电子级双（叔丁基氨基）硅烷的制备方法及制备装置与流程

本发明涉及化工合成，具体而言，涉及一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备方法及制备装置。

背景技术：

1、前驱体材料主要用于半导体集成电路存储器和逻辑芯片制造的关键工艺，如外延、光刻、化学气相沉积(cvd)以及原子层沉积(ald)中。在ald工艺中，需要前驱体具有较高的蒸气分压和反应活性，以提高沉积速率和效率。目前引入的氨基硅烷前驱体包括双(叔丁氨基)硅烷(btbas)、双(二乙氨基)硅烷(bdeas)等。

2、btbas在前沿半导体应用中用于高质量电介质薄膜的通用ald前驱体，随着3dnand层数不断增加，相比平面的dram和nand，对前驱体的需求将成几何级数增长，未来随着3d nand逐渐成为主流，前驱体材料需求也将快速提升。

3、目前，双(叔丁基氨基)硅烷的生产技术也在不断的开发，例如：

4、cn1517352a公开了双(叔丁基氨基)硅烷的生产和纯化方法，其利用氮气或惰性气体作为载气将二氯硅烷蒸气送入装有液态叔丁胺的反应器中，在无水条件下，通过超声波能量或机械搅拌增强反应物之间的接触并充分反应，使化学计量过量的叔丁胺与二氯硅烷反应，tba即是反应物又是溶剂，使得反应充分且副产物少，使得产生包含双叔丁基氨基硅烷的液体。通过反应生成包括btbas和叔丁胺盐酸盐的液体，使该液体通过0.2～0.5um的筛网过滤器，除去液体中副产品叔丁胺盐酸盐，然后对滤液采用膜分离、蒸发和精馏等提纯技术进一步纯化制备得到高纯的btbas产品。

5、cn112661781a公开了一种双(叔丁基氨基)硅烷的制备方法，其中提到：在有机溶剂中用二氯氢硅和叔丁基氨在一种功能催化剂的作用下发生脱酸反应，合成了双(叔丁基氨基)硅烷。

6、cn112812134a公开了一种双(叔丁基氨基)硅烷的精制方法，其中提到：采用一种表面接枝改性的大孔吸附树脂首先对btbas粗品进行精制吸附，除去产物中所含有的少量的反应原料叔丁基氨，然后采用精馏的方式，低温下除去微量的残留反应原料二氯硅烷，然后再升温蒸馏，得到高纯度的产品。

7、然而，cn1517352a工艺过程中，反应原料二硅气体气液反应，产品收率较低，还会产生大量副产物胺基盐酸盐，胺盐需要过滤装置过滤，处理工序复杂，过滤后滤饼未进行处理，胺基盐酸盐未明确处理方向，工艺未形成闭路循环；cn112661781a和cn112812134a中制备的催化剂和吸附树脂，会引入其他杂质，影响制备和提纯的效果。

8、因此，双(叔丁基氨基)硅烷的生产工艺还需进一步改进。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备方法及制备装置，以简化工艺步骤，提高原料利用率。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备方法。该制备方法包括以下步骤：s1，三氯硅烷气体经过催化脱氯后，以气态形式通入反应器中经过脱水处理的烃类有机溶剂与叔丁基氨液面之下，进行鼓泡反应；s2，s1的产物进入三合一洗涤过滤干燥一体机内进行洗涤过滤；s3，经过s2洗涤过滤的产物进入原料罐得到的产物为粗产品；以及s4，将粗产品依次送入粗馏塔、精馏塔进行纯化，得到电子级双(叔丁基氨基)硅烷。

3、进一步地，烃类有机溶剂与叔丁基氨采用3a分之筛、4a分之筛、5a分之筛、氯化钙或活性炭中的一种或多种进行脱水处理。

4、进一步地，s1中三氯硅烷气体催化脱氯采用的催化性脱氯剂通过以下步骤制备得到：1)按照质量份数，将3-12份的4-甲基吡啶、10-20份的磷酸六甲基三酰胺、1-15份浮石、3-8份n-甲基吡咯烷酮、10-23份胺型阴离子交换树脂和1-8份氧化铝混合，得到混合物料；2)将混合物料加入100-180份10-15％的氯化氢中搅拌，得到浑浊液；3)对浑浊液进行加热，温度控制在30-70℃，控制搅拌的速度为1-300r/min，搅拌的时间为3-10h，搅拌完成后，产物经洗涤、过滤及活化后得到催化性脱氯剂；优选的，步骤3)中，产物用三甲胺洗涤、过滤后得到白色颗粒，经过350-380℃活化8～10h后得到催化性脱氯剂。

