TWI752130B - 製造氯化矽氮烷的方法 - Google Patents

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Abstract

一種製造氯化矽氮烷的方法。該方法包含使:(a)二矽氮烷;(b)氯矽烷;及(c)催化劑接觸,該催化劑係:(i)磺酸或(ii)磺酸醯亞胺之鋅鹽。

Description

製造氯化矽氮烷的方法
本發明涉及一種催化轉矽烷化反應的方法。
已知藉由氯化鋅催化轉矽烷化反應,如D.E.Spielvogel & C.L.Frye,J.Organometallic Chem.,1978(161)165-169所記載。然而,本文中所記載的催化劑更有效。
本發明所解決之問題係對於轉矽烷化反應之額外催化劑的需求。
本發明提供一種製造氯化矽氮烷的方法。該方法包含使:(a)二矽氮烷;(b)氯矽烷;及(c)催化劑接觸,該催化劑係:(i)磺酸或(ii)磺酸醯亞胺之鋅鹽。
除非特別註明,否則百分比為重量百分比(wt%)且溫度使用℃。除非特別註明,否則操作是在室溫(20至25℃)下進行。烴基係衍生自藉由從C1-C20烴除去氫原子之取代基。較佳地,烴基係直鍊或分支鏈。烯基係具有至少一個碳-碳雙鍵的烴基。較佳地,烯基具有一個碳-碳雙鍵。烷基係飽和C1-C20烴基,其可係直鏈或分支鏈。
較佳地,二矽氮烷僅經烴基、氯基或其組合取代。在一較佳實施例中,二矽氮烷係全烴基二矽氮烷。較佳地,烴基係C1 -C10 烴基、較佳係C1 -C6 、較佳係C1 -C4 、較佳係甲基或乙基、較佳係甲基。較佳地,烴基係具有一個雙鍵的烷基或烯基。特別較佳的全烴基二矽氮烷包括六甲基二矽氮烷、1,1,1-三氯-3,3,3-三甲基二矽氮烷及1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基矽氮烷。
較佳地,氯矽烷係經氯取代之單矽烷或二矽烷。較佳地,氯矽烷具有至少兩個氯基,較佳地至少三個氯基。特別較佳的氯矽烷包括二氯矽烷、三氯矽烷及四氯矽烷。
較佳地,氯化矽氮烷產物具有4至6個氯基。較佳地,氯化矽氮烷產物係六氯二矽氮烷或1,1,3,3-四氯二矽氮烷。
較佳地,催化劑係具有至少一個三氟甲基之磺酸或醯亞胺的鋅鹽。較佳地,磺酸係芳族磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸或HO3 S(CF2 )x CF3 ,其中x係1至10的整數。較佳地芳族磺酸係對甲苯磺酸。較佳地,x係至少2、較佳地係至少3;較佳地不大於9、較佳地不大於8、較佳地不大於7、較佳地不大於6、較佳地不大於5。
較佳地,反應物(a)、(b)及(c)在20至150℃的溫度下加熱;較佳地至少40℃、較佳地至少50℃;較佳地不高於100℃,較佳地不高於80℃。較佳的加熱時間介於0.5到8小時,較佳地0.5至2小時。適當的加熱時間可輕易取決於裝置或其他參數等。較佳係由蒸餾來純化氯化矽氮烷。較佳地,反應物在75至150 kPa的壓力下接觸。蒸餾通常在低於大氣壓力下進行。
較佳地,反應物(a)、(b)及(c)在實質上不存在除反應物之外的溶劑的情況下結合,即(a)、(b)及(c)之反應混合物包含不大於5 wt%的溶劑、較佳地不大於1 wt%、較佳地不大於0.5 wt%、較佳地不大於0.2 wt%。較佳地,反應物(a)或(b)與反應物(c)結合,然後與另一反應物(a)及(b)結合。較佳地,包含(a)、(b)及(c)之反應混合物實質上不含腈溶劑(即,乙腈);即,其包含不大於3 wt%腈溶劑、較佳地不大於0.5 wt%腈溶劑、較佳地不大於0.2 wt%腈溶劑、較佳地不大於0.1 wt%腈溶劑。
氯化矽氮烷產物可用於藉由已知技術(包括,例如物理氣相沉積、原子層沉積(ALD)、或化學氣相沉積(CVD))形成矽-雜原子膜。該物理氣相沉積方法可包含濺鍍。適合的濺鍍方法包括直流(DC)磁控濺射法、離子束濺鍍法、反應濺鍍法、以及離子輔助濺鍍法。一般而言,該沉積方法包含ALD或CVD。較佳地,雜原子選自碳、氧及氮。
