」は、水素原子と少なくとも３個のＳｉ原子とからなる飽和水素化ケイ素分子である。本発明の目的で、高級ヒドリドシランは、直鎖及び分枝鎖の場合の式ＳｉｎＨ（２ｎ＋２）又は環状鎖の場合の式ＳｉｎＨ２ｎで記述され、式中各ｎは独立して、３以上の整数である。
用語「含まない」は、例えば、０重量％又は０面積％（ＧＣ）のように、完全な不在を意味する。
用語「材料形成堆積」は、寸法を制限されない凝集体を、特定の場所に発生するプロセスである。用語「フィルム形成堆積」は、１つの寸法に制限される凝集体を、特定の場所に発生するプロセスである。
ネオペンタシランは、２，２−ジシリルトリシランの一般名で、式Ｈ３Ｓｉ−Ｓｉ（ＳｉＨ３）２−ＳｉＨ３、又は簡単には、Ｓｉ（ＳｉＨ３）４を有する。
用語「ノナシラン」は、９個のケイ素原子を有し、残りの原子が水素原子である飽和水素化ケイ素分子を意味する。典型的には、ノナシランは、下記の分子式のいずれか１つを有する：直鎖及び分枝鎖の場合のＳｉ９Ｈ２０又は単環式分子の場合のＳｉ９Ｈ１８、あるいはＳｉ９Ｈ２０、あるいはＳｉ９Ｈ１８。
用語「製品組成物」は、少なくとも１つの成分を有する化学組成物を意味し、この少なくとも１つの成分は、本発明の方法によって製造される。
用語「純度」は、所望成分の濃度増大（１００重量％まで）、１種以上の不要成分の濃度低減（０重量％まで）、又はその両方を意味する。
用語「残留物」は、後に残された部分、例えば、蒸留後のポット残渣を意味する。
用語「選択的合成」は、他の生成される分子よりも優先的な分子生成を意味する。合成の選択性の決定においては、反応物質中の不純物及び合成でそれらの不純物から生じた生成物を考慮しない。
用語「分離する」は、物理的に隔たりを生じ、それ故それ以上直接接触しないことを意味する。
用語「ケイ素含有材料」は、寸法を制限されない凝集体を意味し、この凝集体は、２０１１年にＩＵＰＡＣが発行した元素の周期表の元素番号１４の原子を含む。ケイ素含有材料は、元素状ケイ素から本質的になってもよく（すなわち、ドーパント又は不純物を除いて他の元素を含まない）、又はＳｉ原子及びＯ、Ｃ、又はＮから選択される少なくとも１つの原子を含有する分子を含んでもよい。用語「ケイ素含有フィルム」は、１つの寸法が制限されるケイ素含有材料を意味する。制限される寸法は、「厚さ」として、及び他の事項全てが等しいときに、ケイ素含有材料の堆積時間が長くなるにつれて増大する寸法として、特徴づけることができる。
用語「ケイ素含有前駆体」は、元素番号１４の原子を含有し、材料（例えば、フィルム）形成堆積法においてケイ素含有材料（例えば、フィルム）の形成に有用な物質又は分子を意味する。
用語「構造異性体」は、比較分子を基準にして、同じ原子組成（同じ分子式）であるが、異なる線状構造式（結合配列）又は異なる立体化学式を有し、それ故異なる物理的又は化学的特性（例えば、沸点又は平面偏光の回転）を有する分子を意味する。
用語「基材」は、その上に材料の層を受け入れることができる少なくとも１つの表面を有する物理的支持体を意味する。基材は、ケイ素含有材料（例えば、フィルム）の支持に好適な任意の材料で構成されてもよい。材料は均質でも不均質（例えば、複合材料又は構造）でもよい。基材又はその表面は、連続でも非連続でもよい。
本明細書で使用されるとき、「し得る」は、選択肢を与えるものであって、必須ではない。「場合により／任意に（optionally）」とは、存在しないか、あるいは存在することを意味する。「接触させる」は、物理的接触状態にすることを意味する。「動作可能に接触する」は、例えば、改変、コーティング、接着、シーリング、又は充填において機能的に有効に接触させることを含む。動作可能な接触は、直接的な物理的接触でも、間接的接触でもよい。本明細書で参照する全ての米国特許出願公開及び特許、又は一部のみが参照されている場合にはその一部は、組み込まれた主題が本願の記述と矛盾しない範囲で参照により本願に組み込まれ、いずれのこのような矛盾においても本願の記述が優先する。特記のない限り、全ての物質の状態は、２５℃及び１０１．３ｋＰａで測定した。特記のない限り、全ての％は重量による。全ての重量％の値は、特に断りのない限り、組成物を製造するために使用される全成分の総重量に基づいており、合計で１００重量％になる。分類群及び下位分類群を含む任意のマーカッシュ群は、分類群に含まれる下位分類群を包含し、例えば、「Ｒはヒドロカルビル又はアルケニルである」では、Ｒはアルケニルであってもよく、あるいはＲは他の下位分類群の中でも、アルケニルを含むヒドロカルビルであってもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである化合物は、分子式Ｓｉ９Ｈ２０及び構造式Ｈ３Ｓｉ−Ｓｉ（ＳｉＨ３）２−ＳｉＨ２−Ｓｉ（ＳｉＨ３）２−ＳｉＨ３を有する。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである化合物は、天然存在比の同位体形態、あるいは同位体に富む形態、あるいはこれらの混合物であってもよい。同位体に富む形態の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとしては、天然存在比を超える量の重水素、三重水素、２９Ｓｉ、３０Ｓｉ、３２Ｓｉ、又はこれらのいずれか２つ以上の組み合わせを含有する形態が挙げられる。本明細書に記載の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの使用に加えて、同位体に富む形態の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、同位体に富む２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン又はそれから作製された同位体に富むケイ素含有材料（例えば、フィルム）の検出が有用と考えられる用途において有用となり得る。かかる用途の例は、医学研究及び偽造防止用途である。例えば、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、９９重量％の天然存在比の同位体形態の２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び１重量％の同位体に富む２，２，４，４−テトラシリルペンタシランからなってもよい。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである化合物及びそれを含む化学組成物は、無水条件下（すなわち、水がない）、不活性雰囲気下、又は、典型的にはその両方で、保管されてもよい。不活性雰囲気は、窒素分子、ヘリウム、アルゴン、又はこれらのいずれか２つ以上の混合物のガスであってもよい。