5、进一步地，s1中，烃类有机溶剂为c5-c10的烷烃有机溶剂，优选为正己烷和/或正庚烷；优选的，三氯硅烷气体以1-200ml/min的速度经过催化性脱氯剂。

6、进一步地，s1中，反应器内的反应压力控制在10-50kpa，反应温度控制在-10～10℃。

7、进一步地，s4包括：通过进料泵将粗产品送入粗馏塔，粗馏塔的塔顶采出低沸有机溶剂、叔丁基氨返回反应器回收使用；粗馏塔的塔底采出的粗馏产品btbas进入精馏塔提纯，精馏塔的塔顶采集得到电子级双(叔丁基氨基)硅烷。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备装置。该制备装置包括：反应器，设置有三氯硅烷气体入口、烃类有机溶剂与叔丁基氨入口及产物出口，反应器设置为三氯硅烷气体通入烃类有机溶剂与叔丁基氨液面之下进行鼓泡反应；三合一过滤干燥洗涤机，通过反应器的产物出口与反应器相连通，设置为用于对反应器的产物进行洗涤过滤；原料罐，与三合一过滤干燥洗涤机的物料出口相连通，设置为用于粗产品合成；粗馏填料塔，设置有粗馏填料塔物料入口、粗馏产品出口及低沸物出口，粗馏填料塔通过粗馏填料塔物料入口与原料罐的相连通，低沸物出口与反应器的烃类有机溶剂与叔丁基氨入口相连通；以及精馏填料塔，设置有精馏填料塔物料入口及电子级双(叔丁基氨基)硅烷出口，精馏填料塔通过粗馏产品出口与粗馏填料塔相连通。

9、进一步地，三合一过滤洗涤干燥机的内部电解抛光，粗糙度≤0.4μm，过滤网0.1～10μm，物料直接接触部件均选用316l或者304材质，密封材料可采用ptfe、ffkm或epdm；优选的，制备装置中所用管道均为内抛光304不锈钢材质，精馏塔为内抛光316不锈钢材质。

10、进一步地，反应器为具备搅拌能力、夹套或者盘管换热功能的反应器。

11、进一步地，粗馏塔和精馏塔均为填料塔，所用填料为不锈钢θ环填料、三角螺旋填料或玻璃弹簧填料。

12、应用本发明的技术方案，能够减少制备工艺，优选的，可以将使用的原料进行闭环应用，减少了胺类的污染，提高了原料利用率；另外，所用原料三氯氢硅市场来源充足，经过催化脱氯后直接进反应器反应，工艺条件温和，经过三合一过滤干燥洗涤机，对合成产物进行自动化的洗涤过滤，滤饼自动排入中和罐回收叔丁基氨，滤液直接进入提纯塔处理，工艺流向更简捷，合成产物经过粗馏+精馏联合提纯，即得到电子级双(叔丁基氨基)硅烷。

技术特征：

1.一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烃类有机溶剂与叔丁基氨采用3a分之筛、4a分之筛、5a分之筛、氯化钙或活性炭中的一种或多种进行脱水处理。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中三氯硅烷气体催化脱氯采用的催化性脱氯剂通过以下步骤制备得到：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述烃类有机溶剂为c5-c10的烷烃有机溶剂，优选为正己烷和/或正庚烷；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述反应器内的反应压力控制在10-50kpa，反应温度控制在-10～10℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s4包括：通过进料泵将所述粗产品送入所述粗馏塔，所述粗馏塔的塔顶采出低沸有机溶剂、叔丁基氨返回所述反应器回收使用；所述粗馏塔的塔底采出的粗馏产品btbas进入精馏塔提纯，所述精馏塔的塔顶采集得到所述电子级双(叔丁基氨基)硅烷。

7.一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的制备装置，其特征在于，所述三合一过滤洗涤干燥机的内部电解抛光，粗糙度≤0.4μm，过滤网0.1～10μm，物料直接接触部件均选用316l或者304材质，密封材料可采用ptfe、ffkm或epdm；

9.根据权利要求7所述的制备装置，其特征在于，所述反应器为具备搅拌能力、夹套或者盘管换热功能的反应器。

10.根据权利要求7所述的制备装置，其特征在于，所述粗馏塔和所述精馏塔均为填料塔，所用填料为不锈钢θ环填料、三角螺旋填料或玻璃弹簧填料。

技术总结
本发明公开了一种电子级双(叔丁基氨基)硅烷的制备方法及制备装置。该制备方法包括以下步骤：S1，三氯硅烷气体经过催化脱氯后，以气态形式通入反应器中经过脱水处理的烃类有机溶剂与叔丁基氨液面之下，进行鼓泡反应；S2，S1的产物进入三合一洗涤过滤干燥一体机内进行洗涤过滤；S3，经过S2洗涤过滤的产物进入原料罐作为粗产品；以及S4，将粗产品依次送入粗馏塔、精馏塔进行纯化，得到电子级双(叔丁基氨基)硅烷。应用本发明的技术方案，能够减少制备工艺，优选的，可以将使用的原料进行闭环应用，减少了胺类的污染，提高了原料利用率。

技术研发人员：李圆晓,常欣,赵喜哲,刘见华,万烨,张杰,周志朋,袁振军
受保护的技术使用者：洛阳中硅高科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7