適合的ALD方法包括電漿增強原子層沉積法(PEALD)、空間原子層沉積法(SALD)以及熱原子層沉積法(TALD)。當用PEALD方法時,該電漿可以係前述電漿之任一者。該電漿可以可選地進一步含有載氣,諸如分子氮或氬氣體。電漿係由電漿形成氣體所形成,其可包含分子氮與分子氫之混合物。
適合的CVD方法包括以下之方法:簡單熱氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、電子迴旋共振(ECRCVD)、大氣壓化學氣相沉積(APCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、超高真空化學氣相沉積(UHVCVD)、氣溶膠輔助化學氣相沉積(AACVD)、直接液體注入化學氣相沉積(DLICVD)、微波電漿輔助化學氣相沉積(MPCVD)、遠端電漿增強化學氣相沉積(RPECVD)、原子層化學氣相沉積(ALCVD)、熱絲化學氣相沉積(HWCVD)、混合物理化學氣相沉積(HPCVD)、快速熱化學氣相沉積(RTCVD)、及氣相磊晶化學氣相沉積(vapor-phase epitaxy chemical vapor deposition, VPECVD)、光輔助化學氣相沉積(photo-assisted chemical vapor disposition, PACVD)及火焰輔助化學氣相沉積(FACVD)。實例 實例1:1,1,3,3-四氯二矽氮烷的合成。
將5.00 g三氯矽烷與0.17 g三氟甲磺酸鋅及10.75 g乙腈混合,溶解大部分的三氟甲磺酸鋅。在2分鐘內加入1.49 g六甲基二矽氮烷。隨後將溶液加熱至回流(38.5℃),隨著三氯矽烷消耗,溫度緩慢升高。加熱持續52分鐘,達到51.3℃。將該溫度保持2分鐘,然後緩慢冷卻6分鐘。將熱源移除。粗產物之GC顯示TCDZ的產率為70%。 實例2:1,1,3,3-四氯二矽氮烷的純化。
將粗產物1,1,3,3-四氯二矽氮烷通過15 cm Vigreux管柱蒸餾以得到96%的1,1,3,3-四氯二矽氮烷。 實例3:1,1,1,3,3,3-六氯二矽氮烷的合成。
將0.25 g三氟甲磺酸鋅溶於5.00 g乙腈中,這可能需要一段時間才能完全溶解。然後將該混合物加入11.75 g四氯化矽中並將該溶液加熱至回流。在5分鐘內將製備1之5.00 g的1,1,1-三氯-3,3,3-三甲基二矽氮烷加入該回流溶液中。將該反應物回流約5小時。粗產物之GC-TCD顯示該混合物的產率為47.5%。 實例4:1,1,1,3,3,3-六氯二矽氮烷的純化。
將實例3的混合物通過15 cm Vigreux管柱蒸餾以收集1.24 g之95%六氯二矽氮烷(19.4%分離產率)。 實例5:1,1,1,3,3,3-六氯二矽氮烷的合成。
裝載3%三氟甲磺酸鋅溶解於乙腈中,以使3%的反應混合物總質量進入具有四氯化矽的壓力反應器中。將該反應器加熱到140℃並在5小時內加入六甲基二矽氮烷,並冷卻到室溫,以在粗混合物中得到2.8%產率的1,1,1,3,3,3-六氯二矽氮烷。

Claims (9)

  1. 一種製造氯化矽氮烷的方法,該方法包含使:(a)二矽氮烷;(b)氯矽烷;及(c)催化劑接觸,該催化劑係:(i)磺酸或(ii)磺酸醯亞胺之鋅鹽。
  2. 如請求項1之方法,其中該二矽氮烷僅經烴基、氯基或其組合取代。
  3. 如請求項2之方法,其中該烴基係C1-C10烴基。
  4. 如請求項3之方法,其中該氯矽烷係經氯取代之單矽烷。
  5. 如請求項4之方法,其中該氯矽烷係四氯矽烷、三氯矽烷或二氯矽烷。
  6. 如請求項5之方法,其中該催化劑係具有至少一個三氟甲基之磺酸或磺酸醯亞胺的鋅鹽。
  7. 如請求項6之方法,其中(a)、(b)及(c)在20至150℃的溫度下接觸。
  8. 如請求項7之方法,其中該烴基係C1-C4烴基。
  9. 如請求項1之方法,其中該磺酸係芳族磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸或HO3S(CF2)xCF3,其中x係1至10的整數。
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