化学組成物は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む。化学組成物は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとは異なる１つ以上の追加成分を含有してもよい。すなわち、１つ以上の追加成分は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランではない。追加成分は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとの混和物であってもよい。あるいは、少なくとも１つの追加成分は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと直接的な物理的接触をしているが、実質的に２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとの混和物でなくてもよい。（一つ又は複数の）追加成分は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外の、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと共に使用するのに好適な任意の物質であってもよい。かかる使用は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの合成、精製、保管、輸送、及び／又は反応を含んでもよい。使用は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの反応を含んでもよい。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの反応は、ケイ素含有材料（例えば、フィルム）を形成する方法を含んでもよい。
化学組成物において、各追加成分は、独立して、機能、組成、又は構造が、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと異なってもよく、あるいは機能又は組成、あるいは機能又は構造、あるいは組成又は構造、あるいは機能、あるいは組成、あるいは構造が、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと異なってもよい。この文脈において、機能は、化学的、物理的、機械的、又は光学的特徴を意味し、あるいは化学的、物理的、又は機械的、あるいは化学的又は物理的、あるいは化学的又は機械的、あるいは物理的又は機械的、あるいは化学的、あるいは物理的、あるいは機械的特徴を意味する。組成は、実験式、例えば、分子式を意味する。構造は、原子の結合配列及びその間の共有結合の形式特性（単結合、二重結合、三重結合、又は芳香族結合）を意味する。
各追加成分は、独立して、共有結合物質であってもよく、その物質は、独立して、固体、液体、又は気体であってもよく、あるいは固体（例えば、１つ以上のＳｉ８０前駆体）；あるいは気体（例えば、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランに溶解したモノシラン及び／又はジシラン）；あるいは液体（例えば、トリシラン、テトラシラン、又はネオペンタシランのようなペンタシラン）であってもよい。各固体追加成分は、存在する場合、独立して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランに溶解あるいは懸濁されていてもよく、ＧＣによる特性決定に適さない場合、化学組成物の面積％（ＧＣ）濃度において、排除するか又は計数しなくてもよい。各液体追加成分は、存在する場合、独立して、１０１．３ｋＰａで３０℃〜２５０℃、あるいは５０℃〜９０℃、あるいは９０℃〜１３４℃、あるいは１３５℃〜２００℃の沸点を有する。各固体又は液体追加成分は、独立してＳｉ原子を含んでもよく、あるいはＳｉ原子を含まなくてもよい。
化学組成物において、各追加成分は、独立して、Ｃ、Ｈ、及び場合によりＮ、Ｏ、及びＳから独立して選択される１つ以上のヘテロ原子を含んでもよく、場合により、更にＳｉ原子を含み、あるいはＳｉ原子を含まない。各追加成分は、独立して、飽和、あるいは不飽和、あるいは芳香族であってもよい。少なくとも１つの追加成分、あるいは２つ以上の追加成分のそれぞれは、独立して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとは異なる、ケイ素含有材料（例えば、フィルム）の形成方法において２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと共に有用な、追加の前駆体であってもよい。追加の前駆体は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のケイ素含有前駆体（例えば、２，２−ジシリルトリシランのような異なるヒドリドシラン、又はトリメチル−若しくはテトラメチル−モノシラン、ジクロロジメチル−モノシラン、又はクロロトリメチル−モノシランのようなオルガノシラン、又は１，３−ジシラブタンのようなシラアルカンのようなオルガノシリコン）であってもよく、あるいはケイ素を含まない有機前駆体（例えば、メタン等のアルカン、例えば、天然ガス；四塩化炭素；プロパン；ヘキサン；又はこれらのいずれか２つ以上の混合物）、あるいはケイ素を含まない無機前駆体（例えば、無水アンモニア、窒素分子、ヒドラジン、酸素分子、オゾン、亜酸化窒素、水、又は過酸化水素）、あるいはこれらの混合物であってもよい。追加的に又は別の方法としては、追加の前駆体は、炭素含有前駆体を含む炭素源（例えば、有機ケイ素）、酸素含有前駆体を含む酸素源（例えば、酸素分子、オゾン、亜酸化窒素、水、又は過酸化水素）、又は窒素含有前駆体を含む窒素源（例えば、無水アンモニア、窒素分子、又はヒドラジン）、又は炭素含有前駆体を含む炭素源、酸素含有前駆体を含む酸素源、窒素含有前駆体を含む窒素源のいずれか２つ以上の組み合わせであってもよい。追加の前駆体は、化学組成物において、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの溶媒として機能してもよく、又は逆もまた同様である。
あるいは又は追加的に、化学組成物において、少なくとも１つの追加成分は、前駆体のための溶媒又はキャリアガス、例えば、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランのための溶媒又はキャリアガスであってもよい。キャリアガスは、Ｈｅ又はＡｒのガスのような希ガスであってもよい。溶媒は、Ｓｉを含まない有機溶媒であってもよく、又は構造的若しくは組成的に異なる前駆体、例えば、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のケイ素含有前駆体であってもよい。有機溶媒は、炭素含有前駆体の供給源として機能してもよく、あるいは炭素含有前駆体の供給源は、化学組成物において有機溶媒としても機能し得る。
あるいは化学組成物は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランから本質的になるか、あるいは２，２，４，４−テトラシリルペンタシランからなる。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランから本質的になる化学組成物は、いかなる他のノナシラン異性体も含まず、あるいはハロシランを含まず、あるいは１０個以上のＳｉ原子を有するいかなる非環式ヒドリドシランも含まず、あるいはいかなる環状ヒドリドシランも含まず、あるいはいかなるカゴ形ヒドリドシランも含まず、あるいはいかなる他のヒドリドシラン、及びオルガノシランも含まず）、あるいはいかなる他のシラン（アミノシラン、ハロシラン、ヒドリドシラン、及びオルガノシラン等）も含まないが、そのほか追加成分、例えば、有機溶媒、不活性ガス、又は上記以外のケイ素含有前駆体を含有してもよい。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランからなる化学組成物は、いかなる他の物質も含まない。
化学組成物は、更に２，２−ジシリルトリシランを含んでもよく、その際２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの面積％（ＧＣ）濃度は、２，２−ジシリルトリシランの面積％（ＧＣ）濃度よりも大きい。化学組成物は、化学組成物の全ＧＣ面積を基準にして少なくとも７０面積％（ＧＣ）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン濃度を有してもよい。化学組成物は、合計で０〜９面積％（ＧＣ）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を有することを特徴としてもよい。化学組成物は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を含まない、すなわち、０面積％（ＧＣ）有することを特徴としてもよい。あるいは化学組成物は、合計で０面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜９面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜８面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜７面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜６面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜５面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜４面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜３面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜２面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜１面積％（ＧＣ）、あるいは＞０〜０．５面積％（ＧＣ）の、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を有することを特徴としてもよい。あるいは化学組成物は、合計で０重量％、あるいは＞０〜９重量％、あるいは＞０〜８重量％、あるいは＞０〜７重量％、あるいは＞０〜６重量％、あるいは＞０〜５重量％、あるいは＞０〜４重量％、あるいは＞０〜３重量％、あるいは＞０〜２重量％、あるいは＞０〜１重量％、あるいは＞０〜０．５重量％の、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を有することを特徴としてもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを生成する方法は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成に関して他のノナシラン構造異性体よりも選択的であってもよい。生成工程は、下記の反応スキームに示す自己縮合反応によって例示できる：
２Ｈ３Ｓｉ−Ｓｉ（ＳｉＨ３）２−ＳｉＨ３＋触媒→Ｈ３Ｓｉ−Ｓｉ（ＳｉＨ３）２−ＳｉＨ２−Ｓｉ（ＳｉＨ３）２−ＳｉＨ３［＋ＳｉＨ４］、
式中、触媒は、縮合反応触媒である。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成方法に使用される２，２−ジシリルトリシランは、精製された形態の２，２−ジシリルトリシランであってもよい。精製された形態の２，２−ジシリルトリシランは、少なくとも９３重量％の２，２−ジシリルトリシランと；５重量％以下のその他のシランと；２重量％以下の炭化水素と；を含む組成物、並びに、上記組成物を調製する方法であってもよい。組成物は、少なくとも９７重量％の２，２−ジシリルトリシランを含んでもよく、あるいは少なくとも９８重量％の２，２−ジシリルトリシラン；あるいは３重量％以下のその他のシラン；あるいは１重量％以下の炭化水素；あるいは少なくとも９７重量％の２，２−ジシリルトリシラン、３重量％以下のその他のシラン、及び１重量％以下の炭化水素を含んでもよい。２，２−ジシリルトリシランは、米国特許第８，１４７，７８９（Ｂ２）号の精製方法に従って、精製されてもよく、直ちに上記の組成物が得られてもよい。参照による援用を許可する法域内で、本発明者らは、米国特許第８，１４７，７８９（Ｂ２）号の第２段落第３３行〜第８段落第６２行の主題を参照により援用する。生成方法は、２，２−ジシリルトリシラン、又はその精製形態、及び縮合反応触媒から本質的になるか、あるいはこれらからなる反応混合物中で実行されてもよい。２，２−ジシリルトリシラン、又はその精製形態、及び縮合反応触媒から本質的になる反応混合物は、有機溶媒を含有してもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成方法に使用される縮合反応触媒は、ホウケイ酸ガラスのようなケイ酸ガラス；金属酸化物、例えば、酸化ナトリウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化鉛、又は酸化バリウム；ケイ酸ガラスと１つ以上の金属酸化物のアロイ、又は金属若しくは金属アロイ、例えば、ステンレス鋼若しくは炭素鋼であってもよい。いくつかの実施形態において、ケイ酸塩ガラスは、ケイ酸ガラスウール、あるいは白金を含まないケイ酸ガラスウールである。いくつかの実施形態において、縮合反応触媒は、ガラスウール；シリカゲル；白金；ガラスウール−シリカゲル−白金（５％）；ランタニド金属錯体；又は、ガラスウール、シリカゲル、白金、及びランタニド金属錯体でなくてもよく、生成方法は、これらを用いなくてもよい。生成方法において使用される縮合反応触媒の量は、２，２−ジシリルトリシランの自己縮合を強化して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び形式的には、副生成物としてのモノシランを与えるのに十分な量である。縮合反応触媒がホウケイ酸ガラスである場合、ホウケイ酸ガラスは、容器（例えば、フラスコ）の形態であってもよく、この容器は、２，２−ジシリルトリシランを、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成に好適な縮合反応条件下で保持してもよい。縮合反応触媒の量は、全て２，２−ジシリルトリシランに縮合反応触媒を加えた重量の合計に基づいて、１〜１０，０００ｐｐｍ、あるいは１０〜５，０００ｐｐｍ、あるいは１００〜５，０００ｐｐｍであってもよい。縮合反応触媒は、均質又は不均質、あるいは均質、あるいは不均質であってもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成方法における使用に好適な縮合反応条件は、反応温度、圧力、反応時間、反応雰囲気、又はこれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む。反応温度は、０℃〜２００℃、あるいは２０℃〜２，２−ジシリルトリシランの沸点（例えば、１０１．３ｋＰａで１３４℃）、あるいは３０℃〜１００℃、あるいは１８℃〜３０℃であってもよい。反応圧力は、１ｋＰａ〜１，０００ｋＰａ、あるいは５０ｋＰａ〜５００ｋＰａ、あるいは１００ｋＰａ〜２００ｋＰａであってもよい。反応時間は、いくつかの実施形態では、より短い期間及び長い期間が想到されるが、１時間〜１００日であってもよい。反応時間は、より低い反応温度では相対的に長く、より高い反応温度では相対的に短い場合がある。同様に、反応時間は、活性がより低い縮合反応触媒を用いた場合は相対的に長く、活性がより高い縮合反応触媒を用いた場合には相対的に長くなる場合がある。例えば、反応温度が１００℃〜１３４℃の場合、反応時間は１〜２４時間であってもよい。反応温度が１８℃〜３０℃であり、縮合反応触媒がホウケイ酸ガラスである場合、反応時間は、１日〜５０日であってもよい。縮合反応条件は、更に、Ｎ２、Ｈｅ、又はＡｒのような不活性ガス雰囲気を含んでもよい。縮合反応条件は、２，２−ジシリルトリシラン及び縮合反応触媒を一緒に撹拌（例えば、かき混ぜ又は振盪）する工程を更に含んでもよく、あるいは含まなくてもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを生成する方法は、生成工程の前に１つ以上の追加工程、又は生成工程前の１つ以上の追加工程と生成工程後の１つ以上の追加工程の組み合わせを更に含んでもよい。１つ以上の追加工程は、生成方法において任意選択である。生成工程前の１つ以上の追加工程の例は、２，２−ジシリルトリシランを精製して（例えば、米国特許第８，１４７，７８９（Ｂ２）号の精製工程により）、精製形態の２，２−ジシリルトリシランを得る工程；２，２−ジシリルトリシランを縮合反応触媒と接触させる工程；又は、２，２−ジシリルトリシランを精製する工程、及び得られた精製２，２−ジシリルトリシランを縮合反応触媒と接触させる工程の両方である。生成工程後の１つ以上の追加工程の例は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを精製して（例えば、本発明の精製方法により）、精製形態の２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び場合により、回収部分の２，２−ジシリルトリシランを得る工程；２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを縮合反応触媒から分離する工程；回収部分の２，２−ジシリルトリシランをその後の生成工程の繰返しに戻して再循環する工程（下記参照）；又は、上記の「後の」追加工程のいずれか２つ以上の組み合わせである。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランに加えて、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成方法から得られる製品組成物は、モノシラン、２，２−ジシリルトリシラン（未反応）、又はモノシランと２，２−ジシリルトリシランの両方を更に含んでもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの精製方法において、残留物中の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度は、残留物の全ＧＣ面積を基準にして、少なくとも７０面積％（ＧＣ）、あるいは少なくとも８０面積％（ＧＣ）であってもよい。分離は、蒸発、あるいは蒸留、あるいは分別蒸留を含んでもよく、残留物は、それぞれ、未蒸発残留物、未蒸留残留物、又は未分別蒸留残留物であってもよい。精製方法は、全ての未反応２，２−ジシリルトリシランを蒸留して回収２，２−ジシリルトリシランを得る工程、及び追加量の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを合成して追加量の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む製品組成物を製造するように回収２，２−ジシリルトリシランを縮合反応条件下で縮合反応触媒と接触させる工程、を更に含んでもよい。蒸留される未反応の２，２−ジシリルトリシランは、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの生成方法によって製造された製品組成物中の２，２−ジシリルトリシラン、あるいは２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの精製方法によって残留物から分離された２，２−ジシリルトリシラン、あるいはその両方であってもよい。
２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの精製方法において、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、モノシラン、及び２，２−ジシリルトリシランを含む混合物は、任意の供給源から得てもよい。例えば、混合物は、本発明の製造方法から得られた製品組成物であってもよい。あるいは、混合物は、本発明の製造方法とは異なるプロセスによって得られてもよい。精製方法は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを残留物から蒸留して、少なくとも９０面積％（ＧＣ）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む留出物を得る工程を更に含んでもよい。
ケイ素含有材料の形成方法において、方法は、最初にケイ素含有フィルムを形成してもよい。フィルムは、典型的には、厚さとして知られる１つの寸法において制限される。フィルムは、０．１ｎｍ〜１０，０００ｎｍ、あるいは１ｎｍ〜１，０００ｎｍ、あるいは１．０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有してもよい。上記の方法をケイ素含有フィルムの厚さを増大するのに十分な時間継続することで、フィルム以外の形状のケイ素含有材料になり得る。このような他の形状は、基材の補完的（complimentary）形状によって指示されてもよい。このような他の形状は、幾何学的に不規則でも規則的でもよい。規則的な幾何学形状は、例えば、ブロック、球体、又は楕円体であってもよい。このような他の形状の材料は、＞１０μｍ〜１０，０００μｍの厚さ、あるいは＞１０μｍ〜１０，０００μｍの最小寸法を有してもよい。
ケイ素含有材料（例えば、フィルム）の形成方法において、第１及び第２の基材は独立して、電気伝導性若しくは絶縁性材料及び／又は熱伝導性若しくは絶縁性材料を含んでもよい。第１及び第２の基材は、独立して、微結晶若しくは多結晶ケイ素のような半導体材料等の、同じ材料でも異なる材料でもよい。シード層は、第２の基材の表面上に、かつ表面に接触して配置されたシリコンの粒界を含んでもよく、この方法は、シード層上に、かつシード層に接触してケイ素含有材料（例えば、フィルム）を形成する工程を含んでもよい。前駆体組成物は、前駆体組成物の全ＧＣ面積を基準にして、少なくとも７０面積％（ＧＣ）、あるいは少なくとも８０面積％（ＧＣ）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含んでもよい。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む前駆体組成物は、化学組成物，あるいは、未希釈の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランであってもよい。すなわち、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む前駆体組成物中の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度は、１００面積％（ＧＣ）、あるいは＜１００面積％（ＧＣ）、あるいは＜９９面積％（ＧＣ）であってもよい。
ケイ素含有材料（例えば、フィルム）の形成方法において、１つ以上のケイ素含有前駆体を、材料（例えば、フィルム）形成堆積法に従ってケイ素含有材料（例えば、フィルム）を調製するために使用してもよい。ケイ素含有前駆体の少なくとも１つは２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである。２つ以上の前駆体を使用する場合、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを、他のケイ素含有前駆体との混和物に使用してもよく、あるいは他のケイ素含有前駆体の少なくとも１つをシード層の形成に使用してもよく、その後２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを使用して、シード層上に、かつシード層に直接接触してケイ素含有材料（例えば、フィルム）を形成してもよい。
ケイ素含有材料（例えば、フィルム）の形成方法において、材料（例えば、フィルム）堆積法は、気相堆積法又は溶液堆積法を含んでもよい。材料（例えば、フィルム）堆積法は、化学気相堆積法、あるいはプラズマ化学気相堆積法又は熱化学気相堆積法であってもよい。本発明に有用な気相堆積法の例は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、及びＡＬＤである。ＣＶＤ法は、おおまかに熱型又はプラズマ促進型に分類できる。有用なＣＶＤ法の種類の例としては、ＡＰＣＶＤ（圧力９５〜１０５キロパスカル）、ＬＰＣＶＤ（圧力０．００１パスカル（Ｐａ）＜圧力＜１０Ｐａ）、ＵＨＶＣＶＤ（圧力＜１×１０−６パスカル）、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＣＶＤ、ＣＣＶＤ（熱型）、ＨＷＣＶＤ（熱型）、ＨＰＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ（熱型）、ＶＰＥ（熱型）、及びＰＩＣＶＤが挙げられる。溶液堆積は、溶液から基材上への揮発性前駆体の重合、又は溶液から基材上への不揮発性ポリマーの堆積を伴う。本発明で有用な溶液堆積法の例は、スプレーコーティング、ディップコーティング、印刷、及びＳＯＤである。溶液堆積法は、スプレーコーティング又はＳＯＤ、あるいはスプレーコーティング、あるいはディップコーティング、あるいは印刷、あるいはＳＯＤであってもよい。
その形成方法によって形成されたケイ素含有材料（例えば、フィルム）は、元素状ケイ素材料（例えば、フィルム）、炭化ケイ素材料（例えば、フィルム）、酸化ケイ素材料（例えば、フィルム）、窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）、炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）、又は酸炭窒化ケイ素（例えば、フィルム）であってもよい。炭化ケイ素材料（例えば、フィルム）、酸化ケイ素材料（例えば、フィルム）、窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）、炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）、又は酸炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）を形成するための材料（例えば、フィルム）堆積法は、更に、第１の基材の露出面、又は第２の基材の表面に配置されたシード層を、それぞれ追加の前駆体、例えば、炭素含有前駆体を含む炭素源、酸素含有前駆体を含む酸素源（例えば、分子酸素、オゾン、亜酸化窒素、水、又は過酸化水素）、又は窒素含有前駆体を含む窒素源（例えば、無水アンモニア、分子窒素、又はヒドラジン）、又は炭素含有前駆体を含む炭素源、酸素含有前駆体を含む酸素源、窒素含有前駆体を含む窒素源のいずれか２つ以上の組み合わせと接触させる工程を更に含む。接触させる工程は、材料（例えば、フィルム）を調製する。
炭化ケイ素材料（例えば、フィルム）、酸化ケイ素材料（例えば、フィルム）、窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）、炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）、又は酸炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）を形成する方法は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び目的とする非−Ｓｉ元素（例えば、それぞれ、Ｃ；Ｏ；Ｎ；Ｃ及びＮ；又はＯ、Ｃ及びＮ）を有する適切な追加の前駆体の１つ以上を用いる。追加の前駆体の任意の２つ以上の組み合わせは、目的とする非Ｓｉ元素を有する適切な材料（例えば、フィルム）を提供するように選択する。この組み合わせは、（ａ）２つ以上の異なる追加の前駆体の混合物であって、それぞれがＣ、Ｏ、及びＮのうち異なる１つを含有する、混合物、（ｂ）Ｃ、Ｎ、及びＯ原子の２つ以上を含む単一の前駆体、又は（ａ）及び（ｂ）の両方、を含んでもよい。例えば、炭化ケイ素材料（例えば、フィルム）は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、並びにＮ及びＯを含まない炭素含有前駆体の混合物を含む前駆体の組み合わせから調製されてもよい。Ｎ及びＯを含まず、炭化ケイ素材料（例えば、フィルム）の調製に有用な炭素含有前駆体は、トリメチル−若しくはテトラメチル−モノシラン、ジクロロジメチル−モノシラン、又はクロロトリメチル−モノシラン、又は１，３−ジシラブタンのようなシラアルカンであってもよい。炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、並びに炭素含有及び窒素含有前駆体の混合物を含む前駆体の組み合わせから調製されてもよい。炭素含有及び窒素含有前駆体の混合物を含む前駆体の組み合わせとは、Ｃ及びＮの両方を含有し、Ｏを含まない分子の集合であるか、又は１つの追加前駆体がＣを含有するがＮ又はＯを含有せず、他の追加の前駆体がＮを含有するがＣ又はＯを含有しない点で異なる分子である。炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）の調製に有用な炭素及び窒素含有前駆体は、トリス（ジメチルアミノ）シランのようなアルキルアミノシランであってもよく、炭素含有及び窒素含有前駆体は、トリメチル−若しくはテトラメチル−モノシラン及びアンモニアの混合物のような異なる分子の混合物であってもよい。あるいは、炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン並びに炭素及び窒素含有前駆体を含む前駆体の組み合わせ、又はかかる前駆体のそれぞれがＣ及びＮを含有するかかる前駆体の集合から調製されてもよい。酸炭窒化ケイ素材料（例えば、フィルム）は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び（ａ）炭素含有前駆体、及び酸素分子のような酸素含有前駆体の混合物、又は（ｂ）ヘキサメチルジシロキサンのようなオルガノシロキサン又はテトラキス（ジメチルシロキサン）（Ｄ４）のような環状オルガノシロキサンなどの炭素及び酸素含有前駆体を含む前駆体の組み合わせ、から調製されてもよい。元素状ケイ素材料（例えば、フィルム）は、実質的にＳｉ原子からなり、非晶質、多結晶、又はエピタキシャルであってもよい。
２，２，４，４，６，６−ヘキサシリルヘプタシランである化合物は、上記の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランにケイ素含有前駆体として使用されてもよい。例えば、ケイ素含有前駆体は、結晶ケイ素及びその他のケイ素含有材料のようなケイ素含有材料を形成するために使用されてもよい。２，２，４，４，６，６−ヘキサシリルヘプタシランは、ネオペンタシラン及び２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを触媒の存在下で縮合することによって生成されてもよく、これは本明細書に記載されるネオペンタシランからの２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの形成において使用される縮合反応と同様である。
本発明は、以下の非限定的な実施例によって更に説明され、本発明の実施形態は、この非限定的な実施例の特徴及び限定の任意の組み合わせを含んでもよい。
ＧＣ条件：キャピラリーカラムは、長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍで、厚さ０．２５μｍの固定相をキャピラリーカラムの内面上のコーティングの形で含有し、固定相は、フェニルメチルシロキサンを含む。キャリアガスはヘリウムガスであり、毎分１０５ｍｍの流量で使用された。ＧＣ装置は、Ａｇｉｌｅｎｔモデル７８９０Ａガスクロマトグラフであった。入口温度は１５０℃であった。ＧＣ実験温度プロファイルは、５０℃で２分間の均熱（保持）、１５℃／分の速度で２５０℃までの昇温、及びその後の２５０℃で１０分間の均熱（保持）からなった。
実施例１：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの合成：９８．４重量％の純度の２，２−ジシリルトリシラン１１０．０ｇを、表面を不活性化していない、新たに清浄にしたホウケイ酸ガラスフラスコに入れ、室温（２５℃）で４２日間放置した。得られた製品組成物を完全真空下で１２５℃で蒸留し、未反応の２，２−ジシリルトリシラン等の、より揮発性の成分を除去した。未蒸留の残留物を、透明な液体として回収した；収量１１．３ｇ（１１．５％）。未蒸留の残留物は、８２面積％（ＧＣ）の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含有することが確認された。分析データは、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと一致する。１Ｈ−ＮＭＲ：（Ｃ６Ｄ６）３．５５ｐｐｍ（一重線、ＳｉＨ３）、３．６７ｐｐｍ（一重線、ＳｉＨ２）；２９Ｓｉ−ＮＭＲ：（δ）−１５６．７ｐｐｍ（第四級Ｓｉ）及びＨＳＱＣ ＮＭＲ分光法及びＨＭＢＣ ＮＭＲ分光分析は、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと一致した。ＧＣ−ＭＳ（Ｃ６Ｄ６に溶解した試料）；フラグメントは、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランと一致した。
実施例２：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの熱的特性：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、周囲温度（２５℃）で非自然発火性であり、２７３℃で熱分解を開始することが、Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ ＴＧＡ／ＤＳＣ及び３５℃〜４００℃、昇温速度毎分１０℃の温度プロファイルを使用したＤＳＣによって確認された。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、約２３０℃の沸点を有することが、ＧＣによって確認された。したがって、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、ＰＥＣＶＤ及び熱ＣＶＤ法、例えば、低温（例えば、２００℃〜６００℃、あるいは、３００℃〜＜６００℃、あるいは２００℃〜＜５００℃）における熱ＬＰＣＶＤ法等の気相堆積型の材料（例えば、フィルム）形成堆積法で使用するのに十分な蒸気圧を有する。
実施例３：（仮想例）：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを使用したＬＰＣＶＤによるケイ素フィルム形成：ＬＰＣＶＤ反応器と、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを収容し、かつＬＰＣＶＤ反応器及び流体連通するバブラーを使用し、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを収容したバブラーを７０℃に加熱して、その蒸気圧を増加させた。続いて、Ｈｅキャリアガスをバブラーに通し、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの蒸気をＬＰＣＶＤ反応器に送り、その際ＬＰＣＶＤ反応器は、５００℃に加熱された、垂直に配向されて間隔を空けた複数のシリコンウエハーを収容し、その結果ウエハー上にコンフォーマル元素状ケイ素フィルムが形成される。
実施例４：（仮想例）：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを使用したＰＥＣＶＤによるケイ素フィルム形成：ＰＥＣＶＤ反応器と、ＰＥＣＶＤ反応器及び流体連通したバブラーを使用し、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを収容したバブラーを７０℃に加熱して、その蒸気圧を増加させた。続いて、Ｈｅキャリアガスをバブラーに通し、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの蒸気をＰＥＣＶＤ反応器に送り、その際ＰＥＣＶＤ反応器は、アンモニア誘導プラズマを有し、５００℃に加熱された、水平に配向されて間隔を空けた複数のシリコンウエハーを収容し、その結果ウエハー上にコンフォーマル窒化ケイ素フィルムが形成される。
実施例５：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを使用したスプレーコーティングによる酸化ケイ素フィルムの形成：５重量％の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランのベンゼン溶液をケイ酸ガラス皿（第１の基材）に空気中で塗布し、ベンゼンを自然蒸発させて、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの液体コーティングが皿上に形成するようにし、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを２５℃で３０分間空気酸化させ、その結果コンフォーマル酸化ケイ素フィルムが皿上に形成された。
実施例６：（仮想例）：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを使用したスプレーコーティングによる元素状ケイ素フィルムの形成：５重量％の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランのトルエン溶液をケイ酸ガラス皿（第１の基材）にヘリウム雰囲気下で塗布し、トルエンを自然蒸発させて、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの液体コーティングが皿上に形成するようにし、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを１５０℃まで、次いで５００℃まで加熱し、その結果コンフォーマルな元素状ケイ素フィルムが皿上に形成される。
実施例７：（仮想例）：２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを使用したＬＰＣＶＤによるシード層上へのケイ素フィルムの形成：ＬＰＣＶＤ反応器、アルキルアミノシランを収容したバブラー、及び２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを収容したバブラーを使用し、各バブラーは独立して、ＬＰＣＶＤ反応器と流体連通している。アルキルアミノシランを収容したバブラーを７０℃に加熱し、その蒸気圧を増大する。続いて、Ｈｅキャリアガスをバブラーに通し、アルキルアミノシランの蒸気をＬＰＣＶＤ反応器に送り、その際ＬＰＣＶＤ反応器は、５００℃に加熱された、垂直に配向されて間隔を空けた複数のシリコンウエハーを収容し、その結果ウエハー上にシリコン粒界のシード層が形成される。アルキルアミノシランバブラーの接続を外す。ＬＰＣＶＤ反応器にＨｅガスをパージし、反応器から残留アルキルアミノシランを除去する。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを収容したバブラーを７０℃に加熱し、その蒸気圧を増加させる。次いで、Ｈｅキャリアガスをバブラーに通して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの蒸気をＬＰＣＶＤ反応器に送り、その結果、ウエハー上に配置されたシリコン粒界のシード層上にコンフォーマル元素状ケイ素フィルムが形成される。
実施例８ａ〜８ｅ（仮想例）：それぞれ、実施例３〜７の繰返しであるが、厚さ１０ｍｍのケイ素含有材料が形成されるまで堆積法を継続する。
実施例９２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの合成。新たに清浄化した、表面が不活性化されていない１００ｍＬホウケイ酸ガラスフラスコに、９８＋％の純度のＮＰＳを２．０ｍＬ入れた。フラスコを、加熱マントル内で、１００℃で２４時間加熱した。液体内容物の組成を、ＧＣ−ＭＳで分析した。ＧＣ−ＭＳのシグナルの積分値は、定量的になるように、事前に１Ｈ ＮＭＲで較正した。２，２，４，４−テトラシリルペンタシランは、ほぼ排他的に３０％の変換率で生成した。実施例１の９．４％の変換率と比較して、変換率は３．２倍に増大した。
いくつかの実施形態において、本発明は、実施例１〜９のいずれか１つ、あるいは実施例３〜８ａ及び９のいずれか１つ、あるいは実施例３、４、６、７、８ａ〜８ｅ、及び９のいずれか１つを除外する。
以下の特許請求の範囲は、参照により本明細書に組み込まれ、用語「請求項」はそれぞれ用語「態様」に置き換えられる。本発明の実施形態は、これらの得られた番号付けされた態様も包含する。

Claims (19)

  1. ２，２，４，４−テトラシリルペンタシランである化合物。
  2. ２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、及び２，２，４，４−テトラシリルペンタシランとは異なる１つ以上の追加成分を含む化学組成物。
  3. ２，２−ジシリルトリシランを含み、前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの面積パーセント（面積％、ガスクロマトグラフ（ＧＣ））濃度が、前記２，２−ジシリルトリシランの面積％（ＧＣ）濃度よりも大きい、請求項２に記載の化学組成物。
  4. 前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度が、前記化学組成物の全ＧＣ面積を基準にして少なくとも７０面積％（ＧＣ）である、請求項３に記載の化学組成物。
  5. 合計で０〜９面積％の、前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を有する、請求項４に記載の化学組成物。
  6. 前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン以外のノナシラン構造異性体を含まない、請求項５に記載の化学組成物。
  7. ２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、モノシラン、及び２，２−ジシリルトリシランの混合物を含む、請求項２に記載の化学組成物。
  8. ２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを生成する方法であって、前記方法が、前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを合成し、前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む製品組成物を製造するために２，２−ジシリルトリシランを縮合反応条件下で縮合反応触媒と接触させる工程を含む、方法。
  9. 前記製品組成物が、モノシラン及び２，２−ジシリルトリシランを更に含む、請求項８に記載の方法。
  10. ２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを精製する方法であって、精製前の前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランが、２，２，４，４−テトラシリルペンタシラン、モノシラン、及び２，２−ジシリルトリシランを含む混合物内に存在し、前記方法が、前記モノシラン及び２，２−ジシリルトリシランを前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランから分離して、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含み、前記分離されたモノシラン及び２，２−ジシリルトリシランを含まない残留物を得る工程を含み、その際前記残留物中の前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度は、前記混合物中の前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度よりも大きい、方法。
  11. 前記残留物中の前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランの濃度が、前記残留物の全ＧＣ面積を基準にして少なくとも７０面積パーセント（面積％、ガスクロマトグラフ（ＧＣ））である、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを前記残留物から蒸留して、少なくとも９０面積％の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む留出物を得る工程を更に含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
  13. 全ての未反応の２，２−ジシリルトリシランを蒸留して回収２，２−ジシリルトリシランを得る工程、及び追加量の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを合成して前記追加量の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む製品組成物を製造するように前記回収２，２−ジシリルトリシランを縮合反応条件下で縮合反応触媒と接触させる工程を更に含む、請求項１０、１１、又は１２に記載の方法。
  14. ケイ素含有材料を、第１の基材の表面上に、かつ前記表面に接触させて、又は第２の基材上に配置されたシード層上に、かつ前記シード層に接触させて、形成する方法であって、前記方法は、シード層を含まない第１の基材の露出面又は第２の基材の表面上に配置されたシード層を、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む前駆体組成物の蒸気に接触させる工程を含み、前記接触させる工程は、材料堆積法を含み、前記第１の基材の露出面上に、かつ前記露出面に接触させて、又は前記第２の基材の表面に配置されたシード層上に、かつ前記シード層に接触させて、ケイ素含有材料を形成する、方法。
  15. ケイ素含有フィルムを、第１の基材の表面上に、かつ前記表面に接触させて、又は第２の基材上に配置されたシード層上に、かつ前記シード層に接触させて、形成する方法であって、前記方法は、シード層を含まない第１の基材の露出面又は第２の基材の表面上に配置されたシード層を、２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む前駆体組成物の蒸気に接触させる工程を含み、前記接触させる工程は、フィルム堆積法を含み、前記第１の基材の露出面上に、かつ前記露出面に接触させて、又は前記第２の基材の表面に配置された前記シード層上に、かつ前記シード層に接触させてケイ素含有フィルムを形成する、ケイ素含有フィルムを形成する方法を含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記方法が、前記第２の基材の表面上に配置された前記シード層上に、かつ前記シード層に接触させて前記ケイ素含有フィルムを形成する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
  17. （ａ）前記前駆体組成物が、前記前駆体組成物の全ＧＣ面積を基準にして少なくとも７０面積パーセント（面積％、ガスクロマトグラフ（ＧＣ））の２，２，４，４−テトラシリルペンタシランを含む、（ｂ）前記フィルム堆積法が、化学気相堆積法又は溶液堆積法である、あるいは（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の両方である、請求項１５又は１６に記載の方法。
  18. 前記フィルム堆積法が前記化学気相堆積法であり、前記化学気相堆積法がプラズマ化学気相堆積法又は熱化学気相堆積法である、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記ケイ素含有フィルムが、元素状ケイ素フィルム、炭化ケイ素フィルム、酸化ケイ素フィルム、窒化ケイ素フィルム、炭窒化ケイ素フィルム、又は酸炭窒化ケイ素フィルムであって、前記炭化ケイ素フィルム、酸化ケイ素フィルム、窒化ケイ素フィルム、炭窒化ケイ素フィルム、又は酸炭窒化ケイ素フィルムを形成するための前記フィルム堆積法は、更に、前記第１の基材の前記露出面、又は前記第２の基材の前記表面に配置された前記シード層を、それぞれ炭素含有前駆体を含む炭素源、酸素含有前駆体を含む酸素源、窒素含有前駆体を含む窒素源、又は炭素含有前駆体を含む炭素源、酸素含有前駆体を含む酸素源、及び窒素含有前駆体を含む窒素源のいずれか２つ以上の組み合わせと接触させる工程を更に含む、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
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